(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つ以上直列に接続された可変係数ＦＩＲフィルタを含むダイナミックフィルタと、各ＦＩＲフィルタの係数切替タイミングがそれぞれ異なるように前記係数切替タイミングを制御する制御手段とを設けたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ダイナミックフィルタには、少なくとも一つのハイパスフィルタと少なくとも一つのローパスフィルタとを含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記ダイナミックフィルタに含まれるＦＩＲフィルタのうち、少なくとも一つのＦＩＲフィルタは音響線の途中まで係数切替を行い、少なくとも一つのＦＩＲフィルタは音響線の途中から係数切替を行うように制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ダイナミックフィルタに含まれるＦＩＲフィルタのうち、少なくとも二つのＦＩＲフィルタの係数切替を交互に行うように制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記係数切替タイミングが不等間隔に設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記係数切替の間隔は、等差数列により表される間隔であることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記係数切替の間隔は、等比数列により表される間隔であることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記ＦＩＲフィルタの係数切替間隔、および前記ＦＩＲフィルタに与えるフィルタ係数の組は、選択された超音波プローブによって異なるように設定されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記フィルタ係数は、前回のフィルタ係数との差分値であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内の深さに応じて、超音波受信信号の帯域を動的に制御するダイナミックフィルタを含む超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波パルスを送信し、生体内の境界部で反射されるエコー信号を可視化して表示する装置であり、ＢモードやＭモード表示法は、生体内の形態情報を表示する方法である。
【０００３】
超音波エコーは生体内での減衰を受けるため、超音波プローブから見て遠くのエコーほど、より大きく減衰する。さらに、この減衰は周波数依存特性をもっているため、遠くのエコーほど高い周波数がより強く減衰する特長がある。したがって、生体内の浅い部分と深い部分における受信エコーの周波数スペクトルは異なる。超音波診断装置では、深さに応じてフィルタ特性を変化させるダイナミックフィルタ方式が用いられ、受信エコーの帯域に合わせた帯域制限をおこなうことで、ノイズが少ない高品位の超音波画像を得ている。
【０００４】
さらに、近年のディジタル化によりこのダイナミックフィルタを非巡回型バンドパスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）で構成したものが知られている。ＦＩＲフィルタでは、各タップへの乗算係数を変化させることで所望の周波数特性を得ることができる。従って、浅部から深部へかけてＦＩＲフィルタの特性を変化させる場合、各タップへ与える係数の組を順次、切り替えて使用することでダイナミックフィルタを実現することが可能である。
【０００５】
この種のＦＩＲフィルタを用いた超音波診断装置では、ＲＡＭなどに格納したフィルタ係数を一定間隔ごとに順次読み出して設定することにより、ゾーンごとのバンドパスフィルタの特性を変化させ、動的な帯域制御を行っていた。
【０００６】
しかし、このような従来のバンドパスフィルタを用いた係数切替方式では、ゾーンの間隔が一定間隔であるため、全ての深さにわたって滑らかな画像を得ようとすると、必要以上のフィルタ係数を保持しなければならないという問題があった。
【０００７】
この問題を回避するため、バンドパスフィルタに与えるフィルタの切替間隔を個別に設定するようにした超音波診断装置が提案されている。
【０００８】
従来、この種の超音波診断装置は、超音波信号を受信するＦＩＲフィルタと、フィルタ特性を規定するフィルタ特性情報を登録する特性情報登録部と、前記フィルタ特性の切替タイミングを規定するタイミング登録部と、前記切替タイミングに従ってフィルタ特性を切り替える指示切替手段とを備え、フィルタ特性の切替間隔を各ＦＩＲフィルタに対して個別に設定するものであった（特開2000-325342号公報）。
【０００９】
また、この種の超音波診断装置は、フィルタ係数が受信超音波信号の到来に応じて変化させられるディジタルＩＩＲフィルタを備え、フィルタ特性のばらつきを解消するものであった（特開2000-217825号公報）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置では、フィルタの切替間隔を個別に記憶し、ゾーンごとの切替間隔を一定としないために、区分するゾーンと同じだけの切替間隔を保持する必要があるという問題があった。
【００１１】
なお、一般にバンドパスフィルタを構成する場合、単独のローパスフィルタあるいは、単独のハイパスフィルタを構成する場合と比較して、よりタップ長の長いフィルタを必要とするため、フィルタ係数もそれだけ長くなって、記憶するフィルタ係数の組も多くなるという問題があった。
【００１２】
すなわち、バンドパスフィルタを用い、フィルタ係数を順次切替えながらフィルタ特性を変化させる従来の超音波診断装置では、滑らかな画像が得られないか、または多くの係数メモリを必要とするという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、係数保持メモリの増量を回避しつつ、より高画質の画像が得られる超音波診断装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、二つ以上直列に接続された可変係数ＦＩＲフィルタを含むダイナミックフィルタと、各ＦＩＲフィルタの係数切替タイミングがそれぞれ異なるように前記係数切替タイミングを制御する制御手段とを設けた構成を有している。この構成により、各フィルタ係数をそれぞれ適切なタイミングで切替え、係数保持メモリを効率的に使用でき、特に全ての深さにわたってノイズの少ない高品位のＢモード画像が得られることとなる。
【００１５】
また、本発明の超音波診断装置は、前記ダイナミックフィルタには、少なくとも一つのハイパスフィルタと少なくとも一つのローパスフィルタとを含むようにした構成を有している。この構成により、近距離から遠距離にわたるエコー信号に最適な帯域制限を施すこととなる。
【００１６】
また、本発明の超音波診断装置は、前記ダイナミックフィルタに含まれるＦＩＲフィルタのうち、少なくとも一つのＦＩＲフィルタは音響線の途中まで係数切替を行い、少なくとも一つのＦＩＲフィルタは音響線の途中から係数切替を行うように制御する制御手段を設けた構成を有している。この構成により、第１のＦＩＲフィルタおよび第２のＦＩＲフィルタが、ハイパスフィルタリングのみまたはローパスフィルタリングのみを行うようにしてタップ数の増加を抑制できることとなる。
【００１７】
また、本発明の超音波診断装置は、前記ダイナミックフィルタに含まれるＦＩＲフィルタのうち、少なくとも二つのＦＩＲフィルタの係数切替を交互に行うように制御する制御手段を設けた構成を有している。この構成により、同時スイッチングを低減してフィルタ特性の変化を滑らかにできることとなる。
【００１８】
また、本発明の超音波診断装置は、前記係数切替タイミングが不等間隔に設定された構成を有している。この構成により、係数保持メモリを量を低減しながら、全ての深さにわたって滑らかな画像が得られることとなる。
【００１９】
また、本発明の超音波診断装置は、前記係数切替の間隔は、等差数列により表される間隔であるようにした構成を有している。この構成により、近距離領域での係数切替をより頻繁に行い、ここでの帯域制御を精密にすることとなる。
【００２０】
また、本発明の超音波診断装置は、前記係数切替の間隔は、等比数列により表される間隔であるようにした構成を有している。この構成により、関心領域での帯域設定を精密にすることとなる。
【００２１】
また、本発明の超音波診断装置は、前記ＦＩＲフィルタの係数切替間隔、および前記ＦＩＲフィルタに与えるフィルタ係数の組は、選択された超音波プローブによって異なるように設定された構成を有している。この構成により、超音波プローブの種類に応じて最適な係数切替処理を施すこととなる。
【００２２】
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記フィルタ係数は、前回のフィルタ係数との差分値であるようにした構成を有している。この構成により、係数保持メモリの増量を抑制できることとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置は、二つ以上直列に接続された可変係数ＦＩＲフィルタ１、４を含むダイナミックフィルタと、各ＦＩＲフィルタ１、４の係数の切替タイミングがそれぞれ異なるように前記係数の切替タイミングを制御するＣＰＵおよび係数保持メモリ２、５、アドレス発生部３、６とを設けたものである。ここでは、受信エコーに対する可変係数ＦＩＲフィルタ１、４を２段直列に接続している。
【００２４】
図１において、ＦＩＲフィルタ1は、フリップフロップ(ＦＦ)などの遅延素子と乗算器、加算器からなる非巡回型フィルタで、係数保持メモリ２により与えられるフィルタ係数による演算を行う。係数保持メモリ２は一般的なＲＡＭであり、各ゾーンに対する係数データを保持する。ここでゾーンとは、一組のフィルタ係数が保持されＦＩＲフィルタに適用されている期間を表すものとする。ＦＩＲフィルタ４、係数保持メモリ５も前述と同様の構成である。アドレス発生部３は、係数メモリ２の読み出しアドレスを発生するブロックであり、アドレス発生部６は、係数メモリ５の読み出しアドレスを発生するブロックである。このように二つの係数保持メモリ２、５に対してそれぞれ独立にアドレス発生部３、６を擁することが重要である。
【００２５】
ここで、図２を用いてアドレス発生部３の構成を詳しく説明する。本実施の形態において、アドレス発生部３への入力は、システムクロック、エコースタート信号、第１ゾーン期間、他ゾーン期間である。ここでエコースタート信号とは、受信エコーの始まりを示し、各音響線のエコー信号の先頭に同期して送られてくる制御信号である。「第１ゾーン期間」は最初のゾーン期間を、「他ゾーン期間」は第２ゾーン以降共通の期間を設定する制御信号で、図示されないＣＰＵから設定される。
【００２６】
図２において、ゾーンカウンタ21は、１ゾーン内の期間をカウントし、ゾーンの変わり目を知らせるためのものである。ゾーンカウンタ21は、例えばダウンカウンタによって構成され、エコースタート信号またはゾーンカウンタ21が自ら発生するゾーン切替信号により、「第１ゾーン期間」あるいは「他ゾーン期間」をロードし、０になるまでダウンカウントする。アドレスカウンタ22は、エコースタート信号で０クリアされ、ゾーンカウンタ21からのゾーン切替信号により１ずつ加算されるアップカウンタであって、係数保持メモリ２に与えるアドレスを発生する。アドレスカウンタ22は、最大値でカウントアップを停止する。
【００２７】
なお、アドレス発生部６は、係数保持メモリ４に与えるアドレスを発生するブロックであって、その構成はアドレス発生部３と同様である。
【００２８】
次に、図１〜図３を用い、本実施の形態のダイナミックフィルタの動作を説明する。電源投入時やプローブ切替時などダイナミックフィルタの係数やゾーン制御情報を更新する際、ＣＰＵから各ゾーンごとのフィルタ係数が係数保持メモリ２、４へ送られ、「第１ゾーン期間」、「他ゾーン期間」の情報がアドレス発生部３、６のレジスタへ送られる。ここで、アドレス発生部３、６に与える第１ゾーン期間をそれぞれｐ１、 ｑ１、他ゾーン期間をｐ２、ｑ２とする。
【００２９】
エコースタート信号に同期して、ゾーンカウンタ21にはｐ１、アドレスカウンタ22にはｑ１がロードされ、１クロックごと０になるまで、１ずつカウントダウンされる。ゾーンカウンタ21、アドレスカウンタ22は、それぞれカウント値が０になると、ゾーン切替信号を発生するとともに、他ゾーン期間情報ｐ２、ｑ２をロードし、カウントダウンを開始する。以降、カウント値が０になるとゾーン切替信号を発生し、それぞれ、ｐ２、ｑ２をロードする。
【００３０】
アドレスカウンタ22は、エコースタート信号で０クリアされ、ゾーンカウンタ21からのゾーン切替信号によりカウントアップされる。アドレスカウント値が最大値となったら、次のエコースタートまでホールドされる。
【００３１】
図３に、アドレス発生部３、６で発生するメモリアドレスを示す。簡単のために、アドレス３ビット、０〜７までとする。横軸は時間であって時刻０でエコー開始、図３の右端で１本分のエコーが終了するものとする。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれアドレス発生部３、６で発生するアドレスを示したものである。図３（ａ）では、エコースタートからｐ１後にゾーンが切り替わり、以降ｐ２ごとにアドレスが７になるまでゾーンが切り替わっていく。図３（ｂ）では、エコースタートからｑ１後にゾーンが切り替わり、以降ｑ２ごとにアドレスが７になるまでゾーンが切り替わっていく。このように発生されたアドレスに基づき、係数保持メモリ２、５からそれぞれＦＩＲフィルタ1、ＦＩＲフィルタ２に設定する係数の組が読み出され、フィルタ処理される。
【００３３】
前述のように本実施の形態の超音波診断装置では、深さに応じた帯域制限を行っているが、浅い部位と深い部位ではその性格が異なる。浅い部位においては、エコーレベルが十分に得られるため、Ｓ／Ｎ比の向上よりも画質品位向上に重点が置かれ、積極的な波形整形にダイナミックフィルタが用いられる。この目的のため、エコー信号の低域成分を抑制する処理などが用いられる。一方、深い部位においては、エコーレベルが非常に低くなるため、画像の品位よりもＳ／Ｎ比の向上に重点が置かれ、高域成分に含まれるノイズを除去することが重要である。
【００３４】
いまＦＩＲフィルタ1では、ハイパスフィルタ処理を行い、ＦＩＲフィルタ２では、ローパスフィルタ処理を行うとすると、図３で示したようなアドレス発生はこの目的に合致する。すなわち、ＦＩＲフィルタ1で近距離から中距離にかけてハイパスフィルタで波形整形を行い、ＦＩＲフィルタ２で中距離から遠距離にかけてローパスフィルタでノイズの低減を図る。ＦＩＲフィルタ１、２は、ハイパスまたはローパスフィルタリングを行うのみなので、タップ数をそれほど必要とせず、小規模なフィルタで構成できる。
【００３５】
以上のように、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置は、二つ以上直列に接続された可変係数ＦＩＲフィルタ１、４を含むダイナミックフィルタと、各ＦＩＲフィルタ１、４の係数の切替タイミングがそれぞれ異なるように前記係数の切替タイミングを制御するＣＰＵなどとを設けているので、各ＦＩＲフィルタ１、４の係数ゾーンを個別に制御し、ハイパスフィルタは近距離での係数制御をより細かく、ローパスフィルタは、遠距離での係数制御をより細かく行うことが可能である。よって、少ないメモリ量で有効な帯域制限による高品位でかつＳ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能である。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態のアドレス発生のタイミングを示す。これは第１の実施の形態とは、ダイナミックフィルタに含まれるＦＩＲフィルタ１、44、44ａのうち、少なくとも二つのＦＩＲフィルタの係数切替を交互に行うように制御するＣＰＵおよび係数保持メモリ２、45、45ａ、アドレス発生部43、46、49を設けた点が相違している。この構成によれば、Ｂモード画像上で横縞の発生を抑制し、さらに同時スイッチングの低減をはかるという効果も得られる。
【００３７】
図５に示すように、本実施の形態では、直列に接続された三つの可変係数ＦＩＲフィルタ１、44、44ａを含むダイナミックフィルタを設けている。なお、各ブロック（ＦＩＲフィルタ、係数保持メモリ、アドレス発生部）の構成、動作は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略し、図４に示すフィルタ係数切替のためのアドレス発生タイミングについて説明する。
【００３８】
いま、アドレス発生部43、46、49に与える第１ゾーン期間をそれぞれ別々の違う値、ｔ１、ｔ２、ｔ３とし、他ゾーン設定期間をそれぞれ同一のｔ４となるように設定した場合、アドレスの切替タイミングは、それぞれで互い違いの関係となる。従って、三つのフィルタ切替が一斉に行われることはなくなり、フィルタ特性の変化はより滑らかなものとなる。これにより、Ｂモード画像上で横縞の発生を抑制することができるとともに、同時スイッチングの低減をはかることが可能となる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
図６は本発明の第３の実施の形態の要部ブロック図を示す。これは第１の実施の形態とは、さらにＦＩＲフィルタの係数切替の間隔は、等差数列により表される間隔である点が相違している。この構成によれば、近距離領域でフィルタ係数の切替をより頻繁に行い、帯域制御をより細かく行うことができるという効果も得られる。
【００４０】
図６において、ゾーンカウンタ61は、第１の実施の形態（図２に示す）と同様のダウンカウンタであり、第１の実施の形態における「他ゾーン期間」設定信号を累積加算器64からの信号としたものである。累積加算機64は、ロード信号で初項65を取り込み、以後ゾーンカウンタ61が発生するゾーン切替信号ごとに、公差66を加算して出力する。なお、アドレスカウンタ62も第１の実施の形態（図２に示す）と同様の構成である。
【００４１】
次に、本実施の形態におけるアドレス発生動作について説明する。最初のゾーンに関しては、第１の実施の形態と同様である。第２ゾーン以降のゾーン長は、累積加算器64により規定される。この累積加算器64は、最初のゾーンの終了を示すゾーン切替信号により、初項65をロードして内部レジスタに記憶する。以後、ゾーン切替信号ごとに公差66を累積加算していくことで、ゾーンを等差数列で表される間隔に設定することができる。図７に、徐々にゾーンが広がる場合のアドレス発生の様子を示す。ここで、第１ゾーン間隔をｐ０、初項をａ０、公差をｄとすると、第１ゾーンの間隔はｐ０、 第２ゾーンの間隔はａ０、 第３ゾーンの間隔は「ａ０＋ｄ」、以降、「ａ０＋２ｄ」、「ａ０＋３ｄ」、「ａ０＋４ｄ」のようにすることができる。勿論、公差ｄとして負の値を与えることも可能であり、この場合は図８に示すように、ゾーン間隔が徐々に狭くなる設定となる。
【００４２】
以上のようにゾーン切替間隔を等差数列とすることで、帯域制御をより細かく行いたい近距離領域ではフィルタ係数の切替をより頻繁に行うことが可能となり、係数保持メモリ（図１の２、５に相当）の大きさをより有効に活用することができる。
【００４３】
［第４の実施の形態］
図９は本発明の第４の実施の形態の要部正面図を示す。これは第１の実施の形態とは、さらにＦＩＲフィルタの係数切替の間隔は、等比数列により表される間隔である点が相違している。この構成によれば、関心領域において帯域設定をより細かく制御できるという効果も得られる。
【００４４】
図９において、ゾーンカウンタ81は、第１の実施の形態（図２に示す）と同様のダウンカウンタであり、第１の実施の形態における「他ゾーン期間」設定信号を累積加算器80からの信号としている。この累積乗算器80は、ゾーンカウンタ81に対して第３の実施の形態で用いた公差ｄの代わりに公比ｒを与えるものである。これにより、図10に示すようにゾーンカウンタ81で発生するゾーン間隔は、ｐ０、ａ０、「ａ０＊ｒ」、「ａ０＊ｒ^２」、「ａ０＊ｒ^３」のように、ゾーン間隔が等比数列をなすように設定でき、関心領域において帯域設定をより細かく制御することが可能となる。
【００４５】
なお、前述の各実施の形態において、ＦＩＲフィルタの係数切替間隔、およびＦＩＲフィルタに与えるフィルタ係数の組を、選択された超音波プローブによって異なるように設定してもよい。この構成により、選択された超音波プローブに応じて高品質な超音波画像を表示できる。また、前記フィルタ係数が前回のフィルタ係数との差分値であるようにしてもよい。この構成により、係数保持メモリの増量を抑制できる。
【００４６】
前述の各実施の形態では、係数保持メモリ２、５、45、45ａ、アドレス発生部３、６、43、46、49、ＣＰＵなどが前記制御手段を構成する。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は超音波受信信号に対する可変係数ＦＩＲフィルタを二つ以上直列に接続し、各フィルタ係数の切替タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、少ないメモリ量で有効な帯域制限を行うことができ、高品位でノイズの少ない超音波画像を表示するという優れた効果を有する超音波診断装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の要部（ダイナミックフィルタ）のブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の要部（アドレス発生部）のブロック図
【図３】本発明の第１の実施の形態のアドレス発生のタイミングチャート
【図４】本発明の第２の実施の形態のアドレス発生のタイミングチャート
【図５】本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の要部（ダイナミックフィルタ）のブロック図
【図６】本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置の要部（アドレス発生部）のブロック図
【図７】本発明の第３の実施の形態のアドレス発生（徐々にゾーンが広がる場合）のタイミングチャート
【図８】本発明の第３の実施の形態のアドレス発生（徐々にゾーンが狭まる場合）のタイミングチャート
【図９】本発明の第４の実施の形態の超音波診断装置の要部（アドレス発生部）のブロック図
【図１０】本発明の第４の実施の形態のアドレス発生のタイミングチャート
【符号の説明】
１、４、44、44ａ  ＦＩＲフィルタ
２、５、45、45ａ  係数保持メモリ
３、６、43、46、49  アドレス発生部
21、61、81  ゾーンカウンタ
22、62、82  アドレスカウンタ
64  累積加算器
80  累積乗算器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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