WO2005117709A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

　高分解能のＡ／Ｄ変換器を必要とせずに、高感度でダイナミックレンジの広い小型で安価な超音波診断装置を提供する技術が開示され、その技術によれば超音波を送受信する超音波振動子１を、パルス信号を発生する駆動回路２で駆動するとともに、超音波振動子が受信したエコー信号をアナログ低域減衰器３に入力して低域成分を減衰させ、このアナログ低域減衰器の出力信号をＡ／Ｄ変換器４に入力してデジタル信号に変換し、変換され出力されたデジタル信号をデジタル補正フィルタ５に入力して、アナログ低域減衰器で減衰された低域成分を増強して、超音波振動子が受信したエコー信号にほぼ等しい周波数分布を持つデジタル信号を出力するように構成する。

Description

超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、超音波パルスを生体に向けて発信し、その生体からの反射波の受信信 号を合成して超音波断層像を得る超音波診断装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、超音波診断装置として、駆動回路から超音波振動子に駆動パルスを与え、 超音波振動子から目的部位に超音波を送信し、目的部位からのエコー信号を超音 波振動子で受信し、増幅、加算、ログ圧縮などの処理を施して画像データを得て、こ の画像データをモニタに送出し、このモニタに所望の診断像を表示するものが開示さ れている（例えば、下記の特許文献 1参照)。

[0003] また、エコー信号を処理するに当たり、超音波振動子で受信したアナログ受信信号 をデジタル信号に変換し、このデジタル信号と所定周波数との参照信号とを乗算して 信号波形を変換する処理を行う超音波信号処理装置 (例えば、下記の特許文献 2) や、アナログ受信信号をデジタル信号に変換し、得られたデジタルデータを合成して 超音波断層像を得る超音波診断装置 (例えば、下記の特許文献 3参照）が開示され ている。

[0004] 図 6はアナログ受信信号をデジタル信号に変換する上記の超音波信号処理装置 や超音波診断装置における、超音波の送受信部及び信号変換部の概略構成を示し たブロック図である。この送受信部及び信号変換部は超音波を送信し、エコー信号を 受信する超音波振動子 1と、トリガ信号に従って超音波振動子 1に駆動パルスを送信 する駆動回路 2と、超音波振動子 1が受信して得られたエコー信号をデジタル信号に 変換して出力する AZD変翻4とを備えている。

[0005] この場合、超音波振動子 1が受信して得られるエコー信号は、浅部では大振幅、深 部では微弱であるため、 AZD変翻4の分解能 (ビット数)が不足する (ビット数が少 ない)ことがある。そこで、実際の超音波診断装置においては、超音波振動子 1と AZ D変 4との間に、図示を省略した前置増幅器と可変利得増幅器 (VCA)とを接続 し、エコー信号の振幅を制御してダイナミックレンジを抑えて AZD変換器 4に入力す る構成になっている。

特許文献 1：特開平 6— 154210号公報 (段落 0011、図 1)

特許文献 2 :特開平 6— 313764号公報 (段落 0008、図 1)

特許文献 3 :特開平 7— 171152号公報 (段落 0023、図 1)

[0006] しかしながら、上述した超音波信号処理装置や超音波診断装置においては、駆動 回路 2が大振幅パルスを送信して超音波振動子 1を駆動した直後は、超音波振動子 1を構成する圧電素子やケーブルの影響によって低い周波数成分を持つリンギング が発生する。このため、図 7に示すように、送信パルスでの駆動直後に得られる浅部 のエコー信号には大振幅ノ ルスのリンギングが重畳してしまうため、浅部のエコー信 号を欠落することなく矢印で示した入力上下限の範囲で AZD変換器 4に入力する には、浅部にて利得を下げるためにビット数の多 、AZD変 4を使用する必要が ある。しかし、現実に安価に実現できる AZD変^^の分解能は 12ビット程度で、こ れでは 60dB程度のダイナミックレンジしか扱えず、可変利得増幅器も利得可変幅は 40〜60dB程度のため、例えば、 120dBのリンギングが重畳したエコー信号を扱うに はビット数が不足する。上述した超音波信号処理装置や超音波診断装置はこの課題 を改良するものである力 構成が複雑となり大型で高価なものになるという問題があつ た。

発明の開示

[0007] 本発明は、上記従来装置の問題点を解決するためになされたもので、その目的は 、高分解能の AZD変 を必要とせずに、高感度でダイナミックレンジの広い小型 で安価な超音波診断装置を提供することにある。

[0008] 上記の目的を達成するために、請求項 1に係る発明は、超音波を送受信する超音 波振動子を、パルス信号を発生する駆動回路で駆動するとともに、超音波振動子が 受信したエコー信号をアナログ低域減衰器に入力して低域成分を減衰させ、このァ ナログ低域減衰器の出力信号を AZD変換器に入力してデジタル信号に変換し、変 換され出力されたデジタル信号をデジタル補正フィルタに入力して、アナログ低域減 衰器で減衰された低域成分を増強して超音波振動子が受信したエコー信号にほぼ 等 ヽ周波数分布を持つデジタル信号を出力するように構成する。

この構成により、高分解能の AZD変 を必要とせずに、高感度でダイナミックレ ンジの広い小型で安価な超音波診断装置を提供することができる。

[0009] 請求項 2に係る発明は、アナログ低域減衰器を、超音波振動子が受信したエコー 信号を前置増幅器で増幅して力ゝら低域減衰フィルタにより低域成分を減衰させ、可 変利得増幅器によってエコー信号の減衰分を補正するように構成する。

この構成により、エコー信号を AZD変換するに当たり、低域のリンギング成分を取 り除いて信号のダイナミックレンジを減らして AZD変^^に入力することができる。

[0010] 本発明によれば、高分解能の AZD変翻を必要とせずに、高感度でダイナミック レンジの広い小型で安価な超音波診断装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]本発明に係る超音波診断装置の実施の形態における超音波の送受信部及び 信号変換部の概略構成を示すブロック図

[図 2]本発明の実施の形態を構成するアナログ低域減衰器の詳細な構成を示すプロ ック図

[図 3]本発明の実施の形態の動作を説明するために、 AZD変翻に加えられるェコ 一信号波形を示した図

[図 4A]本発明の実施の形態の動作を説明するための図であり、低域減衰フィルタの 周波数特性を示す図

[図 4B]本発明の実施の形態の動作を説明するための図であり、デジタル補正フィル タの周波数特性を示す図

[図 5A]本発明の実施の形態の動作を説明するために、低域減衰器の入力としての 超音波振動子で受信して得られるエコー信号の周波数分布の例を示す図

[図 5B]本発明の実施の形態の動作を説明するために、低域減衰器の出力としてのァ ナログ低域減衰器を通過したエコー信号の周波数分布の例を示す図

[図 5C]本発明の実施の形態の動作を説明するために、デジタル補正フィルタの出力 としてのデジタル補正フィルタで低域成分が増強されたエコー信号の周波数分布の 例を示す図 [図 5D]本発明の実施の形態の動作を説明するために、超音波振動子で受信して得 られるエコー信号の信号波形を示す図

[図 5E]本発明の実施の形態の動作を説明するために、アナログ低域減衰器を通過し たエコー信号の信号波形を示す図

[図 5F]本発明の実施の形態の動作を説明するために、デジタル補正フィルタで低域 成分が増強されたエコー信号の信号波形を示す図

[図 6]従来の超音波信号処理装置や超音波診断装置における、超音波の送受信部 及び信号変換部の概略構成を示したブロック図

[図 7]従来の超音波信号処理装置や超音波診断装置の動作を説明するために、 A ZD変 に加えられるエコー信号波形を示した図

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図 1は本発明に係る超音波診断装置の実施の形態における超音波の送受信部及 び信号変換部の概略構成を示すブロック図である。この送受信部及び信号変換部 は、超音波を送信し、エコー信号を受信する超音波振動子 1と、トリガ信号に従って 超音波振動子 1に駆動パルスを送信する駆動回路 2と、超音波振動子 1で受信した エコー信号が入力され、低域成分を減衰させて出力するアナログ低域減衰器 3と、こ のアナログ低域減衰器 3を通過したエコー信号が入力され、 AZD変換して出力する AZD変翻 4と、アナログ低域減衰器 3とは逆の周波数特性、すなわち、低域成分 を増強させて、エコー信号の低域から高域までほぼ平坦な周波数スペクトル分布特 性に復元して出力するデジタル補正フィルタ 5とを備えている。

[0013] 図 2はアナログ低域減衰器 3の詳細な構成を示すブロック図であり、超音波振動子 1が受信したエコー信号を増幅する前置増幅器 31と、この前置増幅器 31で増幅され たエコー信号が入力されて低域成分を減衰させて出力する低域減衰フィルタ 32と、 この低域減衰フィルタ 32から出力されたエコー信号を入力して伝播時間に応じてェ コー信号の減衰分を補正して出力する可変利得増幅器 33とを備えている。

[0014] 上記のように構成された本発明の実施の形態の動作について、図 3から図 5を参照 して以下に説明する。 駆動回路 2によって超音波振動子 1を大振幅のパルスで駆動すると、従来装置の 説明に用いた図 7のようにエコー信号にリンギングが重畳した信号がアナログ低域減 衰器 3に加えられる。アナログ低域減衰器 3は低域減衰フィルタ 32を備えているため 、図 7に示した低い周波数成分を持つリンギングが取り除かれ、図 3に示したように、 AZD変換入力の上下限の範囲に抑えられたエコー信号が AZD変 4に入力さ れる。そして、 AZD変 4によってデジタル信号に変換され、デジタル補正フィル タ 5にカ卩えられる。デジタル補正フィルタ 5は低域減衰フィルタ 32で減衰された低域 成分を増強させて出力する。これによつて、アナログ低域減衰器 3に入力される信号 波形と周波数分布が同じであるデジタルのエコー信号波形が得られる。

[0015] この場合、アナログ低域減衰器 3においては、超音波振動子 1が受信したエコー信 号を前置増幅器 31で増幅して力ゝら低域減衰フィルタ 32により低域成分を減衰させ、 可変利得増幅器 33によって、伝播時間に応じてエコー信号の減衰分を補正する。

[0016] 図 4Αは低域減衰フィルタ 32の周波数特性、すなわち、周波数と利得との関係を示 す線図であり、曲線 Ρに示したように、低域においてほぼ一定の低利得を持ち、中間 の周波数帯で所定の変化率で利得が増大し、高域にお!、てほぼ一定の高利得を持 つものである。図 4Βはデジタル補正フィルタ 5の周波数特性、すなわち、周波数と利 得との関係を示す線図であり、曲線 Qに示したように、低域においてほぼ一定の高利 得を持ち、中間の周波数帯で所定の変化率で利得が減少し、高域においてほぼ一 定の低利得を持つように設定されており、低域減衰フィルタ 32に対してデジタル補正 フィルタ 5は逆フィルタになっている。

[0017] 図 5Αは超音波振動子 1で受信して得られるエコー信号の周波数分布を例示したも ので、曲線 Rのように分布していたとする。このエコー信号がアナログ低域減衰器 3を 通過すると、図 5Βに示したように、低域成分が減少して曲線 Sのような分布に変化す る。その後、デジタル補正フィルタ 5で低域成分を増強することにより、図 5Cに示した ように、低域成分が補償されて曲線 Τのように元の周波数分布に復元される。したが つて、図 5Dに示した信号波形がアナログ低域減衰器 3によって図 5Εに示したように 変形を受ける力 デジタル補正フィルタ 5から出力されたときは図 5Fに示したように元 の信号波形に復元される。 [0018] 実際の超音波診断装置では、前述したように、超音波振動子 1と AZD変換器 4と の間に前置増幅器及び可変利得増幅器を備えるが、本実施の形態ではアナログ低 域減衰器 3を、前置増幅器 31と低域減衰フィルタ 32と可変利得増幅器 33とを順次 に接続した構成にしたことによって、良好な SN比を確保することができる。また、低域 成分を減衰させた後の信号はダイナミックレンジが低く抑えられているため、低域成 分を減衰させない場合の信号に比べて可変利得増幅器 33の利得可変幅も小さくて すむという利点も得られる。

[0019] このように、本実施の形態によれば、エコー信号と大振幅パルスとが重畳した信号 を、アナログ低域減衰器 3を通過させることにより低域のリンギング成分を取り除いて 、信号のダイナミックレンジを減らして AZD変 4に入力することができる。

[0020] また、デジタル補正フィルタ 5で AZD変換器 4を通過した後のデジタルデータのェ コー信号の低域成分を増強するように構成したことにより、アナログ低域減衰器 3の 影響を相殺してエコー信号の元々の波形に復元することができるとともに、浅部のェ コー信号情報を飽和することなく AZD変 4に取り込むことができるため、分解能 の低い AZD変 と可変利得増幅器とを使用して浅部の画像情報出力に優れた 小型で安価な超音波診断装置が提供できる。

産業上の利用可能性

[0021] 本発明は上記のように構成されているので、本発明の超音波診断装置は、被検体 の超音波断層像を得る技術分野にぉ 、て有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 超音波を送受信する超音波振動子と、パルス信号を発生して前記超音波振動子を 駆動する駆動回路と、前記超音波振動子が受信したエコー信号の低域成分を減衰 させて出力するアナログ低域減衰器と、前記アナログ低域減衰器の出力信号を AZ D変換して出力する AZD変 と、前記 AZD変 で変換され出力されたデジタ ル信号の前記アナログ低域減衰器で減衰された低域成分を増強して前記エコー信 号にほぼ等しい周波数分布を持つデジタル信号を出力するデジタル補正フィルタと を、

備えた超音波診断装置。

[2] 前記アナログ低域減衰器は、前記超音波振動子が受信した前記エコー信号を増 幅する前置増幅器と、前記前置増幅器で増幅された前記エコー信号を入力して低 域成分を減衰させて出力する低域減衰フィルタと、前記低域減衰フィルタから出力さ れたェコ一信号を入力して伝播時間に応じて前記ェコ一信号の減衰分を補正して 出力する可変利得増幅器とを、

備えた請求項 1に記載の超音波診断装置。