具体实施方式
以下,参照附图来说明本发明的超声波诊断装置的实施方式。
图1表示本实施方式的超声波诊断装置100的外观。超声波诊断装置100使用超声波探头2在监视器6显示体内组织的断层像等。超声波诊断装置100具有多个显示模式,例如B模式图像的显示功能(B模式功能)、彩色多普勒功能或者脉冲多普勒功能。
这些显示模式通过操作者操作设置在超声波诊断装置100上的各种按钮,例如操作面板的按钮111来选择。
图2是本实施方式的超声波诊断装置100的框图。
超声波诊断装置100包括发送电路1、超声波探头(probe)2、接收电路3、低通滤波器4、信号处理电路5和监视器6。另外,省略了图1所示的操作面板的按钮111的图示。
发送电路1驱动超声波探头2,使其发送超声波波束。具体而言,发送电路1对超声波探头2施加与发送电压相当的振幅的高压脉冲波。图3表示1通道的发送电路1的详细的硬件结构。发送电路1由多个通道(64通道(ch)到数百通道)构成,但在图3中仅示出了与其中的1通道相当的结构。需留意实际上图3的发送电路存在与通道数对应的个数。例如若是128ch发送波束成形系统,则并列地配置128个同样的结构。
发送电路1具有脉冲发生器21、驱动放大器22和电容器C1。脉冲发生器21将低压的触发脉冲输出给驱动放大器22。此时,在并列配置的多个通道的脉冲发生器21中分别设定适当的延迟时间,输出各触发脉冲。据此,能够以位于目标的深度以及方向的生物体的组织为目标发送超声波波束。而且,在本实施方式中,脉冲发生器21根据所选择的显示模式,发生按每个声扫描线而不同的脉冲波形。例如,在选择B模式功能时,脉冲发生器21发生1波的脉冲。此外,在选择彩色多普勒功能时,在短时间内切换B模式发送和彩色多普勒发送从而进行发送,但此时脉冲发生器21在B模式发送时发生1波的脉冲,在彩色多普勒发送时发生4波的脉冲。
驱动放大器22将脉冲发生器21的输出放大到驱动电压Vx后输出。驱动电压Vx根据显示模式被设定为适当的电压。即,在选择B模式功能时、选择彩色流模式功能时等,驱动放大器22使放大的大小发生变化。其结果,输出的脉冲的振幅不同。对驱动电压Vx并联地连接用于电压稳定化的电容器C1。驱动放大器22的输出连接于超声波探头2对应的各振动器。
需注意与图12所示的发送单元相比,图3所示的脉冲发生器21、驱动放大器22以及驱动用电源电压仅搭载一个,而不是针对各通道而搭载多个。
超声波探头2对由发送电路1提供的高压脉冲波进行电声变换,作为超声波波束发送到被检体内,并且接收来自被检体内的生物体组织的反射回波信号,变换为电信号发送给接收电路3。
图4表示接收电路3的结构。
接收电路3利用接收到的反射回波信号(超声波回波信号),具有进行接收调焦(reception focusing)的功能。具体而言,接收电路3具有每通道的前置放大器(例如前置放大器31)、每通道的AD转换器(例如AD转换器32)、和接收波束成形器33。前置放大器31对微弱的超声波回波信号进行放大。AD转换器32将放大后的超声波回波信号(模拟信号)变换为数字信号。接收波束成形器33通过将各通道的超声波回波信号(数字信号)进行延迟相加从而将多个通道的信号汇总为一个信号之后输出。以下,将该输出信号记作“接收回波信号”。另外,接收回波信号是数字信号。
接收电路3的输出被送至低通滤波器4。低通滤波器4具有截止被延迟合成的接收回波信号的高域成分的特性。该特性可以通过改变滤波器乘法系数来按每个显示模式来发生变更。
图5表示低通滤波器4的硬件结构。低通滤波器4例如是FIR数字滤波器。
低通滤波器4具有多个延迟元件d1~d(n-1)、多个乘法器mul0~mul(n-1)、和多个加法器s1~s(n-1)另外,在图5中还示出了存储器M以及开关SW,但是这些是为了后面的说明而示出的结构。在本实施方式中,存储器M以及开关SW没有包含在低通滤波器4的结构中,而是被设置为超声波诊断装置100的构成要素的一部分。
各延迟元件d1~d(n-1)在1采样的期间保持接收回波信号。各乘法器mul0~mul(n-1)将各接收回波信号(包括各延迟元件中所保持的接收回波信号)和分别设定的滤波器系数b0x~b(n-1)x相乘。
各滤波器系数根据显示模式而被切换。更具体地进行说明。在超声波诊断装置100的存储器M中存储了多个系数组A以及B。各系数组对应于所选择的显示模式而定。
现在,设在超声波诊断装置100中能够选择B模式显示和彩色多普勒显示。此时,在B模式显示时,通过开关SW选择系数组A,应用于乘法器群mul,在各乘法器mul0~mul(n-1)的乘法处理中被利用。另一方面,在彩色多普勒显示时,通过开关SW选择系数组B,应用于乘法器mul0~mul(n-1)的乘法处理。开关SW可以通过硬件来实现,也可以通过例如超声波诊断装置100的微型计算机(未图示)读出任一系数组来实现。
因为系数组A以及B的各滤波器系数不同,所以根据显示模式切换滤波器系数时,低通滤波器4的滤波器特性发生变化。对于怎样发生变化的详细说明,后面参照图6~11来详细叙述。
再次参照图2。
低通滤波器4的输出被送至信号处理电路5。信号处理电路5具有B模式信号处理电路5a、彩色多普勒信号处理电路5b和脉冲多普勒信号处理电路5c。B模式信号处理电路5a进行动态滤波器、检波、日志(log)压缩处理等的信号处理。彩色多普勒信号处理电路5b进行数据的重排、MTI滤波、相关运算等的信号处理。脉冲多普勒信号处理电路5c分别进行基于FFT运算的波谱计算等的信号处理。各信号处理电路5a~5c的运算结果被送至监视器6。监视器6基于接收到的信号,显示图像。其结果,在监视器6上,在B模式显示时显示体内组织的断层像,在彩色多普勒显示时或者脉冲多普勒显示时将与血流信息对应的图像与B模式断层图像重叠显示。
另外,B模式信号处理电路5a、彩色多普勒信号处理电路5b以及脉冲多普勒信号处理电路5c可以分别作为单独的硬件电路来设置。或者,可以设置与各信号处理电路对应的多个图像处理程序和一个图像处理芯片,通过图像处理芯片选择性执行与显示模式对应的图像处理程序来实现。
以下,说明上述的超声波诊断装置100的动作。
如背景技术中所述,大多超声波诊断装置具备多个显示模式,作为动作状态,复合进行各模式的收发处理。
首先,对仅进行作为最基本的显示模式的B模式图像的显示的动作模式(单一B模式)时的超声波诊断装置100的动作进行说明。
发送电路1内的脉冲发生器21将脉冲长较短的(例如1波~2波左右)触发脉冲发送到驱动放大器22。此时,对驱动放大器22的发送电源电压Vx被设定为B模式用的发送电压(V1),该触发脉冲的振幅被放大到发送电压(V1)并输出。图6表示从驱动放大器22输出的发送脉冲。若与后面的图9的波形相比较,则该发送电压(振幅)V1被设定得较大。
下面,说明对这种发送脉冲的反射回波信号。例如图7表示反射回波信号的频率分布33。对于与图6所示的脉冲接近的触发脉冲的输入,其反射回波信号具有比较宽的频带。
来自被检体内的反射回波被接收电路3处理后,输入到低通滤波器4。
图8表示单一B模式时的低通滤波器4的频带特性以及增益特性(以下,将这些一起记述为“滤波器特性”)32。在图8中还一起示出了探头2的可接收频带31、以及图7的反射回波信号的频率分布33。单一B模式时,低通滤波器4的频带特性如图8所示,设定为具有足够覆盖探头2的频带31的宽的通过频带。这种滤波器特性32通过例如作为图5的系数组A而规定的多个滤波器系数b00~b(n-1)0来实现。
下面,说明彩色多普勒显示模式时的低通滤波器4的滤波器特性。
所谓彩色多普勒显示模式,是在短时间(数10μ秒左右)交互地切换B模式发送循环和彩色多普勒发送循环,并且实时地显示B模式信号处理图像以及彩色多普勒信号处理图像这两者的复合扫描模式。在B模式发送循环中,超声波诊断装置100将B模式用发送脉冲发送到被检体内,用B模式信号处理电路5a处理被反射的回波信号并显示。另一方面,在彩色多普勒发送循环中,超声波诊断装置100将彩色多普勒用发送脉冲发送到被检体内,用彩色多普勒信号处理电路5b处理被反射的回波信号并显示。
图9(a)表示彩色多普勒显示模式时的B模式脉冲的波形,图9(b)表示彩色多普勒显示模式时的彩色多普勒脉冲的波形。
如前所述,相对于B模式发送脉冲的脉冲数是1~2左右,彩色多普勒发送脉冲的脉冲数是4~8左右。而且,由于超声波声输出的限制,彩色多普勒发送脉冲的发送电压(振幅)不能像单一B模式时那样变大。设此时的发送电压为V2。电压V2小于之前图6所示的单一B模式时的脉冲的发送电压(振幅)V1(V2<V1)。
发送电路1内的脉冲发生器21在短时间内切换并发送脉冲长较短的B模式脉冲和脉冲长较长的彩色多普勒脉冲。供应给驱动放大器22的发送电压为了B模式脉冲、彩色多普勒脉冲而设定为V2,来进行超声波的收发。在B模式脉冲发送时,从驱动放大器22发送图9(a)所示那样的振幅比较小的振幅V2的发送波。
下面,说明针对这种发送脉冲的反射回波信号。例如图10表示彩色多普勒脉冲的反射回波信号的频率分布35。与图7的频率分布33相比可知,彩色多普勒脉冲的反射回波信号具有比较窄的频带。另外,彩色多普勒显示模式时的B模式脉冲的频率分布如图7所示。
来自被检体内的反射回波被接收电路3处理后输入到低通滤波器4,之后生成B模式图像以及彩色多普勒图像。
与单一B模式时的发送脉冲相比,彩色多普勒显示模式时的B模式发送脉冲的振幅变小。因此,彩色多普勒显示模式时的B模式图像的增益低、S/N变差。
为了防止该问题,如图11所示地设定低通滤波器4的滤波器特性。图11表示彩色多普勒显示模式时的低通滤波器4的滤波器特性34。在图11中还一起示出了探头2的可接收频带31、以及图10的反射回波信号的频率分布35。彩色多普勒显示模式时,设定为截止探头2的频带中高频侧的一部分,并且使通过频带的增益上升。其理由是:频率越高,超声波衰减越大(例如衰减率是0.6dB/cm·MHz),噪声成分出现在高频侧。因为脉冲电压低,图像暗,所以需要使增益上升,使图像变亮。
使通过频带的增益上升的量(补正量)大体是弥补发送电压降低的量即可。例如,在发送电压变为70%时,使接收增益上升到+3dB即可,此外在发送电压变为50%时,使接收增益上升到+6dB即可。另外,该具体的补正量的给予方法是一例。在实际的开发时,可以将补正量作为调整对象的参数来处理,开发者在图像调整时边看着图像边决定补正量。
图11的滤波器特性34由例如作为图5的系数组B而规定的多个滤波器系数b01~b(n-1)1来实现。
若设定为上述的滤波器特性,则可以认为分辨率等比单一B模式时的图像的画质变差。但是,这不是大问题。在彩色多普勒显示模式时,使用者关注血流的动态。因此,对同时显示的B模式图像的关心,尤其是对分辨率的关心比单一B模式时降低,所以对画质分辨率的要求降低。另一方面,可考虑在彩色多普勒显示模式重叠的B模式图像,与宽带/高频的画质相比,期望S/N高的画质。
下面,说明图8以及图11的滤波器特性32以及34的相互的关系。
首先,关于频率特性,本实施方式所涉及的低通滤波器4,根据所选择的显示模式至少截止频率发生变化。所谓“截止频率”,是滤波器特性32以及34的增益(振幅特性)开始下降的频率。这里,选择彩色多普勒模式时的低通滤波器4的截止频率被设定为比选择B模式时的截止频率低。
此外,选择彩色多普勒模式时的低通滤波器4的频率特性被设定为,关于探头2可以接收的反射回波信号的频带(可接收频带),截止其高频侧的一部分(图11)。与此相对,选择B模式时的低通滤波器4的频率特性被设定为例如直接包括探头2的可接收频带(图8),但是也可以根据规格,删除该可接收频带的一部分。
下面,对于低通滤波器4的通过频带的增益进行说明。选择彩色多普勒模式时的低通滤波器4的通过频带的增益被设定为比选择B模式时的通过频带的增益大。
在本实施方式中说明了,在接收电路3和信号处理电路5之间设置低通滤波器4,根据所选择的显示模式切换滤波器特性的例子。作为与该结构将关联的构成例,存在在信号处理电路5设置滤波器的技术。例如,已知在B模式信号处理电路5a中设置动态滤波器的技术。所谓动态滤波器,是构成为根据时间来切换滤波器,按每个显示深度使频率特性发生变化的滤波器。但是,这种动态滤波器与上述低通滤波器4的功能以及结构完全不同。
首先,所谓动态滤波器,是使B模式图像的画质提高的技术,是仅对单一B模式时的B模式图像的画质产生影响的滤波器。该动态滤波器的特性具有如下特征:考虑空间分辨率、对比度分辨率、S/N、各深度的画质平衡,以许多被检体为对象,花费时间来慎重地被调整。
使用动态滤波器,在技术上可以实现与本发明的效果相近的效果。但是,因为需要如上述那样进行调整使得满足各种条件,所以花费非常长的时间。动态滤波器调整的必要工时进一步增加,结果,工时变为例如2倍,这在开发上是不期望的。
根据本实施方式,在信号输入动态滤波器之前插入一个非动态(dynamic)的固定的滤波器,切换滤波器系数组。因为可以与动态滤波器独立地设定滤波器特性,所以非常简单。
据此,可以使滤波器调整成为决定彩色流、多普勒模式时的截止特性那样的简单的调整,能够大幅地缩短开发期间。
此外,根据本实施方式的构成,因为在单一B模式时也能以其他系数动作,所以能够带来由动态滤波器特性不能完全弥补的追加特性。据此,能够实现仅由目前为止的动态滤波器不足的急剧的截止特性,此外能够进行是否使特定频率的信号通过的控制、以及使其通过时的信号振幅的控制。该低通滤波器4的频率截止特性,期望根据连接的探头、发送频率、以及诊断部位而适当地变更。
如以上那样,根据本发明的实施方式的超声波诊断装置,能够获得通过各发送模式公共的发送电路、和截止频带特性与发送模式联动地变化的低通滤波器,可以在单一B模式下显示分辨率方面优异的宽带、高频的B图像,在彩色多普勒显示模式下显示S/N优异的B图像的超声波诊断装置。
因为不需要设置2个或2个以上的发送电路中的驱动放大器,滤波器本身小型,所以超声波诊断装置本身可以小型化。此外,相对于驱动放大器这样的硬件的追加对成本增加以及耗电增加产生较大的影响,本发明可以通过已有的硬件(例如信号处理部5)或者追加轻微的电路要素来实现滤波器的追加。因此,可以低成本的制造以及利用。
另外,示出了所述发送电路利用2值发送的1例,但是在使用了正脉冲、负脉冲的3值发送的情况下也相同。
此外,在本实施方式中作为复合模式的一例说明了彩色多普勒模式,但是在脉冲多普勒模式中仅将彩色多普勒信号处理变为脉冲多普勒信号处理,其动作和效果也是相同的。
此外,低通滤波器4在改变截止频率的同时也进行了接收增益的补正,但是也可以将接收回波信号的增益补正委托给其他信号处理电路(例如前置放大器),而仅进行截止频率的变更。
产业上的可利用性
本发明所涉及的超声波诊断装置在切换多个显示模式来利用时,根据各显示模式利用截止频率不同的滤波器。因为通过进行彩色流、多普勒模式时的截止特性(和/或)这样的简单的调整就能够调整滤波器特性,所以与以被检体为对象花费时间慎重地进行调整的现有方法相比,能够大幅地缩短开发期间。
此外,因为也不需要按每个发送通道设置多个驱动放大器等,所以能够实现小型化以及低成本化。
符号说明
1 发送电路
2 超声波探头
3 接收电路
4 低通滤波器
5 信号处理电路
5a B模式信号处理电路
5b 彩色多普勒信号处理电路
5c 脉冲多普勒信号处理电路
6 监视器
21 脉冲发生器
22 驱动放大器
Vx 发送电压
C1 电容器
31 探头的频带
32 单一B模式时的低通滤波器的截止特性
33 彩色多普勒显示模式时的低通滤波器的截止特性
51、53 脉冲发生器
52、54 驱动放大器
VA、VB 发送电压
CA、CB 电容器
55 切换开关