(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波を送受信する送受信手段と、
前記送受信手段により得られたエコー信号を直交検波することにより、第１の検波信号と９０゜位相の異なる第２の検波信号とを得る直交検波手段と、
前記第１の検波信号をアナログで信号処理して対象移動体に関する第１のドプラ信号を得る第１のアナログ信号処理手段と、
前記第２の検波信号をアナログで信号処理して前記対象移動体に関する第２のドプラ信号を得る第２のアナログ信号処理手段と、
オフセット誤差及びゲイン誤差に関して前記第１のドプラ信号を補正する手段と、
オフセット誤差及びゲイン誤差に関して前記第２のドプラ信号を補正する手段と、
前記補正された第１及び第２のドプラ信号を周波数解析することにより前記対象移動体の速度情報を求める手段と、
前記速度情報を表示する手段と、
前記直交検波手段に振幅ゼロの参照信号を供給する手段と、
前記参照信号に対応する前記第１及び第２の信号処理手段の出力に基づいて前記第１及び第２のドプラ信号各々のオフセット誤差の補正量を計算する手段と、
前記計算された第１及び第２のドプラ信号各々のオフセット誤差の補正量とゲイン誤差の補正量とを記憶する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】
前記計算されたオフセット誤差の補正量が所定の許容量を越えているとき、音声又は画面上にメッセージとして警告を発する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１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、被検体に対して超音波を送信し、反射して得られたエコー信号から、速度情報を抽出して血流や組織の動きを映像化する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の超音波診断装置のブロック図を示している。プローブ１１１を介して送受信回路（Ｔ／Ｒ）１１２で受信したエコー信号を得る。そして、エコー信号を直交検波回路１１５で直交検波にかけて互いに位相の異なる２系統の検波信号を得るようになっている。この２系統の検波信号を、血流等の対象移動体に関するドプラ偏移周波数成分を抽出するためのアナログ信号処理系（ローパスフィルタ１１６ａ（１１６ｂ）、サンプルホールド１１７ａ（１１７ｂ）、ハイパスフィルタ１１８ａ（１１８ｂ）、ローパスフィルタ１１９ａ（１１９ｂ）、増幅器１２０ａ（１２０ｂ））で別々に処理し、さらにアナログディジタル変換器１２１ａ（１２１ｂ）で別々にＡＤ変換した後に高速フーリエ変換器１２３に供給し、これら２系統のディジタル信号を高速フーリエ変換器１２３で周波数解析することにより、周波数スペクトラム、つまり各周波数成分（各速度成分）の強さを求め、そして、ディジタルスキャンコンバータ１２７を介してモニタ１２８に周波数スペクトラムの時間波形として表示するようになっている。また、２系統の検波信号をアナログディジタル変換器１２５ａ（１２５ｂ）で別々にＡＤ変換して、カラーフローマッピングユニット１２６で処理し、ここで得た平均速度、分散、パワーといった画像情報をディジタルスキャンコンバータ１２７を介してモニタ１２８にカラー画像として表示するようになっている。
【０００３】
上述したようにエコー信号を直交検波して、２つのアナログ信号処理系で別々に処理するのは、順逆方向を分離して、検出可能な速度範囲を、サンプリング定理に従うパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）の１／２の２倍に実質的に拡大するためであり、現在では必須である。このように２つのアナログ信号処理系で別々に処理するので、２つのアナログ信号処理系の特性、特にオフセット特性とゲイン特性とが正確に調整されていることが重要であり、仮に、オフセット誤差（ＤＣ成分）が発生すると、低速の定常流に見えてしまう偽像が発生してしまうし、また、ゲイン特性が不揃いであると順逆方向分離が正確に行われず、その結果、ミラー状の偽像が発生してしまう。
【０００４】
このためアナログ信号処理系の調整が非常に重要である。しかし、この調整誤差の発生を出荷前に完全に１００％押さえ込むことは現実的には不可能ではあるし、仮に、完全又はそれに近い調整が出荷前になされていても、使用環境の温度変化による外因的な特性変化や長期使用にともなう内因的な特性変化によるアナログ信号処理系の特性ずれは避けられない。しかも、電気的に劣悪な使用環境下では、２つのアナログ信号処理系に異なる電磁ノイズが飛び込んで、実質的に特性ずれを起こしてしまうという事態も回避する手だてはない。
【０００５】
なお、このような特性ずれに対しては、信号処理系をディジタル化することにより、比較的容易に対処できるものであるが、これは装置の大規模化及びコスト高の原因となるため好ましいとは言えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被検体に対して超音波を送信し、反射して得られたエコー信号から、速度情報を抽出して血流や組織の動きを映像化する超音波診断装置において、アナログ信号処理系の特性ずれに対して簡単に対処できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する送受信手段と、前記送受信手段により得られたエコー信号を直交検波することにより、第１の検波信号と９０゜位相の異なる第２の検波信号とを得る直交検波手段と、前記第１の検波信号をアナログで信号処理して対象移動体に関する第１のドプラ信号を得る第１のアナログ信号処理手段と、前記第２の検波信号をアナログで信号処理して前記対象移動体に関する第２のドプラ信号を得る第２のアナログ信号処理手段と、オフセット誤差及びゲイン誤差に関して前記第１のドプラ信号を補正する手段と、オフセット誤差及びゲイン誤差に関して前記第２のドプラ信号を補正する手段と、前記補正された第１及び第２のドプラ信号を周波数解析することにより前記対象移動体の速度情報を求める手段と、前記速度情報を表示する手段と、前記直交検波手段に振幅ゼロの参照信号を供給する手段と、前記参照信号に対応する前記第１及び第２の信号処理手段の出力に基づいて前記第１及び第２のドプラ信号各々のオフセット誤差の補正量を計算する手段と、前記計算された第１及び第２のドプラ信号各々のオフセット誤差の補正量とゲイン誤差の補正量とを記憶する手段とを具備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による超音波診断装置を好ましい実施形態により説明する。
（第１実施形態）
図１に第１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１１の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換するための例えば圧電セラミックス製の複数の振動子が配列されている。この超音波プローブ１１には、送受信回路（Ｔ／Ｒ）１２が接続されている。
【０００９】
送受信回路１２は、送信部分と受信部分とからなり、送信部分では、まず、クロック発生器からのクロックを４ｋＨｚ乃至５０ｋＨｚ程度に分周する。この分周信号に従って、超音波パルスの送受信レート（毎秒送受信回数）が決定されるため、これはレートパルスと一般的に呼ばれ、またこの周波数が、パルス繰り返し周波数ＰＲＦと呼ばれている。このレートパルスを適当に遅延させた後、これをトリガとしてパルサからプローブ１１の各振動子に電圧パルスが印加されるようになっている。この印加によりプローブ１１の各振動子は機械的に振動し、超音波パルスを発生する。
【００１０】
この超音波は、被検体内部を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、プローブ１１に返ってきて、各振動子を機械的に振動する。これにより、振動子からは微弱な電気信号が発生する。この電気信号は、受信部分に取り込まれ、プリアンプで個別に増幅された後、整相加算される。これによりエコー信号が生成される。
【００１１】
直交検波回路１５は、エコー信号に送信超音波の中心周波数ｆ0 と同じ周波数をもつ基準信号を掛け合わせ、これにより得られるドプラ偏移周波数ｆd の成分と（２ｆ0 ＋ｆd ）の成分とを有する信号からローパスフィルタで（２ｆ0 ＋ｆd ）の高周波数成分を除去することにより、ドプラ偏移周波数ｆd の成分だけを有する検波信号（第１検波信号）を得る系統と、エコー信号に９０゜移相した基準信号を掛け合わせ、これにより得られるドプラ偏移周波数ｆd の成分と（２ｆ0 ＋ｆd ）の成分とを有する信号からローパスフィルタで（２ｆ0 ＋ｆd ）の高周波数成分を除去することにより、ドプラ偏移周波数ｆd の成分だけを有する上記第１検波信号と位相の異なる検波信号（第２検波信号）を得る系統とから構成される。
【００１２】
第１検波信号は、ローパスフィルタ１６ａと、指定されたサンプルボリュームの深度からのエコー信号だけを切り出すサンプルホールド１７ａと、切り出したエコー信号からクラッタ成分を低減するためのハイパスフィルタ１８ａと、ノイズ成分を低減するためのローパスフィルタ１９ａと、増幅器２０ａとからなる第１のアナログ信号処理系で信号処理される。これにより対象移動体、例えば血流（血球）のドプラ偏移周波数成分が支配的なドプラ信号（第１ドプラ信号）を得る。
【００１３】
この第１ドプラ信号には第１のアナログ信号処理系の特性ずれに起因してオフセット誤差及びゲイン誤差が混入されている。このオフセット誤差及びゲイン誤差を除去又は低減するために、第１ドプラ信号は、メモリ３０に記憶されている補正量に対応するオフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号に従って補正回路２２ａで補正される。この補正回路２２ａには、加算器と乗算器とが装備されており、オフセット誤差はドプラ信号にオフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号を加算器で加算することにより低減又は除去される。また、ゲイン誤差は、オフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号で表される係数をドプラ信号に乗算器で乗算することにより低減又は除去される。
【００１４】
同様に、第２検波信号は、ローパスフィルタ１６ｂと、指定されたサンプルボリュームの深度からのエコー信号だけを切り出すサンプルホールド１７ｂと、切り出したエコー信号からクラッタ成分を低減するためのハイパスフィルタ１８ｂと、ノイズ成分を低減するためのローパスフィルタ１９ｂと、増幅器２０ｂとからなる第１のアナログ信号処理系で信号処理される。これにより対象移動体、例えば血流（血球）のドプラ偏移周波数成分が支配的なドプラ信号（第２ドプラ信号）を得る。
【００１５】
この第２ドプラ信号にも、第２のアナログ信号処理系の特性ずれに起因してオフセット誤差及びゲイン誤差が混入されている。このオフセット誤差及びゲイン誤差を除去又は低減するために、第２ドプラ信号は、メモリ３０に記憶されている補正量に対応するオフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号に従って補正回路２２ｂで補正される。この補正回路２２ｂには、加算器と乗算器とが装備されており、オフセット誤差はドプラ信号にオフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号を加算器で加算することにより低減又は除去される。また、ゲイン誤差は、オフセット／ゲインコントローラ２４からの制御信号で表される係数をドプラ信号に乗算器で乗算することにより低減又は除去される。
【００１６】
補正回路２２ａ，２２ｂで補正された第１のドプラ信号と第２のドプラ信号とは高速フーリエ変換器２３で周波数解析にかけられる。これにより周波数スペクトラム、つまり各周波数成分（各速度成分）の強さが求められる。この周波数スペクトラムは、ディジタルスキャンコンバータ２７を介してモニタ２８に時間波形として表示される。
【００１７】
メモリ３０には、第１のアナログ信号処理系のオフセット特性ずれによる第１のドプラ信号に混入するオフセット誤差を補正するための補正量と、第１のアナログ信号処理系のゲイン特性ずれによる第１のドプラ信号に混入するゲイン誤差を補正するための補正量と、第２のアナログ信号処理系のオフセット特性ずれによる第２のドプラ信号に混入するオフセット誤差を補正するための補正量と、第２のアナログ信号処理系のゲイン特性ずれによる第２のドプラ信号に混入するゲイン誤差を補正するための補正量とが記憶される。
【００１８】
これらメモリ３０に記憶されるオフセット誤差の補正量及びゲイン誤差の補正量は、オフセット／ゲインコントローラ２４により書き換えられることができる。例えば工場出荷前には、第１及び第２のアナログ信号処理系の各構成要素のオフセットやゲインといった特性が最適値に調整されているものであるが、設置場所の温度環境の変動や時間の経過に伴って最適値からずれてしまう。このずれ量、つまりオフセット誤差及びゲイン誤差を計測し、これらオフセット誤差を低減又は除去するための補正量とゲイン誤差を低減又は除去するための補正量とを各アナログ信号処理系毎に求め、そしてメモリ３０の記憶データを当該求めた補正量に書き換えるという作業が、コントローラ２９の制御のもとで定期サービス点検時、電源投入時、モード切り替え時又は一定期間経過毎に行われる。
【００１９】
まず、超音波の送受信を停止した状態で、参照信号発生器１４からオフセット誤差を計測するための振幅ゼロのオフセット用参照信号が発生され、セレクタ１３を介して直交検波回路１５に供給される。このオフセット用参照信号は、通常の超音波送受信を伴う検査時の動作時と同様に、直交検波回路１５で検波される。そして、第１検波信号と第２検波信号とは第１アナログ信号処理系と第２アナログ信号処理系でそれぞれ処理されて、最終的に、アナログディジタル変換器２１ａ，２１ｂを介して第１ドプラ信号と第２ドプラ信号としてオフセット／ゲインコントローラ２４に供給される。オフセット／ゲインコントローラ２４では、第１、第２ドプラ信号各々に含まれるゼロでない信号成分、つまりオフセット誤差を計測し、このオフセット誤差をゼロにするためのオフセット用補正量を第１と第２のアナログ信号処理系毎に求め、メモリ３０の旧データを消去し、この新たに求めたオフセット用補正データに書き換える。
【００２０】
ゲイン用補正データの更新作業としては、まず、同様に、超音波の送受信を停止した状態で、参照信号発生器１４からゲイン誤差を計測するための基準周波数とは異なる所定の周波数のゲイン用参照信号が発生され、セレクタ１３を介して直交検波回路１５に供給される。このゲイン用参照信号は、通常の超音波送受信を伴う検査時の動作時と同様に、直交検波回路１５で検波される。そして、第１検波信号と第２検波信号とは第１アナログ信号処理系と第２アナログ信号処理系でそれぞれ処理されて、最終的に、アナログディジタル変換器２１ａ，２１ｂを介して第１ドプラ信号と第２ドプラ信号としてオフセット／ゲインコントローラ２４に供給される。オフセット／ゲインコントローラ２４では、第１のドプラ信号と第２のドプラ信号との振幅を比較し、両者のずれ量、つまりゲイン誤差を計測し、このゲイン誤差をゼロにするための補正量を求め、メモリ３０の旧データを消去し、この新たに求めたゲイン用補正データに書き換える。
【００２１】
なお、オフセット／ゲインコントローラ２４では、オフセット誤差とゲイン誤差の少なくとも一方が各々のしきい値を越えて補正不可能なほど大きくなってしまった場合、アナログ信号処理系の基板交換を促す警告メッセージデータを出力するようになっている。この警告メッセージデータは、ディジタルスキャンコンバータ２７を介してモニタ２８に文字又は記号表示される。なお、警告メッセージとしては画面表示に限定されず、音声メッセージであってもよいし、両者を併用するようにしてもよい。
【００２２】
このようにオフセット誤差及びゲイン誤差を計測し、その補正量を求め、求めた補正量で各ドプラ信号をディジタル上で補正することにより、オフセット誤差による低速の定常流に見えてしまう偽像の発生を抑制し、そしてゲイン誤差による順逆方向分離が正確に行われないで、ミラー状の偽像が発生してしまうことを抑制することができる。さらに、これを、信号処理系をディジタル化することなく、旧来の基板をそのまま流用して比較的容易に対処できるものであり、装置の大規模化及びコスト高を誘因することもない。
【００２３】
なお、直行検波回路１５の２系統の検波信号は、アナログディジタル変換器２５ａ，２５ｂを介してカラーフローマッピングユニット２６にも供給される。カラーフローマッピングユニット２６は、血流等の移動体の動きを空間的に表す画像を生成するものであり、ハイパスフィルタとして機能し、主に血球等の速い移動体での反射により周波数偏移を受けた高周波成分（血流成分）だけを通過し、主に心臓壁等の遅い移動体での反射により周波数偏移を受けた低周波成分（クラッタ成分）を除去するＭＴＩフィルタと、この血流成分だけになったドプラ信号を周波数解析して、血球による偏移周波数を求める自己相関器と、この偏移周波数に基づいて血流速度（平均速度）と、その分散と、主に血流量を反映しているパワーとをサンプル点毎に演算する演算部とから構成されている。
【００２４】
このカラーフローマッピングにも、上述したオフセット及びゲイン補正を適用することができる。
（第２実施形態）
図２には、第１実施形態のオフセット及びゲイン補正をカラーフローマッピングに適用した場合の超音波診断装置の構成を示している。なお、図２において、図１と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する。第１実施形態の場合と同様に、アナログディジタル変換器２５ａ，２５ｂとカラーフローマッピングユニット２６との間に、補正回路２２ａ，２２ｂとオフセット／ゲインコントローラ２４とが挿入される。参照信号発生器１４、補正回路２２ａ，２２ｂ、オフセット／ゲインコントローラ２４、コントローラ２９各々の動作及び機能としては、第１実施形態と同じである。
【００２５】
このようにカラーフローマッピングにおいても、オフセット誤差及びゲイン誤差を計測し、その補正量を求め、求めた補正量で各ドプラ信号をディジタル上で補正することにより、オフセット誤差による低速の定常流に見えてしまう偽像の発生を抑制し、そしてゲイン誤差による順逆方向分離が正確に行われないで、ミラー状の偽像が発生してしまうことを抑制することができる。さらに、これを、信号処理系をディジタル化することなく、旧来の基板をそのまま流用して比較的容易に対処できるものであり、装置の大規模化及びコスト高を誘因することもない。
【００２６】
本発明は、上述してきたような実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であることは言うまでもない。例えば、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、周波数スペクトラムとカラーフローマッピングとの両方に、オフセット及びゲイン補正を採用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、直行位相検波による２系統のドプラ信号のオフセット誤差及びゲイン誤差を、記憶された補正量に従って補正することができるので、アナログ信号処理手段の特性ずれが生じた場合、面倒な再調整が不要になり、補正量を変えるだけで簡単に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。
【図３】従来の超音波診断装置のブロック図。
【符号の説明】
１１…超音波プローブ、
１２…送受信回路（Ｔ／Ｒ）、
１３…セレクタ、
１４…参照信号発生器、
１５…直交検波回路、
１６…ローパスフィルタ、
１７…サンプルホールド、
１８…ハイパスフィルタ、
１９…ローパスフィルタ、
２０…増幅器、
２１…アナログディジタル変換器、
２２…補正回路、
２３…高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）、
２４…オフセット／ゲインコントローラ、
２５…アナログディジタル変換器、
２６…カラーフローマッピングユニット、
２７…ディジタルスキャンコンバータ、
２８…モニタ、
２９…コントローラ、
３０…メモリ。
【図１】
0004279921.tif 000002
【図２】
0004279921.tif 000003
【図３】
0004279921.tif 000004