JPH0332656A - 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、生体内の断層像情報を提供するために用いる
超音波診断装置に関するものである。

従来の技術 超音波診断装置は超音波パルスを用いて生体内の断層像
情報を非侵襲的に得て、その形態等を観察することがで
きる外、超音波が受けるドツプラ効果を利用して血流速
度を測定することもできる。

ところで、超音波は生体内において激しく減衰を受け、
深部からのエコー信号程、強度が低下してしまう。そこ
で、従来の超音波診断装置においては、超音波パルスを
送信した後、時間の経過に伴って受信感度を増加させ、
減衰の影響を補償している。この操作は、装置を操作す
る検者が断層像やエコーレベルを観察し、各深度に応じ
て受信感度を設定するものであるが、被検者の音響的な
性質に固体差があるため、座検者毎に再調整する必要が
ある。従来、このような非常に繁雑で熟練を要する操作
から検者を解放するため、得られた画像やエコーレベル
から受信感度の設定値を計算し、自動的に感度調整する
超音波診断装置が提案されている。この超音波診断装置
としては、特開昭６３−２４０８４２号公報などに記載
されている構成が知られている。以下、上記従来の超音
波診断装置について第６図に示す機能ブロック図を参照
しながら説明する。

第６図において、１０１は超音波を送受信する超音波探
触子、１０２はパルス信号を発生して超音波探触子１０
１を駆動する駆動回路、１０３は超音波探触子１０１で
受信したエコー信号を増幅する利得制御可能な可変利得
増幅器、１０４は増幅したエコー信号を検波する検波器
、１０５は検波信号をＡＤ変換するＡＤコンバータ、１
０６はＡＤ変換された検波信号を記憶するメモリ、１０
７はメモリ１０６に記憶させる検波信号から利得可変増
幅器１０３の利得を計算する利得演算器、１０８はメモ
リ１０６に記憶されている検波信号を画像表示のために
信号処理する表示回路、１０９は表示回路１０８の出力
により断層像を表示する表示装置である。

次に上記従来例の動作について説明する。

駆動回路１０２はパルス信号を発生し、超音波探触子１
０１を駆動する。駆動された超音波探触子１０１は生体
である被検体内の所定の方向に超音波パルスを発射し、
生体内の反射体からのエコー信号を受信し、可変利得増
幅器１０３へ入力する。

可変利得増幅器１０３は利得演算器１０７で制御され、
エコー信号を増幅して出力する。増幅されたエコー信号
は検波器１０４で包絡線検波され、ＡＤコンバータ１０
５でＡＤ変換され、メモリ１０６に記憶される。上記利
得演算器１０７はメモＩ７１０６に記憶される値から所
定区間のエコー信号レベルの平均値を深度方向で複数点
求め、あらかじめ設定された基準値と平均値との差を各
深度ごとに求める。そして、基準値と平均値の差が小さ
くなるように可変利得増幅器１０３を制御する。すなわ
ち、エコー信号が大きい場合には可変利得増幅器１０３
の利得を下げ、小さい場合には上げる。減衰を受ける被
検体中からのエコー信号は、伝搬距離が長い程、エコー
レベルが低下するため、反射点が深くなる程、可変利得
増幅器１０３の利得が上υ、結果的に受信されたエコー
信号のレベルは浅部から深部に渡っである程度一定の範
囲となシ、調整不要となる。減衰は単調な曲線を有する
ため、被検体内の臓器の境界線などで強いエコー信号が
発生すると、反射レベルが不連続になり、これを検出し
、補正することによって連続した利得制御信号を演算す
る。そして、メモリ１０６に記憶されている信号を表示
回路１０８で順次処理して表示装置１０９に断層像とし
て表示する。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来の超音波診断装置のようにメモリ１０
６に記憶される値から所定区画のエコー信号レベルの平
均値を深度方向で複数点求め、あらかじめ設定されてい
る基準値と平均値の差が小さくなるように可変利得増幅
器１０３を制御する方式では、超音波伝搬路中に音響的
な不連続な点が多数ある場合、不連続点を正確に検出し
て補正するのは困・誰であり、実用化の弊害となってい
た。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するもの
であり、エコー信号の周波数に基づき可可変利得増幅器
の適切な利得設定を行うようにすることにより、超音波
伝搬路中に音響的に不連続な点が多数あっても、不連続
点の検出、補正を行うことなく、被検体の浅部から深部
に渡っである一定の［のエコーレベルを得ることができ
、したかって、検者を繁雑な操作から解放することがで
きると共に、画像表示する場合には、全体に均一な輝度
で高画質の超音波断層像を得ることができるようにした
超音波診断装置を提供することを目的とするものである
。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
超音波パルスを被検体内に送信し、被検体からのエコー
信号を実信する超音波探触子と、この超音波探触子で受
信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な可変利得
増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコー信号の
周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手
段により検出されたエコー信号の周波数によう上記可変
利得増幅器の利得を制御する利得制御手段を備えたもの
である。

または、超音波パルス被検体内に送信し、被検体からの
エコー信号を受信する超音波探触子と、超音波パルスの
受信信号を断層像として映像化するため、上記超音波探
触子の走査制御を行う走査制御手段と、上記超音波探触
子で受信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な可
変利得増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコー
信号の周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数
検出手段から出力されたエコー信号の周波数情報を記憶
する記憶手段と、この記憶手段の情報を読み出し、被検
体の深度方向の各深度ごとに利得制御信号を演算して上
記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段を備え
たものである。

または、超音波パルスを被検体内に送信し、被検体から
のエコー信号を受信する超音波探触子と、超音波パルス
の受信信号を断層像として映像化するため、上記超音波
探触子の走査制御を行う走査制御手段と、上記超音波探
触子で受信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な
可変利得増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコ
ー信号の周波数を検出する周波数検出手段と、この周波
数検出手段から出力されたエコー信号の周波数情報を記
憶する記憶手段と、この記憶手段の情報を読み出し、被
検体の深度方向の各深度ごとに利得制御信号を演算する
利得制御手段と、この利得制御手段からの利得制御信号
により走査面内の複数本の走査線の同一深度にかける利
得制御信号の平均値を演算し、上記可変利得増幅器の利
得を制御する平均演算器を備えたものである。

そして、上記周波数検出手段として、エコー信号の周波
数に対応した電圧を出力する周波数−電圧変換器（Ｆ−
Ｖコンバータ）、その他、ＦＭ検波器等を用いることが
できる。

作　　　　用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

周波数検出手段が検出したエコー信号の周波数情報によ
う、利得制御手段が低いエコー信号周波数情報によシ、
利得制御手段力；低いエコー信号周波数程、可変利得増
幅器の利得を高めるよう制御する。または、周波数検出
手段が検出したエコー信号の周波数情報を記憶手段に記
憶し、利得制御手段が記憶手段の情報から被検体の深度
方向の各深度ごとに利得制御信号を演算し、低いエコー
信号信波数程、可変利得増幅器の利得を高めるように制
御する。筐たは、周波数検出手段が検出したエコー信号
の周波数情報を記憶手段に記憶し、利得制御手段が記憶
手段の情報から被検体の深度方向の各深度ごとに利得制
御信号を演算し、更に平均演算器が走査面内の複数本の
走査線の同一深度における利得制御信号の平均値を演算
し、低いエコー信号周波数程、可変利得増幅器の利得を
高めるように制御する。このように、エコー信号の周波
数により可変利得増幅器の適切な利得設定を行っている
ので、エコー信号レベルの強弱に影響されることがない
。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

筐ず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
を示す機能ブロック図である。同図において、１は超音
波を送受信する超音波探触子、２はパルス信号を発生し
て超音波探触子１を駆動する駆動回路、３は受信したエ
コー信号を増幅する利得制御可能な可変利得増幅器、４
は増幅したエコー信号を検波する検波器、５は検波信号
をＡＤ変換するＡＤコンバータ、６ばＡＤ変換された検
波信号を記憶するメモリ、７はエコー信号の周波数を検
出する周波数検出器、８は周波数検出器１０７が検出し
たエコー信号周波数に応じて増幅器３の利得を演算し、
可変利得演算器３を制御する利得演算器、９はメモリ６
の記憶内容を読み出して断層画像として表示するテレビ
などの表示装置、１０はシステム全体を制御するシステ
ム制御部である。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

駆動回路２はシステム制御部１０のトリガによってパル
ス信号を発生し、超音波探触子１を駆動する。駆動され
た超音波探触子１は被検体内の所定の方向に超音波パル
スを発射し、被検体内の反射体からのエコー信号を受信
し、利得増幅器３へ入力する。一方、超音波探触子１か
らのエコー信号は周波数検出器７で周波数が求められ、
利得演算器８に入力される。この利得演算器８はエコー
信号周波数に応じた制御信号を発生して可変利得増幅器
３を制御する。ところで、生体からのエコー信号は、高
い周波数程、減衰の影響を受けやすいため、生体の浅部
からよりも深部からのエコー信号のほうが中心周波数が
低くなる。第４図は生体などの減衰を有する伝搬媒体に
おける超音波パルスの伝搬距離と周波数スペクトル分布
の関係を示している。同図において、曲線Ａは伝搬距離
が短い場合を示し、曲線Ｂ、Ｃはそれよりも順次伝搬距
離が長い場合を示している。同図からも伝搬距離が長い
程、高周波数域の減衰が大きくなるため、エコー信号の
周波数は遠距離からのもの程、低周波数域に変移するこ
とがわかる。そこで、利得演算器８はエコー信号の周波
数が低くなるほど可変利得増幅器３の利得が高くなるよ
うに制御する。可変利得増幅器３はこのように利得演算
器８で制御され、エコー信号を増幅して出力する。増幅
されたエコー信号は検波器４で包絡線検波され、ＡＤコ
ンバータ５でＡＤ変換され、メモリ６に記憶される。メ
モリ６に記憶されている画像データは順次読み出されて
表示装置９に断層像として表示される。

このように本実施例によれば、エコー信号の周波数から
減衰量を推定し、これに基づき可変利得増幅器３の適切
な利得設定を行っているので、エコー信号の振幅に影響
されることがなく、利得制御における不連続点の特別な
補正を行う必要がない。したがって、検者を繁雑な操作
から解放し、高画質の超音波断層像を得ることができる
。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第２図は本発明の第２の実施例における超音波診断装置
を示す機能ブロック図である。

同図において、２１は超音波を送受信する超音波探触子
、２２はパルス信号を発生して超音波探触子２１を駆動
する駆動回路、２３は受信したエコー信号を増幅する利
得制御可能な可変利得増幅器、２４は増幅したエコー信
号を検波する検波器、２５は検波信号をＡＤ変換する第
１のＡＤコンバータ、２６はＡＤ変換された検波信号を
記憶する第１のメモリ、２７はエコー信号の周波数を検
出する周波数検出器、２８は周波数検出器２７からの周
波数情報をＡＤ変換する第２のＡＤコンバータ、２９は
ＡＤ変換された周波数情報を記憶する第２のメモリ、３
０は周波数検出器２７が検出したエコー信号周波数に応
じて可変利得増幅器２３の利得を演算し、可変利得増幅
器２３を制御する利得演算器、３１は超音波探触子２１
を制御し、超音波の送受信方向を走査させる走査制御回
路、３２は第１のメモリ２６の記憶内容を読み出して断
層画像として表示する表示装置、３３はシステム全体を
制御するシステム制御部である。

以上の構成にかいて、以下、その動作について説明する
。

駆動回路２２は７ステム制御部３３のトリガによってパ
ルス信号を発生し、超音波探触子２１を駆動する。駆動
された超音波探触子２１は被検体内の所定の方向に超音
波パルスを発射し、被検体内の反射体からのエコー信号
を受信し、可変利得増幅器２３へ入力する。この送受信
動作は走査制御回路３１によって直線や扇形走査など、
超音波断層像を得るためにあらかじめ設定された位置、
方向に走査しながら行われる。一方、超音波探触子２１
からのエコー信号は周波数検出器２７で周波数が求めら
れ、第２のＡＤコンバータ２８でＡＤ変換され、第２の
メモリ２９に記憶され、利得制御に用いられる。利得演
算器３０はメモリ２９に記憶されている周波数に応じて
利得制御信号を発生して可変利得増幅器２３を制御する
。この可変利得増幅器２３の利得制御動作について第５
図を参照して説明すると、超音波探触子２１で受信され
たエコー信号は第５図（ａ）に示すようになう、周波数
検出器２７で検出されたエコー信号の周波数は第５図（
ｂｌに示すようになる。利得演算器３０は上記周波数か
ら第５図（ｃｌに示すように、例えば５ｌ−８８の深度
ごとの区間の平均値を求め、低い周波教程、可変利得増
幅器２３の利得を高めるように変換し、更に第５図（ｄ
ｉに示す曲線で近似する。可変利得増幅器２３は上記利
得演算器３０の制御によりエコー信号を増幅して出力す
る。増幅されたエコー信号は検波器２４で包絡線検波さ
れ、第１のＡＤコンバータ２５でＡＤ変換され、第１の
メモリ２６に記憶される。第１のメモリ２６に記憶され
ているエコー信号情報は、表示装置３２に順次読み出さ
れて断層像として映像化される０本実施例においても、
第４図で説明したと同様にエコー信号の周波数から減衰
量を推定し、これに基づき可変利得増幅器２３の適切な
利得設定を行って補正するようにしたものであり、特別
な補正を行う必要がなく、検者を繁雑な操作から解放し
、高画質の超音波断層を得ることができ、筐た、本実施
例においては、更に、ある有限区間の平均値で制御して
いるので、制御信号が安定し、診断画像の僅な動きによ
シ制御が過剰に働いて輝度が頻繁に変化し、観察しずら
くなるのを防止することができる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第３図は本発明の第３の実施例における超音波診断装置
を示す機能ブロック図である。

同図に釦いて、４１は超音波を送受信する超音波探触子
、４２はパルス信号を発生して超音波探触子４１を駆動
する駆動回路、４３は受信したエコー信号を増幅する利
得制御可能な可変利得増幅器、４４は増幅したエコー信
号を検波する検波器、４５は検波信号をＡＤ変換する第
１のＡＤコンバータ、４６はＡＤ変換された検波信号を
記憶する第１のメモリ、４７はエコー信号の周波数を検
出する周波数検出器、４８は周波数検出器４７からの周
波数情報をＡＤ変換する第２のＡＤコンバータ、４９は
ＡＤ変換された周波数情報を記憶する第２のメモリ、５
０は周波数検出器４７が検出したエコー信号周波数に応
じて可変利得増幅器４３の利得を演算する利得演算器、
５１は後述する超音波探触子４１の走査によう走査線ご
とに得られる利得演算器５０からの制御信号により走査
面内の複数本の走査線の同一深度に３ける利得制御信号
の平均値を演算し、増幅器４３の利得を制御する平均演
算器であり、加算器５１ａとメモＩＪ　５　ｌｂと係数
器５１ｃとから構成されている。５２は超音波探触子４
１を制御し、超音波の送受信方向を走査させる走査制御
回路、５３は第１のメモリ４６の記憶内容を読み出して
断層画像として表示する表示装置、５４はンステム全体
を制御するシステム制御部である。

以上の構成にお・いて、以下、その動作について説明す
る。

駆動回路４２は７ステム制御部５４のトリガによってパ
ルス信号を発生し、超音波探触子４１を駆動する。駆動
された超音波探触子４１は被検体内の所定の方向に超音
波パルスを発射し、被検体内の反射体からのエコー信号
を受信し、可変利得増幅器４３へ入力する。この送受信
動作は走査制御回路５２によって直線や扇形走査など、
超音波断層像を得るためにあらかじめ設定された位置、
方向に走査しながら行われる。一方、超音波探触子４１
からのエコー信号は周波数検出器４７で周波数が求めら
れ、第２のＡＤコンバータ４８でＡＤ変換され、第２の
メモリ４９に記憶され、利得制御に用いられる。利得演
算器５０はメモリ４９に記憶されている周波数に応じて
利得制御信号を発生する。利得演算器５０の動作は第５
図で説明したと同様であるが、本実施例では、平均演算
器５１が走査線ごとに得られる利得演算器５０からの制
御信号により走査面内の複数本の走査線の同一深度にお
ける利得制御信号の平均値を演算し、可変利得増幅器４
３の利得を制御する。すなわち、平均演算器５１では、
送受信毎にメモＩ）　５　ｌ　ｂに記憶された前回の制
御信号と、利得制御回路５０からの制御信号を加算器５
１ａで加算し、再度メモＩＪ　５　ｌ　ｂに記憶する。

−回の走査が終了すると、メモＩ７５　ｌ　ｂには全走
査線の制御信号の累積値が記憶され、係数器５１ｃで適
当な係数を乗することにより平均値となる。可変利得増
幅器４３は上記平均演算器５１の制御により、エコー信
号を増幅して出力する。増幅されたエコー信号は検波器
４４で包絡線検波され、第１のＡＤコンバータ４５でＡ
Ｄ変換され、第１のメモリ４６に記憶される。第１のメ
モリ４６に記憶されているエコー信号情報は、表示装置
５３に順次読み出されて断層像として映像化される。

本実施例においても、第４図で説明したと同様にエコー
信号の周波数から減衰量を推定し、これに基づき可変利
得増幅器４３の適切な利得設定を行って補正するように
したものであり、特別な補正を行う必要がなく、検者を
繁雑な操作から解放し、高画質の超音波診断層を得るこ
とができ、また、本実施例に訃いては、更に、走査面全
体の利得を異なる走査線の同一深度のエコー信号からそ
の平均値を求めて制御することにより、制御が更に安定
し、断層画像上の同一深度に訃ける利得を同一とするこ
とができる。これは、超音波断層像に釦いて伝搬方向と
直交する方向の減衰量は差は小さく、すべて、若しくは
隣接する複数本の走査線に釦いて、同一深度に対する利
得が同一である方が不自然にならないためである。

なお、上記各実施例における周波数検出器４７としては
、ＦＭ検波器、周波数に対応した電圧を出力する周波数
−電圧変換器ＣＦ−Ｖコンバータなどが代表的であるが
、これらに限定されるものではない。筐た、本発明は、
上記各実施例のよう） な断層像の表示の外にも、Ａモード、Ｍモード表示に実
施し、筐たはドツプラ動量を利用した血流速度の測定に
実施することもできる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、周波数検出手段が検
出したエコー信号の周波数情報により、利得制御手段が
低いエコー信号周波数程、可変利得増幅器の利得を高め
るよう制御し、または、周波数検出手段が検出したエコ
ー信号の周波数情報を記憶手段に記憶し、利得制御手段
の情報から被検体の深度方向の各深度ごとに利得制御信
号を演算し、低いエコー信号周波数程、可変利得増幅器
の利得を高めるように制御し、ｌたは、周波数検出手段
が検出したエコー信号の周波数情報を記憶手段に記憶し
、利得制御手段が記憶手段の情報から被検体の深度方向
の各深度ごとに利得制御信号を演算し、更に平均演算器
が走査面内の複数本の走査線の同一深度に訃ける利得制
御信号の平均値を演算し、低いエコー信号周波数程、可
変利得増幅器の利得を高めるように制御し、エコー信号
の周波数により可変利得増幅器の適切な利得設定を行っ
ているので、エコー信号レベルの強弱に影響されること
がない。したがって、利得制御における不連続点の補正
をおこなう必要がなく、検者を繁雑な操作から解放し１
画像表示する場合には、高画質の超音波断層像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の第１、第２
、第３の実施例に３ける超音波診断装置を示す機能ブロ
ック図、第４図は超音波パルスの伝搬距離と周波数スペ
クトル分布の関係を示す図、第５図（ａｌないしくｄｌ
はそれぞれ上記第２の実施例において、超音波探触子で
受信したエコー信号、周波数検出器で検出したエコー信
号の周波数、利得演算器で求めた区内平均値釦よびこの
平均値の近似曲線を示し、第６図は従来の超音波診断装
置を示す機能ブロック図である。 １．２１．４１・・・超音波探触子、２，２２．４２・
・・駆動回路、３，２３．４３・・・可変利得増幅器、
４．２４．４４・・・検波器、５，２５，４５・・・Ａ
Ｄコンバータ、６，２６．４６・・・メモリ、７，２７
゜４７・・・周波数検出器、２８．４８・・・ＡＤコン
バータ、２９．４９・・・メモリ、８，３０．５０・・
・利得演算器、３１，５２・・・走査制御回路、９，３
２゜５３・・・表示装置、５１・・・平均演算器、１０
，３３゜５４・・・システム制御部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルスを被検体内に送信し、被検体からの
   エコー信号を受信する超音波探触子と、この超音波探触
   子で受信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な可
   変利得増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコー
   信号の周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数
   検出手段により検出されたエコー信号の周波数により上
   記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段を備え
   たことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）超音波パルスを被検体内に送信し、被検体からの
   エコー信号を受信する超音波探触子と、超音波パルスの
   受信信号を断層像として映像化するため、上記超音波探
   触子の走査制御を行う走査制御手段と、上記超音波探触
   子で受信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な可
   変利得増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコー
   信号の周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数
   検出手段から出力されたエコー信号の周波数情報を記憶
   する記憶手段と、この記憶手段の情報を読み出し、被検
   体の深度方向の各深度ごとに利得制御信号を演算して上
   記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段を備え
   たことを特徴とする超音波診断装置。
3. （３）超音波パルスを被検体内に送信し、被検体からの
   エコー信号を受信する超音波探触子と、超音波パルスの
   受信信号を断層像として映像化するため、上記超音波探
   触子の走査制御を行う走査制御手段と、上記超音波探触
   子で受信されたエコー信号を増幅する利得制御可能な可
   変利得増幅器と、上記超音波探触子で受信されたエコー
   信号の周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数
   検出手段から出力されたエコー信号の周波数情報を記憶
   する記憶手段と、この記憶手段の情報を読み出し、被検
   体の深度方向の各深度ごとに利得制御信号を演算する利
   得制御手段と、この利得制御手段からの利得制御信号に
   より走査面内の複数本の走査線の同一深度における利得
   制御信号の平均値を演算し、上記可変利得増幅器の利得
   を制御する平均演算器を備えたことを特徴とする超音波
   診断装置。
4. （４）利得制御手段が周波数検出手段により検出された
   エコー信号の低い周波数程、可変利得増幅器の利得を増
   加させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の超音波診断装置。
5. （５）周波数検出手段がエコー信号の周波数に対応した
   電圧を出力する周波数−電圧変換器であることを特徴と
   する請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波診断装
   置。