JP2004033616A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高調波イメージングを行なう超音波診断装置において、２値信号を用いて位相反転法を実現する。
【解決手段】第１回目の超音波送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値信号で振動子を駆動する。反射してきた超音波を受信して、受信信号を波形メモリに記憶する。第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値信号で振動子を駆動する。反射してきた超音波を受信して、受信信号と、波形メモリに記憶してある受信信号を、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する。加算した信号を画像化して表示する。このようにして、２値信号を用いても、位相反転法による高調波イメージングが実現できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分を利用して画像化を行なう超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、探触子から超音波を被検体に照射し、そのエコー信号の強度を、対応する画素の輝度に変換することで、被検体の断層画像を得る装置である。図２３に、従来の一般的な電子走査型の超音波診断装置の機能ブロック図を示す。図２３を参照しながら、従来の超音波診断装置の構成と動作を説明する。制御部５３は、超音波診断装置全体をコントロールしている。送信部５０は、送信制御部５２と駆動回路５１からなり、制御部５３の指示を受けて、電子走査探触子１を駆動する送信駆動波形を発生する。送信制御部５２は、超音波が、定められた位置／方向に収束／偏向するように、個々の振動子を駆動するタイミング信号を発生する。駆動回路５１は、そのタイミングに従って、振動子を駆動する送信駆動波形を発生する。送受スイッチ群９は、送受信に使用する振動子を、振動子アレイ１８から選択する。
【０００３】
電子走査探触子１は、振動子アレイ１８を含み、超音波を送受信する。振動子アレイ１８は、送信部５０からの送信駆動波形を超音波に変換して照射するとともに、反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。受信部３は、増幅器１３とビームフォーマ１４からなる。増幅器１３は、振動子アレイ１８のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅する。ビームフォーマ１４は、それぞれの受信信号に対して、定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。一般的に、増幅器１３は、フォーカス部の深度や受信方向に応じて増幅率を変える。
【０００４】
中間信号処理部４は、バンドパスフィルタ１５と対数増幅器１６と検波器１７からなる。バンドパスフィルタ１５は、受信深度や受信方向に応じて、中心周波数と帯域幅を変えることができ、受信信号の特性に合わせたフィルタリングを行なうことで、最良の分解能とＳＮ比が得られるようにしている。対数増幅器１６は、受信信号のダイナミックレンジを圧縮する。検波器１７は、受信信号を検波して、受信信号の強度を輝度に変換する。ＤＳＣ部５は、探触子からの距離と方向（つまり極座標）で表される受信信号をＸＹ座標に変換する。モニタ６に、断層画像を表示する。
【０００５】
図２４に、リニア走査を行なう電子走査型超音波診断装置の送受信部周辺の詳細な構成を示す。送受スイッチ群９は、振動子２６−１〜２６−ｎと同数のスイッチ２７−１〜２７−ｎで構成され、振動子アレイ１８から振動子を選択して、超音波走査線の基点を決定する。例えば、スイッチ２７−１〜２７−４を選択すると、超音波走査線の基点は、振動子２６−２と２６−３の間に設定される。スイッチ２７−２〜２７−５を選択すると、超音波走査線の基点は、振動子２６−３と２６−４の間に設定される。このように、スイッチを順次切り換えていくことで、被検体内を２次元的に走査する。
【０００６】
駆動回路５１としては、図２５〜図２７に示すような駆動回路が一般的に用いられる。図２５に示す駆動回路は、送信制御部１２からのタイミング信号を開始トリガとして、波形メモリ３０に記憶された波形を、ＤＡＣ３１でディジタル信号からアナログ波形に変換し、線形増幅器３２で増幅して、振動子を駆動するものである。この方式では、任意の送信駆動波形で振動子を駆動することができ、特性のよい超音波を送信できるが、回路規模が大きく、かつ効率が悪いといったデメリットがあるため、高級機のみに用いられている。
【０００７】
図２６に示す駆動回路は、送信制御部１２からのタイミング信号に従って、電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、２値パルス波形を発生し、振動子を駆動するものである。この方式は、駆動回路がシンプルで効率もよいため、多くの装置に用いられている。図２７に示す駆動回路も同様であるが、正電源か負電源かグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、３値パルス波形を発生し、振動子を駆動するものである。図２６に示す駆動回路と比べて、制御線が２本必要であるが、周波数特性の良い送信駆動波形が得られる。
【０００８】
ところで、近年、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して、より高い分解能を持つ画像を得る方法が開発されている。高調波を検出する方法としては、フィルタ法、位相反転法、振幅変調法の３種類がある。フィルタ法は、高調波を抑圧した超音波を送信し、受信信号をハイパスフィルタ処理して、高調波成分を検出するものである。この方法では、送信波形にもともと含まれる高調波成分を、いかにして抑圧するかがポイントである。特開平１１−３４７０３０号公報や特開２００１−６１００６５号公報に開示されている方法によれば、ガウシアン波形をパルス幅変調することで、この問題を解決している。しかし、この方法では、パルスの幅を精密に制御しなければ、十分な効果が得られないうえ、送信波形に含まれる高調波を、完全には抑圧できないという問題がある。
【０００９】
位相反転法は、位相の反転した２種類の送信波形を用いて２回の送信を行ない、受信信号を加算して高調波成分を検出するものである。２回の送信波形に含まれる基本周波数成分は、すべて位相が反転しているのに対し、生体の非線形現象により発生した第２高調波は、位相がそろっているため、加算により、生体内で発生した第２高調波のみを検出できる。図２８に、この方法を用いた超音波診断装置の構成を示す。図２８に示す装置では、ビームフォーマ１４と中間信号処理部４の間に、１音響線分の受信信号を記憶できる波形メモリ６５と、加算部６６を設けている。このような装置では、第１回目の送受信により得られた受信信号を波形メモリ６５に記憶し、位相を反転して送信を行なった第２回目の受信信号とタイミングを合わせて加算する。したがって、駆動回路は、図２５に示すような、任意の波形を発生できる回路や、図２７に示すような、３値パルス波形を発生できる回路に限られ、図２６に示すような、２値パルス波形を発生する回路を用いることはできなかった。
【００１０】
振幅変調法は、生体内で発生する高調波の発生率が、送信振幅の２乗に比例することを利用する方法である。振幅の異なる２回の送受信で得られた受信信号を、送信振幅に応じてゲイン補正を行なった後、減算する。この方法では、２値の送信駆動波形を用いることができるが、送信パルスの振幅を、２回の送信で変える必要がある。そのために、特開２００１−３５３１５５号公報に開示された装置では、２つの駆動回路を用いている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の高調波イメージング超音波診断装置では、通常モードで使用する駆動回路とは別に、３値パルス波形を発生する駆動回路を必要とするために、コストアップとなるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分を利用して画像化を行なう超音波診断装置において、位相反転法を２値の送信駆動パルスを用いて実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、反射超音波撮像方法を、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の２値信号で探触子の振動子を駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の２値信号で前記探触子の振動子を駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、第１受信信号と第２受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成する方法としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１４】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１音響線分の受信信号を記憶できる波形メモリと、波形メモリに記憶された受信信号と電子走査型探触子からの受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、送信駆動回路を制御して、第１回目の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１５】
また、超音波診断装置を、振動子を機械走査機構によって回転または揺動走査する機械走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリと、波形メモリに記憶された受信信号と機械走査型探触子からの受信信号とを走査線番号対応に、第１フレームの超音波と第２フレームの超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、送信駆動回路を制御して、第１フレームの奇数番号の音響走査線と第２フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２フレームの奇数番号の音響走査線と第１フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備する構成としたので、機械走査型超音波診断装置において、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１６】
また、反射超音波撮像方法を、各振動子を正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかで駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、第１受信信号と第２受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成する方法としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信でき、各受信信号を加算することにより高調波成分を検出できる。
【００１７】
また、正の２値パルスで駆動する振動子の位置と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の位置を、開口中心に対して対称としたので、超音波の進行方向に対して対称な、特性のよい超音波を被検体に照射できる。
【００１８】
また、正の２値パルスで駆動する振動子の数と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の数を同数としたので、駆動回路を最小限の数とし、効率よく使用できる。
【００１９】
また、正の２値パルスで駆動する振動子と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子が、開口中心の片側を単位とする振動子群の中で交互に配置されているようにしたので、サイドローブがより少ない、特性のよい超音波を被検体に照射できるとともに、振動子を駆動する駆動回路を選択するスイッチを簡略化できる。
【００２０】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、電子走査型探触子と第１送信駆動回路の間と電子走査型探触子と第２送信駆動回路の間とに設けられた位相選択スイッチ群と、第１送信駆動回路と第２送信駆動回路と位相選択スイッチ群とを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、第１回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、第２回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と第１受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、制御部に、第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えた構成としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらを加算することにより高調波成分を検出でき、その高調波成分を用いて画像を作成できる。
【００２１】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、電子走査型探触子と第１送信駆動回路の間と電子走査型探触子と第２送信駆動回路の間とに設けられたクロスポイントスイッチと、第１送信駆動回路と第２送信駆動回路とクロスポイントスイッチとを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、第１回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、第２回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と第１受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、制御部に、第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えた構成としたので、より少ない駆動回路で、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらを加算することにより高調波成分を検出でき、その高調波成分を用いて画像を作成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２２を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、第１回目の超音波送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する超音波診断装置である。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作説明図である。図２は、超音波診断装置の送信駆動波形と送信波形を示す図である。図３は、電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図３において、駆動回路１１は、送信制御部１２からの２値パルス波形を出すための制御信号に基づき２値のパルス波形の信号を出力する回路である。低域除去フィルタ２２は、感度の低下を防ぐためのもので、振動子と受信部３に対する直流バイアス電圧を取り除く手段である。図２８に示した従来の超音波診断装置と同一の機能、動作をする個所には、同一の符号を付してあり、説明は省略する。
【００２５】
図４は、本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図４において、機械走査探触子８は、単一の振動子１９と機械走査機構２４からなる探触子である。機械走査機構２４は、振動子１９の方向を連続的に変える手段である。送信部２および受信部３は、１素子分のみの回路である。図３に示した超音波診断装置と同一の機能、動作をする個所には、同一の符号を付してあり、説明は省略する。図５は、機械走査型超音波診断装置の各画像フレームで送信する駆動信号の種類を説明する図である。
【００２６】
上記のように構成された本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。最初に、本実施の形態における超音波診断装置の動作原理を、図１と図２を用いて説明する。図２（Ａ）と図２（Ｃ）は、駆動回路１１の出力波形、つまり送信駆動波形を示す図である。図２（Ｂ）と図２（Ｄ）は、それらの送信駆動波形で振動子を駆動したときに送信される超音波の送信波形を示す図である。図２（Ａ）は、ローレベルで始まり、ハイレベルで終わる波形である。図２（Ｃ）は、ハイレベルで始まり、ローレベルで終わる波形である。振動子の周波数特性は、直流を通さない一種のバンドパスフィルタとみなせるので、図２（Ａ）の送信駆動波形を用いると、送信される超音波の波形は、図２（Ｂ）のようになる。図２（Ｃ）の送信駆動波形を用いると、送信される超音波の波形は、図２（Ｄ）のようになる。図２（Ｂ）と図２（Ｄ）は、ちょうど位相の反転した波形となる。
【００２７】
このような波形を用いて、生体の非線形現象により発生する高調波を検出する方法を、図１を用いて説明する。図１に示すように、同一の方向に２回の送受信を行なう。図１（Ａ）に示すように、第１回目の送信は、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。第２回目の送信は、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。第１回目の送信から第２回目の送信までの間は、送信駆動波形は、ハイレベルに保持されている。送信される波形は、図１（Ｂ）の送信波形＃１と送信波形＃２に示すように、第１回目と第２回目で位相が反転している。
【００２８】
受信波形は、図１（Ｂ）の受信波形＃１と受信波形＃２に示すように、基本波成分は、第１回目と第２回目で位相が反転している。そこで、図１（Ｃ）に示すように、第１回目の送受信波形＃１と第２回目の送受信波形＃２を、第１回目の送信超音波と第２回目の送信超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する。送信波形と受信波形のうち、基本波成分は、位相が逆であるため相殺される。したがって、生体または造影剤の非線形現象により発生する第２高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なうことにより、２値の送信駆動波形を用いても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００２９】
本発明の主旨は、一方の送信駆動波形は、ローレベルで始まりハイレベルで終わる波形とし、他方の送信駆動波形は、ハイレベルで始まりローレベルで終わる波形とするところにある。このため、図２（Ｅ）と図２（Ｆ）に示す波形などは、すべて本発明に含まれるものである。
【００３０】
図３を参照しながら、上記の原理を用いた超音波診断装置の動作を説明する。生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型の超音波診断装置の具体的な構成を、図３に示す。駆動回路１１は、出力を、ローレベルとハイレベルのいずれにも保持できるようにした回路であり、２値のパルス波形を出力する。低域除去フィルタ２２は、最も簡単な構成としては、直列に挿入したコンデンサである。振動子と受信部３に対する直流バイアス電圧を取り除き、超音波エコーを受信する際の感度低下を防ぐ。
【００３１】
送受信は、同じ方向に対して２回ずつ行なう。第１回目の送信は、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。受信信号は、波形メモリ２０に蓄える。この間、送信駆動波形は、ハイレベルに保持する。第２回目の送信は、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。受信信号は、加算器２１において、波形メモリ２０に蓄えられた第１回目の受信信号とタイミングを合わせて加算される。これにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、送受信方向を変え、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なう。２値の送信駆動波形を用いた電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００３２】
図４と図５を参照しながら、上記の原理を用いた機械走査型の超音波診断装置の動作を説明する。生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して、画像化を行なう機械走査型の超音波診断装置の具体的な構成を、図４に示す。機械走査探触子８は、単一の振動子１９と、定められた方向に振動子１９を向けるモーターなどの機械走査機構２４からなる。機械走査機構２４で、振動子１９の方向を連続的に変えながら送受信を行なう。振動子１９が１回転すると、１枚の画像が得られる。送信部２および受信部３は、１素子分のみの回路である。したがって、送受スイッチ群９を有しない。また、受信部３は、ビームフォーマ１４を有しない。波形メモリ２３は、１画像フレーム分の受信信号を記憶できるだけの容量を持つ。
【００３３】
機械走査型の超音波診断装置では、モーターなどの機械走査機構２４を用いて、振動子１９の向きを変化させながら送受信を行なう。そのため、同じ方向に複数回送受信し、次に方向を変えて複数回送受信するといった、電子走査型では容易な制御が困難である。そこで、本実施の形態の機械走査型の超音波診断装置では、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリ２３を設ける。第１画像フレーム目の受信信号をすべて記憶し、第２フレーム目の同じ方向の受信信号と、タイミングを合わせて加算する。このとき、図２（Ａ）に示した送信駆動波形と、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を、交互に用いて送受信を行なう。
【００３４】
図５に、第１画像フレームと第２画像フレームのそれぞれの音響線で使用する送信駆動波形の種類を示す。実線で示した音響線では、図２（Ａ）で示した送信駆動波形を用いて超音波送信を行なう。点線で示した音響線では、図２（Ｃ）で示した送信駆動波形を用いて超音波送信を行なう。つまり、第１画像フレームでは、奇数番号の音響線に、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。偶数番号の音響線では、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。また、第２画像フレームでは、奇数番号の音響線に、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。偶数番号の音響線では、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。このようにすることにより、同一方向の音響線では、第１画像フレームと第２画像フレームで、送信波形の位相を反転させることができる。受信信号を、タイミングを合わせて加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。これにより、２値の送信駆動波形を用いた機械走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた、分解能のよい画像を得ることができる。
【００３５】
上記のように、本発明の第１の実施の形態では、超音波診断装置を、第１回目の超音波送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらの受信信号を加算して、高調波成分を検出できる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１回目の超音波送信において、各振動子を、正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスのいずれかで選択的に駆動し、反射信号を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動し、反射信号を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する超音波診断装置である。
【００３７】
図６は、本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で用いる２種類の送信駆動波形を示した図である。図７は、超音波診断装置の動作説明図である。図８は、超音波診断装置の振動子に印加する正負パルスの配置を、開口中心対称とした場合の動作説明図である。図９は、超音波診断装置の振動子に印加する正と負のパルス数を同数とした場合の動作説明図である。図１０は、超音波診断装置の振動子に印加する正負パルスを、開口中心の両側それぞれの中で交互に配置した場合の動作説明図である。
【００３８】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図１２は、電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図である。図１１と図１２において、駆動回路１１は、正の２値パルスと負の２値パルスを発生する回路である。駆動回路２９−１は、正の２値パルスを発生する回路である。駆動回路２９−２は、負の２値パルスを発生する回路である。位相選択スイッチ群２５は、クロスポイントスイッチで駆動信号の位相を選択する手段である。図２５と図２９に示した回路と同一の機能、動作をする個所は、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
図１３は、本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の駆動回路図である。図１４、図１５、図１６は、電子走査型超音波診断装置の動作説明図である。図１７は、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチとした図である。図１８は、位相選択スイッチをオンオフスイッチとした図である。図１９は、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチのサイクリック構成とした図である。
【００４０】
図２０は、本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図２１は、第２の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図である。図２０と図２１において、駆動回路１１は、正のパルスと負のパルスを発生する回路である。図１１と図１２に示した回路と同一の機能、動作をする個所は、同一の符号を付し、説明を省略する。図２２は、第２の電子走査型超音波診断装置の動作説明図である。
【００４１】
上記のように構成された本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。最初に、本実施の形態における超音波診断装置の動作原理について、図６と図７を用いて説明する。２値パルスには、図６（Ａ）に示すような正の２値パルスと、図６（Ｂ）に示すような負の２値パルスの２種類がある。この２種類の２値パルスを使用して、第１回目の送信と第２回目の送信で、位相の反転した超音波を被検体に照射する。
【００４２】
図７に、振動子２６−１〜２６−８からなる振動子アレイ１８を駆動する送信駆動波形と、その送信駆動波形で駆動されたときの被検体内のビーム特性と、フォーカス付近の超音波の波形を示す。点線曲線で示したタイミングで、送信駆動信号を振動子に印加して駆動することで、フォーカス位置に超音波が収束するようにしている。
【００４３】
第１回目の送信では、図７（Ａ）に示すように、振動子アレイ１８の一部（図中網掛けで示した振動子）を、正の２値パルスで駆動し、他の振動子を、タイミングを半周期遅らせた負の２値パルスで駆動する。負の２値パルスで振動子を駆動すると、正の２値パルスで駆動した場合と逆位相の超音波が発生する。負の２値パルスを半周期遅らせると、正の２値パルスで駆動した場合と同相の超音波が発生する。半周期とは、送信超音波の基本波の半周期である。このように駆動すると、すべての振動子から同相の超音波が発生することになる。
【００４４】
第２回目の送信では、図７（Ｂ）に示すように、第１回目に正の２値パルスで駆動した振動子（図中網掛けで示した振動子）は、負の２値パルスで駆動し、第１回目に半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子は、半周期遅れた正の２値パルスで駆動する。このように駆動すると、すべての振動子から発生する超音波は同相となる。このように駆動することにより、被検体に照射される超音波は、フォーカス点における超音波の波形に示したように、第１回目と第２回目で逆の位相を持ったものとなる。
【００４５】
このような２回の超音波送信によって得られた受信信号を、第１回目の送信超音波と第２回目の送信超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算することにより、受信波形のうちの基本波成分が相殺され、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なうことにより、２値の送信駆動波形を用いても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００４６】
図８に、開口中心に対して対称的に駆動する例を示す。正の２値パルスで駆動する振動子と、負の２値パルスで駆動する振動子を、開口中心に対して対称的に配置すると、被検体に照射される超音波の特性を、進行方向に対して対称とすることができ、より優れた画像を得ることができる。
【００４７】
上記の例では、正の２値パルスを発生する駆動回路と、負の２値パルスを発生する駆動回路は、ともに多いほうの数だけ必要である。例えば、図７に示した駆動方法における正負パルスの配置構成では、正負の駆動回路とも５回路必要である。第１回目の送信では、負の駆動回路２個が余り、第２回目の送信では、正の駆動回路２個が余ることになる。これに対し、図９に示すように、正の２値パルスと負の２値パルスを同数にして駆動すれば、正負の駆動回路とも４回路で済み、２回の送信ともすべての回路を使用することとなる。つまり、正の２値パルスと負の２値パルスを同数とすることにより、駆動回路を最小限の数とすることができ、効率よく使用できる。
【００４８】
図１０に示すように、正の２値パルスと負の２値パルスを印加する振動子の構成は、開口中心の片側を単位として、その中で交互に配置する。このように駆動することにより、被検体に対し、よりサイドローブの少ない超音波を照射でき、より優れた画像を得ることができる。また、このように配置することで、図１０に示すように、振動子２個に対して、駆動回路２個を切り換えるように構成することができ、スイッチなどの切換器を簡略化できる。
【００４９】
図１１に、上記の原理を用いた、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型の超音波診断装置の具体的な構成を示す。図１２に、送受信部周辺の詳細な構成を示す。駆動回路１１は、正の２値パルスを発生する駆動回路２９−１と、負の２値パルスを発生する駆動回路２９−２から構成され、同数が交互に設けられている。正の２値パルスを発生する駆動回路２９−１は、図１３（Ａ）に示すように、正電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、正の２値パルス波形を発生する回路である。負の２値パルスを発生する駆動回路２９−２は、図１３（Ｂ）に示すように、負電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、負の２値パルス波形を発生する回路である。位相選択スイッチ群２５は、２入力２出力のクロスポイントスイッチから構成されている。
【００５０】
図１４〜図１６を参照しながら、図１１に示した超音波診断装置の動作を説明する。図１４は、被検体に送信される超音波の基点が、振動子の間となるように設定した場合である。送受信は、同じ方向に対して２回ずつ行なう。第１回目の送信は、図１４（Ａ）に示すように位相選択スイッチ群２５を設定し、振動子アレイ１８中の網掛けで示した振動子を正の２値パルスで駆動し、それ以外の振動子を半周期遅らせた負の２値パルスで駆動する。この送信によって得られた受信号を、波形メモリ２０に記憶する。
【００５１】
第２回目の送信は、図１４（Ｂ）に示すように、位相選択スイッチ群２５を設定し、振動子アレイ１８中の網掛けで示した振動子を負の２値パルスで駆動し、それ以外の振動子を半周期遅らせた正の２値パルスで駆動する。この送信によって得られた受信信号は、加算器２１において、波形メモリ２０に記憶された第１回目の受信信号とタイミングを合わせて加算される。これにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なう。
【００５２】
図１５に、リニア走査において、図１４に示した設定で送受信した音響線の１つ隣の音響線で送受信する状態を示す。リニア走査では、駆動タイミングおよびパルスの正負は、開口中心対称であるので、開口中心および開口端では、１個の駆動回路で２個の振動子を駆動する。
【００５３】
図１６に、被検体に送信される超音波の基点が、振動子の正面となるように設定した状態を示す。この場合、使用する振動子は奇数個となるので、クロスポイントスイッチ２８−４の一方のスイッチは開放としている。このようにすることにより、２値の送信駆動波形を用いた電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００５４】
図１７に、位相選択スイッチ群２５を、２入力１出力のスイッチ３３で構成した例を示す。図１８に、位相選択スイッチ群２５を、通常のオンオフスイッチ３６で構成した例を示す。このように構成することにより、高価なクロスポイントスイッチ２８の機能を、安価なスイッチで実現することができる。図１９に、位相選択スイッチ群２５を、２入力１出力のスイッチ３３を用い、サイクリックな構成に変更した例を示す。このような構成によっても、同様の動作を実現することができる。
【００５５】
図２０に、上記の原理を用いた、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型超音波診断装置の別の具体的な構成を示す。図２１に、送受信部周辺の詳細な構成を示す。駆動回路１１は、正のパルスを発生する駆動回路２９−１と、負のパルスを発生する駆動回路２９−２から構成され、同数が交互に設けられている。数量は、図１２に示した回路の半数であり、クロスポイントスイッチ３４を介して、振動子を駆動する。
【００５６】
図２２を参照しながら、図２０に示した構成の超音波診断装置の動作を説明する。図１４（Ａ）に示した状態と同様の状態を、図２０と図２１に示した構成で実現したときのクロスポイントスイッチの接続図を、図２２に示す。黒丸印（●）は、クロスポイントスイッチのうち、接続している接点を表している。リニア走査では、駆動タイミングおよびパルスの正負は、開口中心対称である。このことを利用して、クロスポイントスイッチ３４で、任意の入出力を接続できるようにする。このように構成することにより、半分の規模の駆動回路１１で、上記の例と同様の動作を実現できる。したがって、この構成の２値の送信駆動波形を用いたリニア電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００５７】
上記のように、本発明の第２の実施の形態では、超音波診断装置を、第１回目の超音波送信において、各振動子を、正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスのいずれかで選択的に駆動し、反射信号を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動し、反射信号を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する構成としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の超音波をフォーカス点に収束でき、それらの受信信号を加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なうことができ、分解能のよい超音波画像を表示できる
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、第１回目の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値信号で探触子を駆動し、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値信号で探触子を駆動する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波をフォーカス点に収束でき、それらの受信信号を加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なうことができ、分解能のよい超音波画像を表示できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作説明図、
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の送信駆動波形と送信波形を示した図、
【図３】本発明の第１の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図４】本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図５】本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の各画像フレームで送信する駆動信号の種類を説明する図、
【図６】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で用いる２種類の送信駆動波形を示す図、
【図７】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の動作説明図、
【図８】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス配置構成を開口中心対称とした場合の動作説明図、
【図９】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス数を同数とした場合の動作説明図、
【図１０】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス配置構成を、開口中心の片側を単位として、その中で交互に配置した場合の動作説明図、
【図１１】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図１２】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図１３】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の駆動回路図、
【図１４】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１５】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１６】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１７】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチとした回路図、
【図１８】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチをオンオフスイッチとした回路図、
【図１９】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチのサイクリック構成とした図、
【図２０】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図２１】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図２２】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図２３】従来の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図２４】従来の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図２５】超音波診断装置の連続波駆動回路図、
【図２６】超音波診断装置の２値駆動回路図、
【図２７】超音波診断装置の３値駆動回路図、
【図２８】従来の位相反転法による電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１　電子走査探触子
２　送信部
３　受信部
４　中間信号処理部
５　ＤＳＣ部
６　モニタ
７　制御部
８　機械走査探触子
９　送受スイッチ群
１１　駆動回路
１２　送信制御部
１３　増幅器
１４　ビームフォーマ
１５　バンドパスフィルタ
１６　対数増幅器
１７　検波器
１８　振動子アレイ
１９，２６　振動子
２０，２３，３０　波形メモリ
２１　加算部
２２　低域除去フィルタ
２４　機械走査機構
２５　位相選択スイッチ群
２７　スイッチ
２８　２入力２出力クロスポイントスイッチ
２９−１　正のパルスを発生する２値駆動回路
２９−２　負のパルスを発生する２値駆動回路
３１　ディジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）
３２　線形増幅器
３３　２入力１出力スイッチ
３４　ｎ入力ｍ出力クロスポイントスイッチ
３５　切換器
３６　オンオフスイッチ
５０　送信部
５１　駆動回路
５２　送信制御部
５３　制御部
６０　送信部
６１　駆動回路
６２　送信制御部
６３　制御部
６５　波形メモリ
６６　加算部

Claims (12)

1. ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の２値信号で探触子の振動子を駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の２値信号で前記探触子の振動子を駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成することを特徴とする反射超音波撮像方法。
2. 複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１音響線分の受信信号を記憶できる波形メモリと、前記波形メモリに記憶された受信信号と前記電子走査型探触子からの受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、前記送信駆動回路を制御して、前記第１回目の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、前記第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
3. 振動子を機械走査機構によって回転または揺動走査する機械走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリと、前記波形メモリに記憶された受信信号と前記機械走査型探触子からの受信信号とを走査線番号対応に、第１フレームの超音波と第２フレームの超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、前記送信駆動回路を制御して、第１フレームの奇数番号の音響走査線と第２フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２フレームの奇数番号の音響走査線と第１フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
4. 各振動子を正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかで駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成することを特徴とする反射超音波撮像方法。
5. 前記正の２値パルスで駆動する振動子の位置と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の位置は、開口中心に対して対称であることを特徴とする請求項４に記載の反射超音波撮像方法。
6. 前記正の２値パルスで駆動する振動子の数と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の数は、同数であることを特徴とする請求項４または５に記載の反射超音波撮像方法。
7. 前記正の２値パルスで駆動する振動子と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子が、開口中心の片側を単位とする振動子群の中で交互に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の反射超音波撮像方法。
8. 複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、前記電子走査型探触子と前記第１送信駆動回路の間と前記電子走査型探触子と前記第２送信駆動回路の間とに設けられた位相選択スイッチ群と、前記第１送信駆動回路と前記第２送信駆動回路と前記位相選択スイッチ群とを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、前記第１回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、前記第２回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と前記第１受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、前記加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、前記制御部に、前記第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、前記第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
9. 複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、前記電子走査型探触子と前記第１送信駆動回路の間と前記電子走査型探触子と前記第２送信駆動回路の間とに設けられたクロスポイントスイッチと、前記第１送信駆動回路と前記第２送信駆動回路と前記クロスポイントスイッチとを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、前記第１回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、前記第２回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と前記第１受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、前記加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、前記制御部に、前記第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、前記第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
10. 前記正の２値パルスで駆動する振動子の位置と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の位置は、開口中心に対して対称であることを特徴とする請求項８または９に記載の超音波診断装置。
11. 前記正の２値パルスで駆動する振動子の数と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の数は、同数であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
12. 前記正の２値パルスで駆動する振動子と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子が、開口中心の片側を単位とする振動子群の中で交互に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。

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