JP3660849B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、アナログ回路に起因するばらつきを補正することができる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置において、受信超音波ビームを形成させるために、超音波振動子アレイを構成する複数の超音波振動子からの受信信号をＡ／Ｄ変換し、エコーが各超音波振動子に到達する時間差を補正するように各ディジタル受信信号を移相合成する方法が従来より行なわれている。一方、この移相合成をディジタル処理で行なうことで、アナログ処理に比較して各受信信号に関して精度高く移相合成ができるという利点がある。
【０００３】
しかし、移相合成をディジタル処理したとしても、Ａ／Ｄ変換以前はアナログ回路で構成されるため、各チャネルの受信信号には直流オフセットやチャネル間のゲインのばらつきが含まれてしまう。この受信信号のオフセットとチャネル間のゲインのばらつきは超音波受信ビームフォーミングにおいて精度の低下を招く要因となっている。
【０００４】
上記の従来の技術として、各受信チャネルの増幅器それぞれの利得を制御することにより制御の汎用性を高めた超音波診断装置が特開平７−１１６１６３号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の超音波診断装置おいては、各チャネルの増幅器のゲインを可変にすることによって装置の汎用性を高めているが、アナログ回路におけるゲインのばらつきやオフセットに対する補正に対しては考慮されていないという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、受信ビームフォーミングおける複数のプリアンプおよびＡ／Ｄ変換器のチャンネル間の誤差を、補正のための基準となる信号を発生させるためのブロックを追加することなく補正して、遅延合成の精度が向上し、高精度・高分解能な画像表示をすることができる優れた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、任意のパルスおよび任意の直流電圧を発生することができる送信手段と、超音波信号を送受信する複数のアレイ振動子と、前記複数のアレイ振動子で受信された受信信号を増幅する複数のプリアンプと、前記複数のプリアンプで増幅された信号をＡ/Ｄ変換する複数のＡ/Ｄ変換器と、前記Ａ/Ｄ変換器でディジタルデータに変換された信号を補正する複数の補正手段と、前記複数の補正手段を制御する補正制御手段とを備え、補正を行なうときに、前記送信手段が前記直流電圧を発生し、前記補正制御手段は、前記Ａ/Ｄ変換器でＡ/Ｄ変換された直流電圧値を読み取ると共に、前記読み取った直流電圧値と前記直流電圧値の期待値とを比較して補正値を算出し、通常機能するときに、前記補正制御手段が前記補正値を前記補正手段へ出力し、前記補正手段は前記補正値に基づいて前記Ａ/Ｄ変換された電圧値に補正を行なうことを特徴とする超音波診断装置である。
【０００８】
この構成により、複数のプリアンプ、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器を用いることによるチャネル間の誤差を補正することができ、また前記補正をするために基準となる信号を送信手段により発生させることにより追加回路が不要となるので、回路構成を増やすことなく高精度の受信ビームフォーマーを実現できるという効果を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、補正値を保存しておく複数の記憶手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置であって、決定した補正値を必要に応じて繰り返し使用できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置である。
【００１０】
この構成により、補正値を保存しておく複数の記憶手段を備えたことにより、一度決定した補正値を再測定することなしに必要に応じて繰り返し使用でき、電源立ち上げ時の装置の初期化の時間を短縮することができるるという効果を有する。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、時間計測機能を備えた請求項１または請求項２に記載した超音波診断装置であって、補正値決定のための処理を任意の時間に実行できるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波診断装置である。
【００１２】
この構成により、時間計測機能を備えたことにより、頻繁に補正値の再測定を実施することなく、かつ回路の特性に応じた補正をすることができるようになるので、常に高精度で安定度の高い受信ビームフォーミングを行なうことができるという効果を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、アレイ振動子１は送信手段９からの送信パルスを生体へ送信するとともに生体からのエコー信号を受信する複数の超音波振動子１０１で構成されている。プリアンプ部２は前記アレイ振動子１の出力信号を増幅するためのもので複数のプリアンプ２０１で構成されている。ローパスフィルタ部３は前記プリアンプ３で増幅された信号を後段のＡ／Ｄ変換器４でＡ／Ｄ変換する際に折り返し信号を除去するために高周波成分をカットする、いわゆるアンチエイリアシング機能をもった複数のローパスフィルタ３０１で構成されている。ローパスフィルタ部３のカットオフ周波数は、後段のＡ／Ｄ変換器の変換周波数の１／２以下に設定される。Ａ／Ｄ変換器部４は前記ローパスフィルタ部３の出力信号をＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄ変換器４０１で構成されている。
【００１６】
補正手段部５は前記Ａ／Ｄ変換器４でディジタルデータに変換された信号を補正制御手段１０が読みとることができるためのポートとしての機能と、ディジタルデータに変換された信号に補正制御手段１０で決定された補正値を加算または減算、または乗算を行う機能をもった複数の補正手段５０１で構成されている。補正制御手段１０は、送信手段９に対し超音波送信用のパルスを送信するか、チャネル間補正のための基準電圧を発生させるかの切換を行うとともに、送信手段９が基準電圧を発生させている時のＡ／Ｄ変換器部４からのデータを読みとり、その値が基準値との誤差がある場合に基準値との差を出力して補正手段部５に受信データの補正をさせる機能を持ち、マイクロプロセッサを中心とした回路で構成されるのが好適である。送信手段９は通常の診断装置として機能するときには補正制御手段１０からの指示により超音波送信パルスを発生し、チャネル間補正をおこなう時には基準電圧を発生する。
【００１７】
遅延合成手段６は前記補正手段５で補正された複数の受信信号をそれぞれ任意の遅延時間で遅延させ、それらを加算することにより受信ビームフォーミングを行う。信号処理手段７は前記遅延合成手段６からの出力信号に対して不必要な周波数成分を除去し、後段の表示手段８で表示するためのスキャンコンバートを行う。表示手段８は受信したエコー信号を表示するモニターである。
【００１８】
以上のように構成された超音波診断装置の受信ビームフォーマーにおいて、チャネル間補正について図２を用いて動作を説明する。
【００１９】
図２は１チャネルにおける補正の動作について説明した図である。
【００２０】
図２において送信手段９、補正制御手段１０、プリアンプ２０１、ローパスフィルタ３０１、Ａ／Ｄ変換器４０１、補正手段５０１は図１に示したものと同じ機能をもつ。ポート５１１はＡ／Ｄ変換器５０１でＡ／Ｄ変換されたディジタルデータを補正制御手段１０が読みとるためのポートである。加算器５２１はＡ／Ｄ変換されたディジタルデータと補正制御手段１０から出力された補正値を加算する。
【００２１】
送信手段制御信号線ａは送信手段９の出力信号を制御する信号線である。基準信号線ｂは送信手段９から出力されるチャネル間補正のための基準信号である。Ａ／Ｄ読みとり信号線ｃはＡ／Ｄ変換器４０１で変換されたデータである。補正値信号線ｄはチャネル間補正のための補正値である。
【００２２】
プリアンプ２０１、ローパスフィルタ３０１はアナログ回路であり、これを複数チャネルのために複数使用した場合チャネル間での誤差が発生することは避けにくいことである。回路構成やデバイスの選択により誤差を最小限におさえることも可能ではあるが、コストを考えると限界がある。またＡ／Ｄ変換器４０１についても同様に変換精度により複数のＡ／Ｄ変換器に同一の電圧を入力したとしても必ずしもそのすべてのＡ／Ｄ変換器が同じ値を出力するとは限らない。そこで、プリアンプ、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器の複数チャネル間の誤差を補正することが精度の高いビームフォーミングには必要になってくる。
【００２３】
チャネル間の補正を行うためにはすべてのチャネルに同一の基準となる信号を入力しその出力が期待値どおりになっていなかった場合に補正値を加算または減算することにより実現できる。
【００２４】
そこでプリアンプ２０１の入力に基準信号を入力して補正を行うようにすればよい。基準信号を入力する場合、専用の基準信号発生器をもち、エコー受信信号と切り換えて行うこともできるが基準信号用の回路および切換回路が別途必要になり、回路規模が増大し、コストアップにつながる。そこで本発明では送信手段９に基準となる信号を発生させる機能をもたせた。
【００２５】
補正値の測定と補正の方法について以下に説明する。
【００２６】
送信手段９は通常は超音波送信用のパルスを発生させている。送信手段９ではこのパルスの波数を任意に設定できるように構成されている。そこで補正のための基準信号を出力する場合には、波数を“ゼロ”と設定することにより基準となる直流電圧を発生することができる。この波数ゼロの指示は補正制御手段１０からの送信手段制御信号線ａをとおして行われる。このような構成とすることにより、補正のための基準信号の発生において追加する回路が不要となるのである。
【００２７】
チャネル間補正を行うときに送信手段９の基準信号を基準信号線ｂに出力し、プリアンプ２０１、ローパスフィルタ３０１を通ってＡ／Ｄ変換器４０１においてＡ／Ｄ変換されたデータをポート５１１を介してＡ／Ｄ読みとり信号線ｃで補正制御手段１０が読みとる。補正制御手段１０は基準信号が入力されているときのＡ／Ｄ変換の期待値(理想値)に対し、読みとり値がどうなっているかを評価する。
【００２８】
以下に評価の方法を説明する。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換器のビット数を８ｂｉｔとすると変換値は、１６進で００ｈからＦＦｈまでの値をとる。基準信号の読みとり期待値が８０ｈであったとし、実際の読みとり値が８３ｈだったとするとその差である８０ｈ−８３ｈ =−０３ｈを補正値とする。以上の方法により補正値が決定される。
【００３０】
この補正値を補正値信号線ｄに出力し、加算器５２１でＡ／Ｄ変換器４０１の出力と加算する。上記の例の場合、補正値は−０３ｈでマイナスの値であるので、実際には減算することになる。
【００３１】
図２の補正手段には加算器のみを記載してあるが、乗算器も含ませることもできる。
【００３２】
以上述べた処理を複数のチャネルすべてにおいて実行することにより、本来の超音波診断装置に必要な回路を特別に追加することなく、アナログ回路およびＡ／Ｄ変換器のばらつきを補正することができ精度の高い受信ビームフォーミングを行うことができるようになる。
【００３３】
次に、図３は本発明の第２の実施の形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図３において、複数の超音波振動子１０１を有するアレイ振動子１、複数のプリアンプ２０１を有するプリアンプ部２、複数のローパスフィルタ３０１を有するローパスフィルタ３、複数のＡ／Ｄ変換器４０１を有するＡ／Ｄ変換器部４、複数の補正手段５０１を有する補正手段部５、遅延合成手段６、信号処理手段７、表示手段８、送信手段９、補正制御手段１０は第１の実施の形態の説明に用いた図１と同じ機能を有する。第２の実施の形態による超音波診断装置は、さらに補正値記憶手段１１は第１の実施の形態で説明した、決定した補正値を記憶しておく機能を持っているおり、各チャネルの補正値をそれぞれ記憶しておくことができるものである。
【００３５】
第１の実施の形態に示したように、決定した補正値はそのチャネル（プリアンプ２０１、ローパスフィルタ３０１、Ａ／Ｄ変換器４０１）の特性に依存しており、この値は複数のチャネルごとでは同じ値になるとは限らないが、同じチャネルであればほぼ特定の値をとることになる。よって装置の電源を入れ直すたびに補正値の再測定を行う必要性は少ない。そこで一度測定し、決定した補正値を各チャネルごとに不揮発性のメモリまたはバッテリバックアップされたメモリなどに記憶しておき、補正値決定後はその値を繰り返し使用することができる。
【００３６】
以上のように本発明の第２の実施の形態によれば、一度決定した補正値を再測定することなしに繰り返し使用することができるようになり、電源立ち上げ時の装置の初期化の時間を短縮することができる。
【００３７】
図４は本発明の第３の実施の形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４において、複数の超音波振動子１０１を有するアレイ振動子１、複数のプリアンプ２０１を有するプリアンプ部２、複数のローパスフィルタ３０１を有するローパスフィルタ３、複数のＡ／Ｄ変換器４０１を有するＡ／Ｄ変換器部４、複数の補正手段５０１を有する補正手段部５、遅延合成手段６、信号処理手段７、表示手段８、送信手段９、補正制御手段１０、および補正値記憶手段１１は第１の実施の形態で説明したおよび第２の実施の形態の説明に用いた図１、図３と同じ機能を有する。
【００３９】
時間計測手段１２は時間、日などを計測し、現在時刻や日付、またある処理を行ってからの経過時間を計測する機能をもつものである。
【００４０】
第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様、補正値記憶手段１１により一度決定した補正値を繰り返し使用するような構成としたが、補正の対象がアナログ回路であることを考慮すると、その特性の時経変化、経年変化がないとは限らない。そこで補正値の再測定を一定の時間ごとに行う必要性がある。そのため、第３の実施の形態では、さらにその再測定の時間管理を行うために時間計測手段１２を有するものである。再測定の間隔は回路の特性に応じて一概に決めることはできないが、通常の医療機関での超音波診断装置の実使用状況を鑑みると、好適な間隔は、一日一回程度が好適と考えられる。つまり朝立ち上げ時に補正値の再測定をすればよいことになる。
【００４１】
また一定期間に再測定を行うのではなく、基準値のＡ／Ｄ変換値を任意の時間に読み込み、期待値からある値以上変化していたら補正値の再測定と再設定を行うようにすることもできる。
【００４２】
このような管理を時間計測手段１２および補正制御手段１０で行なえばよい。第１の実施の形態の説明でも述べたが、補正制御手段１０にマイクロプロセッサを搭載しておけば第３の実施の形態について述べた機能の実現は可能である。
【００４３】
以上のように本発明の第３の実施の形態によれば、頻繁に補正値の再測定を実施することなく、かつ回路の特性に応じた補正をすることができ、常に高精度で安定度の高い受信ビームフォーミングを行うことができるようになる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた構成により、複数のプリアンプ、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器を用いることによるチャネル間の誤差を補正することができ、また前記補正をするために基準となる信号を送信手段により発生させることにより追加回路が不要となるので、回路構成を増やすことなく高精度の受信ビームフォーマーを実現できるという効果を有する。
【００４５】
また、補正値を保存しておく複数の記憶手段を備えたことにより、一度決定した補正値を再測定することなしに必要に応じて繰り返し使用でき、電源立ち上げ時の装置の初期化の時間を短縮することができるるという効果を有する。
【００４６】
また、時間計測機能を備えたことにより、頻繁に補正値の再測定を実施することなく、かつ回路の特性に応じた補正をすることができるようになるので、常に高精度で安定度の高い受信ビームフォーミングを行なうことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による超音波診断装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における補正の動作について説明した図
【図３】本発明の第２の実施の形態による超音波診断装置のブロック図
【図４】本発明の第３の実施の形態による超音波診断装置のブロック図
【符号の説明】
１ アレイ振動子
２ プリアンプ部
３ ローパスフィルタ部
４ Ａ／Ｄ変換器部
５ 補正手段部
６ 遅延合成手段
７ 信号処理手段
８ 表示手段
９ 送信手段
１０ 補正制御手段
１１ 補正値記憶手段
１２ 時間計測手段
１０１ 超音波振動子
２０１ プリアンプ
３０１ ローパスフィルタ
４０１ Ａ／Ｄ変換器
５０１ 補正手段
ａ 送信手段制御信号線
ｂ 基準信号線
ｃ Ａ／Ｄ読みとり信号線
ｄ 補正値信号線

Claims (3)

1. 任意のパルスおよび任意の直流電圧を発生することができる送信手段と、超音波信号を送受信する複数のアレイ振動子と、前記複数のアレイ振動子で受信された受信信号を増幅する複数のプリアンプと、前記複数のプリアンプで増幅された信号をＡ/Ｄ変換する複数のＡ/Ｄ変換器と、前記Ａ/Ｄ変換器でディジタルデータに変換された信号を補正する複数の補正手段と、前記複数の補正手段を制御する補正制御手段とを備え、
   補正を行なうときに、前記送信手段が前記直流電圧を発生し、前記補正制御手段は、前記Ａ/Ｄ変換器でＡ/Ｄ変換された直流電圧値を読み取ると共に、前記読み取った直流電圧値と前記直流電圧値の期待値とを比較して補正値を算出し、
   通常機能するときに、前記補正制御手段が前記補正値を前記補正手段へ出力し、前記補正手段は前記補正値に基づいて前記Ａ/Ｄ変換された電圧値に補正を行なうことを特徴とする超音波診断装置。
2. 補正値を保存しておく複数の記憶手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置であって、決定した補正値を必要に応じて繰り返し使用できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 時間計測機能を備えた請求項１または請求項２記載の超音波診断装置であって、補正値決定のための処理を任意の時間に実行できるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波診断装置。

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