JPH0249104B2 - - Google Patents

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JPH0249104B2
JPH0249104B2 JP58223637A JP22363783A JPH0249104B2 JP H0249104 B2 JPH0249104 B2 JP H0249104B2 JP 58223637 A JP58223637 A JP 58223637A JP 22363783 A JP22363783 A JP 22363783A JP H0249104 B2 JPH0249104 B2 JP H0249104B2
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JP
Japan
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weighting
cycles
control section
circuit
received signal
Prior art date
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JP58223637A
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JPS60114244A (ja
Inventor
Hiroshi Fukukita
Takayoshi Saito
Tsutomu Yano
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波信号の送受信によつて被検体内
の検査を行う超音波診断装置に関するものであ
る。
従来例の構成とその問題点 従来、超音波診断装置で、特に高周波超音波の
送受信を行う装置で十分な被検深度と分解能を有
するものは得られなかつた。この原因の一つとし
ては超音波伝搬媒体中において、非線型現象が、
特に10MHz程度以上の高周波において顕著となる
ことが考えられる。この非線型現象が装置性能に
与える影響は以下の様に説明される。第1図は、
媒体中の非線型現象により送信された超音波パル
スが歪む様子を示す。横軸は時間、縦軸は音圧を
示す。破線は非線型現象が無いと仮定した場合の
波形である。この波形の歪みは、伝搬距離、周波
数、超音波パワー密度に比例することが知られて
いる。特に波形のピーク付近で振幅が大きく抑圧
されているが、これは非線型現象による飽和を示
すものであり、伝播媒体中において実現できる超
音波パワー密度には上限があることを示してい
る。一方、波形のリングダウンの部分では振幅が
小さいので飽和していない。このように歪んだ送
信超音波パルスにより得られたエコー信号は分解
能が劣化している。すなわち波形のピークに比べ
てリングダウンの部分の振幅が相対的に増加した
ことになり、深さ方向の分解能が劣化する。また
第2図は媒体中の非線型現象により超音波ビーム
横分解能が劣化する様子を示す。横軸は距離、縦
軸は音圧を示す。破線は非線型現象が無いと仮定
した場合の指向性である。非線型現象により振幅
の大きいメインローブが飽和し、サイドローブの
振幅が相対的に増加しているため、横分解能が劣
化する。既に第1図に示した様に非線型現象によ
り波形が正弦波状から鋸歯状に歪む。この状態で
は波形の基本波成分のかなりの部分が高調波成分
に変換されるため超音波の吸収が増大し、被検体
の深い部品の検査を更に困難にする。以上述べた
様に超音波伝搬媒体中における非線型現象は装置
の分解能を劣化させ、又被検深度を制限する。
発明の目的 本発明は、以上のような従来の問題点を解決す
るためになされたもので、被検深度が深く、高い
分解能を有する超音波診断装置を提供することを
目的とする。
発明の構成 この目的を達成するために本発明は、被検体の
深い部位の情報を得る場合には、非線型現象を避
けるため、送信パルスの振幅を増加させるのでは
なく送信パルスの波数を増加することにより分解
能の劣化を最小限にとどめつつ送信エネルギーを
増大し、かつ受信回路の帯域を狭めて受信信号の
S/Nを改善し、この深い部位の情報と浅い部位
の情報と合わせて同一断層像上に表示する超音波
診断装置を提供するものである。
実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。第3図Aは本発明の一実施例を示すブロツク
図、Bは高周波パルスの波形の例である。
パルス駆動回路1はサイクル数N、例えば図B
イに示すようなN=2、及びロに示すようなN=
4の高周波パルスを発生する。サイクル数Nはサ
イクル数制御部2により制御される。高周波パル
スは超音波探触子の送受波部3に印加される。送
受波部3は波数Nに対応した長さを有する超音波
パルスを被検体4へ送信する。サイクル数Nは送
信毎に変化させるとする。送受波部3は通常圧電
振動子で構成される場合が多く、方形の高周波パ
ルスで駆動された場合にも送信された超音波パル
スは正弦波状となる。被検体4中で反射されたエ
コー超音波はプリアンプ5、可変利得アンプ6で
増幅された後、スイツチ7によりバンドパスフイ
ルタ8、又は9へ導かれる。バンドパスフイルタ
9はN=4の時に選択され、N=2の時に選択さ
れるバンドパスフイルタ8に比べて狭い帯域特性
を有する。この場合、バンドパスフイルタ9の出
力におけるノイズレベルが低くなることが予想さ
れ、両フイルタの出力におけるノイズレベルを同
程度にする目的からアンプ10が付加される。ス
イツチ11は、スイツチ7で選択されたフイルタ
の出力を選択する。この場合にスイツチ7,11
が帯域制御部を構成する。スイツチ11を通過し
た受信信号は重み付け回路12において係数制御
部13が発生する重み係数を乗ぜられる。重み付
け回路12は例えばアナログ乗算回路で容易に構
成できる。受信信号は処理回路14で対数圧縮、
検波された後、表示部15に表示される。N=2
の場合には重み係数が近距離で大、遠距離で小、
N=4の場合にはその逆とすれば、表示部15に
おいて、近距離にはサイクル数N=2に対応する
断層像、遠距離にはサイクル数N=4に対応する
断層像、中間距離では重み係数を乗ぜられた各断
層像が重ねて表示される。主制御部20は各部の
タイミング等を制御する。
以上のように本実施例によれば、被検体の深い
部位の情報を得る場合には、送信パルスのサイク
ル数Nを増加することにより送信エネルギーを増
大し、かつ受信回路の帯域を狭めて受信信号の
S/Nを改善し、通常の方法で得られた浅い部位
の情報と合わせて一つの断層像を完成させるもの
であり、送信パルス振幅のみを増加した時に問題
となる分解能劣化、被検深度に対する制限等を軽
減することが可能となる。
第4図A,B,Cは本発明の一実施例における
パルス駆動回路の回路図、タイミング図、及びパ
ルス増幅部の回路図である。図Aにおいてシフト
レジスタ30は並列入力端子A,B,C,D,
E,F,G,Hを有する。今F,G端子をロウレ
ベル、他の並列入力端子と直列入力端子Sをハイ
レベルとする。シフトレジスタ30を並列入力モ
ードにして、並列入力端子の状態を入力した後に
直列シフトモードにすれば、同図Bのイに示すク
ロツクCKの2クロツク期間がロウレベルとなる
ノーマルハイの信号Q1(同図Bのハ)が得られ
る。クロツクCKをインバータ31で反転したク
ロツク(同図Bのロ)によりDフリツプフロ
ツプ32は信号Q1を半クロツク遅延、反転した
信号2(同図Bのニ)を発生する。信号Q1と
クロツクCKのNR論理33により同図Bのホ
に示すゲート信号G1、信号2とクロツクCK
のNAND論理34により同図Bのヘに示すゲー
ト信号G2が得られる。図Cはパルス増幅部であ
り、ゲート信号G1,G2を増幅、合成して同図
Bのトに示す高周波パルスP1を発生する。一般
に超音波診断装置において、パルス駆動回路1が
高周波パルスを発生するオンの期間はオフの期間
に比べて非常に短かい場合が多い。このためパル
ス駆動回路1がオフの場合にはパルス増幅部の消
費電流を小さくすることが望ましい。図C中、T
1,T4はNPNトランジスタ、T2,T3は
PNPトランジスタであり、T5はPチヤンネル
のFET、T6はNチヤンネルのFETである。T
1,T3はインバータ、T2,T4はエミツタホ
ロワを構成し、低インピーダンスのT5,T6の
ゲートを駆動する。T5,T6のドレインは互に
接続されて相補的なインバータを構成し、低出力
インピーダンスを実現する。ゲート信号G1,G
2はオフ状態で夫々ロウ、ハイレベルであるので
T1,T3はそれぞれオフ、T2,T4,T5,
T6もオフとなり消費電流は殆んどゼロとなる。
パルス駆動回路1はオン状態で以下のように高周
波パルスを発生する。まずG1がハイレベルにな
るとT1がオン、T2がアクテイブ、T5がオン
となり出力の電圧はゼロからV1へ変化する。
次にG1,G2がロウレベルになるとT1,T
2,T5がオフ、T3がオン、T4がアクテイ
ブ、T6がオンとなり出力の電圧はV1から−
V1へ変化する。これを繰返した後、G1,G2
はそれぞれロウレベル、ハイレベルとなりパルス
駆動回路1はオフ状態となる。このようにして高
周波パルスP1の波数はゲート信号G1,G2の
波数に対応することになる。ゲート信号G1,G
2の波数は、シフトレジスタ30の並列入力端子
A〜Hを制御することにより変えられる。従つ
て、この場合にはシフトレジスタ30が波数制御
部を構成する。一般にはPNPトランジスタのス
イツチング速度はNPNトランジスタのそれに比
べて遅いのでT3は高速のトランジスタが選ばれ
る。T3のベース、エミツタ間に並列接続された
ダイオードD1はT3とほぼ同時にオンし、T3
が深い飽和状態になり、蓄積時間が長くなること
を防止する。このようにしてPNPトランジスタ
T3により構成されるインバータを20MHz以上の
スイツチング速度で動作させることが可能であ
る。他の論理回路、エミツタホロワ等は十分な動
作速度を有する。最終段のT5,T6に、スイツ
チング速度が数ナノ秒程度のパパワーMSFET
を使用すれば、このパルス駆動回路1は送受波部
3に対して20MHz以上の高周波パルスを印加する
ことが可能となる。
以上の例では、出力パルスP1は電圧ゼロを中
心に±V1へ変化する3値パルスである。高周波
パルスが非対称になるという問題はあるが、T
1,T2を取除き、T5の代わりにドレイン抵抗
を挿入し、T5のオン、オフによる2値パルスで
送受波部を駆動することも可能である。
以上のように本実施例によれば、20MHz以上の
高周波パルスのサイクル数Nをサイクル数制御部
により制御することが可能である。このようなパ
ルス駆動回路を用いることにより、超音波診断装
置の送受波部の分解能劣化を最小限にとどめつつ
送信エネルギーを増大することが可能となる。
第5図Aは本発明の他の実施例のブロツク図、
図Bはグラフ表示した重み係数の例である。
図Aにおいて1はパルス駆動回路、2はサイク
ル数制御部、3は送受波部、4は被検体、5はプ
リアンプ、6は可変利得アンプ、7,11はスイ
ツチ、8,9はバンドパスフイルタ、10はアン
プでありここまでは第3図に示した実施例と同じ
構成である。本実施例の場合スイツチ11を通過
した受信信号は処理回路14で対数圧縮、検波さ
れた後、A/Dコンバータ21でデジタル信号に
変換され、バツフアメモリ22,23に記憶され
る。例えば、高周波パルスのサイクル数N=2に
対応する信号をバツフアメモリ22、波数N=4
の場合にはバツフアメモリ23に記憶させるとす
る。アドレスカウンタ25はバツフアメモリ2
2,23の書込みアドレス、読出しアドレスを発
生する。係数制御部24はアドレス値Mに対応し
た重み係数Wを図Bに示すように発生する。重み
係数Wを3ビツトデジタル信号で表わすとすれ
ば、係数制御部24はリードオンメモリで構成で
きる。パルス駆動回路1とアドレスカウンタ25
は主制御部20により同期して動作しているか
ら、重み係数Wは被検深さに対応して変化する。
重み付け回路はバツフアメモリ22,23と重み
付け加算器26から構成される。重み付け加算器
26の入力は、バツフアメモリ22,23の各出
力と、係数制御部の出力であり、バツフアメモリ
22,23の各出力がそれぞれ4ビツトで表わさ
れるとすれば、重み係数Wが3ビツトで表わされ
るから、合計11ビツトが入力される。この11ビツ
トのデータに対して、1つの重み付け加算結果を
出力すればよいから、重み付け回路26もリード
オンメモリにより容易に構成できる。重み付け演
算結果は、表示部15に表示される。
以上のように本実施例によれば、被検体の深い
部位の情報と、浅い部位の情報を、デジタル回路
からなる重み付け回路により一つの断層像として
合成することが可能となる。
なお係数制御部24の重み係数wの発生タイミ
ングを変化させて、断層像上においてサイクル数
N=2を表示する領域を変化させてもよい。
以上のように本実施例によれば、被検体の深い
部位の情報を得る場合には、送信パルスのサイク
ル数Nを増加することにより送信エネルギーを増
大し、かつ受信回路の帯域を狭めて受信信号の
S/Nを改善し、通常の方法で得られた浅い部位
の情報と合わせて一つの断層像を完成させるもの
であり、送信パルス振幅のみを増加した時に問題
となる非線型現象に起因する分解能劣化、被検深
度に対する制限等を軽減することが可能となる。
発明の効果 以上要するに本発明はサイクル数の異なる複数
の高周波パルスを発生する駆動回路と、前記波数
を制御する波数制御部と、前記駆動回路に接続さ
れた送受波部と、前記送受波部からの受信信号に
対応して設けられた帯域フイルタと、前記帯域フ
イルタの帯域特性を変化させる帯域制御部と、前
記受信信号に対する重み付け回路と、前記重み付
け回路の重み係数を制御する係数制御部と、サイ
クル数の異なる複数の受信信号に対応した前記重
み付け回路の出力を同一断層像上に表示する表示
部とを設けるとともに、一連の送、受信ごとに前
記サイクル数制御部と前記重み係数制御部を変化
させる主制御部を設けることにより、サイクル数
が多い場合、すなわち送波のエネルギーが大きい
場合に対応する受信信号がサイクル数の少ない場
合の受信信号に比べ相対的に深い部分に表示され
るようにしたことを特徴とする超音波診断装置を
提供するもので、被検深度が深く、高い分解能が
得られる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は非線型現象を説明する超音波パルス波
形、第2図は超音波ビームの横分解能を説明する
図、第3図Aは本発明の一実施例における超音波
診断装置のブロツク図、同図Bは高周波パルスの
波形例を示す図、第4図Aは本実施例におけるパ
ルス駆動回路の回路図、同図Bはそのタイミング
図、同図Cはパルス増幅部の回路図、第5図Aは
本発明の他の実施例における超音波診断装置のブ
ロツク図、同図Bは重み係数の一例を示す図であ
る。 1……パルス駆動回路、2……サイクル数制御
部、3……送受波部、8,9……フイルタ、12
……重み付け回路、13,24……係数制御部、
15……表示部、22,23……バツフアメモ
リ、26……重み付け加算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サイクル数の異なる少なくとも二種類の高周
    波パルス発生する駆動回路と、前記サイクル数を
    制御するサイクル数制御部と、前記駆動回路に接
    続された送受波部と、前記送受波部からの受信信
    号に対応して設けられた帯域フイルタと、前記帯
    域フイルタの帯域特性を変化させる帯域制御部
    と、前記受信信号に対する重み付け回路と、前記
    重み付け回路の重み係数を制御する係数制御部
    と、サイクル数の異なる前記高周波パルスに対応
    した前記重み付け回路の出力を同一断層像上に表
    示する表示部とを設けるとともに、一連の送、受
    信ごとに前記サイクル数制御部と前記重み係数制
    御部を変化させる主制御部を設けることにより、
    サイクル数が多い場合、すなわち送波のエネルギ
    ーが大きい場合に対応する受信信号がサイクル数
    の少ない場合の受信信号に比べ相対的に深い部分
    に表示されるようにしたことを特徴とする超音波
    診断装置。 2 重み付け回路がバツフアメモリと重み付け加
    算器とから構成されており、サイクル数の異なる
    複数の受信信号を前記バツフアメモリに記憶し、
    前記バツフアメモリからの信号を係数制御部から
    の重み係数により重み付け加算することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の超音波診断装
    置。
JP22363783A 1983-11-28 1983-11-28 超音波診断装置 Granted JPS60114244A (ja)

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