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技術 超音波診断装置

出願人 日立アロカメディカル株式会社
発明者 笠原英司
出願日 2012年12月5日 (8年10ヶ月経過) 出願番号 2012-266209
公開日 2014年6月19日 (7年4ヶ月経過) 公開番号 2014-110838
状態 未査定
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 対数アンプ 線形アンプ 増幅処理後 LOGアンプ Bモード 対数特性 ゲイン設定値 対数関数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年6月19日)のものです。
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図面 (5)

課題

A/D変換の前処理に係る改良技術を提供する。

解決手段

信号増幅部20は、複数の対数アンプLOGアンプ)を備えている。各対数アンプは、それに対応する振動素子から受信アンプを経由して得られるアナログ受信信号に対して、対数関数に対応した増幅特性増幅処理を施す。これにより、アナログ受信信号のダイナミックレンジ圧縮される。A/D変換部30は、複数のA/D変換器を備えている。各A/D変換器は、それに対応する対数アンプから得られる増幅処理後のアナログ受信信号に対して、アナログデジタル変換処理を施してデジタル受信信号を得る。制御部60は、整相加算部40から得られるエコー信号に基づいて、エコー信号の最大レベルを決定し、その最大レベルに応じた増幅特性となるように、信号増幅部20の対数アンプを制御する。

概要

背景

一般的な超音波診断装置は、プローブで受信した超音波受信信号アナログデジタル変換(A/D変換)によりデジタル信号にしてから整相加算処理等を行っている。そのA/D変換においては、信号のダイナミックレンジを考慮する必要がある。例えば、生体から得られる超音波の受信信号はダイナミックレンジが広く(大きく)、その受信信号をダイナミックレンジの狭い(小さい)A/D変換器で処理すると、受信信号に含まれる微小信号成分が失われてしまう。A/D変換により失われた信号は、その後の処理においても復元することができない。

例えば、微小信号成分が失われない程度にダイナミックレンジの広いA/D変換器を利用すれば、A/D変換において微小信号成分を失わずに済む。しかし、ダイナミックレンジの広いA/D変換器は比較的高価であり、複数の振動素子個数だけその高価なA/D変換器を利用することはコスト面において問題である。

これに対し、A/D変換の前処理により、ダイナミックレンジに係る問題を回避する技術が提案されている。例えば特許文献1には、各振動素子から得られた受信信号のダイナミックレンジを対数アンプ圧縮処理し、圧縮処理された受信信号をA/D変換する回路が記載されている。特許文献1に記載された回路によれば、A/D変換器のダイナミックレンジを広げることなく、受信信号に含まれる微小信号成分を失わずに済む。

概要

A/D変換の前処理に係る改良技術を提供する。信号増幅部20は、複数の対数アンプ(LOGアンプ)を備えている。各対数アンプは、それに対応する振動素子から受信アンプを経由して得られるアナログ受信信号に対して、対数関数に対応した増幅特性増幅処理を施す。これにより、アナログ受信信号のダイナミックレンジが圧縮される。A/D変換部30は、複数のA/D変換器を備えている。各A/D変換器は、それに対応する対数アンプから得られる増幅処理後のアナログ受信信号に対して、アナログデジタル変換処理を施してデジタル受信信号を得る。制御部60は、整相加算部40から得られるエコー信号に基づいて、エコー信号の最大レベルを決定し、その最大レベルに応じた増幅特性となるように、信号増幅部20の対数アンプを制御する。

目的

本発明は、その研究開発過程において成されたものであり、その目的は、A/D変換の前処理に係る改良技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

音波送受するプローブと、プローブへ超音波の送信信号を出力する送信部と、プローブから超音波のアナログ受信信号を得る受信部と、アナログ受信信号を増幅処理する信号増幅部と、増幅処理されたアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換するA/D変換部と、デジタル受信信号に基づいて超音波ビームエコー信号を得るビーム処理部と、エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、超音波画像に関する信号レベルの特徴量に基づいて、信号増幅部における増幅処理を制御する制御部と、を有する、ことを特徴とする超音波診断装置

請求項2

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記信号増幅部は、プローブが備える複数の振動素子から得られる複数のアナログ受信信号を増幅処理し、前記A/D変換部は、増幅処理された複数のアナログ受信信号を複数のデジタル受信信号に変換し、前記ビーム処理部は、複数の振動素子に対応した複数のデジタル受信信号を整相加算処理してエコー信号を形成し、前記制御部は、エコー信号に基づいて前記信号レベルの特徴量を得る、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項3

請求項2に記載の超音波診断装置において、前記信号レベルの特徴量は、エコー信号の最大レベルであり、前記制御部は、エコー信号の最大レベルに応じた増幅特性となるように信号増幅部における増幅処理を制御する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項4

請求項3に記載の超音波診断装置において、前記制御部は、エコー信号の信号レベルに関するヒストグラムに基づいて前記最大レベルを決定する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項5

請求項1から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置において、前記制御部は、前記信号レベルの特徴量と前記送信信号の大きさに基づいて、信号増幅部における増幅処理を制御する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項6

請求項1から5のいずれか1項に記載の超音波診断装置において、前記信号増幅部は、対数アンプであり、アナログ受信信号に含まれる微小信号成分を増幅処理することにより、アナログ受信信号のダイナミックレンジ圧縮する、ことを特徴とする超音波診断装置。

技術分野

0001

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波受信信号処理に関する。

背景技術

0002

一般的な超音波診断装置は、プローブで受信した超音波の受信信号アナログデジタル変換(A/D変換)によりデジタル信号にしてから整相加算処理等を行っている。そのA/D変換においては、信号のダイナミックレンジを考慮する必要がある。例えば、生体から得られる超音波の受信信号はダイナミックレンジが広く(大きく)、その受信信号をダイナミックレンジの狭い(小さい)A/D変換器で処理すると、受信信号に含まれる微小信号成分が失われてしまう。A/D変換により失われた信号は、その後の処理においても復元することができない。

0003

例えば、微小信号成分が失われない程度にダイナミックレンジの広いA/D変換器を利用すれば、A/D変換において微小信号成分を失わずに済む。しかし、ダイナミックレンジの広いA/D変換器は比較的高価であり、複数の振動素子個数だけその高価なA/D変換器を利用することはコスト面において問題である。

0004

これに対し、A/D変換の前処理により、ダイナミックレンジに係る問題を回避する技術が提案されている。例えば特許文献1には、各振動素子から得られた受信信号のダイナミックレンジを対数アンプ圧縮処理し、圧縮処理された受信信号をA/D変換する回路が記載されている。特許文献1に記載された回路によれば、A/D変換器のダイナミックレンジを広げることなく、受信信号に含まれる微小信号成分を失わずに済む。

先行技術

0005

特開平6−94827号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波の受信信号処理について研究開発を重ねてきた。特に、アナログデジタル変換(A/D変換)の前処理に注目した。

0007

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、A/D変換の前処理に係る改良技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブへ超音波の送信信号を出力する送信部と、プローブから超音波のアナログ受信信号を得る受信部と、アナログ受信信号を増幅処理する信号増幅部と、増幅処理されたアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換するA/D変換部と、デジタル受信信号に基づいて超音波ビームエコー信号を得るビーム処理部と、エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、超音波画像に関する信号レベルの特徴量に基づいて、信号増幅部における増幅処理を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

0009

上記装置においては、アナログ受信信号をデジタル受信信号に変換する前にアナログ受信信号が増幅処理される。つまり、アナログデジタル変換(A/D変換)の前処理としてアナログ受信信号が増幅処理される。その増幅処理においては、後段のA/D変換部で処理が可能な最大レベルを超えない程度に可能な限り大きく、アナログ受信信号のレベル増幅することが望ましい。上記装置によれば、超音波画像に関する信号レベルの特徴量に基づいて増幅処理が制御される。そのため、超音波画像に関する信号レベルの特徴量に応じて、例えば、A/D変換部における処理能力を超えない程度に可能な限り大きくなるように、アナログ受信信号を増幅処理すること等が可能になる。

0010

望ましい具体例において、前記信号増幅部は、プローブが備える複数の振動素子から得られる複数のアナログ受信信号を増幅処理し、前記A/D変換部は、増幅処理された複数のアナログ受信信号を複数のデジタル受信信号に変換し、前記ビーム処理部は、複数の振動素子に対応した複数のデジタル受信信号を整相加算処理してエコー信号を形成し、前記制御部は、エコー信号に基づいて前記信号レベルの特徴量を得る、ことを特徴とする。

0011

望ましい具体例において、前記信号レベルの特徴量はエコー信号の最大レベルであり、前記制御部は、エコー信号の最大レベルに応じた増幅特性となるように信号増幅部における増幅処理を制御する、ことを特徴とする。

0012

望ましい具体例において、前記制御部は、エコー信号の信号レベルに関するヒストグラムに基づいて前記最大レベルを決定する、ことを特徴とする。

0013

望ましい具体例において、前記制御部は、前記信号レベルの特徴量と前記送信信号の大きさに基づいて、信号増幅部における増幅処理を制御する、ことを特徴とする。

0014

望ましい具体例において、前記信号増幅部は、対数アンプであり、アナログ受信信号に含まれる微小信号成分を増幅処理することにより、アナログ受信信号のダイナミックレンジを圧縮する、ことを特徴とする。

発明の効果

0015

本発明により、A/D変換の前処理に係る改良技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、超音波画像に関する信号レベルの特徴量に基づいて、前処理である増幅処理が制御され、A/D変換部の処理能力を超えない程度に可能な限り大きくなるように、アナログ受信信号を増幅処理すること等が可能になる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の好適な超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
A/D変換の具体例を示す図である。
エコー信号の最大レベルに応じた制御の具体例を示す図である。
対数アンプの増幅特性に関する制御の具体例を示す図である。

実施例

0017

図1は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。プローブ10は、超音波を送受する複数の振動素子を備えている。図1の超音波診断装置においては、例えば、コンベックス走査型セクタ走査型やリニア走査型二次元画像断層画像)用や三次元画像用等の各種のプローブ10を診断用途に応じて利用することができる。

0018

送信部12は、プローブ10が備える複数の振動素子に対して、各振動素子に応じた超音波の送信信号を出力する。これにより、プローブ10が送信制御されて超音波の送信ビームが形成され、さらに、診断領域内において送信ビームが走査される。そして、プローブ10の各振動素子が超音波を送受して得たアナログ受信信号が受信部14に送られる。

0019

受信部14は、複数の受信アンプを備えている。各受信アンプは、それに対応する振動素子から得られるアナログ受信信号に対して、例えばSTC(Sensitivity Time Control)やTGC(Time Gain Control)等のプリアンプ処理を施す。

0020

信号増幅部20は、プローブ10が備える複数の振動素子から得られる複数のアナログ受信信号を増幅処理する。信号増幅部20は、複数の対数アンプ(LOGアンプ)を備えている。各対数アンプは、それに対応する振動素子から受信アンプを経由して得られるアナログ受信信号に対して、対数関数に対応した増幅特性で増幅処理を施す。これにより、アナログ受信信号のダイナミックレンジが圧縮される。

0021

A/D変換部30は、信号増幅部20において増幅処理されたアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換する。A/D変換部30は、複数のA/D変換器を備えている。各A/D変換器は、それに対応する対数アンプから得られる増幅処理後のアナログ受信信号に対して、アナログデジタル変換処理を施してデジタル受信信号を得る。図1の超音波診断装置では、信号増幅部20において増幅処理が施されているため、A/D変換部30における微小信号成分の消失が抑制される。

0022

図2は、A/D変換の具体例を示す図であり、図2(A)は、A/D変換前の増幅処理を省略した場合の比較例を示している。図2(A)の比較例では、アナログ受信信号が対数アンプにおいて処理されず、そのままA/D変換されてデジタル受信信号が得られている。図2(A)では、A/D変換において、変換可能な最小レベルを下回る微小信号成分MSが消失してしまう。A/D変換において消失した微小信号成分MSは、整相加算後のエコー信号においても復元できない。

0023

これに対し、図2(B)は、図1の超音波診断装置におけるA/D変換の具体例を示している。図2(B)の具体例では、アナログ受信信号が対数アンプにおいて処理され、ダイナミックレンジが圧縮された対数圧縮信号にされてから、その対数圧縮信号がA/D変換されて、デジタル受信信号が得られている。図2(B)では、対数アンプによりアナログ受信信号に含まれる微小信号成分が増幅されているため、A/D変換において微小信号成分もデジタル信号化されて消失していない。そのため、複数の振動素子に対応した複数のデジタル受信信号を整相加算処理することにより得られるエコー信号内においても、微小信号成分が維持されている。したがって、微小信号成分も画像化される。

0024

図1戻り、整相加算部40は、A/D変換部30から得られる複数のデジタル受信信号を整相加算処理する。これにより、超音波の受信ビームに沿ったエコー信号が形成される。そして、送信部12の制御により診断領域内において送信ビームが走査され、走査される送信ビームに対応した受信ビームに沿って、診断領域内においてエコー信号が収集される。

0025

画像形成部50は、収集されたエコー信号に基づいて、診断領域内の超音波画像を形成し、液晶モニタ等の表示デバイスに超音波画像を表示する。画像形成部50は、例えば、複数フレームに亘って収集されるエコー信号に基づいて各フレームごとにBモード画像を形成する。なお、Bモード画像の画像データに対して、コントラストゲイン等の調整が行われてもよい。

0026

また、画像形成部50は、エコー信号から得られるドプラ情報に基づいて、カラードプラ画像ドプラ波形画像などを形成してもよい。なお、カラードプラ画像やドプラ波形画像を形成する場合には、エコー信号をアンチLOG回路において処理してから、ドプラ情報を得ることが望ましい。つまり、エコー信号に対して、信号増幅部20の対数アンプにおける増幅特性とは逆特性の処理を施してから、ドプラシフト成分等を抽出することが望ましい。

0027

制御部60は、図1の超音波診断装置内の全体を集中的に制御する。制御部60は、特に、信号増幅部20における増幅処理を制御する。その制御においては、超音波画像に関する信号レベルの特徴量が利用される。つまり、制御部60は、整相加算部40から得られるエコー信号に基づいて、エコー信号の最大レベルを決定し、その最大レベルに応じた増幅特性となるように、信号増幅部20の対数アンプを制御する。

0028

図3は、エコー信号の最大レベルに応じた制御の具体例を示す図である。制御部60はエコー信号の信号レベル(輝度値)に関するヒストグラムに基づいて、エコー信号の最大レベルLVを決定する。制御部60は、1フレームまたは複数フレームを構成するエコー信号について、エコー信号の信号レベル(輝度値)に関するヒストグラムを形成する。

0029

例えば、図3に示すように、横軸を輝度値として縦軸各輝度値頻度を示したヒストグラムが形成される。制御部60は、例えば、ヒストグラム内において輝度値の大きい方から、頻度が閾値を超える輝度値を探索し、その輝度値を最大レベルLVとする。これにより、ノイズ等に伴う大きな輝度値を避けて最大レベルLVを設定することができる。

0030

最大レベルLVが決定されると、制御部60は、例えば図3に示すLV/ゲイン特性を参照し、最大レベルLVに対応したゲイン設定値を得る。LV/ゲイン特性は、例えばメモリ等に記憶され、制御部60により参照される。なお、複数のLV/ゲイン特性をメモリに記憶しておき、制御部60が、プローブ10の種類や診断モードに応じたLV/ゲイン特性を選択できるようにしてもよい。

0031

ゲイン設定値が得られると、制御部60は、そのゲイン設定値に応じて、信号増幅部20が備える対数アンプの増幅特性を制御する。

0032

図4は、対数アンプの増幅特性に関する制御の具体例を示す図である。図4には、横軸を入力(入力信号振幅)として縦軸を出力(出力信号の振幅)とした対数アンプの特性が示されている。制御部60は、ゲイン設定値を得ると(図3参照)、そのゲイン設定値に基づいて、対数アンプの増幅特性を制御する。例えば、図4に示すように、ゲイン設定値が大きいほど、特性Cのように出力が比較的大きな特性が利用され、ゲイン設定値が小さいほど、特性Aのように出力が比較的小さな特性が利用される。

0033

制御部60は、例えば、複数のゲイン設定値に対応付けられた複数の特性をメモリ等に記憶しておき、メモリ等に記憶された複数の特性の中からゲイン設定値に応じた1つの特性を読み出して対数アンプの特性とする。また、ゲイン設定値から特性を得る算出式等に基づいてゲイン設定値に応じた特性が決定されてもよい。

0034

さらに、制御部60は、対数アンプの増幅特性を制御するにあたって、送信部12における送信信号の振幅の大きさ、つまり送信パワーを参照してもよい。例えば、送信信号の振幅が大きいほど、その送信信号により得られるエコー信号のレベルも大きくなる傾向があるため、ゲイン設定値が比較的小さい対数アンプの特性が選択される。一方、送信信号の振幅が小さいほど、その送信信号により得られるエコー信号のレベルも小さくなる傾向があるため、ゲイン設定値が比較的大きい対数アンプの特性が選択される。

0035

また、制御部60は、送信パワーに加えて、プローブ10の種類、診断モード、送信フォーカス位置などの情報を参照した総合的な判断により、対数アンプの特性を決定するようにしてもよい。

0036

なお、以上の説明では、図1の信号増幅部20において対数アンプを利用しているが、この対数アンプに代えて、対数特性以外の例えば線形アンプ等が利用されてもよい。線形アンプ等を利用する場合においても、制御部60は、エコー信号に基づいてエコー信号の最大レベルを決定し、その最大レベルに対応したゲイン設定値を得て(図3参照)、そのゲイン設定値に応じて、線形アンプ等の増幅特性を制御する。さらに、送信パワー、プローブ10の種類、診断モード、送信フォーカス位置などの情報を参照した総合的な判断により、線形アンプ等の特性を決定するようにしてもよい。

0037

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態包含する。

0038

10プローブ、12 送信部、14 受信部、20信号増幅部、30 A/D変換部、40整相加算部、50画像形成部、60 制御部。

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