JP2004113693A - 超音波撮像装置及び超音波撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能な超音波撮像装置を提供する。
【解決手段】この超音波撮像装置は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子１１と、所定の符号系列に従って符号系列データを発生する符号発生手段１３と、符号発生手段において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生する送信側信号処理手段１２と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段２５とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】この超音波撮像装置は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子１１と、所定の符号系列に従って符号系列データを発生する符号発生手段１３と、符号発生手段において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生する送信側信号処理手段１２と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段２５とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置や工業用の探傷装置等の超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子が用いられる。このような超音波撮像装置においては、複数の超音波の合波による超音波ビームによって被検体を走査することにより被検体に関する画像情報がサンプリングされ、その画像情報に基づいて、被検体に含まれる２次元又は３次元の領域における画像が再現される。
【０００３】
例えば、目標方向に対して横並びに線状に配置した複数の指向性送波子によって構成する１次元アレイと、これと同様に複数の受波子から構成される１次元アレイとを直交させたクロスアレイが使われていた。これら送波子は、１個づつ、または数個づつのグループごとに、位相をずらした送信信号を被検体に向けて目標点（焦点又は音波散乱点）に収斂するように送波し、焦点で反射された位相の異なるそれぞれの受信信号を受波子が受信することによって、画像情報を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、送波子から送信信号が送信された時刻及び受波子が受信信号を受信する時間に基づいて、焦点の方位、距離及び反射強度は求められるが、これらの計算を行うために使用される電子回路が複雑であるという問題があった。また、受波子が受信信号を受信するまでの間に次の送信を行うことができず、さらに、１焦点づつの画像情報を得るため、１画像、特に３次元の画像を得るためには多くの時間を要する必要があるという問題があった。
【０００５】
そこで、下記の特許文献１には、２次元的に配置した複数の無指向性の送波子から送信するパルス状の超音波信号をウオルシュ関数等の直交関数から成る変調波によって位相変調し、複数の受信信号と送波信号との相関を求める超音波映像装置が開示されている。この超音波映像装置によれば、各受信信号を送信した送波子を識別することができるため、指向性の送波子によって目標空間内を走査する必要がなく、該空間内に同時に信号を送波することができ、１画像を得る時間を大幅に短縮することができる。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、アダマール・マトリクス等の直交した符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることにより、ディジタル信号を復号して復号データ組を形成し、該復号データ組からビーム形成されたデータ組を形成し、データ組の関数に基づいて画像を得る超音波イメージング・システムが開示されている。
【０００７】
しかしながら、２次元的に配置される複数の送波子及び受波子から構成される送受波アレイの正面から外れる超音波散乱点について観察される干渉波は、複数の送波子において同時に送信された送信信号が互いに異なる経路で伝播するために、生体のような周波数依存減衰を有する媒質では、受波子が受信する各受信信号の合波の直交性が崩れ、疑像が現れ易くなり、正しい画像情報を得ることが困難になるという問題があった。
【０００８】
そこで、下記の特許文献３には、特許文献１と同様に超音波映像装置の送波方法を構成し、各送波子から得られる直交性が失われた受波信号を受波子で複数回受信し、複数回受信した受信信号を合波して超音波散乱点の分布を演算することにより、疑像の発生を防止し、超音波散乱点の存在確率分布を鋭くして鮮明な画像を得ることのできる超音波映像装置が開示されている。
【０００９】
一例として、図１４に、複数の送波子を円状に配置する送波子アレイ及び送波子アレイから送信される正弦波パルスを変調するためのウオルシュ符号を示す。図１４に示すように、円状に配置された送波子Ｖ（０）〜Ｖ（７）は、ウオルシュ関数から成る変調波によって位相変調されたパルス状の超音波信号を送信する。ここで、各送波子が送信する超音波信号の位相変調パターンは、１送波子づつ時計回りに移動している。
【００１０】
ウオルシュ関数による変調は、次式に示すような「＋１」と「−１」で構成されるＳ型アダマール行列の行を正弦波と同期したクロック信号により読み出し、これを正弦波に乗算して行われる。
【数１】
このアダマール行列におけるＪ行Ｋ列の要素（以下においては、ウオルシュ符号ともいう）をＷ（Ｊ，Ｋ）とする。
【００１１】
クロック信号の周期ΔＴは、正弦波の周期１／ｆ０の整数倍と等しくする。アダマール行列のサイズをＮ×Ｎとし、上記のアダマール行列における列の番号を１、２、・・・、Ｎとすると、第Ｉ番目（Ｉ＝０、１、・・・、７）の送波子Ｖ（Ｉ）からＭ回目（Ｍ＝１、２、・・・、８）に放射される音響波形ＵＩ，Ｍ（ｔ）は、次式で表される。
【数２】
ここで、ｆ（ｔ）は、周波数ｆ０の正弦波パルスであり、次式で表される。
【数３】
【００１２】
このように、各送波子から送信する正弦波パルスを変調するウオルシュ関数のパターンを送信の度に移動させることにより、複数の送波子において同時に送信された送信信号が互いに異なる経路で伝播するために直交性が崩れて疑像が現れ易くなることを防ぐための経路差の補償を行っている。
【００１３】
しかしながら、複数の送波子において同時に送信信号を送信しているため、受信信号が位相整合された場合に、信号に寄与しない成分が送波子数分増加し、ノイズフロアが上昇し、コントラストの低下を引き起こすといった問題がある。また、各受波子の受信する超音波エコーのダイナミックレンジは、複数の送波子から同時に送信信号を送信しているために送波子数倍になり、受信系フロントエンド（プリアンプ等のアナログ回路及びＡ／Ｄコンバータ）に求められる仕様が厳しくなるという問題がある。
【００１４】
一方、無指向性の微小素子から広帯域パルス（短パルス）の球面波を送信し、開口内の全素子で受信し、受信フォーカスによって撮像する方法も考えられる。しかしながら、この方法によれば、球面波を送信するために送信エネルギーが空間に拡散するので、受信に必要なエコー強度が得られないこともあって、医療用超音波画像診断装置としては実用化されていない。
【００１５】
【特許文献１】
特開平２−１１４１８９号公報 （第３−６頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−１５５８６７号公報 （第４−６頁、第２図）
【特許文献３】
特許第２６７６０１４号公報 （第５−７頁、第７図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の目的は、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能な超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る超音波撮像装置は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、所定の符号系列に従って符号系列データを発生する符号発生手段と、符号発生手段において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生する送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１８】
また、本発明に係る超音波撮像方法は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、所定の符号系列に従って符号系列データを発生するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）とを具備する。
【００１９】
上記のように構成した本発明によれば、所定の符号系列に従って発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより超音波を送信し、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮するので、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の主要構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診断用の超音波診断装置として、又は、工業用の探傷装置として用いられる。
図１に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波探触子（プローブ）１１を含んでいる。超音波探触子１１は、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを有している。
【００２１】
図２は、図１に示す超音波探触子の正面図である。図２に示すように、この超音波探触子１１は、無指向性の送信素子である超音波トランスデューサＶ（ｉ）（ｉ＝１〜８）を使用している。超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）は、円周上に等間隔に配置されいる。一方、無指向性の受信素子である超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）によって囲まれる円内において、グレーティングローブが発生しないための条件を満たすピッチで配置され、２次元アレイを構成している。受信素子は、密に２次元アレイ上の全ての点に配置されるのが望ましいが、一部にしか配置されていない疎な（スペース）アレイとしても良い。
【００２２】
図２に示した超音波探触子においては、円状に配置された送信素子内に、複数の円状に受信素子を配置しているが、図３に示すように、格子状に配列された受信アレイの外接円上に送信素子を配置しても良い。この場合に、送信素子は、２次元アレイの中心に対して等角度間隔に配置する。また、図４に示すように、格子状に配置された２次元アレイの中央を中心とした円上の素子を送信素子の候補として、その他の素子を受信素子としても良い。この場合に、円は最大半径の大接円でなくても良いが、大きい方が望ましい。さらに、図５に示すように、２次元アレイの外周に内接する円上に等角度間隔で配置された素子を送信素子として用い、円内の素子を受信素子として用いても良い。この場合に、送受信兼用の素子が生じても良い。なお、これら超音波トランスデューサは、被写体方向を示すＺ軸方向と垂直なＸ−Ｙ平面上に配置されている。
【００２３】
ここで、送信素子数をＮＴ、受信素子数をＮＲとし、次式のような関係を用いる。
【数４】
現在のリニア型の超音波探触子と同程度のコントラスト分解能を持つ画像を撮像するためには、少なくともＮ＞１６である必要があり、出来ればＮ＞４８、望ましくはＮ＞１００が良い。
【００２４】
超音波トランスデューサとしては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン樹脂）を材料とする圧電素子を用いることができる。本発明は、超音波トランスデューサから送信される超音波に、時間領域における自己相関係数が高くてサイドローブの低い符号系列を乗せることにより実現されるが、本実施形態においては、バーカ符号（Ｂａｋｅｒ Ｃｏｄｅ）に基づいてパルス正弦波を位相変調した超音波を送信する。バーカ符号に基づく正弦波の位相変調については、後で詳しく説明する。
【００２５】
再び図１を参照すると、システム制御部１４の制御の下で、バーカ符号発生部１３は、バーカ符号による変調を行うためのバーカ符号データを発生し、この制御データをトランスデューサ駆動回路１２に供給する。トランスデューサ駆動回路１２は、パルス状の駆動信号を発生するパルス発生回路（パルサ回路）１２ｂと、パルサ回路１２ｂにおけるパルスの発生又は出力を制御するための制御信号を出力する出力制御回路１２ｃと、システム制御部１４の制御の下で、パルサ回路１２ｂから発生する駆動信号を複数の超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）のいずれかに供給するためのマルチプレクサ１２ａとを含んでいる。トランスデューサ駆動回路１２は、供給されるバーカ符号データに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を複数の超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）のいずれかに供給する。駆動信号が供給された超音波トランスデューサＶ（ｉ）は、供給された駆動信号に従って超音波を送信する。ここで、送信後、可視化したい最大深度から超音波が得られる時間までは、次の送信は行わない。
【００２６】
一方、超音波の受信時において、複数の超音波トランスデューサから出力された複数の検出信号は、それぞれに対応する複数の前置増幅器１５及びＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｐｅｎｓａｔｉｏｎ：タイムゲインコンペンセーション）増幅器１６においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄ変換器１７の入力信号レベルに整合される。複数のＴＧＣ増幅器１６から出力されたアナログ信号は、複数のＡ／Ｄ変換器１７によってそれぞれディジタル信号（検出データ）に変換される。ここで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の１６倍以上の周波数が望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の垂直分解能としては、１０ビット以上が望ましく、８ビットのＡ／Ｄ変換器を用いた場合には適正なゲイン補正を行うことが望ましい。
【００２７】
複数のＡ／Ｄ変換器１７から出力された検出データは、メモリ（トランジェントメモリ）２４に一旦記憶された後、自己相関部３０においてバーカ符号を用いた自己相関処理が施され、データ処理部２５において検出波形の検波や所定の信号処理が施された後、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ：ディジタルスキャンコンバータ）２６において走査フォーマットの変換を行うことにより画像データに変換される。尚、３次元画像の表示を行う場合には、メモリ２４とＤＳＣ２６との間に３次元画像構成部２７を組み込んでも良い。３次元画像構成部２７は、メモリ２４に蓄積された複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータ（ｖｏｘｅｌ ｄａｔａ）を生成する。ＤＳＣ２６によって走査フォーマットが変換された画像データは、Ｄ／Ａ変換器２８においてアナログ信号に変換され、画像表示部２９に表示される。
【００２８】
次に、バーカ符号に基づく正弦波の位相変調及び自己相関について、図６及び図７を参照しながら詳しく説明する。
バーカ符号とは、「＋１」と「−１」で構成され、次式を満たす符号系列である。
【数５】
図６に、バーカ符号を用いた位相変調の例を示す。バーカ符号による位相変調は、「＋１」と「−１」で構成される符号系列を正弦波に同期したクロック信号により読み出し、これを正弦波に乗算して行われる。符号系列の一例として、図６（ａ）に、特殊な性質をもつ１１個の「＋」及び「−」で構成される符号系列を示す。この符号系列を構成する各符号をＢ（Ｊ）とする。
【００２９】
クロック信号の周期ΔＴは、キャリア信号の周期１／ｆ０の整数倍と等しくする。図６（ａ）において左から順に各符号をＢ（０）〜Ｂ（１０）とすると、その音響波形Ｕ（ｔ）は、次式で表される。
【数６】
ここで、ｆ（ｔ）は、周波数ｆ０の正弦波の一部（幅１１ΔＴ）であり、（３）式に示すものと同一である。図６（ｂ）に、送信される音響波形Ｕ（ｔ）を示す。ここで、正弦波をキャリア信号とする場合には、１つの符号に対して、キャリア信号の周期の整数倍（例えば２周期程度）が位相変調される。ここで、１つの符号系列によって位相変調された超音波をＭ回目（Ｍ＝１、２、・・・、８）に送信する際には、Ｍ番目の超音波トランスデューサＶ（Ｍ）が使用される。
【００３０】
超音波の受信時においては、複数の超音波トランスデューサから出力された検出信号をデータ処理部２５において位相同期検波することにより、図６（ｃ）に示すように、正弦波を位相変調する際に用いた符号系列を復調する。
【００３１】
次に、復調された符号系列に含まれているパルスをデータ処理部２５内の自己相関部３０に入力する。図７に、自己相関部３０の構成を示す。図７に示すように、自己相関部３０は、入力パルスを遅延させるパルス遅延部３１と、パルス遅延部３１から出力されたパルスの位相を１８０°偏移するパルス偏移部３２と、パルス遅延部３１及びパルス偏移部３２から出力されるパルスを合成するパルス合成部３３とを含んでいる。自己相関部３０は、入力パルスを０〜１０Δｔだけ遅延し、遅延されたパルスに位相変位を与えて合成することにより、合成パルスを出力する。
【００３２】
図８に、自己相関部３０における各部のパルスの状態を示す。図８に示すように、入力パルスは、パルス遅延部３１において遅延され、さらに、所定のものについては、パルス偏移部３２において位相が１８０°（π）だけ偏移される。このようにして、パルス合成部３３には、パルスＰ０〜Ｐ１０が入力される。パルス合成部３３は、入力されたパルスＰ０〜Ｐ１０を加算して合成パルスＰを生成する。
【００３３】
次に、図９に、パルス合成部において合成された合成パルスの波形を示す。図９に示すように、パルス合成部３３において合成されたパルスは、パルス遅延部３１における遅延及びパルス偏移部３２における位相偏移の結果、クロック信号の１周期ΔＴにおいて強いピークを有する圧縮パルスとなる。強いピークを有する圧縮パルスが得られるので、ＳＮ比を向上させることができる。このように強いピークを有する圧縮パルスが得られるのは、時間領域における自己相関係数が高くてサイドローブの低いバーカ符号のような符号系列を用いたことによるものである。
【００３４】
このように、本実施形態においては、１つの超音波トランスデューサＶ（ｉ）が超音波を送信しても、そのエコーを受信することにより強いピークを有する圧縮パルスが得られるので、超音波トランスデューサＶ（ｉ）が超音波を送信した時間と、受信した超音波から得られた合成パルスに強いピークが現れた時間とに基づいて、被検体における超音波の反射位置を解析することができ、ピークの大きさによりエコーの強度を求めることができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る超音波撮像装置の動作について、図１及び図１０を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、超音波トランスデューサからの送信回数を表す変数Ｍを１とする。ステップＳ２において、バーカ符号発生部１３が、超音波トランスデューサから出力する超音波の位相変調に用いられるバーカ符号データを出力する。ステップＳ３において、出力制御回路１２ｃは、バーカ符号データに基づいて、パルサ回路１２ｂを制御する制御信号を出力する。ステップＳ４において、パルサ回路１２ｂは、制御信号に基づいて、バーカ符号データに基づいて位相変調された超音波を超音波トランスデューサから送信するための駆動信号を出力する。ステップＳ５において、マルチプレクサ１２ａは、Ｍ回目の超音波の送信に用いる超音波トランスデューサを選択し、駆動信号を供給する。ステップＳ６において、駆動信号が供給された超音波トランスデューサが、超音波を送信する。
【００３６】
次に、ステップＳ７において、超音波トランスデューサから送信され、被検体において散乱された超音波を、複数の超音波トランスデューサにおいて受信する。ステップＳ８において、増幅器１５、ＴＧＣ１６及びＡ／Ｄ変換器１７で所定の処理をされた検出信号が、検出データとしてメモリ２４に保存される。
【００３７】
次に、ステップＳ９において、送信回数が８回（Ｍ＝８）になったか否かを判別する。送信回数が８回未満（Ｍ＜８）の場合には、ステップＳ１０において、送信回数を１だけ増加させ（Ｍ＝Ｍ＋１）、ステップＳ２〜Ｓ９を繰り返す。送信回数が８回の場合には、ステップＳ１１に移行する。
【００３８】
ここで、運動や薬物により心拍数を１２０回／分程度に上昇させたと仮定し、動いている心臓を撮像する場合を考える。１２０回／分（１周期０．５秒）の繰り返し周期で動いている心臓の静止画像を鮮明に撮影するためには、その１／１００程度のサンプリング期間が必要であるため、１画面の撮像時間を５ｍ秒以内にする必要がある。また、体内における超音波の伝播速度は約１５００ｍ／秒であり、２０ｃｍの深さまで撮像するには、２０ｃｍの深さを超音波が往復するために、１回の送受信当たり約２５０μ秒の時間が必要である。したがって、１画面の撮像時間５ｍ秒内に超音波を送受信できる回数は、次式で表される。
５［ｍ秒］／２５０［μ秒／回］＝２０［回］・・・（７）
本実施形態においては、複数の超音波トランスデューサを用いて各超音波トランスデューサごとに送信期間をずらして送信された複数の超音波エコーに基づいて１画面を得ているため、超音波の送信に用いられる超音波トランスデューサの数は、２０個以下（Ｍ≦２０）であることが望ましい。
【００３９】
次に、ステップＳ１１において、自己相関部３０が、メモリ２４に記憶されている検出データの自己相関処理を行う。ここで、メモリ２４に記憶されている検出データは、送信素子−反射体−受信素子の空間的な位置関係によって与えられる遅延量で補正された後に加算される。ステップＳ１２において、データ処理部２５は、検出データによって表される検出波形を検波し、検波信号の大きさに応じた輝度値を求める信号処理を施す。また、ＤＳＣ２６は、走査フォーマットの変換を行うことにより、走査空間の検出データを物理空間の画像データに変換する。さらに、Ｄ／Ａ変換器２８は、画像データをアナログ画像信号に変換する。ステップＳ１３において、画像信号に基づいてディスプレイ等に超音波画像が表示される。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置において用いられる探触子の正面図である。図１１に示すように、この超音波探触子１１は、無指向性の送受信素子である複数の超音波トランスデューサをＹ軸方向に配置した１次元トランスデューサアレイを有している。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。なお、これらの超音波トランスデューサは、グレーティングローブが発生しないための条件を満たすピッチで配置されている。また、本実施形態においては、Ｙ軸方向に配置した１次元アレイを用いているが、被写体方向であるＺ軸と垂直なＸ−Ｙ平面内で１列に配置されていれば良い。
【００４１】
図１２は、本実施形態において、バーカ符号に基づいて位相変調された正弦波を送信する超音波トランスデューサを説明するための図である。図１２において、黒く塗りつぶされた超音波トランスデューサが送信に用いられ、その他の超音波トランスデューサが受信に用いられる。なお、黒く塗りつぶされた超音波トランスデューサを受信に用いても良い。図１２に示すように、毎回異なる超音波トランスデューサが超音波を送信しており、被写体によって反射された超音波を、受信用の超音波トランスデューサによって受信している。
【００４２】
図１３に、本実施形態において、超音波を送信する超音波トランスデューサを選択する方法を示す。図１３（ａ）に示すように、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の２つを使用して超音波を送信する場合には、最も離れた１ｃｈ及び（２Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサを用いることが望ましい。一方、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の３つを使用して超音波を送信する場合には、最も離れた１ｃｈ及び（２Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサと、１次元アレイのほぼ中央に配置された（Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサを用いることが望ましい。
【００４３】
また、図１３（ｂ）に示すように、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の５つを使用して超音波を送信する場合には、３回の送信の場合に用いられる隣り合う超音波トランスデューサのほぼ中央に配置された超音波トランスデューサを追加することが望ましい。同様に、送信に用いる複数の超音波トランスデューサは、互いに最も離れた場所に位置するように選択することが望ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の正面図である。
【図３】格子状に配列された受信アレイの外接円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図４】格子状に配置された２次元アレイの中央を中心とした円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図５】２次元アレイの外周に内接する円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるバーカ符号を用いた位相変調の例を示す図である。
【図７】図１に示す自己相関部の構成を示す図である。
【図８】図１に示す自己相関部における各部のパルスの状態を示す図である。
【図９】図１に示すパルス合成部において合成された合成パルスの波形を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置において用いられる超音波探触子の正面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態において、バーカ符号に基づいて位相変調された正弦波を送信する超音波トランスデューサを説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態において、超音波を送信する超音波トランスデューサを選択する方法を示す図である。
【図１４】複数の送波子を円状に配置された送波子アレイと送波子アレイから送信される正弦波パルスの変調に用いられるウオルシュ関数との対応を示す図である。
【符号の説明】
１１ 超音波探触子
１２ トランスデューサ駆動回路
１２ａ マルチプレクサ
１２ｂ パルス発生回路（パルサ回路）
１２ｃ 出力制御回路
１３ バーカ符号発生部
１４ システム制御部
１５ 増幅器
１６ ＴＧＣ増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
２４ メモリ
２５ データ処理部
２６ ＤＳＣ
２８ Ｄ／Ａ変換器
２９ 画像表示部
３０ 自己相関部
３１ パルス遅延部
３２ パルス偏移部
３３ パルス合成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置や工業用の探傷装置等の超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子が用いられる。このような超音波撮像装置においては、複数の超音波の合波による超音波ビームによって被検体を走査することにより被検体に関する画像情報がサンプリングされ、その画像情報に基づいて、被検体に含まれる２次元又は３次元の領域における画像が再現される。
【０００３】
例えば、目標方向に対して横並びに線状に配置した複数の指向性送波子によって構成する１次元アレイと、これと同様に複数の受波子から構成される１次元アレイとを直交させたクロスアレイが使われていた。これら送波子は、１個づつ、または数個づつのグループごとに、位相をずらした送信信号を被検体に向けて目標点（焦点又は音波散乱点）に収斂するように送波し、焦点で反射された位相の異なるそれぞれの受信信号を受波子が受信することによって、画像情報を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、送波子から送信信号が送信された時刻及び受波子が受信信号を受信する時間に基づいて、焦点の方位、距離及び反射強度は求められるが、これらの計算を行うために使用される電子回路が複雑であるという問題があった。また、受波子が受信信号を受信するまでの間に次の送信を行うことができず、さらに、１焦点づつの画像情報を得るため、１画像、特に３次元の画像を得るためには多くの時間を要する必要があるという問題があった。
【０００５】
そこで、下記の特許文献１には、２次元的に配置した複数の無指向性の送波子から送信するパルス状の超音波信号をウオルシュ関数等の直交関数から成る変調波によって位相変調し、複数の受信信号と送波信号との相関を求める超音波映像装置が開示されている。この超音波映像装置によれば、各受信信号を送信した送波子を識別することができるため、指向性の送波子によって目標空間内を走査する必要がなく、該空間内に同時に信号を送波することができ、１画像を得る時間を大幅に短縮することができる。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、アダマール・マトリクス等の直交した符号化マトリクスの逆マトリクスを用いることにより、ディジタル信号を復号して復号データ組を形成し、該復号データ組からビーム形成されたデータ組を形成し、データ組の関数に基づいて画像を得る超音波イメージング・システムが開示されている。
【０００７】
しかしながら、２次元的に配置される複数の送波子及び受波子から構成される送受波アレイの正面から外れる超音波散乱点について観察される干渉波は、複数の送波子において同時に送信された送信信号が互いに異なる経路で伝播するために、生体のような周波数依存減衰を有する媒質では、受波子が受信する各受信信号の合波の直交性が崩れ、疑像が現れ易くなり、正しい画像情報を得ることが困難になるという問題があった。
【０００８】
そこで、下記の特許文献３には、特許文献１と同様に超音波映像装置の送波方法を構成し、各送波子から得られる直交性が失われた受波信号を受波子で複数回受信し、複数回受信した受信信号を合波して超音波散乱点の分布を演算することにより、疑像の発生を防止し、超音波散乱点の存在確率分布を鋭くして鮮明な画像を得ることのできる超音波映像装置が開示されている。
【０００９】
一例として、図１４に、複数の送波子を円状に配置する送波子アレイ及び送波子アレイから送信される正弦波パルスを変調するためのウオルシュ符号を示す。図１４に示すように、円状に配置された送波子Ｖ（０）〜Ｖ（７）は、ウオルシュ関数から成る変調波によって位相変調されたパルス状の超音波信号を送信する。ここで、各送波子が送信する超音波信号の位相変調パターンは、１送波子づつ時計回りに移動している。
【００１０】
ウオルシュ関数による変調は、次式に示すような「＋１」と「−１」で構成されるＳ型アダマール行列の行を正弦波と同期したクロック信号により読み出し、これを正弦波に乗算して行われる。
【数１】
【００１１】
クロック信号の周期ΔＴは、正弦波の周期１／ｆ０の整数倍と等しくする。アダマール行列のサイズをＮ×Ｎとし、上記のアダマール行列における列の番号を１、２、・・・、Ｎとすると、第Ｉ番目（Ｉ＝０、１、・・・、７）の送波子Ｖ（Ｉ）からＭ回目（Ｍ＝１、２、・・・、８）に放射される音響波形ＵＩ，Ｍ（ｔ）は、次式で表される。
【数２】
【数３】
このように、各送波子から送信する正弦波パルスを変調するウオルシュ関数のパターンを送信の度に移動させることにより、複数の送波子において同時に送信された送信信号が互いに異なる経路で伝播するために直交性が崩れて疑像が現れ易くなることを防ぐための経路差の補償を行っている。
【００１３】
しかしながら、複数の送波子において同時に送信信号を送信しているため、受信信号が位相整合された場合に、信号に寄与しない成分が送波子数分増加し、ノイズフロアが上昇し、コントラストの低下を引き起こすといった問題がある。また、各受波子の受信する超音波エコーのダイナミックレンジは、複数の送波子から同時に送信信号を送信しているために送波子数倍になり、受信系フロントエンド（プリアンプ等のアナログ回路及びＡ／Ｄコンバータ）に求められる仕様が厳しくなるという問題がある。
【００１４】
一方、無指向性の微小素子から広帯域パルス（短パルス）の球面波を送信し、開口内の全素子で受信し、受信フォーカスによって撮像する方法も考えられる。しかしながら、この方法によれば、球面波を送信するために送信エネルギーが空間に拡散するので、受信に必要なエコー強度が得られないこともあって、医療用超音波画像診断装置としては実用化されていない。
【００１５】
【特許文献１】
特開平２−１１４１８９号公報 （第３−６頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−１５５８６７号公報 （第４−６頁、第２図）
【特許文献３】
特許第２６７６０１４号公報 （第５−７頁、第７図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の目的は、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能な超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る超音波撮像装置は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、所定の符号系列に従って符号系列データを発生する符号発生手段と、符号発生手段において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生する送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１８】
また、本発明に係る超音波撮像方法は、駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、所定の符号系列に従って符号系列データを発生するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）とを具備する。
【００１９】
上記のように構成した本発明によれば、所定の符号系列に従って発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより超音波を送信し、超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮するので、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の主要構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診断用の超音波診断装置として、又は、工業用の探傷装置として用いられる。
図１に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波探触子（プローブ）１１を含んでいる。超音波探触子１１は、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを有している。
【００２１】
図２は、図１に示す超音波探触子の正面図である。図２に示すように、この超音波探触子１１は、無指向性の送信素子である超音波トランスデューサＶ（ｉ）（ｉ＝１〜８）を使用している。超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）は、円周上に等間隔に配置されいる。一方、無指向性の受信素子である超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）によって囲まれる円内において、グレーティングローブが発生しないための条件を満たすピッチで配置され、２次元アレイを構成している。受信素子は、密に２次元アレイ上の全ての点に配置されるのが望ましいが、一部にしか配置されていない疎な（スペース）アレイとしても良い。
【００２２】
図２に示した超音波探触子においては、円状に配置された送信素子内に、複数の円状に受信素子を配置しているが、図３に示すように、格子状に配列された受信アレイの外接円上に送信素子を配置しても良い。この場合に、送信素子は、２次元アレイの中心に対して等角度間隔に配置する。また、図４に示すように、格子状に配置された２次元アレイの中央を中心とした円上の素子を送信素子の候補として、その他の素子を受信素子としても良い。この場合に、円は最大半径の大接円でなくても良いが、大きい方が望ましい。さらに、図５に示すように、２次元アレイの外周に内接する円上に等角度間隔で配置された素子を送信素子として用い、円内の素子を受信素子として用いても良い。この場合に、送受信兼用の素子が生じても良い。なお、これら超音波トランスデューサは、被写体方向を示すＺ軸方向と垂直なＸ−Ｙ平面上に配置されている。
【００２３】
ここで、送信素子数をＮＴ、受信素子数をＮＲとし、次式のような関係を用いる。
【数４】
【００２４】
超音波トランスデューサとしては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン樹脂）を材料とする圧電素子を用いることができる。本発明は、超音波トランスデューサから送信される超音波に、時間領域における自己相関係数が高くてサイドローブの低い符号系列を乗せることにより実現されるが、本実施形態においては、バーカ符号（Ｂａｋｅｒ Ｃｏｄｅ）に基づいてパルス正弦波を位相変調した超音波を送信する。バーカ符号に基づく正弦波の位相変調については、後で詳しく説明する。
【００２５】
再び図１を参照すると、システム制御部１４の制御の下で、バーカ符号発生部１３は、バーカ符号による変調を行うためのバーカ符号データを発生し、この制御データをトランスデューサ駆動回路１２に供給する。トランスデューサ駆動回路１２は、パルス状の駆動信号を発生するパルス発生回路（パルサ回路）１２ｂと、パルサ回路１２ｂにおけるパルスの発生又は出力を制御するための制御信号を出力する出力制御回路１２ｃと、システム制御部１４の制御の下で、パルサ回路１２ｂから発生する駆動信号を複数の超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）のいずれかに供給するためのマルチプレクサ１２ａとを含んでいる。トランスデューサ駆動回路１２は、供給されるバーカ符号データに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を複数の超音波トランスデューサＶ（１）〜Ｖ（８）のいずれかに供給する。駆動信号が供給された超音波トランスデューサＶ（ｉ）は、供給された駆動信号に従って超音波を送信する。ここで、送信後、可視化したい最大深度から超音波が得られる時間までは、次の送信は行わない。
【００２６】
一方、超音波の受信時において、複数の超音波トランスデューサから出力された複数の検出信号は、それぞれに対応する複数の前置増幅器１５及びＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｐｅｎｓａｔｉｏｎ：タイムゲインコンペンセーション）増幅器１６においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄ変換器１７の入力信号レベルに整合される。複数のＴＧＣ増幅器１６から出力されたアナログ信号は、複数のＡ／Ｄ変換器１７によってそれぞれディジタル信号（検出データ）に変換される。ここで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の１６倍以上の周波数が望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の垂直分解能としては、１０ビット以上が望ましく、８ビットのＡ／Ｄ変換器を用いた場合には適正なゲイン補正を行うことが望ましい。
【００２７】
複数のＡ／Ｄ変換器１７から出力された検出データは、メモリ（トランジェントメモリ）２４に一旦記憶された後、自己相関部３０においてバーカ符号を用いた自己相関処理が施され、データ処理部２５において検出波形の検波や所定の信号処理が施された後、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ：ディジタルスキャンコンバータ）２６において走査フォーマットの変換を行うことにより画像データに変換される。尚、３次元画像の表示を行う場合には、メモリ２４とＤＳＣ２６との間に３次元画像構成部２７を組み込んでも良い。３次元画像構成部２７は、メモリ２４に蓄積された複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータ（ｖｏｘｅｌ ｄａｔａ）を生成する。ＤＳＣ２６によって走査フォーマットが変換された画像データは、Ｄ／Ａ変換器２８においてアナログ信号に変換され、画像表示部２９に表示される。
【００２８】
次に、バーカ符号に基づく正弦波の位相変調及び自己相関について、図６及び図７を参照しながら詳しく説明する。
バーカ符号とは、「＋１」と「−１」で構成され、次式を満たす符号系列である。
【数５】
【００２９】
クロック信号の周期ΔＴは、キャリア信号の周期１／ｆ０の整数倍と等しくする。図６（ａ）において左から順に各符号をＢ（０）〜Ｂ（１０）とすると、その音響波形Ｕ（ｔ）は、次式で表される。
【数６】
【００３０】
超音波の受信時においては、複数の超音波トランスデューサから出力された検出信号をデータ処理部２５において位相同期検波することにより、図６（ｃ）に示すように、正弦波を位相変調する際に用いた符号系列を復調する。
【００３１】
次に、復調された符号系列に含まれているパルスをデータ処理部２５内の自己相関部３０に入力する。図７に、自己相関部３０の構成を示す。図７に示すように、自己相関部３０は、入力パルスを遅延させるパルス遅延部３１と、パルス遅延部３１から出力されたパルスの位相を１８０°偏移するパルス偏移部３２と、パルス遅延部３１及びパルス偏移部３２から出力されるパルスを合成するパルス合成部３３とを含んでいる。自己相関部３０は、入力パルスを０〜１０Δｔだけ遅延し、遅延されたパルスに位相変位を与えて合成することにより、合成パルスを出力する。
【００３２】
図８に、自己相関部３０における各部のパルスの状態を示す。図８に示すように、入力パルスは、パルス遅延部３１において遅延され、さらに、所定のものについては、パルス偏移部３２において位相が１８０°（π）だけ偏移される。このようにして、パルス合成部３３には、パルスＰ０〜Ｐ１０が入力される。パルス合成部３３は、入力されたパルスＰ０〜Ｐ１０を加算して合成パルスＰを生成する。
【００３３】
次に、図９に、パルス合成部において合成された合成パルスの波形を示す。図９に示すように、パルス合成部３３において合成されたパルスは、パルス遅延部３１における遅延及びパルス偏移部３２における位相偏移の結果、クロック信号の１周期ΔＴにおいて強いピークを有する圧縮パルスとなる。強いピークを有する圧縮パルスが得られるので、ＳＮ比を向上させることができる。このように強いピークを有する圧縮パルスが得られるのは、時間領域における自己相関係数が高くてサイドローブの低いバーカ符号のような符号系列を用いたことによるものである。
【００３４】
このように、本実施形態においては、１つの超音波トランスデューサＶ（ｉ）が超音波を送信しても、そのエコーを受信することにより強いピークを有する圧縮パルスが得られるので、超音波トランスデューサＶ（ｉ）が超音波を送信した時間と、受信した超音波から得られた合成パルスに強いピークが現れた時間とに基づいて、被検体における超音波の反射位置を解析することができ、ピークの大きさによりエコーの強度を求めることができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る超音波撮像装置の動作について、図１及び図１０を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、超音波トランスデューサからの送信回数を表す変数Ｍを１とする。ステップＳ２において、バーカ符号発生部１３が、超音波トランスデューサから出力する超音波の位相変調に用いられるバーカ符号データを出力する。ステップＳ３において、出力制御回路１２ｃは、バーカ符号データに基づいて、パルサ回路１２ｂを制御する制御信号を出力する。ステップＳ４において、パルサ回路１２ｂは、制御信号に基づいて、バーカ符号データに基づいて位相変調された超音波を超音波トランスデューサから送信するための駆動信号を出力する。ステップＳ５において、マルチプレクサ１２ａは、Ｍ回目の超音波の送信に用いる超音波トランスデューサを選択し、駆動信号を供給する。ステップＳ６において、駆動信号が供給された超音波トランスデューサが、超音波を送信する。
【００３６】
次に、ステップＳ７において、超音波トランスデューサから送信され、被検体において散乱された超音波を、複数の超音波トランスデューサにおいて受信する。ステップＳ８において、増幅器１５、ＴＧＣ１６及びＡ／Ｄ変換器１７で所定の処理をされた検出信号が、検出データとしてメモリ２４に保存される。
【００３７】
次に、ステップＳ９において、送信回数が８回（Ｍ＝８）になったか否かを判別する。送信回数が８回未満（Ｍ＜８）の場合には、ステップＳ１０において、送信回数を１だけ増加させ（Ｍ＝Ｍ＋１）、ステップＳ２〜Ｓ９を繰り返す。送信回数が８回の場合には、ステップＳ１１に移行する。
【００３８】
ここで、運動や薬物により心拍数を１２０回／分程度に上昇させたと仮定し、動いている心臓を撮像する場合を考える。１２０回／分（１周期０．５秒）の繰り返し周期で動いている心臓の静止画像を鮮明に撮影するためには、その１／１００程度のサンプリング期間が必要であるため、１画面の撮像時間を５ｍ秒以内にする必要がある。また、体内における超音波の伝播速度は約１５００ｍ／秒であり、２０ｃｍの深さまで撮像するには、２０ｃｍの深さを超音波が往復するために、１回の送受信当たり約２５０μ秒の時間が必要である。したがって、１画面の撮像時間５ｍ秒内に超音波を送受信できる回数は、次式で表される。
５［ｍ秒］／２５０［μ秒／回］＝２０［回］・・・（７）
本実施形態においては、複数の超音波トランスデューサを用いて各超音波トランスデューサごとに送信期間をずらして送信された複数の超音波エコーに基づいて１画面を得ているため、超音波の送信に用いられる超音波トランスデューサの数は、２０個以下（Ｍ≦２０）であることが望ましい。
【００３９】
次に、ステップＳ１１において、自己相関部３０が、メモリ２４に記憶されている検出データの自己相関処理を行う。ここで、メモリ２４に記憶されている検出データは、送信素子−反射体−受信素子の空間的な位置関係によって与えられる遅延量で補正された後に加算される。ステップＳ１２において、データ処理部２５は、検出データによって表される検出波形を検波し、検波信号の大きさに応じた輝度値を求める信号処理を施す。また、ＤＳＣ２６は、走査フォーマットの変換を行うことにより、走査空間の検出データを物理空間の画像データに変換する。さらに、Ｄ／Ａ変換器２８は、画像データをアナログ画像信号に変換する。ステップＳ１３において、画像信号に基づいてディスプレイ等に超音波画像が表示される。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置において用いられる探触子の正面図である。図１１に示すように、この超音波探触子１１は、無指向性の送受信素子である複数の超音波トランスデューサをＹ軸方向に配置した１次元トランスデューサアレイを有している。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。なお、これらの超音波トランスデューサは、グレーティングローブが発生しないための条件を満たすピッチで配置されている。また、本実施形態においては、Ｙ軸方向に配置した１次元アレイを用いているが、被写体方向であるＺ軸と垂直なＸ−Ｙ平面内で１列に配置されていれば良い。
【００４１】
図１２は、本実施形態において、バーカ符号に基づいて位相変調された正弦波を送信する超音波トランスデューサを説明するための図である。図１２において、黒く塗りつぶされた超音波トランスデューサが送信に用いられ、その他の超音波トランスデューサが受信に用いられる。なお、黒く塗りつぶされた超音波トランスデューサを受信に用いても良い。図１２に示すように、毎回異なる超音波トランスデューサが超音波を送信しており、被写体によって反射された超音波を、受信用の超音波トランスデューサによって受信している。
【００４２】
図１３に、本実施形態において、超音波を送信する超音波トランスデューサを選択する方法を示す。図１３（ａ）に示すように、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の２つを使用して超音波を送信する場合には、最も離れた１ｃｈ及び（２Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサを用いることが望ましい。一方、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の３つを使用して超音波を送信する場合には、最も離れた１ｃｈ及び（２Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサと、１次元アレイのほぼ中央に配置された（Ｎ＋１）ｃｈの超音波トランスデューサを用いることが望ましい。
【００４３】
また、図１３（ｂ）に示すように、（２Ｎ＋１）個の超音波トランスデューサの内の５つを使用して超音波を送信する場合には、３回の送信の場合に用いられる隣り合う超音波トランスデューサのほぼ中央に配置された超音波トランスデューサを追加することが望ましい。同様に、送信に用いる複数の超音波トランスデューサは、互いに最も離れた場所に位置するように選択することが望ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つの超音波トランスデューサから超音波を送信しても超音波エコーの受信時に充分な信号強度を得ることができ、ノイズフロアを低く抑えて高コントラストの画像情報を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の正面図である。
【図３】格子状に配列された受信アレイの外接円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図４】格子状に配置された２次元アレイの中央を中心とした円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図５】２次元アレイの外周に内接する円上に送信素子を配置した超音波探触子の正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるバーカ符号を用いた位相変調の例を示す図である。
【図７】図１に示す自己相関部の構成を示す図である。
【図８】図１に示す自己相関部における各部のパルスの状態を示す図である。
【図９】図１に示すパルス合成部において合成された合成パルスの波形を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置において用いられる超音波探触子の正面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態において、バーカ符号に基づいて位相変調された正弦波を送信する超音波トランスデューサを説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態において、超音波を送信する超音波トランスデューサを選択する方法を示す図である。
【図１４】複数の送波子を円状に配置された送波子アレイと送波子アレイから送信される正弦波パルスの変調に用いられるウオルシュ関数との対応を示す図である。
【符号の説明】
１１ 超音波探触子
１２ トランスデューサ駆動回路
１２ａ マルチプレクサ
１２ｂ パルス発生回路（パルサ回路）
１２ｃ 出力制御回路
１３ バーカ符号発生部
１４ システム制御部
１５ 増幅器
１６ ＴＧＣ増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
２４ メモリ
２５ データ処理部
２６ ＤＳＣ
２８ Ｄ／Ａ変換器
２９ 画像表示部
３０ 自己相関部
３１ パルス遅延部
３２ パルス偏移部
３３ パルス合成部
Claims (5)
- 超音波撮像装置であって、
駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
所定の符号系列に従って符号系列データを発生する符号発生手段と、
前記符号発生手段において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生する送信側信号処理手段と、
超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段と、
を具備する超音波撮像装置。 - 前記超音波用探触子が、超音波を送信する複数の超音波トランスデューサが直線状に配置されている１次元アレイ、又は、超音波を送信する複数の超音波トランスデューサが２次元マトリックス状に配置される２次元アレイを含み、
前記送信側信号処理手段が、超音波を送信する前記複数の超音波トランスデューサの内の順次選択された１つに駆動信号を供給する、請求項１記載の超音波撮像装置。 - 前記符号発生手段が、バーカ符号系列に従って符号系列データを発生する、請求項１又は２記載の超音波撮像装置。
- 駆動信号に従って動作する少なくとも１つの超音波トランスデューサによって超音波を被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
所定の符号系列に従って符号系列データを発生するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において発生された符号系列データを用いてキャリア信号を位相変調することにより駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、
超音波エコーの受信によって得られる検出信号の自己相関を取ることにより検出信号に含まれているパルスを圧縮し、圧縮されたパルスに基づいて被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）と、
を具備する超音波撮像方法。 - 前記超音波用探触子が、超音波を送信する複数の超音波トランスデューサが直線状に配置されている１次元アレイ、又は、超音波を送信する複数の超音波トランスデューサが２次元マトリックス状に配置される２次元アレイを含み、
ステップ（ｂ）が、超音波を送信する前記複数の超音波トランスデューサの内の順次選択された１つに駆動信号を供給することを含む、請求項４記載の超音波撮像方法。
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