(57)【要約】【課題】大きいダイナミックレンジで高調波成分をアナログ・デジタル変換、処理する超音波診断装置およびその処理方法を提供すること。【解決手段】  超音波を送受信する振動子１５を駆動する駆動送信回路１２と、この駆動による超音波が、反射して前記振動子に受信され、電気信号に変換された受信信号を増幅する前置増幅器１６と、この増幅器から出力される受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮を行う非線形圧縮回路１７と、この非線形圧縮回路の出力振幅を等間隔に量子化するアナログ・デジタル変換回路１８と、このデジタル出力の前記量子化した振幅を各レベルの非線形係数に基づいて振幅を復元する非線形伸張回路１９と、この出力の遅延位相を揃える整相加算回路２２と、この出力の高調波成分を選択的にデジタル処理して画像信号を抽出し、２次元画像の走査線を出力する信号処理回路２３と、この信号処理回路の出力を画像表示する表示装置２４とを具備することを特徴とする超音波診断装置。【選択図】  図１
2006149502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する振動子を電気信号で駆動する超音波送信手段、およびこの駆動で放射された超音波の反射信号が前記振動子に受信され、電気信号に変換された受信信号を増幅する増幅手段を備える超音波診断装置であって、
前記増幅手段から出力される受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮を行う非線形圧縮手段と、
この非線形圧縮手段の出力振幅を量子化するアナログ・デジタル変換手段と、
このアナログ・デジタル変換手段の出力を、前記量子化した振幅を各レベルの非線形係数に基づいて振幅を復元する非線形伸張手段と、
この非線形伸張手段の出力を、高調波成分を選択的に処理して画像信号を抽出し、２次元画像データを出力する信号処理手段と、
この信号処理手段の出力を表示する表示手段と
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波を送受信する振動子グループの複数の振動子のそれぞれを、予め設定した位相差を付した電気信号で駆動する超音波送信手段、およびこの駆動により放射された超音波の反射信号が再び前記振動子グループに受信され、電気信号に変換された受信信号をそれぞれ増幅する増幅手段を備える超音波診断装置であって、
前記増幅手段から出力それぞれされる受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮をそれぞれ行う非線形圧縮手段と、
この非線形圧縮手段の出力振幅それぞれを量子化するアナログ・デジタル変換手段と、
このアナログ・デジタル変換手段の出力それぞれを、前記量子化した振幅を各レベルの非線形係数に基づいて振幅を復元する非線形伸張手段と、
前記振動子グループに対応する前記非線形伸張手段の出力それぞれを、前記駆動においてそれぞれ付した前記位相差を元に戻し、これらの信号すべてを加算する整相加算処理手段と、
この整相加算処理手段の出力を、高調波成分を選択的に処理して画像信号を抽出し、２次元画像データを出力する信号処理手段と、
この信号処理手段の出力を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記非線形圧縮手段は、極性を違えて並列接続した２個のダイオードに第１の抵抗を直列接続した回路が、第２の抵抗に並列接続された入力インピーダンスを入力信号端子に備え、前記第１の抵抗の値は前記第２の抵抗の値の数分の１〜１／１０に、前記第１の抵抗と帰還抵抗が同等の抵抗値にそれぞれ設定される演算増幅器回路であり、入出力特性が前記ダイオードの順方向電圧において屈曲して増幅率が変化するものであることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記非線形圧縮手段は、第１の抵抗と第２の抵抗が直列接続される帰還抵抗の中間点に、第１のダイオードのカソードに第１の直流電源の陰極が接続された第１の屈曲点回路と、第２のダイオードのアノードに第２の直流電源の陽極が接続された第２の屈曲点回路とが、並列接続された屈曲設定回路の前記ダイオードの側端が接続され、前記直流電源の側端が接地された帰還回路を備え、入力信号端子の入力インピーダンスとして第３の抵抗を接続した演算増幅器回路であり、入出力特性の増幅率が変化する屈曲部の電圧を前記直流電源の電圧により設定し、屈曲してなる増幅率を、前記第１および第２の抵抗の抵抗値比率で設定したものであることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記非線形圧縮手段は、予め設定した係数を出力する係数回路と、この係数ｎを読込んで、入力信号をｎ回乗算する乗算手段と、入力信号の正負符号を判別記憶して前記乗算手段の結果出力に同符号を付す符号符与手段とからなり、入力信号の累乗を出力する入出力特性であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記増幅手段の出力に、前記非線形圧縮手段へ接続、または直接前記アナログ・デジタル変換手段へ接続のいずれかを選択する第１の切換えスイッチと、前記アナログ・デジタル変換手段の出力に、前記第１の切換えスイッチに同期し、この第１の切換えスイッチが前記非線形圧縮手段へ接続される場合は前記非線形伸張手段へ接続し、または第１の切換えスイッチが直接前記アナログ・デジタル変換手段に接続される場合は、直接前記画像信号処理手段に接続を行う第２の切換えスイッチとを具備して、前記非線形圧縮手段および前記非線形伸張手段の接続、非接続を選択することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記増幅手段の出力それぞれに、前記非線形圧縮手段へ接続、または直接前記アナログ・デジタル変換手段へ接続のいずれかを選択する第１の切換えスイッチと、前記アナログ・デジタル変換手段の出力それぞれに、前記第１の切換えスイッチそれぞれに同期し、この第１の切換えスイッチが前記非線形圧縮手段へ接続される場合は前記非線形伸張手段のそれぞれへ接続し、また前記切替えスイッチが直接前記アナログ・デジタル変換手段にそれぞれ接続される場合は、直接前記整相加算手段にそれぞれ接続する第２の切換えスイッチとを具備して、前記非線形圧縮手段および前記非線形伸張手段の接続、非接続を選択することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項８】
プローブに備えられ、超音波を送受信する振動子グループの複数の振動子を予め設定した位相差を付して電気信号で駆動する超音波送信ステップと、
この超音波送信ステップの駆動により放射された超音波が、反射して再び前記振動子グループの各振動子に受信され、電気信号に変換された受信信号をそれぞれ増幅する増幅ステップと、
この増幅ステップの結果の入力振幅の増大に対応して、その増幅率の１次微分係数が正値となる入出力特性を有し、前記受信信号の振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮する非線形圧縮ステップと、
この非線形圧縮ステップの結果の信号振幅を等間隔にそれぞれ量子化するアナログ・デジタル変換ステップと、
このアナログ・デジタル変換ステップの結果のそれぞれを、前記量子化の各レベルに非線形係数を付して振幅レベルを復元する非線形伸張ステップと、
前記振動子グループに対応する前記非線形伸張ステップの結果のそれぞれを、前記駆動においてそれぞれ付した予め設定した位相差を元に戻して、これらすべてを加算処理する整相加算ステップと、
この整相加算ステップの結果に対し、高調波成分を選択的にデジタル処理して画像信号を抽出し、２次元画像の走査線を得る画像信号処理ステップと、
この画像信号処理ステップの結果を画像表示する表示ステップと
からなることを特徴とする超音波診断装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置の超音波受信信号の処理に関し、特にハーモニックイメージング法などにおける高調波信号処理を行う超音波診断装置およびその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置による超音波断層像の描出には、プローブ（探触子とも呼ばれる）に備える超音波振動子から超音波が生体の内部に放射され、これらが生体組織で反射した信号を再びプローブの超音波振動子で受信する。この受信信号を処理して２次元画像を作成し、表示装置に断層像として表示される。この断層像を表示する受信信号は、一般的には、生体に放射した超音波信号の基本周波数を中心周波数とするほぼ同等の周波数帯域の信号であり、この受信信号の基本周波数成分が処理されて、これらから得た画像情報が超音波断層画像と呼ばれる。
【０００３】
最近では、プローブの広帯域対応への改良や、信号処理の高周波対応がなされて、放射した超音波が生体で反射、あるいは生体を伝播する場合に、その非線形特性により生じる高調波信号を再びプローブの超音波振動子で受信して、これらを処理して２次元の画像情報を得て断層画像を作成するティッシュ・ハーモニックイメージング法やコントラスト・ハーモニックイメージング法による超音波断層画像表示も行われる。
【０００４】
このハーモニックイメージング法では、生体組織の特性により生じる２次高調波成分を主に超音波画像の描出・構成に用いるので、基本周波数帯域の信号による画像に比べてコントラスト分解能や方位分解能に優れ、また多重反射やサイドローブによる画像上のノイズが減少する特徴がある。したがって、これによる画像では、臓器や病変の輪郭が明瞭になり、胆嚢や血管などの管腔内部が鮮明に表示することができる特徴がある。
【０００５】
このハーモニックイメージングを行う超音波診断装置では、基本周波成分が圧倒的に多く含まれる超音波反射信号を電気信号に変換した受信信号に対し、高調波成分を取り出すフィルタ処理が行なわれるが、この処理において受信信号をアナログ・アナログ変換した後に、デジタルフィルタで基本波を除去しようとすると、アナログ・アナログ変換のダイナミックレンジが不足することが問題であった。
【０００６】
このダイナミックレンジの不足に対応する方法として、従来はプローブに備える超音波振動子の受信特性を変えて、基本周波数帯域の感度を減衰させ、受信高調波成分の感度を相対的に上げる手法でダイナミックレンジ不足を補っていたが、この手法でもアナログ・アナログ変換のダイナミックレンジが十分確保できない問題が依然あった。
【０００７】
また近年、高周波、高分解能のアナログ・アナログ変換素子が開発されているが、これらは高価であり、さらに周辺回路に対しても分解能を上げるなどの対応が必要となり、コストが高くなる。また消費電力が増加して、これらは新たな問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、大きいダイナミックレンジで高調波成分をアナログ・デジタル変換処理する超音波診断装置およびその処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する振動子を電気信号で駆動する超音波送信手段、およびこの駆動で放射された超音波の反射信号が前記振動子に受信され、電気信号に変換された受信信号を増幅する増幅手段を備える超音波診断装置であって、前記増幅手段から出力される受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮を行う非線形圧縮手段と、この非線形圧縮手段の出力振幅を量子化するアナログ・デジタル変換手段と、このアナログ・デジタル変換手段の出力を、前記量子化した振幅を各レベルの非線形係数に基づいて振幅を復元する非線形伸張手段と、この非線形伸張手段の出力を、高調波成分を選択的に処理して画像信号を抽出し、２次元画像データを出力する信号処理手段と、この信号処理手段の出力を表示する表示手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する振動子グループの複数の振動子のそれぞれを、予め設定した位相差を付した電気信号で駆動する超音波送信手段、およびこの駆動により放射された超音波の反射信号が再び前記振動子グループに受信され、電気信号に変換された受信信号をそれぞれ増幅する増幅手段を備える超音波診断装置であって、前記増幅手段から出力それぞれされる受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮をそれぞれ行う非線形圧縮手段と、この非線形圧縮手段の出力振幅それぞれを量子化するアナログ・デジタル変換手段と、このアナログ・デジタル変換手段の出力それぞれを、前記量子化した振幅を各レベルの非線形係数に基づいて振幅を復元する非線形伸張手段と、前記振動子グループに対応する前記非線形伸張手段の出力それぞれを、前記駆動においてそれぞれ付した前記位相差を元に戻し、これらの信号すべてを加算する整相加算処理手段と、この整相加算処理手段の出力を、高調波成分を選択的に処理して画像信号を抽出し、２次元画像データを出力する信号処理手段と、この信号処理手段の出力を表示する表示手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、上記本発明の超音波診断装置においては、前記非線形圧縮手段は、極性を違えて並列接続した２個のダイオードに第１の抵抗を直列接続した回路が、第２の抵抗に並列接続された入力インピーダンスを入力信号端子に備え、前記第１の抵抗の値は前記第２の抵抗の値の数分の１〜１／１０に、前記第１の抵抗と帰還抵抗が同等の抵抗値にそれぞれ設定される演算増幅器回路であり、入出力特性が前記ダイオードの順方向電圧において屈曲して増幅率が変化するものであることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、上記本発明の超音波診断装置においては、前記非線形圧縮手段は、第１の抵抗と第２の抵抗が直列接続される帰還抵抗の中間点に、第１のダイオードのカソードに第１の直流電源の陰極が接続された第１の屈曲点回路と、第２のダイオードのアノードに第２の直流電源の陽極が接続された第２の屈曲点回路とが、並列接続された屈曲設定回路の前記ダイオードの側端が接続され、前記直流電源の側端が接地された帰還回路を備え、入力信号端子の入力インピーダンスとして第３の抵抗を接続した演算増幅器回路であり、入出力特性の増幅率が変化する屈曲部の電圧を前記直流電源の電圧により設定し、屈曲してなる増幅率を、前記第１および第２の抵抗の抵抗値比率で設定したものであることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、上記本発明の超音波診断装置においては、前記非線形圧縮手段は、予め設定した係数を出力する係数回路と、この係数ｎを読込んで、入力信号をｎ回乗算する乗算手段と、入力信号の正負符号を判別記憶して前記乗算手段の結果出力に同符号を付す符号符与手段とからなり、入力信号の累乗を出力する入出力特性であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、上記本発明の超音波診断装置においては、前記増幅手段の出力に、前記非線形圧縮手段へ接続、または直接前記アナログ・デジタル変換手段へ接続のいずれかを選択する第１の切換えスイッチと、前記アナログ・デジタル変換手段の出力に、前記第１の切換えスイッチに同期し、この第１の切換えスイッチが前記非線形圧縮手段へ接続される場合は前記非線形伸張手段へ接続し、または第１の切換えスイッチが直接前記アナログ・デジタル変換手段に接続される場合は、直接前記画像信号処理手段に接続を行う第２の切換えスイッチとを具備して、前記非線形圧縮手段および前記非線形伸張手段の接続、非接続を選択することを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、上記本発明の超音波診断装置においては、前記増幅手段の出力それぞれに、前記非線形圧縮手段へ接続、または直接前記アナログ・デジタル変換手段へ接続のいずれかを選択する第１の切換えスイッチと、前記アナログ・デジタル変換手段の出力それぞれに、前記第１の切換えスイッチそれぞれに同期し、この第１の切換えスイッチが前記非線形圧縮手段へ接続される場合は前記非線形伸張手段のそれぞれへ接続し、また前記切替えスイッチが直接前記アナログ・デジタル変換手段にそれぞれ接続される場合は、直接前記整相加算手段にそれぞれ接続する第２の切換えスイッチとを具備して、前記非線形圧縮手段および前記非線形伸張手段の接続、非接続を選択することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記の目的を達成するために、本発明の超音波診断装置の信号処理方法は、プローブに備えられ、超音波を送受信する振動子グループの複数の振動子を予め設定した位相差を付して電気信号で駆動する超音波送信ステップと、この超音波送信ステップの駆動により放射された超音波が、反射して再び前記振動子グループの各振動子に受信され、電気信号に変換された受信信号をそれぞれ増幅する増幅ステップと、この増幅ステップの結果の入力振幅の増大に対応して、その増幅率の１次微分係数が正値となる入出力特性を有し、前記受信信号の振幅が小さいほどその圧縮率が大きい圧縮する非線形圧縮ステップと、この非線形圧縮ステップの結果の信号振幅を等間隔にそれぞれ量子化するアナログ・デジタル変換ステップと、このアナログ・デジタル変換ステップの結果のそれぞれを、前記量子化の各レベルに非線形係数を付して振幅レベルを復元する非線形伸張ステップと、前記振動子グループに対応する前記非線形伸張ステップの結果のそれぞれを、前記駆動においてそれぞれ付した予め設定した位相差を元に戻して、これらすべてを加算処理する整相加算ステップと、この整相加算ステップの結果に対し、高調波成分を選択的にデジタル処理して画像信号を抽出し、２次元画像の走査線を得る画像信号処理ステップと、この画像信号処理ステップの結果を画像表示する表示ステップとからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による超音波診断装置は、反射した超音波信号による受信信号の入力に対し、その入力振幅の増大と共に出力振幅増幅率が増大する特性を有する非線形圧縮手段を備えるので、ビット数を増加させること無く、アナログ・デジタル変換の入力ダイナミックレンジを等価的に拡大することができる。しかも、アナログ・デジタル変換の量子化において、この非線形圧縮手段の入力振幅の増大と共に出力振幅増幅率がより増大する特性により、信号振幅が小さい場合には量子化分解能が粗く、信号振幅が大きい場合には量子化の分解能が細かく行なわれるので、振幅に反比例する量子化誤差による量子化サイドローブやホワイトノイズなどを抑える効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
本実施形態の大略な構成は、駆動信号を出力し、反射信号を処理して画像信号を出力する超音波診断装置の本体部１０と、この本体部１０にケーブル１３を介して接続される超音波振動子１５を有するプローブ１４と、本体部１０から出力される画像信号が入力されて、断層画像を表示する表示装置２４とからなる。
【００２１】
さらに、図１に示すように、本体部１０は、システムクロック発信器を含み、駆動パルス信号を出力する送信制御回路１１と、この駆動パルス信号により振動子１５を駆動する駆動信号をプローブケーブル１３を介してプローブ１４へ出力する駆動送信回路１２が、駆動系回路として備えられる。
【００２２】
一方、本体部１０の受信系回路は、プローブ１４の振動子１５が受信した反射超音波が電気信号の反射信号に変換されて、同じくプローブケーブル１３を通じて、入力される前置増幅器１６を備える。さらに、この受信系回路には、前置増幅器の出力が入力される、入力と出力の関係が予め設定した所定の特性を有する非線形圧縮回路１７と、この非線形圧縮回路１７の出力が入力されるアナログ・デジタル（以降Ａ／Ｄと表記する）変換回路１８と、このＡ／Ｄ変換回路１８のデジタル量子化された出力が入力される非線形伸張回路１９とを備える。この本体部１０の受信系回路の非線形伸張回路１９の出力が入力され、受信遅延制御回路２１からの超音波信号のビーム方向および収束位置を確定する遅延データも別途入力される整相加算回路２２と、この整相加算回路２２から出力された受信信号を２次元画像のスキャンニング信号に変換処理する信号処理回路２３を備えて構成される。さらに、この信号処理回路２３の出力を画像として表示する表示装置２４を備える。
【００２３】
次に、本実施形態の作用、動作を説明する。
【００２４】
先ず生体内へ、超音波信号を照射する超音波送信駆動が、上述の本体部１０の駆動系回路により行なわれる。この超音波信号の発生は、システムクロック発信器を含む送信制御回路１１が、所定のタイミングで駆動パルス信号を出力し、これが入力された駆動送信回路１２は、所定の振幅、例えば数１０Ｖの駆動信号を出力する。さらに、この駆動信号は、プローブケーブル１３介してプローブ１４の振動子１５に印加されて、超音波放射信号が振動子１５から放射される。
【００２５】
振動子１５から放射された超音波送信信号は、生体組織内の伝搬や組織境界での反射において、非線形特性を含む散乱現象により、送信信号の主要周波数の基本波成分およびその高調波成分を含む超音波散乱波を生じる。この超音波散乱波の一部が、再びプローブ１４の方向に向かう超音波反射信号となって、振動子１５により受信されて、受信信号として電気信号に変換される。
【００２６】
この受信信号は、接続しているプローブケーブル１３を通じて、本体部１０に備える受信系回路の前置増幅器１６に入力される。この前置増幅器により所定の増幅がされた受信信号は、入力と出力の関係が予め設定した所定の特性を有する非線形圧縮回路１７に入力される。
【００２７】
この非線形圧縮回路１７の所定の特性は、図２に示す線形特性２５のように、通常の増幅器の入力・出力の関係が、入力振幅に関わらず一定の増幅係数（増幅率）Ｋａの関係で出力するものと異なり、入力振幅Ｐ（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜・・・・＜Ｐｎ）に対応して、それぞれ増幅係数（増幅率）Ｋ（Ｐ）（０＜Ｋ（Ｐ１）＜Ｋ（Ｐ２）＜Ｋ（Ｐ３）＜・・・・＜Ｋ（Ｐｎ）≦Ｋａ）の関係を有し、振幅レベルの増大に伴い、その増幅率Ｋ（Ｐ）が徐々に連続的または段階的に増大変化する特性に設定してある。この特性は、例えば同図の非線形特性２６、２７、２８、２９に示すような、入力振幅が大きくなると増幅率の傾き（１次微分）が大きくなる入出力の特性である。
【００２８】
本実施形態の非線形圧縮回路１７に設定される所定の特性は、その増幅率（入出力の１次微分係数）の１次微分値（入出力の２次微分係数）が全ての入力振幅に対し正値となり、最大の入力振幅に対する増幅率が最大となるような、入力振幅の増大に伴ない、徐々に増幅率の変化分が増大する入出力特性、すなわち増幅率の変化分（入出力の２次微分値）も正値となる入出力特性に設定されることが特徴である。すなわち上述のＫ（Ｐ）が“１”以下に設定されて、受信信号の振幅に対応して、その振幅が小さいほどその圧縮率が大きくなる特性である。
【００２９】
上述の特性の処理により、前置増幅器１６から出力された受信信号の大半のパワーエネルギーは駆動信号の基本波成分が占めているが、これに重畳している生体の非線形特性に依存した高調波成分が、非線形圧縮回路１７の上述の入出力特性により強調されて、しかも、図２の特性図の横軸で示すように、信号入力レンジが、従来の線形特性２５による入力レンジ２５Ｒの増幅では対応できない過大な振幅に対しても増幅出力することができる広範な入力のダイナミックレンジ２９Ｒが確保でき、後段以降で処理対象となる高調波信号成分を高効率で出力する。
【００３０】
この十分なダイナミックレンジを確保した非線形圧縮回路１７のアナログ出力が、Ａ／Ｄ変換回路１８に入力され、受信信号がデジタル量子化される。この量子化においては、図２の縦軸、横軸に示すように、入力振幅が小さい範囲では粗く、入力振幅の大きい範囲では密な分解能となる。
【００３１】
次にこのＡ／Ｄ変換回路１８の出力が、そのデジタル量子化の各レベルに非線形係数を付して振幅レベルをそれぞれ伸張復元する元の信号に戻す非線形伸張回路１９に入力され、出力の復元された信号は、次段の整相加算回路２２に入力される。
【００３２】
駆動信号毎に対応する受信信号の処理を行う整相加算回路２２では、送信制御回路１１のシステムクロックに同期して、超音波信号の駆動毎のビーム方向および収束位置を設定する遅延データが受信遅延制御回路２１から入力される。この遅延データより、非線形伸張回路１９から入力された受信信号が、所定のそれぞれの方向に放射した収束ビームに対応する所定の走査線の画像信号として処理される。整相加算回路２２の出力は、２次元画像のスキャンニング信号に変換処理する信号処理回路２３に入力される。
【００３３】
信号処理回路２３では、入力された信号の高調波成分を選択的に処理するフィルタリングおよび増幅がなされ、さらに、エッジ処理あるいはノイズ除去などの画像信号の処理と、これら画像信号を２次元画面に構成する処理が行なわれて、処理後の画像データが表示装置２４に入力される。
【００３４】
この画像データが、表示装置２４に２次元表示されて、ハーモニックイメージング画像が観察できる。
【００３５】
次に、上述の実施形態における信号処理の特徴、効果について説明する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換回路１８で行なう受信信号のデジタル量子化において、量子化の誤差は、一般的には整相処理した後に量子化サイドローブやホワイトノイズなどの画像ノイズとして現れる。この量子化誤差によるノイズ（量子化ノイズと呼ぶ）は、従来の画像ノイズにおいて信号振幅に反比例して大きくなる。
【００３７】
しかし、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力における非線形処理により、振幅の小さな受信信号に対しては、Ａ／Ｄ変換の分解能が粗く、振幅が大きな受信信号にはＡ／Ｄ変換の分解能が細かく密に変換する。したがって、本実施形態の受信信号の処理では、信号振幅が大きいとき、非線形特性による量子化ノイズは従来のノイズに比べて抑えることができる。
【００３８】
すなわち、整相加算処理後の受信信号に生じる量子化サイドローブやホワイトノイズなどの従来の画像ノイズに対して、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力における非線形処理に起因する量子化ノイズの影響が小さい本実施形態では、直接Ａ／Ｄ変換処理を行なう従来の信号処理による画像に比して遜色が無く、しかもダイナミックレンジがより大きい画像を得ることができる。
【００３９】
受信信号の処理において、従来のＡ／Ｄ変換の有効ビット数に対し、より大きなダイナミックレンジで信号を処理することが可能になる。
【００４０】
また、所望のダイナミックレンジをＡ／Ｄ変換回路の分解能（ビット数）を変更せずに実現できるので、Ａ／Ｄ変換回路の分解能を上げるためのコストアップ、消費電力のアップを避けることができる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態につき、上述の所定の特性を得る非線形圧縮回路１７の詳細について図３を用いて説明する
本実施形態は、図３（ａ）に示すように、増幅回路３１の逆相入力端子３１ａと入力信号源３０との間の逆相入力抵抗３３に、アノードとカソードを互いに違えて並列に接続した２個のダイオードＤ３５１、Ｄ３５２に抵抗Ｒ３５３を直列接続した特性設定回路３５が並列接続される。また、帰還抵抗３４が増幅回路３１の出力端子３１ｃと逆相入力端子３１ａのそれぞれに接続されて帰還増幅回路を構成する。なお、抵抗３２は正相入力抵抗であり、抵抗３６は出力抵抗で、次段のＡ／Ｄ変換回路１８の入力インピーダンスに対応する。
【００４２】
この実施形態では、非線形圧縮回路の入出力特性は、同図（ｂ）の特性図に示す特性３９のように、入力信号の振幅がダイオードＤ３５１、Ｄ３５２の通常の順方向降下電圧の数１００ｍV以下では、これらがオフとなるので増幅回路３１の増幅率は逆相入力抵抗３３と帰還抵抗３４の比率である小さな増幅率の特性３９ａとなる。一方、振幅が数１００ｍＶ以上ではダイオードＤ３５１、Ｄ３５２がオンとなって、逆相入力抵抗３３と抵抗Ｒ３５３の並列接続の抵抗値と帰還抵抗３４の比率である大きい増幅率の特性３９ｂとなる。すなわち、ダイオードＤ３５１、Ｄ３５２がオン・オフする順方向降下電圧を屈曲点３９ｃとする増幅率の傾きが切換わる特性を有する非線形出力手段となる。
【００４３】
なお同図（ｂ）の特性３８は、従来の超音波診断装置においてＡ／Ｄ変換回路に入力する受信信号に行われる処理の入出力の関係を示す特性である。本実施形態では、特性３９ａ、３９ｂに示すように、屈曲点３９ｃ以下の小さい振幅入力に対する特性は、従来の超音波診断装置の有する特性より小さい増幅率になる特性に設定される。
【００４４】
この実施形態によれば、入力信号の振幅がダイオードの順方向降下電圧付近の数１００ｍVを堺に増幅特性が変化するので、主要な信号成分の基本波成分の信号レベルが比較的小さい場合の信号に、有効にダイナミックレンジの拡大確保ができる。また、対信号ノイズの大きい小信号レベルにおいて、その量子化ノイズも無視できる程度に設定できる。
【００４５】
次に、第３の実施形態について、図４を用いて説明する
本実施形態の所定の特性を得る非線形圧縮回路は、図４（ａ）に示すように、増幅回路４１の帰還回路に、帰還抵抗４４を所定の比率に分割した帰還抵抗Ｒ４４１と帰還抵抗Ｒ４４２の中間接続点に、ダイオードＤ４５１のアノードに陽極を直列接続するバイアス電源Ｂ４５５と、ダイオードＤ４５２のカソードに陰極を同じく直列接続するバイアス電源Ｂ４５６とがそれぞれ並列に接続されて、これら電源の他端が接地される帰還増幅回路を構成する。なお、抵抗４２ａ、４２ｂはそれぞれ正相入力抵抗、逆相入力抵抗であり、抵抗４６は出力抵抗で次段のＡ／Ｄ変換回路１８の入力インピーダンスに対応する。
【００４６】
この実施形態では、非線形圧縮回路の入出力特性は、同図（ｂ）の特性図に示す特性４９ように、入力信号の振幅がダイオードＤ４５１、Ｄ４５２の順方向降下電圧の数１００ｍVとそれぞれのバイアス電源Ｂ４５５あるいはバイアス電源Ｂ４５６電圧の極性を考慮した合計電圧を超える出力電圧で、ダイオードＤ４５１あるいはダイオードＤ４５２がオン・オフする。それぞれ合計電圧を屈曲点４９ｃ、（４９ｃ’）とする増幅率の傾き特性４９ａ、４９ｂ（４９ａ’、４９ｂ’）を切換える特性を有する非線形出力手段となる。なお同図（ｂ）の特性４８は、従来の超音波診断装置のＡ／Ｄ変換回路に入力する受信信号に行われる処理の入出力の関係を示す特性で、本実施形態の特性４９に示すように、屈曲点４９ｃ（４９ｃ’）以下の特性は従来の超音波診断装置の有する特性より小さい増幅率になる特性が設定される。
【００４７】
この実施形態では、非線形圧縮回路の入出力特性は、図４（ｂ）の特性図に示す特性４９のように、入力信号の振幅がダイオードＤ４５１、Ｄ４５２の順方向降下電圧の数１００ｍVに対し、バイアス電源Ｂ４５５、Ｂ４５６の電圧の変化、調整により、任意の電圧の屈曲点４９ｃ（４９ｃ’）を所望の電圧値に設定できる。
【００４８】
すなわち、この入出力特性は、正負非対称の特性や、これらがオフとなる増幅回路４１の増幅率は逆相入力抵抗４２ａと帰還抵抗３４あるいは抵抗Ｒ４４１の比率となる小さな増幅率の特性４９ａの傾きを種々に設計、設定できる構成となる。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば、対象となる信号の振幅特性や高調波信号成分の重畳の特性により、屈曲点電圧や増幅率を適切に設計変更することができ、小振幅信号における対信号ノイズの状況に対応させた処理回路の設計が容易となる。
【００５０】
次に、第４の実施形態について、図５を用いて説明する
本実施形態の所定の特性を得る非線形圧縮回路５０は、図５（ａ）に示すように、前置増幅回路１６による増幅の後に、所定の数式に基づく演算の乗算を行う乗算回路部５１と、この乗算における係数を設定保持する係数回路部５２と、入力の信号極性に対応して出力の符号を設定する符号演算回路部５３とから構成される。
【００５１】
所望する特性を、例えば、入力ｘに対しａ累乗して、入力と同符号を付すＹ＝ｓｉｎｇ（ｘ）｜ｘ｜ａの関係を有する出力Ｙとすると、先ず係数回路部５２から指数ａを読み出し、ａ回の乗算を繰り返す乗算回路部５１の出力に、符号演算回路部５３で入力信号の極性を判別し、これと同極性の符号を付して、非線形圧縮回路５０の出力として次段のＡ／Ｄ変換回路１８へ入力する。
【００５２】
この実施形態では、非線形圧縮回路の入出力特性は、入出力の関係を定義する関係式で設定し、係数回路部５２からの予め設定した係数データと共に、その演算は乗算回路部５１において行うので、上述の屈曲点がある特性に比較して、滑らかな連続的な増幅率の変化をする特性の非線形圧縮回路を提供できる効果がある。
【００５３】
次に、第５の実施形態について、図６を用いて説明する
本実施形態の超音波診断装置は、生体組織からの超音波反射信号の高調波成分によるハーモニックイメージング画像の他に、超音波反射信号の主要部分である基本波成分による従来の所謂超音波断層像として扱われる超音波画像も同様に表示し、診断部位や診断手法により、これらを使い分けるものである。
【００５４】
広いダイナミックレンジを必要とするハーモニックイメージング法に比べて、例えばパルスドップラ（ＰＷドップラ）法では、基本波近傍のドップラシフト周波数帯の信号を利用するので、受信信号の波形ひずみに敏感でアーチファクトが発生する。このアーチファクトを避けるために、図６の本体部６０に示すように、非線形圧縮回路１７の入力、出力に切り替えスイッチ６１ａ、６１ｂを設けて、波形ひずみに敏感な画像手法の場合には、処理対象の信号を非線形圧縮回路１７を回避するバイパス接続回路６２を経由するように切換えて、Ａ／Ｄ変換回路１８へ前置増幅器１６の出力が直接入力される。
【００５５】
また、このような非線形圧縮回路１７を経由しない信号処理が行われる場合は、Ａ／Ｄ変換回路１８の後段に接続される非線形伸張回路１９の入力、出力にも、切り替えスイッチ６１ａ、６１ｂに同期して作動する切り替えスイッチ６１ｃ、６１ｄを設けて、バイパス接続回路６３を経由するように切換えて、処理対象の信号を整相加算回路２２へ導く接続により行われる。
【００５６】
本実施形態よれば、反射超音波信号の処理において、診断部位や超音波画像診断手法に対応して、信号のダイナミックレンジ、あるいは信号波形のひずみ排除のいずれを重視した処理を行うかを選択設定でき、最適な処理による超音波画像を得ることができる。また、従来の基本波の反射信号による超音波診断装置と大半の構成を同じくして、切り替えスイッチにより反射超音波信号の処理方式が異なる処理が行える一体型で診断部位や超音波画像診断手法の変更に対応できる装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック構成図。
【図２】本発明の実施形態における非線形圧縮回路の入出力の関係を示す特性図。
【図３】本発明の第２の実施形態における非線形圧縮回路の詳細な構成を示す回路図および特性図。
【図４】本発明の第３の実施形態における非線形圧縮回路の詳細な構成を示す回路図および特性図。
【図５】本発明の第４の実施形態における非線形圧縮回路の詳細な構成を示す回路図および特性図。
【図６】本発明の第５の実施形態を示すブロック構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１０、６０・・・本体部、
１１・・・送信制御回路、
１２・・・駆動送信回路、
１３・・・プローブケーブル、
１４・・・プローブ、
１５・・・振動子、
１６・・・前置増幅器、
１７・・・非線形圧縮回路、
１８・・・アナログ・デジタル変換回路、
１９・・・非線形伸張回路、
２１・・・受信遅延制御装置、
２２・・・整相加算回路
２３・・・信号処理回路、
２４・・・表示装置、
３０、４０・・・入力信号源（前置増幅器出力）、
３１、４１・・・増幅回路、
３２、４２ａ・・・同相入力抵抗、
３３、４２ｂ・・・逆相入力抵抗、
３４、４４・・・帰還抵抗、
３５、４５・・・特性設定回路、
３６、４６・・・出力抵抗、
５１・・・乗算回路、
５２・・・係数回路、
５３・・・符号演算回路、
６１ａ〜６１ｄ・・・切り換えスイッチ、
６２、６３・・・バイパス回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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