JP3034809B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の受波整相加
算回路を有した超音波診断装置に関し、特に出力信号に
おける信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が、複数の受波整相加
算回路を切り換えるスイッチの切換ノイズによって劣化
することを防止することに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられている受信ダイナミッ
クフォーカス法は、振動子アレイの近距離から遠距離ま
で全領域にわたって分解能の良い画像を得る方法であ
る。この方法は、超音波の１回の送信に対し、受信時に
フォーカス点を順次、近距離から遠距離へ切り換えて１
走査データを得る。

【０００３】図３は受信ダイナミックフォーカスを行う
従来の超音波診断装置のブロック構成図である。この装
置は、２系統の受波整相加算回路２、４を有して、これ
らを切換回路６で切り換えながら一方向の走査データを
得る。つまり、一方の受波整相加算回路はあるフォーカ
ス点を設定され、切換回路６が一方の受波整相加算回路
において整相加算処理された受信信号をＢモード信号処
理回路８、スペクトルドプラ信号処理回路１０、カラー
ドプラ信号処理回路１２といった信号処理回路へ出力し
ている間に、他方の受波整相加算回路は、各振動子間の
受信信号の遅延量を調節してより遠距離にフォーカス点
を設定するという制御をされる。このように、受波整相
加算回路２、４は切換回路６による選択時には、受信信
号を整相加算処理して出力し、非選択時には、フォーカ
ス点の設定変更動作を行い、そして切換回路６が受波整
相加算回路２、４を交互に選択することにより、順次深
い位置にフォーカス点がとられ１本の走査データが形成
される。

【０００４】ここで、切換回路６は、複数の受波整相加
算回路２、４を切り換える際に、スイッチングノイズを
発生し、これは受信信号のＳ／Ｎ比の劣化、ひいては断
層画像の画質劣化を招く。そのため、切換回路６におい
てスイッチングノイズを抑制するような配慮がなされて
いる。

【０００５】さて、超音波診断装置が取り扱う超音波の
受信信号は、非常に広いダイナミックレンジを有する。
ＴＧＣ（Time Gain Compensation）回路、ＳＴＣ（Sens
itivity Time Control）回路といった回路を用いて、反
射点の遠近差による減衰の違いを補正しても、ダイナミ
ックレンジは５０〜６０ｄＢもある。一方、ＣＲＴは、
２０〜２６ｄＢ程度のダイナミックレンジしか有さない
ので、上記広いダイナミックレンジを有した受信信号の
断層画像を忠実に再生することができない。また、たと
え、忠実に再生されたとしても、肉眼にとってはコント
ラストが強すぎ、明部から暗部にわたる目標物の実質的
な認識を行うことは困難である。そこで、Ｂモード断層
画像等、受信信号の強度に基づいて断層画像を生成する
処理においては、従来より対数変換器を用いて受信信号
の対数圧縮、すなわち、低レベルの信号より高レベルの
信号の増幅率を小さくすることが行われている。上記図
３の装置において、切換回路６とＢモード信号処理回路
８との間のＬＯＧアンプ１４は、受信信号に対する上記
対数圧縮を行うために設けられたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、切換
回路６ではスイッチングノイズの抑制が図られる。しか
し、スイッチングノイズは切換回路６において抑制され
ても、ＬＯＧアンプ１４において増幅されてしまうた
め、従来は十分なＳ／Ｎ比を確保することができず、断
層画像上にこのノイズが現れ画質が劣化するといった問
題があった。

【０００７】これを解決するため、切換回路６中の電子
スイッチ（切換器）を切り換える制御信号の立ち上がり
を緩やかにしたり、切換回路の各部に分布するキャパシ
タンスやインダクタンスを調整したりして切り換え時の
オーバーシュートや電気的振動を抑制するという方策も
採られていた。しかし、これらの調整は微妙であり難し
く、また装置ごとに行わなければならないため効率が悪
いという問題があった。ノイズの少ないスイッチは高価
で装置のコスト増となるという問題があった。また、高
速スイッチを用いてそのノイズの発生期間を短縮しノイ
ズの影響を軽減することも行われるが、高速スイッチも
高価であり、装置のコスト増となるという問題があっ
た。

【０００８】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、容易かつ低コストにて切換回路のスイッチ
ングノイズの影響が抑制され、受信信号のＳ／Ｎ比が向
上した超音波診断装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置は、超音波を送受信する複数の振動子と、並列的に
配置され選択的に使用される複数の回路であってそれぞ
れ前記各振動子から出力される受信信号を整相加算する
複数の受波整相加算回路と、これら受波整相加算回路の
出力のいずれかを選択する切換器と、当該切換器から出
力される受信信号に基づいてエコー信号処理を行うエコ
ー信号処理回路とを含む超音波診断装置において、前記
切換器の入力側に前記各受波整相加算回路ごとに設けら
れ、それぞれ前記受波整相加算回路の出力を対数関数に
基づいて対数受信信号に変換する複数の対数変換器を有
するものである。

【００１０】本発明によれば、対数変換器は切換器の
前、すなわち各受波整相加算回路ごとに設けられる。こ
れにより、受信信号にはその小信号範囲が伸張された
後、切換器のスイッチングノイズが重畳される。つま
り、例えば、対数変換器前において、受信信号として、
スイッチングノイズと同程度である小信号を考えると、
切換器、すなわち対数変換器を通過した後においては、
この小信号はスイッチングノイズより大きな振幅を有
し、つまり相対的にスイッチングノイズが圧縮されるこ
とになる。一方、単なる増幅ではなく対数変換であるた
め、受信信号の大信号範囲は小信号範囲に比べて圧縮さ
れる。そのため、例えば切換器の入力レンジの拡大とい
った装置の他の回路の変更がなく、従来の回路をそのま
ま用いることができる。

【００１１】本発明による超音波診断装置は、前記切換
器から出力された対数受信信号を指数関数に基づいて変
換する指数変換器を有することを特徴とする。また、本
発明の好適な態様である超音波診断装置においては、前
記エコー信号処理回路が、ドプラ処理を行うドプラ信号
処理回路を有し、前記指数変換器はドプラ信号処理回路
の入力側に配置される。

【００１２】本発明によれば、例えば受信信号の位相情
報を用いる処理であって受信信号のダイナミックレンジ
の圧縮を必要としないドプラ処理などを行う場合には、
対数変換器による変換後に切換器によって複数の受波整
相加算回路のうちのいずれかの出力、つまり対数受信信
号を選択し、しかる後に指数変換器によって対数受信信
号をリニアの受信信号に戻す。これにより、リニアの受
信信号を用いる信号処理回路、例えばドプラ信号処理回
路などに対して、切換器のスイッチングノイズが圧縮さ
れたリニアの受信信号が供給され、スイッチングノイズ
の影響の少ない信号処理が可能となる。また本発明の他
の好適な態様は、前記エコー信号処理回路が、Ｂモード
処理を行うＢモード信号処理回路を有することを特徴と
する超音波診断装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は、受信ダイナミックフ
ォーカスを行う本発明に係る超音波診断装置のブロック
構成図である。この装置は、２系統の受波整相加算回路
を切換回路で切り換えて一方向の走査データを得るとい
う基本的な点で上記従来の装置と一致する。しかし、本
装置は本発明を実施され、切換回路のスイッチングノイ
ズによるＳ／Ｎ比の劣化を生じない点で、従来の装置と
大きく相違する。以下、この相違点を中心として本装置
の構成を詳細に説明する。

【００１４】プローブ内に配置された振動子アレイ３０
は、被検査対象物、例えば生体に押し当てられた状態で
超音波を送受信する。つまり振動子アレイ３０は、送信
回路３２で発生される送信信号を受けて超音波パルスを
生体内に放射する。超音波パルスは生体内組織の音響イ
ンピーダンスの変化に応じた強度の反射を生じる。この
反射波は振動子アレイ３０で検出され複数チャネルの受
信信号となり、この受信信号はプリアンプ３４で増幅さ
れる。その後、受信信号は互いに並列に設けられた２つ
の受波整相加算回路３６、３８に入力され、各受波整相
加算回路３６、３８にて各振動子間の加算処理が行われ
る。受波整相加算回路は、各振動子間で受信信号をずら
して加算処理を行うことにより受信フォーカスを行うこ
とができる。この受信フォーカスの位置は、各振動子間
の受信信号に対する遅延量を調節することにより変更す
ることができる。

【００１５】受波整相加算回路３６、３８は、従来装置
同様、受信ダイナミックフォーカスを行うため２つ設け
られている。つまり、一方の受波整相加算回路があるフ
ォーカス点に対応した加算処理を行い、この受信信号が
切換回路４０によって選択されて断層画像生成等の信号
処理回路に出力されている間に、他方の受波整相加算回
路は、各振動子に対応する遅延量を変更して、現在選択
されている一方の受波整相加算回路よりも遠距離のフォ
ーカス点を設定する動作を行う。そして、反射波の応答
時間、すなわち送信から受信までの時間が、この他方の
受波整相加算回路のフォーカス点に応じた範囲となる
と、切換回路４０は切り換えられ、この他方側の出力を
選択して上記信号処理回路へ出力する。このように、受
信ダイナミックフォーカスでは、受波整相加算回路３
６、３８は切換回路４０による選択時に受信信号を整相
加算処理して出力し、非選択時にフォーカス点の設定変
更動作を行い、そして切換回路４０が受波整相加算回路
３６、３８を交互に選択することにより、次第に振動子
アレイから遠い位置にフォーカス点が変更され１本の走
査データが形成される。この受信ダイナミックフォーカ
スにより、振動子アレイの近距離から遠距離まで全領域
にわたって分解能の良い走査データ、画像が得られる。

【００１６】さて、本装置の大きな特徴は、受波整相加
算回路３６、３８の出力に、それぞれ対数変換器として
の機能を有するＬＯＧアンプ４２、４４が接続され、切
換回路４０はこのＬＯＧアンプ４２、４４から出力され
る対数受信信号のいずれかを選択して出力することであ
る。この作用については後述する。

【００１７】Ｂモード信号処理回路５０は、切換回路４
０から対数受信信号を入力され、受信信号強度に応じた
断層画像データを生成し、画像表示器５２へ出力する。
このＢモード信号処理回路では、従来技術で述べたよう
に、対数受信信号を逆変換することなくそのまま用いて
処理が行われる。

【００１８】これに対し、スペクトルドプラ信号処理回
路５４、カラードプラ信号処理回路５６は、受信信号中
の位相情報に基づいて処理を行う。これら位相情報を用
いる処理では、対数受信信号から位相情報を取り出して
処理を行う回路も可能である。しかし、本装置では、ス
ペクトルドプラ信号処理回路５４、カラードプラ信号処
理回路５６に従来と同様の構成の回路を使用できるよ
う、スペクトルドプラ信号処理回路５４、カラードプラ
信号処理回路５６の前に逆ＬＯＧアンプ５８を設けた。
この逆ＬＯＧアンプは指数変換器としての機能を有し、
切換回路４０からの対数受信信号は、この逆ＬＯＧアン
プによってリニアの受信信号に戻される。ちなみに、ス
ペクトルドプラ信号処理回路５４は受信信号の周波数解
析を行う。また、カラードプラ信号処理回路５６は自己
相関処理を行って、ドプラ画像を形成する。これら、ス
ペクトルドプラ信号処理回路５４、カラードプラ信号処
理回路５６及び上記Ｂモード信号処理回路５０が生成し
た画像データは、画像表示器５２において、ＤＳＣ（Di
gital Scan Converter）により合成され、ＣＲＴに所定
のフレームレートで表示される。

【００１９】次に、本装置の特徴である受波整相加算回
路の切り換えに係る部分の動作を説明する。図２は、本
装置各部での受信信号レベルとスイッチングノイズレベ
ルとの関係の一例を示す模式図である。図２の左に位置
する縦線分は、ＬＯＧアンプの入力での受信信号のダイ
ナミックレンジを示す。受信信号のダイナミックレンジ
は、図に示すように例えば１００μＶ〜１Ｖ（−８０ｄ
Ｂ〜０ｄＢ）である。つまり、受信信号の最大値が１
Ｖ、受信信号に含まれるノイズレベルが１００μＶであ
る。ＬＯＧアンプ４２、４４の信号圧縮比を０．１Ｖ／
１０ｄＢとすると、上記受信信号の振幅範囲に対応して
得られる対数受信信号のダイナミックレンジは、図２の
中央に位置する縦線分で示されるように０．２Ｖ〜１Ｖ
に変換される。本装置では、この対数受信信号が切換回
路４０に入力され、この切換回路４０内において受信信
号の経路を切り換える切換器のスイッチングノイズが重
畳される。切換器のオン／オフの制御信号の振幅を例え
ば５Ｖとすると、スイッチングノイズの振幅は例えば
０．１Ｖ程度である。つまりこの例では、スイッチング
ノイズは対数受信信号におけるノイズ信号レベル０．２
Ｖより下回る。

【００２０】一方、従来は、図３に示したように切換回
路６の後にＬＯＧアンプ１４が設けられていた。そのた
め、スイッチングノイズは、図２の左の縦線分で表され
る受信信号に対して重畳され、０．１Ｖのスイッチング
ノイズのレベルは受信信号のノイズレベル１００μＶよ
り上回ることとなり、Ｓ／Ｎ比が劣化していた。これに
対し、本装置では上述したようにスイッチングノイズレ
ベルが受信信号のノイズレベルよりも下となることから
直感的に分かるように、従来の装置に比べてＳ／Ｎ比の
改善が図られている。

【００２１】この改善を、上記例示した数値に基づいて
具体的に示す。図２の右に位置する縦線分は、逆ＬＯＧ
アンプ５８の出力における受信信号のダイナミックレン
ジを示す。比較を容易とするため、逆ＬＯＧアンプ５８
の変換比を１０ｄＢ／０．１Ｖとする。つまり、図２の
右の縦線分で表される受信信号のダイナミックレンジ
は、左の縦線分で表される受信信号のダイナミックレン
ジと同一のスケールを有する。この逆ＬＯＧアンプによ
る指数変換により、図２の中央のレベル図での０．１Ｖ
のスイッチングノイズレベルは、図２の右のレベル図に
示されるように１０μＶ、すなわち−９０ｄＢに変換さ
れ、受信信号のノイズレベル−８０ｄＢより抑圧される
ため、受信信号のＳ／Ｎ比を劣化させない。これに対
し、従来の装置は既に述べたように、スイッチングノイ
ズレベルは図２の左のレベル図と同じスケールにて０．
１Ｖ、すなわち−２０ｄＢを有し、受信信号のノイズレ
ベル−８０ｄＢを大きく上回る。ここで述べた例では、
本装置は従来装置よりもスイッチングノイズを７０ｄＢ
抑圧することができる。

【００２２】本装置はＬＯＧアンプ４２、４４を用いて
信号圧縮を行う点に特徴がある。受信信号はＬＯＧアン
プによる対数変換により、ダイナミックレンジを、切換
器である電子スイッチの入力レンジの上限より小さく、
かつスイッチングノイズレベルより大きい範囲に変換さ
れ、しかる後に切換回路４０を通過する。そのため、切
換回路４０において、スイッチングノイズによるＳ／Ｎ
比の劣化も、切換器の入力レンジの影響による大信号に
対する歪みも生じない。一般的に、受信信号を単純に増
幅するのみでは、ダイナミックレンジの上限が切換器の
入力レンジの上限を超えないという条件と、ダイナミッ
クレンジの下限がスイッチングノイズより下回らないと
いう条件とを両立させることは難しい。これに対し、本
装置の信号圧縮はそのような制限を受けないという点
で、単純な増幅と相違している。つまり、本装置によれ
ば、２つの受波整相加算回路を切り換える切換器とし
て、入力レンジの上限を従来に比べて大きくする必要は
なく、スイッチングノイズのレベルに関する条件も入力
レンジの上限に対して、例えば−２０ｄＢ程度と緩やか
に設定でき、安価な切換器を採用することができる。

【００２３】なお、本装置では、受波整相加算回路は２
系統としたが、３系統以上であってもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の超音波診断装置によれば、低コ
ストの切換器を用いても、受信信号は切換器のスイッチ
ングノイズの影響を受けず、よって受信信号のＳ／Ｎ比
が向上するという効果が得られる。また切換器を低コス
トとすることができるため、装置の低コスト化を図れる
という効果がある。さらに、スイッチングノイズの影響
を受けにくくなるため、切換器として通常部品を組み込
むのみで別段、スイッチングノイズの低減のための回路
の調整が不要となるので、装置の生産効率の向上、保守
の容易化、性能安定化といった効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 受信ダイナミックフォーカスを行う本発明に
係る超音波診断装置のブロック構成図である。

【図２】 装置各部での受信信号レベルとスイッチング
ノイズレベルとの関係の一例を示す模式図である。

【図３】 受信ダイナミックフォーカスを行う従来の超
音波診断装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

３０ 振動子アレイ、３２ 送信回路、３６，３８ 受
波整相加算回路、４０切換回路、４２，４４ ＬＯＧア
ンプ、５０ Ｂモード信号処理回路、５４スペクトルド
プラ信号処理回路、５６ カラードプラ信号処理回路、
５８ 逆ＬＯＧアンプ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受信する複数の振動子と、並
   列的に配置され選択的に使用される複数の回路であっ
   て、それぞれ前記各振動子から出力される受信信号を整
   相加算する複数の受波整相加算回路と、これら受波整相
   加算回路の出力のいずれかを選択する切換器と、当該切
   換器から出力される受信信号に基づいてエコー信号処理
   を行うエコー信号処理回路とを含む超音波診断装置にお
   いて、 前記切換器の入力側に前記 各受波整相加算回路ごとに設
   けられ、それぞれ前記受波整相加算回路の出力を対数関
   数に基づいて対数受信信号に変換する複数の対数変換器
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記切換器から出力された対数受信信号
   を指数関数に基づいて変換する指数変換器を有すること
   を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記エコー信号処理回路は、ドプラ処理
   を行うドプラ信号処理回路を有し、 前記指数変換器は、ドプラ信号処理回路の入力側に配置
   されることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装
   置。
4. 【請求項４】 前記エコー信号処理回路は、Ｂモード処
   理を行うＢモード信号処理回路を有することを特徴とす
   る請求項１記載の超音波診断装置。