JPS6336256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波断層撮影装置等の超音波診断装
置に係り、トランスジユーサ（振動子）と生体の
接合状態がどのような状態であつても、また生体
個々の相違によつても、自動的に利得制御を行な
うことにより、常に画質の良好な断層撮影画像を
得ることのできる超音波診断装置を提供すること
を目的とする。

従来より生体内の動いている心臓や腹部等の断
層像を、超音波を用いて無侵襲で撮影し得る超音
波断層撮影装置（又は超音波診断装置）が知られ
ている。超音波断層撮影装置は、数ＭHz程度の超
音波のパルスを生体に音響的に接触された振動子
から生体内に発射し、発射された超音波パルスが
異なる音響インピーダンス（密度×音速）を持つ
二つの生体内組織境界でインンピーダンス不整合
により反射されて得た反射波を同一振動子で受信
し、この受信信号を増幅、検波してデイスプレイ
上に断層像として表示する装置である。

かかる超音波診断装置では時間の経過とともに
上記の受信信号が減衰したりするため、受信信号
の減衰を可変利得増幅器により補正した後検波回
路を通してデイスプレイ（ブラウン管など）へ供
給していた。

第１図は従来の超音波断層撮影装置の要部の一
例のブロツク系統図を示す。同図中、受信信号は
可変利得増幅器１に供給され、ここで利得制御回
路２よりの予め設定されている制御信号に基づい
て利得制御される（例えば時間の経過とともに利
得が大となるように制御される）。この可変利得
増幅器１により増幅された受信信号は検波回路３
により検波された後デイスプレイへ供給され表示
される。

また第２図は従来の超音波断層撮影装置の要部
の他の例のブロツク系統図を示す。可変利得増幅
器１は複数個のボリユーム４により夫々設定され
た利得制御用電圧が時間の経過とともにアナログ
スイツチ５により順次切換えられて印加されるこ
とにより、利得が時間の経過とともに可変せしめ
られる。

しかるに、上記の第１図、第２図に示す従来の
超音波断層撮影装置では、振動子と生体との間の
接合状態や生体個々の相違などによつて像の画質
が変化するが、これを補正するために撮影者が画
像を見ながら手動でその都度設定し直さなければ
ならないという欠点を有していた。

本発明は上記欠点を除去したものであり、第３
図以下の図面とともにその各実施例につき説明す
る。

第３図は本発明になる超音波診断装置の要部の
第１実施例の回路図を示す。同図中、第１図及び
第２図と同一部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。一般に生体からの反射音圧Ｉは次式
で表わされる。

Ｉ＝I₀・Ａ・Ｒ（ｌ）・exp｛−∫α（ｌ）dl｝ ただし、上式中、I₀は入射音圧、Ａは振動子か
ら送られた超音波の生体への透過率、Ｒ（ｌ）は
距離ｌにおける反射波の反射強度、α（ｌ）は生
体の距離ｌにおける減衰率を示す。

ここで、振動子と生体との接合状態や生体個々
の相違などによつて上記の入射音圧I₀、透過率Ａ
や減衰率α（ｌ）などが変化するから、所要の断
層像を正確に得るには反射強度のみの分布を知る
必要があるが、反射強度のみの分布を知るには上
式中の透過率Ａや減衰率α（ｌ）の変動を最小限
にするよう補正すればよい。

そこで、本発明は上記の補正を自動的に行なう
ため、まず減衰率α（ｌ）は距離ｌに関してあま
り差がないと考え、 Ｉ＝I₀・Ａ・Ｒ（ｌ）・exp（−α₀・ｌ） なる反射音圧Ｉ、すなわち受信信号に対してexp
（α₀・ｌ）なる増幅を与えて I′＝I₀・Ａ・Ｒ（ｌ） とするために、α₀を求めるための利得制御回路
（第３図にＩで示す）と、透過率Ａに応じた利得
制御をさせる利得制御回路（第３図にで示す）
と、各々の深さのα（ｌ）の平均に対応した利得
制御をさせる利得制御回路（第３図にで示す）
とのうち、少なくともいずれか一つを具備するよ
うにしたものである。

第３図において、第１の利得制御回路Ｉは、演
算増幅器６、コンデンサC₁、抵抗R₁，R₂よりな
る積分器構成とされており、検波回路３で検波さ
れた正の受信信号が抵抗R₁を介して演算増幅器
６の反転入力端子に供給される。この反転入力端
子には、可変抵抗器VR₁により設定された負の基
準電圧V_REF1も同時に供給されている。

演算増幅器６の出力端子は抵抗R₃を介して演
算増幅器７の反転入力端子に接続されている。こ
の演算増幅器７はコンデンサC₂、抵抗R₃，R₄、
コンデンサC₂に並列接続されているリセツト用
開閉成スイツチS₁とより積分回路８を構成してお
り、その積分時定数は第１の利得制御回路Ｉの積
分時定数に比しはるかに小に選定されている。こ
の積分回路８の出力端子は、抵抗R₅，R₆，R₇及
び演算増幅器９よりなる加算器１０を介して可変
利得増幅器１の利得制御端子に接続されている。

または第２の利得制御回路で、検波回路３の
出力検波受信信号を反転増幅するための演算増幅
器１１、抵抗R₁₀及びR₁₁よりなる反転増幅器と、
この反転増幅器の出力信号と検波受信信号とを
夫々選択切換出力する切換スイツチS₃と、演算増
幅器１２、抵抗R₁₂及びコンデンサC₃よりなり切
換スイツチS₃からの信号を積分する時定数が大な
る積分器とより構成されている。この第２の利得
制御回路の出力端子は加算器１０を介して可変
利得増幅器１の利得制御端子に接続されている。

更には第３の利得制御回路で、演算増幅器１
３と、その反転入力端子に一端が共通に接続さ
れ、他端が切換スイツチS₂の固定端子ａ〜ｆに
夫々各別に接続されたコンデンサC₄₁，C₄₂，C₄₃，
C₄₄，C₄₅及びC₄₆と、抵抗R₈及びR₉とよりなる積
分器構成とされており、演算増幅器１３の反転入
力端子には第２の基準電圧V_REF2が抵抗R₉を介し
て印加される。切換スイツチS₂は固定端子ａ〜ｆ
に順次選択接続されて積分時定数を切換える。ま
た基準電圧V_REF2の発生手段としては、第４図Ａ
に示す如く可変抵抗Ra₁〜Ra₆を夫々並列に接続
し、それらの各摺動子よりの電圧をスイツチS₄に
より選択的に切換えて基準電圧として取り出す手
段や、同図Ｂに示す如く可変抵抗VR₂の摺動子よ
り取り出す手段とがある。切換スイツチS₄は前記
切換スイツチS₂の切換えと同期して切換わり、深
さ（生体表面から反射位置までの距離ｌ）に対応
した電圧を基準電圧V_REF2として出力する。

第３の利得制御回路の出力信号は抵抗R₄を
介して演算増幅器７の反転入力端子に接続される
が、インバータ１４を介して加算器１０に接続す
るように構成してもよい。

次に上記実施例の動作につき説明するに、検波
回路３よりの検波受信信号は利得制御回路，
及びに夫々供給される。第１の利得制御回路
は減衰率α₀に対応した利得制御信号を出力する。
すなわち、生体の表面付近の利得が適当であつた
場合、第５図Ａに示すような検波受信信号が得ら
れると、基準電圧V_REF1との和は負となり、演算
増幅器６の積分出力は正となる。この正の積分出
力は積分器８、加算器１０を経て正の利得制御電
圧として可変利得増幅器１に印加され、その利得
を時間の経過と共に増加させる。

一方、第５図Ｂに示すような検波受信信号が入
来したときは、上記とは逆に可変利得増幅器１の
利得を時間の経過と共に減少させる。このよう
に、第１の利得制御回路、積分器８、加算器１
０の帰還ループにより、検波受信信号が第５図Ｃ
に示すように減衰率α₀が補正されて略一定振幅と
なるように、可変利得増幅器１の利得が可変制御
される。

ここで、振動子（図示せず）から生体内に発射
される超音波は第７図Ａに示すパルスの立上りに
同期して間欠的に発射されるから、受信信号は繰
り返し得られることになる。従つて、積分器８内
のコンデンサC₂の充電電荷は、受信信号の入来
前毎に放電する必要があり、開閉成スイツチS₁は
この放電（リセツト）のため第７図Ｂに示す如く
振動子から超音波が発射される直前の一定期間の
み閉成（オン）される。なお、第１の利得制御回
路の出力信号波形は第７図Ｃに示す如くにな
る。

また第２の利得制御回路は透過率Ａに対応し
た利得調整を行なつて生体表面で適当な利得を得
るものである。すなわち、第１の利得制御回路
の出力信号に基づいて可変利得増幅器１の利得
が、検波受信信号の振幅が一定となるように制御
された場合でも、生体表面付近での利得が不適当
な場合は検波受信信号の振幅が一定とならない。
例えば、可変利得増幅器１の利得が生体表面付近
で低すぎる場合は、第６図Ａに示す如く時間の経
過とともに受信信号の振幅が増大する（深い所の
振幅が増す）し、一方、上記利得が高すぎる場合
は受信信号は同図Ｂに示す如く振幅が時間の経過
とともに減衰してしまう。

ところで、本実施例では上記の生体表面での利
得を透過率Ａに対応した適当な値に補正するた
め、上記第１の利得制御回路の出力に基づく利
得調整をした場合は受信信号の振幅は本来時間の
推移に関係なく略一定であり、超音波発生周期内
における受信信号の振幅は受信時間の略前半分と
略後半とでは振幅の総和が夫々略等しいことに着
目し、第２の利得制御回路により超音波発生周
期の略前半区間と略後半区間とで検波受信信号の
振幅の総和が夫々略等しくなるような利得制御を
可変利得増幅器１に対して行なう。

すなわち、第３図示の切換スイツチS₃は第７図
Ｇに示す如く、超音波発生周期内における超音波
発生周期の略前半区間では端子Ａに接続され、略
後半区間で端子Ｂに接続されるよう構成されてお
り、これにより、検波回路３よりの検波受信信号
は上記超音波発生周期の略前半区間では演算増幅
器１１等よりなる反転増幅器で反転増幅されて演
算増幅器１２等よりなる積分器に供給され、しか
る後に反転増幅されることなくこの積分器に供給
される。この積分器の時定数は予め大に選定され
ているため、この積分器により上記検波受信信号
は超音波発生周期の略前半区間と後半区間とで振
幅が実質上減算並びに積分が行なわれることにな
る。

この第２の利得制御回路の出力信号は第７図
Ｈに示す如くになり、加算器１０を経て可変利得
増幅器１の利得制御端子に印加され、検波受信信
号の超音波発生周期内における略前半区間と後半
区間との振幅の各総和が夫々略等しくするように
可変利得増幅器１の利得を制御する。これによ
り、透過率Ａ、更には入射音圧I₀に対応した利得
調整が第２の利得制御回路を含む帰還ループに
より行なえ、検波受信信号の振幅は、前記第１の
利得制御回路を含む帰還ループによる利得制御
と相まつて第６図Ｃに示す如くになる。なお、第
６図Ａ〜Ｃ中、１点鎖線はスイツチS₃の切換えタ
イミング位置を示す。また、切換スイツチS₃の切
換えは、透過率Ａなどによつては第８図Ａ又はＢ
に示す如くに行なうこともできる。

更に第３の利得制御回路は第１の利得制御回
路で仮定したα₀を補正し、各々の距離ｌの平均
減衰率α（ｌ）に対応した利得制御を行なうため
に設けられている。すなわち、第３の利得制御回
路内の切換スイツチS₂は第７図Ｅに示す如く、
超音波発生周期内において端子ａ〜ｆまで順次接
続される（基準電圧V_REF2が第４図Ａに示す構成
により発生された場合は、切換スイツチS₄もS₂と
同期して切換わる）。従つて、第３の利得制御回
路は第１の利得制御回路と同様に検波受信信
号を積分するが、その積分時定数は深さに応じて
順次切換えられる。この第３の利得制御回路の
出力は第７図Ｆに示す如くになり、積分器８に供
給され、ここで第１の利得制御回路の出力とと
もに積分されて第７図Ｄに示す如き信号とされ
る。

この第３の利得制御回路を含む帰還ループに
よる利得制御により、生体内の減衰率α（ｌ）が
深さによつて異なる場合であつても受信信号は深
さに関係なく略一様の輝度で表示される。

なお、上記の実施例では第１乃至第３の利得制
御回路〜をすべて有した場合につき説明した
が、これらのうち少なくともいずれか一の利得制
御回路を有した場合でもある程度の補正を自動的
に行ない得る。

次に本発明装置の第２実施例につき説明する
に、第９図は本発明装置の第２実施例の要部のブ
ロツク系統図、第１０図は第９図の要部の一実施
例の具体的回路図を示す。第９図において、１５
は可変出力送信器で、入力端子１４に入来するパ
ルスに同期した振動子１７を駆動するパルスを出
力すると共に、制御端子１６に入来した制御電圧
に応じて振動子１７への駆動信号電力が可変さ
れ、振動子１７から送信される超音波の平均送信
電力が可変される。第１０図は可変出力送信器１
５の回路図を示し、入力パルスがベースに印加さ
れるトランジスタＱのベースバイアスを制御端子
１６からの制御電圧によつて可変されることによ
り、トランジスタＱのコレクタと負荷抵抗R_Lと
の接続点より取り出されるパルス振幅が制御さ
れ、このパルスがコンデンサC_Cを介して振動子
１７へ出力される構成とされている。

本実施例では、制御電圧入力端子１６に入力さ
れる制御電圧として、第３図示の第２の利得制御
回路の出力電圧が用いられる。これにより、受
信信号の振幅が第６図Ａに示すような変化をする
場合は、振動子１７より生体内へ発射される超音
波の平均送信電力を上げ、また同図Ｂに示すよう
に変化をする場合には平均送信電力を下げるよう
な制御が行なわれ、等価的に受信信号の利得制御
が自動的に行なわれる。なお、超音波送信時には
受信回路は切離されている。

上述の如く、本発明になる超音波診断装置は、
振動子からの受信信号を所定レベルの信号に増幅
する可変利得増幅器と、可変利得増幅器の出力信
号を積分し、検体に伝搬される超音波信号の減衰
率に応じた、受信信号の減衰成分を補正する補正
信号を得る第１の補正信号作成部、並びに検体に
伝搬される超音波信号の検体の透過率に応じた減
衰成分を補正する補正信号を得る第２の補正信号
作成部のうち、少なくとも１つの補正信号作成部
とを有し、受信信号のレベルを検体の特性に応
じ、上記補正信号により利得制御するようにした
ため、検体と振動子との間の接合状態が同一検体
において変化した場合、あるいは検体個々におい
て減衰率等が相違する場合であつても、常に自動
的に同質の良好な撮影画像を得ることができ、よ
つて従来のようにその都度手動で調整する必要が
なく操作性を向上でき、また前記第２の補正信号
作成部の補正信号により振動子から送信される超
音波の平均送信エネルギー（平均送信電力）を変
化せしめるようにしたため、検体の透過率や入射
音圧に対応した適切な調整ができる等の特長を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来装置の各例を示す
ブロツク系統図、第３図は本発明装置の要部の第
１実施例を示す回路図、第４図Ａ，Ｂは夫々第３
図の基準電圧V_REF2を発生する回路の各例を示す
図、第５図Ａ〜Ｃ、第６図Ａ〜Ｃは夫々第３図の
動作説明用受信信号波形図、第７図Ａ〜Ｈは夫々
第３図の各部の動作説明用タイムチヤート、第８
図Ａ，Ｂは夫々第３図の切換スイツチS₃の切換え
タイミングの他の例を示す図、第９図は本発明装
置の第２実施例の要部を示すブロツク系統図、第
１０図は第９図の要部の一実施例を示す具体的回
路図である。 １……可変利得増幅器、３……検波回路、６，
７，９，１１〜１３……演算増幅器、８……積分
器、１０……加算器、１５……電圧可変送信器、
１７……振動子、，，……利得制御回路、
S₁……リセツト用開閉成スイツチ、S₂〜S₄……切
換スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動子から検体内へ発射した超音波信号を検
   体内の異なる音響インピーダンスを持つ複数の境
   界部分で反射させ、これにより得られた反射波を
   振動子で受信してこれを診断する超音波診断装置
   において、該振動子からの受信信号を所定レベル
   の信号に増幅する可変利得増幅器と、該可変利得
   増幅器の出力信号を検波し積分し、該検体に伝搬
   される超音波信号の減衰に応じた、受信信号の減
   衰成分を補正する補正信号を得る第１の補正信号
   作成部、並びに振動子から該検体に伝搬される超
   音波信号の該検体表面の透過率に応じた減衰成分
   を補正する補正信号を得る第２の補正信号作成部
   とを有し、該受信信号のレベルを該検体の特性に
   応じて該第１及び第２の補正信号の和により利得
   制御することを特徴とする超音波診断装置。 ２ 該超音波診断装置は超音波の送信エネルギー
   を可変自在に構成されてなるものであり、該第２
   の補正信号作成部の補正信号によつて平均送信エ
   ネルギーを変化せしめることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の超音波診断装置。 ３ 該第２の補正信号作成部は、検波受信信号を
   超音波発生周期内の略前半区間と後半区間とで逆
   極性で、且つ充分大きな時定数にて積分するよう
   構成されてなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の超音波診断装置。