JPH11188037A

JPH11188037A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH11188037A
Application number: JP35734397A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Iwama; 信行岩間; Isao Uchiumi; 勲内海; Makoto Hirama; 信平間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JP3980733B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、気泡を主成分とする超音波造
影剤での反射で主に生じる基本周波数の整数倍に相当す
るハーモニック成分を高画質で画像化することのできる
超音波診断装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、送信系から振動子４に送信信号
を印加することにより被検体に超音波を送信し、被検体
から返ってきたエコーを受信系で受信し、この受信信号
を処理することにより超音波情報を取得する超音波診断
装置において、送信系は、電源電圧からパルス列を形成
するためのＭＯＳＦＥＴ１２，１３と、このＭＯＳＦＥ
Ｔ１２，１３からのパルス列にフィルタをかけて振動子
４に出力するローパスフィルタ１４と、ＭＯＳＦＥＴ１
２，１３のオン／オフを制御するトリガコントローラ２
とを有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気泡を主成分とす
る超音波造影剤や非線形反射を示す組織での反射で生じ
る基本周波数の整数倍に相当する高調波成分（ハーモニ
ック成分）を画像化する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波の医学的な応用としては種々の装
置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生
体の軟部組織の断層像を超音波診断装置である。この超
音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表示す
るものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩお
よび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、リア
ルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線などの被
曝がなく安全性が高く、さらに超音波ドプラ法により血
流イメージングが可能であるなどの独自の特徴を有して
いる。

【０００３】このため心臓、腹部、乳腺、泌尿器、およ
び産婦人科などでその活用範囲は広い。特に、超音波プ
ローブを体表から割り当てるだけの簡単な操作で心臓の
拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、
かつ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、ベ
ッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど
簡便である。

【０００４】このように様々な優位性のある超音波診断
であるが、近年ではさらに、気泡を主成分とする超音波
造影剤が開発され、その一部は既に実用されており、こ
の造影剤により主に循環器系の診断に著しい効果を発揮
している。

【０００５】この造影剤での反射の動きには、非線形現
象を伴う。つまり、超音波がこの造影剤で反射すると、
基本周波数の整数倍に相当する高調波成分（ハーモニッ
ク成分）が生じることが知られている。そこで、このハ
ーモニック成分だけを抽出して画像化すれば（この画像
化はハーモニックイメージングと呼ばれる）、主に造影
剤を高コントラストで観察することができるのである
が、以下に説明するような様々な問題が存在している。（送信系の問題）図１８には、送受信系の主要部の機能
ブロックを示している。送信系には、一定のレートでト
リガ信号を発生するトリガコントローラが設けられてい
る。このトリガコントローラからのトリガ信号によりパ
ルサのスイッチ素子が微小期間だけオンすると、電源電
圧が矩形のパルス波として振動子に印加されて、振動子
から超音波が発生するようになっている。最近では、信
号強度を高くするために、このパルス波を複数並べてい
わゆるバースト波で超音波を発生することが一般的に行
われている。

【０００６】このようなバースト波で発生する超音波に
は、図１９に示すように、基本周波数成分（ｆ0 （例え
ば５ＭＨｚ））だけでなく、その整数倍のハーモニック
成分も含まれる。通常のイメージングでは、このハーモ
ニック成分は、アーチファクトの原因となるし、また、
ハーモニックイメージングでは、抽出したハーモニック
成分には、主に造影剤の反射で生じるハーモニック成分
だけでなく、送信波に元々含まれているハーモニック成
分も混在することになり、主に造影剤の抽出能が低下し
てしまう。

【０００７】このような問題を解決するには、送信信号
からハーモニック成分を除去しなければならないが、こ
れには、高次のフィルタを送信系に組み込まなければな
らない。さらに、基本周波数やハーモニックはプローブ
の周波数仕様に応じて変化するので、これにカットオフ
周波数を追従させる必要があるが、これには回路が複
雑、大規模になるという欠点がある。（受信系の問題１）一方、受信系は、図１８に示すよう
に、受信したエコー信号を、プリアンプＡＭＰで増幅し
た後、アナログディジタル変換器ＡＤＣのサンプリング
周波数の２倍以上の周波数成分をローパスフィルタＬＰ
Ｆで除去してエリアシング（折り返し現象）が起きない
ようにしてからディジタル信号に変換している。

【０００８】ところで、エコー信号には、基本周波数成
分とハーモニック成分が含まれるが、ハーモニック成分
は図２０に示すように基本周波数成分のパワーより４０
ｄＢほど低いのが一般的である。一方、周知の通り、ア
ナログディジタル変換器には飽和レベルが決まってい
る。この飽和レベルを上限として、プリアンプのゲイン
を調整しているのであるが、これはパワーの高い基本周
波数成分を基準に行われる。従って、それより４０ｄＢ
ほど低いハーモニック成分を十分増幅することはできな
いものであった。（受信系の問題２）また、受信系には、図１８に示すよ
うに、送信時の高電圧で受信系の主にプリアンプが破壊
されることを防止するために、その前段に高圧リミッタ
が設けられている。この高圧リミッタは、図２１に示す
ように、電圧レベルに応じて自動的に動作するようにダ
イオードで組んだものが一般的である。例えば、同図
（ａ）に示すように、受信時の微小な信号は、Ｖｃｃ―
Ｒ１―Ｄ１―Ｒ２とＶｃｃ―Ｒ１―Ｄ２―Ｒ３とにバイ
アス電流が流れてダイオードＤ１，Ｄ２がオン状態にな
るので、当該リミッタを通過する。一方、基準電圧Ｖｃ
ｃを越える大振幅の送信パルスが当該リミッタに印加さ
れると、ダイオードＤ１は逆バイアスになり、オフ状態
になるので当該リミッタで遮断され得る。また、グラン
ドＧＮＤ以下の負の送信パルスが当該リミッタに印加さ
れると、ダイオードＤ１はオン状態になるが、ダイオー
ドＤ２は逆バイアスになり、オフ状態になるので当該リ
ミッタで遮断され得る。また、同図（ｂ）に示すよう
に、ダイオードブリッジによる電流リミッタでは、ダイ
オードＤ５，Ｄ６でリミッタ電圧を決めてこれ以上の電
圧を遮断するようにしている。

【０００９】しかし、このようなダイオードで組んだリ
ミッタは、バイアス電流を大きくすることにより、オン
抵抗を下げることができるが、消費電流が増大してしま
い、また、逆に、消費電流を下げようとすると、オン抵
抗が上がって信号損失が増大してしまい、熱雑音が増大
して信号精度自体劣化してしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、気泡
を主成分とする超音波造影剤での反射で主に生じる基本
周波数の整数倍に相当するハーモニック成分を高画質で
画像化することのできる超音波診断装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に示
すように、送信系から振動子に送信信号を印加すること
により被検体に超音波を送信し、被検体から返ってきた
エコーを受信系で受信し、この受信信号を処理すること
により超音波情報を取得する超音波診断装置において、
前記送信系は、電源電圧からパルス列を形成するための
スイッチ素子と、このスイッチ素子からのパルス列にフ
ィルタをかけて前記振動子に出力するフィルタと、前記
スイッチ素子のオン／オフを制御する制御手段とを有す
ることを特徴としている。スイッチ素子からのパルス列
は、基本的には矩形波であり、高調波成分（ハーモニッ
ク成分）を多分に含んでいるが、このハーモニック成分
はフィルタを介することで抑制される。従って、受信信
号から抽出したハーモニック成分には、造影剤の反射で
生じるハーモニック成分が支配的になり、造影剤の抽出
能が向上する。

【００１２】また、本発明は、請求項６に示すように、
送信系から振動子に送信信号を印加することにより被検
体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコーを受
信系で受信し、この受信信号を処理することにより超音
波情報を取得する超音波診断装置において、前記送信系
は、正の電源電圧からパルス波を得るための第１のスイ
ッチ素子と、負の電源電圧からパルス波を得るための第
２のスイッチ素子と、前記第１、第２のスイッチ素子か
ら出力されるパルス列にフィルタをかけて前記振動子に
出力するフィルタと、前記フィルタからの出力波形の包
絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似整形するよ
うに前記第１、第２のスイッチ素子のオン／オフを制御
する手段とを有することを特徴としている。フィルタの
出力波形は、その包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲
線に近似するので、請求項１の場合よりも、送信超音波
に含まれるハーモニック成分がより抑えられ、基本周波
数成分がより支配的になる。従って、受信信号から抽出
したハーモニック成分には、造影剤の反射で生じるハー
モニック成分が支配的になり、造影剤の抽出能が向上す
る。

【００１３】また、本発明は、請求項７に示すように、
送信系から振動子に送信信号を印加することにより被検
体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコーを受
信系で受信し、この受信信号を処理することにより超音
波情報を取得する超音波診断装置において、前記送信系
は、正の電源電圧を正弦波曲線又はシンク関数曲線に近
似する波形で出力する第１のレギュレータと、負の電源
電圧を正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似する波形で
出力する第２のレギュレータと、前記第１のレギュレー
タ及び前記第２のレギュレータと前記振動子との間に介
在されるスイッチ素子と、前記第１のレギュレータの出
力電圧と前記第２のレギュレータの出力電圧とが前記振
動子に交互に印加されるように前記スイッチ素子を制御
する制御手段とを有することを特徴としている。出力波
形はその包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に正負
両側に近似するので、請求項６の場合よりも、送信超音
波に含まれるハーモニック成分がより抑えられ、基本周
波数成分がより支配的になる。従って、受信信号から抽
出したハーモニック成分には、造影剤の反射で生じるハ
ーモニック成分が支配的になり、造影剤の抽出能が向上
する。

【００１４】また、本発明は、請求項８に示すように、
送信系から振動子に送信信号を印加することにより被検
体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコーを受
信系で受信し、この受信信号を処理することにより超音
波情報を取得する超音波診断装置において、前記送信系
は、電源電圧を正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似す
る波形で出力するレギュレータと、前記レギュレータと
前記振動子との間に介在されるスイッチ素子と、前記ス
イッチ素子のオン／オフを制御する制御手段とを有する
ことを特徴としている。振動子の印加波形はその包絡線
が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似するので、送信
超音波に含まれるハーモニック成分が抑えられ、基本周
波数成分が支配的になる。従って、受信信号から抽出し
たハーモニック成分には、造影剤の反射で生じるハーモ
ニック成分が支配的になり、造影剤の抽出能が向上す
る。

【００１５】また、本発明は、請求項９に示すように、
送信系から振動子に送信信号を印加することにより被検
体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコーを受
信系で受信し、この受信信号を処理することにより超音
波情報を取得する超音波診断装置において、前記受信系
には、前記振動子と、前記受信信号をディジタル信号に
変換するアナログディジタル変換器との間に、前記超音
波の基本周波数に対する高調波成分を主に通過するよう
にフィルタ特性が調整されたハイパスフィルタが設けら
れていることを特徴としている。受信信号に含まれる基
本周波数成分はアナログディジタル変換前に十分低下さ
れ、受信信号はハーモニック成分が支配的である。従っ
て、ハーモニック成分を基準にしてプリアンプのゲイン
を調整してハーモニック成分を飽和レベル付近まで増幅
することができ、画質の向上を図ることができる。

【００１６】また、本発明は、請求項１３に示すよう
に、送信系から振動子に送信信号を印加することにより
被検体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコー
を受信系で受信し、この受信信号を処理することにより
超音波情報を取得する超音波診断装置において、前記受
信系には、前記振動子と共に共振回路を構成するインダ
クタンス要素が設けられていて、前記共振回路の共振周
波数は前記超音波の基本周波数に対する高調波に調整さ
れていることを特徴としている。受信信号に含まれるハ
ーモニック成分を抽出して、画質の向上を図ることがで
きる。

【００１７】また、本発明は、請求項１４に示すよう
に、送信系から振動子に送信信号を印加することにより
被検体に超音波を送信し、被検体から返ってきたエコー
を受信系で受信し、この受信信号を処理することにより
超音波情報を取得する超音波診断装置において、前記受
信系には、前記振動子から前記受信信号を増幅するプリ
アンプに至る経路に介在されたＦＥＴと、前記経路を前
記送信信号に同期して遮断するように前記ＦＥＴの制御
する制御手段とが設けられていることを特徴としてい
る。ＦＥＴを使って、プリアンプに至る経路を遮断して
プリアンプが送信の高電圧で破壊することを防止するの
で、従来のダイオード方式に比べて、熱雑音の発生を抑
えて、画質の向上を図ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明による超音波診断装置を好ましい実施形態により詳細
に説明する。図１には、本実施形態に係る超音波診断装
置の送受信系の構成を示している。なお、図１は、１チ
ャンネル分の構成しか書かれていないが、複数チャンネ
ルの場合には図１の構成がチャンネル数分パラレルに設
けられる。送信系は、クロック発生回路１からのクロッ
ク信号ＣＫに基づいてトリガコントローラ２から発生さ
れるトリガ信号が、パルサ３に供給されると、パルサ３
から振動子４に送信信号（電圧信号）が供給されるよう
になっている。なお、通常は、トリガコントローラ２と
パルサ３との間に送信遅延素子が挿入されているが、こ
こでは省略している。

【００１９】振動子４は、送信信号を受けると、その振
幅振動に従って機械的に伸縮する。これにより超音波が
発生し、被検体に送信される。この超音波は生体内を伝
播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で
反射し、このエコーは振動子４に返ってきて振動する。
これにより、振動子４からは、微弱な電気信号（受信信
号）が発生する。

【００２０】受信系は、振動子５側から順番に、高圧リ
ミッタ５、共振要素６、バッファ７、ハイパス型フィル
タ（ＨＰＦ）８、プリアンプ９、ローパス型フィルタ
（ＬＰＦ）１０、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）
１１とを有している。なお、図示していないが、アナロ
グディジタル変換器１１の出力側には、受信遅延素子
（整相回路）と加算器とからなるディジタルビームフォ
ーマと呼ばれるディジタル回路が設けられ、ここで、あ
る方向からのエコー成分を強調するようになっている。
この受信系で得られたエコー信号は、図示しないが、Ｂ
モードやカラードップラモード等の信号処理系に送ら
れ、ここで、軟部組織断層像（Ｂモード画像）や血流画
像（平均速度、分散、パワー）等の超音波情報に処理さ
れる。そしてこの情報は、カラーディスプレイで表示さ
れる。

【００２１】図２には、図１のパルサ３の回路図を示し
ている。パルサ３には、正の電源電圧ＶH に対応するス
イッチ素子としてのＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（酸化
金属半導体電界効果トランジスタ）１２と、負の電源電
圧ＶN に対応するスイッチ素子としてのＮチャンネルの
ＭＯＳＦＥＴ１３とが設けられている。これら２つのＭ
ＯＳＦＥＴ１２，１３にはトリガコントローラ２からゲ
ート制御のためのトリガ信号ＴＲＧ１，ＴＲＧ２がそれ
ぞれ供給される。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２，１３の出
力側に、ローパス型フィルタ１４が設けられている。こ
のローパス型フィルタ１４のカットオフ周波数ｆcut
は、送信信号の中心周波数（基本周波数）の整数倍、こ
こでは２倍の周波数（２次高調波）に調整されている。
この調整により、ＭＯＳＦＥＴ１２，１３からの出力
（矩形波）に含まれる高調波成分（ハーモニック成分）
を抑制できるようになっている。

【００２２】図３には、ローパス型フィルタ１４の回路
図を示している。基本周波数は、主に振動子４の厚さに
よって決まる振動子４の共振周波数に合わされる。とこ
ろで、現在では、様々な診断部位や診断部位の深さ等に
合わせて、いろいろなタイプのプローブが用意されてお
り、これらを自由に差し替えて使い分けることができる
ようになっている。このプローブのタイプに合わせて、
振動子４の共振周波数もそれぞれ最適化されており、従
って振動子４の共振周波数は、一定とはいえない。この
ような様々な振動子４の共振周波数に合わせて、カット
オフ周波数ｆcut を変更できるように、ローパス型フィ
ルタ１４は、インダクタンスの異なる複数のインダクタ
ンス素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を選択可能に設けている。

【００２３】図４にこのパルサ３の動きを示している。
トリガコントローラ２は、クロック信号ＣＫに従って、
ＭＯＳＦＥＴ１２，１３にトリガ信号ＴＲＩＧ１，ＴＲ
ＩＧ２をそれぞれ発生する。なお、トリガ信号が“Ｈ”
レベルのときに、ＭＯＳＦＥＴ１２，１３がオン状態に
なり、そのオン期間の間、それぞれの電源電圧ＶH ，Ｖ
N がパルス波として振動子４に印加される。この電圧パ
ルスのパルス幅は、Ｈレベル期間によりほぼ完全に調整
することができる。これらトリガ信号ＴＲＩＧ１，ＴＲ
ＩＧ２は、交互にＨレベルにされる。また、このＨレベ
ルの期間は、トリガ信号ＴＲＩＧ１，ＴＲＩＧ２の区別
無く、時間経過に伴って、段階的に長くなり、その後、
段階的に短くなるように変調されている（Ｗ１＜Ｗ２＜
Ｗ３、Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６）。このようなトリガ信号ＴＲ
ＩＧ１，ＴＲＩＧ２でＭＯＳＦＥＴ１２，１３のオンオ
フが制御されると、ローパス型フィルタ１４には、極性
が交番し、パルス幅が段階的に長くなり、その後、段階
的に短くなるように変化する一連の電圧パルスの列が印
加される。この電圧パルス列が、ローパス型フィルタ１
４を通ると、短いパルスの波高値は小さく、長いパルス
の波高値は大きくなる傾向に変調され、その結果、出力
波形としては、正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似す
る。逆に、トリガコントローラ２は、ローパス型フィル
タ１４の出力波形が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近
似するように、ＭＯＳＦＥＴ１２，１３のオンオフを制
御してパルス幅を変調する。

【００２４】このように正弦波曲線又はシンク関数曲線
に近似したような波形の周波数スペクトラムを、従来の
ような矩形波の周波数スペクトラムと比較して、図５に
示している。周知の通り、あるいは図５から分かるとお
り、正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似したような波
形では、基本周波数ｆ0 の成分が支配的で、その整数倍
のハーモニック成分は著しく抑制されている。

【００２５】ところで、ハーモニックイメージングは、
受信信号から基本波成分を除去又は抑制して、ハーモニ
ック成分を抽出し、この抽出したハーモニック成分に基
づいて画像を生成するというものであり、その目的は、
主に造影剤を増強して画像化することにある。上述した
ように、送信超音波は基本周波数ｆ0 の成分が支配的
で、その整数倍のハーモニック成分は著しく抑制されて
いるので、受信信号から抽出したハーモニック成分に
は、造影剤の反射で生じるハーモニック成分が支配的に
なり、造影剤の抽出能が向上することになる。また、ハ
ーモニックイメージングだけでなく、通常のイメージン
グでも、ハーモニック成分はアーチファクトの原因にな
るので、送信超音波のハーモニック成分を抑制すること
により、アーチファクトを低減するという効果を得るこ
とができる。

【００２６】図６には、パルサ２の他の構成例を示して
いる。図２の場合には、電源電圧を直接的にＭＯＳＦＥ
Ｔ１２，１３に供給していたが、この構成例では、レギ
ュレータ１７，１８で適当な波形に整形してからＭＯＳ
ＦＥＴ１２，１３に供給するようにしている。レギュレ
ータ１７，１８で作る波形は、ディジタルアナログ変換
器（Ｄ／Ａ）１５，１６からの制御信号の波形によって
決まる。さらに、ディジタルアナログ変換器１５，１６
からの制御信号の波形は、トリガコントローラ２からの
ディジタル信号の波形に従って決まる。トリガコントロ
ーラ２は、レギュレータ１７，１８からの出力波形が、
図７に示すように、正弦波曲線又はシンク関数曲線に近
似する波形になるように、ディジタル信号を発生する。

【００２７】このような電圧波形に対して、トリガコン
トローラ２は、ＭＯＳＦＥＴ１２，１３が一定の周期で
交互にオンするように、トリガ信号ＴＲＩＧ１，ＴＲＩ
Ｇ２を発生する。これにより、振動子４には、図８に示
すように、包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近
似する波形を示すようなパルス列が印加される。なお、
スイッチＳＷは、ＦＥＴ１２，１３の両方がオフの時に
振動子４の蓄積電荷を基準電位（例えばＧＮＤゼロボル
トレベル）まで放電させるために設けられている。

【００２８】このようなパルス列で発生される送信超音
波は、基本周波数ｆ0 の成分が支配的になり、その整数
倍のハーモニック成分は著しく抑制されることになるの
で、受信信号から抽出したハーモニック成分には、造影
剤の反射で生じるハーモニック成分が支配的になり、造
影剤の抽出能が向上することになる。なお、図６には示
していないが、図２のようなローパス型フィルタ１４を
設けることにより、ハーモニック成分を送信超音波から
抑制する効果が期待できる。

【００２９】ここで、図２や図６では、正負で交番する
電圧波形を振動子４に印加するいわゆるバイポーラ型パ
ルサとして説明したが、正側のみ、または負側のみのユ
ニポーラ型パルサでも近似的に同様の効果を得ることが
できる。また、ＬＰＦ１４のカットオフ周波数をインダ
クタンス素子の切替により変更する方法を示したが、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１２，１３のバイアス電圧制御によるＯＮ抵
抗可変でも実現できる。また、バリキャップダイオード
等制御可能な素子であれば種々変更して実施できる。

【００３０】次に受信系について説明する。図９には、
図１の高圧リミッタ５の構成を示している。この高圧リ
ミッタ５は、高電圧の送信信号で受信系の特にプリアン
プ９が破壊されるのを防止するためのものであり、振動
子４からの受信信号の経路上にＭＯＳＦＥＴ２０が介在
され、そしてこのＭＯＳＦＥＴ２０にゲート制御信号Ｖ
gateを供給して経路の遮断／導通を制御するためのゲー
トコントローラ１９が設けられてなる。また、図１０に
示すように、２つ又はそれ以上のＭＯＳＦＥＴ２０をカ
スケードに設けるようにしてもよい。

【００３１】ゲートコントローラ１９は、図１１に示す
ように、トリガコントローラ２からトリガ信号を入力
し、このトリガ信号に基づいて、高電圧の送信信号が受
信系に流れ込むのを防止するように、ＭＯＳＦＥＴ２０
のゲートのオン／オフを制御する。具体的には、ＭＯＳ
ＦＥＴ２０のゲートは、トリガ信号の立ち上がりに同期
してオフされ、そしてこのオフ状態は、トリガ信号の立
ち下がり時から、過渡応答が所定レベル以下に安定する
ために必要な所定の時間Δｔだけ遅延した時まで継続さ
れる。送信信号が図１２に示すように複数のパルス波
（バースト波）からなる場合でも同様である。

【００３２】ＭＯＳＦＥＴ２０には、数オーム乃至数十
オーム程度の比較的オン抵抗に低いタイプがあり、この
タイプのＭＯＳＦＥＴ２０を遮断用スイッチとして採用
することにより、従来のダイオード方式に比べて、熱雑
音の発生を抑えて、画質の向上を図ることができ、また
省電力化も図ることができる。

【００３３】次に共振要素６について説明する。図１３
は、共振要素６の構成を示しており、インダクタンスの
異なる複数のインダクタンス要素Ｌ１、Ｌ２が選択可能
に設けられており、選択されたインダクタンス要素と、
キャパシタンス要素として機能する振動子４とで直列共
振回路を構成する。この共振回路の共振周波数は、超音
波の基本周波数に対する高調波に調整されている。もち
ろん、超音波の基本周波数が変化すると、別のインダク
タンス要素を選択して対応すればよいし、共振回路が不
要ならインダクタンス要素をパスする経路も用意されて
いる。このように共振要素６を設けることにより、受信
信号からハーモニック成分を効果的に抽出することがで
きる。

【００３４】なお、図１３に示すように共振要素６を振
動子４に対して直列に入れて直列共振を構成するように
してもよいし、図１４に示すように、共振要素６、つま
りインダクタンス要素Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を振動子４に対
して並列に入れて並列共振を構成するようにしてもよ
い。

【００３５】同様の目的で、振動子４とアナログディジ
タル変換器１１との間のいずれかの位置、ここではプリ
アンプ９の直前に、ハイパス型フィルタ８が設けられて
いる。このハイパス型フィルタ８のフィルタ特性、つま
りカットオフ周波数ｆcut は、図１５に示すように、受
信信号から、基本周波数成分を効果的に抑制し、ハーモ
ニック成分、特に２次高調波成分（２・ｆ0 ）を抽出す
るように、基本周波数ｆ0 に基づいて調整されている。
このハイパス型フィルタ８により、受信信号から、基本
周波数成分を抑制し、ハーモニック成分を抽出すること
ができる。

【００３６】ここでも様々な振動子４の共振周波数（基
本周波数）に合わせて、カットオフ周波数ｆcut を変更
できるように、図１６に示すように、ハイパス型フィル
タ８に、フィルタ特性の異なる複数のハイパス型フィル
タ要素２２，２３を選択可能に設けるようにしてもよ
い。また、通常のイメージングに対応できるように、ハ
イパス型フィルタ８をパスする経路を選択できるように
してもよい。さらに、ハイパス型フィルタ８として、図
１７に示すように、フィルタ特性を連続的に可変できる
タイプを採用してもよい。

【００３７】このように共振やハイパス型フィルタ６を
使って受信信号から基本波成分を抑制し、ハーモニック
成分を抽出することにより、次のような効果を獲得でき
る。まず、周知の通り、受信信号には基本周波数成分と
ハーモニック成分が含まれるが、ハーモニック成分は基
本周波数成分のパワーより４０ｄＢほど低いのが一般的
である。一方、アナログディジタル変換器１１には飽和
レベルが決まっている。この飽和レベルを上限として、
プリアンプ９のゲインを調整しているのであるが、従来
では、パワーの高い基本周波数成分を基準に行われてい
た。従って、それより４０ｄＢほど低いハーモニック成
分を十分増幅して広いダイナミックレンジで扱うことは
できないものであった。これに対して、共振やハイパス
型フィルタ６を使って、アナログディジタル変換前に基
本周波数成分を十分抑制し、受信信号をハーモニック成
分で支配的にしているので、ハーモニック成分を基準に
してプリアンプ９のゲインを調整して、ハーモニック成
分をアナログディジタル変換器１１の飽和レベル付近ま
で増幅することができる。これにより、ハーモニックイ
メージングの画質を向上することができる。

【００３８】以上のように本実施形態によれば、（１）
送信信号に含まれるハーモニック成分を抑制することに
より、受信信号から抽出したハーモニック成分には、造
影剤の反射で生じるハーモニック成分が支配的になり、
造影剤の抽出能が向上する、（２）アナログディジタル
変換前に受信信号をハーモニック成分で支配的にしてお
くことにより、ハーモニック成分を基準にしてプリアン
プのゲインを調整してハーモニック成分を飽和レベル付
近まで増幅することができる、（３）ＦＥＴを使って、
プリアンプに至る経路を遮断してプリアンプが送信の高
電圧で破壊することを防止するので、従来のダイオード
方式に比べて、熱雑音の発生を抑えることができる、と
いう送受信両面から改良を施したことにより、気泡を主
成分とする超音波造影剤での反射で主に生じる基本周波
数の整数倍に相当するハーモニック成分を非常に高画質
で画像化することができる。なお、本発明は、上述した
実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能
である。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、スイッチ素子
からのパルス列は、基本的には矩形波であり、高調波成
分（ハーモニック成分）を多分に含んでいるが、このハ
ーモニック成分はフィルタを介することで抑制され、こ
れにより、受信信号から抽出したハーモニック成分に
は、造影剤の反射で生じるハーモニック成分が支配的に
なり、造影剤の抽出能が向上する。

【００４０】請求項６の本発明によれば、フィルタの出
力波形は、その包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線
に近似するので、請求項１の場合よりも、送信超音波に
含まれるハーモニック成分がより抑えられ、基本周波数
成分がより支配的になる。従って、受信信号から抽出し
たハーモニック成分には、造影剤の反射で生じるハーモ
ニック成分が支配的になり、造影剤の抽出能が向上す
る。

【００４１】請求項７の発明によれば、振動子の印加波
形はその包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に正負
両側に近似するので、請求項６の場合よりも、送信超音
波に含まれるハーモニック成分がより抑えられ、基本周
波数成分がより支配的になる。従って、受信信号から抽
出したハーモニック成分には、造影剤の反射で生じるハ
ーモニック成分が支配的になり、造影剤の抽出能が向上
する。

【００４２】請求項８の発明によれば、振動子の印加波
形はその包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似
するので、送信超音波に含まれるハーモニック成分が抑
えられ、基本周波数成分が支配的になる。従って、受信
信号から抽出したハーモニック成分には、造影剤の反射
で生じるハーモニック成分が支配的になり、造影剤の抽
出能が向上する。

【００４３】請求項９の発明によれば、受信信号に含ま
れる基本周波数成分はアナログディジタル変換前に十分
低下され、受信信号はハーモニック成分が支配的であ
る。従って、ハーモニック成分を基準にしてプリアンプ
のゲインを調整してハーモニック成分を飽和レベル付近
まで増幅することができ、画質の向上を図ることができ
る。

【００４４】請求項１３の発明によれば、受信信号に含
まれるハーモニック成分を抽出して、画質の向上を図る
ことができる。請求項１４の発明によれば、ＦＥＴを使
って、プリアンプに至る経路を遮断してプリアンプが送
信の高電圧で破壊することを防止するので、従来のダイ
オード方式に比べて、熱雑音の発生を抑えて、画質の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による超音波診断装置の構成
を示すブロック図。

【図２】図１のパルサの回路図。

【図３】図２のローパスフィルタの回路図。

【図４】図２のパルサの動きを示す図。

【図５】図２のパルサで発生するサイン波の周波数スペ
クトラムを示す図。

【図６】図１のパルサの他の構成図。

【図７】図６の２つのレギュレータの出力波形を示す
図。

【図８】図６のパルサからの出力波形を示す図。

【図９】図１の高圧リミッタの構成図。

【図１０】図１の高圧リミッタの他の構成図。

【図１１】図９と図１０のＭＯＳＦＥＴの動きを示す
図。

【図１２】図９と図１０のＭＯＳＦＥＴの動きを示す
図。

【図１３】図１の共振要素の構成図。

【図１４】図１の共振要素の他の構成図。

【図１５】図１のハイパスフィルタのフィルタ特性を示
す図。

【図１６】図１のハイパスフィルタの他の構成図。

【図１７】図１のハイパスフィルタのさらに他の構成
図。

【図１８】従来の超音波診断装置の送受信系の主要部の
ブロック図。

【図１９】矩形送信波の周波数スペクトラムを示す図。

【図２０】受信信号のスペクトラムの概略図。

【図２１】従来の高圧リミッタの回路図。

【符号の説明】

１…クロック発生回路、２…トリガコントローラ、３…パルサ、４…振動子、５…高圧リミッタ、６…共振要素、７…バッファ、８…ハイパスフィルタ、９…プリアンプ、１０…ローパスフィルタ、１１…アナログディジタル変換器、１２…ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ、１３…ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、１４…ローパスフィルタ、１５…ディジタルアナログ変換器、１６…ディジタルアナログ変換器、１７…レギュレータ、１８…レギュレータ、１９…ゲートコントローラ、２０…ＭＯＳＦＥＴ、２１…ダイオード、２２…ハイパスフィルタ、２３…ハイパスフィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信系から振動子に送信信号を印加する
ことにより被検体に超音波を送信し、被検体から返って
きたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理する
ことにより超音波情報を取得する超音波診断装置におい
て、前記送信系は、電源電圧からパルス列を形成するた
めのスイッチ素子と、このスイッチ素子からのパルス列
にフィルタをかけて前記振動子に出力するフィルタと、
前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御手段とを
有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記スイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記フィルタはローパス特性又はバンド
パス特性を有していることを特徴とする請求項１記載の
超音波診断装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記フィルタの出力波
形の包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に近似する
ように前記スイッチ素子のオン／オフを制御することを
特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記パルス列のパルス
幅が段階的に長くなり、その後、段階的に短くなるよう
に前記スイッチ素子のオン／オフを制御することを特徴
とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】送信系から振動子に送信信号を印加する
ことにより被検体に超音波を送信し、被検体から返って
きたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理する
ことにより超音波情報を取得する超音波診断装置におい
て、前記送信系は、正の電源電圧からパルス波を得るた
めの第１のスイッチ素子と、負の電源電圧からパルス波
を得るための第２のスイッチ素子と、前記第１、第２の
スイッチ素子から出力されるパルス列にフィルタをかけ
て前記振動子に出力するフィルタと、前記フィルタから
の出力波形の包絡線が正弦波曲線又はシンク関数曲線に
近似整形するように前記第１、第２のスイッチ素子のオ
ン／オフを制御する手段とを有することを特徴とする超
音波診断装置。
【請求項７】送信系から振動子に送信信号を印加する
ことにより被検体に超音波を送信し、被検体から返って
きたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理する
ことにより超音波情報を取得する超音波診断装置におい
て、前記送信系は、正の電源電圧を正弦波曲線又はシン
ク関数曲線に近似する波形で出力する第１のレギュレー
タと、負の電源電圧を正弦波曲線又はシンク関数曲線に
近似する波形で出力する第２のレギュレータと、前記第
１のレギュレータ及び前記第２のレギュレータと前記振
動子との間に介在されるスイッチ素子と、前記第１のレ
ギュレータの出力電圧と前記第２のレギュレータの出力
電圧とが前記振動子に交互に印加されるように前記スイ
ッチ素子を制御する制御手段とを有することを特徴とす
る超音波診断装置。
【請求項８】送信系から振動子に送信信号を印加する
ことにより被検体に超音波を送信し、被検体から返って
きたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理する
ことにより超音波情報を取得する超音波診断装置におい
て、前記送信系は、電源電圧を正弦波曲線又はシンク関
数曲線に近似する波形で出力するレギュレータと、前記
レギュレータと前記振動子との間に介在されるスイッチ
素子と、前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御
手段とを有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】送信系から振動子に送信信号を印加する
ことにより被検体に超音波を送信し、被検体から返って
きたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理する
ことにより超音波情報を取得する超音波診断装置におい
て、前記受信系には、前記振動子と、前記受信信号をデ
ィジタル信号に変換するアナログディジタル変換器との
間に、前記超音波の基本周波数に対する高調波成分を主
に通過するようにフィルタ特性が調整されたハイパスフ
ィルタが設けられていることを特徴とする超音波診断装
置。
【請求項１０】前記ハイパスフィルタには、フィルタ
特性の異なる複数のハイパスフィルタ要素が選択可能に
設けられていることを特徴とする請求項９記載の超音波
診断装置。
【請求項１１】前記受信系には、前記ハイパスフィル
タをパスする経路が設けられていることを特徴とする請
求項９記載の超音波診断装置
【請求項１２】前記ハイパスフィルタは、フィルタ特
性が可変に構成されていることを特徴とする請求項９記
載の超音波診断装置
【請求項１３】送信系から振動子に送信信号を印加す
ることにより被検体に超音波を送信し、被検体から返っ
てきたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理す
ることにより超音波情報を取得する超音波診断装置にお
いて、前記受信系には、前記振動子と共に共振回路を構
成するインダクタンス要素が設けられていて、前記共振
回路の共振周波数は前記超音波の基本周波数に対する高
調波に調整されていることを特徴とする超音波診断装
置。
【請求項１４】前記共振回路は共振周波数が可変に構
成されていることを特徴とする請求項１３記載の超音波
診断装置
【請求項１５】送信系から振動子に送信信号を印加す
ることにより被検体に超音波を送信し、被検体から返っ
てきたエコーを受信系で受信し、この受信信号を処理す
ることにより超音波情報を取得する超音波診断装置にお
いて、前記受信系には、前記振動子から前記受信信号を
増幅するプリアンプに至る経路に介在されたＦＥＴと、
前記経路を前記送信信号に同期して遮断するように前記
ＦＥＴを制御する制御手段とが設けられていることを特
徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】前記制御手段は、前記送信信号の継続
時間より長い期間、前記経路を遮断するように前記ＦＥ
Ｔを制御することを特徴とする請求項１５記載の超音波
診断装置
【請求項１７】前記制御手段は、前記送信信号の立ち
下がりより所定時間後まで前記経路の遮断を継続するよ
うに前記ＦＥＴを制御することを特徴とする請求項１５
記載の超音波診断装置