JPH04164441A - 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ＰＡＣ（位相誤差補ｉＥ）処理を行う超音波診
断装置に関し、特にＳＮ比を改善して位相検出精度を向
上させた超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 超音波イメージング装置は超音波探触子から超音波信号
を被検体内に照射して、被検体内の組織や病変部から反
射されてくる信号を超音波探触子で受波し、その反射信
号により形成される断層像をＣＲＴに表示して診断の用
に供する装置である。

ところで、超音波信号が被検体内を伝播して反射体で反
射され、再び体内を伝播して超音波探触子で受波される
行程において、伝播する媒質である体内の各組織が均質
でないため、超音波探触子に到達する段階で、各音波間
に位相差を生じ、受波超音波による画像が歪んでしまう
位相相殺効果と称せられる現象が発生する。この効果に
より超音波探触子の開口面内での反射波の遅延分布が理
論通りにならなくなる。このため、開口を大きくして、
分解能を良くし、画質の向上を図ろうとしても中々良く
はならない。

この問題を解決するために、位相共役送受信を行う方法
がある。位相共役送受信というのは、受波信号の中から
２つの受波信号を選んでそのチャネル間位相差を求め、
その中に含まれる非理想成分を求めて位相補正量を定め
、その位相補正量により受波信号の位相を補正する位相
誤差補正方法（以下Ｐ　Ａ　Ｃ（Ｐｈａｓｅ　Ａｂｅｒ
ｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）という）である
。２つの受渡信号としては、超音波エレメントの各隣接
エレメントの２信号を選ぶ方法と、全受渡信号を整相加
算した信号と各チャネル１チヤネルとを比較してＰＡＣ
処理を行う方法とがある。

ここで、従来のＰＡＣ処理を行っている超音波診断装置
の一例を第５図を用いて説明する。図において、１は入
力されたエコー信号Ａの不要な高周波成分や低周波成分
を取り除くためのＢＰＦ（帯域濾波器）で、その出力は
ミキサ２とミキサ３に入力される。ミキサ２の参照信号
は局部発振器５で発振した局部信号（周波数がω。／２
π）の９０″移相器４の出力のうち位相変化を受けない
信号であり、ミキサ３の参照信号は９０＠位相器４にお
いて９０″移相された信号である。従って、ミキサ２の
出力信号は同相信号であり、ミキサ３の出力信号は直交
信号ｑである。この出力信号はそれぞれＬＰＦ　（低域
濾波器）６とＬＰＦ７を通過し、ＡＤ変換器８．９でデ
ィジタル信号に変換され、位相誤差評価器１ｏに入力さ
れる。位相誤差評価器１０は入力された２信号から位相
誤差φ、を計算して出力する。

エコーＢもエコーＡと同様に、ミキサー２で同相検波、
ミキサー３で直交検波され、ＬＰＦ１４゜ＬＰＦ１５で
濾波されて、位相誤差評価器１０で位相誤差φ２が計算
されて出力される。

上記の回路において、エコーＡの１チヤネル分の動作を
計算式によって示す。

エコーＡ　：　Ａ　ｃｏｓ（Ｃｏ　ｔ＋φ、）参照信号
：　　Ｏ’−Ｂ　ｃｏｓ　（Ｌｌ（ｌ　ｔ９０”　・Ｂ
　ｓｉｎ　（Ｌ）（ｌ　ｔここで、ω。：局部信号の角
周波数 φＩ　：生体内音速不均一によるエコーＡの位相誤差 ミキサー２出カニ Ａｃｏｓ（ω、１＋φ１）・Ｂ　ｃｏｓωｏｔＢ −−１ｃｏｓ（２ω。ｔ＋φ＋　）　＋ｃｏｓφｌ）ミ
キサー３出カニ Ａ　ｃｏｓ（Ｃｏ　ｔ＋φ１）・Ｂｓ１ｎω。ｔＢ −−（ｓｉｎ（２ω、　ｔ＋φ＋）ｓｉｎφ１）ＬＰＦ
６出カー−ｃｏｓφ夏 八Ｂ ＬＰＦ７出カー−−５１ｎφ１ 位相誤差評価器１０の出力の位相誤差は、（発明が解決
しようとする課題） このＰＡＣ処理を行おうとすると、現在の装置では必要
とされる位相差を検出するのにＳＮ比が悪くて、高々１
０ｃｍ程度の深さまでしか検出能力がない。又、検出さ
れた位相差がら遅延時間の補正量への変換の方法が確立
されておらず、位相差を求めても表示画面上の各反射体
の正確な位置が得られない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、ＰＡＣ処理においても、各深さのＰＡＣ処理のための
信号を最適のＳＮ比で受けることができる超音波診断装
置を実現することにある。

又、他の目的は得られた位相データから遅延時間の補正
量を得ることのできる超音波診断装置を実現することに
ある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、サンプル領域の深さに
応じたエコー信号の中心周波数に合わせて中心周波数を
変更させる中心周波数可変ＢＰＦと、前記エコー信号の
中心周波数に合わせてミキサに供給する参照信号を発生
するために構成される複数の周波数の異なるＰＬＬで構
成されるＰＬＬ群と、該ＰＬＬ群を切り替えるスイッチ
と、装着されるプローブの帯域とキーボードにより設定
されたサンプル領域に応してその深さとその近傍におけ
る中心周波数を決定すると共に、位相誤差から補正遅延
時間を演算するＣＰＵと、該ＣＰＵからのエコー信号の
中心周波数に関する情報を受け、前記中心周波数可変Ｂ
ＰＦと前記スイッチとを制御する実時間コントローラと
、前記スイッチの切り替えられた位置により選択された
周波数の参照信号を移相して同相信号と直交信号とを出
力してミキサに入力する９０°移相器と、入力された信
号から位相誤差を計算する位相誤差評価器とを具備する
ことを特徴とするものである。

（作　用） エコー信号は、ＣＰＵからの情報を受けた実時間コント
ローラにより制御された中心周波数可変ＢＰＦを通過し
、ミキサに人力される。ミキサは該当する周波数を発生
するＰＬＬをＰＬＬ群から選択したスイッチから出力さ
れる参照信号によりエコー信号を検波し、検波された信
号は位相誤差評価器に入力されて位相誤差として出力さ
れる。

（実　施　例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の装置のブロック図である。

第１図においては１チヤネルの回路のみについて説明す
る。他のチャネルは、同様である。

図において、第５図と同等の部分には同一の符号を用い
である。図中、２０は装置に使用プローブを装着した時
に与えられるプローブの帯域を考慮し、キーボード２１
により設定されたサンプル領域の深さとその近傍におけ
る中心周波数を決定するＣＰＵである。２２はＣＰＵ２
０からの中心周波数に関する情報を受け、中心周波数可
変ＢＰＦ２３にアナログコントロール電圧を与え、スイ
ッチ２４にスイッチ切り替えの制御信号を送る実時間コ
ントローラである。中心周波数可変ＢＰＦ２３は実時間
コントローラ２２から与えられたサンプル点の深さに応
じたアナログコントロール電圧により、エコー信号の中
心周波数帯域に合ったフィルタ動作をする。これは帯域
の異なるＢＰＦを複数個備えておき、中心周波数に応じ
て帯域の異なるＢＰＦに接続させるように切り替える方
式でも差し支えない。スイッチ２４は実時間コントロー
ラ２２からの制御信号を受け、ＰＬＬ群２５のｎ個のＰ
ＬＬを切り替えるスイッチである。２６はＰＬＬ群２５
からの発振周波数を９０＠移相して同相信号（０°信号
）と直交信号（９０＠信号）とを出力する９０＠移相器
である。

第２図は上記実施例の回路を含むＰＡＣ回路の全体図で
ある。図において、第１図と同等の部分には同一の符号
を付しである。図中、３０は超音波信号を送受波するプ
ローブで、１２８エレメントのものを示しである。この
プローブ３０が装着されると、プローブ３０の周波数帯
域のデータがＣＰＵ２０に入力される。３１は初段増幅
器及び４エレメントずつ予備整相加算を行って３２チヤ
ネルの信号を出力する初段増幅器及び予備整相加算部で
ある。この出力はビームスピリツタ３２で２分配されて
、クロスポイントスイッチ３３と３４に各３２チヤネル
ずつの信号が入力される。クロスポイントスイッチ３３
は各チャネルのエコー信号を１本の信号に纏めて出力し
、クロスポイントスイッチ３４は３２チヤネルの信号の
１チャネルのみを出力する。３５はクロスポイントスイ
ッチ３３の出力を整相加算するデイレーライン、３６は
クロスポイントスイッチ３４の出力を整相加算するデイ
レーラインである。デイレーライン３５の出力のエコー
１は中心周波数可変ＢＰＦ２３に入力される。デイレー
ライン３６の出力のエコー２は第１図の実施例と同様な
回路に入力されるが、その詳細は省略する。位相誤差評
価器１０は位相誤差φ１．φ、をＣＰＵ２０に入力し、
ｃｐＵ２０は入力された位相誤差φ、、φ、から遅延時
間の補正量を演算し、実時間コントローラ２２を経て初
段増幅器及び予備整相加算部３１に入力して遅延時間の
補正を行う。

次に、主として第１図の実施例のように構成された装置
の動作を第３図のフローチャートを用いて説明する。

ステップ１ 使用者が選択するか、もしくはキーボード２１による表
示画面領域の設定により、装置のサンプル領域を選択す
る。

ステップ２ ＣＰＵ２０は装着されたプローブ３０の帯域を示す信号
を読み取り、又、キーボード２１により設定されたサン
プル領域の深さを考慮して、参照信号の周波数と、中心
周波数可変ＢＰＦ２３の中心周波数を決定する。

ステップ３ 音線番号Ｎを０に設定する。

ステップ４ ＣＰＵ２０からの制御信号により、実時間コントローラ
２２は、中心周波数可変ＢＰＦ２３の中心周波数と、参
照信号の周波数を決定する制御信号を中心周波数可変Ｂ
ＰＦ２３とスイッチ２４に与えてそれぞれを切り替える
。

ステップ５ 音線番号ＮをＮ＋１に切り替える。ステップ３でＮ−０
に設定されているので、Ｎ−１となる。

その後音線の処理が終る度にＮは１ずっ増加する。

ステップ６ Ｎ番音線で送受信を実施する。

ステップ７ 受信エコーは中心周波数可変ＢＰＦ２３に入力されて、
不要な高周波や低周波が除かれる。中心周波数可変ＢＰ
Ｆ２３の中心周波数は受信エコーの中心周波数に一致し
ているので、受信エコーはあまり減衰されないで出力さ
れる。この出力信号はミキサ２とミキサ３に入力され９
０″移相器２６で移相された０°と９０°の直交２信号
による参照信号によって直交検波され、検波されたベー
スバンドのｉ信号とｑ信号が出力される。参照信号はス
イッチ２４の位置によって選択されたＰＬＬ群２５が９
０°移相器２６に供給されており、スイッチ２４はエコ
ーの中心周波数に適合した周波数ｆｌのＰＬＬを出力さ
せている。検波されたベースバンド信号はＬＰＦ６，７
で高周波成分が除去され、位相誤差評価器１０で（１）
式の計算を行って位相誤差φ、を出力する。

ステップ８ ＣＰＵ２０はステップ７て求めた位相誤差φ１と第２図
に示すデイレーライン３６の出力がら求められた移動誤
差φ、から、次式により補正遅延時間を算出する。

３６０°　　　　ｆ、−ｋｄ　　　・・・（２）但し、
ｆ、−ｆ、−ｋｄ。

ｆＩ　：深さ毎の中心周波数 （ｉ−１，２，・・・、ｎ） ｆｏ　：送信周波数 ｄ：サンプル点の深さ に：定数 上式により一音線中でｎ個の遅延時間が求められる。

ステップ９ （２）式で得られた補正遅延時間Δ１．は初段増幅器及
び予備整相加算部３１に入力され、予備整相加算部のデ
イレーラインの遅延時間を補正することにより送受デイ
レ−マツプの補正を行う。

ステップ１０ 音線中の補正は数回行って正しい値を求めるようにして
おり、この所定回数が終ったかどうかチエツクする。終
っていなければステップ６に戻る。

終っていればステップ１１に進む。

ステップ１１ 全音線について終ったかどうかチエツクする。

終っていなければステップ５に戻る。終っていれば終了
する。

以上説明したように本実施例によれば、各到来信号のス
ペクトラムと合致した周波数特性を有するＢＰＦにより
周波数の選別をし、この周波数に合致した局部発振周波
数で検波するためＳＮ比最良の出力が得られる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、深さ方向で複数点のデータを得たい場合、１音
線中で周波数混合に用いる参照信号を切り替えてデータ
を採取する。この際に用いるＰＬＬは常時発振させてお
き、データ採取区間以前に余裕を持って切り替えておく
。この状態を第４図に示す。図において、（イ）はシス
テムのトリガ波形、（ロ）はＰＬＬの波形で、深さの異
なる２点での周波数に対応したＰＬＬ１とＰＬＬ　ｊの
波形を示している。（ハ）は深さの異なる２点において
データを採取している区間を示している波形で、（ニ）
に示すＰＬＬ切り替えタイミングの波形に従ってＰＬＬ
　ｉとＰＬＬ　ｊとが使用されている区間においてそれ
ぞれデータが採取される。このようにして、深さ方向の
複数点のデータをそれぞれの深さに応じた周波数の参照
信号によって検波することができる。そしてＰＬＬ　ｉ
とＰＬＬ　ｊは常時発振しており、その切り替えはデー
タ採取以前に余裕をもって切り替えられている。

又、サンプルボリュームの位置によって参照信号を切り
替えることにより、パルスドプラ方式に応用することが
でき、深部ドプラ感度を上げることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、ＰＡＣ処理
において、種々の深さからのエコーに対するＰＡＣ処理
の信号を最適のＳＮ比で受けることができるようになる
。

又、得られた位相データから遅延時間の補正量を得るこ
とができるようになり、正しいデイレ−マツプが得られ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置のブロック図、第２図
は実施例の回路を含むＰＡＣ回路の全体図、 第３図は第１図の実施例のフローチャート、第４図は本
発明の他の実施例のタイムチャート、第５図は従来のＰ
ＡＣ処理の回路図である。 ２．３・・ベキサ　　　　６，７・・・ＬＰＦ８．９・
・・ＡＤ変換器　　１０・・・位相誤差評価器２０・・
・ＣＰＵ　　　　　　２１・・・キーボード２２・・・
実時間コントローラ ２３・・・中心周波数可変ＢＰＦ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　サンプル領域の深さに応じたエコー信号の中心周波数
   に合わせて中心周波数を変更させる中心周波数可変ＢＰ
   Ｆ（２３）と、 前記エコー信号の中心周波数に合わせてミキサ（２，３
   ）に供給する参照信号を発生するために構成される複数
   の周波数の異なるＰＬＬで構成されるＰＬＬ群（２５）
   と、 該ＰＬＬ群（２５）を切り替えるスイッチ（２４）と、 装着されるプローブ（３０）の帯域とキーボード（２１
   ）により設定されたサンプル領域に応じてその深さとそ
   の近傍における中心周波数を決定すると共に、位相誤差
   から補正遅延時間を演算するＣＰＵ（２０）と、 該ＣＰＵ（２０）からのエコー信号の中心周波数に関す
   る情報を受け、前記中心周波数可変ＢＰＦ（２３）と前
   記スイッチ（２４）とを制御する実時間コントローラ（
   ２２）と、前記スイッチ（２４）の切り替えられた位置
   により選択された周波数の参照信号を移相して同相信号
   と直交信号とを出力してミキサ（２，３）に入力する９
   ０゜移相器（２６）と、 入力された信号から位相誤差を計算する位相誤差評価器
   （１０）とを具備することを特徴とする超音波診断装置
   。