JP2001170055A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】受信エコー信号の基本波成分に対する２次以上
の高調波成分を受信系のＳ／Ｎ比を悪化させずに取り出
す。 【解決手段】超音波診断装置は、被検体内の診断部位に
向けて所定の送信周波数の超音波信号を送信し且つその
超音波エコー信号を受信する超音波探触子３と、この超
音波探触子３により受信された超音波エコー信号を所定
の増幅率で増幅する第１の増幅回路群５と、この第１の
増幅回路群５により増幅された超音波エコー信号から送
信周波数の基本波成分に対する２次以上の高調波成分を
所定のフィルタ特性で取り出す高域通過フィルタ群６
と、この高域通過フィルタ群６により取り出された高調
波成分を診断部位の画像化に関する信号として所定の増
幅率で増幅する第２の増幅回路群７と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の受信エコ
ー信号からその基本波に対する２次高調波を取り出して
画像化する超音波診断装置に関する。特に、本発明は、
超音波探触子とアナログデジタル変換器との間に受信エ
コー信号を増幅する増幅回路と２次高調波成分を検出す
る高域通過フィルタ回路とを組み合わせて配置した回路
系の工夫に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波信号を被検体内に送信し、そのエ
コー信号に基づいて被検体の組織構造や血流を得る超音
波診断装置では、被検体内の血流分布像を得る場合、超
音波信号のドプラ効果を利用したカラードプラ法を用い
るものが多用されている。この超音波診断装置の一例を
図７に示す。

【０００３】図７に示す超音波診断装置においては、送
信信号発生回路群１００で発生させた送信パルスを超音
波探触子１０１の各振動子に印可することによりその探
触子１０１から被検体内の診断部位に向けて超音波信号
を送信すると共にその被検体内から反射され上記送信経
路とは逆の経路で戻ってくる超音波エコー信号を超音波
探触子１０１で電気信号に変換して受信する。

【０００４】このように受信エコー信号を受信すると、
この装置では、制御回路部１０２の制御の元でその受信
エコー信号を増幅（プリアンプ）回路群１０３にて増幅
し、その後でアナログデジタル変換器部１０４にてアナ
ログ量からデジタル量に変換する。

【０００５】そして、このようにデジタル量に変換した
エコー信号に対し、この装置では、受信信号処理回路１
０５で信号処理し、その処理結果をＢモード断層像やカ
ラードプラ像等の超音波画像として画像表示系１０６で
表示させる。

【０００６】上記のような超音波診断装置を用いた診断
の応用技術として、近年、静脈から超音波造影剤を注入
した状態で超音波スキャンを行い、その結果得られた画
像から血流動態の評価を行う超音波診断法が試みられて
いる。この診断法は、超音波造影剤の非線形散乱特性を
利用したもので、超音波信号の基本波成分が超音波造影
剤で散乱するときに生じる２次以上の高調波成分を受信
エコー信号から取り出して基本波成分とは別途に画像を
構成するものである。

【０００７】このように静脈注入に拠る高調波造影（ハ
ーモニックモード）を用いた診断法は、動脈注入に拠る
ものよりも被検体への侵襲性が著しく低いことも手伝っ
て、頭部、腹部などの診断への有用性の期待も高く、現
在、試験・研究が盛んに行われている。

【０００８】例えば、受信エコー信号中の高調波成分を
診断に活用する場合には、３次以上の高調波成分は強度
が小さいため、通常は２次高調波成分を受信エコー信号
から取り出し、その２次高調波成分を用いて画像を構成
するようになっている。この場合には、例えば受信エコ
ー信号の増幅及び整相加算後に２次高調波成分の帯域の
みを通過するように装置内蔵の帯域通過フィルタのフィ
ルタ特性を通常の基本波成分の場合の設定から変更して
制御することにより、受信エコー信号から２次高調波成
分を取り出し、これをアナログデジタル変換回路に出力
するものが知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例のフィルタ特性制御により２次高調波成分を取
り出す技術では、１）２次高調波成分が基本波成分より
も受信エコー信号中の信号強度が４０ｄＢほど低いのが
一般的であるため、基本波成分の飽和による２次高調波
が発生しない条件で増幅する必要がある、２）アナログ
デジタル変換器の入力の飽和レベルも決まっているた
め、これを上限値とするように受信エコー信号を増幅す
る必要があるがこの上限値は基本波成分に制約される、
ことから２次高調波を精度良く増幅することが困難であ
る。

【００１０】その解決法として、例えば、特開平１１−
１８８０３７号公報では、探触子とアナログデジタル変
換器との間に高域通過フィルタを設けることにより基本
波成分を低減する方法が提案されている。

【００１１】しかし、この高域通過フィルタを用いた方
法であっても、受信エコー信号を増幅するための増幅回
路の前段に高域通過フィルタを入れた場合、増幅回路の
入力換算ノイズに対し高域通過フィルタのノイズ劣化が
大きくなり、受信系のＳ／Ｎ比が低下するといった問題
がある。しかも、増幅回路の後段に高域通過フィルタを
入れた場合、２次高調波成分を増幅しようとする基本波
成分も増幅しなければならず、そうすると増幅回路にお
いて基本波成分による飽和が起き、これにより基本波成
分の２次高調波が発生するため、受信エコー信号の２次
高調波成分との判別が困難となる。

【００１２】この発明は、このような従来の問題を考慮
してなされたもので、受信エコー信号の基本波成分に対
する２次以上の高調波成分を受信系のＳ／Ｎ比を悪化さ
せずに取り出すことを、その主要目的とする。

【００１３】また、この発明は、受信エコー信号の基本
波成分に対する２次以上の高調波成分を取り出す際、増
幅回路の飽和による２次以上の高調波発生を低減させる
ことを、その第２の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る超音波診断装置は、被検体内の診断
部位に向けて所定の送信周波数の超音波信号を送信し且
つその超音波エコー信号を受信する超音波送受信手段
と、前記超音波送受信手段により受信された超音波エコ
ー信号を所定の増幅率で増幅する第１の増幅手段と、前
記第１の増幅手段により増幅された超音波エコー信号か
ら前記送信周波数の基本波成分に対する２次以上の高調
波成分を所定のフィルタ特性で取り出す高域通過フィル
タ手段と、前記高域通過フィルタ手段により取り出され
た高調波成分を前記診断部位の画像化に関する信号とし
て所定の増幅率で増幅する第２の増幅手段と、を備えた
ことを特徴とする。前記超音波エコー信号は、高調波造
影の場合、前記被検体に注入した超音波造影剤による超
音波信号の散乱を反映した成分を含む。

【００１５】前記高域通過フィルタ手段は、前記フィル
タ特性を可変で切り換える切り換え器、、又は、前記フ
ィルタ特性を可変で切り換える可変容量ダイオードを備
えることが可能である。可変容量ダイオードを用いる
と、回路を増加させないでフィルタの周波数を変えるこ
とができる。

【００１６】前記第１の増幅手段の増幅率は、その出力
が非飽和となる範囲内で設定されることが可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る超音波診断
装置の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。

【００１８】図１に示す超音波診断装置においては、制
御回路部１の制御の元で送信信号発生回路群２で発生さ
せた送信パルスを超音波探触子３の各振動子に印可して
そこから被検体内の診断部位に向けて超音波信号を送信
すると共に、その被検体内から反射され上記送信経路と
は逆の経路で戻ってくる超音波エコー信号を同じ超音波
探触子３で電気信号に変換して受信し、これを高調波検
出部４に出力する。

【００１９】高調波検出部４は、複数個設けられてお
り、超音波探触子３の各超音波振動子にそれぞれ接続さ
れる。この高調波検出部４は、超音波探触子２の各振動
子の出力側から順次、第１の増幅（プリアンプ）回路群
５、高域通過フィルタ群６、及び第２の増幅（プリアン
プ）回路群６を備えている。

【００２０】この内、第１の増幅回路群５は、本発明の
第１の増幅手段を成すもので、超音波探触子２にて受信
された超音波エコー信号を所定の増幅率で増幅し、その
増幅信号を高域通過フィルタ群６に出力する。この増幅
回路群５の増幅率は、受信エコー信号が出力で飽和しな
いレベルに設定する。このレベルを超えて増幅率を大き
くすると、回路出力で信号が飽和し、受信エコー信号の
基本波に対する２次高調波が発生し、これと受信エコー
信号中に含まれる２次高調波成分との判別が困難となる
ためである。

【００２１】高域通過フィルタ群６は、本発明の高域通
過フィルタ手段を成すもので、図２に示すように第１の
増幅回路群５により増幅された超音波エコー信号からそ
の送信周波数である基本波成分を除去し、２次高調波成
分のみを通過させる高域通過（低域除去）フィルタ特性
を有し、このフィルタ特性を用いて取り出した２次高調
波成分を第２の増幅回路群７に出力する。

【００２２】第２の増幅回路群７は、本発明の第２の増
幅手段を成すもので、高域通過フィルタ群６により取り
出された高調波成分を超音波画像化に関する信号として
所定の増幅率で増幅し、次段（アナログデジタル変換器
部）に出力する。

【００２３】この超音波診断装置は、上記のように高調
波検出部４にて各超音波振動子に対応する高調波信号を
取り出すと、その各超音波振動子に対応する信号をアナ
ログデジタル変換器部８にてアナログ量からデジタル量
にそれぞれ変換し、受信信号処理回路９でその信号に対
して遅延加算処理、包絡線検波処理、ＣＦＭ処理等の信
号処理を施し、その処理結果をＢモード断層像やカラー
ドプラ像等の超音波画像として画像表示系１０の画面上
で表示させる。

【００２４】ここで、高調波検出部４の設定例を図３
（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。

【００２５】まず、図３（ａ）は、高域通過フィルタ群
６を含まない場合のノイズ劣化を説明するものである。
この図３（ａ）において、超音波探触子３、第１の増幅
回路群５、及び第２の増幅回路群７の各出力のノイズレ
ベルをＶｎｏ０、Ｖｎｏ１、及びＶｎｏ２とし、第１の
増幅回路群５の入力換算ノイズ、増幅率をＶｎｉ１、Ａ
１とし、第２の増幅回路群７の入力換算ノイズ、増幅率
をＶｎｉ２、Ａ２とすると、Ｖｎｏ１、Ｖｎｏ２は、そ
れぞれ以下の式で計算される。

【００２６】

【数１】

【００２７】これに対し、図３（ｂ）は、高域通過フィ
ルタ群６を含む場合のノイズ劣化を説明するものであ
る。この場合、上記の第２の増幅回路群７の出力のノイ
ズレベルをＶｎｏ２'とし、これに加えて高域通過フィ
ルタ群６の入力換算ノイズ、増幅率、出力のノイズレベ
ルをＶｎｉ３、Ａ３、及びＶｎｏ３とすると、Ｖｎｏ
１、Ｖｎｏ２'、及びＶｎｏ３は、それぞれ以下の式で
計算される。

【００２８】

【数２】

【００２９】この式によれば、Ｖｎｏ１に対してＶｎｉ
３が十分小さくない場合、Ｖｎｏ３、すなわち高域通過
フィルタ群６の出力ノイズレベルは無視できなくなる。

【００３０】これを回避するためには、第１の増幅回路
群５の出力ノイズレベルＶｎｏ１を大きくする方法か、
高域通過フィルタ群６の入力換算ノイズＶｎｉ３を小さ
くする方法のいずれかが必要である。この内、Ｖｎｉ３
を小さくする方法は、必要なフィルタ特性に拠るところ
が大きいために難しい。これに対し、Ｖｎｏ１を大きく
する方法は、第１の増幅回路群５の増幅率Ａ１を大きく
することで可能である。この実施の形態では、上記の点
を考慮に入れて第１の増幅回路群５の増幅率をその受信
エコー信号が出力で飽和しない条件で適宜に調整してい
る。

【００３１】従って、この実施の形態によれば、超音波
探触子とアナログデジタル変換器との間に超音波画像化
に関する２次高調波を検出する高域通過フィルタを追加
しても、従来例のように回路系にノイズ劣化を起こすと
いった事態もなくなり、しかも高域通過フィルタ追加で
後段増幅器の基本波が飽和して２次高調波が増加すると
いった事態も効果的に抑制することが可能となる。

【００３２】なお、超音波診断装置における受信エコー
信号の基本波成分は、通常、一様ではなく使用される探
触子及び被検体の参照する部位等により異なるため、そ
れに合わせて高域通過フィルタのフィルタ特性を切り換
えることも可能である。このような高域通過フィルタの
フィルタ特性を切り換える方式を図４〜図６に示す。

【００３３】図４に超音波診断装置は、上記と同様の構
成のうち、高域通過フィルタ群の構成を変更したもので
ある。すなわち、図４に示す高域通過フィルタ群８ａ
は、第１の増幅回路群５の出力側に複数の高域通過フィ
ルタ（図中の例では高域通過フィルタ１、２、…、ｎ）
及びそのフィルタをパスする経路をそれぞれ並列に接続
し、その出力側にフィルタ切換えスイッチ（切換器）を
配置した構成で、検出すべき２次高調波成分の周波数に
応じて任意の高域通過フィルタ１、２、…を切り換え器
により切り換えるようになっている。各高域通過フィル
タは、例えば図５に示すように予め検出すべき２次高調
波成分の周波数に応じてフィルタ特性１、２、…、ｎが
設定されている。

【００３４】この図４及び図５に示す例では、高域通過
フィルタは汎用の抵抗、コンデンサ、コイルを用いて任
意に構成したり、１つのパッケージにモジュール化した
ものを採用したりすることが可能である。また、切換器
の設定によって高域通過フィルタをパスする経路を持た
せることにより基本波成分を通過させることができ、こ
れにより基本波成分の画像化を所定周波数の高調波成分
の画像化と共に切り換え可能に実施することも可能であ
る。

【００３５】また、図６に示す超音波診断装置は、上記
と同様の構成のうち、高域通過フィルタの構成を変更し
たものである。この図６に示す高域通過フィルタ８ｂ
は、図示のように可変容量ダイオードＣ１〜Ｃ４、抵抗
Ｒ１、Ｒ２等、バッファ等の回路構成で、検出しようと
する２次高調波成分の周波数に応じて可変容量ダイオー
ドＣ１〜Ｃ４の端子間電圧を調整してその端子間容量を
可変させ、これによりフィルタ特性を可変させるもので
ある。この例では、設定電圧により基本波成分を通過さ
せることも可能であるため、上記例のように信号の経路
を切り換えなくてもよく、回路規模の増加を抑えること
ができる。

【００３６】この図６に示す例では抵抗、可変容量ダイ
オードで構成した２次高調波を通過させる高域通過フィ
ルタの例を示しているが、抵抗、可変容量ダイオードを
追加することにより、２次以上の高域通過フィルタを構
成でき、これにより基本波成分の除去率を上げることが
できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受信エコー信号の基本波成分に対する２次以上の高調波
成分を受信系のＳ／Ｎ比を悪化させずに取り出すことが
できる。また、受信エコー信号の基本波成分に対する２
次高調波成分を取り出す際、増幅回路の飽和による２次
以上の高調波発生を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す
概略ブロック図。

【図２】本発明に基づいて高域通過フィルタのフィルタ
特性を説明する周波数特性グラフ。

【図３】本発明に基づいてノイズ劣化を説明する図で、
（ａ）は高域通過フィルタを含まない場合の概略ブロッ
ク図、（ｂ）は高域通過フィルタを含む場合の概略ブロ
ック図。

【図４】本発明に基づいて高域通過フィルタのフィルタ
特性を切り換える例を説明する概略ブロック図。

【図５】図４の例の場合のフィルタ特性を説明するグラ
フ。

【図６】本発明に基づいて高域通過フィルタのフィルタ
特性を切り換えるその他の例を説明する概略ブロック
図。

【図７】従来例の超音波診断装置の全体構成を示す概略
ブロック図。

【符号の説明】

１ 制御回路部 ２ 送信信号発生回路群 ３ 超音波探触子 ４ 高調波検出部 ５ 第１の増幅回路群 ６ 高域通過フィルタ群 ７ 第２の増幅回路群 ８ アナログデジタル変換器部 ９ 受信信号処理回路 １０ 画像表示系

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内の診断部位に向けて所定の送信
   周波数の超音波信号を送信し且つその超音波エコー信号
   を受信する超音波送受信手段と、 前記超音波送受信手段により受信された超音波エコー信
   号を所定の増幅率で増幅する第１の増幅手段と、 前記第１の増幅手段により増幅された超音波エコー信号
   から前記送信周波数の基本波成分に対する２次以上の高
   調波成分を所定のフィルタ特性で取り出す高域通過フィ
   ルタ手段と、 前記高域通過フィルタ手段により取り出された高調波成
   分を前記診断部位の画像化に関する信号として所定の増
   幅率で増幅する第２の増幅手段と、を備えたことを特徴
   とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発明において、前記高域
   通過フィルタ手段は、前記フィルタ特性を可変で切り換
   える切り換え器を備えたことを特徴とする超音波診断装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の発明において、前記高域
   通過フィルタ手段は、前記フィルタ特性を可変で切り換
   える可変容量ダイオードを備えたことを特徴とする超音
   波診断装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の発明において、前記第１
   の増幅手段の増幅率は、その出力が非飽和となる範囲内
   で設定されるものであることを特徴とする超音波診断装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の発明において、前記超音
   波エコー信号は、前記被検体に注入した超音波造影剤に
   よる超音波信号の散乱を反映した成分を含むものである
   ことを特徴とする超音波診断装置。