JPH01194516A - アナログ―ディジタル変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 ■、実施例と第１図との対応関係 ■、実施例の前提 ■、実施例の構成 ■、実施例の動作 ■、実施例のまとめ ■０発明の変形態様 発明の効果 〔概　要〕 例えば超音波診断信号たるアナログ信号をディジタル信
号に変換するアナログ−ディジタル変換装置に関し、 良好な不要周波数成分の除去特性とすることを目的とし
、 第１クロック信号に従って連続的な入力アナログ信号を
標本化する標本化手段と、標本化手段による標本化出力
信号を受け、所定の低域および高域の周波数にて濾波す
るアナログフィルタと、アナログフィルタにょる濾波出
カ信号を受け、第２クロック信号に従って標本化するサ
ンプル・ボールド手段と、サンプル・ホールド手段によ
る標本化出力信号を受けてその各標本化情報毎に、第２
クロック信号に基づいてディジタル化し、所定のビット
数にて表されるディジタル信号を出力するアナログ−デ
ィジタル変換手段と、第１クロック信号を受け、所望の
タイミングにて第２クロック信号を発生するサンプリン
グタイミング変更手段とを具えるように構成している。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、アナログ−ディジタル変換装置に関し、例え
ば、超音波診断装置において得られる超音波診断信号を
解析するために、そのアナログ信号をディジタル信号に
変換するアナログ−ディジタル変換装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

例えば、ドプラー法、パルス反射法による超音波診断装
置にあっては、超音波診断装置用探触子（ｕｌｔｒａｓ
ｏｎｉｃ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が
接続されている。このような探触子としては、従来から
、リニア電子走査用プローブ、セクタ電子走査用探触子
等が知られている。その参考文献として、株式会社電気
書院発行の「テクノシステムＪ第２０巻（電子応用、超
音波、教育工学、医用電子）の第３２０頁以下がある。

ところで、超音波診断装置を例えば心臓の血流計測装置
とすると、その探触子がら導入される「有用超音波」に
も、例えば心壁の動きに因る受波信号（低周波）等、超
音波診断に伴う各種の雑音が含まれる。このような雑音
は、アナログ形の低域通過形フィルタ、高域通過形フィ
ルタを使用して除去している。例えば心壁の動きに因る
雑音は高域通過形フィルタによって除去し、また、測定
に寄与する所望の高域周波数以上の周波数成分は低域通
過形フィルタによって除去している。これにより、超音
波診断装置用探触子がらの入力アナログ信号において、
診断に直接寄与しない成分を除去して、超音波を用いて
正確な血流測定（血液特に赤血球の流速、流量等の計測
）を行なうものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、上述した従来の技法にあっては、超音波診
断装置用探触子からの入力アナログ信号を、低域通過形
および高域通過形のアナログフィルタを使用して、診断
に不要な成分を除去している。しかしながら、従来から
使用されているアナログフィルタは低次のフィルタであ
り、象、峻な周波数カット特性を持っていなかった。そ
のため、低域通過形および高域通過形のアナログフィル
タを通しても、不要周波数成分の除去が不完全であった
為に、良質な超音波診断画像が得られないという問題点
があった。

ところで、超音波診断装置用探触子からは、アナログ信
号が導入されるので、これをディジタル信号に変換した
後にディジタル処理することが行なわれている。そこで
、上述した問題点を解決するものとして、受波に基づ（
入力アナログ信号をディジタル信号に変換した後に、デ
ィジタルフィルタ回路により、周波数処理することが考
えられる。しかしながら、その際のアナログーディジタ
ル変換回路には、高速かつダイナミックレンジの広いも
のが必要となる。また、その後段でのディジタルフィル
タについても、扱う周波数に余裕があるものを使用しな
ければならない。そのため、結果的にアナログ−ディジ
タル変換装置としては極めて高価なものとなってしまう
。

本発明は、このような点にかんがみて創作されたもので
あり、不要周波数成分の除去特性が良好であり、且つ、
低順なアナログ−ディジタル変換装置を提供することを
目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は、本発明のアナログ−ディジタル変換装置の原
理ブロック図である。

図において、標本化手段１１５は、第１クロック信号１
１１に従って、連続的な入力アナログ信号１１３を標本
化する。

アナログフィルタ１１９は、標本化手段１１５による標
本化出力信号１１７を受け、所定の低域および高域の周
波数にて濾波する。

サンプル・ホールド手段１２５は、アナログフィルタ１
１９による濾波出力信号１２１を受け、第２クロック信
号１２３に従って標本化する。

アナログ−ディジタル変換手段１３１は、サンプル・ホ
ールド手段１２５による標本化出力信号１２７を受けて
その各標本化情報毎に、第２クロック信号１２３に基づ
いてディジタル化し、所定のビット数にて表されるディ
ジタル信号１２９を出力する。

サンプリングタイミング変更手段１３３は、第１クロッ
ク信号１１１を受け、所望のタイミングにて第２クロッ
ク信号１２３を発生する。

従って、全体として、連続的な入力アナログ信号１１３
が、所定のビット数にて表されるディジタル信号１２９
に変換されるように構成されている。

〔作　用〕

連続的に入力されるアナログ信号１１３は、先ず、標本
化手段１１５によって、第１クロック信号１．１１に従
ってサンプリングされる。その標本化出力信号１１７は
、アナログフィルタ１１９によって、所定の低域および
高域の周波数にて濾波される。

第１クロック信号１１１に基づき、所望のタイミングに
て変換された第２クロック信号１２３が発生される。

この第２クロック信号１２３に基づいて、濾波出力信号
１２１は標本化され、その標本化出力信号１２７は、そ
の各標本化情報毎に第２クロック信号１２３に従ってデ
ィジタル化される。ここで、所定のビット数にて表され
るディジタル信号１２９に変換される。

本発明にあっては、アナログフィルタ１１９の後段にお
いて、タイミングが変換されて適正化された第２クロッ
ク信号１２３に従って、再度の標本化と、所定のビット
数にて表されるディジタル信号１２９に変換するように
しているので、計測等に有用なディジタル信号１２９が
得られる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例におけるアナログ−ディジ
タル変換装置の構成を示す。

１、実施例と第１図との対応関係 ここで、本発明の実施例と第１図との対応関係を示して
おく。

第１クロック信号１１１は、クロック信号２１１に相当
する。

入力アナログ信号１１３は、アナログ信号２１３に相当
する。

標本化手段１１５は、サンプルホールド回路２１５に相
当する。

標本化出力信号１１７は、標本値出力信号２１７に相当
する。

アナログフィルタ１１９は、高域通過形フィルタ２１９
Ｎ　、低域通過形フィルタ２１９．に相当する。

濾波出力信号１２１は、フィルタ出力信号２２１に相当
する。

第２クロック信号１２３は、変換タイミング信号２２３
に相当する。

サンプル・ホールド手段１２５は、サンプルホールド回
路２２５に相当する。

標本化出力信号１２７は、標本値出力信号２２７に相当
する。

ディジタル信号１２９は、ディジタル出力信号２２９に
相当する。

アナログ−ディジタル変換手段１３１は、アナログ−デ
ィジタル変換回路２３１に相当する。

サンプリングタイミング変更手段１３３は、最適タイミ
ング回路部２３３および２つの遅延時間要素部２３５Ａ
、２３５Ｂに相当する。

以上のような対応関係があるものとして、以下本発明の
実施例について説明する。

■、実施例の前提 上述したように、超音波診断装置用探触子からのアナロ
グ信号をディジタル信号に変換した後に、ディジタルフ
ィルタ回路によって周波数処理するものが考えられる。

これに対して、本実施例では、−旦、公知のサンプル・
ホールド回路による入力アナログ信号の標本値をアナロ
グフィルタ（高域通過形フィルタおよび低域通過形フィ
ルタ）を通して必要な周波数帯域の成分を得、しかる後
、アナログ−ディジタル変換回路によってディジタル信
号に変換するようにしたものである。通常、このような
アナログフィルタは低順である。

但し、サンプルホールド回路の標本値出力信号は方形波
であり、それは単一周波数ではない。これを高域通過形
フィルタ、低域通過形フィルタを通せば、位相変化が生
じる。この位相変化の量は信号の周波数によって異なた
め、異なる周波数成分の標本値での最大振幅時点は互い
に異なることとなり、アナログ−ディジタル変換回路で
の変換時点を周波数に関係なく定めると、振幅が小さい
時点でアナログ−ディジタル変換されてしまうことが生
じる。

これに対処する為に本実施例では、高域通過形フィルタ
、低域通過形フィルタでの位相変化量を予め求めておき
、それに基づいてアナログ−ディジタル変換のタイミン
グを定めている。

ｌ−尖施五ｑ構底 第２図において、このアナログ−ディジタル変換装置は
超音波診断装置に用いられているものとし、それに接続
された探触子における振動子素子によって、診断対象た
る生体からの受渡による検出信号が導入されるものとす
る。

この検出信号であるアナログ信号２１３はアナログ信号
であり、サンプルホールド回路２１５の信号入力端ＩＮ
に供給される。また、このサンプルホールド回路２１５
のクロック入力端ＣＬＫには、超音波診断装置（図示せ
ず）にて発生されるクロック信号２１１（例えば４８ｋ
Ｈｚの繰り返し周波数）が供給されるようになっている
。

ここで、サンプルホールド回路２１５は具体的には、コ
ンデンサ、演算増幅器、スイッチング回路等で形成され
る公知なものが使用される。例えば、電子通信学会編「
電子通信ハンドブック」　（オーム社発行）の第６１１
頁以降に掲載されているサンプルホールド回路がある。

このサンプルホールド回路２１５によって得られる標本
値出力信号２１７は、次段の高域通過形フィルタ２１９
８に供給され、当該高域通過形フィルタ２１９Ｈの低域
カット信号２１８は低域通過形フィルタ２１９Ｌに供給
される。

クロック信号２１１は最適タイミング回路部２３３に入
力され、遅延時間要素部２３５ａ、遅延時間要素部２３
５ｍからの遅延時間要素（ｔＡ。

ｔ、）を受けて、変換タイミング信号２２３を出力する
。ところで、これら両遅延時間要素ｔＡ。

ｔｍは、ここで用いる高域通過形フィルタ２１９８およ
び低域通過形フィルタ２１９．における位相変化に起因
しており、予め調べて設定されているものである。

低域通過形フィルタ２１９Ｌで得られるフィルタ出力信
号２２１は、サンプルホールド回路２２５（サンプルホ
ールド回路２１５と同様な構成）の信号入力端ＩＮに供
給される。また、このサンプルホールド回路２２５のク
ロック入力端ＣＬＫには変換タイミング信号２２３が供
給され、標本値出力信号２２７が出力されるようになっ
ている。

この標本値出力信号２２７は、変換タイミング信号２２
３が供給されるアナログ−ディジタル変換回路２３１に
入力されて、ディジタル出力信号２２９が出力されるよ
うになっている。このディジタル出力信号２２９は、超
音波診断装置の処理部（図示せず）に供給される。

なお、アナログ−ディジタル変換回路２３１は具体的に
は、比較器、ディジタル−アナログ変換器、ラッチ回路
、レジスタ等で形成される公知なものが使用される。例
えば、電子通信学会績「電子通信ハンドブック」　（オ
ーム社発行）の第６１１頁に掲載されている逐次比較形
Ａ−Ｄ変換器がある。

４制御腹作 上述した構成の動作を以下に説明する。第３図は、本実
施例における各部の波形を示す。

以下、第２図および第３図を参照する。

先ず、アナログ信号２１３は、第３図（イ）に示すよう
に、その周波数成分として、２つの相異する周波数ｒ、
、ｒ、であり、共に時間りの経過に従って振幅が変化す
るものである。

ここで、クロック信号２１１においてクロックが生起す
る時点をｔｏ、ｔ＋、・・・・・・、１？とし、周波数
ｆａの成分は、時点ｔ０で零（最小）に、時点ｔ１で最
大振幅に、時点ｔ２で再び零（最小）になるものである
とする。また、周波数ｆＩＩの成分は、時点ｔ！で零（
最小）に、時点ｔ、４で最大振幅に、時点ｔ６で再び零
（最小）になるものであるとする。

このように振幅変化するアナログ信号２１３を、クロッ
ク信号２１１のクロックに従ってサンプリングし且つ保
持すると、サンプルホールド回路２１５から出力される
標本値出力信号２１７は、第３図（ロ）に示すように、
サンプリング時点から次のサンプリング時点まで、前の
標本値が維持された値をとる階段状の波形となる。

この標本値出力信号２１７を次段の高域通過形フィルタ
２１９イに導入し、その低域周波数成分を除去し、その
高域周波数成分のみの低域カット信号２１８を次の低域
通過形フィルタ２１９ｔに供給する。ここで、低域カッ
ト信号２１８における高域周波数成分を除去する。但し
、高域通過形フィルタ２１９Ｈにおけるカット周波数は
、低域通過形フィルタ２１９Ｌにおけるカット周波数よ
りも低い。これによって、計測に必要な周波数成分が帯
域として出力される。低域通過形フィルタ２１９Ｌから
出力されるフィルタ出力信号２２１は、次段のサンプル
ホールド回路２２５に供給される。

ところで、最適タイミング回路部２３３にあっては、ク
ロック信号２１１が導入され、そのクロックによって示
される時点ｔが判別できるので、その時点ｔによって、
現時点での入力されているアナログ信号２１３の成分は
周波数ｆａあるいは周波数ｆｌｌであるかが分かる。そ
こで、周波数ｆ、成分のときには遅延時間要素部２３５
Ａからの遅延時間要素ｔ＾を、また、周波数ｆｍ成分の
ときには遅延時間要素部２３５．からの遅延時間要素ｔ
、をそれぞれ取り出して、クロック信号２１１でのクロ
ックタイミング（サンプリング時点）をずらす。

つまり、第３図（ハ）に示すように、フィルタ出力信号
２２１において、周波数ｆＡ酸成分らば遅延時間要素ｔ
ａだけずらしたタイミングで、また、周波数ｆ＋＋成分
ならば遅延時間要素ｔＩｌだけそれぞれずらしたタイミ
ングでクロックが生起する変換タイミング信号２２３を
出力する。これにより、周波数ｆＡ酸成分最大振幅とな
る時点（ｔ、＋ｔａ）でサンプリングされる。また、周
波数ｆ、酸成分ついても同様にして、周波数ｆ＋＋成分
の最大振幅となる時点（ｔ：＋　＋ｔｓ、）、時点（ｔ
４＋ｔ、）、時点（ｔｓ＋ｔ、）でそれぞれサンプリン
グされる。従って、それぞれ最大値においてサンプリン
グされることになる。

このようにして得られた変換タイミング信号２２３に基
づいて、サンプルホールド回路２２５はフィルタ出力信
号２２１をサンプリング（標本化）して、標本値出力信
号２２７を出力する。この標本値出力信号２２７は、同
様に変換タイミング信号２２３を得るアナログ−ディジ
タル変換回路２３１において量子化される。ここでは、
変換タイミング信号２２３に基づき、それよりも繰り返
し周波数のかなり高い周波数のクロックでアナログ−デ
ィジタル変換される。例えば１０ビツトのディジタル変
換されたディジタル出力信号２２９が発生される。

■、実施例のまとめ このようにして、予め分かっている高域通過形フィルタ
２１９Ｎ　、低域通過形フィルタ２１９Ｌでの遅延時間
要素ｔｏ、ｔｓに基づいてサンプリングタイミングを変
え、各成分での最大値を得てアナログ−ディジタル変換
して量子化し、超音波診断用のディジタル出力ディジタ
ル出力信号２２９を得るようにしている。

■１発明の変形態様 なお、上述した本発明の実施例にあっては、アナログ信
号２１３は超音波診断装置用探触子からの入力アナログ
信号を例にとったが、これに限られることはなく、周波
数成分を示すアナログ信号ならば、他のものであっても
よいこと勿論である。

また、遅延時間要素部２３５Ａ、２３５１により、２つ
の周波数ｆＡ；ｆｍ成分に適用できるように、２つの遅
延時間要素Ｌａ、ｆ、＋ｉを有する例としたが、これに
限られない。アナログ信号２１３に含まれる周波数成分
が多くなれば、それに応じて備えるべき遅延時間要素は
多くなる。

更に、ｒｌ、実施例と第１図との対応関係」において、
本発明と実施例との対応関係を説明しておいたが、本発
明はこれに限られることはなく、各種の変形態様がある
ことは当業者であれば容易に推考できるであろう。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、アナログフィルタを
通した後に、タイミングを変えて最適なタイミングで標
本化することにより、意味のあるディジタル信号を正確
に得ることができるので、実用的には極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアナログ−ディジタル変換装置の原理
ブロック図、 第２図は本発明の一実施例によるアナログ−ディジタル
変換装置の構成ブロック図、 第３図は第２図に示す本発明実施例によるアナログ−デ
ィジタル変換装置の動作を説明するための波形タイミン
グ図である。 図において、 １１１は第１クロック信号、 １１３は入力アナログ信号、 １１５は標本化手段、 １１７は標本化出力信号、 １１９はアナログフィルタ、 １２１は濾波出力信号、 １２３は第２クロック信号、 １２５はサンプル・ホールド手段、 １２７は標本化出力信号、 １２９はディジタル信号、 １３１はアナログ−ディジタル変換手段、１３３はサン
プリングタイミング変更手段、２１１はクロック信号、 ２１３はアナログ信号、 ２１５．２２５はサンプルホールド回路、２１７．２２
７は標本値出力信号、 ２１８は低域カット信号、 ２１９Ｍは高域通過形フィルタ、 ２１９Ｌは低域通過形フィルタ、 ２２１はフィルタ出力信号、 ２２３は変換タイミング信号、 ２２９はディジタル出力信号、 ２３１はアナログ−ディジタル変換回路、２３３は最適
タイミング回路部、 ２３５Ａ、２３５Ｂは遅延時間要素部である。 オ〈セトロ目の屋切１ヂロ１７図 第１図 ｖ党丁シ畑梢成ｌ 第２図 寺７７咋！υ目匹つ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１クロック信号（１１１）に従って、連続的な
   入力アナログ信号（１１３）を標本化する標本化手段（
   １１５）と、 前記標本化手段（１１５）による標本化出力信号（１１
   ７）を受け、所定の低域および高域の周波数にて濾波す
   るアナログフィルタ（１１９）と、前記アナログフィル
   タ（１１９）による濾波出力信号（１２１）を受け、第
   ２クロック信号（１２３）に従って標本化するサンプル
   ・ホールド手段（１２５）と、 前記サンプル・ホールド手段（１２５）による標本化出
   力信号（１２７）を受けてその各標本化情報毎に、前記
   第２クロック信号（１２３）に基づいてディジタル化し
   、所定のビット数にて表されるディジタル信号（１２９
   ）を出力するアナログ−ディジタル変換手段（１３１）
   と、 前記第１クロック信号（１１１）を受け、所望のタイミ
   ングにて前記第２クロック信号（１２３）を発生するサ
   ンプリングタイミング変更手段（１３３）と、 を具えるように構成したことを特徴とするアナログ−デ
   ィジタル変換装置。