(57)【要約】【課題】  ノイズのない優れた画像を得ることができる超音波診断装置を、比較的簡単な構成で安価に製造する。【解決手段】  一つのクロック源３１からのクロック信号を分周回路３２で分周することにより周波数固定のシステムクロックＢを得るとともに、このクロック源３１からのクロック信号をフェーズアキュムレータ３４に動作クロックとして与え、周波数設定レジスタ３３の設定レジスタ値をその動作クロックごとに順次積算し、その積算出力でサイン波ルックアップテーブルメモリ３５のアドレスを指定し、読み出されたデジタルサイン波データをＤ／Ａコンバータ３６でアナログ値に変換し、ローパスフィルタ３７およびコンパレータ３８を経てシステムクロックＡを得る。このシステムクロックＡは、周波数設定レジスタ３３の設定レジスタ値に応じてその周波数を任意に変えることができる。【選択図】        図１
2005204761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子を駆動して超音波を発生させるとともに該超音波振動子が受波して得た電気信号から受信信号を得るアナログの送受信部と、該アナログ送受信部にアナログ−デジタル変換部を介して接続されたデジタル送受信部と、該デジタル送受信部から出力されるデータを処理する受信系データ処理部と、超音波中心周波数およびこれに同期した受信系データ処理部の動作のクロックを定める周波数可変のシステムクロックおよびそれ以外の動作クロックを定める周波数固定のシステムクロックを生成するシステムクロック生成部とを備え、該システムクロック生成部は、単一周波数のクロック源と、該クロック源からのクロック信号より周波数固定のシステムクロックを生成する周波数固定システムクロック生成回路と、該クロック源からのクロック信号を動作クロックとして入力して周波数設定レジスタの設定レジスタ値を順次積算してサイン波ルックアップテーブルメモリのアドレス値を指定し、これにより読み出されたデジタルデータをアナログ値に変換することにより上記の設定レジスタ値に応じた周波数可変のシステムクロックを生成するＤＤＳ回路とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波断層像（Ｂモード画像）や超音波ドップラ画像などを撮影・表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の超音波診断装置は、超音波ビームを被検体（被診察者の身体）内に間欠的にあるいは連続的に入射し、その反射波を受波することによって身体内の形状を示す断層像（Ｂモード画像）を得たり、超音波周波数のドップラシフトを検出して血流の流速の分布を時間的に走査しながら表示したり（Ｄモード）、あるいは流体運動をする血流や体液流などの状態を上記の形状を示す画像に重ね合わせて表示する（ＣＦＭモード）などの各種の機能を備えているものが多い。
【０００３】
このような超音波診断装置は、図２のブロック図で示されるように構成されている。超音波探触子１１は被検体表面に密着させられるプローブであり、超音波振動子より構成され、アナログ送受信部１２に接続されている。この超音波振動子がアナログ送受信部１２からの所定周波数の送信信号によって励振されることにより超音波が発生し、この超音波が被検体内部に入射させられる。被検体の内部で反射して戻ってきた超音波は超音波探触子１１の超音波振動子に受波され、電気信号に変換されてアナログ送受信部１２に入力され、種々の波形整形などを受けることにより受信信号が得られる。
【０００４】
アナログ送受信部１２はアナログ−デジタル変換部１３を介してデジタル送受信部１４と接続されている。デジタル送受信部１４ではＢモード、Ｄモード、ＣＦＭモードなどの各モードに対応して送信信号を発生し、この送信信号がアナログ−デジタル変換部１３のＤ／Ａ変換器を経てアナログ信号に変換させられ、アナログ送受信部１２に与えられる。これによって、アナログ送受信部１２において超音波駆動信号が生じる。アナログ送受信部１２で得られた受信信号はアナログ−デジタル変換部１３のＡ／Ｄ変換器を経てデジタル信号に変換された後、デジタル送受信部１４に送られてＢモード、Ｄモード、ＣＦＭモードなどの各モードに対応した種々の演算処理を受ける。
【０００５】
こうしてデジタル送受信部１４においてＢモード、Ｄモード、ＣＦＭモードなどの各モードのデータが得られると、これらのデータは受信系データ処理部に送られる。これら受信系データ処理部は、Ｂモード処理部１５や、Ｄモード処理部あるいはＣＦＭモード処理部などを含む。Ｄモード処理部はウォールフィルタ１８、周波数解析部１９および音声処理部２０などからなり、ＣＦＭモード処理部はＭＴＩフィルタ２２およびカラー画像演算部２３などからなる。
【０００６】
Ｂモード処理部１５では、デジタル送受信部１４からのデータを処理してＢモード画像データを生成し、表示回路１６を経てＣＲＴやフラットパネルディスプレイなどのディスプレイ装置１７に送って、この画像を表示する。
【０００７】
Ｄモード用のドップラデータは、所定の繰り返し時間ごと（たとえば５００μｓｅｃごと）に取得され、デジタル送受信部１４において複素検波される。その繰り返し時間ごとの複素データはウォールフィルタ１８に送られて、データ取得ごとに繰り返されるデータのうち動いている成分（これは主に血流からの信号成分である）のみが抽出される。このフィルタ処理の後、データは周波数解析部１９に送られ、一定周期（たとえば数ｍｓｅｃ）で蓄えられた繰り返し時間ごとのデータに対するＦＦＴが行われ、複素スペクトラムを得るとともに、そのデータをパワー演算することによりパワースペクトラムを得る。このパワースペクトラムは表示回路１６に送られて表示用フォーマットにしたがったものとされ、Ｂモード画像と合成されてディスプレイ装置１７によって表示される。また、ウォールフィルタ１８からの複素データは音声処理部２０に送られ、ヒルベルト変換され、そのデータと元のデータとの和・差をとり、それぞれ左右の各チャンネルのデータとし、アナログ信号に変換しさらに増幅して左右のスピーカ２１に出力する。この左右のスピーカ２１により、超音波探触子１１に近づく血流であるか遠ざかる血流であるかの区別の可能な、血流を直接表わす音響出力を得ることができる。
【０００８】
ＣＦＭ用のデータはＤモード用のドップラデータと同じく、所定の繰り返し時間ごと（たとえば５００μｓｅｃごと）に取得され、デジタル送受信部１４において複素検波される。その繰り返し時間ごとの数ライン分の複素データがＭＴＩフィルタ２２に通される。ＭＴＩフィルタ２２では、データ取得ごとに繰り返されるデータのうち動いている成分（これは主に血流からの信号成分である）のみが抽出される。このフィルタ処理によって得られた数ライン分のデータ（ＭＴＩフィルタのタップ数によって本数の減少が生じている）はカラー画像演算部２３に送られる。このカラー画像演算部２３では、データが数ライン分取得される間にどれくらい血流が動いているかなどを自己相関などの手法を使って演算し、１ライン分のデータを作成する。このデータが表示回路１６に送られ、Ｂモード画像データと合成されて、体内の形態を表わすＢモード画像と重ね合わされて２次元的に血流が表示された画像がディスプレイ装置１７において観察することができるようになる。
【０００９】
このような超音波診断装置のシステムでは、各部を動作させるためのシステムクロックが必要である。これらのクロックは、たとえば、発生する超音波の中心周波数を定めるためデジタル送受信部１４で用いられるクロックや、アナログ−デジタル変換部１４においてＡ／Ｄ変換器を動作させるための用いられるクロック、デジタル送受信部１４あるいはＢモード処理部１５、ウォールフィルタ１８、周波数解析部１９、音声処理部２０、ＭＴＩフィルタ２２、カラー画像演算部２３などの種々の演算回路を動作させるためのクロックである。また、全体の動作をコントロールするＣＰＵのためのクロックも必要である。なお、上記の各種の演算回路は実際にはＣＰＵやＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で構成されているため、これらを動作させるためのクロックであるともいえる。このうち、超音波の中心周波数を定めるためのクロックと、Ａ／Ｄ変換器を含めた受信系の演算用動作クロックは、通常同期させられており、撮像動作の設定値の変更に応じて、変化させられる。たとえば、体内の深部のデータを取得する場合は、超音波が透過し易い低周波の超音波を用いる必要があり、それに応じた中心周波数が選択される。これに対して、ＣＰＵで用いる動作コントロール用クロックなど、他のクロックは通常一定周波数のものが用いられる。
【００１０】
ここで、種々の周波数が選択されるクロックをシステムクロックＡ、一定の周波数のクロックをシステムクロックＢと呼ぶことにする。受信系の演算用動作動作クロックとしては、中心周波数の４倍程度とする必要があるため、システムクロックＡには、中心周波数の４倍ないし８倍の周波数が選択される。中心周波数は検査領域の深さなどに応じて種々に選択する必要がある。たとえば2.0、2.5、3.0、3.75、4.0、5.0、6.0、7.5、8.0、10.0、12.0、15.0（ＭＨｚ）などの周波数列を持たせるには、クロック源を４８０ＭＨｚとし、その後段にプログラマブルな分周回路を用いる構成などが考えられる。この場合、システムクロックＡとシステムクロックＢとは同じ４８０ＭＨｚのクロック源から分周によって得ることができるが、かなり大規模、高価格な回路となってしまう。
【００１１】
そこで、安価な超音波診断装置を実現するため、実際には周波数が比較的低い複数のクロック源を用いてそれぞれ分周する構成としている。上記の周波数系列の中心周波数を得るためには、６０、４８、４０、３２（ＭＨｚ）の４つのクロック源を具備させ、設定によってどれかを選択した上で、後段に置いた低周波のプログラマブルな分周回路によって、必要な周波数のクロックを得る。また、この場合、システムクロックＢはこうしたシステムクロックＡとは別に生成する構成をとらざるを得ず、システムクロックＢ専用の３０ＭＨｚ程度のクロック源を別途設けることになる。
【００１２】
ところが、このようにシステムクロックＡとシステムクロックＢとを別個のクロック源から作成する場合、ノイズが問題となる。これは、システムクロックＢの成分がアナログ送受信部１２までのアナログ部分に、グランド経由や輻射によって混入してくるからであるが、その際、システムクロックＡとシステムクロックＢの周波数が少しでもずれていると、ノイズとして表示され易い。
【００１３】
一般に、Ｄモード（ドップラ）の画像データや音声データあるいはＣＦＭ画像データを得るための原理は、基本的に、被検体内に入射する超音波信号の駆動周波数（中心周波数）から、反射して戻ってきた受信信号がどれくらいずれているかを検知したうえで、その駆動周波数からの周波数差を画像や音声として表現することである。そのため、このような原理で得る画像には、アナログ部分に混入したシステムクロックＢの成分とシステムクロックＡとの周波数差がノイズとなって現れる。Ａ／Ｄ変換時に高い周波数帯の信号が、ＤＣから変換周波数の半分の周波数の間の帯域幅に折り返されてしまうからである。そのため、このノイズは、撮像条件によっては非常に抑制しにくい。
【００１４】
もちろん、グランド周りや筐体などのシステム設計を注意深く行うことによって、システムクロックＢの成分の混入自体をなくすようにすることも考えられるが、完全に混入しないようにシステム構成することは不可能に近い。
【００１５】
さらに、一つのクロック源から種々の周波数のクロックを得る構成としては、プログラマブルな分周回路を用いるほかに、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を用いることも考えられるが、システムクロックＡとしては非常に純度の高い、いわゆるＣ／Ｎ比（            ）の高い信号が必要であるため、原理的にＣ／Ｎ比の低いＰＬＬ回路を使用することは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この発明は、上記に鑑み、比較的安価な構成でありながら、一つのクロック源から、超音波中心周波数の設定に対応して変更可能な周波数のクロックと一定周波数のクロックとを得ることができ、それによってノイズの問題を解決した超音波診断装置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】
【００１７】
上記の目的を達成するため、この発明による超音波診断装置においては、超音波振動子を駆動して超音波を発生させるとともに該超音波振動子が受波して得た電気信号から受信信号を得るアナログの送受信部と、該アナログ送受信部にアナログ−デジタル変換部を介して接続されたデジタル送受信部と、該デジタル送受信部から出力されるデータを処理する受信系データ処理部と、超音波中心周波数およびこれに同期した受信系データ処理部の動作のクロックを定める周波数可変のシステムクロックおよびそれ以外の動作クロックを定める周波数固定のシステムクロックを生成するシステムクロック生成部とを備え、該システムクロック生成部は、単一周波数のクロック源と、該クロック源からのクロック信号より周波数固定のシステムクロックを生成する周波数固定システムクロック生成回路と、該クロック源からのクロック信号を動作クロックとして入力して周波数設定レジスタの設定レジスタ値を順次積算してサイン波ルックアップテーブルメモリのアドレス値を指定し、これにより読み出されたデジタルデータをアナログ値に変換することにより上記の設定レジスタ値に応じた周波数可変のシステムクロックを生成するＤＤＳ回路とを備えることが特徴となっている。
【発明の効果】
【００１８】
単一周波数のクロック源からのクロック信号より周波数固定のシステムクロックと周波数可変のシステムクロックとを得るようにしているため、周波数固定のシステムクロックがアナログ送受信系に混入しても周波数可変のシステムクロックとの同期が完全に取れているので、それが画像に与える悪影響をなくすことができる。ＤＤＳ回路を用いることにより、周波数を任意に可変することのできるシステムクロックを比較的簡単な構成で安価に得ることができるとともに、その周波数精度およびＣ／Ｎ比を高いものとすることができる。システムクロックの周波数を任意に可変できるため、撮像条件に応じて超音波中心周波数を任意に定めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、この発明を実施した超音波診断装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１はこの発明の実施例にかかるシステムクロック生成部を示す。この図１に示すように、比較的低い周波数（１２０ＭＨｚ）の唯一のクロック源３１を用い、一定周波数（３０ＭＨｚ）のシステムクロックＢと、周波数設定レジスタ３３によって可変することのできるシステムクロックＡとを得ている。このクロック源３１としては水晶発振器を使用することができる。まず、３０ＭＨｚのシステムクロックＢは、クロック源３１からの１２０ＭＨｚのクロックを分周回路３２で１／４分周することによって得る。
【００２１】
システムクロックＡについては、周波数設定レジスタ３３と、フェーズアキュムレータ３４と、サイン波ルックアップテーブルメモリ３５と、Ｄ／Ａコンバータ３６と、ローパスフィルタ３７と、コンパレータ３８とによって得る。まず、クロック源３１からの１２０ＭＨｚのクロックをフェーズアキュムレータ３４の動作クロックとして入力する。このフェーズアキュムレータ３４はデジタル積算器であり、それ自身の出力値に、周波数設定レジスタ３３で設定されたレジスタ値を、入力クロックごとに積算していく。出力値が出力ビット長をオーバーフローしてもそのまま積算を続け、出力ビット長を超えたデータビットは捨てる。したがって、このフェーズアキュムレータ３４の出力は、レジスタ値を動作クロックごとに加算した値を出力することを、出力ビット長ごとに繰り返すことになる。
【００２２】
このフェーズアキュムレータ３４の出力データは、サイン波ルックアップテーブルメモリ３５にアドレス値として入力される。このサイン波ルックアップテーブルメモリ３５には１波長分のサイン波形のサンプリングデータが格納されており、そのアドレス値がフェーズアキュムレータ３４の出力データによって指定されることにより、各サンプリングデータが順次出力される。そのため、このサイン波ルックアップテーブルメモリ３５のデジタル出力をＤ／Ａコンバータ３６によってアナログ化し、ローパスフィルタ３７を通すことによって不要な高調波やスプリアス成分を取り除くと、アナログのサイン波形が整形されることになる。このサイン波形をコンパレータ３８で一定電圧値と比較することにより矩形波のシステムクロックＡを得ることができる。
【００２３】
この矩形波のシステムクロックＡの周波数とアナログのサイン波の周波数とは同じであり、その波長はサイン波ルックアップテーブルメモリ３５の出力周期に対応している。したがって、この周波数Ｆは、フェーズアキュムレータ３４へ入力されるクロックの周波数をＦclock(in)、周波数設定レジスタ３３で設定されるレジスタ値をＮ、フェーズアキュムレータ３４の出力バス幅をＷ（ビット）とするとつぎの式で表わされるものとなる。
Ｆ＝Ｆclock(in)×（Ｎ／２＾Ｗ）
なお、「２＾Ｘ」のＸは２の累乗の指数を表わし、ここの「２＾Ｗ」は２のＷ乗を示す。
【００２４】
この実施例では、Ｆclock(in)＝１２０ＭＨｚ、フェーズアキュムレータ３４の出力バス幅は３２ビットであるため、周波数最小分解能は０．０２Ｈｚとなる。たとえばレジスタ値Ｎを２の２９乗に設定すれば１５ＭＨｚのシステムクロックＡが得られ、Ｎを２の２８乗に設定すれば７．５ＭＨｚ、２の２７乗に設定すれば３．７５ＭＨｚとなるというように、周波数設定レジスタ３３の設定レジスタ値に応じて任意の周波数のシステムクロックＡを得ることができる。
【００２５】
この構成において、フェーズアキュムレータ３４からＤ／Ａコンバータ３６までが通常ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）回路と呼ばれており、このＤＤＳ回路のＣ／Ｎ比は、理論的に入力クロックのＣ／Ｎ比以上になるため、超音波診断装置に必要なＣ／Ｎ比を十分に満たすシステムクロックＡを得ることができる。
【００２６】
上記の構成により、一つのクロック源３１からのクロックを用いてシステムクロックＡ、Ｂを生成しているため、これらシステムクロックＡ、Ｂを完全に同期させることができ、システムクロックＢが超音波送受信系のアナログ部に混入しても出力画像のノイズとして現れないようにできるとともに、システムクロックＡの周波数設定はほぼ任意に行えるため、超音波の中心周波数を任意に設定することができる。
【００２７】
なお、上記の構成ではシステムクロックＢは１／４分周回路３２で１２０ＭＨｚのクロックを分周することによって作成しているが、このシステムクロックＢについても別途実装したＤＤＳ回路を用いて生成するようにすることもできるし、また、Ｃ／Ｎ比が問題にならない場合はＰＬＬ回路を使用して生成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明によれば、ノイズのない優れた画像を得ることができる超音波診断装置を、比較的簡単な構成で安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施例にかかるシステムクロック生成部を示すブロック図。
【図２】超音波診断装置の全体の構成を概略的に示すブロック図。
【符号の説明】
【００３０】
１１    超音波探触子
１２    アナログ送受信部
１３    アナログ−デジタル変換部
１４    デジタル送受信部
１５    Ｂモード処理部
１６    表示回路
１７    ディスプレイ装置
１８    ウォールフィルタ
１９    周波数解析部
２０    音声処理部
２１    スピーカ
２２    ＭＴＩフィルタ
２３    カラー画像演算部
３１    クロック源
３２    分周回路
３３    周波数設定レジスタ
３４    フェーズアキュムレータ
３５    サイン波ルックアップテーブルメモリ
３６    Ｄ／Ａコンバータ
３７    ローパスフィルタ
３８    コンパレータ
【図１】
2005204761.tif 000003
【図２】
2005204761.tif 000004