JP2007312839A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大振幅信号入力時においても２次高調波歪特性を向上させて正確な画像情報を形成することを可能とする超音波診断装置を提供する。
【解決手段】振幅補正回路５は、ダイオード５３及びダイオード５４、正負電位制御電源を有する。ダイオード５３及びダイオード５４は、送受分離回路４と増幅器群６のプリアンプ６１とを結ぶ信号線と、正負電位制御電源との間に接続される。ダイオード５３のカソード側は信号線に接続され、アノード側は正電位制御電源に接続される。ダイオード５４のアノード側は信号線に接続され、カソード側は負電位制御電源に接続される。正電位制御電圧と信号反転回路５９により正負反転処理を施した負電位制御電圧とを印加することにより、２つのダイオード５３とダイオード５４との接続点は、常に正電位制御電圧と負電位制御電圧との中点電位（直流０Ｖ）に保持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波診断装置に関する。詳細には、受信信号の振幅補正を行う超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子が有する複数の超音波振動子から被検体の内部に超音波を送信して反射エコーを受信信号として受信する。超音波診断装置は、超音波の送信及び受信を交互に行う。超音波診断装置は、各受信期間において順次、浅い組織からの受信信号〜深い組織からの受信信号を受信する。従って、受信信号は、時間的に順次大きな信号から小さな信号へと変化する。

受信開始から一定時間の受信信号は、浅い組織からの受信信号であり振幅が大きい。この受信信号が増幅器に入力すると、増幅器が飽和状態となり当該増幅器からの出力波形は変形され位相が変更されたものとなる。この出力波形がＡ／Ｄ変換器に入力すると、デジタルビームフォーマ部での正確な整相加算処理を行うことができず、正確な画像情報が得られない。

そこで、ＰＩＮ（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ Ｄｉｏｄｅ）ダイオードを用いた振幅補正回路を備える超音波診断装置が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。

特開平５−１５５２８号公報

しかしながら、従来のＰＩＮダイオードを用いた振幅補正回路では、大振幅信号入力時において振幅の正負対称性が失われ、振幅補正回路を通過した受信信号の２次高調波歪特性が悪化するという問題点がある。
さらに、受信開始から一定時間の受信信号は、振幅が大きいのでＰＩＮダイオードを用いた振幅補正回路を通過すると、２次高調波が増大し受信信号が歪んでしまうという問題点がある。

また、超音波診断装置において超音波探触子から送信された基本波を受信処理することにより画像情報を形成する方式に加え、被検体から反射される２次高調波エコーを受信処理することにより画像情報を形成する方式において、２次高調波歪特性の悪化が超音波画質劣化を引き起こすという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大振幅信号入力時においても２次高調波歪特性を向上させて正確な画像情報を形成することを可能とする超音波診断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、被検体内に超音波を送受信する超音波振動子を備える超音波探触子と、前記超音波振動子からの受信信号の振幅を補正する振幅補正回路と、前記振幅が補正された受信信号に基づいて超音波像を構成する画像処理部と、前記超音波像を表示する画像表示部と、を備える超音波診断装置であって、前記振幅補正回路は、前記超音波振動子毎に設けられ入力側及び出力側を結ぶ信号線と、正電位制御電圧を印加する正電位制御電源と、負電位制御電圧を印加する負電位制御電源と、前記信号線と前記正電位制御電源との間に接続される第１のダイオードと、前記信号線と前記負電位制御電源との間に接続される第２のダイオードと、を具備し、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとの接続点は前記正電位制御電圧と前記負電位制御電圧との中点電位に保持されることを特徴とする超音波診断装置である。

本発明の超音波診断装置が備える振幅補正回路は、入力側の送受分離回路と出力側の増幅器群のプリアンプとを結ぶ信号線と、正負電位制御電源との間に抵抗を介して２つのダイオードが接続されて構成される。一方のダイオードは、カソード側が信号線に接続されアノード側が正電位制御電源に接続される。他方のダイオードは、アノード側が信号線に接続されカソード側が負電位制御電源に接続される。

正電位制御電圧と正負反転処理を施した負電位制御電圧を印加することにより、２つのダイオードの接続点は常に正電位制御電圧と負電位制御電圧の中点電位（直流０Ｖ電位）に保持される。

これにより、大振幅受信信号入力時においても常に受信信号振幅の対称性が維持され、良好な２次高調波歪特性を実現することができる。波形変形がなく２次高調波歪特性が良好な受信信号を画像処理することにより、超音波画像の画質を向上させることができる。

本発明によれば、大振幅信号入力時においても２次高調波歪特性を向上させて正確な画像情報を形成することを可能とする超音波診断装置を提供することができる。

以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

（１．第１の実施の形態）
最初に、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置１００について説明する。

（１−１．超音波診断装置１００の構成）
図１は、超音波診断装置１００の構成図である。
超音波診断装置１００は、超音波探触子１、高圧スイッチ群２、送受分離回路３、送信回路４、振幅補正回路５、増幅器群６、Ａ／Ｄ変換器７、デジタルビームフォーマ８、ラインメモリ９、フレームメモリ１０、Ｄ／Ａ変換器１１、表示装置１２、制御回路１３から構成される。超音波探触子１は、複数の超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎを有する。

超音波診断装置１００は、制御回路１３から制御信号を送り、送信回路４から送受分離回路３及び高圧スイッチ群２を介して超音波探触子１の超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎに高電圧交流信号を印加し、被検体内に超音波信号を照射する。超音波診断装置１００は、超音波探触子１の超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎにより被検体内で反射された超音波信号を受信し、送受分離回路３を介して振幅補正回路５に入力する。

超音波診断装置１００は、振幅補正回路５により受信信号の振幅補正を行い、増幅器群６により増幅し、Ａ／Ｄ変換器７によりデジタル化してデジタルビームフォーマ８に入力する。超音波診断装置１００は、デジタルビームフォーマ８によりデジタル信号処理を行う。超音波診断装置１００は、制御回路１３から制御信号を送り、デジタル信号を一旦ラインメモリ９に格納し、順次フレームメモリ１０に送る。超音波診断装置１００は、Ｄ／Ａ変換器１１によりフレームメモリ１０のデジタル信号をアナログ化し、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等の表示装置１２に超音波画像を表示する。

（１−２．振幅補正回路５の構成）
図２は、振幅補正回路５の回路構成図である。図２の振幅補正回路５は、超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎ毎に設けられる。

送受分離回路４とプリアンプ６１の入力端子との間には、コンデンサ５０及びコンデンサ５８が直列に接続される。プリアンプ６１は、増幅器群６を構成する１つの増幅器であり、超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎ毎に設けられる。コンデンサ５０及びコンデンサ５８は、送受分離回路４から入力される受信信号の直流成分を遮断するコンデンサである。

コンデンサ５０とコンデンサ５８との接続点には、ダイオード５３のカソード及びダイオード５４のアノードが接続される。
ダイオード５３のアノードには、抵抗５１とコンデンサ５２とが接続される。抵抗５１は、制御回路１３に接続される。抵抗５１は、正電位制御電圧印加用の抵抗である。制御回路１３からの正電位制御電圧は、抵抗５１を介してダイオード５３に印加される。
ダイオード５４のカソードには、抵抗５６とコンデンサ５７とが接続される。抵抗５６は、信号反転回路５９を介して制御回路１３に接続される。抵抗５６は、負電位制御電圧印加用の抵抗である。制御回路１３からの正電位制御電圧は、信号反転回路５９により正負反転されて負電位制御電圧となる。この負電位制御電圧は、抵抗５６を介してダイオード５４に印加される。

ダイオード５３及びダイオード５４は、流れる電流によって抵抗が変化する特性を有する。正負電位制御電圧が平衝していれば、コンデンサ５０及びコンデンサ５８との接続点の電位は、制御電圧の影響を全く受けず常にほぼ中点電位（直流０Ｖ電位）に保たれる。

（１−３．制御回路１３の制御電圧）
次に、図３を参照しながら制御回路１３から送出される制御信号及び制御電圧について説明する。
図３は、制御回路１３から送出される制御信号及び制御電圧のタイミングチャートを示す。
図３（ａ）は、制御回路１３から送信回路４へ出力される制御信号波形３０１を示す。図３（ｂ）は、制御回路１３から振幅補正回路５へ出力される制御電圧波形３０２［Ｖｃｏｎｔ］を示す。図３（ｃ）は、信号反転回路５９から出力される制御電圧波形３０３［−Ｖｃｏｎｔ］を示す。

制御電圧波形３０３は、制御電圧波形３０２が信号反転回路５９により正負反転された信号波形となる。制御電圧波形３０２及び制御電圧波形３０３は、制御信号波形３０１に同期して出力される。

周期３０４［Ｔ］は、超音波送信の繰り返し周期を示す。送信期間３０５は、制御信号波形３０１がハイレベルである期間である。送信期間３０５では超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎが駆動されて超音波が送出される。受信期間３０６は、超音波振動子１Ａ〜超音波振動子１Ｎが反射エコーを受信可能な期間である。
尚、図３に示す制御電圧波形３０２は、受信期間３０６において、所定電圧から徐々に低電圧となる信号波形である。

（１−４．振幅補正回路５の動作）
次に、振幅補正回路５の動作について説明する。以下、図３に示す制御信号及び制御電圧を制御回路１３が出力する場合について説明する。

受信期間３０６の間、図３（ｂ）の制御電圧波形３０２が示すように、制御回路１３からの正電位制御電圧は、絶対値が徐々に小さくなり、抵抗５１を介してダイオード５３に印加される。そして、ダイオード５３の抵抗値は小さい値から高い値に徐々に変化する。
受信期間３０６の間、図３（ｃ）の制御電圧波形３０３が示すように、制御回路１３からの正電位制御電圧が信号反転回路５９によって正負反転されて負電位制御電圧となる。この負電位制御電圧は、絶対値が徐々に小さくなり、抵抗５６を介してダイオード５４に印加される。そして、ダイオード５４の抵抗値は小さい値から高い値に徐々に変化する。

受信期間３０６の初期付近における受信信号は、超音波探触子１に近接する浅い組織から信号であり振幅が大きい信号である。しかしながら、超音波探触子１の信号源抵抗と、抵抗値が小さい状態のダイオード５３あるいはダイオード５４とによって分圧され、受信信号の振幅が小さくなってプリアンプ６１に入力される。

受信期間３０６の終期付近における受信信号は、超音波探触子１から遠ざかる深い組織からの信号であり振幅が小さい信号である。そして、ダイオード５３及び５４は、抵抗値が大きい状態であるので、受信信号は、信号値がほぼ変化することなくプリアンプ６１に入力される。

また、ダイオード５３に印加される制御電圧とダイオード５４に印加される制御電圧は、信号反転回路５９により正負平衝している。従って、ダイオード５３及びダイオード５４の接続点の電位は、ほぼ直流０Ｖ電位に保たれ、受信信号の対称性が維持される。

以上の過程を経て、超音波診断装置１００は、少なくとも受信開始から一定期間受信信号を小さくして信号値を一定値とし、受信信号の対称性を維持する。

（１−５．効果）
このように、第１の実施の形態では、超音波診断装置１００は、超音波探触子の信号源抵抗と受信信号の振幅に応じて抵抗値が変化するダイオードとにより分圧することにより、受信信号の振幅を組織の深さに関係なく常時ほぼ一定値としてプリアンプに入力することができる。
また、超音波診断装置１００は、ダイオードに印加する制御電圧を信号反転回路を用いて正負平衡させることにより、受信信号の振幅の対称性を維持することができる。
すなわち、超音波診断装置１００は、いかなる制御電圧下においても、上記受信信号の振幅の一定値についてプリアンプを飽和させない値に設定することにより、受信信号の波形変形を防止すると共に、２次高調波歪特性を向上させることができる。

また、超音波診断装置１００は、波形変形がなく２次高調波歪特性が良好な受信信号をＡ／Ｄ変換器７に入力しデジタルビームフォーマ８を経て画像処理を行うことができるので、超音波画像の画質を向上させることができる。
すなわち、超音波探触子から送信される基本波を受信処理することにより画像情報を形成する方式に加え、被検体から反射される２次高調波エコーを受信処理することにより、画像情報を形成する方式において正確な画像情報を形成することができる。

（２．第２の実施の形態）
次に、図４を参照しながら、第２の実施の形態について説明する。
上述の第１の実施の形態は、受信期間において振幅補正回路に送る制御電圧を徐々に小さくすることにより、振幅補正回路からの受信信号出力を順次小さくするように構成したものである。しかしながら、このような構成に限定されない。例えば、受信開始から一定時間のみにおいて受信信号出力を小さくするようにしても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

図４は、制御回路１３から送出される制御電圧のタイミングチャートを示す。
図４（ａ）は、図３（ａ）と同様のものである。図４（ｂ）は、制御回路１３から振幅補正回路５へ出力される制御電圧波形３１１［Ｖｃｏｎｔ］を示す。図４（ｃ）は、信号反転回路５９から出力される制御電圧波形３１２［−Ｖｃｏｎｔ］を示す。

制御電圧波形３１２は、制御電圧波形３１１が信号反転回路５９により正負反転された信号波形となる。制御電圧波形３１１及び制御電圧波形３１２は、制御信号波形３０１に同期して出力される。
尚、図３の制御電圧波形３０２と異なり、図４に示す制御電圧波形３１２は、受信初期期間３１３［ｔ］のみ、他の期間より大きい所定の電圧とする信号波形である。

このように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、少なくとも受信開始から一定期間受信信号の信号値を小さくし、正負制御電圧を平衡させることにより信号波形の対称性を維持し、２次高調波歪特性の悪化を防止することができる。
また、第２の実施の形態では、制御電圧を受信開始から一定期間のみ他の期間より大きい所定の電圧とするので、第１の実施の形態の場合と比較して電圧制御が容易である。

（３．正負電位制御電源）
正負電位制御電源については、信号反転回路を用いて実現するものとして説明したがこれに限られない。制御電圧値の正負が反対で大きさが同一の２つの制御電源を別個に設けるようにしてもよい。

（４．その他）
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

超音波診断装置１００の構成図 振幅補正回路５の回路構成図 制御回路１３から送出される制御信号及び制御電圧のタイミングチャート（第１の実施の形態） 制御回路１３から送出される制御信号及び制御電圧のタイミングチャート（第２の実施の形態）

符号の説明

１００………超音波診断装置
１………超音波探触子
２………高圧スイッチ群
３………送受分離回路
４………送信回路
５………振幅補正回路
６………増幅器群
７………Ａ／Ｄ変換器
８………デジタルビームフォーマ
９………ラインメモリ
１０………フレームメモリ
１１………Ｄ／Ａ変換器
１２………表示装置
１３………制御回路
５０、５２、５７、５８………コンデンサ
５１、５６………抵抗
５３、５４………ダイオード
５９………信号反転回路
６１………プリアンプ
３０１………制御信号波形
３０２、３０３、３１１、３１２………制御電圧波形
３０４………周期［Ｔ］
３０５………送信期間
３０６………受信期間
３１３………受信初期期間［ｔ］

Claims (2)

1. 被検体内に超音波を送受信する超音波振動子を備える超音波探触子と、前記超音波振動子からの受信信号の振幅を補正する振幅補正回路と、前記振幅が補正された受信信号に基づいて超音波像を構成する画像処理部と、前記超音波像を表示する画像表示部と、を備える超音波診断装置であって、
   前記振幅補正回路は、前記超音波振動子毎に設けられ入力側及び出力側を結ぶ信号線と、正電位制御電圧を印加する正電位制御電源と、負電位制御電圧を印加する負電位制御電源と、前記信号線と前記正電位制御電源との間に接続される第１のダイオードと、前記信号線と前記負電位制御電源との間に接続される第２のダイオードと、を具備し、
   前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとの接続点は前記正電位制御電圧と前記負電位制御電圧との中点電位に保持されることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記正電位制御電圧を正負反転処理することにより前記負電位制御電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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