JP2005211334A

JP2005211334A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2005211334A
Application number: JP2004022180A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kunida; 正徳国田; Koichi Miyasaka; 好一宮坂
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP4490128B2

Abstract

【課題】超音波診断においてサイドローブを抑圧し、Ｓ／Ｎ比を改善するパルス圧縮が望まれている。
【解決手段】コード信号発生器１６において、拡散符号により変調した送信信号を生成する。この信号に基づいて、各超音波振動子を備えた各送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎで超音波の送受信を行った後、加算器４０で合成する。こうして得られた各時刻の受信信号は、自己相関器４２において拡散符号と相関処理されてサブパルスに圧縮される。さらに、１ビット遅延加算回路４４，４６によって遅延加算処理を行うことで、３ビット幅をもつパルスが生成される。拡散符号は、このパルスにおけるタイムサイドローブが低減されるように選ばれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体に対し超音波を送受して生体の内部構造を診断する技術、特に対応する受信信号にパルス圧縮を行う技術に関する。

超音波診断の分野においては、変調した送信信号に基づいて超音波を生体に送受し、対応する受信信号に対しパルス圧縮処理を行う技術が知られている。パルス圧縮により、送信回路に瞬間的に大きな電力を供給する事態を回避できる他、生体に対する瞬間的に強い超音波の送波が不要となる。

一方、電磁波の送受を行うレーダーの分野においては、下記非特許文献１乃至３に記載されているように、受信信号にパルス圧縮を施して得たサブパルスに対し、遅延して加算するＴＳＳＷＡ(Two-Sample Sliding Window Adder)処理を行うことで、複数のサブパルス幅をもつ圧縮パルスを生成する技術が知られている。この技術においては、圧縮パルスの周囲に生じるサイドローブを抑圧するようにパルス圧縮のための拡散符号を選択している。

佐藤，神力「２値符号化パルス圧縮におけるタイムサイドローブ抑圧方式」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，２０００年３月，第Ｊ８３−Ｂ巻，第３号，ｐｐ．３５２−３６０佐藤，神力「Ｆｒａｎｋ，Ｐ１，Ｐ３，及びＰ４符号系列を用いた符号化パルス圧縮におけるタイムサイドローブ抑圧方式」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，２０００年７月，第Ｊ８３−Ｂ巻，第７号，ｐｐ．１０９２−１０９６佐藤，笹瀬，神力「２値符号化パルス圧縮におけるＳ／Ｎ損失の小さなタイムサイドローブ抑圧方式」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，２００２年１月，第Ｊ８５−Ｂ巻，第１号，ｐｐ．１４９−１５２

パルス圧縮の技術を用いた超音波診断の診断性能の向上を行うためには、サイドローブを低減し、Ｓ／Ｎ比を改善することが必要となる。

本発明の目的は、サイドローブを抑圧し、Ｓ／Ｎ比を改善するパルス圧縮機能を備える超音波診断装置を得ることにある。

本発明の別の目的は、レーダーの分野において開発されたパルス圧縮技術を、生体に対する超音波診断の分野に適用することにある。

本発明の超音波診断装置は、拡散符号によって変調した送信信号に基づいて、生体に対し超音波を送波する送波手段と、対応する反射波を受波して受信信号を取得する受信手段と、前記受信信号に対し前記拡散符号との相関処理を行い、圧縮されたサブパルスを含む信号を生成する相関処理手段と、前記サブパルスを含む信号に対しその信号をサブパルス幅に基づいて遅延させた信号を加算する処理を少なくとも一回行い、前記サブパルス幅よりも大きなパルス幅の圧縮パルスを含む信号を生成する遅延加算手段と、を備え、前記拡散符号は、前記圧縮パルスの周囲に生じるタイムサイドローブが抑圧されるように選ばれる。

拡散符号は送信信号を変調するための符号であり、適当な符号長をもつ多値（２値が最も一般的である）の値からなる。送波手段は、変調された送信信号に基づいて超音波を生成して送波する。送波には、通常プローブ（超音波探触子）が用いられ、特に典型的には超音波振動子がアレイ状に配置されたプローブが用いられる。生体に向かって送波された超音波は、生体内における音響インピーダンスの境界で反射される。受信手段は、通常プローブを用いてこの反射波を受波し、受信信号に変換する。相関処理手段は、各時刻において受信信号と拡散符号との相関処理を行う。これにより、受信信号と拡散符号とが適当な相関関係にある場合には大きな振幅をもつサブパルスの信号が出力され、それ以外の場合には小さな振幅の信号が出力される。

遅延加算手段は、こうして得られたサブパルスを含む信号に対し、その信号をサブパルスの幅だけ遅延させた信号を加算する処理を少なくとも一回行う。この処理回数は拡散符号の取り方に依存する。なお、加算の際には、各信号に適当な係数（負の符号を含む）をつけ、重み付けした加算を行うことができる。この遅延加算手段により、サブパルスの幅よりも大きな幅をもつパルスが形成される。その際に、拡散符号を適切に与えておけば、パルスの周囲の信号（タイムサイドローブと呼ぶ）が倍増することはない。場合によっては、当初の信号よりも減少させることができる。

この構成によれば、同程度の符号長をもつ拡散符号を用いた従来のパルス圧縮の技術に比べタイムサイドローブが抑圧されるため、超音波診断により解像できる分解能が高められる。また、遅延加算手段により得られるパルスはサブパルス幅よりもパルス幅が広く、時間軸上で広がることになり、実画像上での分解能を低下させる恐れがあるものの、時間スペクトルの空間でみた場合には、帯域が狭められることになる。つまり、このスペクトル空間においては、基本的にノイズが各周波数に一様に存在するため、帯域が狭まることでＳ／Ｎ比が向上することになる。

望ましくは、本発明の超音波診断装置は、前記生体に対する一連の超音波診断中に前記受信信号に対する処理を繰り返し切り替える手段であって、前記遅延加算手段による遅延させた信号を加算する処理を実施させない、または、少なくとも１回実施させる処理と、それよりも多い回数実施させる少なくとも一つの処理とを切り替える切替手段を備え、前記拡散符号は前記切替手段による切替に対応して切り替えられる。

すなわち、切替手段は、短時間（例えば１秒以内）のうちに受信信号に対する遅延加算の処理態様を何度も切り替える。この切替は、定期的に繰り返されることが望ましいが、不規則に行われてもよい。個々の切替は、超音波診断装置を扱うユーザが指示する必要はなく、設定に従って行われる。これにより、例えば、ある時刻には遅延加算が行われず、次の時刻には２回の遅延加算が行われ、さらに次の時刻には４回の遅延加算が行われるといったような処理がなされる。なお、拡散符号も遅延加算の回数に応じたものに切り替えられる。この場合に、拡散符号の符号長が変更されてもよいし、また、取りうる値（２値か４値かなど）が変えられてもよい。

この構成によれば、生体に対する一連の超音波診断過程において、遅延処理の回数が変更される。そこで、例えば、診断対象箇所の違いに応じて回数を設定することで、診断対象箇所の適性に応じた超音波の送受信を行うことが可能となる。

望ましくは、本発明の超音波診断装置において、前記切替手段は、前記受信信号に対応する超音波の反射深度に応じて切り替えを行う。反射深度は送波から受波までの時間に比例する。パルス圧縮の効果は、一般に、反射深度が深い場合に顕著である。そこで、最浅箇所の受信信号に対しては前記遅延加算手段による遅延させた信号の加算を実施させない、または、少なくとも１回実施させる処理に切り替える。また、他の受信信号に対しては、それよりも浅い箇所の受信信号よりも多い回数実施させるように切り替える。このように、深さに応じて遅延処理の回数を少なくとも２段階に設定することで、深さ特性に適合した超音波診断を行うことができる。

望ましくは、本発明の超音波診断装置において、前記送波手段は、超音波の反射深度に応じて送波する超音波の焦点を多段階に変更する送信多段フォーカス手段を備え、前記切替手段による切り替えは、前記送信多段フォーカス手段における段階に基づいて行われる。もちろん、受信手段も対応して焦点を切り替えることができる。多段送信フォーカス手段においては、通常、振動子がアレイ状に配置されたプローブを用いて超音波の送受信が行われる。そこで、この多段フォーカスにおいてフォーカスを変更するタイミングに合わせて、切替手段による切替を行う。すなわち、同一フォーカス内では切替手段による切替は行わない。なお、フォーカスが３段階以上あるときには、フォーカスを変更する際に切替手段による切替を行わない場合があってもよい。

望ましくは、本発明の超音波診断装置は、前記切替手段により切り替えられて処理された反射深度が異なる各信号を重みづけ加算することにより接続するオーバーラップ処理手段を備える。

望ましくは、本発明の超音波診断装置において、前記切替手段は、前記受信信号に対応する超音波の伝播経路または反射箇所の生体組成に応じて切り替えを行う。一般に、生体組成が異なれば、音響インピーダンスも異なる。また、超音波診断装置のユーザの注目度に応じて要求する解像度も異なる。そこで、これらの基づいて切替手段による切替を行う。なお、生体組成とは、心臓や肝臓等の臓器、骨、筋肉、脂肪、血管など、生体を構成する単位をいう。この生体組織は、例えば、超音波診断自体によって知ることができる。つまり、テスト波の画像解析や反射特性などによってわかる。

望ましくは、本発明の超音波診断装置において、前記送波手段は、異なる複数の拡散符号によって変調した複数の送信信号の合成結果に基づいて超音波を送波し、前記相関処理手段は、対応する受信信号に対し各拡散符号との相関処理を行ってサブパルスを含む複数の信号を生成し、前記遅延加算手段は、サブパルスを含むそれぞれの信号に対し前記圧縮パルスを含む信号を生成する処理を行う。このように、同時に複数の成分をもつ超音波を送信する場合に、これらの超音波を異なる拡散符号に基づいて変調及び対応するパルス圧縮を行うことは有効である。この場合の拡散符号としては、各拡散符号間の相関が低くなるような組み合わせのものを採用すればよい。なお、各超音波の送波方向やフォーカス等は、異ならせることができる。

望ましくは、本発明の超音波診断装置において、前記遅延加算手段は、入力信号を前記サブパルス幅に基づいて遅延させ、前記入力信号と加算して出力信号として出力するＴＳＳＷＡ処理機能を備え、前記受信信号の入力に基づいて少なくとも二回のＴＳＳＷＡ処理を行うことにより前記圧縮パルスを含む信号を生成する。処理回数は、典型的には二回であるが、拡散符号に応じて四回などとしてもよい。ＴＳＳＷＡ（Two-Sample Sliding Window Adder）処理は、レーダーの分野において知られた技術であり、それを超音波診断の分野に導入するものである。

本発明により、圧縮パルスのサイドローブを低減した超音波診断が可能となる。

以下に本発明の代表的な実施の形態を説明する。

図１は、本実施の形態の超音波診断装置１０に関する概略的構成ブロック図である。この超音波診断装置１０は、生体に対する超音波診断のために用いられるものであり、主として医療の場や研究の場において使用される。超音波診断装置１０が備える主たる構成としては、制御部１２、コード信号発生器１６、局部発振器１８、超音波振動子毎に設けられた送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎ、加算器４０，自己相関器４２、１ビット遅延加算回路４４，４６、増幅器４８、検波回路５０、表示系５２がある。

制御部１２は、演算機能を備えたハードウエアとその動作を規定するソフトウエア（プログラム）によって構成されている。そして、ユーザ指示や設定内容に基づいて、超音波診断装置１０の各構成部を制御する。制御部１２は切替部１４を備えている。切替部１４は、信号の送受信の態様を切り替えるように各構成部を制御するためのものであり、具体的内容については後で説明する。

コード信号発生器１６は、拡散符号（拡散コード）によって変調されたデジタル送信信号を生成する。このデジタル送信信号の生成は、制御部１２の制御のもとで行われる。すなわち、制御部１２はユーザ設定される診断モードに基づいて、それに適合したデジタル送信信号を設定されたタイミングで送信する。具体的には、Ｂモードか、ドプラモードか、カラードプラか等の情報や、送信多段フォーカスをするか、あるいは、複数波形の同時送信をするかとの情報に基づいて対応する信号を対応するタイミングで送信する。拡散符号は、このデジタル送信信号を変調し、対応する受信信号を自己相関器４２でパルス圧縮できるように選ばれる。特に、このパルス圧縮の際に、後で詳しく述べる遅延加算処理によってタイムサイドローブが抑圧できるような拡散符号を利用できる点に特徴がある。遅延加算処理は、制御部１２の切替部１４の指示に基づいて、行わなかったり回数を変更するなどの切替を行うことができ、この場合には拡散符号も対応して変更される。

送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎは、コード信号発生器１６から入力するデジタル送信信号に基づいて超音波を送信し、対応する反射波を受信して加算器４０に出力する。この送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎが複数設けられているのは、超音波の送受信が、プローブにおいてアレイ状に配置された超音波振動子を用いて電子走査を行うためである。ここでは、送受信部２０ａを例に挙げてその構成を説明する。

送受信部２０ａは、主たる構成として、ＰＳＫ変調器２２、送信波形制御回路２４、電力増幅器２６、超音波振動子２８、プリアンプ３０、ＰＳＫ復調器３２、可変遅延線３４を備えている。ＰＳＫ変調器２２は、局部発振器１８から入力する正弦波を、コード信号発生器１６から入力するデジタル信号によって位相変調し、送信波形制御回路２４に送る。送信波形制御回路２４は、電子走査を行うために信号を適宜遅延させる装置である。具体的には、制御部１２によって指示される送波方向やフォーカスに応じた遅延時間だけ信号を遅延させて、電力増幅器２６に送る。電力増幅器２６は、超音波の振幅が所望のものとなるように信号を増幅する装置である。増幅された信号は超音波振動子２８に送られて電気信号から超音波へ変換される。こうして生成された超音波は、生体内に送られ、その一部は生体内の各所で反射して超音波振動子２８に達する。超音波振動子２８は、受波した超音波の振動を電気信号に変換してプリアンプ３０に送信する。プリアンプ３０においては、信号が適宜増幅され、ＰＳＫ復調器３２に出力される。ＰＳＫ復調器３２は、プリアンプ３０から入力したアナログ信号と、局部発振器１８から入力する正弦波の位相を比較し、デジタル信号に変換する。可変遅延線３４は、送信波形制御回路２４に対応して設けられている。すなわち、複数の送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎにおける各信号の位相を調節するように、制御部１２の指示に基づいて適宜信号を遅延させる。遅延された信号は、加算器４０に対して出力される。

加算器４０は、各送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎから送られてくるデジタル信号を加算し、一体となったデジタル受信信号を生成して、自己相関器４２に出力する。自己相関器４２は、コード信号発生器１６において実施した変調に対応する構成であり、拡散符号を用いてパルス圧縮を行う。すなわち、各時刻についてデジタル受信信号と拡散符号との相関処理を行ってその結果得られる信号を出力する。通常はデジタル受信信号と拡散符号との相関が小さく、小さな振幅をもつ信号が出力されるが、デジタル受信信号と拡散符号の相関が大きい場合には、非常に大きな振幅をもつ信号であるサブパルス信号が出力される。

１ビット遅延加算回路４４，４６は、入力信号を１ビット（すなわちサブパルス幅）遅延させた信号を入力信号に加算して出力する。１ビット遅延加算回路４４は、自己相関器４２から入力する信号に対して処理を行い、１ビット遅延加算回路４６は、１ビット遅延加算回路４４から入力する信号に対して処理を行う。この過程については、後で、図３を用いて詳しく説明する。

増幅器４８は、１ビット遅延加算回路４６によって処理された信号を入力し、振幅の増幅を行う。検波回路５０は、増幅された信号の包絡線検波を行い、受信信号がもつ低周波の情報を取得する。検波された信号は、表示系５２に出力される。表示系５２は、信号を表示するために設けられたものであり、ディスプレイ等の表示部を備えているほか、表示部に表示するための信号を生成するデジタルスキャンコンバータ等の信号処理部を備えている。

なお、超音波診断装置１０には、これ以外にも一般的な構成を備え得ることは言うまでもない。例えば、ユーザ入力を受け付けて制御部１２に伝達する入力装置や、ドプラ診断、カラードプラ診断等を行うための信号生成・処理構成などを含むことができる。

以上の装置構成に基づく処理の流れを、図２のフローチャートを用いて簡単に説明する。まず、コード信号発生器１６によって、拡散符号で変調されたデジタル送信信号が生成される（Ｓ１０）。ＰＳＫ変調器２２は、局部発振器１８から送られるアナログ正弦波をこのデジタル送信信号でＰＳＫ変調する（Ｓ１２）。送信波形制御回路２４は、制御部１２の指示のもとで、信号を遅延させて送信波形を制御する（Ｓ１４）。超音波振動子２８は、電気信号を超音波に変換し生体に向けて超音波を送信する。

対応する反射波は、やはり超音波振動子２８によって受信され、電気信号に変換される（Ｓ１６）。ＰＳＫ復調器３２は、局部発振器１８から送られる正弦波に基づいて、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する（Ｓ１８）。そして、可変遅延線３４によって、各送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎにおける信号の位相を調節する遅延処理が行われる（Ｓ２０）。こうして得られた各送受信部２０ａ，２０ｂ，．．．，２０ｎからの信号は、加算器４０によって加算され（Ｓ２２）、自己相関器４２によって随時拡散符号との相関処理を受ける（Ｓ２４）。両者が適当な関係にあるときには、サブパルス信号が出力される。相関処理の結果出力される信号は、１ビット遅延加算回路４４，４６によって処理されて、サブパルス幅よりも大きな幅をもつパルスを含んだ信号が出力される（Ｓ２６）。この信号は検波回路によって検波処理され（Ｓ２８）、表示系５２によって表示に係る一連の処理がなされる（Ｓ３０）。

次に図３と図４を用いて、１ビット遅延加算回路４４，４６における処理の詳細を説明する。図３は、自己相関器４２、及び、１ビット遅延加算回路４４，４６における信号の流れを示す図である。また、図４の各図は、（ａ）自己相関器４２から出力された信号、（ｂ）１ビット遅延加算回路４４から出力された信号、（ｃ）１ビット遅延加算回路４６から出力された信号を、それぞれ模式的に表現した図である。図４においては、横軸は時間軸、縦軸は振幅の大きさを表している。

図４（ａ）に示した自己相関器４２から出力された信号は、通常は、受信信号と拡散符号との相関が小さいことに対応して振幅がほぼ０である。このため、図においては、古い時間（横軸の右側）から新しい時間にかけて、大抵の場合、出力振幅は０に近い。これに対し、サブパルス６０は、両者の相関が大きい場合に出力された信号である。サブパルス６０の幅（サブパルス幅）は、通常１ビットである。すなわち、拡散符号の符号長がＮビットである場合に、Ｎビットの情報が１ビットに圧縮される。なお、厳密に言えば、サブパルス６０以外の時刻においても、振幅が若干大きくなる場合がありえる。このような振幅が存在すると、超音波診断の空間解像度が悪くなる。そこで、次に示すように、１ビット遅延加算回路４４，４６による処理を行って、このような振幅を抑圧することを狙っている。

１ビット遅延加算回路４４は、１ビット遅延回路４４ａと加算器４４ｂを備えている。そして、加算器４４ｂに対して、入力信号を１ビット遅延回路４４ａによって１ビット遅延させた信号と入力信号とを送りこみ、両者を加算させる。こうして図４（ｂ）に示した信号が出力される。この信号は、サブパルス６０と、サブパルス６０を１ビット遅延させたサブパルス６２とが足し合わされて構成されている。

１ビット遅延加算回路４６は、１ビット遅延加算回路４４と同様に、１ビット遅延回路４６ａと加算器４６ｂを備えている。そして、１ビット遅延加算回路４４からの出力に対し、１ビットの遅延加算を行う。図４（ｃ）に示したパルス６４は、こうして得られた信号であり、図４（ｂ）に示したサブパルス６０，６２と、これらをそれぞれ１ビットずつ遅延させたサブパルス６６，６８とを足し合わせて構成されている。このパルス６８は、３ビットの幅にわたって分布しており、振幅が半分になる判値幅は１．５ビット程度である。

自己相関器４２で用いられる拡散符号は、図４（ａ）に示したサブパルス６０が鋭敏に得られるように選択されているのではなく、図４（ｃ）に示したパルス６４が鋭敏に得られるように選択される。すなわち、このパルス６４の周囲の信号（これをタイムサイドローブと呼ぶ）が十分に抑圧されるように選ばれている。このような拡散符号の例としては、符号長が１９ビットの２値コード場合には、「０１１１１０００１０００１００１０１０」を挙げることができる。また符号長が３１ビットの２値コードの場合には、「０１０１０１０１０１０１００１１０００１０１０００００１０１１」や「０１０１００１１００１１０００００００００１１１１００１０１１」の例を挙げることができる。

こうして得られるパルス６４の主たる特長としては、次のものを挙げることができる。まず、タイムサイドローブの値が通常のパルス圧縮に比べて小さい特長をもつ。すなわち、同じ程度の符号長をもつ拡散符号を用いた場合、本実施の形態における方式のほうが、サイドローブの低減率がよい。これは、空間分解能を高める上で利点となる。また、パルス６４の周波数帯域幅は、通常の１ビット長の幅をもつパルスに比べて狭くなり、Ｓ／Ｎ比の改善効果が期待できる。また、このような拡散符号によって得られるパルスは、反射波がドプラシフトを生じている場合にも、比較的振幅の減少が少ないという利点もある。

次に図５乃至図７を用いて、１ビット遅延加算処理の態様を、一連の診断中に切り替える方式について説明する。

図５は、生体における超音波診断の診断範囲７０を示す図である。プローブ位置７２から発せられる超音波は、設定された送波方向７４に向けて伝播する。そして、途中の各箇所において一部が反射し、プローブ位置７２に到達する。一般に、プローブ位置７２に近い（深度が浅い）箇所からの反射波は、ノイズが少なく、また、音波のエネルギも大きいため、空間分解能が良い。これに対し、プローブ位置７２から離れた（深度が深い）箇所からの反射波は、ノイズが多く、また、音波のエネルギも小さいため、空間分解能が悪い。そこで、診断箇所が遠方であればあるほど、サイドローブが低減されたパルス圧縮の方式による診断の必要性が高まる。なお、診断箇所がどの程度遠方であるかは、送波から受波までに要する時間によって見積もることができる。

図５に示すように、この例では、プローブ位置７２に対し近い範囲から順に範囲Ａ，範囲Ｂ，範囲Ｃの３つの範囲に区分している。最も近傍に位置する範囲Ａに対する診断は、通常のパルス圧縮方式、すなわち、遅延加算処理を行わない方式で実施している。したがって、この場合には、自己相関器によるパルス圧縮のみが行われ、１ビット幅をもつパルス７６が得られる。また、中程度の距離にある範囲Ｂに対する診断は、１ビット遅延加算を２度行う処理方式によって行っている。この場合には、３ビット幅をもつパルス７８が得られる。そして、最も遠方に位置する範囲Ｃに対する診断は、１ビット遅延加算を４度行う処理方式によって行っている。この場合には、５ビット幅をもつパルス８０が得られる。

図６には、図５の技術を実施するための信号処理の流れを示した。この場合においても、図１に示した加算器４０に至るまでの処理は、基本的に同じである。ただし、診断方向が同じ場合に、各範囲Ａ，Ｂ，Ｃにおいて遅延加算処理を変更することに対応して、切替部１４が、コード信号発生器１６が出力するデジタル送信信号の変調に用いられる拡散符号を順次切り替えていく。そして、最終的に加算器４０によって加算処理された信号は、切替部１４の指示に基づいて、三つの態様のうちのいずれかの処理を受けることになる。

一つは図５の範囲Ａに対する処理であり、自己相関器９０によって対応する拡散符号との相関がとられ、パルス７６を含む信号が順次出力される。そして、出力された信号は、範囲Ｂに対する信号となめらかに接続するための振幅重みづけ処理１００がなされ、加算器１０６に入力される。もう一つは、図５の範囲Ｂに対する処理であり、自己相関器９２によって対応する拡散符号との相関処理がなされ、サブパルスを含む信号が生成される。そして、その信号は二つの１ビット遅延加算回路９６によって処理されて、パルス７８を含む信号に変換・出力される。出力された信号は、範囲Ａ及び範囲Ｃの信号となめらかに接続するための振幅重み付け処理１０２を受けた後、加算器１０６に入力される。最後の一つは、図５の範囲Ｃに対する処理であり、自己相関器９４によって対応する拡散符号との相関処理がなされ、サブパルスを含む信号が生成される。そして、その信号は四つの１ビット遅延加算回路９８によって処理されて、パルス８０を含む信号に変換・出力される。出力された信号は、範囲Ｂの信号となめらかに接続するための振幅重み付け処理１０４を受けた後、加算器１０６に入力される。

加算器１０６は、入力された信号を一時的に記憶する記憶部を備えており、三つの範囲Ａ，Ｂ，Ｃに対する信号が対応する位置で重ね合わされるように対応箇所を調整した上で加算処理を行う。こうして加算合成された信号は、図１に示したように、増幅器４８と検波回路５０を経て、表示系５２において表示される。

なお、図６においては、各信号処理においてそれぞれ自己相関器９０，９２，９４を設けた構成を示したが、これらは、同一の装置によって実装されてもよい。遅延加算や振幅重み付けを行う構成においても同様である。

図７には、振幅重み付け処理１００，１０２，１０４において用いられる重み付け係数を示した。横軸は、送波から受波までの時間、すなわち、超音波診断の深度を表し、縦軸は重み付け係数を表している。ここでは、範囲Ａ，Ｂ，Ｃに対応する各相関方式Ａ，Ｂ，Ｃによる診断を、範囲Ａ，Ｂ，Ｃよりもやや広い範囲について行っている。すなわち、各相関方式Ａ，Ｂ，Ｃは、隣合う方式と重なりをもつ信号処理を受ける。そして、これらの信号が重なり合う領域では、徐々に方式が移り変わるように（オーバーラップするように）、重みづけ係数が調節されている。例えば、相関方式Ａに対する重み付け係数１１０は、範囲Ａに相当する大部分の箇所において１であるが、範囲Ｂに近づくにつれて値を小さくし、範囲Ｂの中にある程度入った時点で０になっている。対応して、相関方式Ｂに対する重み付け係数１１２は値を０から徐々に大きくし、範囲Ｂの大部分の箇所で１となっている。オーバーラップする部分においては、重み付け係数を足し合わせた値が１になるように設定されている。相関方式Ｂと相関方式Ｃとのオーバーラップについても同様である。なお、例えば可視化において全範囲における輝度を比較的一様に保つために、遠方の位置の重みづけ係数ほど増大させるなどの処置を行ってもよい。

図５乃至図７に示した構成は、送信多段フォーカスの技術と融合させることも可能である。例えば、３段階の送信多段フォーカス方式による超音波の送受信を行う場合、各範囲Ａ，Ｂ，Ｃ毎に対応する超音波の焦点距離を、それぞれ範囲Ａ，Ｂ，Ｃに対応した距離に設定することで、診断の精度を高めることができる。このフォーカスの設定は、制御部１２の指示に基づいて、図１に示した送信波形制御回路２４や可変遅延線３４における遅延時間を調整することで実施できる。

本実施の形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。信号処理の流れを示すフローチャートである。１ビット遅延加算処理に係る装置構成を示すブロック図である。１ビット遅延加算処理に係る各パルス信号を示す図である。相関方式の切替と対応範囲を説明する模式図である。相関方式の切替に係る信号処理を説明する模式図である。オーバーラップ処理における重み付け係数の例を示す図である。

符号の説明

１０超音波診断装置、１２制御部、１４切替部、１６コード信号発生器、１８局部発振器、２０ａ，ｂ，．．．，ｎ送受信部、２２ＰＳＫ変調器、２４送信波形制御回路、２６電力増幅器、２８超音波振動子、３０プリアンプ、３２ＰＳＫ復調器、３４可変遅延線、４０加算器、４２自己相関器、４４，４６１ビット遅延加算回路、４４ａ，４６ａ１ビット遅延回路、４４ｂ，４６ｂ加算器、４８増幅器、５０検波回路、５２表示系、６０サブパルス、６８パルス。

Claims

拡散符号によって変調した送信信号に基づいて、生体に対し超音波を送波する送波手段と、
対応する反射波を受波して受信信号を取得する受信手段と、
前記受信信号に対し前記拡散符号との相関処理を行い、圧縮されたサブパルスを含む信号を生成する相関処理手段と、
前記サブパルスを含む信号に対しその信号をサブパルス幅に基づいて遅延させた信号を加算する処理を少なくとも一回行い、前記サブパルス幅よりも大きなパルス幅の圧縮パルスを含む信号を生成する遅延加算手段と、
を備え、
前記拡散符号は、前記圧縮パルスの周囲に生じるタイムサイドローブが抑圧されるように選ばれる、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記生体に対する一連の超音波診断中に前記受信信号に対する処理を繰り返し切り替える手段であって、前記遅延加算手段による遅延させた信号を加算する処理を実施させない、または、少なくとも１回実施させる処理と、それよりも多い回数実施させる少なくとも一つの処理とを切り替える切替手段を備え、
前記拡散符号は前記切替手段による切替に対応して切り替えられる、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記切替手段は、前記受信信号に対応する超音波の反射深度に応じて切り替えを行う、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記送波手段は、超音波の反射深度に応じて送波する超音波の焦点を多段階に変更する送信多段フォーカス手段を備え、
前記切替手段による切り替えは、前記送信多段フォーカス手段における段階に基づいて行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記切替手段により切り替えられて処理された反射深度が異なる各信号を重みづけ加算することにより接続するオーバーラップ処理手段を備える、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記切替手段は、前記受信信号に対応する超音波の伝播経路または反射箇所の生体組成に応じて切り替えを行う、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送波手段は、異なる複数の拡散符号によって変調した複数の送信信号の合成結果に基づいて超音波を送波し、
前記相関処理手段は、対応する受信信号に対し各拡散符号との相関処理を行ってサブパルスを含む複数の信号を生成し、
前記遅延加算手段は、サブパルスを含むそれぞれの信号に対し前記圧縮パルスを含む信号を生成する処理を行う、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記遅延加算手段は、入力信号を前記サブパルス幅に基づいて遅延させ、前記入力信号と加算して出力信号として出力するＴＳＳＷＡ処理機能を備え、前記受信信号の入力に基づいて少なくとも二回のＴＳＳＷＡ処理を行うことにより前記圧縮パルスを含む信号を生成する、ことを特徴とする超音波診断装置。