JP3133404B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
ームフォーマに関し、特に画質を改善するための受波ビ
ームフォーマの改良に関する。
波信号を被検体内に照射して、被検体内の組織や病変部
から反射されてくる信号を超音波探触子で受波し、その
反射信号で形成される断層像をCRTに表示して診断の
用に供する装置である。
ード像の画質を向上させるために、近時大開口送受信を
行う装置が開発されてきている。
送受信には生体内の音速の不均一によって、Bモード像
の画質に大幅な変化を生ずるという問題点がある。この
問題点を図面によって説明する。
を示した図である。図において、1は超音波を送受波す
る探触子、2は超音波ビーム3を照射してその反射信号
から画像表示しようとする目標物である。
ャネルの信号はN+1個の前置増幅器4によって増幅さ
れ、遅延回路5でそれぞれ遅延を受けて整相され、加算
回路6で加算されて、整相加算された信号が出力され
る。
イナミックレンジを後段の回路のダイナミックレンジに
合致させるように圧縮して増幅する。非線形増幅器7の
出力は包絡線検波器8で検波され、AD変換器9でディ
ジタル信号に変換され、DSC10でテレビジョンモー
ドの信号に変換されアナログ信号に戻されて、CRT1
1で表示される。
って発生する問題点を図7を用いて説明する。図7は図
6に示す回路中、一点鎖線で囲んだ(A)ブロックを探
触子1の開口の半分を境として、遅延回路と加算回路を
分割して示した図である。図において、図6と同一の部
分には同一の符号を付してある。遅延回路5は遅延回路
A12と遅延回路B13とに分割され、加算回路6は加
算回路A14と加算回路B15に分割されている。加算
回路C16は分割された加算回路A14と加算回路B1
5の出力を更に加算して1つのデータとするための加算
回路である。遅延回路A12,遅延回路B13,加算回
路A14,加算回路B15及び加算回路C16で受波ビ
ームフォーマ17を構成している。この受波ビームフォ
ーマ17において、遅延回路A12には0番〜{(N+
1)/2}−1番のチャネルの信号が入力され、遅延回
路B13には{(N+1)/2}−1番〜N番のチャネ
ルの信号が入力されている。
れたチャネルの信号を加算し、加算回路B15は遅延回
路B13に入力されたチャネルの信号を加算する。加算
回路A14の出力を(a)とし、加算回路B15の出力
を(b)とすると、加算回路C16は(a)と(b)と
を加算し、(c)を出力する。(c)は0〜Nチャネル
の信号をすべて整相加算した受波ビームフォーマ17の
出力信号である。この信号は非線形増幅器7で増幅さ
れ、包絡線検波器8で検波されて尖頭値が保持された形
の信号(d)が出力される。
(b),(c),(d)の波形の関係を示す図である。
図において、(イ)図は音速が均一な場合の各波形の関
係を示す図、(ロ)図は例えば図6に示すように超音波
の伝達経路に脂肪層等があって音速が不均一な場合の各
波形の関係を示す図である。(イ)図において、音速が
均一なため加算回路A14の出力の(a)の波形と、加
算回路B15の出力の(b)の波形とは等しい波形であ
って、従って加算回路C16の出力の(c)信号は
(a),(b)の信号と波形が同じで、2信号の和の振
幅の信号である。(d)は包絡線検波された信号波形
で、入力信号(a)と(b)に含まれる情報を忠実に表
している。(ロ)図は音速が不均一な場合の各出力のデ
ータ(a),(b),(c),(d)を示す図である。
図において、(b)は(a)に対して略半波長の位相の
遅延した最悪条件の場合の波形図である。従ってこの2
信号を加算する加算回路C16の出力の(c)は
(a),(b)が打ち消し合って図のような(a),
(b)の波形とは全く異なった波形となって、乱れた波
形を出力している。このため包絡線検波出力(d)の波
形は本来の波形とは異なる波形となって原情報が打ち消
されてしまっている。
て、図8による説明で、探触子1と目標物2の間の媒体
を伝達する音速の状態によって画質が極端に変わってし
まうことが分る。又、方位、方向の分解能を良くしよう
として、大開口送受信を行う場合、その開口を大きくす
ればする程、このフェーディングの影響が強く出てく
る。
で、その目的は、大開口探触子を用いて音速不均一な媒
体を経由する送受信を行った場合にも、良好な画質の画
像を得ることのできる超音波診断装置を提供することに
ある。
発明は、大開口探触子の全チャネルの受信信号がそれぞ
れ入力される少なくとも2個の遅延回路と、該遅延回路
の信号を少なくとも隣接チャネル群でオーバーラップさ
せるようにチャネルを選択して前記受信信号を少なくと
も2個のチャネル群に分割して出力する前記各遅延回路
に接続される加算信号選択器と、該各加算信号選択器か
ら出力される分割されたチャネル群の信号を整相加算す
る手段である加算回路と該各加算回路の出力信号をそれ
ぞれ包絡線検波する包絡線検波器と、該各包絡線検波器
の検波出力信号を加算して整相加算された受信信号を出
力する検波出力加算回路とを具備することを特徴とする
ものである。
の遅延回路に入力されて各チャネル毎に所定の遅延を受
けて加算信号選択器に入力される。入力された全チャネ
ルの信号は加算信号選択器毎にそれぞれ少なくとも隣接
信号にオーバーラップさせて特定のチャネルの信号を選
択して少なくとも2個のチャネル群に分割して出力す
る。各チャネル群の信号はそれぞれ加算回路により加算
されてチャネル群毎に整相加算されて包絡線検波器でそ
れぞれ検波され、検波出力を加算する加算回路で加算さ
れて全チャネルの整相加算信号が出力される。ここでは
大開口探触子の受信信号を少なくとも2分割して音速不
均一による影響を少なくする。
に説明する。図1は本発明の一実施例の受波ビームフォ
ーマのブロック図である。図において、21は探触子1
の全チャネルのN個の信号が入力されて各チャネルの信
号に対しそれぞれの遅延量を与える遅延回路C、22は
同じく全チャネルのN個の信号が遅延回路Cと並列に入
力されて、各チャネルのそれぞれの信号に遅延回路C2
1と同様な遅延を与える遅延回路Dである。
れ、特定のチャネルのスイッチをオンにして、そのチャ
ネルの信号のみを通過させる加算信号選択器A、24は
遅延回路D22の出力信号が入力され、特定のチャネル
のスイッチをオンにして、そのチャネルの信号のみを通
過させる加算信号選択器Bである。
ャネルの信号を加算して前記特定チャネルのRF信号段
階での整相加算を行う加算回路D、26は同様に加算信
号選択器Bが選択した特定チャネルの信号を加算して整
相加算する加算回路Eである。
算回路E26の出力信号を非線形圧縮増幅する非線形増
幅器Aと非線形増幅器B、29,30はそれぞれ非線形
増幅器A27と非線形増幅器B28の出力信号を包絡線
検波する包絡線検波器Aと包絡線検波器Bである。
B30で検波された信号を加算して出力する加算回路F
である。この出力は図6に示すようにDSC10を経て
CRT11で表示される。以上図1に示した各回路で受
波ビームフォーマを構成している。
の説明に先立って、本実施例で行おうとする動作の原理
を説明する。生体内の音速分布の不均一は基本的なもの
で避けることができない。従って、超音波の波面はその
影響で変形されている。これを大開口で波面の乱れに影
響され易いRF信号のまま全エレメントの信号を加算す
れば図8に示したように整相加算された信号は正しい波
形として出力されない。併し、小開口の探触子で受信し
た信号は波面の乱れが小さく、ビームフォーミングされ
た出力に対し音速の不均一による影響を小さくすること
ができることから受信信号を加算信号選択器により選択
して小開口受信と等価な受信を行おうとするものであ
る。
を遅延させる場合のチャネルと遅延時間との関係を示す
図である。図において、チャネル数を0〜Nチャネルと
し、N+1チャネルを図示のように0〜n1 チャネル,
n1 〜n2 チャネル,n2 〜Nチャネルと3分割した場
合を考える。Cは従来の装置で整相加算されるチャネル
の範囲を示す曲線で、0〜Nチャネルの全チャネルに亘
っている。A,Bは本実施例で行う整相加算のチャネル
数の一例で、Aは遅延回路C21で遅延を施したチャネ
ルの信号のうち加算信号選択器A23で選択出力された
チャネルの範囲を示す曲線、Bは同様に加算信号選択器
B24で選択出力されたチャネルの範囲を示す曲線であ
る。
2のA曲線に示されるチャネル数の範囲である0〜n2
チャネルの信号を加算し、加算回路E26では図2のB
曲線に示されるチャネル数の範囲であるn1 〜Nチャネ
ルの信号を加算し、検波後更にA,B2信号を加算する
ことにより、等価的に小開口受信を行った結果を得よう
とするものである。
作を説明する。遅延回路C21は入力された全チャネル
の信号に所定の遅延量を与え、加算信号選択器A23に
入力する。加算信号選択器A23は図2に示すAの開口
0〜n2 に相当するチャネルの信号を通過させるように
スイッチを接続する。この0番〜n2 番のチャネルの信
号は加算回路D25で加算されて、0番〜n2 番のチャ
ネルの信号が整相加算される。
信号に所定の遅延(遅延回路C21と同様な特性の遅
延)を与えて加算信号選択器B24に入力する。加算信
号選択器B24は図2に示すBの開口n1 〜Nに相当す
るチャネルの信号を通過させるようにスイッチを接続す
る。このn1 番〜N番のチャネルの信号は加算回路E2
6で加算されてn1 〜N番のチャネルの信号が整相加算
される。
A27で増幅された後包絡線検波器A29で包絡線検波
される。同様に加算回路E26の出力信号は非線形増幅
器B28で増幅された後包絡線検波器B30で包絡線検
波される。包絡線検波された2信号は加算回路F31で
最終的に加算されて整相加算出力が次段以降に送られ
る。
て、加算信号選択器A23と加算信号選択器B24とで
入力信号を0〜n2 とn1 〜Nとに分離して整相加算し
た時の各部の波形を図3に示し、本実施例によって得ら
れる効果を説明する。図において、(イ)図は音速が均
一の場合の各信号の波形図、(ロ)は音速が不均一のた
め2信号の位相差が180°になった場合の各信号の波
形図である。(e)は加算回路D25の開口Aによる出
力信号波形、(f)は加算回路E26の開口Bによる出
力信号波形である。(g)は包絡線検波器A29の出力
信号波形、(h)は包絡線検波器B30の出力信号波形
である。(i)は(g)と(h)の波形を合成した加算
回路F31の出力信号波形を示している。この図では0
〜n2 及びn1 〜Nで示されるチャネルは小開口探触子
として音速の不均一は無視し得る程度に小さいものとし
ている。
合には、図2に示す開口Aと開口Bの出力信号の整相加
算結果の(g)と(h)の波形は同位相で、従って最終
的に整相加算された出力信号は原信号(e),(f)の
情報を再現している。
180°の位相差を持っている場合の図で、(e)の包
絡線検波結果の信号は(g)、(f)の包絡線検波結果
の信号は(h)で、開口A,開口Bにおける音速の不均
一は殆どないため、(g)は原信号(e)の情報を、
又、(h)は原信号(f)の情報を再現している。
(g)と(h)の加算合成波形は(i)に示す波形とな
り原信号(e),(f)が打ち消されることなく、原情
報が伝達される。
する領域を分けるチャネル番号n1とn2 の設定、即ち
加算信号選択器A23と加算信号選択器B24の通過帯
域の設定条件について考察する。小開口A,Bの開口幅
の大きさが小さい程受ける音響不均一の影響は少ない。
しかし、一方、RF段階で遅延加算(整相加算)する小
開口が小さい程、方位方向の超音波ビーム幅が劣化して
しまう。従って、音速不均一の影響低減と方位方向ビー
ム幅とは二律背反の条件となる。そのため、或る程度の
方位方向ビーム幅を維持するため図2に示すようにn1
〜n2 チャネル分のオーバーラップ部分を設けている。
このn1 ,n2 の設定は上記の2つの特性のどちらを重
視するかによって決めることになる。
に示すようにn2 n1 間に受信に携さわらない部分がで
きて不感部32を生ずる。従って、0<n1 ≦n2 <N
が必要条件となる。
大開口探触子で受信したのにも拘わらず、音速不均一の
影響を受けない受波ビームフォーマを実現することがで
きる。
ではない。開口を区分するチャネルのn2 ,n1 を固定
していたが可変開口として深さ方向でn2 ,n1 を変化
させてもよい。
それぞれ全チャネルの信号を入力しているが、遅延回路
C21について云えば、最大となるn2 以上のチャネル
は加算信号選択器A23に接続しなくてもよい。遅延回
路D22についても同様である。
いて41は0番〜n2 番のチャネルの信号を遅延線A4
2に入力させるクロスポイントスイッチ、43はn1 番
〜N番のチャネルの信号を遅延線B44に入力させるク
ロスポイントスイッチである。図1の遅延回路C21と
遅延回路D22及び加算信号選択器A23と加算信号選
択器B24に代わって図5の回路を用いるようにしても
よい。
分割をオーバーラップ部分を持つ2個の小開口にした
が、分割数は2以上でN以下の数値を選んでもよい。但
し、この場合には分割数だけの遅延回路から包絡線検波
器までの回路が必要となる。
ば、大開口探触子を用いて音速不均一な媒体を経由して
送受信を行っても、音速不均一による画質の劣化を受け
ることがなくなり、実用上の効果は大きい。
例を示す図である。
を示す図で、(イ)図は音速が均一な場合の図、(ロ)
図は音速不均一がある場合の図である。
ネルがある場合の超音波ビームの照射域を示す図であ
る。
置のブロック図である。
線検波器までの回路を抽出して細部を示した図である。
検波出力の関係を示す図で、(イ)図は音速が均一な場
合の図、(ロ)図は音速不均一がある場合の図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 被検体からの超音波を探触子で受信して
超音波画像を生成する超音波診断装置であって、 前記探触子の全チャンネルの受信信号を1つのチャンネ
ル群とし、複数の該チャンネル群に相当する該受信信号
が並列に入力され、隣接する該チャンネル群で重複部分
を有するようにチャンネルを選択して該受信信号を該複
数のチャンネル群に分割をするとともに該分割をしたチ
ャンネル群でそれぞれ整相加算する整相加算手段と、 前記整相加算手段の出力信号をそれぞれ包絡線検波する
包絡線検波手段と、 前記包絡線検波手段の検波出力信号を加算する検波出力
加算手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装
置。 - 【請求項2】 被検体からの超音波を探触子で受信して
超音波画像を生成する超音波診断装置であって、 前記探触子の全チャンネルの受信信号がそれぞれ入力さ
れる少なくとも2個の遅延手段と、 前記遅延手段の信号を隣接チャンネル群で重複部分を有
するようにチャンネルを選択して、前記受信信号を少な
くとも2個のチャンネル群に分割して出力する加算信号
選択手段と、 前記加算信号選択手段から出力される信号をそれぞれ整
相加算する加算手段と、 前記加算手段の出力信号をそれぞれ包絡線検波する包絡
線検波手段と、 前記包絡線検波手段の検波出力信号を加算する検波出力
加算手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装
置。
Priority Applications (6)
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Family Applications (1)
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