JPH03162843A - 超音波診断装置 - 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〕 本発明は．超音波を利用して被検体の診断部位について
断層像を得る超音波診断装置に関し，特に断層像の画質
を向上させるために可変利得増幅器と，ダイナミックフ
ィルタを備えたものにおいて更に画質を向上することが
できるようにした超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の超音波診断装置は、第５図に示すように
、複数の振動子素子１ａ，ｌｂ，・・・ｉｎが一列状に
配列され超音波を送受波する探触子２と，上記各振動子
素子Ｌａ〜１ｎに所定の遅延時間を与えて超音波打ち出
しの駆動パルスを印加する送波パルス発生器３と，この
送波パルス発生器３のパルスを位相制御する送波位相制
御回路４と上記探触子２で受波した反射エコー信号を増
幅する増幅器５と、上記探触子２の各振動子素子１ａ〜
１ｎで受波したエコー信号に所定の遅延時間を与えて位
相を整え加算して出力する受波整相回路６と、これらの
受波整相回路６からの出力信号を処理する可変利得増幅
回路７とダイナミックフィルタ回路８と，この処理され
た反射エコー信号を画像として表示する表示装置９とを
備えて戒っていた。なお、第５図において，符号１０は
探触子２の特定の複数個、例えばｍ個（ｍ＜ｎ）の振動
子素子群を順次選択し送波パルス発生器３及び増幅器５
へ接続切り換えして、例えばリニア電子走査するための
切換回路であり、符号１１は上記の各構成要素を制御す
る制御装置である。

そして、上記送波位相制御回路４及び送波パルス発生器
３により超音波打ち出しの駆動パルスを発生すると共に
，切換回路８により探触子２の振動子素子１ａ〜１ｎか
ら隣接するｍ個の振動子素子を順次切り換え選択して上
記探触子２から超音波ビームを送波し，被検体の診断部
位から反射したエコー信号を上記探触子２で受波し、そ
の受波信号を切換回路８及び増幅器５を介して受波整相
回路６で取り込み，上記受信信号に所定の遅延時間を与
えて位相を揃え加算して出力し、受波整相回路６からの
出力信号Ｓｌを可変利得増幅回路７により反射エコー信
号の生体による減衰を補正し、ダイナミックフィルタ回
路８で整相加算出力信号のスペク１−ラムに合致させ、
反射エコーのＳ／Ｎ比を良くした信号Ｓ２を表示装ｉＪ
９に入力して画像として表示していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の超音波診断装置においては、受波整相
回路６で受信信号に所定の遅延時間を与え、各受信エコ
ーの位相を揃え加算して受信ビームを形成するが、遅延
時間はタップ付ＬＣ遅延線とタップ切換えを行う複数の
アナログスイッチとより戊る可変遅延回路により与えら
れる。そして，各振動子素子にて受信した信号に適宜な
遅延時間を与えることにより超音波ビームの偏向を，ま
た受信の時間経過とともに適宜な遅延時間を与えること
により受信時のフォーカス点の移動（ダイナミックフォ
ーカスという。）がなされる．このアナログ式の可変遅
延回路は次に説明するような問題点を有しているが、そ
の問題点についての認識がされておらず、解決方法も見
当らなかった。

その問題点とは， （１）上記遅延時間を切り換えるためのアナログスイッ
チには固体差があり．特にスイッチオン時の抵抗差は出
力信号にレベル差を招き、したがって、ダイナミックフ
ォーカスを行って得られた信号のレベル特性に差が生ず
ることになるものであった，これは、従来のＴＧＣ動作
では補正し得ないものであった。

（２）上記遅延回路はＬＣ遅延線を複数段接続して構成
され．フォーカス点の深さや超音波ビームの偏向に応じ
て接続段数が変えられる。ところが，アナログ式遅延線
は第７図に示すような特性を有し．長い遅延時間を与え
るに従って高周波領域の感度が低下するものであった。

したがって、受信エコー信号の周波数特性が、この遅延
回路によって第８図に破線で示すように、フォーカス点
の深さに対応して歪むものであった。

このため，受波整相回路から出力される信号の蓄域幅が
フォーカス点が浅くなるに従って狭くなり，エンベロー
プがゆるやかに長くなり，距離分解能が低下するもので
あった。従来のダイナミックフィルタ回路ではこの問題
について配慮されていなかった。

そこで，本発明は上記問題点を解決することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は，複数の配列された振動子素子を有し被検体
内に対し超音波を送受信する探触子と、前記複数の振動
子素子にて受信されたエコー信号の各々にアナログ的に
可変の遅延時間を超音波ビームの方向及び／又は収束点
の深度に応じて与える遅延時間制御手段を含む受波整相
回路と，この受波整相回路から出力された受波ビーム毎
の信号を経時的に利得を変えて増幅して出力する可変利
得増幅回路と，被検体内の反射深度により生ずる受波ビ
ーム毎の周波数特性を経時的に補償するダイナミックフ
ィルタ回路とを備えた超音波診断装置において，予め測
定した前記受波整相回路の遅延時間制御手段で生ずる受
信エコー信号の感度差及び周波数特性差を補償するデー
タを記憶するメモリと、このメモリから記憶内容を読み
出すとともに前記可変利得増幅回路へは感度差補償デー
タを含む第１の制御信号を、ダイナミックフィルタ回路
へは周波数特性差補償データを含む第２の制御信号を出
力する制御手段とを設けることにより連或される。

〔作用〕

このように構成された超音波診断装置は、探触子で受信
されたエコー信号を受波整相回路にて各振動素子毎に，
超音波ビームの方向及び／又は集束点の深度に応じて遅
延時間をアナログ的に与え、各エコー信号の位相を揃え
て加算して可変利得増幅回路へ出力する。

可変利得増幅回路へは制御手段によって受波整相回路で
生ずる感度差を補償するデータを含む第１の制御信号が
メモリから読み出されて供給されていて、可変利得増幅
回路は前記第１の制御信号に従って入力した信号を順次
増幅してダイナミックフィルタ回路へ出力する。したが
って，ダイナミックフィルタ回路へ入力する信号はエコ
ーの発生した深さと受波整相回路とによる感度差が補償
された均一なレベルの信号となる。

次に、ダイナミックフィルタ回路へは制御手段によって
受波整相回路で生ずる周波数特性差を補償するデータを
含む第２の制御信号が供給されているので、ダイナミッ
クフィルタ回路１士前記第２の制御信号に従って動作し
、エコー信号の高周波領域の感度低下を補償する。した
がって、ダイナミックフィルタ回路の出力信号は第８図
に二点鎖線で示すように補正されて出力される。

このようにして感度及び周波数特性が補償された信号が
表示装置へ入力されるため，断層像の画質が向上する． 〔実施例〕 以下，本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明による超音波診断装置の第１の実施例を
示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波
を利用して被検体の診断部について断層像を得るもので
、第１図に示すように、探触子２と送波パルス発生器３
と、送波位相制御回路４と、増幅器５，受波整相回路６
，可変利得回路７，ダイナミックフィルタ回路８とより
成る受信系と、表示装置９と，制御装置ｌ１と、メモリ
１２を備えて或る。

上記探触子２は、被検体の診断部位に対して超音波を送
受波するもので，例えば短冊状に形或された複数の振動
子素子１ａ，ｌｂ，・・・Ｉｎが一列状に配列されてい
る。なお，この探触子２は，リニア電子走査を行うため
に振動子素子１　ａ　＝　１　ｎの配列素子からｍ個（
ｍ＜ｎ）の素子群を順次切り換え選択する操作を行う電
子スイッチより成る切換回路ｌＯを含むものでもよいし
、セクタ電子走査を行うためのもので切換回路１０を含
まないものでも良い。送波パルス発生器３は、上記探触
子２の各振動子素子１ａ〜１ｎに送波位相制御回路３を
介して入力する信号で所定の遅延時間を与えて超置波打
ち出しの駆動パルスを印加するもので，制御装１１１で
超音波ビームの指向性及び収束点が任意に制御できるよ
うになっている。

増幅Ｗｈ５は、上記探触子２の受信｛３号の出力側に並
列に複数個設けられており、初段の増幅を行う．受波整
相回路６は受信したエコー信号に、与えられた指向性及
び収束点に応じた所定の遅延時間を与えて位相を揃えて
加算して整相するものである。この整相されたエコー信
汁は被検体の深部からのものほど微弱になるので、それ
を深さに熊関係にほぼ均一になるように補正するため，
利得を時間の経過と共に大きくするＴ　Ｇ　Ｃ　（Ｔｉ
ｍｅ　ＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌの略）動作を行うものが
可変利得増幅回路７で，エコー信号が披検体の深部から
のものほど高周波或分の減衰が大きくなるため、時間の
経過と共に通過帯域を変化させスペクトラムを合致させ
るものがダイナミックフィルタ回路８である表示装置９
は、上記受信系のダイナミックフィルタ回路８から出力
される信号Ｓ２を入力して画像として表示するもので，
例えば半導体メモリからなるデジタル・スキャン・コン
バータと標準走査方式のテレビモニタとからなる。なお
、制御装置１１は，上記の各構成要素の動作を制御する
ものである． ここで、本発明においては，上記制御装置１１の出力に
メモリ１２が設けられている。このメモリ１２は、一般
的なＲＯＭかＲＡＭで構或され，メモリ内に蓄えられた
ファームウエアを使って可変利得増幅回路７とダイナミ
ックフィルタ回路８を各超音波ビームの各フォーカスに
応じて制御するものである３制御する目的は、本来のＴ
ＧＣ制御及びダイナミックフィルタ制御に加え．各超音
波ビームの各フォーカス毎に受波整相回路６の遅延量及
び，遅延量の切り換えに使われているアナログスイッチ
のオン抵抗が異なるため生じる，出力されるエコー信号
の感度差及び周波数特性差を？正することである。

この部分について、第２図，第３図を使って詳細に説明
する。第２図は、整相加算されたエコー信号Ｓｉが処理
されて信号Ｓ２どなって出力されるまでの回路を抜き出
して書いたもので、Ｃ　ｌ，Ｃ３は従来から使われてい
る可変利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路８
の制御信号で、１２Ａ及び１２Ｂ、モしてＣｚが本発明
で設けたメモリ及びその制御信号であり、Ｃ２．は超音
波のビームナンバー及びフォーカスナンバーを与えるも
のである。メモリ１２Ａ，１２Ｂに記録されている可変
利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路８の補正
値を０２の制御信号に従い出力し、加′！５器１３，１
４で従来の制御信号Ｃｔ，ｃ３に足し込み、Ｄ／Ａ変換
器１５．１６を介して公知の可変利得増幅回路７及びダ
イナミックフィルタ回路８へ制御電圧信号として出力す
る。本実施例は、メモリを可変利得増幅回路７，ダイナ
ミックフィル■回路８の各々の補正データを記憶するた
めに２個用いているが、工個のデバイスを共用しても良
い。

次に、第１図乃至第３図を使ってファームウェアの作ａ
法を説明する。第１図の各振動子素子１　ａ　＝　１　
ｎで受信された信号は、各フォーカス毎に異なる遅延時
間を受波整相回路６で与えられ、位相を揃え加算され、
一つの超音波のエコー信号Ｓ１を作り出すが、この遅延
量の差及び遅延量の切り換えに使用しているアナログス
イッチのオン抵抗の差により，各フォーカス毎にエコー
信号の感度差及び周波数特性差が生じる。そこで，第３
図のフローチャート図に示すように、第１図の増幅器５
へ基準信昔を入力し、各フォーカス毎に上記感度差を可
変利得増幅回路７の出カ点で、周波数特性差をダイナミ
ックフィルタ回路８の出カ点で測定する。測定値から基
準信号に対する感度差及び周波数特性差の補正値を計算
し、ファームウエア化を行なって、メモリＬ２Ａ，１２
ＢのメモリデバイスとしてＲ　Ｏ　Ｍを用いている場合
には直接デバイスにデータを書き込み記憶し、メモリデ
バイスがＲＡＭの場合には一旦制御装置１１内の不揮発
性メモリに上記ファームウエア化したデータを記憶させ
、必要に応じてメモリ１２Ａ，１２Ｂに転送する。最後
に雨像チェックを行ない各フォーカス毎にエコー信号の
感度差及び周波数特性差がないことを確認すれば良い。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第４図において，実施例工の回′ＪＰｔ構成と異なるの
は第２図の加算器１３．１４が除かれていることである
。前記実施例１では、Ｃ１，Ｃａが従来がら使われてい
る可変利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路８
の制御信号で．Ｃ２が本発明で設けたメモリ１２Ａ，１
２Ｂの制御ｆｙ号で、ｃ２によって超音波のビームナン
バー及びフォーカスナンバーを与え、メモリに記録して
いる可変利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路
８の補正値を出力し、加算器１３．１４で従来の制御イ
＝号Ｃ　ＩＨ　Ｃ　３に足し込み可変利得増幅回路７及
びダイナミックフィルタ回路８に出力するが、実施例２
では、この従来から使われている可変利得ｔｇ！幅回路
７及びダイナミックフィルタ回路８の制御信号と，利得
及び周波数特性の７１１１正値とを一つにまとめてファ
ームウエア化し、メモリ１７．１８に記憶する。次に，
第５図により、本実施例のファームウエア作或法を説明
する。まず、メモリ１７，↓８に従来から使われている
可変利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路８の
制御信号のデータを用意し、フローに示すように第工図
の増幅器５へ基準信３を入力し、各フォーカス毎に整相
加算された信号ＳＬ　の上記感度差を可変利得増幅回路
７の出力点で，周波数特性差をダイナミックフィルタ回
路８の出力点でａｔｇ定する。測定値から基準信号に対
する感度差及び周波数特性差の補正値を計算し、それら
をメモリ１７．１８に記憶されている従来から使われて
いる可変利得増幅回路７及びダイナミックフィルタ回路
８の制御信号のデータに加え、ファームウェアデータを
作成する。メモリ１７．１８のメモリデバイスがＲＯＭ
の場合には、直接デバイスにデータを書き込み記憶する
が、メモリデバイスがＲ　Ａ　Ｍの場合には、ームウエ
アのデータを記憶させ，必要に応じてメモリ１７．１８
に転送する。次に画像チェックを行い、各フォーカス毎
にエコー信号の感度差及び周波数特性差がないことを確
認すれば良い。本実施例においても、メモリを２個用い
た構或について説明したが、１個のデバイスを共用して
も良いことは実施例ｌと同じである。

なお、上記実施例はリニア走査形の装置について説明し
ているため、感度差と周波数特性差を補正するデータを
作或する際に，受波整相回路の遅延時間を，フォーカス
点を順次深さ方向に変更するように制御して行った例を
示したが、セクタ走査形の装置においては、補正データ
を作或する際にフォーカス点の変更とビーム偏向との双
方を制御して行えば良い． また、本発明が課題としている受波整相回路にて生ずる
受信信号の感度差及び周波数特性の差を補正するには、
実施例で説明した増幅器へ加えた基準信号の出力を，受
波整相回路の出力点で測定する方法でも良いが、上記実
施例上，実施例２のように、可変利得増幅回路の出力点
で感度差を、そしてダイナミックフィルタ回路の出力点
で周波数特性差を測定すれば、可変利得増幅回路の特性
とダイナミックフィルタ回路の特性をも補正するデータ
が得られ、最終の表示画像の画質を更に向上できる。そ
れゆえに、受信系全体の特性を補正するという点から見
れば、前記基準信号を振動子素子の出力点から入力すれ
ば、更に良好な画像が得られる。

なお、本発明は、遅延時間を切り換えるアナログスイッ
チの固体差をも問題とした場合にってい説明したが，そ
の影響が無視できる場合には．ダイナミックフィルタ回
路での補正のみを行うことも可能であることは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、予め受信系からの出力信号の各ビーム
及びフォーカス毎のレベル差，周波数特性差を測定し、
補正データのフォームウエアを作ることにより、実走査
時に可変利得増幅回路及びダイナミックフィルタ回路の
制御信号を読み出し、この制御信号を可変利得増幅回路
及びダイナミックフィルタ回路へ入力するようにしたの
で、受信系の出力信．号が各ビームのどのフォーカス点
でも信号レベルが等しくなるとともに周波数特性をも一
定に保つことができる。したがって、表示装置７には受
信系における受信感度差及び周波数特性が補償された同
一信号レベルの出力信号が入力することとなり，断層像
上に分解能及び明るさなどの差異が生じるのが防止され
、その画質を向上することができる。このことから、画
像が見やすくなり、良い診断情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明による超音波診断装置の第１の実施例を
示すブロック図、第２図は第１の実施例の補正データ発
生部のブロック図，第３図は袖正データ作成のフローチ
ャート図、第４図は第２の実施例の補正データ発生部を
示すブロック図、第５図は第２の実施例の補正データ作
成のフローチャート図、第６図は従来の超音波診断装置
の実施例を示すブロック図，第７図は受波整相回路の周
波数特性図、第８図は従来装置のエコー信号の周波数特
性図である． １８〜１ｎ・・・振動子素子、２・・・探触子、３・・
・送波パルス発生器，４・・・送波位相制御回路，５・
・・増幅器、６・・・受波整相回路、７・・・可変利得
増幅回路、８・・・ダイナミックフィルタ回路，９・・
・表示装置、１０・・・切り換え回路、１１・・・制御
装置．１２・・・メモリ回路、１３．１４・・・加算器
。 第 圓 暮 ２ 回 第 ３ 口 第 ４ （２） 萎 ５ 閲 茶 乙 の 第 ７ ■ 第６ 口 Ｊｌ放散

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の配列された振動子素子を有し被検体内に対し
   超音波を送受信する探触子と、前記複数の振動子素子に
   て受信されたエコー信号の各々にアナログ的に可変の遅
   延時間を超音波ビームの方向及び、又は収束点の移動に
   応じて与える遅延時間制御手段を含む受波整相回路と、
   この受波整相回路から出力された受波ビーム毎の信号を
   経時的に利得を変えて増幅して出力する可変利得増幅回
   路と、被検体内の反射深度により生ずる受波ビーム毎の
   周波数特性を経時的に補償するダイナミックフィルタ回
   路とを備えた超音波診断装置において、予め測定した前
   記受波整相回路の遅延時間制御手段において生ずる受信
   エコー信号の感度差及び周波数特性差を補償するデータ
   を記憶するメモリと、このメモリから記憶内容を読み出
   すとともに前記可変利得増幅回路へは感度差補償データ
   を含む第１の制御信号を、ダイナミックフィルタ回路へ
   は周波数特性補償データを含む第２の制御信号を出力す
   る制御手段とを設けたことを特徴とする超音波診断装置
   。