JPH05137720A - 超音波診断装置のビームフオーマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ビットのＡ／Ｄコンバータで良好な血流信
号が得られ、またデュアルビームフォーミングも可能な
超音波診断装置のビームフォーマの提供を目的とする。 【構成】 メモリ６ａおよびＤ／Ａ変換器８ａと同じ機
能を持つメモリ７ａとＤ／Ａ変換器９ａを付加しＤ／Ａ
変換器９ａの出力をアナログ減算器１０ａ、またはアナ
ログ加算器１１Ｂに入力するアナログスイッチ１４ａを
備えた構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医用分野において体内
情報を検出するのに用いる超音波診断装置のビームフォ
ーマに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置において、複数のエレメ
ントから得たエコー信号をそれぞれのエレメントからの
距離を勘案した遅延をかけた後、加えてＳ／Ｎ比を向上
させるビームフォーマは多くの超音波診断装置に用いら
れており、その手法は公知のものとなっている。

【０００３】ビームフォーマにおける遅延手段として
は、ＬＣによるアナログ遅延線がよく用いられている。
しかし、アナログ遅延線は、周波数特性に限度があり、
特に高い周波数において、大きな遅延時間を必要とする
場合に問題である。また、個々の遅延線やタップ間にお
ける遅延時間のばらつきがあること、ダイナミックフォ
ーカシングを行なう場合スイッチによる切り替えが必要
であり切り替え時にノイズが発生するというような問題
があった。

【０００４】そこで、考えられたのが、Ａ／Ｄ変換器お
よびメモリによるディジタル遅延線である。図２にディ
ジタル遅延線によるビームフォーマの一従来例を示す。
図２において１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，…１０１
ｎはエレメント、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，…１
０２ｎは可変利得増幅器、１０３ａ，１０３ｂ，１０３
ｃ，…１０３ｎはＡ／Ｄ変換器、１０４ａ，１０４ｂ，
１０４ｃ，…１０４ｎは書き込みと読み出しが同時に非
同期に実行できるメモリ（以下、メモリという）、１０
５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，…１０５ｎはＤ／Ａ変換
器、１０６はタイミング制御回路、１０７はアナログ加
算器、１０８はローパスフィルタである。以下、この装
置の動作について説明する。

【０００５】パルス発生回路（図示せず）によって作ら
れた電気的パルスがエレメント１０１ａ，１０１ｂ，１
０１ｃ，…１０１ｎに印加され超音波に変換されて、体
内に放射されるが、放射された信号は音響インピーダン
スの異なる部分で反射し、エレメント１０１ａ，１０１
ｂ，１０１ｃ，…１０１ｎに戻り、電気信号に変換され
る。エレメント１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，…１０
１ｎで受信されたエコー信号は、可変利得増幅器１０２
ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，…１０２ｎで適度な大きさに
増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０３ａ，１０３ｂ，１０
３ｃ，…１０３ｎでディジタル信号に変換される。ディ
ジタル化されたエコー信号はメモリ１０４ａ，１０４
ｂ，１０４ｃ，…１０４ｎに書き込まれるが、メモリ１
０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，…１０４ｎは読み出し／
書き込みが同時に、かつ非同期のタイミングで実行でき
るので、データを書き込みつつ、既に書き込んだデータ
を読み出し、Ｄ／Ａ変換器１０５ａ，１０５ｂ，１０５
ｃ，…１０５ｎに入力しアナログ信号を出力することが
できる。したがって、Ａ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器
の変換タイミングおよびメモリの書き込み／読み出しタ
イミングをタイミング制御回路１０６によって制御する
と遅延時間を自在にコントロールすることができる。こ
のようにしてエレメント１０１ａ，１０１ｂ，１０１
ｃ，…１０１ｎで得られたエコーを遅延し、アナログ加
算器１０７で加え合わせる。アナログ加算器１０７の出
力は、いったんディジタル信号に直していることによっ
て発生する高調波成分をカットするため、ローパスフィ
ルタ１０８を通す。

【０００６】今一つの方法として、発明者らによる図３
に示す方法がある。図３において、１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃ，…１１１ｎは探触子のエレメント、１１
２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，…１１２ｎは可変利得増幅
器、１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，…１３０ｎは遅延
回路ブロック、１３１はアナログ加算器、１３２はロー
パスフィルタ、１３３はタイミング制御回路である。遅
延回路ブロック１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，…１３
０ｎの内容はすべて同一であり遅延ブロック１３０ａに
ついて、１１３ａはサンプルホールド回路、１１４ａは
Ａ／Ｄ変換器、１１５ａは増幅器、１１６ａ，１１７ａ
はメモリ、１１８ａ，１１９ａはＤ／Ａ変換器、１２０
ａはアナログ減算器である。

【０００７】エレメント１１１ａで得られたエコー信号
は可変利得増幅器１１２ａによって後段のＡ／Ｄ変換器
のダイナミックレンジや画像表示の輝度を勘案したゲイ
ンで増幅される。増幅された信号はサンプルホールド回
路１１３ａで標本化され、アナログ減算器１２０ａに入
力される。アナログ減算器１２０ａの他方の入力につい
ては後述する。アナログ減算器１２０ａの出力は、増幅
器１１５ａを経てＡ／Ｄ変換器１１４ａ，メモリ１１６
ａ，Ｄ／Ａ変換器１１８ａでディジタル的に遅延がされ
た後、アナログ信号に復元される。Ａ／Ｄ変換器１１４
ａの出力はまた、メモリ１１７ａで遅延された後、Ｄ／
Ａ変換器１１９ａでアナログ信号に戻され、アナログ減
算器１２０ａに入力される。

【０００８】メモリ１１７ａ，Ｄ／Ａ変換器１１９ａに
よる遅延回路の遅延時間は送信パルスの周期あるいはそ
の整数倍に設定される。そこで、同じ方向に送信パルス
を発信し続ける場合、サンプルホールド回路１１３ａの
出力とＤ／Ａ変換器１１９ａの出力は、異なる送信パル
スによる生体内の同一部位のエコーとなり、その部位に
おいて動きのない、あるいは少ないエコーはアナログ減
算器１０ａによって両信号が減算されるので減衰する
が、動きのある場合は減衰しないで出力される。そのた
め、動きのほとんどない血管壁のエコーは、大きく減少
し、血流のエコーは変化が大であるため減少の度合いが
少ない。これによってアナログ減算器１２０ａの出力に
おいて振幅の大きい血管壁のエコーを減衰させ、振幅の
小さい血流のエコーを抽出することができる。増幅器１
１５ａはこの帰還系の安定条件を保つためのものであ
る。アナログ減算器１２０ａの出力は、Ａ／Ｄ変換器１
１４ａでディジタル信号に変換されメモリ１１６ａで一
時保存されたのち、Ｄ／Ａ変換器１１８ａでアナログ信
号に直され、アナログ加算器１３１ａで他のエレメント
からの信号と加算され、高周波成分をローパスフィルタ
１３２ａでカットする。

【０００９】ところで、遅延線の遅延時間の精密化、周
波数特性の向上という問題の他に、高フレームレート化
という問題がある。これは、心臓など動きの速い部分を
観察する際にフレームレートが遅いと例えば弁の形状が
正しく認識できないなどの問題が起こるものである。

【００１０】この問題を解決する方法としてディアルビ
ーム受信法が提案されている。この方法においては、１
組のエレメントに対し２系統のビームフォーマを用意
し、１回の送信に対しわずわに音軸の位置が異なるよう
に２つのビームフォーマの遅延時間を設定して普通のス
キャニング２回分のデータを得ることによってフレーム
レートを２倍に上げる方法である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】体内からのエコーには
様々な組織からのエコーが含まれており、横隔膜などか
らの強いエコーがある反面、血流からの微弱なエコーが
ある。したがって、例えばドプラ血流計などにおいて
は、このような強いエコーを飽和させることなく血流の
微弱なエコーを受信できるダイナミックレンジの確保が
必要であるが、ディジタルビームフォーマにおいては、
ダイナミックレンジを確保するためにビット数の多いＡ
／Ｄ変換を必要とする。しかし、ビット数の多いＡ／Ｄ
変換器は高価であるという問題点がある。また、ディジ
タルビームフォーマで、デュアルビームフォーミングを
実現するには２系統の遅延部分が必要となるが、速いフ
レームレートが必要ない場合、この構成には無駄が多い
という問題点がある。

【００１２】本発明はこれらの問題点を解決するもの
で、低コストの低ビットＡ／Ｄ変換器を使用して、広い
ダイナミックレンジを確保するとともに、ディアルビー
ムフォーミングをも実現する超音波診断装置のビームフ
ォーマの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、遅延加算出力が２系統得られるように、Ａ
／Ｄ変換器出力に縦続される第２のメモリ，第２のＤ／
Ａ変換器を備え、第２のＤ／Ａ変換器出力を、サンプル
ホールド回路とＡ／Ｄ変換器の間に接続された減算器、
またはデュアルビーム受信方式における第２のアナログ
加算器に入力するスイッチ回路を備えた構成を有する。

【００１４】

【作用】本発明は上記した構成によって、低ビット数の
Ａ／Ｄ変換器を使用して血流信号を受信できるディジタ
ルビームフォーマを実現できるとともに、スイッチの切
り替えでディアルビームフォーミングによる高フレーム
レートをも実現できる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例における超音波診断
装置のビームフォーマのブロック図である。図１におい
て、１ａ，１ｂ，１ｃ，…１ｎは探触子のエレメント、
２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎは可変利得増幅器、２０ａ，
２０ｂ，２０ｃ，…２０ｎは遅延回路ブロック、１１
Ａ，１１Ｂはアナログ加算器、１２Ａ，１２Ｂはローパ
スフィルタ、１３はタイミング制御回路である。遅延ブ
ロック２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…２０ｎの内容はすべ
て同一であり遅延ブロック２０ａについて、３ａはサン
プルホールド回路、４ａはＡ／Ｄ変換器、５ａは帰還系
の安定条件を保つための増幅器、６ａ，７ａはメモリ、
８ａ，９ｂはＤ／Ａ変換器、１０ａはアナログ減算器、
１４ａはアナログスイッチである。

【００１６】まず、デュアルビームフォーマ時の動作に
ついて説明する。デュアルビームフォーマ時には、アナ
ログスイッチ１４ａはｂ側に接続されている。したがっ
て、メモリ以降の部分は２系統で完全に独立しており、
それぞれがタイミング制御回路１３によって制御され
る。

【００１７】次にドプラ血流計時の動作について説明す
る。ドプラ血流計時にはアナログスイッチ１４ａはａ側
に接続され、メモリ７ａ，Ｄ／Ａ変換器９ａによる遅延
回路の遅延時間は送信パルスの周期あるいはその整数倍
に設定される。このため、図３について説明したように
強いエコーの中の微弱な血流エコーも検出することが可
能となる。

【００１８】このように本発明の実施例の超音波診断装
置のビームフォーマによれば、メモリ７ａとＤ／Ａ変換
器９ａで送信パルス周期あるいはその整数倍だけ遅延さ
れたアナログ信号をサンプルホールド回路３ａ出力に帰
還して低ビットのＡ／Ｄ変換器の使用で等価的にダイナ
ミックレンジを広げるとともにアナログスイッチ１４ａ
を備えて、デュアルビームフォーマとしても動作させる
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した実施例から明らかなように
本発明によれば、低ビット数のＡ／Ｄ変換器で、血管壁
の強いエコーの影響なしに血流信号を得ることが可能と
なり、安価な超音波診断装置が実現できるとともに、ア
ナログスイッチによる切り替えによって、回路構成をほ
とんど変えることなくデュアルビームフォーマが実現で
きる超音波診断装置のビームフォーマを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における超音波診断装置のビ
ームフォーマのブロック図

【図２】従来の超音波診断装置のビームフォーマのブロ
ック図

【図３】従来の超音波診断装置のビームフォーマの今一
つの例の構成を示すブロック図

【符号の説明】

２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎ 可変利得増幅器 ３ａ サンプルホールド回路 ４ａ Ａ／Ｄ変換器 ５ａ 増幅器 ６ａ，７ａ メモリ ８ａ，９ａ Ｄ／Ａ変換器 １０ａ アナログ減算器 １１Ａ，１１Ｂ アナログ加算器 １４ａ アナログスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波プローブの複数のエレメントで得
   た体内からのエコー信号を定められた大きさに増幅する
   可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器の出力を標本化
   するサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回
   路の出力に接続された減算器と、前記減算器の出力をア
   ナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／
   Ｄ変換器の出力を記憶しつつ、同時に非同期に読み出す
   ことが可能な第１のメモリと、前記第１のメモリから読
   み出した信号をディジタル−アナログ変換する第１のＤ
   ／Ａ変換器と、前記第１のＤ／Ａ変換器のアナログ出力
   を加算する第１のアナログ加算器を含む超音波診断装置
   のビームフォーマにおいて、遅延加算出力が２系統得ら
   れるように前記メモリ以降の構成を２系統備え、第２の
   系統にある第２のＤ／Ａ変換器の出力を前記減算器、ま
   たは第２のアナログ加算器に入力するスイッチ回路を備
   えた超音波診断装置のビームフォーマ。