JPH07136161A - 信号処理方法及び信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外来ノイズの影響をより小さくする信号処理
装置を実現する。 【構成】 複数の入力信号をそれぞれ複数段の増幅器に
より増幅し加算する信号処理装置において、各段の途中
の増幅器の入出力の位相が複数の信号のそれぞれで反転
するように反転増幅器１２ｂ，１３ｂ，１２ｄ，１３ｃ
と非反転増幅器１２ａ，１２ｃ，１３ａ，１３ｄとを組
み合わせて増幅し、かつ、増幅手段の最終段で増幅出力
信号の位相が一致するように加算する加算回路１４ａ，
１４ｂ，５とを備え、各段の増幅器の入出力に混入する
外来ノイズを打ち消すことを特徴とする信号処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は信号処理方法及び信号処
理装置の改良に関し、外来ノイズの影響に配慮され、特
に超音波信号処理に好適な信号処理方法及び信号処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】微弱な信号を増幅する信号処理において
は、外来ノイズが混入することによるＳＮ比の低下が問
題になる。

【０００３】ここで、複数の入力信号を複数チャネルの
増幅器で増幅する超音波診断装置を例にして、そのノイ
ズ対策について説明する。超音波診断装置では、複数の
トランスデューサからの微弱な受信信号をそれぞれ複数
チャネルの増幅器で増幅した後に加算する構成になって
いる。一般には、チャネル数は３２，６４，１２８等で
ある。

【０００４】図４は一般的な超音波診断装置の受信信号
の増幅部分の構成を示す構成図である。この図４におい
て、被検体から反射してくる超音波信号をトランスデュ
ーサ１ａ〜１ｄで検出し、このように検出された微弱な
信号をプリアンプ２ａ〜２ｄで増幅する。更に、このプ
リアンプ２ａ〜２ｄの出力を可変ゲインアンプ３ａ〜３
ｄにより所望のゲインで増幅し、これを遅延加算回路４
ａ，４ｂで所定の遅延を与えながら加算する。そして、
この遅延換算回路４ａ，４ｂの出力を加算回路５で加算
して単一の出力信号を得るようにしている。

【０００５】このような構成において、プリアンプ２ａ
〜２ｄや可変ゲインアンプ３ａ〜３ｄの入出力部分の配
線パターンで外来ノイズを拾うことがある。このような
段階では信号のレベルも小さいので、ＳＮ比の悪化を避
けることができない。また、信号と同時にノイズも増幅
されることになる。

【０００６】超音波診断装置の場合、特に、ディジタル
ビームフォーマを使用している場合、このディジタル部
分から発生するノイズがプリアンプや可変ゲインアンプ
部分に混入し易い問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなノイズを防
止するためには、信号増幅部分へのシールドの強化やプ
リント基板のグランド強化を行っている。また、同じ装
置内のディジタル回路部分からのノイズが電源を介して
混入することを防止するため、電源フィルタの強化も行
っている。このような対策は、ある程度は効果があるも
のの、ノイズの混入を完全に防止することはできない。

【０００８】特に超音波診断装置においては、複数チャ
ネルの微小信号を増幅するアンプ部分とディジタルビー
ムフォーマ部分とが隣接して配置されているが、このデ
ィジタルビームフォーマから輻射されるノイズがアンプ
部分に混入してＳ／Ｎを低下させることが問題になるこ
とがある。

【０００９】また、プリアンプを差動出力とし、可変ゲ
インアンプの入力を差動入力とすることで、ノイズが混
入した場合であってもノイズを打ち消すようにして、そ
の影響をある程度抑えることができる。しかし、このよ
うに、アンプ部を差動出力−差動入力とすることは回路
構成を複雑化する問題を有している。

【００１０】尚、以上の問題について超音波診断装置を
例にして説明したが、これに限らず、微弱な信号を処理
する回路においても同様の問題が発生している。本発明
は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、外来
ノイズの影響をより小さくする信号処理方法及び信号処
理装置を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題は、第一に、
複数の入力信号をそれぞれ複数段の増幅器により増幅し
加算する信号処理方法において、各段の途中の増幅の入
出力段階での位相が複数の信号のそれぞれで反転するよ
うに反転増幅と非反転増幅とを組み合わせて増幅し、か
つ、増幅手段の最終段で増幅出力信号の位相が一致する
ように加算することにより、各段の増幅器の入出力に混
入する外来ノイズを打ち消すことを特徴とする信号処理
方法により解決され、第２に、複数の入力信号をそれぞ
れ複数段の増幅器により増幅し加算する信号処理装置に
おいて、各段の途中の増幅器の入出力の位相が複数の信
号のそれぞれで反転するように反転増幅器と非反転増幅
器とを組み合わせて構成された増幅手段と、増幅手段の
最終段で増幅出力信号の位相が一致するように加算する
加算手段とを備え、各段の増幅器の入出力に混入する外
来ノイズを打ち消すことを特徴とする信号処理装置によ
り解決される。

【００１２】

【作用】課題を解決する手段において、反転増幅と非反
転増幅との増幅出力信号が位相が一致した状態で加算さ
れることで、各段の入出力で混入したノイズの位相がそ
れぞれ相補的にされた状態で加算されることになり、ノ
イズ同士が打ち消され、ノイズの影響の少ない増幅出力
が得られる。

【００１３】

【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。図１は本発明の一実施例の構成を示す構成
図である。この図１に示す実施例では信号処理装置を超
音波診断装置に用いる場合を例にして説明を行うものと
し、既に説明した図４の構成と同一物には同一番号を付
してある。図４の構成と異なる部分は、各段の途中の増
幅器の入出力の位相が複数の信号のそれぞれで反転する
ように反転増幅器と非反転増幅器とを組み合わせて増幅
し、かつ、増幅手段の最終段で増幅出力信号の位相が一
致するように構成している点である。尚、図１に示す信
号処理装置は一例として４チャネルのトランスデューサ
１ａ〜１ｄで受信した信号を処理する場合の信号処理を
例にして説明を行う。

【００１４】図２は図１に示した構成の信号処理装置を
用いて信号処理を実行した場合の動作を示すシーケンス
図である。このように構成された本実施例の超音波診断
装置の動作、すなわち信号処理装置の動作及び信号処理
方法を図２のシーケンス図を参照して説明する。

【００１５】各チャネルのトランスデューサ１ａ〜１ｄ
で超音波信号を変換して得られた信号は、それぞれプリ
アンプ１２ａ〜１２ｄにより増幅される。ここで、プリ
アンプ１２ａ，１２ｃは非反転増幅を行っており、プリ
アンプ１２ｂ，１２ｄは反転増幅を行っている。

【００１６】そして、それぞれのプリアンプ１２ａ〜１
２ｄの出力信号は、可変ゲインアンプ１３ａ〜１３ｄに
て所定の利得が得られるように増幅される。ここでは、
可変ゲインアンプ１３ａ，１３ｄが非反転増幅を行って
おり、可変ゲインアンプ１３ｂ，１３ｃが反転増幅を行
っている（図２ステップ１）。

【００１７】可変ゲインアンプ１３ａ，１３ｂの出力信
号は遅延加算回路１４ａにおいて所定の遅延を与えられ
つつ加算される。同様にして、可変ゲインアンプ１３
ｃ，１３ｄの出力信号は遅延加算回路１４ｂにおいて所
定の遅延を与えられつつ加算される。ここでは、遅延加
算回路１４ａが非反転の遅延加算を行い、遅延加算回路
１４ｂが反転の遅延加算を行う。すなわち、この遅延加
算の出力信号においては、元の入力信号の極性に戻すよ
うにする（図２ステップ２）。

【００１８】この後に、加算回路５により遅延加算回路
１４ａ，１４ｂの出力信号を加算して外部に出力する。
ここで、プリアンプ１２ａ〜１２ｄの出力と可変ゲイン
アンプ１３ａ〜１３ｄの入力側との間にノイズが混入す
る場合を考える。

【００１９】トランスデューサ１ａ，１ｂに同一振幅，
同一位相の信号が得られているとすると、プリアンプ１
２ａ，１２ｂでそれぞれ非反転，反転増幅され、同じノ
イズが混入し、更に、可変ゲインアンプ１３ａ，１３ｂ
でそれぞれ非反転，反転増幅される。この可変ゲインア
ンプ１３ａの出力信号を図３（ａ）に示し、可変ゲイン
アンプ１３ｂの出力信号を図３（ｂ）に示す。この図３
（ａ），（ｂ）に示した信号波形を比較すると、同一の
入力信号に対して反転した波形のノイズが混入している
様子がわかる。この状態の信号を遅延加算回路１４ａで
遅延加算するが、加算された信号は図３（ｃ）に示すよ
うになる。すなわち、ノイズ成分のみ相殺された信号が
得られる。尚、この図３では、説明を簡略化するために
遅延加算回路１４ａの入出力で信号の振幅を等しくした
ものを図示している。

【００２０】このように信号処理回路の各段で途中の増
幅の入出力段階での位相が複数の信号のそれぞれで反転
するように反転増幅と非反転増幅とを組み合わせて増幅
し、かつ、増幅手段の最終段で増幅出力信号の位相が一
致するように加算することにより、信号が反転状態にな
っている各段の増幅器の入出力に混入する外来ノイズを
加算することで、加算の段階では外来ノイズの位相が相
補的なものになるため相殺することが可能になる。

【００２１】同様に、可変ゲインアンプ１３ａ，１３ｂ
の出力と遅延加算回路１４ａ，１４ｂとの間に外来ノイ
ズが混入した場合には、遅延加算回路の出力信号におい
て外来ノイズの位相が相補的なものになるため、加算回
路５で加算を行うことで外来ノイズを相殺することが可
能になる。

【００２２】尚、このような回路構成では遅延加算回路
１４ａ，１４ｂの出力段で混入した外来ノイズを除去す
ることはできないが、この段階では目的の信号は増幅さ
れて信号レベルが十分大きくなっており、ノイズの影響
をあまり考える必要はなくなる。

【００２３】以上の実施例では、４チャネルのトランス
デューサを用いた場合を例にしたが、ノイズを相補的に
除去するには２の倍数に相当するチャネルであれば良
い。また、チャネル数が多くなった場合には、遅延加算
回路の出力信号の全てを一つの加算回路で加算する構成
にしても良く、また、２組の信号毎に加算回路を組み合
わせて加算する構成にしても良い。このように多数の加
算回路を組み合わせて加算をおこなう場合には、それぞ
れの信号で反転と非反転とを組み合わせてノイズを除去
するようにすることも可能である。

【００２４】尚、実際の超音波診断装置の動作状態にお
いては、遅延加算回路での遅延時間が各エレメント毎に
異なることにより、エレメント相互の遅延時間差が大き
いときには同相のノイズ同士が加算されることはないの
で問題とならず、エレメント相互の遅延時間差が小さい
ときには従来の装置では各エレメントで混入したノイズ
が加算されることによりノイズの影響が大きくなってい
たが、本発明はこのような場合にノイズ除去の効果を顕
著に奏するものである。

【００２５】また、本発明では、プリアンプや可変ゲイ
ンアンプ等に差動入出力型の回路を使用しないので、回
路構成は簡易である。以上の実施例は超音波診断装置を
例にして説明を行ってきたが、これ以外にも複数の信号
を同一機能の回路ブロックにより処理する各種信号処理
装置や信号処理方法に本実施例のノイズ除去技術を使用
することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、複数の入力信号を増幅，加算する際に信号極性を交
互に反転，非反転することで、各段の入出力で混入した
ノイズ同士が打ち消され、ノイズの影響の少ない増幅出
力が得られることにより、外来ノイズの影響をより小さ
くする信号処理装置及び信号処理方法が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の信号処理装置の概略構成を
示す構成図である。

【図２】本発明の一実施例の信号処理装置の処理の概要
を示すシーケンス図である。

【図３】本発明の一実施例における信号処理の様子を示
す波形図である。

【図４】従来の信号処理装置の概略構成を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ トランスデューサ ５ 加算回路 １２ａ〜１２ｄ プリアンプ １３ａ〜１３ｄ 可変ゲインアンプ １４ａ〜１４ｂ 遅延加算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の入力信号をそれぞれ複数段の増幅
   器により増幅し加算する信号処理方法において、 各段の途中の増幅の入出力段階での位相が複数の信号の
   それぞれで反転するように反転増幅と非反転増幅とを組
   み合わせて増幅し、かつ、増幅された最終段で増幅出力
   信号の位相が一致するように加算することを特徴とする
   信号処理方法。
2. 【請求項２】 複数の入力信号をそれぞれ複数段の増幅
   器により増幅し加算する信号処理装置において、 各段の途中の増幅器の入出力の位相が複数の信号のそれ
   ぞれで反転するように反転増幅器と非反転増幅器とを組
   み合わせて構成された増幅手段と、 増幅手段の最終段で増幅出力信号の位相が一致するよう
   に加算する加算手段とを備えたことを特徴とする信号処
   理装置。