JPH01195846A - Ultrasonic diagnoser - Google Patents

Ultrasonic diagnoser

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JPH01195846A
JPH01195846A JP63019783A JP1978388A JPH01195846A JP H01195846 A JPH01195846 A JP H01195846A JP 63019783 A JP63019783 A JP 63019783A JP 1978388 A JP1978388 A JP 1978388A JP H01195846 A JPH01195846 A JP H01195846A
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JP
Japan
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signal
frequency
echo signal
ultrasonic
echo
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JP63019783A
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Inventor
Takeshi Mochizuki
剛 望月
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make an unnecessary signal due to a side lobe eliminable by sampling an echo signal with high frequency, delaying a sampling signal secured at each vibrator by specified delay time, and reading it out on the time base successively. CONSTITUTION:Each echo signal out of vibrators 10-1-10-n is inputted into a sampling hold circuit 38 via electronic focus delay circuits 36-1-36-n, sampling it with higher frequency than ultrasonic frequency. This sampling signal is delayed at specified delay time by a delay line 40 and read out on a timing axis successively. This output is taken out via an adder 42, a band passing filter 44, an integrator 46, and a sample hold circuit 48.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は超音波診断装置、特に護数個の振動子を配列し
た探触子にて電子フォーカス制御し、超音波ビームを被
検体内に放射し、反射エコーを処理して被検体内の断層
像などの情報を画像表示する超音波診断装置に関する。 [従来の技術] 近年では、超音波診断装置として被検体内を電子走査す
る装置が多く用いられており、′WslO図に示される
ように、被検体内の任意点Fに対して焦点を結ぶように
振動子群のそれぞれの振動子10に遅延時間を持たせた
励振制御をする電子フォーカス技術が周知である。この
電子フォーカス制御にて得られる超音波ビームは、複数
個の振動子から発せられた複数の超音波の合成波(2次
波)であり、振動子群の各振動子10からのそれぞれの
超音波が互いに干渉し合って焦点位置において干渉が最
大となる合成波となっている。 そして、複数の振動子10から成る振動子群にて形成さ
れた超音波は生体内の反射体にて反射されエコー信号と
して受信されるが、・この場合にも超音波ビーム形成に
用いた各振動子10にて反射エコーを遅延時間をもって
受信する。 このようにして、振動子群の各振動子10にて得られた
エコー信号が合成されると、フォーカス点F位置の情報
を持った超音波受信信号となる。 一方、点F以外からのエコー信号も前記と同じ位相制御
を受け、かなりの勢力を持つ合成波となる場合がある。 これをサイドローブによるエコー信号という。 更に、電子フォーカス制御にて得られた超音波ビームを
被検体の深さ方向と振動子配列方向に複数回走査するこ
とにより、被検体内をBモードなどで画像表示すること
ができ、電子フォーカス制御にそ超音波ビームを鋭くす
ればするほど、鮮鋭度の高い画像を得ることが可能とな
る。 C発明が解決しようとする課題]。 しかしながら、被検体の焦点位置近傍に強い反射体が存
在すると、この強い反射体による擬似エコー(アーチフ
ァクト)が生じ、焦点位置からの信号にサイドローブに
よる不要エコー信号が混入する。そうすると、擬似エコ
ーにより実際に存在しない反射体があたかも存在するか
のように画像表示され、不鮮明な画像が形成される。 近年では、このようなサイドローブによる不要エコー信
号を減らすために振動子の数を増やす傾向にあるが、こ
の方法では振動子数を倍にしても、原理的に6dBの改
善が最大である。また、この振動子を増やす方法は回路
が複雑化するとともに、振動子群を収納する探触子の大
きさの点でも限界があり、製造コストもかかるという問
題がある。 発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、擬似エコー発生の原因となるサイドローブに
よる不要エコー信号を著しく低減することのできる超音
波診断装置を提供することにある。 [課題を解決するための手段] 前記1的を達成するために、本発明は、配列した複数個
の振動子を電子フォーカス制御することにより超音波パ
ルス波を被検体内に送受波し、被検体内の情報を画像表
示する超音波診断装置において、各振動子にて得られた
所定点の反射体からのエコー信号を超音波(キャリア)
周波数より高い周波数でサンプルホールドするサンプル
ホールド回路と、このサンプルホールド回路からの毎回
の出力に対して所定の遅延時間を与え各振動子から得ら
れたサンプルホールド出力信号を時間軸上に順次読み出
すことにより所定点の反射体からのエコー信号と所定点
以外の反射体からのエコー信号を空間周波数のある信号
に変換する空間周波数変換回路と、この空間周波数変換
回路から出力された信号を入力して所定点以外の反射体
からのエコー信号の空間周波数信号成分を除去して基本
超音波周波数信号のみを取り出すためのフィルタと、を
備えたことを特徴とする。 すなわち、本発明は、所定点の焦点位置から来るエコー
信号が振動子群のどの振動子をとって見てもその振幅は
同一であるが、焦点以外の位置から来るエコー信号の振
幅は同一ではなく、振動子群全体で見れば、空間周波数
を持っているという点に着目したものである。 例えば、第11図に示されるように、焦点位置が遠方に
存在する場合を考えると、その焦点位置の近側力からの
不要エコー信号が角度θの方向から振動子10に入力す
る場合には、その不要エコー信号波は振動子配列方向か
ら角度θの線100の位置で揃った波となる。従って、
n個の振動子10で得られた受信信号は、焦点位置から
のエコー信号の場合は、ある時刻でサンプルホールドし
た波形の各々の振動子からの信号の振幅が一定である。 しかし、角度θの方向から入力される不要エコー信号の
場合は波形200で示されるサンプルホールドした波形
の振幅に変動が生じ、n個の振動子全体で得られた信号
を時間Tdの間に並べると、空間周波数を有する信号が
形成されることになる。 そして、この空間周波数のある信号を受信信号から除去
すれば、不要エコー信号を良好に取り除くことができる
。 前記の空間周波数を数式で説明する。超音波を連続波C
OSω tとし、振動子10−nを原点とすれば、この
原点の電圧がsinω。tlのとき、振動子10−nか
らXlの距離だけ離れた振動子10−6での電圧は、 となる。ただし、Jl−x、sinθ、λは超音波の波
長とする。 また、時刻t1でのX軸上の電圧分布g (x。 1、)は次式で表せる。 sinθ g (x、  t  ) = cos (2yr −x
+ω。tt )l         λ ;0≦X≦aのとき 又は、 g(X、tl)−0;その他のとき ・・・(2) この空間電圧分布関数g(x、t)をT1時間で高速に
読み出したとすると、時間軸上の波形となり、次式で表
すことができる。 g (t、τj) ・・・(3) ただし、τ、≦tくτ、 、Dは振動子の開口、J  
   3+1 Td−τj+l−τj、Cは音速、foは超音波の周波
数とする。 従って、時間Tdごとにエコー信号をサンプルし、それ
ぞれの電圧分布波形を転送したときの時間波形f(t)
[曲線200]は、 で表せる。 [作用コ 以上のような構成によれば、超音波周波数(キャリア周
波数)を3.5MHzとすると、例えば10MHzのサ
ンプリング周波数にて焦点位置からのエコー信号がサン
プリングされることになる。 そして、サンプリングされた各振動子ごとのエコー信号
は時間軸上に順次読み出されることとなり、この読出し
はサンプリング周期ごとに繰り返し行われる。これによ
り、焦点位置からのエコー信号については大きな影響を
受けないが、焦点位置以外からのサイドローブによる不
要エコー信号については、キャリア周波数よりもかなり
高い空間周波数信号が現れることになる。 次に、時間軸上に順次読み出された前記信号はキャリア
周波数信号のみを通過させるフィルタに供給され、この
フィルタにて前記空間周波数信号が除去されることにな
る。 [実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。 第1図には、本発明の第1実施例である超音波診断装置
の特徴的部分の概略構成が示され、第2図には、超音波
診断装置の全体構成が具体的に示されている。 第2図において、被検体12には探触子14が当接され
、この探触子14内の振動子群から電子フォーカス制御
された超音波ビームが被検体12に向けて放射される。 この超音波ビームの放射制御はスキャナ16にて行われ
ており、このスキャナ16には送信回路18と高周波発
振器20が接続されている。 従って、高周波発振器20から出力された高周波は送信
回路18により、例えば3.5MHzの周波数(キャリ
ア周波数)で所定の周期で繰り返される繰返しパルス信
号とされ、この所定繰返しの高周波パルス信号はスキャ
ナ16を介して探触子14に供給されることになり、こ
のスキャナ16の制御により超音波ビームを被検体12
に走査することができる。 そして、被検体12から反射されたエコーは探触子14
内の振動子10により受信され、スキャナ16を介して
電子フォーカス用遅延回路22に供給される。この電子
フォーカス用遅延回路22では、受信の際に焦点位置か
らの信号のみを受信するための遅延制御が行われており
、探触子14内の各振動子10のそれぞれの入力信号に
対して焦点位置までの距離に対応する遅延時間を与える
。 なお、この電子フォーカス用遅延回路22の動作はタイ
ミング発生回路24の出力300に基づいている。 本発明において特徴的なことは、サイドローブによる不
要エコー信号を空間周波数を持つ信号に変換し、この信
号をエコー信号(受信信号)から     ゛除去する
ようにしたことであり、このために空間周波数フィルタ
部26を設けており、これについでは後述する。 そして、前記空間周波数フィルタ部26の出力は対数増
幅器28により所定率にて対数増幅され、検波器30を
介してデジタル・スキャン・コンバータ(DSC)32
に供給される。このDSC32は、超音波情報をCR7
表示器34に画像表示するための信号処理を行っており
、これにより被検体12の断層像などをチラッキ等を防
止した良好な状態で表示することができる。 第1図には、空間周波数フィルタ部26の内部構成が示
されているが、図において、まず探触子14内にはn個
、実施例では64個の振動子10が配列されており、電
子フォーカス用遅延回路22内には前記振動子10の数
に対応するn個(64個)の遅延線36が設けられてい
る。この遅延線36は焦点位置Fからの距離に対応した
遅延量を各振動子10に与え、焦点位置Fからのエコー
信号のみを受信するようにしており、図では焦点位置F
から遠い1番目の振動子lOから近い振動子10へ順に
遅延量を多くしている。 そして、本発明の特徴的な構成要件である空間周波数フ
ィルタ部26には、前記遅延線36の出力である被検体
12内の所定点(図ではF点)の信号をサンプルリング
するサンプリング回路が設けられるが、実施例ではこの
回路としてサンプルホールド器38が用いられる。この
サンプルホールド器38は、タイミング発生回路24の
出力301に基づいて、例えば10MHzの周波数の逆
数の周期で所定の時間だけゲート回路を開けて信号を取
り込み、Δtの時間信号をホールドしている。 また、このサンプルホールド器38からのそれぞれの出
力に所定の遅延時間、実施例ではΔtの時間を与える遅
延線40と、この遅延線40からの出力を加算する加算
器42とが設けられ、この遅延線40と加算器42によ
り、サイドローブによる不要エコー信号を空間周波数の
ある信号に変換する空間周波数変換回路を構成する。 すなわち、各サンプルホールドri3gの出力は、遅延
線4Gにより前記ホールド時間Δtだけ遅延させた後に
加算することにより、各振動子10で得られた焦点位置
Fのエコー信号を時間軸上に順次読み出して並べること
ができる。そうすると、焦点位置Fからのエコー信号は
キャリア周波数を基準にすれば何ら変化のない信号とな
るが、同時に取り込まれるサイドローブによる不要エコ
ー信号は空間周波数を有する信号となる。なお、前記遅
延線40は、入力信号を所定時間記憶保持する記憶回路
で代用することも可能である。 更に、前記加算器42には前記空間周波数信号を除去す
るフィルタとして帯域通過フィルタ44が接続されてお
り、この帯域通過フィルタ44は、第3図に示されるよ
うな中心周波数f が3.5MHzであるフィルタ特性
を有している。従って、これにより7MHz以上の周波
数成分は除去されることになる。 第4図には、前記加3!1L642の出力波形が示され
ており、横軸に時間、縦軸に電圧をとり、超音波のキャ
リア信号波形400を3.5MHzの周波数の正弦波信
号とすると、矩形波401が加算器42の出力波形とな
り、64個の振動子10によりサンプリング周波数10
MHz分の1の周期ごとに得られたエコー信号を、時間
軸上の1/106秒(サンプリング周波数−10MHz
だから)−Tdの間に並べた信号となる。この波形40
1の信号は矩形波とはなるが、キャリア信号400と同
一の周波数のキャリア周波数信号となり、エコー信号に
含まれる情報を失うことはない。 また、空間周波数の信号は波形402で示されるものと
なり、キャリア信号400の周波数よりはるかに高い周
波数の信号となる。従って、この高周波信号である空間
周波数信号は、エコー信号を前記超音波キャリア周波数
3.5M・沼を中心周波数とする帯域通過フィルタ44
を通過させることにより除去することが可能となる。 本発明では、第4図からも明らかなように、各振動子1
0で得られたエコー信号を時間軸上に順次読み出してい
るが、従来の超音波診断装置では、エコー信号を64個
の振動子10の出力を電圧(縦軸)方向に加算して後の
処理を行っている。 従って、本発明では積分器46を設け、帯域通過フィル
タ44の出力を積分するようにしており、次にこの積分
器46の出力はサンプルホールド器48にて更にサンプ
リングされ、第2図の対数増幅器28に出力される。な
お、前記積分器46及びサンプルホールド器48は、タ
イミング、発生回路24の出力302,303に基づい
て駆動される。 第1実施例は以上の構成から成り、以下にその作用を説
明する。 焦点位置Fに向は放射された超音波は焦点位置Fに存在
する反射体から反射され、エコー信号として各振動子1
0で受信される。そして、このエコー信号は遅延線36
にてそれぞれ所定の遅延量が与えられ、空間周波数フィ
ルタ部26内のサンプルホールド器38に供給される。 そうすると、キャリア周波数3.5MHzのエコー信号
は10MHzのサンプリング周波数でサンプリングされ
る。 そして、遅延線40は前記サンプルホールド器38の出
力を順次所定の遅延口(Δt)ずつずらしながら、1番
目のサンプルホールド器38からn番目のサンプルホー
ルド器38の順に読み出すこととなるが、実施例では、
1番口、2番口、3番目・・・n番目の順にサンプルホ
ールド器38から信号を読み出すと同時に、n番目、n
−1番目。 n−2番口・・・1番目の順にサンプルホールド器38
の出力を読み出すようにしている。そうすると、加算器
42からは、両側から読み出された信号が加算された信
号が出力され、この出力には、超音波ビームを左右に振
る走査を行っていることから、ハ側から読み出された場
合よりも空間周波数が顕著に現れることとなる。 このようにして、加算器42にてn−64例の信号が時
間軸」二に並べられることとなり、この走査はサンプル
周期ごとに行われており、焦点位置Fからのエコー信号
は、m4図の波形401に示されるような信号となる。 同時に、前記サンプルホールド器38から加算器42ま
での処理にて抽出された空間周波数の信号は、第4図の
波形402で示される信号となる。 そして、加算器42の出力を帯域通過フィルタ44に供
給することにより、キャリア周波数信号(超音波周波数
信号)401のみが取り出され、空間周波数信号402
は取り除かれることとなる。 この場合、キャリア周波数信号401は加算器42の出
力の段階では矩形波であったが、帯域通過フィルタ44
を通過することにより角のとれた正弦波に近い信号とな
る。 そして、帯域通過フィルタ44の出力は積分器46に人
力され、ここで従来の64個の振動子10における電圧
信号の加算に相当する積分が行われ、この積分器46か
ら出力される信号における電圧分布波形の指示特性は第
7図に示されるものとなる。図において、縦軸は信号レ
ベル、横軸は配列された振動子群の中心位置から振動子
列に垂直に引いた中心線上に焦点があると考え、この中
心線」二からみたサイドローブの角度を示している。 ここで、本発明の前記指示特性を説明する前に、従来装
置で得られた電圧分布波形の指示特性と、本発明におい
て帯域通過フィルタ44を用いずに加算器42の出力を
積分器46にて直接積分した場合の電圧分布波形の指示
特性とを比較する。 第5図には、従来方式、例えば周波数が3.5MHz 
、振動子数が32個、振動子間ピッチ(d)が0.5m
mの場合の指示特性が示され、第6図には、実施例にお
いて帯域通過フィルタ44を取り除いた場合の積分器4
6の出力の指示特性が示されている。そして、この第5
図と第6図の両者を比較すると、その指示特性はほぼ同
一の特性となっており、これにより、各振動子10で得
られたエコー信号をサンプルホールドして所定の遅延時
間にて順次読み出しその後に積分した場合でも、従来方
式と同じ信号処理を行えることが証明される。 次に、第7図の指向特性は、サンプリング周期Tdを1
25n (ナノ)secとし、帯域通過フィルタ44を
中心周波数:j、5MHzのガウス型フィルタとした場
合のものである。この第7図と第5図を比較すれば明ら
かなように、振動子列の中心線から゛所定角度離れた位
置のサイドローブは最大20dBも抑圧されている。 この20dBの抑制を従来方式で達成しようとすると、
振動子数を10倍にしなければならず、これは事実−L
不可能である。なお、第7図では30度〜60度の範囲
でサイドローブの角度が大きくなればなる程、信号レベ
ルが高くなっているが、実際には振動子配列間隔dを調
整して図の60度にあるサイドローブが90度以上の部
分にずれるように設計されるので、前記サイドローブの
信号レベル上昇は問題とはならない。 本発明では、10MHzの速い速度でエコー信号をサン
プリングすることから、デジタル処理する場合には高速
処理可能なA/D変換器などが必要であり、他の演算も
高速で処理しなければならない。そこで、現在のところ
エコー信号を低周波数帯に落として処理することが好ま
しく、次にこれに関する第2.第3実施例を説明する。 第8図には、ヘテロダイン方式を用いた第2実施例が示
されており、遅延線36と空間周波数フ゛  イルタ部
26との間に、ミキサ50と低域通過フィルタ52をそ
れぞれn個接続する構成とする。 そして、ミキサ50にて超音波パルス波の中心周波数と
異なった周波数の信号であって、正弦波(余弦波)や矩
形波のローカル信号をエコー信号に掛は合わせれば、エ
コー信号を中間周波数に落とすことができ、これを低域
通過フィルタ52に通過させることによりエコー信号の
キャリア周波数3.5MHzをIMHz以下に直すこと
ができる。 第9図には、直交検波方式を用いた第3実施例が示され
ており、2個の空間周波数フィルタ部26a、26bを
設け、この空間周波数フィルタ部26a、26bと遅延
線36との間に2個のミキサ54a、54b (それぞ
れn個ずつ)と2個の低域通過フィルタ56a、56b
 (それぞれn個ずつ)を接続する構成とする。そして
、ミキサ54aには余弦波(COS )信号とされたロ
ーカル信号を、ミキサ54bには前記ローカル信号と9
0度位相の異なる正弦波(sln )信号とされたロー
カル信号を供給し、これらのローカル信号をエコー信号
と掛は合わせれば、第2実施例と同様にエコー信号を低
周波数の信号に落とすことができる。 この場合、空間周波数フィルタ部26a、26bの出力
は複素信号の実数部と虚数部との関係となり、これら出
力は両者を合わせ、護素信号として後の処理が行われる
ことになる。 この第2.第3実施例によれば、空間周波数フィルタ部
26でのサンプリングが行いやすくなり、A/D変換器
などのハードウェアの設計が容易になるという利点があ
る。
[Industrial Application Field] The present invention is an ultrasonic diagnostic device, in particular, an ultrasonic diagnostic device that controls electronic focus using a probe in which several transducers are arranged, emits an ultrasonic beam into a subject, and processes reflected echoes. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that displays information such as tomographic images inside a subject. [Prior Art] In recent years, devices that electronically scan the inside of a subject have been widely used as ultrasonic diagnostic devices, and as shown in the 'WslO diagram, an arbitrary point F within the subject is focused. An electronic focusing technique is well known in which excitation control is performed such that each vibrator 10 in a group of vibrators has a delay time. The ultrasonic beam obtained by this electronic focus control is a composite wave (secondary wave) of a plurality of ultrasonic waves emitted from a plurality of transducers, and is a composite wave (secondary wave) of a plurality of ultrasonic waves emitted from a plurality of transducers. The sound waves interfere with each other to form a composite wave with maximum interference at the focal point. The ultrasonic waves formed by a transducer group consisting of a plurality of transducers 10 are reflected by a reflector in the living body and received as an echo signal. The reflected echo is received by the vibrator 10 with a delay time. In this way, when the echo signals obtained by each transducer 10 of the transducer group are combined, an ultrasonic reception signal having information on the position of the focus point F is obtained. On the other hand, echo signals from points other than point F are also subjected to the same phase control as described above, and may become a composite wave with considerable force. This is called an echo signal due to side lobes. Furthermore, by scanning the ultrasonic beam obtained by electronic focus control multiple times in the depth direction of the object and in the direction of the transducer arrangement, it is possible to display images inside the object in B mode, etc. The sharper the ultrasonic beam can be controlled, the more sharp an image can be obtained. Problems to be solved by the invention C]. However, if a strong reflector exists near the focal position of the subject, a false echo (artifact) is generated by this strong reflector, and unnecessary echo signals due to side lobes are mixed into the signal from the focal position. In this case, an image is displayed as if a reflector that does not actually exist is present due to the pseudo echo, and an unclear image is formed. In recent years, there has been a trend to increase the number of transducers in order to reduce unnecessary echo signals caused by such side lobes, but with this method, even if the number of transducers is doubled, the maximum improvement in principle is 6 dB. Further, this method of increasing the number of transducers has the problem that the circuit becomes complicated, there is a limit in the size of the probe that accommodates the group of transducers, and manufacturing costs are increased. OBJECTS OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can significantly reduce unnecessary echo signals due to side lobes that cause the generation of pseudo echoes. It is in. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the first object, the present invention transmits and receives an ultrasonic pulse wave into a subject by electronic focusing control of a plurality of arranged transducers. In ultrasonic diagnostic equipment that displays information inside a specimen as an image, echo signals from reflectors at predetermined points obtained by each transducer are used as ultrasonic waves (carrier).
A sample-and-hold circuit that samples and holds at a frequency higher than the frequency, and a predetermined delay time for each output from this sample-and-hold circuit, and the sample-and-hold output signals obtained from each vibrator are sequentially read out on the time axis. A spatial frequency conversion circuit that converts the echo signal from a reflector at a predetermined point and the echo signal from a reflector other than the predetermined point into a signal with a spatial frequency, and the signal output from this spatial frequency conversion circuit is input. It is characterized by comprising a filter for removing spatial frequency signal components of echo signals from reflectors other than predetermined points and extracting only fundamental ultrasonic frequency signals. That is, in the present invention, an echo signal coming from a focal position of a predetermined point has the same amplitude no matter which transducer in the transducer group is used, but the amplitude of an echo signal coming from a position other than the focal point is not the same. Rather, the focus is on the fact that when looking at the group of oscillators as a whole, they have a spatial frequency. For example, as shown in FIG. 11, if we consider the case where the focal point is located far away, if an unnecessary echo signal from the force near the focal point is input to the vibrator 10 from the direction of the angle θ, then , the unnecessary echo signal waves are aligned at a line 100 at an angle θ from the transducer arrangement direction. Therefore,
If the received signals obtained by the n transducers 10 are echo signals from the focal position, the amplitude of the signal from each transducer of the waveform sampled and held at a certain time is constant. However, in the case of an unnecessary echo signal input from the direction of angle θ, the amplitude of the sampled and held waveform shown by waveform 200 fluctuates, and the signals obtained from all n transducers are lined up during time Td. , a signal having a spatial frequency is formed. If this signal with a certain spatial frequency is removed from the received signal, unnecessary echo signals can be effectively removed. The above spatial frequency will be explained using a mathematical formula. Ultrasonic continuous wave C
If OSωt is the origin and the vibrator 10-n is the origin, then the voltage at this origin is sinω. At the time of tl, the voltage at the vibrator 10-6, which is separated by a distance of Xl from the vibrator 10-n, is as follows. However, Jl-x, sin θ, and λ are the wavelengths of the ultrasonic waves. Further, the voltage distribution g (x. 1,) on the X axis at time t1 can be expressed by the following equation. sinθ g (x, t) = cos (2yr −x
+ω. tt ) l λ ; When 0≦X≦a, or g (X, tl) - 0; In other cases... (2) Read out this spatial voltage distribution function g (x, t) at high speed in T1 time. If so, it becomes a waveform on the time axis, which can be expressed by the following equation. g (t, τj) ... (3) where τ, ≦t τ, , D is the aperture of the vibrator, J
3+1 Td-τj+l-τj, C is the speed of sound, and fo is the frequency of the ultrasonic wave. Therefore, when the echo signal is sampled every time Td and the respective voltage distribution waveforms are transferred, the time waveform f(t)
[Curve 200] can be expressed as follows. [Operations] According to the above configuration, if the ultrasonic frequency (carrier frequency) is 3.5 MHz, the echo signal from the focal position is sampled at a sampling frequency of 10 MHz, for example. Then, the sampled echo signals for each vibrator are sequentially read out on the time axis, and this readout is repeated at every sampling period. As a result, echo signals from the focal position are not significantly affected, but unnecessary echo signals due to side lobes from positions other than the focal position appear as spatial frequency signals considerably higher than the carrier frequency. Next, the signals read out sequentially on the time axis are supplied to a filter that passes only the carrier frequency signal, and the spatial frequency signal is removed by this filter. [Embodiments] Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of characteristic parts of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 specifically shows the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is. In FIG. 2, a probe 14 is brought into contact with a subject 12, and a group of transducers within the probe 14 emit an electronic focus-controlled ultrasound beam toward the subject 12. Radiation control of this ultrasonic beam is performed by a scanner 16, to which a transmitting circuit 18 and a high frequency oscillator 20 are connected. Therefore, the high frequency output from the high frequency oscillator 20 is converted into a repetitive pulse signal which is repeated at a predetermined period at a frequency (carrier frequency) of, for example, 3.5 MHz by the transmitting circuit 18, and this predetermined repeated high frequency pulse signal is sent to the scanner 16. The ultrasonic beam is supplied to the probe 14 through the
can be scanned. The echo reflected from the object 12 is transmitted to the probe 14.
The signal is received by the transducer 10 in the camera and supplied to the electronic focusing delay circuit 22 via the scanner 16. In this electronic focus delay circuit 22, delay control is performed to receive only the signal from the focal position during reception, and for each input signal of each transducer 10 in the probe 14. Give a delay time corresponding to the distance to the focal point. Note that the operation of this electronic focus delay circuit 22 is based on the output 300 of the timing generation circuit 24. The characteristic feature of the present invention is that the unnecessary echo signal due to the side lobe is converted into a signal with a spatial frequency, and this signal is removed from the echo signal (received signal). A filter section 26 is provided, which will be described later. The output of the spatial frequency filter section 26 is logarithmically amplified by a logarithmic amplifier 28 at a predetermined rate, and then sent to a digital scan converter (DSC) 32 via a detector 30.
is supplied to This DSC32 transmits ultrasound information to CR7.
Signal processing is performed to display the image on the display 34, and as a result, the tomographic image of the subject 12 can be displayed in a good condition without flickering or the like. FIG. 1 shows the internal configuration of the spatial frequency filter section 26. In the figure, first, n pieces of transducers 10, 64 pieces in the embodiment, are arranged inside the probe 14. In the electronic focusing delay circuit 22, n (64) delay lines 36 corresponding to the number of the vibrators 10 are provided. This delay line 36 gives each transducer 10 a delay amount corresponding to the distance from the focal position F, so that only the echo signal from the focal position F is received.
The delay amount is increased in order from the first oscillator 10 that is farthest from the oscillator 10 to the oscillator 10 that is closest to the oscillator 10. The spatial frequency filter unit 26, which is a characteristic component of the present invention, includes a sampling circuit that samples the signal at a predetermined point (point F in the figure) in the subject 12, which is the output of the delay line 36. However, in the embodiment, a sample and hold device 38 is used as this circuit. Based on the output 301 of the timing generation circuit 24, the sample and hold device 38 opens the gate circuit for a predetermined period of time, for example, at a period of the reciprocal of the frequency of 10 MHz, takes in the signal, and holds the time signal of Δt. Further, a delay line 40 that gives a predetermined delay time, Δt in the embodiment, to each output from the sample and hold device 38, and an adder 42 that adds the outputs from this delay line 40 are provided. The delay line 40 and the adder 42 constitute a spatial frequency conversion circuit that converts an unnecessary echo signal due to side lobes into a signal with a spatial frequency. That is, the output of each sample hold ri3g is delayed by the hold time Δt by the delay line 4G, and then added, so that the echo signals at the focal position F obtained by each vibrator 10 are sequentially read out on the time axis. You can line them up. Then, the echo signal from the focal position F becomes a signal that does not change at all with reference to the carrier frequency, but the unnecessary echo signal due to the side lobe that is captured at the same time becomes a signal that has a spatial frequency. Note that the delay line 40 may be replaced by a storage circuit that stores and holds the input signal for a predetermined period of time. Furthermore, a band pass filter 44 is connected to the adder 42 as a filter for removing the spatial frequency signal, and this band pass filter 44 has a center frequency f of 3.5 MHz as shown in FIG. It has certain filter characteristics. Therefore, frequency components of 7 MHz or higher are thereby removed. FIG. 4 shows the output waveform of the adder 3!1L 642, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage, and the ultrasonic carrier signal waveform 400 is converted into a sine wave signal with a frequency of 3.5 MHz. Then, the rectangular wave 401 becomes the output waveform of the adder 42, and the sampling frequency is 10 by the 64 oscillators 10.
The echo signal obtained at each period of 1/1MHz is plotted at 1/106 seconds on the time axis (sampling frequency - 10MHz
Therefore, the signal is arranged between -Td. This waveform 40
Although the signal No. 1 becomes a rectangular wave, it becomes a carrier frequency signal having the same frequency as the carrier signal 400, and the information contained in the echo signal is not lost. Further, the spatial frequency signal is represented by a waveform 402, which is a signal with a frequency much higher than the frequency of the carrier signal 400. Therefore, the spatial frequency signal, which is a high frequency signal, is passed through a band pass filter 44 whose center frequency is the ultrasonic carrier frequency of 3.5 M and the center frequency of the echo signal.
can be removed by passing through it. In the present invention, as is clear from FIG.
The echo signals obtained at 0 are sequentially read out on the time axis, but in conventional ultrasonic diagnostic equipment, the echo signals are read out by adding the outputs of 64 transducers 10 in the voltage (vertical axis) direction. Processing is in progress. Therefore, in the present invention, an integrator 46 is provided to integrate the output of the band-pass filter 44, and then the output of the integrator 46 is further sampled in a sample-and-hold device 48, and the logarithmic amplifier shown in FIG. 28. Note that the integrator 46 and sample-hold device 48 are driven based on timing and outputs 302 and 303 of the generation circuit 24. The first embodiment has the above configuration, and its operation will be explained below. The ultrasonic wave emitted toward the focal position F is reflected from the reflector present at the focal position F, and is transmitted to each transducer 1 as an echo signal.
Received as 0. This echo signal is then transmitted to the delay line 36.
A predetermined amount of delay is applied to each of the signals, and the signals are supplied to a sample and hold unit 38 in the spatial frequency filter section 26. Then, the echo signal with a carrier frequency of 3.5 MHz is sampled at a sampling frequency of 10 MHz. Then, the delay line 40 reads out the output of the sample and hold device 38 in order from the first sample and hold device 38 to the nth sample and hold device 38 while sequentially shifting the output by a predetermined delay port (Δt). In the example,
At the same time, signals are read out from the sample and hold device 38 in the order of the first port, the second port, the third port, and so on.
-1st. Port n-2... sample holder 38 in the order of 1st
I am trying to read the output of . Then, the adder 42 outputs a signal that is the sum of the signals read from both sides, and since the ultrasonic beam is scanned left and right, this output includes the signals read from the C side. The spatial frequency will appear more prominently than in the case of In this way, the adder 42 arranges n-64 signals on the time axis, and this scanning is performed every sampling period, and the echo signal from the focal position F is A signal as shown in waveform 401 is obtained. At the same time, the spatial frequency signal extracted by the processing from the sample-and-hold device 38 to the adder 42 becomes a signal shown by a waveform 402 in FIG. 4. Then, by supplying the output of the adder 42 to the bandpass filter 44, only the carrier frequency signal (ultrasonic frequency signal) 401 is extracted, and the spatial frequency signal 402
will be removed. In this case, the carrier frequency signal 401 was a rectangular wave at the output stage of the adder 42;
By passing the signal, the signal becomes a rounded sine wave. Then, the output of the bandpass filter 44 is inputted to an integrator 46, where integration equivalent to the conventional addition of voltage signals in 64 vibrators 10 is performed, and the voltage in the signal output from this integrator 46 is The indicated characteristics of the distribution waveform are as shown in FIG. In the figure, the vertical axis is the signal level, and the horizontal axis is the center line drawn perpendicular to the transducer row from the center position of the arranged transducer group, and the focal point is the angle of the sidelobe seen from this center line. It shows. Here, before explaining the indicating characteristics of the present invention, we will explain the indicating characteristics of the voltage distribution waveform obtained with the conventional device and the output of the adder 42 to the integrator 46 without using the bandpass filter 44 in the present invention. Compare the indicated characteristics of the voltage distribution waveform when directly integrated. Figure 5 shows a conventional method, for example, a frequency of 3.5MHz.
, the number of transducers is 32, and the pitch between transducers (d) is 0.5 m.
The indicating characteristic in the case of m is shown, and FIG. 6 shows the integrator 4 when the bandpass filter 44 is removed in the embodiment.
The indication characteristics of the output of 6 are shown. And this fifth
Comparing both Fig. 6 and Fig. 6, the indicating characteristics are almost the same, which means that the echo signals obtained from each transducer 10 can be sampled and held and sequentially read out at a predetermined delay time. It is proven that the same signal processing as the conventional method can be performed even if integration is performed after that. Next, the directional characteristics in FIG.
25n (nano) sec, and the bandpass filter 44 is a Gaussian filter with a center frequency of j and 5 MHz. As is clear from a comparison between FIG. 7 and FIG. 5, the side lobe at a position a predetermined angle away from the center line of the transducer array is suppressed by a maximum of 20 dB. If you try to achieve this 20dB suppression using the conventional method,
The number of oscillators must be increased by 10 times, which is a fact-L
It's impossible. In addition, in Figure 7, the larger the sidelobe angle in the range of 30 degrees to 60 degrees, the higher the signal level, but in reality, the transducer array spacing d was adjusted to 60 degrees as shown in the figure. Since the design is such that the side lobe at 90 degrees or more is shifted, the increase in the signal level of the side lobe does not pose a problem. In the present invention, since the echo signal is sampled at a high speed of 10 MHz, digital processing requires an A/D converter capable of high-speed processing, and other calculations must also be processed at high speed. Therefore, it is currently preferable to reduce the echo signal to a low frequency band and process it. A third embodiment will be explained. FIG. 8 shows a second embodiment using the heterodyne system, in which n mixers 50 and n low-pass filters 52 are each connected between the delay line 36 and the spatial frequency filter section 26. composition. Then, by multiplying the echo signal by a local signal such as a sine wave (cosine wave) or a rectangular wave, which has a frequency different from the center frequency of the ultrasonic pulse wave, in the mixer 50, the echo signal is converted to an intermediate frequency. By passing this through the low-pass filter 52, the carrier frequency of the echo signal of 3.5 MHz can be adjusted to below IMHz. A third embodiment using the orthogonal detection method is shown in FIG. two mixers 54a, 54b (n each) and two low-pass filters 56a, 56b.
(n each) are connected. The mixer 54a receives the local signal as a cosine wave (COS) signal, and the mixer 54b receives the local signal and 9.
By supplying local signals in the form of sine wave (sln) signals with a phase difference of 0 degrees, and multiplying these local signals with the echo signal, the echo signal can be reduced to a low frequency signal as in the second embodiment. Can be done. In this case, the outputs of the spatial frequency filter sections 26a and 26b have a relationship between the real part and the imaginary part of the complex signal, and these outputs are combined and processed later as a guard signal. This second. According to the third embodiment, there is an advantage that sampling in the spatial frequency filter section 26 can be easily performed, and that hardware such as an A/D converter can be easily designed.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明したように、本発明によれば、エコー信号を超
音波周波数より高い周波数でサンプリングし、各振動子
で得られたサンプリング信号を所定の遅延時間ずつ遅ら
せ時間軸上に順次読み出すことにより、所定点以外の反
射体からの不要エコー信号を空間周波数のある信号に変
換するようにしたので、焦点位置からのエコー信号と焦
点位置以外からの不要エコー信号を良好に分離すること
ができ、これによりサイドローブによる不要信号を良好
に除去することが可能となる。 従って、擬似エコーの発生がなくなり、鮮鋭度の高い超
音波診断画像を得ることが可能となる。
As explained above, according to the present invention, echo signals are sampled at a frequency higher than the ultrasonic frequency, and the sampling signals obtained by each transducer are delayed by a predetermined delay time and read out sequentially on the time axis. Since unnecessary echo signals from reflectors other than the predetermined points are converted into signals with spatial frequency, the echo signals from the focal position and unnecessary echo signals from other than the focal position can be separated well. This makes it possible to effectively remove unnecessary signals due to side lobes. Therefore, the occurrence of false echoes is eliminated, and it becomes possible to obtain ultrasonic diagnostic images with high sharpness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る超音波診断装置の第1実施例を示
す概略構成図、 第2図は本発明に係る超音波診断装置の全体構成図、 第3図は本発明の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示
すグラフ図、 第4図は空間周波数フィルタ部の加算器出力を説明する
波形図、 第5図は従来の装置にて受信処理したエコー信号におけ
る電圧分布波形の指示特性を示す図、第6図は本発明に
おいて帯域通過フィルタを用いずに受信処理したエコー
信号における電圧分布波形の指示特性を示す図、− 第7図は本発明装置にて受信処理したエコー信号におけ
る電圧分布波形の指示特性を示す図、第8図はヘテロダ
イン方式を用いた第2実施例を示す概略構成図、 第9図は直交検波方式を用いた第3実施例を示す概略構
成図、 第10図は配列振動子と焦点位置Fとの関係を示す説明
図、 第11図はサイドローブによる不要エコー信号と空間周
波数信号との関係を示す説明図である。 10 ・・・ 振動子 16 ・・・ スキャナ 18 ・・・ 送信回路 20 ・・・ 高周波発振器 22 ・・・ 電子フォーカス用遅延回路26 ・・・
 空間周波数フィルタ部 28 ・・・ 対数増幅器 36.40  ・・・ 遅延線 38.48  ・・・ サンプルホールド器42 ・・
・ 加算器 44 ・・・ 帯域通過フィルタ 46 ・・・ 積分器 50.54a、54b  ・=  ミキサ52、 56
 a、  56 b  ・・・ 低域通過フィルタ。 出願人 ア ロ カ 株 式 会 社 代理人 弁理士 吉1)研二[8−451坤*’p −
1’、3士 !2    →キ二に士 r 第7図 じ引トコ−六亀准〕
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an overall configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a band-pass filter according to the present invention. 4 is a waveform diagram illustrating the adder output of the spatial frequency filter section. FIG. 5 is a diagram illustrating the indication characteristics of the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed by the conventional device. , FIG. 6 is a diagram showing the indication characteristics of the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed without using a bandpass filter in the present invention, - FIG. 7 is a diagram showing the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed by the device of the present invention 8 is a schematic diagram showing the second embodiment using the heterodyne method, FIG. 9 is a schematic diagram showing the third embodiment using the orthogonal detection method, and FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the array transducer and the focal position F. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between unnecessary echo signals due to side lobes and spatial frequency signals. 10... Vibrator 16... Scanner 18... Transmission circuit 20... High frequency oscillator 22... Electronic focus delay circuit 26...
Spatial frequency filter section 28 ... Logarithmic amplifier 36.40 ... Delay line 38.48 ... Sample and hold device 42 ...
- Adder 44...Bandpass filter 46...Integrator 50.54a, 54b...=Mixer 52, 56
a, 56 b...Low pass filter. Applicant Aloka Co., Ltd. Company Agent Patent Attorney Yoshi1) Kenji [8-451kon*'p -
1', 3rd person! 2 → Kini Nishir 7th drawing toko - Mutsugame Jun]

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)配列した複数個の振動子を電子フォーカス制御す
ることにより超音波パルス波を被検体内に送受波し被検
体内の情報を画像表示する超音波診断装置において、各
振動子にて得られた所定点の反射体からのエコー信号を
超音波周波数より高い周波数でサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路から
の毎回の出力に対して所定の遅延時間を与え各振動子か
ら得られたサンプルホールド出力信号を時間軸上に順次
読み出すことにより所定点の反射体からのエコー信号と
所定点以外の反射体からのエコー信号を空間周波数のあ
る信号に変換する空間周波数変換回路と、この空間周波
数変換回路から出力された信号を入力して所定点以外の
反射体からのエコー信号の空間周波数信号成分を除去し
て基本超音波周波数信号のみを取り出すためのフィルタ
と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
(1) In an ultrasonic diagnostic device that transmits and receives ultrasonic pulse waves into a subject and displays information inside the subject as an image by controlling an array of multiple transducers with electronic focus, each transducer obtains information. A sample-and-hold circuit samples and holds the echo signal from the reflector at a predetermined point at a frequency higher than the ultrasonic frequency, and a sample-and-hold circuit that samples and holds the echo signal from the reflector at a predetermined point, and a predetermined delay time is given to each output from this sample-and-hold circuit, and the signal obtained from each transducer is a spatial frequency conversion circuit that converts an echo signal from a reflector at a predetermined point and an echo signal from a reflector other than the predetermined point into a signal with a spatial frequency by sequentially reading out the sample-and-hold output signals on the time axis; A filter for inputting the signal output from the spatial frequency conversion circuit, removing spatial frequency signal components of echo signals from reflectors other than predetermined points, and extracting only the fundamental ultrasonic frequency signal. An ultrasonic diagnostic device featuring:
(2)請求項(1)記載の装置において、超音波パルス
波の中心周波数と異なった周波数信号を前記所定点の反
射体からのエコー信号に掛けることにより、エコー信号
の中心周波数を低周波数に変換するヘテロダイン方式の
回路を、空間周波数フィルタ部の前段に設けたことを特
徴とする超音波診断装置。
(2) In the device according to claim (1), the center frequency of the echo signal is lowered by multiplying the echo signal from the reflector at the predetermined point by a frequency signal different from the center frequency of the ultrasonic pulse wave. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that a heterodyne converting circuit is provided at a stage upstream of a spatial frequency filter section.
(3)請求項(1)記載の装置において、超音波パルス
波の中心周波数と同一の周波数であって90度位相のず
れた2個の信号を前記所定点の反射体からのエコー信号
に掛けて直交検波し、エコー信号を低周波数の複素信号
に変換する回路を、空間周波数フィルタ部の前段に設け
、複素信号処理することを特徴とする超音波診断装置。
(3) In the device according to claim (1), two signals having the same frequency as the center frequency of the ultrasonic pulse wave and having a phase shift of 90 degrees are applied to the echo signal from the reflector at the predetermined point. 1. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that a circuit for orthogonal detection and converting an echo signal into a low-frequency complex signal is provided in a stage upstream of a spatial frequency filter section to perform complex signal processing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05115477A (en) * 1991-10-24 1993-05-14 Olympus Optical Co Ltd Ultrasonic diagnostic system

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