JPH0321181B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば超音波を用いて人体内部から
の反射信号を受信して画像表示し医用診断を行う
超音波医用診断装置、特に体内反射信号周波数と
該信号の増幅器の周波数帯域との整合に関するも
のである。

［従来の技術］ 超音波医用診断装置は人間の体内へ超音波パル
スを放射し、体内各部臓器の組織ならびに組織境
界部からの超音波反射信号を受信して体内断層像
の表示を行い、各部臓器の形状と大きさならびに
組織の状態についての医用診断を行うものであ
る。

体内生体組織においては超音波の減衰及び散乱
などが発生する。特に体内組織の超音波伝播時の
減衰はその周波数に依存し、伝播距離の増加と共
に超音波パルスの高周波分の減衰が著しく、受信
信号の中心周波数が低周波域へ偏移される。その
結果体深部よりの受信信号の中心周波数は低周波
領域へ偏移されている。一方、超音波医用診断装
置は使用周波数が高くなるに従い方位及び距離分
解能が向上するので、診断部位により周波数の異
なる探触子が使われ、通常、3.5、5.0、7.5MHzの
周波数の探触子が多く用いられている。

第３図は例えば従来の超音波医用診断装置のブ
ロツク図の一例であり、図において、１は超音波
パルスの繰返し周期を決定する同期信号発生回
路、２は複数の送信回路に個別に送信タイミング
の遅延を与える送信遅延回路、３は送信遅延回路
２により送信タイミングが個別に遅延された送信
パルスを出力する複数の送信回路を備えた送信
器、４は電気−音響変換を行うｎ個の振動子が直
線状に配列された探触子、５はｎ個の振動子に個
別接続され同期信号発生回路１に同期して同時に
ｎより小さい隣接した複数の振動子を順次選択し
走査する切換器、６は体内反射信号を受信する前
置増幅器、１０は超音波パルス放射後の時間の経
過に対応した信号を出力する制御回路、１２は受
信信号を増幅する所定周波数帯域を有する増幅
器、１３は検波器、１４はビデオ増幅器、１６は
掃引発生器、１７は人体内断層像をＢモード表示
する表示回路、１８は選択された複数の振動子か
らの受信信号に個別に遅延を与え且つ遅延された
信号の加算をする遅延回路、１９は制御回路１０
出力により中心周波数ならびに周波数帯域が制御
される帯域フイルタである。

従来の電子走査型超音波医用診断装置は上記の
ように構成され、探触子４内のｎ個の振動子のう
ち隣接する複数の振動子が同時に選択され個別に
遅延制御された送信パルスにより励振される。体
内へ放射された超音波パルスは集束され所定距離
にて焦点化されたビームを形成する。

体内からの受信信号は前置増幅器６を経て遅延
回路１８にて複数の信号が個別遅延された後加算
合成され、受信時の焦点化が行われて指向性の向
上が計られ画像の方位分解能が向上する。体内反
射信号は近距離利得が小さく遠距離利得が大きく
なるような利得制御を行う増幅器１２を用いて、
伝播距離による減衰を補正して人体の浅い個所及
び体深部からの受信信号レベルが等しくなるよう
にする。然し、体内超音波伝播において、超音波
パルスの減衰はその周波数に比例し、超音波パル
スの周波数分布は基本周波数を中心とした分布と
なり、この超音波パルスが周波数に比例した減衰
を受けると中心周波数は低い方へ偏移する。この
ため受信信号の増幅回路に上記中心周波数の偏移
に一致するように、中心周波数が制御される帯域
フイルタ１９を用いＳ／Ｎのよい信号増幅が行わ
れる。帯域フイルタ１９の中心周波数ならびにそ
の周波数帯域は、超音波パルスの放射のタイミン
グに同期する制御回路１０により周期的に制御さ
れる。

第４図は帯域フイルタの回路図の一例を示し、
図において、２３は高域フイルタ、２４は低域フ
イルタ、C₁〜C₇はコンデンサ、Q₁〜Q₆はFETで
ある。上記のとおり帯域フイルタ１９は通常
FETQとコンデンサＣが多段接続され、制御回路
１０出力の周期的に変化する制御信号１及び２に
よりそれぞれのゲート電圧が制御され、FETQの
ON抵抗が変化することによりCR型フイルタの
周波数特性が制御される。

通常、超音波医用診断装置では、3.5、5.0、
7.5MHzの各種周波数が用いられるので、帯域フ
イルタ１９はこれらの周波数に適合するため複数
用いられる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の超音波医用診断装置では、
体内の生体組織の音響特性により伝播距離による
超音波の減衰とともに超音波周波数に比例した減
衰があり、分解能のすぐれた画像を得るため高い
周波数を用いると体内減衰が著しく、体深部から
の受信信号の信号対雑音比が劣化して診断の有効
範囲が減少する。一方、通常超音波パルスは広帯
域特性を有し基本周波数の両側に周波数成分を有
する周波数分布を示し、体内超音波伝播において
臓器などの音響インピーダンスの不整合による反
射信号は、体表より浅い個所と高周波成分の減衰
の著しい体深部からでは周波数分布が異なり、そ
の受信信号の中心周波数は低い周波数領域へ偏移
する。また、高い周波数を用いると上記中心周波
数の偏移は益々顕著になる。

帯域フイルタ１９の中心周波数の上記基本周波
数の偏移への一致が行われているが、例えば帯域
フイルタ１９はFETQとコンデンサＣの多段カス
ケード接続よりなり、所定周波数帯域ならびに中
心周波数を得るため更にCR型フイルタが多段接
続されるので挿入損失が大きく受信信号の減衰が
著しく、信号対雑音比が劣化して有効範囲が制限
される。各FETQはゲート電圧制御によるON抵
抗を均一にするための選別や、各段毎所定の特性
を得るためFETQの特性に対するゲート電圧の調
整が行われ、帯域フイルタ１９の検査、調整に時
間を要する。各種基本周波数の探触子を用いるた
めこれら周波数に対応して複数の帯域フイルタ１
９を必要とし、フイルタポートの回路選択部が複
雑になる。また、増幅器１２は上記受信信号の周
波数偏移に対応するため広帯域周波数特性を備え
なければならないという問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、探触子４の各種周波数に対して狭帯
域特性の増幅器１２を用いて、雑音指数を改善
し、体深部からの反射信号が十分な感度で受信で
き、医用診断の有効範囲が拡大でき雑音の少い鮮
明な画像が得られる超音波医用診断装置を得るこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る超音波医用診断装置は、固有の
発振周波数を備える複数の発振器と、受信信号と
複数の該発振器のうちから選択された１つの発振
器出力とにより周波数変換を行うミクサと、ミク
サ出力が入力される所定の周波数帯域特性を有す
る増幅器を設けたものである。

［作用］ この発明においては、探触子の周波数に関連し
た信号を発生する複数の発振器と、探触子の使用
周波数に応じて上記発振器を選択し、受信信号と
発振器出力をミクサにて周波数変換すると、増幅
器は探触子の周波数如何に関わらず常にほぼ一定
した周波数ならびに周波数帯域にすることができ
る。体内反射位置により中心周波数が低下する受
信信号は発振器出力とミクサにて周波数変換さ
れ、ミクサ出力の変換周波数は体内の浅い個所及
び体深部からの反射位置により常に所定範囲の値
となる。従つて、増幅器の周波数帯域が固定で
き、フイルタ及び増幅器は探触子周波数が異つて
も共通に使用できる。

［実施例］ 本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
であり、図において、１〜６、１２〜１７は上記
従来装置と全く同一である。７は探触子４の周波
数に関連した固有の周波数を発振する複数の発振
器、８は反射信号周波数を発振周波数により周波
数変換を行うミクサ、９はミクサ８出力から所定
の側帯波を選択する所定の周波数帯域特性を有す
るフイルタ、Ｓ−１は発振器７を選択するスイツ
チである。

上記のように構成された超音波医用診断装置に
おいて、同期信号発生回路１出力は送信遅延回路
２を経て送信器３より個別に遅延された複数のパ
ルスを出力し、切換器５にて選択された所定の探
触子４内の振動子のそれぞれを励振する。体内へ
放射された超音波パルスは体内所定位置に集束さ
れ焦点化ビームが形成される。探触子４から放射
される超音波パルスは基本周波数を中心とし各種
周波数成分より成る広帯域周波数分布を形成し、
体内伝播において超音波パルスはα＝α₀fに示さ
れるその周波数に比例して減衰される。従つて、
超音波パルスの周波数分布内の高い周波数成分の
減衰が顕著になるので見かけ上その中心周波数は
低い周波数領域へ偏移する。体内超音波伝播にお
いて生体組織の音響インピーダンスの不整合によ
る反射信号は、探触子４内の当該振動子にて受信
され前置増幅器６を経てミクサ８へ加えられる。

発振器７は探触子４の各種周波数に対応する複
数の発振器７より構成され、スイツチＳ−１によ
り所定の発振器７が選択される。

ミクサ８は受信信号と発振器７出力とにより周
波数変換を行いフイルタ９により所定周波数の側
帯波を選択する。発振器７の発振周波数は一定周
波数であるので反射信号の反射位置による周波数
偏移に関連して、ミクサ８の出力信号は常に所定
周波数の範囲変化するので帯域通過形のフイルタ
９の周波数帯域は固定できまた、カツトオフ特性
も急岐なものを使用できる。従つてこの信号を入
力とする増幅器１２の周波数帯域も固定できる。

第２図は人体内超音波受信信号の一例を示し、
２０−１，２０−２，２０−３は体内に等間隔に
設けられた反射位置であり、例えば3.5MHzの探
触子４を用いて体内へ超音波パルスを放射したと
きの各反射位置からの受信信号周波数は下記のと
おりで発振器７の発振周波数を例えば5MHzとす
る。反射位置 受信周波数 発振周波数 変換周波数 体表面 3.5ＭHz 5.0ＭHz 1.5ＭHz 20−１ 3.0〃 5.0〃 2.0〃 20−２ 2.5〃 5.0〃 2.5〃 20−３ 2.0〃 5.0〃 3.0〃 同様に探触子４の周波数が5.0MHz及び7.5MHz
のとき発振器７の発振周波数を例えば6.5MHz及
び9.0MHzとすることによりミクサ８出力の側帯
波の変換周波数はそれぞれ上記の周波数と一致さ
せることができる。

従つて各種周波数の探触子４に対して発振器７
を選択し、発振周波数を上記受信信号の中心周波
数の偏移と関連させることにより、ミクサ８出力
の側帯波周波数帯域を常に一定した値にできる。
且つ周波数特性可変の帯域フイルタを用いること
なく固定された周波数帯域を有するフイルタが使
用できるのでフイルタの挿入損失が軽減され、従
つて、増幅器１２は周波数帯域が一定になるので
各種周波数の探触子に共通に使用でき、信号対雑
音比が改善でき、体深部からの反射信号も十分な
感度にて受信できて医用診断装置が簡易化され有
効範囲も改善される。

更に、人体内伝播距離による超音波パルスの減
衰に対しては、対数特性又はSTC特性を備えた
増幅器１２により、距離−利得制御が行えるので
体表より浅い個所及び体深部からの反射信号レベ
ルが補正されて等しいレベルになる。

次に探触子４内の振動子は順次走査され同様に
複数の選択された振動子による送信及び受信が行
われ、振動子配列の全域に亙つて走査することに
より、画像表示の１フレーム相当の受信信号が得
られて、体内断層像表示が行える。

上記構成においても方位分解能や距離分解能は
何等損われることなく、表示画像は従来装置より
著しく信号対雑音比が優れ且つ有効範囲が拡大さ
れるので医用診断の有効範囲全域に亙り、雑音の
少い高感度、高分解能、高品位の鮮明な画像表示
が行える。

本発明はリニア及びセクタなど電子走査形の各
種診断装置に適用できる。

更に、本発明は各種周波数の探触子へ適用でき
るものであるが、単一周波数の探触子へも勿論応
用することができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、固有の発振周
波数を備える複数の発振器と、受信信号と選択さ
れた発振器とより周波数変換を行うミクサを設け
る簡単な構造により、 受信信号と各種周波数の探触子に対応する発振
器のうちから選択された発振器出力とによりミク
サ出力の側帯波信号は常に所定の周波数帯域とな
り、各種周波数の探触子を用いても体内反射信号
の反射位置による周波数偏移に対して、フイルタ
及び増幅器の周波数特性ならびに利得特性は所定
の範囲に固定される。従つて、フイルタ及び増幅
器は各種周波数の探触子に共通して使用できる。

フイルタは挿入損失の大きい周波数特性可変の
帯域フイルタを用いることなく挿入損失の小さい
形式の固定周波数帯域のフイルタが使用できるの
で、増幅器の雑音出力が改善されて信号対雑音比
が向上し、体深部からの反射信号も同様に改善さ
れて、医用診断装置の簡易化ならびに有効範囲の
拡大に寄与できる。

医用診断の有効範囲の全域に亙り雑音の少い、
高感度、高分解能、高品位の鮮明画像の表示が行
える。更にリニア及びセクタ走査形の各種装置に
適用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図は人体内超音波反射信号の一例、第３
図は従来の超音波医用診断装置のブロツク図の一
例、第４図は帯域フイルタの回路図の一例であ
る。 図において、１は同期信号発生回路、２は送信
遅延回路、３は送信器、４は探触子、５は切換
器、６は前置増幅器、７は発振器、８はミクサ、
９はフイルタ、１２は増幅器、１３は検波器、１
４はビデオ増幅器、１６は掃引発生器、１７は表
示器である。なお、各図中同一符号は同一または
相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人体内部へ超音波パルスを放射し、体内音響
   インピーダンスの不整合による反射信号を受信し
   て体内断層像を得る超音波医用診断装置におい
   て、 使用探触子の周波数に対応した固有の発振周波
   数を備える複数の発振器と、受信信号と複数の該
   発振器のうちから選択された１つの該発振器出力
   とにより周波数変換を行うミクサと、該ミクサ出
   力が入力される所定周波数帯域を有する増幅器と
   を具備することを特徴とする超音波医用診断装
   置。