JPS6279042A - 超音波受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は超音波受信装置、特に生体内に超音波を送信し
てその反射エコーを目的に応じて正確に受信することの
できる超音波受信装置に関する。

［従来の技＃４］ 生体内に超音波を放射した場合、生体内組織を伝搬する
超音波はその周波数に依存して減衰し、その伝搬定数は
周波数に比例して大きくなることが周知である。ずなわ
ら、第２図に示されるように、周波数を高くすると、単
位Ｃ日当たりの減衰が直線的に減衰（平均０．７ｄＢ／
ＭＨｚ　−ｃｍ）する。

従って、生体内の各深度部位から戻ってくる反射エコー
は、浅い場合と深い場合とでは減衰量が著しく異なり、
第３図に示されるように、反射体まで往復した場合の超
音波伝搬距離が良くなる深い組織の方が浅い組織の場合
より超音波の減衰は大きくなる。

このように減衰した反射工］−の受信スペクトルは第４
図に示されており、図（「）に示されている送信波のス
ペクトルに対してその受信波は図＜ａ　＞〜（ｅ）に示
されるようなスペクトルとなり、図（ａ　）は生体内の
最も浅い場合（受信距離が小さい場合）を示している。

一方、深くなるに従って順にスペクトルが小さくなるよ
うに減衰して、最も深い場合（受信距離が大きい場合）
は図（ｅ　）に示されるようなスペクトルとなる。すな
わち、超音波に全く減衰がないとすれば図（ｂ）〜（ｅ
　）の破線で示されるスペクトルが受信されるはずであ
るが、送受信距離が大きくなればなるほど高い周波数成
分はより大きい減衰を受けて周波数の低い方にシフトづ
ることか理解される。

このような現象は生体内の深い場所にある組織の情報を
取り出すことが困難であることを示寸ものであり、これ
は雑音信号を除去して必要な反射エコーの受信信号を取
り込むため、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）により帯域
制限を行うときに問題となる。

すなわち、第４図のような受信信号を取り込む場合には
、ＢＰＦの帯域幅（ＢＷ）を可変にしてそれぞれの深さ
に対応した帯域幅で行えば良いことになるが、このよう
なことを行うのは傾斜［であり、現実には一定の帯域幅
を設定して距離が近い方では、分解能を高めるため選択
的に周波数の高い成分を取り込み（第４図（ｂ））、距
離が遠くなれば遠くなるに従って周波数の高い成分を失
わないようにしながら順次所定の帯域幅を移動させて周
波数の低い成分を少しずつ取り込んでいる（第４図（Ｃ
）〜（ｅ））。

従って、距離が近い方では分解能を高め、距離が遠い方
では高周波成分が失われる代わりに低周波成分を多く取
り込んでＳ／Ｎ比を高くすることによって良好な超音波
の送受波作用を行うことができる。

［発明が解決しようとする問題点」 前述したようなりＰＦの帯域幅の移動制御は、一般に周
波数可変型のダイナミックフィルタにて行われており、
このダイナミックフィルタは、第４図のＢＷに示される
ように、帯域幅（ＢＷ）は一定としながらＢＰＦ自体を
周波数の低い方へ移動させ、生体内の深さに対応させた
反射エコーの受信信号を順に取り込んでいる。

しかしながら、このようなダイナミックフィルタでは、
前述したように、フィルタの帯域幅を移動するため、処
理手順が煩雑であり回路自体が複雑となるという問題が
あった。

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、受信した高周波信号を中間周波数に変換して
信号処理を行う簡単な回路構成にてダイナミックフィル
タを用いず超音波反射エコーの効率の良い受信を行うこ
とができる超音波受信装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用」前記目的を達
成するために、本発明は、反射エコーを探触子により受
信した後、この受信信号の周波数をその受信ごとに受信
距離に応じて高い周波数から低い周波数に周期的に変化
させるように鋸歯状波を掃引する周波数可変型局部発１
［と、受信信号の周波数と局部発撮器の周波数との差の
中間周波数での受信信号に変換する中間周波数変換回路
と、中間周波数領域において所定の帯域幅を持つバンド
パスフィルタとを含む超音波受信装置において、各深度
における受信周波数の領域のうち少なくとも高周波成分
を捕捉するようにして、生体組織を通過することによる
超音波の減衰に対し効率の良い超音波エコーの受信を行
うことを特徴とする。

このような構成とすることにより、ダイナミックフィル
タのようにＢＰＦ自体の周波数を変化させることなく、
周波数を固定した状態でのＢＰＦ内に受信距離が近い場
合は高周波成分をより多く取り込み、また受信距離が遠
い場合は減衰してなくなった高周波成分の代わりに低周
波成分が取り込まれる。従って、受信距離が近い場合に
は分解能を高くして、また受信距離が遠い場合にはＳ／
Ｎ比を良くすることができ、効率の良い超音波の受信が
達成される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係る超音波受信装置の基本構成ブ
ロック図が示されており、安定なへ周波信号を発生する
発振器１０の出力は分周器１２に供給され分周同期した
信号となる。この分周同期信号は増幅器１３を介して探
触子１４に供給され、該探触子１４にて超音波パルスビ
ームに変換されて生体内に放射される。そして、生体内
で反射された反射エコーは同一探触子１４にて受信され
増幅器１６に供給される。

本発明において特徴的なことは、受信信号の周波数を受
信ごとに受信距離に応じた高い周波数から低い周波数に
周期的に変化させるように鋸歯状波を撞引して、この掃
引された受信信号を所定の帯域幅を持つＢＰＦ　（固定
型）に供給することにより超音波の減衰に対応させた周
波数帯域の受信信号を得るようにしたことであり、周波
数掃引型局部発振器１８は発振器１０から出力された発
振信号に基づいてローカル信号を出力しミキサ２０に供
給する。該ミキサ２０では、増幅器１６によって増幅さ
れた受信信号とローカル信号とが混合検波され、中間周
波数＜ｔ−ｒＲ＞の信号とさし れた侵ＢＰＦ２２に供給される。

第６図には、本発明の超音波受信装置を超音波診断装置
に適用した具体的な一構成例が示されており、周波数掃
引型局部発振器１８は分周器２４と鋸歯状波発振器２６
とＰ　Ｌ　Ｌ　（ｐｈａｓｅ　１ｏｃｋｅｄｌｏｏｐ　
）回路２８とから構成され、このＰＬＬ回路は発振器１
０に同期した分周器２４の出力にロックされている。す
なわち、分周器２４の出力は鋸歯状波発振器２６に供給
されるとともに、ミキサ３０に供給されており、ミキサ
３０では分周器２４の出力信号が電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）３２の出力信号により混合検波される。そして、ｖ
Ｃ０３２では低域フィルタ３４を通過したミキサ３０の
出力と鋸歯状波発振器２６の出力とを加算器３６にて加
算した信号に基づいて周波数を低減させるように変化さ
せており、周波数掃引型局部発振器１８から出力される
信号は第７図に示されるようなローカル信号となる。

この周波数掃引型局部発振器１８から出力されたローカ
ル信号は、前述したように、中間周波数変換回路である
ミキサ２０に供給され混合検波されて中間周波数＜ｒ、
−ｒＲ＞での受信信号となり、第５図に示されるような
受信スペクトルとなる。これはローカル信号の鋸歯状波
に変化する周波数［、をｆ１１〜’１５（第４図（ａ）
〜（ｅ）に示されている）で表わし、これを中心として
受信波スペクトルを右側に左右逆転させたものとなって
いる。なお、図では中間周波数（ｆ、−ｆＲ）をｆＩＦ
で表わす。

従って、中間周波数（ｆ、−ｆＲ）における受信信号ス
ペクトルは、第５図（ａ′）〜（ｅ′）に示されるよう
に、周波数の低い方に順にシフトしたものとな゛る。そ
して、この受信信号をＢＰＦ２２に供給すれば、ＢＰＦ
自体の周波数をシフトさせることなく、第５図に示され
るように、ＢＰＦの所定の帯域幅（ＢＷ）に所望の周波
数帯域のスペクトルを持つ受信信号を通過させることが
可能となる。

このＢＰＦ２２の出力はイメージ信号処理回路４０に供
給されており、制御部４２の制御信号に基づいて画像処
理のための所定の演粋が行われて表示回路４４に供給さ
れる。なお、前述した分周器１２）分周器２４は制御部
４２の制御信号に基づいて制御されている。

このようにして、受信距離により減衰する反ｍエコーに
対応させて得られた所望周波数帯域の受信信号に基づい
て、生体内の断層画像を形成することができ、浅い組織
では分解能を高くし、深い組織ではＳ／Ｎ比を高くして
正確な生体内の断層像を得ることが可能となる。

次に、本発明装置により運動反射体の速度等を計測する
ドプラ計測の場合について説明する。

このドプラ計測では、受信キャリアの中心周波数のドプ
ラ偏移を検出して行うのが一般的であり、本発明では受
信信号を鋸歯状波のローカル信号で掃引しているので、
キャリアの中心周波数においても鋸歯状に変化すること
となる。従って、ＢＰＦ２２にて受信信号の一部が失わ
れる前に、すなわちミキサ２０の出力に対してドプラ用
掃引局部発振器のローカル信号を混合検波する必要があ
る。

すなわち、第６図に示されるドプラ用１１引発振器４６
は、ドプラ用ミキサ４８と低域フィルタ５０にて構成さ
れており、前記分周器２４の出力信号はミキサ４８に供
給され、またこの出力信号と前記ＰＬＬ回路２８から出
力されたローカル信号とがドプラ用ミキサ４８にて混合
検波され、低域フィルタ５０に供給される。従って、ド
プラ用掃引局部発振器４６の出力には、ローカル周波数
［［と送信キャリアの中心周波数［。どの差の周波数で
表わされるドプラ用ローカル信号が１りられ、このドプ
ラ用ローカル信号に基づいてドプラ信号の検出が行われ
る。

運動反射体の速度情報を含む受信キＪｐリアの周波数偏
移は、位相が９０度ずれた２個のドプラ信号から求めら
れ、このために前記ミキサ２０の出力はドプラ信号検出
のためのドプラ用ミキサ５４。

５６に供給されている。一方、前述したドプラ用ローカ
ル信号は移相器５２にて位相が９０度ずれた信号として
ドプラ用ミキサ５４に供給され、また同時にドプラ用ミ
キサ５６にはドプラ用ローカル信号が直接供給されてお
り、ドプラ用ミキサ５４。

５６にはそれぞれ９０度位相の異なるドプラ信号が得ら
れる。

これらドプラ用ミキサ５４．５６にて１！７られたドプ
ラ信号は、ミキサ２０において鋸歯状ローカル信号にて
一旦掃引された受信信号を更に鋸歯状のドプラ用ローカ
ル信号にて掃引したものとなり、送信キャリアの周波数
に対して受信キャリアの周波数の偏移情゛報をもった信
号となる。そして、ドプラ用ミキサ５４，５６の出力は
ドプラ信号処理回路５８に供給されており、運動反射体
の速度等を演算処理して表示回路４４に供給される。

また、ドプラ情報を得るには、ドプラ用棉引局部発振器
４６によらずにドプラ信号を取り出す時間を設けること
により行うこともできる。

すなわち、第８図に示されるように、制御部４２にて、
受信信号に対して鋸歯状波のローカル信号を節用する時
間と変化のない所定の周波数をも掃引して受信信号その
ままを取り出す時間とを交互に切り換えて制御ずれば、
イメージング用の信号とドプラ信号とを同時に取り込む
ことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、超音波受信信号
の周波数を受信ごとに受信距離に応じて高い周波数から
低い周波数に周期的に変化させるように鋸歯状波を掃引
して、固定された所定帯域幅を持つバンドパスフィルタ
にて効率の良い受信状態を確保するようにしたので、従
来のようなダイナミックフィルタを用いることなく受信
距離の近い方では高周波成分を多く取り込み、受信距離
の遠い方では減衰した高周波成分の代わりに低周波成分
を取り込むことができる。

従って、受信距離が近い場合には分解能を高く、受信距
離が遠い場合にはＳ／Ｎ比を良くすることができ、超音
波エコーに含まれる情報をより多く取り込んで正確な超
音波診断画像を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波受信装置の基本構成を示す
ブロック図、 第２，３図は超音波の減衰を説明するグラフ図、第４図
は超音波送信波と受信波のスペクトルを示ｉｌｌ説明図
、 第５図は本発明装置にて取り込む受信信号のスベク１〜
ルを示す説明図、 第６図は本発明に係る超音波診断画像の具体的な実施例
を示す説明図、 第７図はローカル信号を示す説明図、 第８図はドプラ計測を可能とする１コ一カル信号のタイ
ムチャート図である。 １０　・・・　発振器 １８　・・・　周波数掃引型局部発振器２０　　　　・
・・　　　　ミ　キ　奮す２２　・・・　バンドパスフ
ィルタ ２６　・・・　鋸歯状波発ｉ＆器 ２８　・・・　ＰＬＬ回路 ４２　・・・　制御部 ４８．５４．５６　　・・・　ドプラ用ミキサ５０　・
・・　ドプラ用バンドパスフィルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波画像形成のために生体内に送信した超音波
   の反射エコーを受信する超音波受信装置において、受信
   信号の周波数を受信ごとに受信距離に応じて高い周波数
   から低い周波数に周期的に変化させるように鋸歯状波を
   掃引する周波数掃引型局部発振器と、受信信号の周波数
   と局部発振器の周波数との差の中間周波数での受信信号
   に変換する中間周波数変換回路と、中間周波数領域にお
   いて所定の帯域幅を持つバンドパスフィルタとを含み、
   各深度における受信周波数領域のうち少なくとも高周波
   成分を捕捉するようにして、生体内組織を通過すること
   による超音波の減衰に対応させた効率の良い超音波エコ
   ーの受信を行うことを特徴とする超音波受信装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、前記
   局部発振器で掃引した受信信号は送信信号を同一の変化
   幅の鋸歯状波で掃引した参照信号で検波されドプラ偏移
   を受けたドプラ信号として得られるようにした超音波受
   信装置。
3. （３）特許請求の範囲（１）記載の装置において、断層
   画像を得るための鋸歯状波の掃引とドプラ周波数偏移に
   よる速度情報を得るための固定周波数の掃引とを受信信
   号に対し交互に切り換え制御して行い、断層画像信号と
   ドプラ信号とを同時に得られるようにした超音波受信装
   置。