(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子のＲＦ信号を位相検波する位相検波器と、前記位相検波器の出力を離散化するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器で離散化した出力を遅延加算する受信ビームフォーマと、前記位相検波器に入力する参照信号を発生する信号発生器と、前記Ａ／Ｄ変換器の入力を前記位相検波器を介して行なうか介さずに行なうかを選択するスイッチから構成され、前記Ａ／Ｄ変換器で離散化した周波数に対し折り返しの生ずる高い周波数のエコーを入力する場合は、前記位相検波器でエコーを中間周波数に変換し、それより低いエコー周波数においては前記スイッチを前記位相検波器を介さないように接続し、連続波を用いる場合には前記位相検波器でエコーをベースバンドに変換することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に通常のＢモード、ＳＣＷドプラモード、高い周波数モードの３つを１つの遅延加算系統で処理するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、偏向可能な連続波（Steerable Continuous Wave、以下ＳＣＷと略す）ドプラ機能を有する超音波診断装置は、特表平１０−５０６８０１号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図１１は従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図１１において従来の超音波診断装置は、探触子２１（振動子１００ａ〜１００ｄで構成される）、送信ビームフォーマ２２、第１受信ビームフォーマ２３、位相検波器２４、２５、位相シフタ２６、２７、加算器Ａ１１、Ａ１２、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１１、Ａ／Ｄ１２、位相シフトデータ発生器２９、周波数解析部３０、Ｂモード処理部３１、表示部３２などにより構成されている。
【０００４】
位相シフタ２６、２７、加算器Ａ１１、Ａ１２により第２受信ビームフォーマ２８を構成する。第１ビームフォーマ２３は最近では、受信信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号に変換してから遅延加算を行なうディジタルビームフォーマが多く用いられるようになってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上で述べた従来例では、ＲＦチャンネル用の第１受信ビームフォーマが有する演算機能を、ＳＣＷドプラにおいて利用できず回路規模が増大するという問題点を有していた。
【０００６】
また、Ａ／Ｄ変換周波数に限界があり、このため高い周波数を用いる場合には、エコー信号が折り返しを起こすなどの問題点を有していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために、受信ビームフォーマ前段に位相検波器とＡ／Ｄ変換器と該Ａ／Ｄ変換器の入力を前記位相検波器を介して行なうか介さずに行なうかを選択するスイッチを設け、ＳＣＷドプラ時にはベースバンド検波を、高い周波数を使用する際にはエコー信号の周波数より低い中間周波数にシフトさせ、それより低いエコー周波数においては前記スイッチを前記位相検波器を介しないように接続することにより、第２受信ビームフォーマを必要とせず、かつ、高い周波数にも対応することができる超音波診断装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図１において超音波診断装置は、探触子２１（振動子１００ａ〜１００ｄで構成される）、送信ビームフォーマ２２、振動子で受信したエコー信号の振り分けおよび加算を行なうＭＵＸ兼加算器１０１、位相検波器２４、２５（ミキサＭ１〜Ｍ４と、バンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ４で構成される）、位相検波器２４、２５に参照信号を与えるための信号発生器３４、ＭＵＸ兼加算器１０１、位相検波器２４、２５のどちらかの信号を選択するスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、受信ビームフォーマ２３、受信ビームフォーマ内での移相角を制御する信号を発生する位相シフトデータ発生器３３、周波数解析部３０、Ｂモード処理部３１、表示部３２などにより構成されている。
【００１１】
次に本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を説明する。まず、通常のＢモードにおいては、図２（ａ）に示すようにＭＵＸ兼加算器１０１の内部は接続され、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はａに接続される結果、振動子１００ａ〜１００ｄで受信されたエコー信号はそのまま受信ビームフォーマ２３に入力し、Ｂモード処理され、表示部３２に表示される。
【００１２】
次にＳＣＷドプラモードにおける動作について説明する。ＳＣＷドプラモードにおいては、探触子２１のうちの半分の振動子、ここでは振動子１００ａ、１００ｂにより連続波が送信され、振動子１００ｃ、１００ｄによりエコー信号が受信される。
【００１３】
ＳＣＷドプラモードの場合、ＭＵＸ兼加算器１０１の接続は図２（ｂ）に示すように接続される。したがって振動子１００ｃ、１００ｄで受信されたエコー信号は位相検波器２４、２５に入力される。また信号発生器３４からはエコー信号に対して、Ａラインの信号がＢラインに比べ位相が９０度異なる同一の周波数の信号が出力されている。
【００１４】
位相検波器２４、２５の出力信号はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を経て受信ビームフォーマ２３に入力される。受信ビームフォーマ２３は図３に示すように、遅延器ＤＬ１〜ＤＬ４、乗算器ＭＰ１〜ＭＰ４及び加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３から構成されている。遅延器ＤＬ１〜ＤＬ４により定められた量の遅延をかけられた後、乗算器ＭＰ１〜ＭＰ４において位相シフトデータ発生器３３のデータ（重み付け係数）にもとづいて乗算され、加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３により加算される。このとき隣り合った２つの信号、例えばスイッチＳＷ１の出力とスイッチＳＷ２の出力は直交検波の２信号であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【００１５】
受信ビームフォーマ２３の出力は周波数解析部３０で周波数解析され、表示部３２に表示される。
【００１６】
最後にエコー信号周波数が高い場合における動作について説明する。この場合、ＭＵＸ兼加算器１０１の接続は図２（ｃ）に示すように接続され、隣り合った２つのチャンネルの信号が加算されて、位相検波器２４、２５に入力する。信号発生器３４からはエコー信号をより低い周波数にシフトするための信号が出力されている。例えばエコー信号が２０ＭＨｚのとき、信号発生器３４の出力周波数は１５ＭＨｚというようになり、周波数の差信号５ＭＨｚが位相検波器２４、２５から出力される（３５ＭＨｚの和信号はＢＰＦ１〜ＢＰＦ４によりカットされる）。
【００１７】
位相検波器２４、２５の出力信号はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を経て受信ビームフォーマ２３に入力する。受信ビームフォーマ２３は図３に示すように、遅延器ＤＬ１〜ＤＬ４、乗算器ＭＰ１〜ＭＰ４及び加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３から構成されている。遅延器ＤＬ１〜ＤＬ４により定められた量の遅延をかけられた後、乗算器ＭＰ１〜ＭＰ４において位相シフトデータ発生器３３のデータ（重み付け係数）にもとづいて乗算され、加算器ＡＤＤ１〜ＡＤＤ３により加算される。このとき隣り合った２つの信号、例えばスイッチＳＷ１の出力とスイッチＳＷ２の出力は直交検波の２信号であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【００１８】
受信ビームフォーマ２３の出力はＢモード処理部３１を経て、表示部３２に表示される。
【００１９】
このように本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置は、通常のＢモード、ＳＣＷモード、高いエコー周波数モードの３つを同一の受信ビームフォーマ２３にて処理することが可能である。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図４において超音波診断装置は、探触子２１（振動子１００ａ〜１００ｄで構成される）、送信ビームフォーマ２２、振動子で受信したエコー信号の振り分けおよび加算を行なうＭＵＸ１１１、位相検波器１２４、１２５（ミキサＭ１〜Ｍ４と、バンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ４で構成される）、位相検波器１２４、１２５に参照信号を与えるための信号発生器１３４、ＭＵＸ１１１、位相検波器１２４、１２５のどちらかの信号を選択するスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、受信ビームフォーマ１２３、受信ビームフォーマ１２３内での移相角を制御する信号を発生する位相シフトデータ発生器１３３、ＭＵＸおよび加算器１３５、周波数解析部１３０、Ｂモード処理部１３１、表示部３２などにより構成されている。
【００２１】
次に本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を説明する。まず、通常のＢモードにおいては、図５（ａ）に示すようにＭＵＸ１１１の内部は接続され、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はａに接続される結果、振動子１００ａ〜１００ｄで受信されたエコー信号はそのまま受信ビームフォーマ１２３に入力し、Ｂモード処理され、表示部３２に表示される。ＭＵＸおよび加算器１３５は入力ａと出力ａ、入力ｂと出力ｂが接続された状態である。
【００２２】
次にＳＣＷドプラモードにおける動作について説明する。ＳＣＷドプラモードにおいては、探触子２１のうちの半分の振動子、ここでは振動子１００ａ、１００ｂにより連続波が送信され、振動子１００ｃ、１００ｄによりエコー信号が受信される。
【００２３】
ＳＣＷドプラモードの場合、ＭＵＸ１１１の接続は図５（ｂ）に示されるように接続される。したがって振動子１００ｃで受信されたエコー信号は位相検波器１２４のミキサＭ１、Ｍ２に、振動子１００ｄで受信されたエコー信号は位相検波器１２５のミキサＭ３、Ｍ４に入力される。信号発生器１３４からはエコー信号に対して、Ａラインの信号がＢラインに比べ位相が９０度異なる同一の周波数の信号が出力されている。以下の動作は上記した第１の実施の形態と同様である。ＭＵＸおよび加算器１３５は入力ａと出力ａ、入力ｂと出力ｂが接続された状態である。
【００２４】
最後にエコー信号周波数が高い場合における動作について説明する。ＭＵＸ１１１の接続は図５（ｃ）に示されるように接続されており、振動子１００ａ〜１００ｄの信号はそれぞれ位相検波器１２４、１２５のミキサＭ１〜Ｍ４に入力する。信号発生器１３４からはエコー信号をより低い周波数にシフトするための信号が出力されている。例えばエコー信号が２０ＭＨｚのとき、信号発生器１３４の出力周波数は１５ＭＨｚというようになり、周波数の差信号５ＭＨｚが位相検波器１２４、１２５から出力される（３５ＭＨｚの和信号はＢＰＦ１〜ＢＰＦ４によりカットされる）。
【００２５】
位相検波器１２４、１２５の出力信号はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を経て受信ビームフォーマ１２３に入力される。受信ビームフォーマ１２３は図６に示すように、遅延器ＤＬ−Ａ、ＤＬ−Ｂ、乗算器ＭＰ−Ａ、ＭＰ−Ｂ、加算器ＡＤＤ−Ａ、ＡＤＤ−Ｂから構成されており、微小な方位差の２つの受信ビームを受信するため、２系統の遅延加算器を持っている。
【００２６】
遅延器ＤＬ−Ａ、ＤＬ−Ｂにより定められた量の遅延をかけられた後、乗算器ＭＰ−Ａ、ＭＰ−Ｂにおいて位相シフトデータ発生器１３３のデータ（重み付け係数）にもとづいて乗算され、加算器ＡＤＤ−Ａ、ＡＤＤ−Ｂにより加算される。このとき遅延器ＤＬ−Ａと遅延器ＤＬ−Ｂの遅延量は、入力信号の１／４波長分の差を持つように設定される。このため、遅延器ＤＬ−Ａと遅延器ＤＬ−Ｂの信号は、その周波数近辺では直交検波の２信号と等価であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【００２７】
ＭＵＸおよび加算器１３５の内部は図７のように接続されており、入力ａ、入力ｂは加算されて、出力ａとなる。受信ビームフォーマ１２３の出力はＭＵＸおよび加算器１３５、Ｂモード処理部１３１を経て、表示部３２に表示される。
【００２８】
このように本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置は、通常のＢモード、ＳＣＷモード、高いエコー周波数モードの３つを同一の受信ビームフォーマ１２３にて処理可能である。また本実施の形態においては、複数の振動子を束ねることがないため、受信ビーム形状の劣化がない。
【００２９】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図８に示す本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置は、受信ビームフォーマ１２３により受信したエコー信号を解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する中心周波数解析器１４０を設けた点を除きそれ以外は第２の実施の形態について説明した図４と同様である。したがって、第２の実施の形態との違いについて説明する。
【００３０】
上述した第２の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の１／４波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【００３１】
そこで本発明の第３の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、これを最適化するため、受信ビームフォーマ１２３により受信したエコー信号を中心周波数解析器１４０により解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する。
【００３２】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図９に示す本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置は、受信ビームフォーマ１２３により受信したエコー信号を解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する中心周波数解析器１４０および信号発生器１３４の出力周波数を制御するための出力周波数制御器１４１を設けた点を除きそれ以外は第２の実施の形態について説明した図４と同様である。したがって、第２の実施の形態との違いについて説明する。
【００３３】
上述した第２の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の１／４波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【００３４】
そこで本発明の第４の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、これを最適化するため、受信ビームフォーマ１２３により受信したエコー信号を中心周波数解析器１４０により解析し出力周波数制御器１４１により受信ビームフォーマ１２３に入力する中間周波数が一定になるよう信号発生器１３４の出力周波数を最適に設定する。
【００３５】
（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る超音波診断装置の一部分である受信ビームフォーマの構成を示すブロック図である。図１０に示す本発明の第５の実施の形態に係る超音波診断装置の一部分である受信ビームフォーマ２２３は、ヒルベルト変換器１５０およびヒルベルト変換器１５０を通過させる／させないを選択するためのスイッチ１５１を設けた点を除きそれ以外は第２の実施の形態における受信ビームフォーマ１２３について説明した図６と同様である。したがって、第２の実施の形態における受信ビームフォーマ１２３との違いについて説明する。
【００３６】
上述した第２の実施の形態における受信ビームフォーマ１２３においては、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の１／４波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【００３７】
そこで本発明の第５の実施の形態における受信ビームフォーマ２２３においては、これを最適化するため、一方の遅延線の出力にヒルベルト変換器１５０を設けることで、エコー周波数によらず乗算器ＭＰ−Ａおよび乗算器ＭＰ−Ｂに入力する信号が常に直交するようにしたものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態の説明から明らかなように、スイッチとＡ／Ｄ変換器と位相検波器と受信ビームフォーマの組み合わせにより、通常のＢモード、ＳＣＷドプラモード、高い周波数を用いる場合のすべてを１系統で実現でき、回路規模の小さい受信ビームフォーマを有する超音波診断装置を実現することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＭＵＸ兼加算器の内部接続を示す説明図、
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る受信ビームフォーマの内部構造を示す説明図、
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＭＵＸの内部接続を示す説明図、
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る並列受信用ビームフォーマの内部構造の説明図、
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＭＵＸおよび加算器の内部接続を示す説明図、
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る並列受信用ビームフォーマの内部構造の説明図、
【図１１】従来の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２１  探触子
２２  送信ビームフォーマ
２３、１２３  受信ビームフォーマ
２４、２５、１２４、１２５  位相検波器
２８  第２受信ビームフォーマ
３０、１３０  周波数解析部
３１、１３１  Ｂモード処理部
３２  表示部
３３、１３３  位相シフトデータ発生器
３４、１３４  信号発生器
１００ａ〜１００ｄ  振動子
１０１  ＭＵＸ兼加算器
１１１  ＭＵＸ
１３５  ＭＵＸおよび加算器
１４０  中心周波数解析器
１４１  出力周波数制御器
Ａ１１〜１２  加算器
ＡＤＤ１〜３、ＡＤＤ−Ａ〜Ｂ  加算器
Ａ／Ｄ１〜２  Ａ／Ｄ変換器
ＢＰＦ１〜４  バンドパスフィルタ
ＤＬ１〜４、ＤＬ−Ａ〜Ｂ  遅延器
Ｍ１〜４  ミキサ
ＭＰ１〜４、ＭＰ−Ａ〜Ｂ  乗算器
ＳＷ１〜４、ＳＷ１５１  スイッチ
【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】
0003886366.tif 000008
【図８】
0003886366.tif 000009
【図９】
0003886366.tif 000010
【図１０】
0003886366.tif 000011
【図１１】
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