JPH0542157A

JPH0542157A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0542157A
Application number: JP3200874A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Gondo; 雅彦権藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】遠距離に対しては深達度の良い画像が得ら
れ、且つ近距離においてもデッドゾーンのない高解像の
画像が得られる超音波診断装置を提供することを目的と
する。【構成】周波数が変化するチャープ信号を発生するチ
ャープ発生回路８と、インパルス波を発生するパルサ７
と、前記チャープ発生回路８及び前記パルサ７による２
つの送信信号を切換えるスイッチ９と、超音波信号を出
射するための振動子５と、遅延量が異る複数の遅延信号
を生成する遅延回路１２と、チャープ参照波を発生する
チャープ参照波発生回路１５及びデコンボリューション
参照波を発生するデコンボリューション参照波発生回路
１６と、前記２つの送信信号に応じて前記参照波を選択
するためのマルチプレクサ１４と、前記マルチプレクサ
１４の出力及び前記遅延回路１２の出力を用いてパルス
圧縮処理及びデコンボリューション処理を行う演算手段
とを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス圧縮処理及びデ
コンボリューション処理を選択的に行う手段を設けた超
音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置は、超音波振動子
からインパルス波を送信して体内からの反射エコーを受
波して、画像処理することにより生体内の断層像を得る
のである。このような超音波診断装置には、可能な限り
深い深達度と高い分解能が要求されている。

【０００３】この要求を満たす手段としてパルス圧縮技
術がある。この方法は、送信波にＦＭ変調をかけ（以
下、チャープ波と言う）、受信時にチャープ波に対応し
た整合フィルタを通すことで、もとの長いパルスを短く
圧縮する。そして、圧縮により分解能を高めると同時に
Ｓ／Ｎ比の向上を図り深達度を高めるものである。この
パルス圧縮を行う従来例として、例えば特開平２−１３
６１３０号がある。この従来例はアップチャープ波及び
ダウンチャープ波とを交互に切換えて送波することによ
り、前回の走査による影響を軽減して高品位の画像を得
られるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記チャープ波を用い
ると、ある程度長いチャープ波を送信する必要があり、
その送信中は受信できなくなるため、ある程度の距離が
あれば高品位の画像が得られる。しかしながら、至近距
離においては画像が得られなくなる、いわゆるデッドゾ
ーンが生じてしまうという欠点がある。

【０００５】本発明は上述した点にかんがみてなされた
もので、遠距離に対しては深達度の良い画像が得られ、
且つ近距離においてもデッドゾーンのない高解像の画像
が得られる超音波診断装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決し目的を達成するために、周波数が変化するチ
ャープ信号を発生するチャープ発生回路と、インパルス
を発生するインパルス発生回路と、前記チャープ発生回
路及び前記インパルス発生回路による２つの送信信号を
切換える切換手段と、被検体に超音波信号を出射するた
めの振動子と、受信信号を遅延し、遅延量が異る複数の
遅延信号を生成する遅延手段と、パルス圧縮処理を行う
ためのチャープ参照波及びデコンボリューション処理を
行うデコンボリューション参照波とを発生する参照波発
生手段と、前記２つの送信信号に応じて前記チャープ参
照波及びデコンボリューション参照波を選択するための
選択手段と、前記選択手段で選択されたの出力及び前記
遅延手段の出力を用いてパルス圧縮処理及びデコンボリ
ューション処理を行う演算手段とを設けている。

【０００７】

【作用】遠距離部の観察時には、チャープ波を送信し、
パルス圧縮の相関処理を行うためのチャープ参照波に切
換えて、遅延回路、乗算器、加算器によりパルス圧縮処
理を行い、このパルス圧縮により高深達距離の観察を可
能にする。また、近距離部の観察時には、インパルス波
を送信し、選択手段によりデコンボリューション参照波
に切換えて、チャープ波の場合と同様に遅延回路、乗算
器、加算器によりデコンボリューション処理を行う。こ
のデコンボリューション処理によって送受波器、受信回
路等の周波数特性を補正し、理想なパルス信号を出力
し、高分解能の観察並びに至近距離の観察を可能とす
る。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体
的に説明する。図１ないし図３は本発明の１実施例に係
り、図１は１実施例の構成を示すブロック図、図２はチ
ャープ波を送信した場合における受信信号に対するパル
ス圧縮の動作説明図、図３はインパルス波を送信した場
合における受信信号に対するデコンボリューション処理
の動作説明図である。

【０００９】図１に示すように１実施例の超音波診断装
置１は、超音波を送受波する超音波プローブ２と、この
超音波プローブ２に超音波を送波させる励振信号（送信
信号）を発生する送信信号発生回路３と、超音波プロー
ブ２で受信した受信信号に対して信号処理を行う受信信
号処理回路４と、この信号処理された受信信号に対し
て、超音波画像形成のための信号処理を行う図示しない
超音波画像処理回路及び画像表示するモニタとから構成
される。

【００１０】上記超音波プローブ２の先端には超音波振
動子（以下、単に振動子と記す。）５が収納され、この
振動子に接続された信号ケーブル６は送信信号発生回路
３及び受信信号処理回路４と接続される。上記送信信号
発生回路３は、２種類の送信信号発生手段、つまりイン
パルス波を発生するパルサ７とチャープ波を発生するチ
ャープ発生回路８とを有し、スイッチ９により一方の送
信信号を選択して振動子５に印加できるようにしてい
る。尚、チャープ発生回路８のチャープ波は、送信アン
プ１０により増幅されてスイッチ９に出力される。

【００１１】上記振動子５で受信された受信信号は、受
信アンプ１１で増幅された後、パルス圧縮及びデコンボ
リューション演算処理を行う手段を形成する遅延回路１
２に入力される。この遅延回路１２は、例えば遅延量の
異るタップＴ１〜Ｔｎを多数設けたディレイラインで形
成され、各タップＴ１〜Ｔｎはそれぞれ乗算器Ｍ１〜Ｍ
ｎの一方の入力端に接続され、他方の入力端は、マルチ
プレクサ１４の出力端と接続されている。上記マルチプ
レクサ１４の入力端には、チャープ参照波発生回路１５
からのチャープ参照波と、デコンボリューション参照波
発生回路１６からのデコンボリューション参照波が印加
されるようになっている。

【００１２】このマルチプレクサ１４は、スイッチ９の
切換に連動して、一方の参照波のみを乗算器Ｍ１〜Ｍｎ
側に出力するように制御される（ようになっている）。
スイッチ９が例えばパルサ７側が選択される状態に設定
されると（接点ａがＯＮ）、マルチプレクサ１４は、デ
コンボリューション参照波を選択的に乗算器Ｍ１〜Ｍｎ
側に出力し、チャープ参照波は乗算器Ｍ１〜Ｍｎ側に出
力されない。チャープ波が選択されるようにスイッチ９
が切換えられると（接点ｂがＯＮ）、マルチプレクサ１
４は、チャープ参照波を選択的に乗算器Ｍ１〜Ｍｎ側に
出力するようになる。

【００１３】上記遅延回路１２を通した受信信号に対
し、マルチプレクサ１４を通した参照波とを乗算器Ｍ１
〜Ｍｎで乗算し、さらに加算器１７で、これら乗算器Ｍ
１〜Ｍｎで乗算された乗算信号を加算することにより、
パルス圧縮処理あるいはデコンボリューション処理され
た処理済受信信号が生成され、図示しない超音波画像処
理回路に出力される。

【００１４】この実施例では、例えば振動子５は、図示
しない回転機構により回転駆動され、この回転駆動によ
り、超音波がプローブ２の周方向に放射状に出射され、
且つこれら放射状に出射された超音波のエコー信号を受
信し、受信信号処理回路４等を経てモニタに、周方向に
対する超音波断層画像を表示できるようにしている。
又、この実施例では、スイッチ９は、例えば図示しない
コントローラで交互に切換えられるようになっている。
次に、この実施例の動作を以下に説明する。先ず、スイ
ッチ９の接点ｂがＯＮした場合について説明する。

【００１５】チャープ発生回路８で直線的に周波数が変
化するチャープ波が図２（ａ）に示すように発生され、
送信アンプ１０で所定の振幅まで増幅し、スイッチ９を
経由して振動子５を駆動し生体内に超音波を出射する。
そして、生体から戻ってきた超音波信号は再び振動子５
で受波され、受信アンプ１１で所定の大きさに増幅さ
れ、遅延回路１２に入力される。この遅延回路１２の各
タップの出力信号をｘ（ｔ，ｋ）＝ｘ（ｔ−１）〜ｘ
（ｔ−ｎ）とすると、次の（１）式にしたがってチャー
プ参照波発生回路１５の出力計数ｇ（ｋ）＝ｇ（１）〜
ｇ（ｎ）の値と乗算器Ｍ１〜Ｍｎで乗算され、加算器１
７の出力としてｙ（ｔ）を得る。ところで、この場合は
マルチプレクサ１４は被乗算係数としてチャープ参照波
発生回路１５のチャープ波を選択している。

【００１６】ｙ（ｔ）＝Σｘ（ｔ−ｋ）＊ｇ（ｋ）（１）ここで、ｔは信号が到来する時刻、ｋはタップ係数を表
し、Σはｋ＝１からｋ＝ｎまでの総和を表す。

【００１７】この時、もとのチャープパルスの長さを
Ｔ、周波数帯域幅をＷとすると、上記の演算処理により
図２（ｂ）に示すように（図２（ａ）に示すものをパル
ス圧縮処理を行わないで受信したものに比べ）パルス幅
が１／Ｗ倍に圧縮され、振幅が（Ｔ＊Ｗ）^1/2倍に大き
くなり信号対雑音比が改善される。例えば、パルス幅Ｔ
を５μＳｅｃ、周波数帯域幅Ｗを１０ＭＨｚとすると信
号対雑音比の改善度は約７倍（１７ｄＢ）となる。この
信号対雑音比の改善により従来のピークパワーでは見え
なかったより深部のところが観察可能になり、深達度が
向上する。

【００１８】次に近距離を観察するのに適したスイッチ
９の接点ａがＯＮしたとする。この切換えにより、マル
チプレクサ１４は、デコンボリューション参照波発生回
路１６のデコンボリューション参照波が選択使用される
ことになる。

【００１９】まず、パルサ７でインパルス波を発生し振
動子５を駆動する。そして、生体から戻ってきた超音波
信号は再び振動子５で受波され、パルス圧縮時と同様に
受信アンプ１１を経由して遅延回路１２に入力される。
この遅延回路１２の出力ｘ（ｔ，ｋ）＝ｘ（ｔ−１）〜
ｘ（ｔ−ｎ）はマルチプレクサ１４の出力であるデコン
ボリューション参照波１６の係数ｈ（ｋ）＝ｈ（１）〜
ｈ（ｎ）と、次の（２）式をもとにデコンボリューショ
ン演算を行う。

【００２０】ｚ（ｔ）＝Σｘ（ｔ−ｋ）＊ｈ（ｋ）（２）ここで、Σは１式と同様にｋ＝１からｋ＝ｎまでの総和
を行うことを示す。この式自体は通常の畳み込み積分で
あり、（２）式をフーリエ変換すると次のように単なる
乗算で表せる。

【００２１】Ｚ（ｗ）＝Ｘ（ｗ）＊Ｈ（ｗ）（３）ここで、Ｚ（ｗ），Ｘ（ｗ），Ｈ（ｗ）はそれぞれｚ
（ｔ），ｘ（ｔ），ｈ（ｔ）のフーリエ変換を表す。

【００２２】ところで、高分解能とするにはパルスの時
間幅を短くする必要があり、そのためにはパルスのもつ
周波数帯域をフラットにする必要がある。そこで、振動
子５や受信アンプ１１で周波数歪を受けて帯域幅が小さ
くなった信号Ｘ（ｗ）を係数Ｈ（ｗ）で補正して、周波
数特性をフラットにする。この周波数特性を補正するの
がＨ（ｗ）であり、この逆フーリエ変換がｈ（ｋ）であ
る。

【００２３】周波数軸の演算（３）式と時間軸上での演
算（２）式は等価であるために実際の処理は（２）式に
より、乗算器Ｍ１〜Ｍｎ、加算器１７により行われる。
このデコンボリューション処理の様子を示したのが図３
である。図３（ａ）は送信信号で、図３（ｂ）は生体か
ら戻ってきた受波信号である。図３（ｂ）に示す受波信
号は振動子等の周波数歪のために波形がなまり尾引きの
ある信号となる。このままでは時間分解能が悪いので、
デコンボリューション処理を行うと図３（ｃ）に示すよ
うな尾引きの少ない良好な波形となる（図３（ｃ）では
デコンボリューション信号と記してある）。

【００２４】パルス圧縮とデコンボリューション処理の
切換えの１例は次のような方法で行う。送信毎にチャー
プ波送信とインパルス送信をスイッチ９を（図示しない
コントローラ等の制御で）交互に切換えて行う。インパ
ルス送信を行った場合は近距離部分の受信波を対象に、
デコンボリューション処理を行い高解像度の画像データ
を得る。また、チャープ波送信の場合は遠距離部分の受
信波を対象に、パルス圧縮を行い高深達度の画像データ
を得られる。そして、デコンボリューションによって得
られた画像データとパルス圧縮によって得られた画像デ
ータを、近距離側ではデコンボリューション処理した画
像の重みが大きく、遠距離側ではパルス圧縮処理した画
像の重みが大きくなるように合成して１画面の画像デー
タを作成する。この合成を行う関数形を、ユーザが種々
選択できるようにしても良いし、単にある距離を境に近
距離側ではデコンボリューション処理画像、遠距離側で
はパルス圧縮処理画像となるようにしても良い。

【００２５】このようにして１実施例により得られる画
像は、デコンボリューション処理による画像部分は、イ
ンパルス波を送信して得るものであり、チャープ波を送
信する場合と違ってデッドゾーンが生じないため、至近
距離の画像データが容易に得られる。

【００２６】また、この実施例によれば、デコンボリュ
ーション処理を行うために追加した回路は、基本的には
インパルス波を送信するためのパルサ、デコンボリュー
ション参照波及び参照波を切換えるためのマルチプレク
サであり、小規模の追加で済む。

【００２７】なお、遅延回路１２の代わりにＳＡＷフィ
ルタを用いても良い。また、超音波プローブ２の先端側
に光学的な観察手段を設けるようにしてもよい。この場
合には照明手段も設ける。また、振動子５をメカニカル
に回転等させるメカニカルな走査手段を用いても良い
し、電子式な走査手段を用いても良い。

【００２８】ところで、上記１実施例ではパルス圧縮と
デコンボリューションは交互に切換えて、２つの処理に
よる画像を１つに合成するように説明したが、本発明は
これに限定されるものでない。例えば、交互に切換える
ことにより得られるそれぞれの画像データをメモリ等の
記憶手段に記憶したり、光ディスク装置等の画像データ
記録手段などに記録し、ユーザが自由に選択して表示で
きるようにしても良い。また、それぞれの画像データか
ら合成表示とか、合成しないで表示することを選択でき
るようにしても良い。

【００２９】また、２つの処理による画像を交互に得る
のもに限らず、スイッチ９を手動で操作することによ
り、選択された一方の処理画像を得るようにしても良
い。また、測定レンジに応じてどちらかが選択されるよ
うに固定にしても良い。例えば、５cmレンジではデコン
ボリューションを、１０cmレンジではパルス圧縮を行う
ように設定しても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、チ
ャープ波に対するパルス圧縮手段とインパルス波に対す
るデコンボリューション処理手段とを設けてあるので、
遠距離部をチャープ波によるパルス圧縮で観察し、近距
離部をインパルス波によるデコンボリューション処理で
観察することが可能となり、高深達度が得られると同時
に、近距離部を高分解能で観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】チャープ波を送信した場合における受信信号に
対するパルス圧縮の動作説明図。

【図３】インパルス波を送信した場合における受信信号
に対するデコンボリューション処理の動作説明図。

【符号の説明】

１…超音波診断装置２…超音波プローブ３…送信信号発生回路４…受信信号処理回路５…超音波振動子７…パルサ８…チャープ発生回路９… スイッチ１０…送信アンプ１１…受信アンプ１２…遅延回路１４…マルチプレクサ１５…チャープ参照波発生回路１６…デコンボリューション参照波発生回路１７… 加算器Ｍ１〜Ｍｎ…乗算器Ｔ１〜Ｔｎ…タップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数が変化するチャープ信号を発生す
るチャープ発生回路と、インパルスを発生するインパル
ス発生回路と、前記チャープ発生回路及び前記インパル
ス発生回路による２つの送信信号を切換える切換手段
と、被検体に超音波信号を出射するための振動子と、受
信信号を遅延し、遅延量が異る複数の遅延信号を生成す
る遅延手段と、パルス圧縮処理を行うためのチャープ参
照波及びデコンボリューション処理を行うデコンボリュ
ーション参照波とを発生する参照波発生手段と、前記２
つの送信信号に応じて前記チャープ参照波及びデコンボ
リューション参照波を選択するための選択手段と、前記
選択手段で選択された出力及び前記遅延手段の出力を用
いてパルス圧縮処理及びデコンボリューション処理を行
う演算手段とから構成されることを特徴とする超音波診
断装置。