JP2002058670A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP2002058670A
JP2002058670A JP2000248513A JP2000248513A JP2002058670A JP 2002058670 A JP2002058670 A JP 2002058670A JP 2000248513 A JP2000248513 A JP 2000248513A JP 2000248513 A JP2000248513 A JP 2000248513A JP 2002058670 A JP2002058670 A JP 2002058670A
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JP
Japan
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probe
frequency
ultrasonic diagnostic
vibrator
waveform
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JP2000248513A
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English (en)
Inventor
Takao Suzuki
隆夫 鈴木
Hiroshi Fukukita
博 福喜多
Takashi Hagiwara
尚 萩原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、超音波診断装置に関し、時間的な
ずれを生ずることなく、周波数成分毎に収束点の異なる
超音波を送信し、全深度で良好な分解能を有する超音波
診断装置を提供すること。 【解決手段】 送信部2は、制御部5から送信の指示を
受け取ると、任意符号発生器10によりチャープ波形を
発生し、増幅器12により増幅して、探触子1内の個々
の振動子11を駆動する。探触子1から放射された超音
波は、生体内で反射し探触子1で受信され、受信部3
で、増幅され、目的とする地点で反射された信号の位相
が一致するような遅延を与えられた後加算され、信号処
理部4で、バンドパスフィルタ17により送信した超音
波の周波数と収束深度の関係から中心周波数と帯域を決
定してバンドパスフィルタリング処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、送信波形を符号化
した医療用の超音波診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的な超音波診断装置は、図4に示す
ように、複数の振動子11を備えた探触子1と、送信タ
イミング制御部13および増幅器12から構成される送
信部2と、増幅器14、遅延器15および加算器16か
ら構成される受信部3と、バンドパスフィルタ17、ロ
グ圧縮器18および検波器19から構成される信号処理
部4と、ディジタルスキャンコンバータ(DSC)6
と、モニタ7と、装置全体を制御する制御部5から構成
される。
【0003】送信部2は、制御部5から送信の指示を受
け取ると、生体内の一点に超音波が収束するようにタイ
ミングをずらせた複数の駆動パルスを発生し、数十から
百数十Vの電圧に増幅して、探触子1内の個々の振動子
11を駆動する。探触子1から放射された超音波は、生
体内の音響インピーダンスの異なる個所で反射し、再び
探触子1で受信されて電気信号に変換される。受信信号
は、受信部3で、増幅され、目的とする地点で反射され
た信号の位相が一致するような遅延を与えられた後加算
される。受信期間中に、この遅延量を、受信信号の反射
深度に応じて、動的に変化させることによって、全深度
で最良の分解能が得られるようになっている。これを受
信ダイナミックフォーカスと呼んでいる。信号処理部4
では、SN比を向上させるために深度に応じた中心周波
数と帯域幅を持つバンドパスフィルタ17によるフィル
タリング処理や、ログ圧縮器18による受信信号のダイ
ナミックレンジを圧縮するためのログ圧縮などの処理を
施し、最後に検波器19により検波処理を行う。バンド
パスフィルタリング処理は生体の減衰特性を考慮し、受
信信号の反射深度に応じて、動的に特性を変化させるの
が一般的である。DSC6は、複数回の送受信によって
得られた複数の受信信号を走査変換してTV信号に変換
し、モニタ7で得られた画像を表示する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の超音
波診断装置において、受信側では受信ダイナミックフォ
ーカスによって全深度で最良の分解能が得られるように
なっているが、送信側では超音波を生体内の一定深度に
しか収束させることができないため、収束点以外の深度
では分解能が劣化するという問題があった。これに対
し、収束深度の異なる送信超音波を用いて得られた複数
枚の画像を合成するという送信多段フォーカスという技
術が用いられているが、この場合一枚の画像を得るため
に必要な送受信回数が増え、フレームレートが低下する
といった問題があった。
【0005】この問題を解決するために、例えば特開平
4−108493号公報や特開平8−38473号公報
に記載されている方法が知られている。特開平4−10
8493号公報に記載されている方法は、ある深度に収
束する超音波を送信した数μ秒後に、別の深度に収束す
る周波数の異なる超音波を送信し、受信後にフィルタに
よって2つの信号を分離するものである。この方法で
は、送信時に与えた数μ秒の違いが画像の深さ方向の情
報をあいまいにさせ、深さ方向分解能を劣化させるとい
う問題がある。また、特開平8−38473号公報に記
載されている方法は、特開平4−108493号公報に
おける問題を解決したものであるが、具体的にどのよう
な送信波形を用いるのかは示されていない。
【0006】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、時間的なずれを生ずることなく、周波
数成分毎に収束点の異なる超音波を送信し、全深度で良
好な分解能を有する超音波診断装置を提供するものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断装置
は、超音波の発生および検出を行う振動子と、この振動
子を複数備えた探触子と、前記振動子毎に異なるチャー
プ波形で前記振動子を駆動する送信部と、前記振動子で
受信した信号を増幅し、遅延を与えた後加算する受信部
と、受信深度に応じて中心周波数と帯域幅を動的に変化
させるバンドパスフィルタとを有し、前記チャープ波形
は、高周波成分は近距離に、低周波成分は遠距離に収束
するよう構成され、前記バンドパスフィルタは、近距離
からの受信信号は高い中心周波数で、遠距離からの受信
信号は低い中心周波数でフィルタリングする構成を有し
ている。この構成により、近距離では近距離に収束点を
有する高周波成分を、遠距離では遠距離に収束点を有す
る低周波成分を用いて画像化を行うこととなる。
【0008】ここで、前記チャープ波形は、2値あるい
は3値の矩形チャープであることが好ましい。この構成
により、送信部が高圧スイッチングによって振動子を駆
動する形式の場合でも適用できる。
【0009】また、前記チャープ波形は、前記探触子の
開口の中心部に設けられた前記振動子を駆動するものか
ら端部の振動子へ向けて波数を少なく、高周波成分を少
なくすることが好ましい。この構成により、各深度にお
けるFナンバーをほぼ一定とし、深さ方向に均一な画像
を得ることができるとともに、送信駆動波形の波形長を
短くすることができる。
【0010】また、前記チャープ波形の瞬時周波数は、
前記振動子の中心周波数fcに対して、前記探触子の開口
の中心部では0.5fcから2fcであることが好ましい。この
構成により、振動子の帯域幅に合わせた最適なチャープ
波形を送信できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1〜図3は本発明に係
る超音波診断装置の一実施形態を示す図である。
【0012】図1に示すように、本実施形態の超音波診
断装置は、複数の振動子11を備えた探触子1と、複数
の振動子11毎に任意符号発生器10および増幅器12
を設け、振動子毎に異なる送信波形を与えることができ
る送信部2と、増幅器14、遅延器15および加算器1
6から構成される受信部3と、バンドパスフィルタ1
7、ログ圧縮器18および検波器19から構成される信
号処理部4と、ディジタルスキャンコンバータ(DS
C)6と、モニタ7と、装置全体を制御する制御部5か
ら構成される。
【0013】送信部2は、制御部5から送信の指示を受
け取ると、任意符号発生器10によりチャープ波形を発
生し、増幅器12により数十から百数十Vの電圧に増幅
して、探触子1内の個々の振動子11を駆動する。この
チャープ波形の高周波成分は生体内の近距離に収束し、
低周波成分は遠距離に収束するようになっている。
【0014】図2は送信駆動波形の一例である。図2
(a)は探触子1の開口端付近の振動子を駆動する波
形、図2(c)は探触子1の開口の中心付近の振動子を
駆動する波形、図2(b)はその中間の振動子を駆動す
る波形である。ここで、探触子1の開口の中心付近の振
動子を駆動する波形(c)は、振動子の中心周波数を5
MHzとすると、最初のパルスの中心周波数は振動子の
中心周波数の2倍程度である10MHz、最後のパルス
の中心周波数は0.5倍程度の2.5MHz程度とする
のが適当である。点線で示すように、図2(a)〜
(c)ではチャープ波形の位相がずれており、高周波成
分は近距離に、低周波成分は遠距離に収束するようにな
っている。例えば、最初に送信される10MHzのパル
スは1cmの深さに、次に送信される5MHzのパルス
は4cmの深さに、最後に送信される2.5MHzのパ
ルスは10cmの深さに収束するような波形となってい
る。
【0015】探触子1から放射された超音波は、生体内
の音響インピーダンスの異なる個所で反射し、探触子1
で受信されて電気信号に変換される。受信信号は、受信
部3で、増幅され、目的とする地点で反射された信号の
位相が一致するような遅延を与えられた後加算される。
受信期間中に、この遅延量を、受信信号の反射深度に応
じて、動的に変化させることによって、全深度で最良の
分解能が得られるようになっている。これを受信ダイナ
ミックフォーカスと呼んでいる。
【0016】信号処理部4では、SN比を向上させるた
めに深度に応じた中心周波数と帯域幅を持つバンドパス
フィルタ17によるフィルタリング処理や、ログ圧縮器
18による受信信号のダイナミックレンジを圧縮するた
めのログ圧縮などの処理を施し、最後に検波器19によ
り検波処理を行う。そして、DSC6により、複数回の
送受信によって得られた複数の受信信号を走査変換して
TV信号に変換し、モニタ7で得られた画像を表示す
る。
【0017】ここで、信号処理部4でのバンドパスフィ
ルタリング処理の目的は、SN比を向上させるためだけ
にとどまらない。送信した超音波の周波数と収束深度の
関係から、バンドパスフィルタ17の中心周波数と帯域
が決定される。例えば、1cmの深さを受信中にはバン
ドパスフィルタ17の中心周波数は10MHz、4cm
の深さを受信中には5MHz、10cmを受信中には
2.5MHzとする。このようにすることによって、受
信時におけるダイナミックフォーカスと同様な効果を、
送信超音波にも持たせることができ、全深度にわたって
高い分解能を持った画像を実現することができる。
【0018】図3は送信波形の別の一例である。図3
(a)は探触子1の開口端付近の振動子を駆動する波
形、(c)は探触子1の開口の中心付近の振動子を駆動
する波形、(b)はその中間の振動子を駆動する波形で
ある。ここで、探触子1の開口の中心付近の振動子を駆
動する波形(c)は、振動子の中心周波数を5MHzと
すると、最初のパルスの中心周波数は振動子の中心周波
数の2倍程度である10MHz、最後のパルスの中心周
波数は0.5倍程度の2.5MHz程度とするのが適当
である。高周波成分が近距離に、低周波成分が遠距離に
収束するようになっているのは図2と同様であるが、開
口端に近い振動子から送信される波形は、開口中心から
送信される波形と比べて、波数が少なく、高周波成分が
少なくなっている。高周波成分は近距離に収束するた
め、それに合わせて開口を小さくすることによって、各
深度におけるFナンバーをほぼ一定とし、深さ方向に均
一な画像を得ることができる。このようにすることによ
って、全深度にわたって高い分解能を持った画像を実現
することができるとともに、送信駆動波形の波形長を短
くすることができる。
【0019】なお、図2および図3では3値チャープを
例に説明したが、これに限るものではなく、2値チャー
プや、連続波チャープなどを用いてもよい。さらに、図
2および図3ではダウンチャープを例に説明したが、ア
ップチャープを用いることも可能である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は振動子毎
に異なるチャープ波形を送信し、近距離からの受信信号
は比較的高い中心周波数のフィルタで、遠距離からの受
信信号は比較的低い中心周波数のフィルタでフィルタリ
ングすることにより、全深度において良好な分解能を有
する画像が得られるというすぐれた効果を有する超音波
診断装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波診断装置の一実施形態を示
す概略ブロック図である。
【図2】その送信駆動波形の一例を示す図である。
【図3】その送信駆動波形の別の一例を示す図である。
【図4】従来の超音波診断装置を示す概略ブロック図で
ある。
【符号の説明】
1 探触子 2 送信部 3 受信部 4 信号処理部 5 制御部 6 ディジタルスキャンコンバータ(DSC) 7 モニタ 10 任意符号発生器 11 振動子 12 増幅器 13 送信タイミング制御部 14 増幅器 15 遅延器 16 加算器 17 バンドパスフィルタ 18 ログ圧縮器 19 検波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 尚 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 Fターム(参考) 4C301 AA02 EE03 HH05 HH25 HH26 HH37 JB42

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波の発生および検出を行う振動子
    と、この振動子を複数備えた探触子と、前記振動子毎に
    異なるチャープ波形で前記振動子を駆動する送信部と、
    前記振動子で受信した信号を増幅し、遅延を与えた後加
    算する受信部と、受信深度に応じて中心周波数と帯域幅
    を動的に変化させるバンドパスフィルタとを有し、前記
    チャープ波形は、高周波成分は近距離に、低周波成分は
    遠距離に収束するよう構成され、前記バンドパスフィル
    タは、近距離からの受信信号は高い中心周波数で、遠距
    離からの受信信号は低い中心周波数でフィルタリングす
    ることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 前記チャープ波形は、2値あるいは3値
    の矩形チャープであることを特徴とする請求項1に記載
    の超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 前記チャープ波形は、前記探触子の開口
    の中心部に設けられた前記振動子を駆動するものから端
    部の振動子へ向けて波数を少なく、高周波成分を少なく
    することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波
    診断装置。
  4. 【請求項4】 前記チャープ波形の瞬時周波数は、前記
    振動子の中心周波数fcに対して、前記探触子の開口の中
    心部では0.5fcから2fcであることを特徴とする請求項1
    から請求項3のいずれかに記載の超音波診断装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005052350A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005052350A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
JP4565822B2 (ja) * 2003-08-04 2010-10-20 株式会社日立メディコ 超音波診断装置

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