JPS633844A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波診断装置に係り、特に包絡線信号の高周
波成分の強調をおこない、超音波像の輪郭を明確にする
に好適なディジタル信号処理回路を備えた超音波診断装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来装置の輪郭強調をおこなう回路は、例えば特開昭５
５−１２０８５９号に記載のように、包Ｂ線信号の一部
を高域遮断反転する反転増幅器を介して元の包絡線信号
に加算し、高周波成分を強調するといったアナログ信号
処理によるものであった・ 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、部品精度のバラツキ等により回路特性
の均一性に欠けるという点について配慮がされておらず
、例えば、複数の回路系を有して複数の受信信号に対し
て同時に処理をおこなうような場合、特性の差により表
示画像に輝度ムラを生じる等の問題があった。

本発明の目的は、回路とディジタル化することにより特
性を均一化し、回路調整の軽減、及び回路特性を容易に
変更できるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ディジタル化した包＃Ｐ線信号をディジタ
ルフィルタ回路を用いてフィルタ処理をおこない高周波
成分を強調とするという構成をとることにより達成され
る。

〔作用〕

ディジタルフィルタ回路におけるフィルタ処理は、処理
のパラメータとなるフィルタ係数や次数を２値化したデ
ータで与えることができる。また、フィルタ処理の時間
軸上ウィンド幅を容易に変更することもできる。したが
って、複数の回路系に対しても同一パラメータを同時に
ディジタル値で指定することができるので、回路調整の
軽減や回路特性の変更が容易に実現される。

〔実施例〕

本発明の詳細な説明に先立ち、従来のアナログ信号処理
装置についてさらに詳しく述べる。

第２図は、従来のアナログ信号処理方式における回路の
構成例について示したものである。

第２図において、２０１は探触子、２０２は送信制御回
路、２０３は受信制御回路、２０４は整相回路、２０５
は増幅回路、２０６は検波回路、２０７は包絡線信号の
高周波成分を強調するための回路（以下、ＦＴＣ回路と
するｅ）−２０８はＡ／Ｄ変換器、２０９はフレームメ
モリ、２１０は超音波像表示装置である。

本構成例において、２０１の探触子で送受信さｎた超音
波信号は２０３〜２０６の各回路を介して包絡線信号が
検出され、２０７のＦＴＣ回路で高周波成分の強調がお
こなわれる。その信号は、２０８のＡ／Ｄ変換器を介し
てディジタル信号化され、２０９ののフレームメモリに
記憶される。

２１０の超音波像表示装置には、２０９のフレームメモ
リに記憶された情報に基づいて像が表示される。したが
って、２０８のＡ／Ｄ変換器までの信号処理はアナログ
処理であり、部品精度のバラツキ等により回路特性が均
一とならず微妙な回路調整を必要としていた。回路調整
には多大な労力や時間が必要であり、コスト上昇等にも
つながっていた。また、以上のような理由から回路特性
を容易に変更することも困難であった。

以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の基本回路構成を示す一実施例である
。

第１図において、１０１は検波回路、１０２はＡ／Ｄ変
換器、１０３はディジタルフィルタ回路、１０４はフレ
ームメモリ、１０５はフィルタ処理制御回路である。

本構成例によれば、１０１の検波回路で検出された包絡
線信号は１０２のＡ／Ｄ変換器を介してディジタル信号
化され、１０３のディジタルフィルタ回路に入力される
。ディジタルフィルタ回路１０３におけるフィルタ係数
や次数、及びフィルタ処理の時間軸上ウィンド幅等は１
０５フイルタ処理制御回路で制御され、このディジタル
フィルタ回路１０３によって包絡線信号の高周波成分を
強調するフィルタ処理がおこなわれ、その出力は１０４
のフレームメモリに記憶される。

第３図は、本発明による回路構成の一実施例について示
したものである。第３図において、３０１は探触子、３
０２は送信制御回路、３０３は受信制御回路、３０４は
整相回路、３０５は増幅回路、３０６は検波回路、３０
７はＡ／Ｄ変換器、３０８はディジタルフィルタ回路、
３０９はフィルタ処理制御回路、３１０はフレームメモ
リ、３１１は超音波像表示装置である。

また、第４図は、第３図の３０４〜３０８の回路系を２
個有して、２系統の超音波受信信号に対して同時に処理
をおこなう場合について示したものである。

第４図において、４０１は探触子、４０２は送信制御回
路、４０３は受信制御回路である。ブロック４１２は整
相回路４０４、増幅回路４０５、検波回路４０６、Ａ／
Ｄ変換器４０７，４０８はディジタルフィルタ回路を含
む。またブロック４１３は上記ブロック４１２と同一構
成であり、これら２系統の処理回路により同時に２つの
受波ビームについて信号処理をしてフレームメモリ４１
０に信号を書き込むことができる。４０９はフィルタの
フィルタ処理のパラメータを同時に指定する。４１１は
超音波像表示装置である。

第３図及び第４図に示すような構成によれば、ディジタ
ルフィルタ回路におけるフィルタ係数や次数等のフィル
タ処理に用いる各パラメータを２値化した値で指定する
ことができ、回路調整作業が大幅に軽減される。また、
外部からユーザー自身が任意に回路特性を変更すること
も可能となるので、診断部位や症状に応じて異った質の
超音波像を提供することができる。

さらに第４図に示すような構成の場合、特に本発明は有
効であり、各回路系で用いるフィルタ処理のパラメータ
を１個の制御回路で同時に指定することができるのに加
えて、回路系間の特性のバラツキにより生じていたすだ
れ状の画像輝度ムラ等も解消することができる。

なお、第４図では回路系が２個の場合についてのみ示し
たが、本発明はこ九に限定されるものではなく、より複
数の回路系を有する場合、あるいは、回路系の数にかか
わらず複数の受信信号に対して時分割で処理をおこなう
場合においても有効であることはいうまでもない。

第５図は、ディジタルフィルタ回路におけるフィルタ処
理の時間軸上ウィンド幅と周波数応答の関係について示
した一例である。

第５図において、ｈ、〜ｈｎはフィルタ係数、Ｔは同図
（ａ）に示すようなディジタルフィルタ回路における各
入力フィルタタップでのデータ転送周期、Ｔｏはフィル
タ処理の時間軸上ウィンド幅であり、同図（ａ）及び（
ｂ）に示すように、フィルタ次数をｎ個とすると、−番
目のタップｘ１によるデータ転送からｎ番目のタップｘ
ｙ、によるデータ転送までに要する時間、すなわち各遅
延素子による遅延時間ｔ１〜ｔｎの和に等しい。

ｆは包路線信号の最高周波数、ｔ１〜。−１は各遅延素
子による遅延時間である。

ここで、同図（ａ）はディジタルフィルタ回路の一例に
ついて示した図、同図（ｂ）は時間軸上ウィンド幅Ｔｏ
を説明する図、同図（ｃ）は実空間におけるフィルタ係
数の関係を示す図、同図（、（）は周波数空間における
周波数応答と周波数の関係を示す図である。

一般に、フィルタ処理による周波数応答は実空間におけ
るフィルタリングの関係式をフーリエ変換することによ
り考えることができる。（１）式は、同図（ｃ）の関係
をフーリエ変換したものである。

ただし、ｗ＝２πｆである。

フィルタ処理の時間軸上ウィンド幅Ｔ。の変化が周波数
応答に及ぼす影響を考える場合、その相対値に注目すれ
ばよいので、考え方を簡皐にするために（１）式の絶対
値の２乗をとると（２）式となる。

Ｉ　Ｆ（］　ｗ）　Ｉ　２＝（ｈｌ”　＋ｈ２　”）　
　２ｈ　１ｈ２　ｃｏｓ（ｗＴｏ）　　　　（２）同図
（ｄ）は、（２）式に基づき、ｈ１＝１゜ｈ　２＝−０
，２，ＴＯ＝１／ｆ、１／（２ｆ）及び１／（４ｆ）の
場合について示したものである。

同図（ｄ）より、フィルタ処理の時間軸上ウィンド幅Ｔ
。＝１／（４ｆ）の場合は、包絡線信号の最高周波数ｆ
付近の周波数応答の変化が最も大きい。しかし、Ｔ　ｏ
　”　１　／　ｆの場合には周波数ｆの１／２倍付近の
周波数成分が強調されているため、超音波像の輪郭を明
確にする効果は少ない。最低周波数時の周波数応答に対
して周波数応答が最大となるフィルタ処理の時間軸上ウ
ィンド幅はＴ。

＝１／（２ｆ）であり、これよりＴｏが大きくなるにし
たがって前述した現象が生じる。したがって、フィルタ
処理の時間軸上ウィンド＠Ｔｏは包＃３線信呆の同型＜
　！　、／　ｆ　）の１／２倍以下とする必要がある。

第５図（ｃ）、　（ｃｌ）においては、フィルタ次数が
２個の場合についてのみ示したが、本発明の効果はこれ
に限定されるものではなく、周波数応答が同様のふるま
いをするフィルタ係数及びフィルタ次数の場合において
も有効であることはいうまでもない。また、超音波信号
の処理においては、超音波信号が左右非対称であること
から、フィルタ係数の配列を第５図に示すように非対称
なものとする、及びフィルタ係数を、配列が奇数番目の
ものと偶数番目のもので負号をちがえることも本発明の
大きな特徴である。

さらに、本実施例に示すようなフィルタ処理の時間軸上
ウィンド幅、あるいはフィルタ係数及びその配列方法を
採用することにより、ハード的にもフィルタ次数を少な
くしながらも高周波成分を強調できるというメリットが
ある。

第６図は、Ａ／Ｄ変換器の分解能を超音波像表示装置の
濃度分解能を等しくした場合の回路構成について示した
一実施例である。

同図において、６０１はＡ／Ｄ変換器、６０２はディジ
タルフィルタ回路、６０３はディジタルフィルタ回路に
おけるフィルタ次数のアドレス指定回路、６０４はディ
ジタルフィルタ回路におけるフィルタ係数の指定回路、
６０５はフィルタ回路出力から像表示に有効な信号を選
択するピットセレクタ回路、６０６はフレームメモリ、
６０７は超音波像表示装置、６０８は６０１〜６０５の
各回路を制御するフィルタ処理制御回路である。

同図に示すように、超音波像表示装置６０７の濃度分解
能を５ｂｉｔとした場合、表示装置６０７のもつ表示能
力を最大限に有効に利用するためには、フィルタ処理以
前のＡ／Ｄ変換においても、少なくとも５ｂｊｔの分解
能が必要である。

これは例えば、Ａ／Ｄ変換器６０１の分解能を４ｂｉｔ
とし、最大出力の信号１１１１を得た場合、フィルタ次
数を１個、フィルタ係数を１０００とするとフィルタ回
路６０２の出力信号は０００００１１１１０００となり
、ピットセレクタ回路６０５において、どの任意の５ｂ
ｉｔを選択しても表示装置６０７の最大表示能力が有効
に利用されていないことからも明らかである。

同図においては、Ａ／Ｄ変換器の分解能を超音波像表示
装置の濃度分解能と等しくした場合について説明をおこ
なったが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａ
／Ｄ変換器の分解能を超音波像表示装置の濃度分解能よ
りも高くした場合についても有効であることはいうまで
もない。

以上、各実施例においては検波回路出力をＡ／Ｄ変換す
るという構成をとって説明をおこなったが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、検波回路がＡ／Ｄ変換器以
後に存在する場合においても有効であり、検波回路まで
も含めてディジタル化とした構成をとることも本発明の
範囲であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アナログ信号処理方式で問題となって
いた部品精度のバラツキ等による回路特性の不均一が解
消できるので、回路ｍ整時間の縮少やそれにともなう労
働コストの低減等をはかれる効果がある。

また、回路のディジタル化にともない、表示される超音
波像の質を容易に変更することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本回路構成を示す一実施例を示す
ブロック図、第２図は従来例の装置構成を示すブロック
図、第３図は本発明の一実施例の装置構成を示すブロッ
ク図、第４図は本発明の回路構成を複数個有する場合の
装置構成を示すブロック図、第５図は特許請求の範囲第
３項を説明する図１．第６図は特許請求の範囲第４項を
説明する一実施例を示すブロック図である。 １０１・・・検波回路、１０２・・・Ａ／Ｄ変換器、１
０３・・・ディジタルフィルタ回路、１０４・・・フレ
ームメモリ、１０５・・・フィルタ処理制御回路。 第１圀 り 第夕日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波受信信号の包絡線信号を得る手段と、超音波
   受信信号をＡ／Ｄ変換する手段と、ディジタルフィルタ
   リング手段とを具備し、ディジタル信号処理により包絡
   線信号の高周波成分を強調する信号処理を行なうことを
   特徴とする超音波診断装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、第１項
   記載の回路系を複数個有して、複数の超音波受信信号に
   対して同時に信号処理をおこなうことを特徴とする超音
   波診断装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において、ディジ
   タルフィルタリング手段におけるフィルタ処理の時間軸
   上ウインド幅を包絡線信号の最高周波数成分の周期の１
   ／２倍以下とすることを特徴とする超音波診断装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の装置において、Ａ／Ｄ
   変換する手段の分解能を、超音波像表示装置の濃度分解
   能以上とすることを特徴とする超音波診断装置。