JP2004357901A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】診断目的に応じて、受信回路の入力インピーダンスないし等価入力インピーダンスを調整可能にする。
【解決手段】反射エコー信号の受信回路５の入力部に等価入力インピーダンスを可変するインピーダンス可変回路５ａを設け、インピーダンス制御手段８ａにより探触子種類と超音波周波数と診断モードの少なくとも１つに基づいて等価入力インピーダンスを求め、求めた等価入力インピーダンスに基づいてインピーダンス可変回路を制御することにより、受信回路の等価入力インピーダンスを診断目的に応じて調整する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に、探触子から出力される反射エコー信号を受信処理する受信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、被検体の表面に超音波探触子を当て、その探触子から被検体に超音波を送信して被検体内部から発射される反射エコー信号をその探触子で受信し、受信した反射エコー信号に基づいて被検体内部の状態を断層像などの診断画像を得るものであり、被検体との間で超音波を送受する探触子と、この探触子に供給する超音波の駆動信号を出力する送信回路と、探触子から出力される反射エコー信号を受信処理する受信回路と、この受信回路から出力される反射エコー信号に基づいて診断画像を再構成する画像処理手段と、この画像処理手段で再構成された診断画像を表示するモニタと、これらの各部を制御する制御手段とを備えて構成される。
【０００３】
このような超音波診断装置においては、計測対象、計測部位、計測情報などの診断目的の違いに応じて、送受信する超音波の周波数等を変えている。例えば、一般的な診断像を計測する場合は、探触子から基本波の超音波を送信し、反射エコー信号の基本波成分を用いて画像を再構成している。また、被検体に造影剤を注入してコントラスト画像を計測する場合は、探触子から基本波成分を主とする超音波を送信する一方、反射エコー信号に含まれる造影剤由来の高調波成分を抽出して画像化することが行なわれている（特許文献１）。また、高調波は波長が短く、かつ音響的な超音波ビームの拡散が小さいことから、探触子から高調波の超音波を送受信することにより、診断画像の空間分解能を改善することが行なわれている。さらに、低周波の超音波は生体内での信号減衰率が小さいので超音波が深部まで到達することに鑑み、探触子の最大感度周波数よりも少し低い周波数の超音波を送受して、超音波ドプラ計測の感度を改善することが行なわれている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１８２６８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、診断目的の違いに応じて送受信する超音波の周波数等を変える場合、探触子に超音波の駆動信号を供給する送信回路、又は探触子から出力される反射エコー信号を受信して増幅する受信回路に、所望の周波数成分を通過させるフィルタ等を設けることにより、高調波成分などの所望の周波数成分のゲインを高くすることが行なわれる。
【０００６】
しかしながら、送受信する超音波の周波数によって探触子の電気信号に対する出力インピーダンスが変化すると、受信回路の入力インピーダンスとの整合が取れなくなり、空間分解能が劣化する場合があるという問題については配慮されていないという問題がある。
【０００７】
すなわち、超音波探触子には、セクタ型、リニア型、コンベックス型など、振動素子の形状や配列等により異なる種々の種類があり、これらの種類によって、探触子から受信回路に至る信号伝播系の信号源抵抗が異なるとともに、送受信する超音波周波数によって探触子の出力インピーダンスが異なってくる。これは、基本的に探触子の構造によって決まってくるもので、振動素子は信号電極と接地電極の間に圧電素子を挟んで形成され、圧電素子、電極間距離及び電極面積などにより信号源抵抗値が定まり、また並列の浮遊容量値が定まるからである。
【０００８】
これに対し、従来、超音波診断装置の受信回路の入力インピーダンスは、その超音波診断装置で使用される探触子の代表的な種類と周波数に基づいて、固定的に設定されている。そのため、使用する超音波の周波数によっては、探触子と受信回路のインピーダンスの整合性が十分に取れず、診断画像の空間分解能やコントラストが十分得られない場合が生ずる。
【０００９】
一方、探触子の最大感度周波数よりも低い周波数の超音波を送受して感度を改善する場合の受信回路の入力インピーダンスは、探触子と受信回路のインピーダンス整合が取れる受信回路の入力インピーダンスと必ずしも一致していないという問題がある。
【００１０】
したがって、従来は、受信回路の入力インピーダンスを、整合が取れるインピーダンスと、最大感度が得られるインピーダンスの間に調整していたため、診断画像の空間分解能やコントラストが犠牲になったり、受信感度が犠牲になるという不都合があった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、診断目的に応じて、受信回路の入力インピーダンスないし等価入力インピーダンスを調整できる超音波診断装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。
【００１３】
反射エコー信号の受信回路の入力部に等価入力インピーダンスを可変するインピーダンス可変回路を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この場合において、インピーダンス可変回路を制御して等価入力インピーダンスを制御するインピーダンス制御手段を設けることができる。この入力インピーダンス制御手段は、探触子種類と超音波周波数と診断モードの少なくとも１つに基づいて等価入力インピーダンスを求め、求めた等価入力インピーダンスに基づいてインピーダンス可変回路を制御するようにする。又は、これに代えて、制御手段に接続された入力手段から入力される指令に基づいてインピーダンス可変回路を制御するようにすることができる。この場合、インピーダンス制御手段に、探触子種類と超音波周波数と診断モードに対応させて等価入力インピーダンスを定めたメモリテーブルを備えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１に本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態の全体構成をブロック図にして示す。図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、超音波パルス発生回路１から出力される超音波パルスは送信回路２に入力され、ここにおいて送信フォーカス処理及び増幅処理などの送信処理が施され、送波分離部３を介して超音波の探触子４に供給される。これにより探触子４を構成する複数の振動素子が駆動され、被検体内に超音波が送波される。被検体内に送波された超音波は、被検体内の組織等により反射された反射エコー波は探触子４に受波されて電気信号に変換される。探触子４により変換された反射エコー信号は、送受分離部３を介して受信回路５に入力され、ここにおいて増幅処理、整相処理及びＡＤ変換などの受信処理が施される。受信回路５から出力される反射エコー信号は画像処理手段３に入力され、ここにおいて反射エコー信号から所望の情報を抽出して診断画像を再構成する。画像処理手段６により再構成された診断画像は、ＣＲＴやＴＦＴ液晶表示装置などのモニタ７に表示される。超音波パルス発生回路１、送信回路２、受信回路５、画像処理手段６等は、コンピュータなどにより構成される制御手段８の指令に基づいて制御される。制御手段８は、入力手段３９から入力される指令に基づいて各種の設定、制御を実行可能になっている。なお、制御手段８は、図示していない口径選択スイッチを制御して超音波ビームを走査することができる。また、受信回路５の整相処理及びＡＤ変換など、及び画像処理手段３６の一部は、コンピュータなどによって構成することができる。
【００１６】
本実施形態における特徴は、受信回路５の入力部にインピーダンス可変回路５ａを設け、このインピーダンス可変回路５ａを制御手段８に設けた入力インピーダンス制御手段８ａにより制御するようにしたことにある。図２に、インピーダンス可変回路５ａの一実施形態の回路構成と、探触子４の簡便な等価回路を示す。
【００１７】
探触子４の等価回路は、図示のように、信号源１１と、信号源１１に直列に接続された信号源抵抗１２とで表すことができ、これらにより探触子４の等価出力インピーダンスＺｏが決まってくる。一方、受信回路５の入力部はプリアンプ２１を有して構成され、探触子４の出力信号は口径選択切り換えスイッチ及び送受分離部を介してプリアンプ２１の入力に供給される。プリアンプ２１の入力端はインピーダンス２２を介して接地され、かつスイッチ２３とインピーダンス２４の直列回路を介して接地されている。このスイッチ２３とインピーダンス２４の直列回路により、本発明のインピーダンス可変回路５ａが形成されている。これらのインピーダンス２２、インピーダンス可変回路５ａ及びプリアンプ２１の入力インピーダンスにより、破線で示す受信回路５の等価入力インピーダンスＺｒが定まる。なお、図示においては、１つの振動素子の受信回路について示しているが、このような受信回路は、振動素子の数と口径選択方式に応じて複数備えられている。
【００１８】
このように構成される本実施形態のインピーダンス可変回路５ａの動作について説明する。スイッチ２３をオン又はオフすることによって等価入力インピーダンスＺｉを２つの値に変えることができる。したがって、計測対象、計測部位、計測情報などの診断目的の違いに応じて、探触子４の種類を変更したり、送受信する超音波周波数を変更することにより、探触子４の等価出力インピーダンスＺｏが変化した場合は、これに応じてスイッチ２３をオン又はオフしていずれかの等価入力インピーダンスＺｉを選択することにより、インピーダンス整合を図ることができる。例えば、ドプラ血流計測の場合は、通常の断層像を計測する場合よりも低い周波数帯域を利用するので、探触子４の等価出力インピーダンスは断層像計測の場合よりも高値を示す。そこで、インピーダンス整合を図る場合は、スイッチ２３がオンのときに断層像計測に適した値に設定し、ドプラ血流計測に切り換える場合はスイッチ２３をオフしてドプラ血流計測に適した値に切り換える。
【００１９】
このように、受信回路５の等価入力インピーダンスを可変できるから、受信回路５の等価入力インピーダンスを診断目的に応じて変動する探触子４の等価出力インピーダンスに整合させることができる。その結果、信号伝送系における不要な信号反射を押さえて空間分解能を向上させることができる。
【００２０】
他方、インピーダンス整合を図ることに代えて、診断目的に応じて最大感度が得られるように受信回路５の等価入力インピーダンスを可変することができる。これにより、信号ノイズ比（ＳＮ比）を向上させることができる。
【００２１】
図３に、スイッチ２３を自動的に切り換えるインピーダンス制御手段８ａの一実施形態を示す。図示のように、インピーダンス制御手段８ａは、判定部３１とバッファ３２を備えて構成される。判定部３１は、制御手段８の他の機能から送られてくる探触子種類の識別信号、超音波周波数の識別信号及び診断モードの識別信号に基づいて、探触子４の等価出力インピーダンスＺｏを判定し、受信回路５の等価入力インピーダンスＺｉを求める。そして、求めたＺｉに調整するためのスイッチ２３の切り替え信号をバッファ３２を介してスイッチ２３に出力する。これによって、スイッチ２３はインピーダンス制御手段８ａによって求められた等価入力インピーダンスＺｉに相当するオン、オフ状態に切り替えられる。なお、判定部３１は、メモリで構成することができる。すなわち、探触子種類の識別信号、超音波周波数の識別信号及び診断モードの識別信号の組み合わせを読み出しアドレスとし、それらの組み合わせに対応させて等価入力インピーダンスを設定記憶させておけばよい。
【００２２】
ここで、探触子種類は、例えば形状により、セクタ型、リニア型、コンベックス型などに分類することができ、超音波周波数は受信する超音波周波数に設定する。また、診断モードは、基本波撮像モード、高調波撮像モード、分解能重視モード、感度重視モード、又はそれらの組み合わせなどを設定することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、インピーダンス制御手段８ａによりスイッチ８を自動的に切り替える例を説明したが、入力手段９を介して制御手段８を操作してスイッチ８を用手法により切り替えるようにすることもできる。
（第２実施形態）
図４に、図２に示した受信回路５の他の実施形態を示す。本実施形態の受信回路５のプリアンプ２１は、フィードバックインピーダンス２５によって等価入力インピーダンスＺｉが決定されることから、このフィードバックインピーダンス２５にインピーダンス可変回路５ｂを並列に接続して、等価入力インピーダンスＺｉを可変するようにしたものである。インピーダンス可変回路５ｂは、図２の実施形態と同様に、スイッチ２３とフィードバックインピーダンス２６の直列回路で構成されている。スイッチ２３は、図３のインピーダンス制御手段８ａにより、又は入力手段９を介して切り替え操作するようにする。
【００２４】
これにより、本実施形態のインピーダンス可変回路５ｂによれば、図２のインピーダンス可変回路５ａと同様の効果を得ることができるだけでなく、図２の実施形態のようにアース間のインピーダンスを可変するよりも、プリアンプ２１のフィードバックインピーダンスの値を可変する方がＳＮ比が向上するので望ましい。
（その他の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、スイッチ２３を切り替えることにより、２つの等価入力インピーダンスＺｉに可変する受信回路５の例を示したが、本発明はこれに限らず、診断目的の応じて３つ以上の等価入力インピーダンスＺｉに可変する必要がある場合は、インピーダンス２４又はフィードバックインピーダンス２６を複数設け、これに合わせてスイッチ２３を複数設けることにより対応できる。
【００２５】
さらに、図５、図６に示すように、インピーダンス２４又はフィードバックインピーダンス２６に可変型のインピーダンス素子２７，２８を用いることにより、スイッチ２３を用いなくても実現できる。可変型のインピーダンス素子２７，２８としては、図７に示すように、コンデンサ４１に直列接続されたダイオード４２に電流源４３から流す電流量を調整することにより、あるいは、図８に示すように、ＦＥＴ４４のゲート・ソース間に印加する電圧源４５の電位を調節することにより実現できる。また、図９に示すように、プリアンプ１０の入力端にトランス４７を設け、このトランス４７の巻数比を可変に形成し、昇圧及びインピーダンス変換させることにより実現できる。
【００２６】
また、図３のインピーダンス制御手段に代えて、図１０のように構成することができる。本実施形態は、図６、図７に示した可変型のインピーダンス素子２７，２８を介して等価入力インピーダンスを可変する場合に好適なものである。すなわち、図１０に示すように、判定部３１において求められた等価入力インピーダンスＺｉに相当するディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ・コンバータ（ＡＤＣ）３３を設け、このＡＤＣ３３から出力される信号をアンプ３４により図６の電流源４３の電流指令、あるいは図７の電圧源４５の電圧指令に変換して出力する。
【００２７】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、受信回路５の等価入力インピーダンスＺｉを可変できるから、基本波成分を用いて画像を再構成する一般的な診断像を計測する場合や、高調波成分を用いてコントラスト画像を計測する場合など、探触子４の等価出力インピーダンスが変化しても、これに合わせて受信回路５の等価入力インピーダンスＺｉを調整することにより、分解能重視のインピーダンス整合、あるいは感度重視のインピーダンスに調整でき、高い空間分解能あるいは高感度を確保することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、診断目的に応じて、受信回路の入力インピーダンスないし等価入力インピーダンスを調整でき、診断条件が変わっても高い空間分解能あるいは高感度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態の全体構成のブロック図である。
【図２】本発明の特徴に係るインピーダンス可変回路の一実施形態の回路構成図である。
【図３】本発明の特徴に係るインピーダンス制御手段の一実施形態の構成図である。
【図４】本発明の特徴に係るインピーダンス可変回路の他の実施形態の回路構成図である。
【図５】図２のスイッチに代えて可変型インピーダンス素子を用いて構成した実施形態の回路構成図である。
【図６】図４のスイッチに代えて可変型インピーダンス素子を用いて構成した実施形態の回路構成図である。
【図７】本発明に係る可変型インピーダンス素子の一実施形態を示す図である。
【図８】本発明に係る可変型インピーダンス素子の他の一実施形態を示す図である。
【図９】本発明に係る可変型インピーダンス素子のさらに他の一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の特徴に係るインピーダンス制御手段の他の実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１ 超音波パルス発生回路
２ 送信回路
４ 探触子
５ 受信回路
５ａ インピーダンス可変回路
８ 制御手段
８ａ インピーダンス制御手段
９ 入力手段

Claims (1)

1. 被検体との間で超音波を送受する探触子と、該探触子に供給する超音波の駆動信号を出力する送信回路と、探触子から出力される反射エコー信号を受信処理する受信回路と、該受信回路から出力される反射エコー信号に基づいて診断画像を再構成する画像処理手段と、該画像処理手段で再構成された診断画像を表示するモニタと、前記各部を制御する制御手段とを備えた超音波診断装置において、前記受信回路の入力部に等価入力インピーダンスを可変するインピーダンス可変回路を設けたことを特徴とする超音波診断装置。

Images