JPH03162835A - 受波整相回路 - 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１ 本発明は、電子走査型超音波診断装置及び非破壊検査装
置等の超音波装置に用いられる受波整相回路に関する． 【従来の技ｖＲｌ 電子走査型超音波診断装置や非破壊検査装置等の受波整
相回路において、時間と共に利得を可変する（以下，Ｔ
ＧＣという）回路を有するものとしては，第１３図（特
開昭６０−５３１３４、及び特開昭６２−２２４３３３
参照）に示すような構或のものがあった． 同図において、Ｅ，〜Ｅ７は振動子、０１〜Ｇ，はＴＧ
Ｃ回路、Ｄ８〜Ｄ，は遅延回路、Ｓは加算器である． 例えば、振動子Ｅ１で受信されたエコー信号はＴＧＣ回
路Ｇユで時間と共に利得が大きくなるように処理された
後、遅延回路Ｄ１で所望する遅延が与えられる。振動子
Ｅ２〜Ｅｆｉに接続された他の系でも同様の処理がおこ
なわれ、加算器Ｓで各エコー信号を加算することにより
、超音波ビームが形成される。 【発明が解決しようとする課題】 生体内を進行する超音波信号は，深度と周波数の積に比
例して減衰するため、生体浅部からのエコー信号は振幅
が非常に大きく，また，深部からのエコー信号は振幅が
非常に小さい。例えば、減衰率を０．７ｄＢ／ａｍ／Ｍ
Ｈｚとして、周波数３．５ＭＨｚの超音波信号で２０ｃ
ｍの深さまで撮像しようとした場合．エコー信号のダイ
ナミックレンジは１００ｄＢ近くにもなる。 上述するようなエコー信号のダイナミックレンジを有効
に利用して高画質の超音波像を得ようとした場合、ＴＧ
Ｃ回路のダイナミックレンジはエコー信号と同等，ある
いは，少なくともエコー信号と遅延回路のダイナミック
レンジの差以上なければならない。加えて，チャンネル
間での利得バラツキも小さく抑える必要がある。 特に，遅延回路としてサンプル＆ホールド回路を用いる
ような場合には，エコー信号と遅延回路のダイナミック
レンジの差は５０ｄＢ以上にもなる。単一回路構或，で
所望するようなダイナミックレンジが大きく，かつ、利
得バラツキが小さいといった性能を得ようとする場合、
回路構戊が複雑になり，高価で回路規模が大きいものと
なってしまう。

【課題を解決するための手段】

価格や回路規模と利得バラツキやダイナミックレンジと
いった性能の関係は、直線的ではなく、クリティ力ルな
ポイントがある。そのポイントを越えない範囲では，安
価で，かつ、回路規模の小さいＴＧＣ回路を構成するこ
とができる．そこで、上述するような問題点を解決する
手段として，大振幅である生体浅部からのエコー信号を
対象として利得を可変制御する第一のＴＧＣ回路と、小
振幅の深部からのエコー信号を主対象として全深度で利
得を可変制御する第二のＴＧＣ回路の二つに分けてＴＧ
Ｃ回路を構威し、所望するダイナミックレンジが得られ
るようにした。

【作用Ｉ ＴＧＣ回路を二つに分けたことにより、各ＴＯＣ回路は安価で．かつ，回路規模の小さいものとすることができる． また，ダイナミックレンジに関しても、振幅の大きい生体浅部からのエコー信号に対しては第一及び第二のＴＧＣ回路の両方で利得制御を行なうことにより、振幅が十分に小さくなったエコー信号に対しては第二のＴＧＣ回路のみで利得制御することにより所望する性能を実現できる．【実施例】

？下、本発明の一実施例を図而を用いて説明する．特に
断りのない記号は同一のものとする。 第ｌ図は、本発明の基本的構成例を示すブロック図であ
る．同図において、Ｅ１〜Ｅ１は振動子、Ａ１〜Ａ１は
第一のＴＧＣ回路，Ｂ８〜Ｂ０は第二のＴＧＣ回路，Ｄ
■〜Ｄ．は遅延回路，Ｓは加算器，ＴＣＬは第一のＴＧ
Ｃ回路のコントローラー，ＴＣ２は第二のＴＧＣ回路の
コントローラー、■Ｃ１は第一のＴＧＣ回路のコントロ
ール信号．ＶＣ，は第二のＴＧＣ回路のコントロール信
号、ＴＧＣ１は第一のＴＧＣ回路群，ＴＧＣ，は第二の
ＴＧＣ回路群である。 例えば，振動子Ｅ■で受信されたエコー信号は，第一の
ＴＧＣ回路Ａエ及び第二のＴＧＣ回路Ｂ１を介して時間
と共に適当な利得で増幅され，遅延回路Ｄ１に入力され
る。さらに、遅延回ｗｔＤｉで信号遅延が行なわれた後
、加算器Ｓに人力される。 他のチャンネル（振動子Ｅ２〜Ｅ７の系）においても、
エコー信号に同様の処理が行なわれ、加算器Ｓで各エコ
ー信号を加算して超音波ビームを形？する。 第２図は、第１図のコントロール信号ＶＣよ及びｖＣ２
について示したタイムチャートである。 同図において、Ｔｇは超音波信号送信用のトリガ信号、
Ｌ１は送信から第一のＴＧＣ回路群ＴＧＣエでの利得可
変制御が終了するまでの時間２ｔ２は送信から第二のＴ
ＧＣｌ５１路群ＴＧＣ，での利得可変制御が終了するま
での時間，ＧＡはコントロール信号ＶＣ，によって制御
されるＴＧＣ回路群ＴＧＣ■の最大利得、ＱＢはコント
ロール信号ｖＣ２によって制御されるＴＧＣ回路群ＴＧ
Ｃ２の最大利得、ｆＡ　（ｔ）及びｆＢ（ｔ）は各コン
トロール信号でコントロールできる利得を時間関数で表
現したものである。　超音波信号は、送信用トリガ信号
がＯからｌに変化する立上り時に送信される。 送信が終わると、各振動子ではただちに生体内からの超
音波エコー信号を受信する。第一のＴＧＣ回路は，大振
幅のエコー信号が到来する送信から時間ｔ■の期間だけ
利得を可変制御し、利得関数ｆＡ（ｔ）に従いＯ　（ｄ
Ｂ）からＧＡ　（ｄＢ）まで利得を変化する。また，第
二のＴＧＣ回路は，送信がら次の送信までの時間ｔ２の
期間に渡って利得を可変制御し、利得関数ｆ＋＋　（ｔ
）に従いＯ　（ｄＢ）からＧａ（ｄＢ）まで利得を変化
する。 この結果、第一と第二のＴＧＣ回路の総合的なダイナミ
ックレンジはＧＡ十ＧＢとなり、この範囲でエコー信号
の利得制御ができる。 なお、上述の説明においては、利得可変範囲をＯから正
の利得としたが，本発明はこれに限定されるものではな
く、負の利得から正の利得、あるいは、Ｏから負の利得
の範囲で可変してもよいことはいうまでもない。 第３図は、第一のＴＧＣ回路を、利得一定の増幅器と、
時間と共に信号の減衰率を可変する減衰器で構或した場
合について示したものである。 同図において、Ａエー、は時間と共に信号の減衰率を可
変する減衰器、八〇ー２は利得一定の増幅器である． 利得一定型の増幅器は、利得可変型の増幅器に比較して
発振しに＜＜，部品点数も少なく構或できる。また、減
衰器も，例えば、抵抗分圧で減衰させるようなものでも
よい。したがって，第３図のような構或によれば、簡単
な回路で，かつ、安定な動作をするものが容易にできる
。ここで、減衰器Ａｘ−ｘと増＠器Ａエー２の順序を入
れ替えても何ら問題はない。 第４図は，第３図の回路構成における各増幅器の利得変
化の一例について示したタイムチャートであり、縦軸は
利得、ＧＡは利得一定の増幅器Ａ．２の最大利得である
。　同図において、ｗｃ衰器Ａ１−１の減衰量の時間関
数を−（ＧＡ−ｆＡ（ｔ））とすれば，第２図で示した
利得関数ｆＡ（ｔ）が得られる６ なお，この図では，第一のＴＧＣ回路について説明した
が、第二のＴＧＣ回路にこれを適用してもよいことはい
うまでもｋい。 第５図は，コントロール信号ｖＣＬがコントロール信号
ｖＣ２に従属的である場合の回路構成について示した一
例である。 同図において、ＨＰＦはハイパスフィルタ，ＡＭＰはア
ンプであり、コントロール信号ｖｃ１はコントロール信
号ｖＣ８をハイパスフィルタＨＰＦを介してアンプＡＭ
Ｐで適当に増幅することによって作られる． このような構成にすれば、コントローラーＴＣ、はコン
デンサ、抵抗、トランジスタといった安価な部品で，か
つ、簡単な回路にて構成することができる。 通常、リニア型やコンベツクス型の超音波診断装置では
、超音波ビームのフォーカス点が遠くなるに従いビーム
を形成する振動子数を増加させていく，いわゆる可変口
径という手法で撮像を行なっている。そのため、超音波
像の浅部部分、言い替えれば、超音波の送信からしばら
くの間，全口径を使わずに小口径で撮像を行なっている
。 そのため，リニア型やコンベツクス型の超音波診断装置
においては、生体浅部のエコー信号の利得可変を目的と
している第一のＴＧＣ回路を各チャンネルに持たなくて
もよい。 第６図は、生体内の浅部撮像において使用され？い振動
子について，第一のＴＧＣ回路を省略した構成について
示したものであり、Ｅエ，　Ｅ２，　Ｅａ−１＋Ｅａが
浅部の撮像で使われない振動子である。 本発明によれば、このような場合大きなメリットがあり
、ＴＧＣ回路の不必要な性能を排除し、安価に回路を構
或できる． 第７図は，超音波周波数によって第一のＴＧＣ回路を切
り換える構成について示したものである。 同図において、ＳＷよ及びＳＷ２は連動式切り換えスイ
ッチ、Ａｆａは低周波超音波用のＴＧＣ回路、Ａｌｂは
高周波超音波用のＴＧＣ回路であり．ＴＧＣ回路Ａｈａ
及びＡ　１ｂの利得可変範囲は扱う超音波信号の周波数
に応じて各々設定する， 例えば，３。５ＭＨｚ程度の比較的減衰が少ない超音波
信号の場合には，スイッチＳＷ■及びＳＷ２をＴＧＣ回
路Ａｈａ側に接続して信号処理を行なう。 そして、７．５ＭＨｚ程度以上の減衰の大きい超音波信
号の場合には、スイッチＳＷエ及びＳＷよをＴＧＣ回路
ＡＬｔｔ側に接続して信号処理を行なう。 仮に、７．５ＭＨｚ程度以上の減衰の大きい高周波超音
波信号で、利得を可変しても信号よりノイズの方がかえ
って目立つような場合には、利得一定のＴＧＣ回路とし
てもよい。また、ＴＧＣ回路Ａ（ｂよりも以前にすでに
増幅滞がある場合には、単にスイッチＳＷエ及びＳＷ２
間を短絡してもよい。 往々にして、振動子を励振するための信号が超音波送信
直後のエコー信号に漏れ込み、それが受信系のダイナミ
ックレンジを決める主因となり、それを俳除すれば第二
のＴＧＣｌｌｉｌＪ路のみでもエコー信号の利得調整が
十分行なえる場合がある。 第８図は、上述するような場合に有効な回路構成であり
、第一のＴＧＣ回路のかわりにある周波数帯域の信号の
みを通過させるバンドパスフィルタＢＰＦを設けたもの
である。 一般には，振動子を励振するための信号の周波数は超音
波エコー信号の周波数に比較して低い。 したがって、第８図のバンドパスフィルタは，エコー信
号の帯域を通過させるハイパスフィルタとしてもよい， 通過させるエコー信号の周波数によって，その？性を可
変する場合には、第７図のようにスイッチで各ＢＰＦを
切り換える構成としてもよい。 第９図，第１０図及び第１１図は、第３図で示す減衰器
Ａ１−．の具体的な構成を示す一実施例である。 各回において、Ｄ０１及びＤＯ２はバリキャップダイオ
ード、Ｒ１，Ｒ，，Ｒは抵抗、Ｃは直流或分を排除する
ためのコンデンサ、ＶＢよ及びＶＢ，はバリキャップダ
イオードのバイアス電圧である．各回のような構成の場
合、一般にｏｕｔ端子からは、ｉｎ端子から入力された
エコー信号とコントロール信号ＶＣ■が出力されること
になる。通常、超音波診断装置においては，コントロー
ル信号ＶＣ，と超音波エコー信号の周波数ｆは１００倍
以上も異なる。コンデンサＣの値を適当に選べば、イン
ピーダンス１／（２πｆＣ）と、それに接続されている
系のインピーダンスの関係から、コントロール信号ｖＣ
１は十分に減衰されるが超音波エコー信号は減衰されな
いようにすることができる。 ？たがって、第９図の構或において，抵抗Ｒ１の値をパ
リキャップダイオードＤ○１及びＤｏ２の最大インピー
ダンスに比較して無視できる程度にしておけば、利得は
ほぼバリキャップダイオードＤＯ１とＤＯ２のインピー
ダンス比によって決まる。 第１０図の構或においては，抵抗Ｒエを抵抗Ｒ２に比較
して大きな値にしておけば、利得は抵抗Ｒ８とバリキャ
ップダイオードＤｏエのインピーダンスとの比によって
決まる。 第１１図の構成においては、抵抗Ｒ２とバリキャップダ
イオードＤＯ■のインピーダンスとの比によって利得が
決まる。 バリキャップダイオードに容量変化比が大きく，かつ直
線性がよいものを使用すれば、このような簡易な回路構
或であっても、数（ｄＢ）あるいは数十（ｄＢ）のダイ
ナミックレンジを有するＴＯＣ回路を構或することがで
きる。 例えば、ｆＪ９図の構成において、バリキャップダイオ
ードＤＯｉとＤ○２に、容量が各々２０　（ｐＦ）〜４
００　（ｐＦ）程度まで直線性よく変化するものを使用
した場合、抵抗Ｒの影響を無視すれば、ダイナミックレ
ンジ−２６　（ｄＢ）程度のＴＧＣ回路ができる。 また，各チャンネル間での容量バラツキを数（％）程度
にすれば、利得バラツキが超音波ビームに及ぼす影響は
ほとんど無視できる。 仮に、各チャンネル間での容量バラツキが大きい場合に
は、第１２図に示すように自己補正がなされるような回
路構成にすればよい。 第１２図において、１は第９図〜第ｌ１図に示すような
ＴＧＣ回路、２はコントロール信号補正器、Ｓｉｇは各
チャンネル共通の基準信号、ＶＣ′は信号補正器で補正
された後のコントロール信号である。 このような構成では、同一性能を持つ部品で構成された
ＴＧＣ回路１を二つ持ち、一方をエコー信珍が通過する
系に、もう一方を基準信号Ｓｉｇが通過する系に使用す
る。 例えば、後者の系では、エコー信号と同程度の周波数で
ある基準信号ＳｉｇをＴＧＣ回路↓を介してコントロー
ル信号補正器２に入力する。コントロール信号補正器２
では、基準信号Ｓｉｇの変化がらＴＧＣ回路１の利得を
検出し、ＴＧＣ回路■の利得が所望する値となるように
元々のコントロール信号ｖＣ１をコントロールする。そ
の結果として，新たなコントロール信号ｖＣ′を出力し
、この信号ＶＣ′によりＴＧＣ回路１をコントロールす
る．　このように、常にＴＧＣ回路１では自己補正が加
えられるので，ｉｎ端子から入力されたエコー信号は、
所望する利得で増幅され。ｕｔ端子から出力される。し
たがって、各チャンネル間で同一の利得を得ることがで
きる。　第ｌ４図は、サンプル＆ホールド回路の一例に
ついて示したものであり、ＳＷ，はスイッチ，３はアン
プ、Ｃはコンデンサである。 サンプル＆ホールド回路では、スイッチｓｗ，がＯＮさ
れたときに、コンデンサＣに電荷を導きデータをサンプ
リングし、スイッチＳｗ３がＯＦＦされたときにコンデ
ンサＣに蓄えられた電荷をアンプ３を介して外部に導き
、データをホールド出力する。 第１図で示すような遅延手段Ｄ１〜Ｄ，に、このような
サンプリング遅延手段を用いる場合、そのダイナミック
レンジはエコー信号のダイナミックレンジに比較して小
さく、がっ，サンプリング遅延手段のダイナミックレン
ジを常時フルに使用するためには前段にダイナミックレ
ンジの大きいＴＧＣ回路を置く必要がある。 本発明を用いれば、上述するような場合に特に有効であ
り、安価、かつ、回路規模の小さいＴＧＣ回路を４Ｉ戊
することができる。 以上，本発明の実施例説明においては、ＴＧＣ回路を二
股構或として説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、三段構或、あるいはそれ以上の段数で構或
する場合でもよいことはいうまでもない。 また、各ＴＧＣ回路のコントロールは、ＴＧＣ回路群に
対して一つのコントローラーで行われていたが、各々独
立に、あるいは、複数の回路を一つのグループとしてコ
ントロールしてもよい。 また，コントローラーが一つでも，各チャンネルで異な
るＴＧＣ特性に予め設定しておけば、同様な効果が得ら
れる。 上述のような構戒にすれば、超音波ビームの重み付け回
路としても有効に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実旅例の受波整相回路のブロック図
，第２図は第１図のＴＧＣ回路をコントロールする信号
のタイムチャート、第３図は本発明の一実施例のＴＧＣ
回路のブロック図、第４図は第３図のＴＧＣ回路をコン
トロールする信号のタイムチャート，第５図はコントロ
ール信号発生回路の系を示すブロック図、第６図は本発
明の他の実施例の受波整相回路のブロック図図、第７図
はＴＧＣ回路を切り換える構或とした本発明の一実施例
を示すブロック図、第８図は第２のＴＧＣ回路をＢＰＦ
により構或した実施例を示すブロック図、第９図ないし
第１１図は本発明の実施例のＴＧＣ回路の構成例を示す
回路図、第１２図は本発明の実施例のＴＧＣ回路の制御
系を示すプロツ？図、第１３図は従来例になる受波整相
回路を示すブロック図、第１４図は本発明の実施に用い
て好適なサンプリング遅延手段の一例を示す回路図であ
る。 符号の説明 Ｅ１〜Ｅ。・・・振動子、Ａ■〜Ａ０・・・第一のＴＧ
Ｃ回路、Ｂ１〜Ｂ０・・・第二のＴＧＣ回路、Ｄエ〜Ｄ
。・・・遅延回路、Ｓ・・・加算器、ＴＣ，・・・第一
のＴＧＣ回路のコントローラー、ＴＣ１・・第二のＴＧ
Ｃ回路のコントローラー，■Ｃよ・・・第一のＴＧＣ回
路のコントロール信号．ＶＣ，・・・第二のＴＧＣ回路
のコントロール信号、ＴＧＣよ・・・第一のＴＧＣ回路
群、ＴＧＣ２・・・第二のＴＧＣ回路群．ＤＯ１及びＤ
０２・・・バリキャップダイオード、Ｒ■，　Ｒ，，　
Ｒ・・・抵抗、Ｃ・・・コンデンサ，ＶＢ１及びＶＢ２
・・・バリキャップめ 回 カ ２ 図 ６ ３ 図 拓 ５ 図 ２ ３ 図 ８ ｑ 図 ｖＢｌ 丁θ２ 消 ＩＯ 図 ｖｅｒ ｒＣ， ）＋デ カ ｌ 区 Ｔｈ／ Ｖｃｔ ６ ｌ２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アレイ型探触子の各振動子で送信及び受信する信号
   の位相を遅延制御して超音波ビームを形成し、被検体の
   超音波像を得る如く構成された超音波装置の受波整相回
   路において、 １）大振幅のエコー信号に対してのみ、時間と共に利得
   を可変制御する第一の増幅手段と２）第一の増幅手段と
   同時に、あるいは、単独に全深度のエコー信号に対して
   時間と共に利得を可変制御する第二の増幅手段と、 ３）該第一の増幅手段と第二の増幅手段の組合せ回路に
   接続され、信号の遅延を行う遅延手段と、 該１）〜３）の系を複数有して、該系で処理された複数
   のエコー信号を加算する手段を有することを特徴とした
   受波整相回路。 ２、増幅手段を利得一定の増幅手段と、時間と共に信号
   の減衰を少なくする可変減衰手段とで構成したことを特
   徴とする請求項１記載の受波整相回路。 ３、第一の増幅手段をコントロールする信号が第二の増
   幅手段をコントロールする信号に従属的であることを特
   徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の受波整
   相回路。 ４、遅延手段をサンプリングによる遅延手段としたこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の受波
   整相回路。