JPH07275249A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鮮明かつ正確な断層像が得られると共に、距
離分解能を向上できる超音波診断装置を提供する。 【構成】 生体に超音波を送波し、その超音波の生体か
らの反射波を受波して受信信号として出力する複数の振
動素子1-1 〜1-n からなるトランスジューサ１と、複数
のフィルタ203-1 〜203-12を有し、それらのカットオフ
周波数によって、前記トランスジューサからの複数の受
信信号を選別して開口径を制御する開口制御回路203
と、この開口制御回路203 からの複数の受信信号の遅延
時間を制御する遅延回路204 と、この遅延回路204 から
の複数の受信信号を合成して超音波をフォーカスさせる
合成回路205 と、この合成回路205 の出力を検波する検
波手段103 およびその検波出力を波形整形する波形整形
手段109 を有する検波回路100とを有する超音波診断装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波を生体に送波
すると共に、生体からの超音波エコー信号を受信して生
体内の断層像を表示する超音波診断装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】人体等の生体に超音波を送波し、生体の
組織で反射される超音波エコーを受信して生体内の断層
像を得る超音波診断装置は、診断医療等の分野において
広く用いられ、重要な役割を担っている。かかる超音波
診断装置としては、種々の走査方式のものが提案されて
いるが、特に最近では、複数の振動素子をアレイ状に配
列し、これらの振動素子を、所定の時間間隔で所定数毎
に電子的に切り換えて断層像を得る電子走査型のものが
主流となっている。

【０００３】また、この種の電子走査型の超音波診断装
置の大きくは、方位分解能の高い超音波断層像を得るた
め、生体からの超音波エコーを受信するに際して、生体
の深さに応じてエコー信号を取り込む開口径（振動素子
数）を、例えば、図７に示すように、生体の浅い部分Ｐ
１では開口径をＡ１と狭く、深い部分Ｐ３では開口径を
Ａ３と広く、中間の部分Ｐ２では開口径をＡ２に変化さ
せる可変開口法を採用している。

【０００４】図８は、かかる可変開口法を採用する従来
の電子走査型超音波診断装置の要部の構成を示すもので
ある。図８において、トランスジューサ８は、複数の振
動素子８−１〜８−ｎで構成され、図示しない送信回路
から供給される送信信号により超音波を生体内に送波
し、生体内からの反射エコーを同一のトランスジューサ
で受信する。各振動素子で受信したエコー信号は、受信
アンプ群９の対応する受信アンプ９−１〜９−ｎで増幅
されて、アナログスイッチ１０−１〜１０−ｎからなる
可変開口制御回路１０に供給され、ここで開口制御信号
発生回路１４からの開口制御信号に基づいて、図７で説
明したように、トランスジューサ８からの距離に応じ
て、所要の振動素子数のエコー信号が選択される。

【０００５】この可変開口制御回路１０で選択されたエ
コー信号は、位相合成によりフォーカスさせるために、
遅延回路１１においてそれぞれ遅延時間設定回路１５に
より設定された時間だけ遅延されて、合成回路１２で合
成され、その後、検波回路１３で検波されるようになっ
ている。

【０００６】すなわち、かかる従来の超音波診断装置に
おいては、例えば、説明の便宜上、振動素子数を１２と
し、図７において符号ＣＬで示す軸に対称な２個の振動
素子を対にして用いるものとすると、可変開口制御回路
１０内に１２個の各振動素子に対応してアナログスイッ
チ１０−１〜１０−１２を設け、これらのスイッチ１０
−１〜１０−１２を、例えば、図９（ｂ）〜（ｇ）に示
すように、開口制御信号発生回路１４からの制御信号Ｓ
１〜Ｓ６により、軸ＣＬに対称な２個のスイッチを一対
にしてオン・オフ制御することにより、開口径を狭範囲
から広範囲に変化させている。なお、図９（ａ）は、ト
リガ信号を示し、この信号の立ち下がりに同期して、超
音波の送信と受信が開始される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波診断装置においては、トランスジューサ
８の各振動素子８−１〜８−ｎの出力を、アナログスイ
ッチ１０−１〜１０−ｎにより、生体の深度に応じて選
択することにより、受信時の開口を制御するようにして
いるため、アナログスイッチ１０−１〜１０−ｎのオン
・オフの時点で、アナログスイッチのスイッチングノイ
ズが発生し、このスイッチングノイズが生体からのエコ
ー信号とともに断層像に表示されて、鮮明かつ正確な断
層像が得られないという問題がある。

【０００８】また、検波回路１３を構成するフィルタ
（主として、ローパスフィルタ）は、そのカットオフ周
波数が超音波の送受信周波数により固定的に設定されて
いるため、振幅レベルの大きな信号の直後に、振幅レベ
ルの小さな信号が連続する信号が入力すると、フィルタ
の特性によって、振幅レベルの小さな信号が識別できな
くなり、距離分解能が低下するという問題がある。

【０００９】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、鮮明かつ正確な断層像が得られる
と共に、距離分解能を向上できるよう適切に構成した超
音波診断装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の超音波診断装置は、生体に超音波を送波
し、その超音波の生体からの反射波を受波して受信信号
として出力する複数の振動素子からなるトランスジュー
サと、複数のフィルタを有し、それらのカットオフ周波
数によって、前記トランスジューサからの複数の受信信
号を選別して開口径を制御する開口制御回路と、この開
口制御回路からの複数の受信信号の遅延時間を制御する
遅延回路と、この遅延回路からの複数の受信信号を合成
して超音波をフォーカスさせる合成回路と、この合成回
路の出力を検波する検波手段およびその検波出力を波形
整形する波形整形手段を有する検波回路と、を有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】この発明において、トランスジューサからの複
数の受信信号は、開口制御回路において複数のフィルタ
により選別されて開口径が制御され、次に、遅延回路で
フォーカスさせるための遅延を受けてから合成回路で合
成される。その後、この合成回路の出力は、検波回路に
おいて、検波手段により検波された後、波形整形回路で
波形整形される。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を示すものであ
る。この超音波診断装置は、複数の振動素子１−１〜１
−ｎを有するトランスジューサ１、制御回路７、信号発
生器６、送信回路５、開口径制御回路２００、検波器１
００、イメージメモリ３およびＣＲＴ４を有する。信号
発生器６は、制御回路７の制御のもとに、高周波信号を
発生して送信回路５に供給し、該送信回路５からトラン
スジューサ１の各振動素子１−１〜１−ｎに、一定の繰
り返し周期のパルス状の高周波信号を供給して生体内に
超音波を送波するようにする。また、生体内からの反射
エコーは、トランスジューサ１の各振動素子１−１〜１
−ｎで受波して電気信号に変換し、それらのエコー信号
を開口径制御回路２００に供給して、制御回路７の制御
のもとに開口径を制御して合成し、その出力を検波器１
００で検波する。検波器１００での検波出力は、走査線
速度に合わせて画像表示するために、イメージメモリ３
に一時記憶し、このイメージメモリ３に記憶された生体
内の断層像をＣＲＴ４に表示するようにする。

【００１３】以下、開口径制御回路２００および検波器
１００の詳細な構成について説明する。図２は、開口径
制御回路２００の構成を示すものである。なお、ここで
は、説明の便宜上、トランスジューサ１の振動素子数を
１２個とする。開口径制御回路２００は、入力端子２０
１−１〜２０１−１２、受信アンプ２０２−１〜２０２
−１２、開口制御回路２０３、遅延回路２０４、合成回
路２０５、遅延時間設定回路２０６および可変ローパス
フィルタ周波数設定回路２０７を有する。トランスジュ
ーサ１の各振動素子１−１〜１−１２からのエコー信号
は、対応する入力端子２０１−１〜２０１−１２および
受信アンプ２０２−１〜２０２−１２を経て開口制御回
路２０３に供給する。

【００１４】開口制御回路２０３は、カットオフ周波数
が可変のローパスフィルタ２０３−１〜２０３−１２を
有し、受信アンプ２０２−１〜２０２−１２の各出力
を、対応する可変ローパスフィルタ２０３−１〜２０３
−１２に供給することにより開口制御して遅延回路２０
４に供給する。ここで、可変ローパスフィルタ２０３−
１〜２０３−１２は、その各々のカットオフ周波数を、
制御回路７の制御のもとに、可変ローパスフィルタ周波
数設定回路２０７により以下のようにして設定する。

【００１５】図３は、超音波の伝播距離に応じて、エコ
ー信号の中心周波数がずれる様子を示したもので、縦軸
はエコー信号の中心周波数を、横軸は生体の深度を示し
ている。図３から明らかなよう、深度ｄ３（生体の深
部）におけるエコー信号の中心周波数ｆ３は、深度ｄ１
（生体の浅部）におけるエコー信号の中心周波数ｆ１よ
りも低くなっていることがわかる。この実施例は、この
現象を積極的に利用し、生体の浅部ｄ１からのエコー信
号を開口径（振動素子の数）４で受信する場合には、エ
コー信号の中心周波数がｆ１であるから、可変ローパス
フィルタ２０３−５〜２０３−８のカットオフ周波数
を、ｆ１にエコー信号の周波数帯域を加味した値に設定
する。

【００１６】また、可変ローパスフィルタ２０３−１〜
２０３−４および２０３−９〜２０３−１２のカットオ
フ周波数は、生体の中部ｄ２および深部ｄ３のエコー信
号の中心周波数を考慮して設定する。すなわち、生体の
中部ｄ２からのエコー信号を開口径６で受信する場合に
は、エコー信号の中心周波数がｆ２であるから、可変ロ
ーパスフィルタ２０３−３，２０３−４および２０３−
９，２０３−１０のカットオフ周波数を、ｆ２にエコー
信号の周波数帯域を加味した値に設定する。同様に、生
体の深部ｄ３からのエコー信号を開口径１２で受信する
場合には、エコー信号の中心周波数がｆ３であるから、
可変ローパスフィルタ２０３−１，２０３−２および２
０３−１１，２０３−１２のカットオフ周波数を、ｆ３
にエコー信号の周波数帯域を加味した値に設定する。

【００１７】このように、各可変ローパスフィルタ２０
３−１〜２０３−１２のカットオフ周波数を設定すれ
ば、浅部からのエコー信号は開口径４で、中部からのエ
コー信号は開口径６で、深部からのエコー信号は開口径
１２でそれぞれ受信されることになり、開口制御回路２
０３からは深度に応じて開口が制御されたエコー信号が
出力されることになる。

【００１８】開口制御回路２０３で開口制御された各振
動素子のエコー信号は、遅延回路２０４を経て合成回路
２０５に供給し、ここで位相合成によりフォーカスさせ
る。なお、遅延回路２０４における各振動素子からのエ
コー信号の遅延時間は、位相合成によりフォーカスさせ
るように、制御回路７の制御のもとに、それぞれ遅延時
間設定回路２０６により設定する。

【００１９】図４は、検波器１００の構成を示すもので
ある。検波器１００は、検波手段１０３、波形整形手段
１０９およびＡ／Ｄコンバータ１０７を有し、開口径制
御回路２００の出力信号を検波手段１０３で全波整流
し、その信号を波形整形手段１０９を経てＡ／Ｄコンバ
ータ１０７に供給する。波形整形手段１０９は、固定ロ
ーパスフィルタ１０４、アンプ１０５および可変ローパ
スフィルタ１０６を有し、検波手段１０３の出力を固定
ローパスフィルタ１０４および可変ローパスフィルタ１
０６に供給し、固定ローパスフィルタ１０４の出力に基
づいてアンプ１０５を介して可変ローパスフィルタ１０
６のカットオフ周波数を制御するようにする。

【００２０】なお、固定ローパスフィルタ１０４は、そ
のカットオフ周波数を、エコー信号のキャリア成分が多
少残る程度に高い周波数に設定し、可変ローパスフィル
タ１０６は、固定ローパスフィルタ１０４からアンプ１
０５を介して高い電位が入力されたときは、そのカット
オフ周波数を低くし、低い電位が入力されたときは、カ
ットオフ周波数を高くするよう構成する。また、Ａ／Ｄ
コンバータ１０７は、可変ローパスフィルタ１０６に対
してナイキスト定理を十分満たすクロックＣＫで、可変
ローパスフィルタ１０６の出力をＡ／Ｄ変換するよう構
成する。

【００２１】図５は、図４に示す波形整形手段１０９の
一例の具体的回路構成を示すものである。この例では、
検波手段１０３で全波整流された信号をバッファ１２０
で受け、その出力を抵抗Ｒ３，コンデンサＣ３および抵
抗Ｒ２で構成したカットオフ周波数がｆ_H の固定ローパ
スフィルタ１０４を経てアンプ１０５で増幅する。ま
た、バッファ１２０の出力は、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ
１，バリキャップダイオードＤ１，コンデンサＣ２およ
び抵抗Ｒ４で構成したカットオフ周波数がｆ_a 〜ｆ_b の
可変ローパスフィルタ１０６を経てＡ／Ｄコンバータ１
０７に供給する。なお、バリキャップダイオードＤ１の
アノードは、定電圧源Ｖ_R によりバイアスし、カソード
にはアンプ１０５の出力Ｖ_C を印加する。

【００２２】このように構成によれば、可変ローパスフ
ィルタ１０６を構成するバリキャップダイオードＤ１の
両端には、Ｖ_R −Ｖ_C の電位が与えられるので、Ｖ_R −
Ｖ_Cが小さくなれば、結合容量が増大し、Ｖ_R −Ｖ_C が
大きくなれば、結合容量が減少する。すなわち、図６
（ａ）に示すように、アンプ１０５の出力Ｖ_C が大きく
なれば、可変ローパスフィルタ１０６のカットオフ周波
数は低くなり、Ｖ_C が小さくなればカットオフ周波数は
高くなる。したがって、受信信号の入力電圧が大きいと
きには、図６（ｂ）に示すように、ＲＦ信号のキャリア
成分が十分削除されて検波され、入力電圧が小さいとき
には、図６（ｃ）に示すように、キャリア成分は十分に
は取りきれないが、大振幅のあとの小振幅信号をも正確
に検出することが可能となる。

【００２３】この実施例において、送信回路５からトラ
ンスジューサ１を構成する振動素子群に高周波パルスが
印加されると、振動素子群から超音波が送波される。生
体内に超音波が送波されると、その超音波は、生体内の
浅部から深部に渡って反射され、そのエコー信号が同一
の振動素子群により、浅部反射エコーから深部反射エコ
ーへと順次受信されて開口径制御回路２００に供給され
る。

【００２４】開口径制御回路２００では、各振動素子に
対応する可変ローパスフィルタの周波数特性が、振動素
子群の中心付近の可変ローパスフィルタでは広帯域に、
他の可変ローパスフィルタは中心付近から配列端に向か
って順次狭帯域に設定されているので、生体の浅部から
のエコー信号は、振動素子群の中心付近に対応する可変
ローパスフィルタは通過するが、振動素子群の配列端付
近に対応する可変ローパスフィルタでは通過を阻止さ
れ、これにより狭い開口径が確保される。これに対し
て、生体の深部からのエコー信号は、振動素子群の中心
付近に対応する可変ローパスフィルタ、および振動素子
群の配列端付近に対応する可変ローパスフィルタをとも
に通過するので、広い開口径が確保される。

【００２５】このように、開口径制御回路２００におい
て、可変ローパスフィルタの周波数特性を設定すること
により、従来のようなアナログスイッチを用いることな
く、受信時の開口径制御が可能となる。

【００２６】この開口径制御回路２００の出力は、検波
器１００に供給されて検波されるが、検波器１００に設
けた可変ローパスフィルタ１０６（図４参照）は、開口
径制御回路２００からの出力信号の振幅レベルが大きい
ときには、そのカットオフ周波数が低くなり、振幅レベ
ルが小さいときには、高くなる。したがって、振幅レベ
ルの大きい信号の直後に、振幅レベルの小さい信号が時
間的に連続して入力する場合でも、振幅レベルの小さい
信号を正確に識別することができ、距離分解能を向上す
ることができる。

【００２７】なお、上記の実施例では、開口制御回路２
０３（図２参照）を、カットオフ周波数が可変の複数の
可変ローパスフィルタをもって構成したが、異なるカッ
トオフ周波数が固定的に設定されている複数の固定ロー
パスフィルタをもって構成しても、同様の効果を得るこ
とができる。

【００２８】この発明の実施の態様は、以下の通りであ
る。 １．請求項１記載の超音波診断装置において、前記開口
制御回路の複数のフィルタの各々を、カットオフ周波数
が可変の可変ローパスフィルタをもって構成したことを
特徴とする超音波診断装置。 ２．請求項１記載の超音波診断装置において、前記開口
制御回路の複数のフィルタを、異なる固定のカットオフ
周波数を有する複数の固定ローパスフィルタをもって構
成したことを特徴とする超音波診断装置。 ３．請求項１記載の超音波診断装置において、前記波形
整形手段は、前記検波手段の出力を入力とするカットオ
フ周波数が可変の可変ローパスフィルタと、前記検波手
段の出力を入力とするカットオフ周波数が固定の固定ロ
ーパスフィルタとを有し、この固定ローパスフィルタの
出力に基づいて前記可変ローパスフィルタのカットオフ
周波数を制御するよう構成したことを特徴とする超音波
診断装置。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、アナログスイッチを
用いることなく、複数のフィルタのカットオフ周波数に
よって受信時の開口径を制御するようにしたので、アナ
ログスイッチを用いる場合のようなスイッチングノイズ
が発生しない。したがって、鮮明かつ正確な断層像が得
ることができる。また、合成回路の出力を検波する検波
回路においては、検波手段で検波した後、その出力を波
形整形するようにしたので、振幅レベルの大きな信号の
直後に、振幅レベルの小さな信号が連続する信号が入力
した場合でも、振幅レベルの小さな信号を有効に識別す
ることが可能となり、これにより距離分解能を向上で
き、画像診断を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示す開口径制御回路の一例の構成を示す
ブロック図である。

【図３】エコー信号の深度による中心周波数のずれを示
す図である。

【図４】図１に示す検波回路の一例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】図４に示す波形整形回路の一例の具体的回路構
成を示す図である。

【図６】図５に示す波形整形回路の動作を説明するため
の図である。

【図７】可変開口法を説明するための図である。

【図８】従来の技術を説明するための図である。

【図９】図８の動作を説明するためのタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１ トランスジューサ １−１〜１−ｎ 振動素子 ３ イメージメモリ ４ ＣＲＴ ５ 送信回路 ６ 信号発生器 ７ 制御回路 １００ 検波器 １０３ 検波手段 １０４ 固定ローパスフィルタ １０５ アンプ １０６ 可変ローパスフィルタ １０７ Ａ／Ｄコンバータ １０９ 波形整形手段 ２００ 開口径制御回路 ２０２−１〜２０２−１２ 受信アンプ ２０３ 開口制御回路 ２０３−１〜２０３−１２ 可変ローパスフィルタ ２０４ 遅延回路 ２０５ 合成回路 ２０６ 遅延時間設定回路 ２０７ 可変ローパスフィルタ周波数設定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体に超音波を送波し、その超音波の生
   体からの反射波を受波して受信信号として出力する複数
   の振動素子からなるトランスジューサと、 複数のフィルタを有し、それらのカットオフ周波数によ
   って、前記トランスジューサからの複数の受信信号を選
   別して開口径を制御する開口制御回路と、 この開口制御回路からの複数の受信信号の遅延時間を制
   御する遅延回路と、 この遅延回路からの複数の受信信号を合成して超音波を
   フォーカスさせる合成回路と、 この合成回路の出力を検波する検波手段およびその検波
   出力を波形整形する波形整形手段を有する検波回路と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。