JPH0723950A - 超音波受信処理方法及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は超音波受信処理方法及び装置に関
し、回路構成が簡単でコストの安い超音波受信処理方法
及び装置を提供することを目的としている。 【構成】 被検体に超音波を照射し、該被検体からの反
射信号を受信処理して超音波画像として表示するように
した超音波診断装置において、プローブの各振動素子に
対応する受波信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ
変換器５と、変換された各チャンネルのディジタルデー
タの位相を調整するディジタルディレイライン６と、こ
れらディジタルディレイライン６の出力を加算する加算
器４７と、該加算器４７の出力を受けて、直交検波して
ベースバンド周波数領域まで周波数を落とすベースバン
ド検出部５０より構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波受信処理方法及び
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ）システムのディジタルビームフォーマの場合、遅延
加算後のエコー信号をｌｏｇ圧縮，包絡線検波又は直交
検波等の処理系へ信号を転送する。この時の転送レート
は、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートに等しい周波数
で行われる必要がある。即ち、エコー信号のワード幅を
持つバスが高周波となり高周波ノイズの原因となる。こ
の高い周波数での転送を回避するため、ビームフォーマ
において、遅延加算後ベースバンドに落とす。これによ
り、転送レートはエコー信号の持つ帯域幅の２倍程度に
落とすことができる。

【０００３】図６は従来装置の構成例を示すブロック図
である。送信部１から超音波プローブ２を介して被検体
診断部３に超音波を送波すると、被検体診断部の音響イ
ンピーダンスの異なる領域からＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ）エコー信号が得られる。このＲＦエコ
ー信号は、音線毎に得られる。ここで、音線の数（プロ
ーブの振動子の数）ｎだけのＲＦエコー信号は、各アン
プ４で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５に入り、ディジタ
ルデータに変換される。（なお、装置によっては、クロ
スポイントスイッチ及び整相用１次ディレイライン等に
よってＲＦエコー信号をｎ未満にする構成もある）。

【０００４】ディジタルデータに変換されたＲＦエコー
信号は、それぞれのディジタル・ディレイライン６によ
り所定の量だけ遅延される。そして、各ディジタル・デ
ィレイライン６の出力からは位相の揃った信号が得られ
る。これらディジタル・ディレイラテン６の出力は、各
加算器７で加算される。そして、最後の加算器７で全て
のディジタルエコー信号の加算信号が得られる。このよ
うな加算方式をとっているのは、制御が簡便であるため
である。

【０００５】全加算信号は、ジャンパ配線８を介して別
のプリントボードに入る。その理由は、限られた面積の
プリントボードの大きさ（通常約３０ｃｍ² である）で
は、ディジタルディレイライン部で一杯になってしまう
ためである。その一方の入力は、ＴＦＣフィルタ（通過
域可変のバンドパスフィルタ）９に入る。このＴＦＣ
（Ｔｉｍｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）
フィルタ９は、以下のような働きをする。つまり、被検
体診断部３から反射される信号周波数は、被検体診断部
３の深さに比例して周波数が低下する。そこで、受波さ
れたＲＦエコー信号の周波数の変化に応じて、その通過
周波数の中心周波数を可変していくものである。このよ
うにすることにより、受信した周波数に正確なＲＦエコ
ー信号が得られる。ＴＦＣ９を通過したＲＦエコー信号
は、ｌｏｇ変換器１０で対数圧縮された後、包絡線検波
等の処理が行われ、Ｂモード画像として表示部（図示せ
ず）に表示される。

【０００６】一方、ジャンパ配線８を介して入力された
ＲＦエコー信号が直交検波部２０に入る。直交検波部２
０では、乗算器２１で入力信号とｃｏｓωｔの乗算が行
われ、乗算器２２で入力信号とｓｉｎωｔとの乗算が行
われる。このようにして、９０゜位相のずれたｓｉｎ波
及びｃｏｓ波と乗算された信号は、それぞれフィルタ２
３，２４でフィルタリングされた後出力される。ここ
で、フィルタ２３の出力がインフェーズ（ＩＮＰＨＡＳ
Ｅ，以下Ｉと略す）信号、フィルタ２４の出力がクオド
ラチャ（ＱＵＡＤＲＡＴＵＲＥ，以下Ｑと略す）信号と
なる。これらＩ信号とＱ信号は、ドプラ処理され、位相
情報が抽出される。

【０００７】図７は従来装置の他の実施例を示す構成ブ
ロック図である。図６と同一のものは、同一の符号を付
して示す。送信部１から超音波プローブ２を介して被検
体診断部３に超音波を送波すると、被検体診断部の音響
インピーダンスの異なる領域からＲＦエコー信号が得ら
れる。このＲＦエコー信号は、音線毎に得られる。ここ
で、音線の数（プローブの振動子の数）ｎだけのＲＦエ
コー信号は、各アンプ４で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器
５に入り、ディジタルデータに変換される。

【０００８】各Ａ／Ｄ変換器５の出力はそのまま直交検
波部に入る。つまり、それぞれ乗算器４１及び４２に入
り、ｃｏｓωｔ及びｓｉｎωｔと乗算される。乗算され
たエコー信号は、ローパスフィルタ４３からＩ信号とし
て、またローパスフィルタ４４からＱ信号として出力さ
れる。従って、この実施例の場合には、この直交検波部
４０でベースバンド周波数領域まで落とされるので、以
降の信号は低い周波数信号となる。各ローパスフィルタ
４３，４４の出力はそれぞれディジタル・ディレイライ
ン６に入って、位相調整される。

【０００９】位相調整された各音線毎のディレイライン
出力は、Ｉ線分とＱ成分毎にそれぞれ加算器４５，４６
に入り、加算される。ここで、加算器４５，４６のそれ
ぞれの構成は、図６の加算器７のそれと同じである。加
算器４５，４６の加算結果は、ＴＦＣ部３０に入る。加
算器４５，及び４６の出力がそれぞれ位相シフト用の位
相シフタ３１に入り、周波数調整が行われる。位相シフ
タ３１で周波数調整されたＲＦエコー信号は、続くロー
パスフィルタ３２，３３を介して、それぞれＩ信号，Ｑ
信号として出力される。ここで、位相シフタ３１は、図
６のＴＦＣ９のところで説明したように、反射エコー信
号周波数低下に伴う、フィルタの通過帯域を移動させる
ものである。この結果、フィルタ３２，３３からは目的
周波数成分のみが通過した最適なＲＦエコー信号が得ら
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来例で
は、システム全体がＡ／Ｄ変換器５のサンプリングクロ
ックで動作しなければならない。その際、ＴＦＣフィル
タ９も高速に動作しなければならず高速動作可能な素子
を用いる必要があり、コストが高くなると共に、構成が
複雑となる。更に、加算器７の部分とＴＦＣフィルタ９
部分とはジャンパ配線８で配線されるので、高速の信号
が飛び交う回路中では、このジャンパ配線がアンテナの
動作をし、電磁波ノイズを拾ってしまいノイズに弱いと
いう問題があった。

【００１１】また、図７に示す従来例では、Ａ／Ｄ変換
器５による変換データを直に直交検波部４０に入れてベ
ースバンド周波数域に落としているので、ノイズの影響
は受け難くなるが、チャンネル毎にＩ，Ｑそれぞれの系
統の回路を具備する必要があるので、回路構成が複雑に
なり、コストが高くなってしまうという問題があった。

【００１２】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであって、回路構成が簡単でコストの安い超音波
受信処理方法及び超音波診断装置を提供することを目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、プローブの各振動素子に対応する受波信号を
ディジタルデータに変換し（ステップ１）、変換された
各チャンネルのディジタルデータの位相を調整して加算
し（ステップ２）、加算されたディジタルデータ直交検
波してベースバンド周波数領域まで周波数を落とす（ス
テップ３）ようにしたことを特徴としている。

【００１４】

【作用】先ず、ディジタルデータに変換したＲＦエコー
信号をディレイラインに通すことにより、整相加算す
る。そして、整相加算されたＲＦエコー信号を直交検波
してベースバンド周波数領域まで周波数を落とす。この
ように構成することにより、各音線毎にＩ成分用とＱ成
分用のディジタルディレイラインが不要となり、回路が
簡素化される。また、先に、ベースバンドに変換してい
るので、扱う周波数は低周波となるので高速の素子を用
いる必要がなくなる。また、高周波ノイズを発生しなく
なり、ノイズ特性も向上する。このように、本発明によ
れば回路構成が簡単でコストの安い超音波受信処理方法
及び超音波診断装置を提供することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の動作を詳細に
説明する。図１は本発明方法の原理を示すフローチャー
ト、図２は本発明の原理ブロック図である。図２におい
て、図６，図７と同一のものは、同一の符号を付して示
す。図において、１は超音波を発射する送信部、２は超
音波の送波と受波を行なう超音波プローブ、３は被検体
診断部である。５は各超音波振動子毎のＲＦエコー信号
を受けてディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、６
はこれらＡ／Ｄ変換器５の各出力の位相を調整するディ
ジタル・ディレイラインである。

【００１６】４７は各ディジタル・ディレイライン６の
出力を加算する加算器、５０は該加算器４７の出力を受
けて直交検波を行なうベースバンド検出部である。加算
器４７の具体的な構成は、図６に示す加算器７と同じで
ある。ベースバンド検出部５０は、例えば中心周波数
３．５ＭＨｚのＲＦエコー信号を中心周波数０（直流）
のベースバンドに変換する。

【００１７】ベースバンド検出部５０において、５１は
入力信号にｓｉｎωｔを乗算する乗算器、５２は入力信
号にｃｏｓωｔを乗算する乗算器である。５３は、乗算
器５１の出力を受けるローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５
４は乗算器５２の出力を受けるローパスフィルタであ
る。そして、ローパスフィルタ５３の出力がＱ成分、ロ
ーパスフィルタ５４の出力がＩ成分となる。このように
構成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりであ
る。

【００１８】送信部１から超音波プローブ２を介して被
検体診断部３に超音波を送波すると、被検体診断部の音
響インピーダンスの異なる領域からＲＦエコー信号が得
られる。このＲＦエコー信号は、音線毎に得られる。こ
こで、音線の数（プローブの振動子の数）ｎだけのＲＦ
エコー信号は、Ａ／Ｄ変換器５に入り、ディジタルデー
タに変換される。なお、装置によっては、クロスポイン
トスイッチ及び整相用１次ディレイライン等によってＲ
Ｆエコー信号をｎ未満にする構成にしてもよい。

【００１９】ディジタルデータに変換されたＲＦエコー
信号は、それぞれのディジタル・ディレイライン６によ
り所定の量だけ遅延される。そして、各ディジタル・デ
ィレイライン６の出力からは位相の揃った信号が得られ
る。これらディジタル・ディレイラテン６の出力は、加
算器４７で加算される。加算器４７の具体的な構成は、
図６に示す加算器７の構成と同じである。加算器４７の
出力は、ベースバンド検出部５０に入る。

【００２０】ベースバンド検出部５０では、加算器４７
の出力はそれぞれ乗算器５１，５２に入る。乗算器５１
では、入力信号はｓｉｎωｔと乗算され、乗算器５２で
は入力信号はｃｏｓωｔと乗算される。乗算器５１の出
力はローパスフィルタ５３からＱ成分として出力され、
乗算器５２の出力はローパスフィルタ５４からＩ成分と
して出力される。ここで、ベースバンド検出部５０から
出力されるＲＦエコー信号は、中心を直流とするベース
バンド周波数に落とされる。これにより、エコー信号の
持つ帯域幅の２倍程度に落とすことができる。

【００２１】図３はベースバンド検出の説明図である。
（ａ）は３．５ＭＨｚを中心とする周波数スペクトルで
あり、この周波数スペクトルが（ｂ）に示すようなベー
スバンド域に変換される。従って、原点０を中心として
その周辺に情報成分が含まれ、低周波化が図れたことに
なる。

【００２２】この発明によれば、ＲＦエコー信号が周波
数が低くなるので、図に示すようにベースバンド検出部
５０の出力にジャンパ配線５５，５６を設けて他のプリ
ントボードと接続する場合でも、低周波となっているの
で、電磁波ノイズの影響は受けない。つまり、ノイズに
強くなる。また、ディジタル・ディレイライン６を通過
した後、直交検波を行なうので、Ｉ成分，Ｑ成分毎のデ
ィジタル・ディレイラインは必要はなく回路も簡素化さ
れる。得られたＩ成分とＱ成分から３（Ｉ² ＋Ｑ² ）
^1/2 演算を行い、対数圧縮し、Ｂモード画像を表示す
る。なお、ドプラ情報の場合には、Ｉ，Ｑそれぞれの成
分をそのまま使用してＭＴＩ処理等を行なう。

【００２３】図４は本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して
示す。図において、４は各超音波振動子で受波したＲＦ
エコー信号を所定の振幅になるまで増幅するアンプであ
る。これらアンプ４の出力がＡ／Ｄ変換器５に入力され
る。各Ａ／Ｄ変換器５の出力は、それぞれ対応するディ
ジタル・ディレイライン６に入り、データ遅延される。
そして、各ディジタル・ディレイライン６の出力では、
位相が完全に揃うことになる。

【００２４】位相が揃えられたＲＦエコー信号は、加算
器４７で加算された後、ベースバンド検出部５０に入
る。ここで、乗算器５１は入力信号とｓｉｎ（（ωｔ）
・ｔ）を乗算し、乗算器５２は入力信号とｃｏｓ（（ω
ｔ）・ｔ）を乗算する。ここで、これら三角関数のωｔ
は、中心周波数からの変動分の補正項であり、ｔが通常
の直交検波の時間成分である。このような構成とするこ
とにより、例えば中心周波数が３．５ＭＨｚを中心とし
て上下に変動する場合でも、その変動分を補正したベー
スバンドへの周波数変換が可能となる。これら変換され
たＲＦエコー信号は、続くローパスフィルタ５３，５４
に入ってノイズが除去された後、それぞれＱ成分，Ｉ成
分として出力されることになる。

【００２５】図５はベースバンド検出部５０の他の構成
例を示すブロック図である。ここでは、ω（ｔ）＝ω＋
Δω（ｔ）と考えることにする。

【００２６】加算器４７の出力は、それぞれ乗算器６
１，６２に入り、ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔと乗算され
る。乗算器６１の出力は、乗算器６３に入り、変動分ｓ
ｉｎΔωｔと乗算され、また乗算器６４に入り、変動分
ｃｏｓΔωｔと乗算される。乗算器６２の出力は、乗算
器６５に入りｃｏｓΔωｔと乗算され、また乗算器６６
に入り、ｓｉｎΔωｔと乗算される。

【００２７】そして、乗算器６３の出力と乗算器６５の
出力が加算器６７で加算され、Ｉ成分となる。また、乗
算器６４の出力と乗算器６６の出力が加算器６８で加算
され、Ｑ成分となる。これら加算器６７，６８の出力は
それぞれローパスフィルタ５３，５４を介して出力され
る。このような構成にしても、診断部の深さ方向への周
波数の減少の影響を考慮しながらベースバンドへの変換
を行なうことができる。

【００２８】以上、詳細に説明したように、本発明によ
れば遅延加算をＲＦシステムとして行なうため、コンパ
クトなシステムを実現することができる。また遅延加算
後、ベースバンド検出を行なうため、プリントボード間
のデータバスの転送速度をある程度低く抑えることがで
きる。また、ＴＦＣも周波数シフトと固定したローパス
フィルタで実現することができる。

【００２９】

【発明の効果】このように、本発明によれば遅延加算さ
れたＲＦエコー信号に直交検波を施すことにより、回路
構成が簡単でコストの安い超音波受信処理方法及び超音
波診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の原理を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の原理ブロック図である。

【図３】ベースバンド検出の説明図である。

【図４】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図５】ベースバンド検出部の他の実施例を示す構成ブ
ロック図である。

【図６】従来装置の構成例を示すブロック図である。

【図７】従来装置の他の構成例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 送信部 ２ プローブ ３ 被検体診断部 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ ディジタル・ディレイライン ４７ 加算器 ５０ ベースバンド検出部 ５１，５２ 乗算器 ５３，５４ ローパスフィルタ ５５，５６ ジャンパ配線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブの各振動素子に対応する受波信
   号をディジタルデータに変換し（ステップ１）、 変換された各チャンネルのディジタルデータの位相を調
   整して加算し（ステップ２）、 加算されたディジタルデータ直交検波してベースバンド
   周波数領域まで周波数を落とす（ステップ３）ようにし
   たことを特徴とする超音波受信処理方法。
2. 【請求項２】 被検体に超音波を照射し、該被検体から
   の反射信号を受信処理して超音波画像として表示するよ
   うにした超音波診断装置において、 プローブの各振動素子に対応する受波信号をディジタル
   データに変換するＡ／Ｄ変換器（５）と、 変換された各チャンネルのディジタルデータの位相を調
   整するディジタルディレイライン（６）と、 これらディジタルディレイライン（６）の出力を加算す
   る加算器（４７）と、 該加算器（４７）の出力を受けて、直交検波してベース
   バンド周波数領域まで周波数を落とすベースバンド検出
   部（５０）より構成されることを特徴とする超音波診断
   装置。