JPH1176234A - タイムゲイン設定方法および超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微調整が容易なタイムゲイン設定方法および
超音波撮像装置を実現する。 【解決手段】 手動操作される可動部の位置に応じた設
定値を与える複数の手動設定器５２２〜５３２により時
間軸上の複数の点ｔ１〜ｔ６に複数のゲイン値をそれぞ
れ設定し、複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイ
ムゲイン特性を設定するに当たり、タイムゲイン特性の
微調整を、手動設定器の可動部の移動量に対するゲイン
値の変化量を小さくした状態で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイムゲイン(tim
e-gain) 設定方法および超音波撮像装置に関し、特に、
手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える手
動設定器を複数個用い、時間軸上の複数の点にそれぞれ
ゲイン値を設定し、そのようなゲイン値に基づいてエコ
ー(echo)受信のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイ
ン設定方法および超音波撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体内に超音波を送波してエコーを受
信する場合、受信増幅器のゲインを受信時間の経過とと
もに増加させ、エコー帰投の過程で生じる信号減衰を補
償することが知られている。これは、タイムゲイン・コ
ントロール(time-gain control: TGC) と呼ばれる。

【０００３】所望のＴＧＣを行うため、受信増幅器のタ
イムゲイン特性、すなわち、受信ゲインの時間変化特性
を、使用者が手動設定できるようになっている。タイム
ゲイン特性の設定は、複数の手動設定器を用い、それに
よって、ゲインの時間変化特性曲線を決める時間軸上の
複数の点のゲイン値をそれぞれ設定するようになってい
る。

【０００４】手動設定器は手動操作される可動部を有
し、その位置を調節することによりゲイン値を調節する
ようになっている。可動部の移動量とゲイン値の変化量
との対応関係は予め決まっており、操作者はそれを利用
して、所望のゲイン値を得るように可動部の位置を調節
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】微妙なタイムゲイン特
性を設定する場合は、手動設定器の可動部の微妙な位置
調整が必要とされるので、作業の困難性が増し、また、
調整時間が長くなるという問題があった。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、微調整が容易なタイムゲイ
ン設定方法および超音波撮像装置を実現することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）上記の課題を解決する第１の発明は、手動操作さ
れる可動部の位置に応じた設定値を与える複数の手動設
定器により時間軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれ
ぞれ設定し、前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信
のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイン設定方法で
あって、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記
ゲイン値の変化量を小さくして前記タイムゲイン特性の
微調整を行う、ことを特徴とする。

【０００８】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、被検体内からエコーを受信する超音波受信手段と、
手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複
数の手動設定器により前記被検体の深さに対応する時間
軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定するゲ
イン設定手段と、前記手動設定器の可動部の移動量に対
する前記ゲイン値の変化量を変える変化量変更手段と、
前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイ
ン特性を設定するタイムゲイン特性設定手段と、前記タ
イムゲイン特性設定手段によって設定されたタイムゲイ
ン特性で前記超音波受信手段の受信信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段の出力信号に基づく画像を生成す
る画像生成手段と、を具備することを特徴とする。

【０００９】第２の発明において、前記変化量変更手段
が、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイ
ン値の変化量が相対的に大きいゲイン変換特性を有する
第１のゲイン変換手段と、前記手動設定器の可動部の移
動量に対する前記ゲイン値の変化量が相対的に小さいゲ
イン変換特性を有する第２のゲイン変換手段と、を備え
ることが、タイムゲイン特性の設定を段階的に行う点で
好ましい。

【００１０】その場合、前記第２のゲイン変換手段を、
前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値
の変化量を互いに異ならせた複数のものとすることが、
タイムゲイン特性の微調整を多様化する点で好ましい。

【００１１】（作用）第１の発明および第２の発明で
は、微調整時には手動設定器の可動部の移動量に対する
ゲイン値の変化量を小さくし、ゲイン値を変化させるの
に必要な可動部の移動量を大きくする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。

【００１３】図１に超音波撮像装置のブロック(block)
図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。
本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形
態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の
方法に関する実施の形態の一例が示される。

【００１４】（構成）図１に示すように、本装置は、超
音波プローブ２を有する。超音波プローブ２は、図示し
ない複数の超音波トランスデューサ(transducer)のアレ
イ(array) を有する。アレイは、例えば前方に張り出し
た円弧に沿って１次元的に配列された１２８個の超音波
トランスデューサによって構成される。すなわち、超音
波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)と
なっている。

【００１５】個々の超音波トランスデューサは例えばＰ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス(ceramics)
等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２
は、操作者により被検体４に当接されて使用される。

【００１６】超音波プローブ２は送受信部６に接続され
ている。超音波プローブ２と送受信部６は、本発明にお
ける超音波受信手段の実施の形態の一例である。送受信
部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて被検体４
内に超音波を送波させるようになっている。送受信部６
は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からの
エコー信号を受信するようになっている。

【００１７】送受信部６のブロック図を図２に示す。同
図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２
は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビーム
フォーマ(beamformer)６０４に入力するようになってい
る。

【００１８】送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミ
ング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beam fo
rming)信号、すなわち、複数の超音波トランスデューサ
を時間差をもって駆動する複数の駆動信号を発生し、送
受切換回路６０６に入力するようになっている。

【００１９】送受切換回路６０６は、複数の駆動信号を
セレクタ(selector)６０８に入力するようになってい
る。セレクタ６０８は、超音波トランスデューサのアレ
イの中から送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の
超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動
信号をそれぞれ与えるようになっている。

【００２０】複数の超音波トランスデューサは、複数の
駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波
をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成によって
超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向
は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって
定まる。

【００２１】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、一
定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの送波
方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換える
ことにより順次変更される。それによって、被検体４の
内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査され
る。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。

【００２２】セレクタ６０８は、また、超音波トランス
デューサのアレイの中から受波アパーチャを構成する複
数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波ト
ランスデューサが受信した複数のエコー信号を送受切換
回路６０６に入力するようになっている。

【００２３】送受切換回路６０６は、複数のエコー信号
を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになってい
る。受波ビームフォーマ６１０は、複数のエコー受信信
号に時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算
して受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上
のエコー受信信号を形成するようになっている。セレク
タ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査され
る。

【００２４】ＴＧＣ(time-gain controlled)増幅回路６
１２は、受波ビームフォーマ６１０の出力信号をＴＧＣ
増幅する。すなわち、ビームフォーミングされたエコー
受信信号を時間とともに漸次増加するゲイン（タイムゲ
イン）で増幅し、エコーが被検体４内を帰投する過程で
生じる振幅の減衰を補償する。ＴＧＣ増幅回路６１２
は、本発明における増幅手段の実施の形態の一例であ
る。

【００２５】ＴＧＣ増幅回路６１２のタイムゲインは後
述する制御部１８によって制御されるようになってい
る。また、送波タイミング発生回路６０２ないし受波ビ
ームフォーマ６１０も、後述する制御部１８によって制
御されるようになっている。

【００２６】超音波プローブ２および送受信部６によっ
て、例えば図３に示すような走査が行われる。同図に示
すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２
０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０
６が走査され、いわゆるコンベックススキャンが行われ
る。音線２０２を超音波の送波方向とは反対方向に延長
したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっ
ている。点２０８は全ての音線の発散点となる。

【００２７】送受信部６はＢモード処理部１０に接続さ
れている。送受信部６から出力される音線毎のエコー受
信信号は、Ｂモード処理部１０に入力される。Ｂモード
処理部１０はＢモード画像データを形成するものであ
る。Ｂモード処理部１０は、図４に示すように対数増幅
回路１０２と包絡線検波回路１０４を備えている。Ｂモ
ード処理部１０は、対数増幅回路１０２でエコー受信信
号を対数増幅し、包絡線検波回路１０４で包絡線検波し
て音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、
すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコー
プ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモー
ド画像データを形成するようになっている。

【００２８】Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接
続されている。Ｂモード処理部１０および画像処理部１
４は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例
である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入
力されるデータに基づいてＢモード画像を構成するもの
である。

【００２９】画像処理部１４には表示部１６が接続され
ている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示するようになって
いる。

【００３０】以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、
画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続さ
れている。制御部１８は、例えばマイクロプロセッサ(m
icroprocessor)等を用いて構成される。制御部１８は、
それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するよう
になっている。

【００３１】制御部１８には操作部２０が接続されてい
る。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作
具を備えた操作パネル(panel) で構成される。

【００３２】図５に、操作部２０の操作パネルの一部の
平面図を示す。同図に示すように、操作パネル５００に
は、複数の直線的なスリット(slit)５０２〜５１２が互
いに平行に設けられている。操作パネル５００の裏側に
は、スリット５０２〜５１２ごとに、図示しない複数の
手動設定器がそれぞれ設けられている。操作パネル５０
０に表側には、スリット５０２〜５１２を通して各手動
設定器の可動部に連結するノブ(nob) ５２２〜５３２が
配列されている。

【００３３】複数の手動設定器は、それぞれ例えばポテ
ンショメータ(potentiometer) 等で構成され、ノブ５２
２〜５３２をスリット５０２〜５１２に沿って動かすこ
とにより、スリット５０２〜５１２の長さ方向における
ノブ５２２〜５３２の位置に応じた信号をそれぞれ生じ
るようになっている。それらの信号はＴＧＣ用のゲイン
設定値として制御部１８に入力されるようになってい
る。

【００３４】ノブ５２２〜５３２は、例えば図６に示す
ように、エコー受信の時間軸上に定めた複数の時点ｔ１
〜ｔ６にそれぞれ対応付けられている。ノブ５２２〜５
３２を動かすことにより、ｔ１〜ｔ６時点でのゲイン値
がそれぞれ調節される。

【００３５】したがって、例えば図７に示すようにノブ
５２２〜５３２を動かしたとき、ｔ１〜ｔ６時点でのゲ
イン値が図８に示すように設定される。制御部１８は、
このようなゲイン値に基づき、一点鎖線で示すようにｔ
１〜ｔ６時点のゲイン値を連ねる曲線を求めてタイムゲ
イン特性を形成するようになっている。制御部１８は、
本発明におけるタイムゲイン設定手段の実施の形態の一
例である。

【００３６】本装置では、ノブ５２２〜５３２の移動に
よりｔ１〜ｔ６時点のゲイン値を調節するとき、ノブ５
２２〜５３２の移動距離当たりのゲイン値の変化量を標
準と微小の２段階に切り換えできるようにしている。

【００３７】すなわち、図９に示すように、手動設定器
５４０のノブ位置をゲイン値に変換する変換器として、
標準ゲイン変換器２４２と微小ゲイン変換器２４４とを
制御部１８内に設け、切換器２４６，２４８により切り
換えて使用するようにしている。標準ゲイン変換器２４
２は、本発明における第１のゲイン変換手段の実施の形
態の一例である。微小ゲイン変換器２４４は、本発明に
おける第２のゲイン変換手段の実施の形態の一例であ
る。切換器２４６，２４８は、操作者が操作する図示し
ないスイッチからの信号に基づいて、切換コントローラ
２５０によって切り換えられる。

【００３８】手動設定器５４０、標準ゲイン変換器２４
２および微小ゲイン変換器２４４は、本発明におけるゲ
イン設定手段の実施の形態の一例である。切換器２４
６，２４８および切換コントローラ２５０は、本発明に
おける変化量変更手段の実施の形態の一例である。

【００３９】標準ゲイン変換器２４２は、例えば図１０
の（ａ）に示すような位置−ゲイン変換特性を持ち、微
小ゲイン変換器２４４は、例えば同図の（ｂ）に示すよ
うな位置−ゲイン変換特性を持つ。同一の位置変化量に
つき、（ｂ）は（ａ）の例えば数分の１ないし１０分の
１程度のゲイン変化量となっている。

【００４０】このような構成により、標準ゲイン変換器
２４２を用いる場合は、（ａ）の特性に従ってノブ位置
がゲイン値に変換され、微小ゲイン変換器２４４を用い
た場合は、（ｂ）の特性に従ってノブ位置がゲイン値に
変換される。

【００４１】なお、位置−ゲイン変換特性は、必ずしも
直線的な変換特性にする必要はなく、例えば図１１の
（ａ）’，（ｂ）’のように、適宜の非直線を与えるよ
うにしても良い。また、図１２に示すように、複数の微
小ゲイン変換器２４４，２４４’，…を設け、それぞれ
異なる位置−ゲイン変換特性と持たせるようにしても良
い。これは、複数の微小ゲイン変換器の中から所望の特
性のものを適宜選択して利用できる点で好ましい。

【００４２】（動作）本装置の動作を説明する。操作者
は超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、
操作部２０を操作して撮像を開始する。以下、制御部１
８による制御の下で、Ｂモード撮像が進行する。

【００４３】送受信部６は、超音波プローブ２を通じて
音線順次で被検体４の内部を走査して逐一そのエコーを
受信する。送受信部６は、また、エコー受信信号をＴＧ
Ｃ増幅する。ＴＧＣ増幅のタイムゲインは、初期設定さ
れたタイムゲイン特性に基づいて制御される。

【００４４】Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入
力されるエコー受信信号を対数増幅回路１０２で対数増
幅し包絡線検波回路１０４で包絡線検波してＡスコープ
信号を求め、それに基づいて音線毎のＢモード画像デー
タを形成する。

【００４５】画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０か
ら入力される音線毎のＢモード画像データに基づいてＢ
モード画像を生成する。Ｂモード画像は表示部１６に与
えられ、可視像として表示させる。

【００４６】操作者は、表示部１６に表示されたＢモー
ド像を観察し、撮像範囲に対してタイムゲイン特性の設
定が適切か否か、すなわち、被検体４の内部が所望の深
度範囲にわたって適切な輝度で表示されているか否かを
調べる。輝度が適切でない部分があるときは、タイムゲ
イン特性の設定が不適切であることを示している。

【００４７】そのような場合は、タイムゲイン特性の調
節を行う。以下、タイムゲイン特性の調節について説明
する。操作者は、ノブ５２２〜５３２を動かしてｔ１〜
ｔ6時点のゲイン値を調節する。ゲイン値の調節は、先
ず、標準モードで行われ、例えば図１０の（ａ）に示し
た位置−ゲイン変換特性に基づいて、ノブ５２２〜５３
２の移動量に対応したゲイン値の調節が行われる。

【００４８】ゲイン値の変更に応じてタイムゲイン特性
が変更され、表示画像の輝度分布が変わる。操作者は、
表示画像を見ながら所望の輝度状態が得られるまでノブ
５２２〜５３２の位置調節を続ける。

【００４９】輝度調節がノブ５２２〜５３２の微妙な位
置調整を必要とする段階に至ったとき、操作者は微調整
モードでのタイムゲイン調節に移行する。それには、先
ず、所定のスイッチ等を操作してそれまで得たタイムゲ
イン特性を一旦凍結し、次いで、ノブ５２２〜５３２を
スリット５０２〜５１２の中央部に整列させて図５に示
した状態にする。

【００５０】次に、他のまたは同一の所定のスイッチ等
を操作して微調整モードに切り換える。これによって、
位置−ゲイン変換特性が例えば図１０の（ｂ）の特性に
切り換わる。また、切り換えにともなってタイムゲイン
特性の凍結が解除される。

【００５１】次に、操作者は、図５に示した状態からノ
ブ５２２〜５３２を動かして、ゲイン値の微調整を行
う。ゲイン値の微調整は、標準モードで設定したゲイン
値への加算あるいは減算として行われる。

【００５２】微調整モードでは、ノブ５２２〜５３２の
移動距離に対し、ゲイン値が、標準モード時の数分の１
ないし１０分の１の変化率で変化する。このため、ノブ
５２２〜５３２の全移動範囲が例えば図１３に矢印で示
す狭いゲイン変化範囲に対応するようになる。すなわ
ち、ノブ５２２〜５３２の操作の大きなストローク(str
oke)によりゲイン値を微調整することができるので、調
整が容易になる。

【００５３】微調整の結果は逐一表示画像に反映され
る。操作者は表示画像を観察しながら微調整を進め、所
望の輝度状態すなわちタイムゲイン特性が得られたとこ
ろでゲイン調節を終了する。

【００５４】以上、超音波撮像装置におけるタイムゲイ
ンの設定について説明したが、上記と同様なタイムゲイ
ンの設定は、超音波エコーの受信に限らず、帰投の過程
で減衰する例えば電波等の他の波動のエコーを受信する
場合に適用しても、同様の効果を奏することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与え
る複数の手動設定器により時間軸上の複数の点に複数の
ゲイン値をそれぞれ設定し、複数のゲイン値に基づいて
エコー受信のタイムゲイン特性を設定するに当たり、タ
イムゲイン特性の微調整を、手動設定器の可動部の移動
量に対するゲイン値の変化量を小さくした状態で行うよ
うにしたので、微調整が容易なタイムゲイン設定方法お
よび超音波撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】本発明の実施の形態の一例の装置における送受
信部のブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の一例の装置による音線走
査の概念図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモ
ード処理部のブロック図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例の装置における操作
部の一部の平面図である。

【図６】本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲイ
ン値の手動設定の概念図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例の装置における操作
部の操作状態を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態の一例の装置におけるタイ
ムゲイン特性設定の概念図である。

【図９】本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲイ
ン設定手段のブロック図である。

【図１０】本発明の実施の形態の一例の装置おける手動
設定時の位置−ゲイン変換特性の一例を示すグラフであ
る。

【図１１】本発明の実施の形態の一例の装置おける手動
設定時の位置−ゲイン変換特性の一例を示すグラフであ
る。

【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲ
イン設定手段のブロック図である。

【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置におけるタ
イムゲイン特性微調整の概念図である。

【符号の説明】

２ 超音波プローブ ４ 被検体 ６ 送受信部 １０ Ｂモード処理部 １４ 画像処理部 １６ 表示部 １８ 制御部 ２０ 操作部 ６０２ 送波タイミング発生回路 ６０４ 送波ビームフォーマ ６０６ 送受切換回路 ６０８ セレクタ ６１０ 受波ビームフォーマ ６１２ ＴＧＣ増幅回路 １０２ 対数増幅回路 １０４ 包絡線検波回路 ２００ 放射点 ２０２ 音線 ２０４ 円弧 ２０６ ２次元領域 ２０８ 発散点 ５００ 操作パネル ５０２〜５１２ スリット ５２２〜５３２ ノブ ５４０ 手動設定器 ２４２ 標準ゲイン変換器 ２４４，２４４’ 微小ゲイン変換器 ２４６，２４８ 切換器 ２５０ 切換コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 手動操作される可動部の位置に応じた設
   定値を与える複数の手動設定器により時間軸上の複数の
   点に複数のゲイン値をそれぞれ設定し、 前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイ
   ン特性を設定するタイムゲイン設定方法であって、 前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値
   の変化量を小さくして前記タイムゲイン特性の微調整を
   行う、ことを特徴とするタイムゲイン設定方法。
2. 【請求項２】 被検体内からエコーを受信する超音波受
   信手段と、 手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複
   数の手動設定器により前記被検体の深さに対応する時間
   軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定するゲ
   イン設定手段と、 前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値
   の変化量を変える変化量変更手段と、 前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイ
   ン特性を設定するタイムゲイン特性設定手段と、 前記タイムゲイン特性設定手段によって設定されたタイ
   ムゲイン特性で前記超音波受信手段の受信信号を増幅す
   る増幅手段と、 前記増幅手段の出力信号に基づく画像を生成する画像生
   成手段と、 を具備することを特徴とする超音波撮像装置。