JPH0681617B2 - 超音波計測装置 - Google Patents

超音波計測装置

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JPH0681617B2
JPH0681617B2 JP63147458A JP14745888A JPH0681617B2 JP H0681617 B2 JPH0681617 B2 JP H0681617B2 JP 63147458 A JP63147458 A JP 63147458A JP 14745888 A JP14745888 A JP 14745888A JP H0681617 B2 JPH0681617 B2 JP H0681617B2
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進一郎 植野
博 福喜多
伸昭 古谷
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被検体内に超音波を送波し、被検体内からの
反射波を受波して受信信号に変換し、この受信信号から
被検体内の音響特性を計測する超音波計測装置に関する
ものである。
従来の技術 従来、生体内の情報を超音波を用いて得る方法として
は、超音波診断装置がある。この超音波診断装置におい
ては、生体内に超音波を送波し、生体内からの反射波を
受波し、この反射波より生体内の情報を得るパルス反射
法を用いるものが主流を占めている。このパルス反射法
は生体内の音響インピーダンス差のある界面からの反射
エコー強度、すなわち振幅値と超音波の伝搬時間とから
生体内の情報を2次元的に集めて表示することにより断
層像を得るものである。しかし、近年、主に生体組織の
形状診断を行う超音波診断装置に対し、生体内組織形状
以外の情報も得たいという要望が高まっている。このよ
うな生体組織の質に関する情報は、例えば生体内の各種
臓器での特有の値を有する超音波の減衰の大きさ、音速
等を計測することにより得ることができる。この超音波
の減衰係数の周波数依存度を計測する方法としては、例
えば、プロシーディング・オブ・ザ・アイイーイーイー
(PROCEEDINGS OF THE IEEE),VoL73,No.7,1985,115
9〜1168頁ROMANKUC著に記載されているSD(Spectral−d
ifference)法が知られている。
以下、上記従来のSD法について第4図を参照しながら説
明する。第4図は超音波の反射信号の一例を示してい
る。SD法は第4図に示すような反射信号の異なった伝搬
距離、例えば、D1とD2の部位をある区間ウインドウ関
数、例えばハミングウインドウ等で抜き出し、その差を
解析することによりD1とD2間の減衰係数の周波数依存度
を求めるものである。領域D1と領域D2との距離をd、こ
の間の減衰特性は一定とし、この減衰係数の周波数依存
度をβ(dB/MHz/cm)とすると、領域D1と領域D2との間
のパワー伝達関数|H(f)|2は次の(1)式のようにβの
関数で表わすことができる。
|H(f)|2=10−0.2βfd ……(1) 領域D1および領域D2のウインドウにより抜き出したデー
タより算出されたパワースペクトルをそれぞれP
1(f),P2(f)とすると、パワースペクトルP
1(f),P2(f)とパワー伝達関数|H(f)|2との間に
は、次の(2)式の関係がある。
|H(f)|2=P2(f)/P1(f) ……(2) 上記(1),(2)式よりパワー伝達関数|H(f)|2の対数ス
ペクトルは次の(3)式のようになる。
10log10|H(f)|2 =10log10P2(f)−10log10P1(f) =−2βfd ……(3) そして、10log10P2(f)−10log10P1(f)の周波数f
に関する傾きを求めることにより減衰係数の周波数依存
βを求めることができる。
発明が解決しようとする課題 第4図に示すように超音波の受信信号は、減衰係数の周
波数依存度β(dβ/MHz/cm)の伝搬媒体中を伝搬して
いくに従って減衰する。例えば周波数依存度βが0.7dB/
MHz/cmの媒体中では4cmの距離を往復する間に/MHzの超
音波信号は5.6dB減衰する。これを線形を増幅器だけで
処理すると、更に深いところからの反射信号は微弱にな
り、A/D変換器の量子化誤差が問題になる。このため、
従来の超音波診断装置では、対数圧縮や伝搬距離に依存
した可変利得増幅器等を用いて超音波変換器から遠い領
域のデータを増幅している。しかし、超音波の受信信号
を解析して伝搬媒体の音響特性を測定する場合には、複
雑な対数圧縮や可変利得増幅器の特性を考慮して解析し
なければならない。
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、減衰媒体による超音波反射信号の増幅値減少に
対し、非線形増幅器により増幅してもA/D変換器の量子
化誤差増加を少なくすることができ、減衰媒体中の音響
特性の測定精度を向上させることができるようにした超
音波計測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に送波し、被検体からの反射エコ
ーを受波する超音波変換器と、この超音波変換器の受信
信号を増幅するプリアンプと、このプリアンプの出力を
複数の伝搬領域に対応して線形増幅し、増幅率の異なる
複数の増幅器と、この複数の増幅器の出力をA/D変換す
る少なくとも2個のA/D変換器と、上記複数の伝搬領域
に対応し、上記複数のA/D変換器の出力を記憶する複数
のメモリと、この複数のメモリに記憶されたデータより
音響特性を演算する音響特性演算部と、上記複数のメモ
リに上記複数の増幅器の出力を記憶させるときに上記音
響特性演算部で用いるウインドウ幅に対応する領域を重
複して記憶させるように上記複数のメモリの書き込み制
御信号を発生するタイミング制御部と、上記音響特性演
算部の出力を表示する表示部とを具備したものである。
作 用 本発明は、上記の構成により次のような作用を有する。
すなわり、被検体からの反射エコーを超音波変換器で受
波して受信信号に変換し、この受信信号をプリアンプで
増幅し、このプリアンプの出力を複数の伝搬領域に対応
して複数の線形増幅器によって増幅させ、A/D変換器に
よりA/D変換して複数のメモリに記憶させる。このと
き、伝搬媒体の音響特性を解析するときに用いるウイン
ドウの幅に相当する領域を重複させて記憶させる。した
がって、異なった複数の伝搬領域の間の音響特性を解析
するときに、線形増幅器の切り替りの影響がウインドウ
内に含まれない。また、超音波変換器から遠い領域の受
信信号のデータも線形増幅器で適当な振幅に増幅するこ
とができる。
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。
第1図は本発明の一実施例における超音波計測装置を示
すブロック図である。第1図において、1は超音波パス
ルを送受波する超音波変換器、2は音響特性を測定しよ
うとする対象物である被検体、3は超音波変換器1を駆
動する信号を発生する駆動信号発生部、4は超音波変換
器1からの受信信号を増幅するプリアンプ、5aと5bはプ
リアンプの出力を2つの伝搬領域に対応して線形に増幅
する第1と第2の増幅器、6aは第1の増幅器5aの出力を
A/D変換する第1のA/D変換器、6bは第2の増幅器5bの出
力をA/D変換する第2のA/D変換器、7aは第1の変換器6a
の出力を記憶する第1のメモリ、7bは第2のA/D変換器6
bの出力を記憶する第2のメモリ、8は駆動信号発生部
3の駆動信号を発生するタイミングを発生し、第1,第2
のメモリ7a、7bの書き込みおよび読み出しタイミングを
発生するタイミング制御部、9は第1,第2のメモリ7a、
7bに記憶されたデータより音響特性を演算する音響特性
演算部、10は音響特性演算部9の出力を記憶、走査変換
する走査変換部、11は走査変換部10の出力を表示する表
示部である。
線形の増幅器5、A/D変換器6およびメモリ7は3組以
上あっても良いが、その動作は同様であるので、第1図
に示すようにそれぞれ2つ用いた場合について、以下、
その動作を説明する。
まず、駆動信号発生部3が駆動信号を発生し、超音波変
換器1を駆動させる。超音波変換器1は駆動信号を超音
波パルスに変換して被検体2に送波する。被検体2中を
伝搬する超音波パルスは、伝搬しながら組織の音響的性
質に対応して次々に散乱され、その一部は伝搬径路、す
なわち音響走査線上を逆行して超音波変換器1へ到達
し、受信信号に変換される。この過程で超音波パルスは
被検体組織の超音波減衰特性や超音波散乱特性の影響を
受ける。超音波変換器1の出力である受信信号はプリア
ンプ4で増幅され、例えば第2図の受信号波形のように
なり、線形の第1,第2の増幅器5a、5bに入力される。第
1の増幅器5aでは、第2図に示した受信信号における被
検体2内の浅い領域であるAの領域の信号が第1のA/D
変換器6aの定格入力範囲内で、かつ量子化ビットが有効
に使用できる程度に増幅される。この増幅された受信信
号は第1のA/D変換器6aでデジタル値に変換され、第1
のメモリ7aに記憶される。一方、Aの領域より深い領域
Bの受信信号が第2図に示すように音響特性演算部9に
用いるウインドウの幅W分だけAの領域に重複して上記
と同様に第2の増幅器5bにより増幅され、第2のA/D変
換器6bでデジタル値に変換され、第2のメモリ7bに記憶
される。このとき、第1の増幅器5aの増幅率よりも第2
の増幅器5bの増幅率を大きくし、Bの領域がAの領域と
同じ程度の受信レベルになるようにして各A/D変換器7
a、7bに入力する。また、メモリ7aに領域Aの受信信号
を記憶させるときの書き込み開始信号と終了信号および
第2のメモリ7bに領域Bの受信信号を記憶させるときの
書き込み開始と終了信号は、タイミング制御部8で発生
する。これらのメモリ制御信号は、駆動信号発生部3の
駆動信号に同期した時間関係で決まる。
次に、第3図を参照しながら音響特性演算部9で音響特
性を算出する際の第1,第2のメモリ7a、7bに記憶されて
いる受信信号の抜き出し方について説明する。第3図は
第1,第2のメモリ7a、7bに記憶してある領域A、領域B
のデータを伝搬距離を横軸にして示した図で、ウインド
ウの幅Wだけ重複している。今、ウインドウ幅Wで抜き
出した信号と微小距離d離れた信号との間の音響特性
を、例えば上記従来の技術の項で説明したSD法等で解析
する場合について説明する。まず、音響特性演算部9は
第1のメモリ7aに記憶されている領域Aの受信信号を用
いて浅い領域から音響特性を順々に算出する。例えば、
n−2とDn−1の領域のデータを用いてDn−2
n−1の間の音響特性を求め、次にDn−1とD
データを用いてDn−1とDの間の音響特性を求め
る。次のDとDn+1の間の音響特性を求める時は、
領域AにDn+1の部位のデータがすべて含まれていな
いので、第2のメモリ7bに記憶されている領域Bの受信
信号からDとDn+1に対応する部位を抜き出して用
い、更にDn+1とDn+2の間の音響特性を求める時
も同様に第2のメモリ7bに記憶されている領域Bの受信
信号からDn+1とDn+2を抜き出して用いる。この
ようにして音響特性演算部9で得られた音響特性の伝搬
距離依存性は走査変換部10で変換されて記憶され、表示
部11に表示される。
以上の説明から明らかなように本実施例によれば、2組
の線形増幅器5a、5bと、それぞれに対応したA/D変換器6
a、6bおよびメモリ7a、7bを有し、受信信号を音響特性
演算部に用いるウインドウ幅分だけ重複してそれぞれの
メモリ7a、7bに記憶させることによりA/D変換器6a、6b
の量子化誤差の低減を図り、増幅器切換時の影響をなく
し、高精度に音響特性を求めることができる。
なお以上の説明では、第3図に示すDとDn+1を比
較するとき、両方のデータとも領域Bの受信信号から抜
き出しているが、振幅情報を比較しないなら、Dは領
域Aから抜き出してもよい。また、ウインドウWで抜き
出したデータ区間dは、第3図ではd<Wとして説明し
てあるが、dWでもよい。また、線形の増幅器、A/D
変換器、メモリは3組以上用いてもよく、この場合、A/
D変換器は2つでもよく、第1のA/D変換器と第2のA/D
変換器を奇数番目、偶数番目の領域に分けて切り換えて
動作させればよい。
発明の効果 以上述べたように本発明によれば、受信信号を複数の伝
搬領域に対応して線形増幅し、増幅率の異なる複数の線
形増幅器と、この複数の増幅器の出力をA/D変換する少
なくとも2個のA/D変換器と、上記複数の伝搬領域に対
応し、上記複数のA/D変換器の出力を記憶する複数のメ
モリを有し、増幅されてデジタル変換された受信信号を
各々のメモリに記憶させるときに音響特性演算部で音響
特性を算出するのに用いるウインドウの幅に相当する領
域を重複させるようにしている。これにより異なる複数
の伝搬領域の間の音響特性を解析するとき、線形増幅器
の切り替りの影響がウインドウ内に含まれない。また、
超音波変換器から遠い領域の受信信号のデータも線形増
幅器で適当な振幅に増幅することができる。したがっ
て、A/D変換器の量子化誤差の影響を少なくすることが
でき、音響特性の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における超音波計測装置を示
すブロック図、第2図は上記実施例のプリアンプで増幅
された受信信号の波形とメモリに記憶させる伝搬領域を
示す図、第3図は上記実施例の音響特性演算部の演算動
作説明図、第4図は従来の超音波計測装置説明用の超音
波反射信号波形図である。 1……超音波変換器、2……被検体、3……駆動信号発
生部、4……プリアンプ、5a,5b……線形増幅器、6a,6b
……A/D変換器、7a,7b……メモリ、8……タイミング制
御部、9……音響特性演算部、10……走査変換部、11…
…表示部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波パルスを被検体に送波し、被検波か
    らの反射エコーを受波する超音波変換器と、この超音波
    変換器の受信信号を増幅するプリアンプと、このプリア
    ンプの出力を複数の伝搬領域に対応して線形増幅し、増
    幅率の異なる複数の増幅器と、この複数の増幅器の出力
    をA/D変換する少なくとも2個のA/D変換器と、上記複数
    の伝搬領域に対応し、上記複数のA/D変換器の出力を記
    憶する複数のメモリと、この複数のメモリに記憶された
    データより音響特性を演算する音響特性演算部と、上記
    複数のメモリに上記複数の増幅器の出力を記憶させると
    きに上記音響特性演算部で用いるウインドウ幅に対応す
    る領域を重複して記憶させるように上記複数のメモリの
    書き込み制御信号を発生するタイミング制御部とを具備
    したことを特徴とする超音波計測装置。
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