JP2008237932A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配列する超音波振動子群で得た受信信号はそのナイキスト周波数より高いサンプリング周期で離散化、ディジタル化され、それぞれ参照信号とミキシングされたあと、サンプリング方向に複数サンプル分累加され、受波フォーカス手段により整相加算される。その参照信号は受信信号のサンプリング番号に対応して記憶手段から順次読み出して使用する。送波からの時間経過により周波数が逓減する信号から得る参照信号列、または周波数が異なる2信号から交互に得る参照信号列などを予め上記記憶手段に格納しておく。
【選択図】図1
Description
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。超音波探触子101は1次元配列するN個の超音波振動子を持つ。各超音波振動子は駆動源85で発する駆動信号に送波フォーカス回路で遅延分布をかけた送波信号により繰り返し駆動される。ディジタル変換手段102はN個のA/D変換器で構成される。各振動子の超音波エコーの受信信号は全チャネル共通の周期Tのサンプリングクロックでサンプリングされ、ディジタル化される。サンプリング周期Tは受波信号の帯域上限のナイキスト周期より短く設定される。ここでチャネルとはN個の受信信号が並列に同様な処理を受けていく過程での一信号分のことをいう。ディジタル化された受信信号はそれぞれミキシング手段103でディジタル化された参照信号と乗算される。乗算される参照信号については後に詳述するが、受信信号の中心周波数ωSとほぼ等しい周波数ωmの信号の複素成分R、Iの離散値であるので、乗算結果はそれぞ複素記号になり、かつその周波数帯域は元の受信信号の帯域と ωSとの差周波数帯域(ベースバンド)と、和周波数(ωS+ωm)を中心とする帯域とにシフトする。その各乗算結果は累加手段104で時間経過方向に複数サンプル分累加される。その結果は累加によるローパスフィルタ効果により上記のベースバンドの部分のみとなる。なお、累加手段104は単なる累加でなく、重み係数をかけた累加、つまり積和演算を行って所望のローパスフィルタ特性を実現するものでも良い。
h(kT)=exp(jωm(kT) kT ) (1)
なおこのディジタル化参照信号は各チャネルに共通である。また、一般に受信信号周波数のスペクトラムシフトは超音波ビームの方位にさほど影響されないので、参照信号の周波数変化はビーム方向によらず同じ変化法を採用すれば良い。つまり、上記のアドレス順次指定による読み出し制御は送波の繰り返しごとに全く同様に繰り返される。
fn(kT)=u(kT−τn)
=A(kT−τn)[exp{j(ωs(kT)kT−φn)}
+exp{−j(ωs(kT)kT−φn)}] (6)
ただし、τnはそのn番目の振動子までの音波の伝搬時間でありφn=ωs(t)・τnである。ωs(kT)は受信振幅の最大となる周波数がサンプル番号kにより上記したスペクトラムシフトで次第に変化することを示す。一方、受信信号には高調波も含まれ、特に2倍高調波に着目すると離散化した受信信号は次式で表せる。
fn(kT)=u(kT−τn)
=A(kT−τn)[exp{j(2ωs(kT)kT−2φn)}
+exp{−j(2ωs(kT)kT−2φn)}] (7)
hn(kT)=exp(j2ωs(kT)kT) (8)
すると、ミキシング手段103によるよう乗算結果は上記(7)式については、
gn(kT)=fn(kT)・hn(kT)
=A(kT−τn)[exp{j(4ωs(kT)kT−2φn)}
+exp(j2φn)] (9)
また上記(6)式については、
gn(kT)=fn(kT)・hn(kT)
=A(kT−τn)[exp{j(3ωs(kT)kT−φn)}
+exp{j(ωs(kT)kT+φn)}] (10)
と表せる。つまりωm(kT)≒2ωs(kT)の周波数の参照信号を乗算すると、受信信号の2倍高調波成分は4ωs(kT)を中心とする帯域と低周波のベースバンドに移動する。したがって、図1の装置構成で、累加によるフィルタ効果により、このベースバンドのみ抽出して映像化することができる。このとき、受信信号の基本波成分は(10)式のとおり周波数3ωs(kT)とωs(kT)に移動するので、累加によるフィルタ効果で減衰する。つまり図1、図2で説明した装置構成で、ミキシングデータ記憶手段110に格納して順次読み出すディジタル化参照信号を式(8)に従うものとするだけで高調波イメージングが可能である。
上記のように、超音波受信信号に乗算するディジタル化参照の周波数を選ぶことにより、受信信号の帯域を選択し映像化できる。そこで、図4に示す本発明の実施の形態2ではこの原理を応用し、周波数の異なる複数の超音波ビームを同時に送波し、参照信号の切り替えにともなってミキシング手段の出力を振り分けることにより周波数の異なる複数ビームの映像を並行して得る。
kが偶数のとき、
h(kT)=exp(jωm1(kT) kT ) (11−1)
kが奇数のとき、
h(kT)=exp(jωm2(kT) kT ) (11−2)
ここでωm1(kT)は駆動源81の送波中心周波数ω1にほぼ等しく、
ωm2(kT)は駆動源82の送波中心周波数ω2にほぼ等しい。なおこれら参照信号周波数ωm1(kT)、ωm2(kT)はそれぞれ一定値でも良いが、前述した送波からの時間経過ともなう受信信号のスペクトラムシフトに対応してkの増加とともに逓減させても良い。このように周波数がそれぞれ逓減する信号をもとにした参照信号を採用する場合のkとωm1(kT)、ωm2(kT)の関係を図示すると図6のようになる。
(1) 周波数移動整相法にしたがうディジタル化した超音波診断装置に
おいて、参照信号の周波数を自在に制御することができ、それにより種
々の高画質もしくは高速の撮像が可能となる。
(2)高調波イメージングを行うことができる。
(3)周波数の異なる複数ビーム同時形成により高速に撮像を行うことができる。
(4) 横方向分解能を広い深度範囲で高め、超音波画像の画質を向上することができる。
Claims (4)
- 互いに異なる周波数ω1、ω2をそれぞれ中心周波数とする第1、第2の送波信号を合成して配列する超音波振動子群をそれぞれ駆動する送波手段と、前記超音振動子群で反射エコーを検出することにより得る受信信号をその信号帯域の上限のナイキスト周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングしてそれぞれディジタル信号に変換するディジタル変換手段と、それぞれの上記ディジタル信号に周波数が上記ω1の近傍の第1の参照信号と、周波数が上記ω2の近傍の第2の参照信号とを交互に切り替えて乗算するミキシング手段と、上記ミキシング手段の乗算結果を交互に振り分けるマルチプレクサと、振り分けられた上記乗算結果を互いに独立にそれぞれ時間経過方向に累加して第1、第2の累加結果を得る累加手段と、上記第1、第2の累加結果のそれぞれについて各超音波振動子毎の位相差を揃える遅延分布を与えて整相加算する多重化された受波フォーカシング手段とを有することを特徴とする超音波診断装置。
- 上記第1の送波信号は第1の方位に、上記第2の送波信号は第2の方位にそれぞれ送波超音波ビームを形成するものであり、上記多重化された受波フォーカシング手段は、上記第1の累加結果については上記第1の方位からの超音波伝搬時間を補償する遅延分布を与える整相加算を、上記第2の累加結果については上記第2の方位からの超音波伝搬時間を補償する遅延分布を与える整相加算をそれぞれ実施することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
- 上記第1、第2の送波信号は互いに同一位置の焦点に向かう送波超音波ビームを形成するものであり、上記多重化された受波フォーカシング手段は上記第1、第2の累加結果のそれぞれについて上記焦点の方位からの超音波伝搬時間を補償する遅延分布を与える整相加算をそれぞれ実施することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
- ω1を中心周波数とし、近距離の第1の焦点に向かう超音波ビームを形成するための第1の送波信号と、前記ω1より低いω2を中心周波数とし、前記第1の焦点と同一方位で遠距離の第2の焦点に向かう超音波ビームを形成するための第2の送波信号とを合成して配列する超音波振動子群をそれぞれ駆動する送波手段と、前記超音振動子群で反射エコーを検出することにより得る受信信号をその信号帯域の上限のナイキスト周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングしてそれぞれディジタル信号に変換するディジタル変換手段と、それぞれの上記ディジタル信号に周波数が前記ω1の近傍から前記ω2の近傍にむかって逓減する参照信号を乗算するミキシング手段と、乗算されたそれぞれのディジタル信号を複数サンプル分累加する累加手段と、累加されたディジタル信号に各超音波振動子毎の位相差を揃える遅延を与えて加算する受波フォーカシング手段とを有する超音波診断装置。
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