JPH01277539A - 超音波診断用周波数変換装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波を利用して生体等の被検体の特性を
診断するための超音波診断用周波数変換装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来の超音波診断装置として、例えばそれぞれ異なる周
波数特性を存する複数の超音波振動子を切換え接続して
用いることにより、診断上の効果を上げるようにしたも
のが種々提案されている。

一方、超音波診断装置においては、一般に受信信号の信
号処理を容易に行い得るようにするために、受信信号を
低域にヘテロゲイン変換することが行われており、その
周波数変換装置として受信信号とキャリア信号とをミキ
サで混合し、そのミキサの出力をローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦ）を経て取り出すようにしたものが知られている。

しかし、このように１個のミキサを用いて周波数変換を
行う場合には、変換前の受信信号の周波数帯域またはキ
ャリア信号と、変換後の信号の周波数帯域とが周波数軸
上で重なる位置にあると、変換前の受信信号またはキャ
リア信号がミキサの出力に漏れて周波数変換後の信号に
ノイズとして現われ、しかも変換前後の信号が周波数軸
上で重なっているためにＬＰＦでは除去できないという
問題がある。

このような問題を解決し得るものとして、ミキサを２個
設け、１段目のミキサを用いて入力信号を目的とする帯
域やキャリア信号の周波数よりも周波数軸上で遠く離れ
た高い帯域へ変換し、その出力をバンドパスフィルタ（
ＢＰＦ）を通すことにより不要な信号成分を除去した後
、２段目のミキサを用いて目的とする低い帯域へ周波数
変換し、その出力をＬＰＦを通すことにより不要な信号
成分を除去して目的とする信号を得るようにしたダブル
コンバージョン方式の周波数変換装置が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したダブルコンバージョン方式の周
波数変換装置を、上述したそれぞれ異なる周波数特性を
有する複数の超音波振動子を切換え接続して用いる超音
波診断装置に単に適用しようとすると、超音波振動子の
種類や帯域に合わせてキャリア信号発生器およびＢＰＦ
を設ける必要があり、これがため構成が複雑になると共
に、回路規模が大きくなり、高価になるという問題があ
る。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、簡単かつ安価な構成で複数種の超音波振動子に対応
できるようにした超音波診断用周波数変換装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明では選択的に供給さ
れるそれぞれ周波数特性の異なる複数の超音波振動子か
らの受信信号を、第１の周波数変換手段によりそれぞれ
周波数の異なる対応するキャリア信号で中心周波数がほ
ぼ等しい高周波数帯域に変換し、その出力から第１のフ
ィルタにより所要の高周波数帯域の信号を取り出した後
、この信号を第２の周波数変換手段により共通のキャリ
ア信号で低周波数帯域に変換し、その後この第２の周波
数変換手段の出力を第２のフィ、ルタに通すことにより
所要の低周波数帯域の信号を取り出すようにする。

第１図はこの発明の概念図を示すものである。

それぞれ周波数特性の異なる複数の超音波振動子からの
受信信号１−１．１−２．１−３は第１の周波数変換手
段２に供給する。第１の周波数変換手段２は受信信号の
１つを選択するリレー３と、受信信号１−１〜１−３に
対応し、それらの信号を中心周波数がほぼ等しい高周波
数帯域に変換するための異なるキャリア信号を発生する
キャリア信号発生回路４−１．４−２．４−３と、その
１つを選択するリレー５と、リレー３および５の出力を
混合するミキサ６とをもって構成し、リレー３および５
を制御信号７により同期して制御して対応する受信信号
およびキャリア信号発生回路を選択するようにする。こ
の第１の周波数変換手段２におけるミキサ６の出力は、
第１のフィルタを構成するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ
）　　８に供給し、ここで不要信号成分や受信信号およ
びキャリア信号の漏れ分を除去して第２の周波数変換手
段９に供給する。第２の周波数変換手段９は、ＢＰＦ　
８の出力を低周波数帯域に変換するためのキャリア信号
を発生する共通の１個のキャリア信号発生回路１０と、
その出力とＢＰＦ　８の出力とを混合するミキサ１１と
をもって構成する。この第２の周波数変換手段９におけ
るミキサ１１の出力は、第２のフィルタを構成するロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）１２に供給し、ここで不要な信
号成分を除去して、所望の低周波数帯域の出力信号１３
を得る。

〔作　用〕

上記構成において、制御信号７により受信信号１−１〜
１−３およびキャリア信号発生回路４−１〜４−３が対
応して選択されることにより、ミキサ６の出力は高域で
全て同じ帯域に変換される。

例えば、第２図Ａに示すように、中心周波数ｆ。

の受信信号１−１に対しては周波数ｆ、のキャリア信号
１５を発生するキャリア信号発生回路４−１を選択する
ことにより、受信信号１−１は中心周波数ｆ’　（＝ｆ
、＋ｆ、　）の帯域１６に変換される。ここで、 ｃｏｓ２π（ｆｌ　＋　ｆｍ　）　ｔ　”（から理解さ
れるように、ｆｌ−ｆ、を中心周波数とする帯域１７に
も信号が現われるが、この信号はここでは不要な成分で
ある。同様に、第２図ＢおよびＣに示すように、中心周
波数ｆ、の受信信号１−２に対しては周波数ｆ２のキャ
リア信号１８を発生するキャリア信号発生回路４−２を
選択することにより、および中心周波数ｆｃの受信信号
１−３に対しては周波数ｆ３のキャリア信号１９を発生
するキャリア信号発生回路４−３を選択することにより
、それぞれ第２図Ａと同様に、受信信号１−２および１
−３はそれぞれ中心周波数ｆ’（＝ｒ。

＋　ｆ　ｚ　＝ｆ　ｃ＋　ｆ　３　＝　ｆ　−＋　ｆ　
＋　）となる帯域２０および２１に変換される。このよ
うに、ミキサ６の出力は全て等しい中心周波数ｆ′の高
域信号１６．２０．２１に変換されるので、ＢＰＰ　Ｂ
の周波数特性を第２図Ａ〜Ｃに破線２２で示すように中
心周波数がｆ′となるように設定すれば、このＢＰＦ　
８を共通に使って不要な信号成分１７．２３．２４を有
効に除去することができる。

ＢＰＦ　８の出力はミキサ１１においてキャリア信号発
生回路１０からの第２図りに示す周波数ｆ４のキャリア
信号２５と混合され、これにより目的とする低い周波数
帯域２６に変換される。ここで、ミキサ１１の出力には
、ミキサ６におけると同様に、ｆ４＋ｆ’を中心周波数
とするｆ４よりも高い周波数帯域（図示せず）、キャリ
ア漏れｆ４や入力漏れ信号２７等の不要な信号成分が現
われるので、これをＬＰＦ１２の周波数特性を第２図り
において破線２８で示すように設定することにより除去
して所要の低周波数帯域２６の信号を取り出す。

以上の構成により、異なる周波数帯域の受信信号の信号
処理を容易にするために、それらの信号を低い周波数帯
域へ変換するダブルコンバージョン回路において、フィ
ルタの数を受信信号の種類に合わせて全て用意する必要
はなく、また２段目のミキサ１１で用いるキャリア信号
の数も１種類で済むことになる。したがって、比較的少
ない回路数で、複数種の超音波振動子に対応するダブル
コンバージョン回路が実現できる。

なお、好適には特性のゆるいＢＰＦ　８やＬＰＦ１２で
不要な信号成分を容易に減衰させることができるように
、受信信号１−１〜１−３を高域へ変換するためのキャ
リアはできるだけ高く、例えば受信信号１−１〜１−３
の帯域の中の周波数上限に対して高域へ変換した後の信
号の下限が３〜４倍の周波数となるように設定するのが
よい。

〔実施例〕

第３図はこの発明の一実施例を示すものである。

この実施例は、それぞれ周波数特性の異なる２種の超音
波振動子を選択的に用いて被検体中に超音波チャープパ
ルスを投射し、その被検体での反射波を同一の超音波振
動子で受波して電気信号に変換し、このエコー信号を直
交検波回路により複素信号に変換した後、時間領域にお
いてこの複素信号と整合フィルタのインパルス応答波形
（参照波）とのたたみ込み積分を行うことにより相互相
関をとって、エコー信号をパルス圧縮して表示するよう
にした超音波診断装置の直交検波回路に適用したもので
ある。

それぞれ周波数特性の異なる２種の超音波振動子でのエ
コー信号３１−１　、３１−２は、リレー３２により選
択してミキサ３３−１　、３３−２の一方の入力端にそ
れぞれ供給するようにする。ミキサ３３−１゜３３−２
の他方の入力端には、キャリア信号発生回路３４−１　
、３４−２の出力をリレー３５により選択して９０°移
相器３６を経て互いに９０°位相を異ならせて供給し、
これにより入力信号を高域へ周波数変換した複素信号を
得るようにする。ここで、リレー３２および３５はエコ
ー信号３１−１を選択したときはキャリア信号発生回路
３４−１が、エコー信号３１−２を選択したときはキャ
リア信号発生回路３４−２が選択されるように構成する
。なお、この実施例ではエコー信号３１−１の周波数帯
域は３〜１１（ＭＨｚ）、エコー信号３１−２の周波数
帯域は５〜１５（ＭＨｚ）とし、キャリア信号発生回路
３４−１からは周波数５３　（ＭＨｚ）のキャリア信号
を、キャリア信号発生回路３４−２からは周波数５０　
（ＭＩＩ２）のキャリア信号を発生させるようにする。

ミキサ３３−１　、３３−２の出力はＢＰｒ’　３７−
１　、３７−２を経てミキサ３８−１　、３８−２の一
方の入力端に供給する。これらミキサ３Ｂ−１、３８−
２の他方の入力端にはキャリア信号発生回路３９の出力
を供給し、これによりＢＰＦ　３７−１　、３７−２の
出力を低域へ周波数変換して、ＬＰＦ　４０−１　、４
０−２を経て所要の複素信号４１−１　、４１−２を取
り出すようにする。ここで、キャリア信号発生回路３９
は周波数６０　（ＭＨｚ）のキャリア信号を発生するも
のとする。

以下、この実施例の動作を第４図Ａ−Ｄを参照しながら
説明する。

リレー３２および３５により、エコー信号３１−１およ
びキャリア信号発生回路３４−１が選択されると、第４
図Ａに示すように、入力エコー信号帯域４２はミキサー
３３−１　、３３−２においてキャリア信号発生回路３
４−１から９０”移相器３６を経て得られる周波数５３
　（Ｍｌｌｚ）の複素数関数キャリア信号４３とミキシ
ングされ、中心周波数が６０　（ＭＨｚ）の高域４４に
周波数変換される。同様に、リレー３２および３５によ
りエコー信号３１−２およびキャリア信号発生回路３４
−２が選択されると、第４図Ｂに示すように、入力エコ
ー信号帯域４５はミキサ３３−１　、３３−２において
キャリア信号発生回路３４−２から９０’移相器３６を
経て得られる周波数５０　（ＭＨｚ）の複素数関数キャ
リア信号４６とミキシングされ、中心周波数が６０　（
ＭＨｚ）の高域４７に周波数変換される。ここで第４図
ＡおよびＢに示すように、ミキサ３３−１．３３−２の
出力には所要の高周波数帯域４４．４７の他に不要成分
４８．４９も現われるが、上記のようにエコー信号３１
−１　、３１−２は中心周波数が同じ６０（ＭＨｚ）と
なるように高域に周波数変換されるので、ＢＰＦ　３７
−１　、３７−２の周波数帯域を破線５０で示すように
設定することにより、これら不要成分４８゜４９は同一
のＢＰＦ　３７−１　、３７−２で除去される。

ＢＰＦ　３７−１　、３７−２の出力は、ミキサ３８−
１゜３８−２においてキャリア信号発生回路３９からの
周波数が６０　（ＭＨｚ）のキャリア信号とミキシング
されて低域に周波数変換される。ここで、キャリア信号
発生回路３９は、上記のようにエコー信号３１−１゜３
１−２に対応する高域信号４４．４７の中心周波数が６
０　（ＭＨｚ）と同じであるで、両者の周波数変換にお
いて共用される。ミキサ３８−１　、３８−２において
低域に周波数変換された出力はＬＰＦ　４０−１　、４
０−２に供給され、ここで不要成分が除去されて、所要
の低周波数帯域の複素信号４１−１　、４１−２が取り
出される。すなわち、ミキサ３Ｂ−１、３８−２の出力
には、エコー信号３１−１の場合には第４図Ｃに示すよ
うに、所要の低周波数帯域の信号５１の他に、キャリア
信号発生回路３９からの６０　（ＭＨｚ）のキャリア信
号の漏れ信号５２や高域信号５３等の不要成分が、また
エコー信号３１−２の場合には第４図りに示すように、
所要の低周波数帯域の信号５４の他にキャリア信号の漏
れ信号５２や高域信号５５等の不要成分も現われるが、
これら不要成分はＬＰＦ４０−１．４０−２の周波数特
性を破線５６で示すように設定することにより、同一の
ＬＰＦ　４０−１　、４０−２で除去される。

□　以上のように、この実施例によれば、異なる周波数
帯域のエコー信号の信号処理を容易にするために、エコ
ー信号を低周波数帯域へ変換するダブルコンバージョン
方式の直交検波回路を、フィルタの数をエコー信号の種
類に合わせて全て用意することなく、かつ２段目のミキ
サで用いるキャリアの数も１種類で済むように構成する
ことができる。したがって、比較的少ない回路数で複数
の超音波振動子に対応するダブルコンバージョン方式の
直交検波回路を実現できる。

なお、この発明はパルス圧縮方式に限らず、通常のパル
ス反射方式あるいは透過方式の超音波診断装置にも有効
に適用することができる。また、上記の実施例では２種
類の超音波振動子に対応させるようよしたが、それ以上
の種類に対応できるよう構成することもできる。また、
第１の周波数変換手段における変換後の帯域の中心周波
数は。

各超音波振動子間で完全に一致させる必要はなく、はぼ
−敗させるようにすればよい。更に、複数種の超音波振
動子をリレーを用いることなく着脱自在に装着するよう
にし、装着された超音波振動子を読み取ってそれに対応
するキャリア信号を第１の周波数変換手段において選択
するようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば複数種の超音波振
動子での各受信信号を中心周波数がほぼ等しい高周波数
帯域に変換した後、低周波数帯域に変換するようにした
ので、フィルタの数を超音波振動子の種類に合わせて全
て設けることなく、かつ第２の周波数変換手段における
キャリア信号の数も１種類とすることができる。したが
って、比較的少ない回路数でそれぞれ異なる周波数特性
を存する複数の超音波振動子に対応するダブルコンバー
ジョン方式の超音波診断用周波数変換装置を簡単かつ安
価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概念図、 第２図Ａ−Ｄはその動作を説明するための図、第３図は
この発明の一実施例を示す図、第４図Ａ−Ｄはその動作
を説明するための図である。 １−１〜１−３・・・受信信号 ２・・・第１の周波数変換手段 ３・・・リレー ４−１〜４−３・・・キャリア信号発生回路５・・・リ
レー　　　　　　　６・・・ミキサ８・・・ＢＰＦ ９・・・第２の周波数変換手段 １０・・・キャリア信号発生回路 １１・・・ミキサ　　　　　　１２・・・ＬＰＦ１３・
・・出力信号 特許出願人　　　オリンパス光学工業株式会社第２図 第４図 手続補正書 昭和６３年　６月２０日 特許庁長官　　吉　　１）　文　　毅　　殿１、事件の
表示 昭和６３年特許願第１０４３４６号 ２、発明の名称 超音波診断用周波数変換装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 １、明細書第２頁第１８〜２０行の「キャリア信号が一
一一一重なっている」を「キャリア信号のミキサの出力
への漏れが、周波数変換後の信号にノイズとして現われ
、しかも変換後の信号と周波数軸上で重なっている」に
訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、選択的に供給されるそれぞれ周波数特性の異なる複
   数の超音波振動子からの受信信号を、それぞれ周波数の
   異なる対応するキャリア信号で中心周波数がほぼ等しい
   高周波数帯域に変換する第１の周波数変換手段と、この
   第１の周波数変換手段の出力から所要の高周波数帯域の
   信号を取り出す第１のフィルタと、この第１のフィルタ
   の出力を共通のキャリア信号で低周波数帯域に変換する
   第２の周波数変換手段と、この第２の周波数変換手段の
   出力から所要の低周波数帯域の信号を取り出す第２のフ
   ィルタとを具える超音波診断用周波数変換装置。