【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療に使用する超音波診断装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
医療に使用する超音波診断装置は、検査し観測する臓器などについて微小な部位までを観測できるように精密な画像が必要となる。精密な画像を取得する方法として、対象物の検出分解能を高めるために周波数が高く波長の短い超音波を使用し、極めてシャープな超音波ビームを形成してそれを狭い間隔で走査する方法がとられている。
【０００３】
図４は、超音波診断装置の超音波ビームと電子走査の原理を示した図である。探触子は、図４に示すように振動子１０１、振動子１０２および振動子Ｎが直線上に配列されている。このような直線配列の探触子において、探触子を構成する振動子１０１から振動子１０７（図４では省略）を使用して、振動子１０４の中心を通り探触子放射面に直角な超音波ライン３０１上に斜線で示す超音波ビーム２０１を形成する。同様に、振動子１０２から振動子１０８（図４では省略）を使用して、振動子１０５の中心を通り探触子放射面に直角な超音波ライン３０２上に超音波ビーム２０２を形成し、複数の超音波ライン上にそれぞれ超音波ビームを形成する。このように振動子配列上で、送受波を行わせる複数振動子を１つずつ移動させて行くことにより、超音波ビームの走査が行われることになる。
【０００４】
超音波診断装置に使用される超音波の周波数は、一般にメガヘルツであり、超音波が人体を伝搬する速度は約１，５００ｍ／秒であるため、超音波の波長は１．５ｍｍ以下となる。探触子を構成する振動子の配列間隔は、使用する超音波の波長と同程度であり、超音波ビームの幅は超音波の波長と同程度の極めて狭いものが形成され、各超音波ビームの間隔すなわち各超音波ラインの間隔も超音波の波長と同程度の極めて狭い間隔となる。
【０００５】
このように極めて狭いビーム幅を持ち極めて狭い間隔で設定された超音波ビームを用いて送信し、同様に狭い超音波ビームを用いて人体の臓器などから反射して戻ってきたエコー信号を受信してその信号を処理することによって１本の超音波ライン上の画像信号が生成される。
【０００６】
超音波ビーム２０１で送受信して超音波ライン３０１上の画像信号を生成し、続いて、超音波ライン３０２上の画像信号を生成するというように超音波ビームを順次シフトして画像信号を生成してゆくこと、すなわち、送受信の超音波ビームを走査することにより、複数の超音波ライン上の複数の画像信号が生成され、これらの画像信号を並べて表示することにより画像が生成される。
【０００７】
図５は、超音波ビームを生成するためにある領域に焦点を設定し、その領域の超音波の強度を高める方法の原理を示す図で、５個の振動子が振動子間隔ｄで等間隔に直線状に配列された探触子の場合を示す。
【０００８】
図５において、中央の振動子２０３の中心を通り探触子放射面（振動子の配列の線）に直角な線上で距離Ｌの点に焦点を形成する場合、振動子２０２に対してはｌ２の距離に相当する時間遅延を与え、振動子２０３に対してはｌ３の距離に相当する時間遅延を与え、振動子２０４に対しては振動子２０２と同様にｌ２の距離に相当する時間遅延を与えることにより、見かけ上各振動子が焦点を中心とし半径ｒの円周状に配列されることになる。このような操作により、送信の場合は焦点付近の領域（図５で斜線で示す領域）の超音波の強度が強められ、受信の場合にも同様に焦点付近の領域（図５で斜線で示す領域）から戻ってくる信号が強められる。
【０００９】
焦点を移動させる操作はダイナミックフォーカシングと呼ばれ、図６は、ダイナミックフォーカシングを用いて１つの超音波ライン上に複数の焦点を有する超音波ビームを生成する原理を示す図である。
【００１０】
図６は、７個の振動子が振動子間隔ｄで等間隔に直線状に配列された探触子の場合を示したもので、先ず、振動子３０３と振動子３０４と振動子３０５の３個の振動子を使用して振動子３０４にｒＡ−ＬＡの距離の伝搬時間に相当する遅延時間を与えて送信することにより焦点Ａを形成する。次に、振動子３０２から振動子３０６までの５個の振動子を使用して振動子３０３から振動子３０５にそれぞれｒＢから、各振動子と焦点Ｂ間の距離を差し引いた距離の伝搬時間に相当する遅延時間を与えて焦点Ｂを、さらに、振動子３０１から振動子３０７までの７個の振動子を使用して振動子３０２から振動子３０６にそれぞれｒＣから、各振動子と焦点Ｃ間の距離を差し引いた距離の伝搬時間に相当する遅延時間を与えて焦点Ｃを形成する。
【００１１】
このように超音波ライン上で焦点位置を移動させて送信すること、すなわち、距離の異なる複数の焦点をもつ送信の組合せ、により複数の焦点付近の領域の超音波の強度を強めることができて超音波ビーム（図６の斜線で示す領域）を形成することができる。なお、受信の場合は、送信の場合と同様の原理で超音波ライン上の位置の異なる複数の焦点Ａ、Ｂ、Ｃに対応させて複数のチャンネルを設けて、各チャンネルの出力を合成することにより超音波ビームを形成することができる（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
超音波診断装置に使用する超音波の周波数は、前述の通り分解能を高めるためにメガヘルツの高周波が使用される。周波数が高くなるにしたがって人体内部での吸収が大きくなるため、人体の中央部にある臓器などを観測するためには吸収の少ない周波数の低い超音波を使用しなければならない。
【００１３】
このような理由から図６の焦点Ａの探触子の近傍の領域の形成には高い周波数が使用され、焦点Ｂ，焦点Ｃと遠くになるにしたがって低い周波数を使用する方法が採られている。
【００１４】
図７は、従来の超音波診断装置において３種の周波数を用いた場合の超音波ビームのシフト周期、送受信繰返し周期および送信信号の波形を示す図である。先ず、最初に周波数の高いｆ１の送信を行い、その後ｆ１の受信を予め定められた時間行う。なお、このｆ１の送信および受信における焦点は、図６の焦点Ａに相当する探触子の近傍に設定される。
【００１５】
ｆ１の送信開始からｆ１の受信終了までの時間を送受信繰返し周期とすると、次の送受信繰返し周期ではｆ２の送信および受信が行われ、その焦点は図６の焦点Ｂに相当する位置に設定される。その後の送受信繰返し周期ではｆ３の送信および受信が行われ、その焦点は図６の焦点Ｃに相当する探触子から最も遠い位置に設定される。
【００１６】
以上のｆ１の送受信からｆ３の送受信によってダイナミックフォーカシングされた１つの超音波ビームが形成され、その受信出力を処理することによりその超音波ビームの領域の画像データが生成される。次に、送受信の超音波ビームをシフトする操作、すなわち、図４において超音波ビーム２０１から超音波ビーム２０２にシフトしてその受信出力を処理することにより超音波ビーム２０２の領域の画像データが生成される。
【００１７】
３種の周波数を用いた場合、図７に示すとおり１つの超音波ビームが形成する時間、すなわち、超音波ビームのシフト周期は、送受信繰返し周期に周波数の数３を乗じたものとなる。したがって、図４に示す超音波ビームの数がＰの場合に、１つの画像を生成するのに必要な時間は、超音波ビームのシフト周期にＰを乗じた時間、すなわち、使用する周波数の数と送受信繰返し周期と超音波ビームの数を乗じた時間となる。
【００１８】
図３は、以上で述べた動作原理を具現した従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。なお、図３では周波数ｆ１からｆＮまでのＮ種のものを使用した場合を示している。
送受信タイミング発生部２４は、予め定められた送受信繰返し周期にしたがってタイミングパルスを発生してＮ進計数回路２５に出力する。
Ｎ進計数回路２５は、送受信タイミング発生部２４からのパルスを計数して信号発生部６に対して送受信する周波数を指定するとともに、送信ビーム形成部７、第１切換器２６および第２切換器２８に対し送受信タイミング発生部２４からのパルスにしたがってこれら各部での切替えるタイミングを指定する。Ｎ進計数回路２５は、また、送受信タイミング発生部２４からのパルスを計数して（Ｎ＋１）個のパルスごとに走査タイミング信号を走査タイミング発生部４に出力する。
【００１９】
信号発生部６は、予め定められたパルス幅でＮ進計数回路２５により指定されたｆ１からｆＮの周波数の送信信号を発生して送信ビーム形成部７に出力する。
送信ビーム形成部７は、入力された送信信号の各周波数に対応して予め定められた位置に焦点ができるように所定の振動子の送信信号に対して定められた遅延を与えて送信走査部８に出力する。
【００２０】
先に示した図６を使って説明すると、先ず、周波数ｆ１の送信信号について、振動子３０３と振動子３０５に加えるべき信号は同一の信号とし、振動子３０４に対しては焦点Ａが形成できるような遅延を与えた信号を生成する。次に、周波数ｆ２の送信信号については、焦点Ｂが形成できるように振動子３０２から振動子３０６までの５個の振動子に対して加えるべき信号を生成する。最後に、周波数ｆ３の送信信号については、焦点Ｃが形成できるように振動子３０１から振動子３０７までの７個の振動子に対して加えるべき信号を生成する。
【００２１】
走査タイミング発生部４は、送信超音波ビームおよび受信超音波ビームをシフトするタイミング信号を発生して送信走査部８および受信走査部９に出力する。図４と図７を使って説明すると、走査タイミング発生部４が発生する信号は、図４の超音波ビーム２０１から超音波ビーム２０２にシフトさせる信号で、図７に示す超音波ビームのシフト周期毎に発生する。
【００２２】
送信走査部８は、送信超音波ビームを順次シフトして走査を行うための動作を行うものである。送信走査部８では、送信ビーム形成部７から入力された複数の信号をどの振動子に加えるべきかを選定し、一つの超音波ビームでの送受信が終了すると、走査タイミング発生部４が発生する次のタイミング信号によって、次に使用する複数の振動子を選定するようシフトさせる。
【００２３】
この動作を繰返すことにより送信超音波ビームが順次シフトされビーム走査が行われることになる。図４の例の場合、振動子１０１から振動子１０７に所定の信号を与えて超音波ビーム２０１を生成し、次に、振動子１０２から振動子１０８に所定の信号を与えて超音波ビーム２０２を生成することによって、超音波ビームは超音波ビーム２０１から超音波ビーム２０２へとシフトとされる。
【００２４】
送信アンプ２は探触子１を構成する複数の振動子に対応して複数のチャンネルを有し、送信走査部８で指定された振動子に対応する送信アンプ２のチャンネルに所定の送信信号を入力しそれを電力増幅して振動子に出力する。
【００２５】
以上により、送受信周期毎に周波数と焦点位置が異なる送信を行い、この動作をＮ種の全ての周波数に対して行うことによって１つのダイナミックフォーカシングされた送信超音波ビームが形成され、その後、同様の手順で順次送信超音波ビームが形成されて、観測すべき領域に超音波が放射される。
【００２６】
プリアンプ３は、探触子１を構成する複数の振動子に対応して複数のチャンネルを有し、各振動子からの受信信号を増幅して受信走査部９に出力する。
受信走査部９は、各送信周波数毎に所定の位置に焦点を生成するように複数のプリアンプのチャンネルを選定して、選定された複数のプリアンプの出力信号を周波数ｆ１に対応するチャンネルの信号は周波数ｆ１用の受信ビーム形成部２１−１に、周波数ｆＮに対応するチャンネルの信号は周波数ｆＮ用の受信ビーム形成部２１−Ｎに出力する。
【００２７】
周波数ｆ１用の受信ビーム形成部２１−１から周波数ｆＮ用の受信ビーム形成部２１−Ｎまでの各受信ビーム形成部では、指定された周波数ごとに所定の位置に焦点を形成するように入力されたプリアンプ出力のチャンネルを選定するとともに所定の遅延を加えた後に加算して指定された周波数および焦点のビームを形成する信号を生成し、周波数ｆ１に対しては周波数ｆ１用のＢＰＦ２２−１に、周波数ｆＮに対しては周波数ｆＮ用のＢＰＦ２２−Ｎに出力する。
【００２８】
周波数ｆ１用のＢＰＦ２２−１から周波数ｆＮ用のＢＰＦ２２−Ｎでは、帯域外の不要の成分が除去される。
第１切換器２６は、Ｎ進計数回路２５の指令により周波数ｆ１の場合には周波数ｆ１用のＢＰＦ２２−１の出力を選択し、周波数ｆＮの場合には周波数ｆＮ用のＢＰＦ２２−Ｎの出力を選択して検波回路２７に出力する。
【００２９】
検波回路２７で検波された信号はＡ／Ｄ変換器１３でデジタル信号に変換されて第２切換器２８に入力される。
第２切換器２８は、第１切換器２６と同様にＮ進計数回路２５の指令により周波数ｆ１の場合にはＡ／Ｄ変換器１３の出力を周波数ｆ１用のメモリ２３−１に、周波数ｆＮの場合にはＡ／Ｄ変換器１３の出力を周波数ｆＮ用のメモリ２３−Ｎに出力する。
【００３０】
以上により、送受信繰返し周期ごとに周波数と所定の超音波ライン上の焦点位置が異なる受信信号がそれぞれのメモリで記憶される。
【００３１】
周波数ｆ１用のメモリ２３−１から周波数ｆＮ用のメモリ２３−Ｎに記憶された受信信号は、走査タイミング発生部４のタイミング信号により同時に読み出され、加算回路２９によって加算されることにより１つの多焦点受信超音波ビームで受信した画像信号が形成されて、画像メモリ１６で記憶される。
【００３２】
画像メモリ１６は、受信超音波ビーム１走査分の画像信号を格納するメモリを有し、それぞれのメモリは表示器１７の表示領域に対応している。加算回路２９から入力された画像信号は、その受信超音波ビームに対応するメモリに記憶され、走査タイミング発生部４からの信号の指示によって順次シフトされた受信超音波ビームによって生成された画像信号が対応するメモリに記憶される。
【００３３】
表示器１７は、画像メモリ１６に記憶された画像信号を随時読み出して画像を表示する。
【００３４】
【特許文献１】
特開平７−２６５３０５号公報（第２頁）
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
超音波診断装置では一般に、臓器や腫瘍部などの微細な形状を観測するためにより精細な画像が必要となり、また、人体の臓器は、心臓の鼓動や肺の呼吸などの影響によって微小ではあるが常に動いている状態であり、動いている対象を精密に観測するために、より高速に画像を取得する必要がある。
【００３６】
前述の原理の説明で記述したとおり、複数の周波数を用いてダイナミックフォーカシングする従来の超音波診断装置では、１つの画像を生成するのに必要な時間は、超音波ビームのシフト周期に１走査分の超音波ビームの数Ｐを乗じた時間、すなわち、使用する周波数の数と送受信繰返し周期と１走査分の超音波ビームの数Ｐを乗じた時間となる。
【００３７】
例えば、探触子を押し当てる皮膚から観測する臓器までの距離を１５ｃｍとすると人体内部の超音波の伝播速度は約１，５００ｍ／秒であることから、送受信繰返し周期は約２００μ秒となり、５種の周波数を使った場合は、１本の画像信号を作る時間は、５回の送受信繰返し周期が必要で約１ｍ秒となる。１画面を生成するために必要となる時間は、１走査分の超音波ビームの本数を２００本、すなわち、１画面を生成するための超音波ビームのシフト回数を２００回とすると、２００×１ｍ秒＝２００ｍ秒となる。
【００３８】
一般のテレビジョンの１画面を生成するための時間は約３０ｍ秒であり、これに比較すると上述の例の超音波診断装置では約６倍の時間が必要となる。このように画像生成の時間が長いということは、取得される画像が不鮮明なものとなり、特に、運動している臓器の極めて微小な部位の観測を必要とする超音波診断装置とっては極めて不十分なものとなる。
【００３９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、画像生成の時間を短縮し、さらに、画像信号のＳ／Ｎを向上させることにより微小な対象や動いている対象を鮮明に表示し、微小な部位の正確な観測ができる超音波診断装置を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、周波数の異なる複数の送信信号を用いてダイナミックフォーカシングにより送信超音波ビームおよび受信超音波ビームの生成を行い、これらの超音波ビームを電子走査して画像生成を行う超音波診断装置であって、下記の各手段を具備することを特徴とする。
（イ）各送信信号の周波数スペクトルの中心周波数において、他の送信信号の周波数スペクトルのレベルが予め定めたレベル以下となるように周波数と振幅形状を設定し、これらの複数の送信信号を送受信繰り返し周期毎の送信許容時間内において周波数の高い順に予め定められた間隔で発生する送信信号発生手段
（ロ）前記送信信号発生手段が発生する各送信信号を送信してダイナミックフォーカシングにより送信超音波ビームを形成する送信ビーム形成手段
（ハ）前記送信信号発生手段が発生する各送信信号を送信して受信された受信信号について、ダイナミックフォーカシングにより受信超音波ビームを生成し、その受信超音波ビームの出力を周波数分析して各送信信号の中心周波数成分を抽出し、それを時系列に並べる周波数分析手段
（ニ）前記周波数分析手段で抽出された各時系列の信号について、相互相関処理を行うことにより１超音波ライン上の画像信号を生成する相関処理部
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態は、従来の超音波診断装置では微小な対象や動いている対象を鮮明に表示できず、微小な部位を正確に観測できないという問題を解決すべく、受信の処理において周波数分析手段により各周波数成分が抽出できるような複数の異なる周波数の送信信号を送受信繰返し周期毎の送信許容時間内で予め定められた間隔で発生する送信信号発生手段と、各送信信号に対してそれぞれ超音波ビームを形成する手段とを兼ね備えることにより、送受信繰返し周期毎に複数の周波数の送受信を行わせるようにし、さらに、周波数分析手段により抽出された各周波数成分の時系列信号について相関処理手段によりＳ／Ｎを向上させた画像信号を生成することにより、鮮明な画像を高速で生成し微小な部位の正確な観測ができるようにしたものである。
【００４２】
一般に、超音波診断装置の送信信号は正弦波を矩形パルスで変調した信号が使用される。この信号の周波数スペクトルは、正弦波の周波数を中心とし矩形パルスの長さに半比例した幅を持ち、多くの副極を持つことにより帯域が広がったものとなる。
【００４３】
このため、複数の周波数の送信信号を使った場合、それぞれの送信信号の帯域が重なってしまい各周波数成分が混入し干渉してしまうことになり、どのような周波数分析手段を使用しても１周波数成分だけを抽出することが不可能となる。
【００４４】
従って、従来の超音波診断装置では周波数間の干渉を避けるために、一度に１つの周波数の送信信号を送信してその周波数帯域で受信した後に、次の周期で他の周波数の送信信号を送信し受信するという方法が採られている。このため、複数の周波数の送信信号を使用する場合、それぞれを周期毎に送信し受信しなければならず、多くの時間が必要であった。
【００４５】
そこで本発明では、各送信パルスの周波数スペクトルの中心周波数において、他の送信信号の周波数スペクトルのレベルができるだけ零になるように予め定めたレベル以下の値になるように周波数と振幅形状を設定した複数の送信信号を、送受信繰返し周期毎の送信許容時間内において周波数の高い順に予め定められた間隔で発生する送信信号発生手段を使用することにより、受信において周波数分析手段によって各送信周波数の成分が他の周波数成分の干渉されずに抽出できるようにしたものである。
【００４６】
こうすることにより、１つの送信許容時間内で周波数の異なる多くの送信信号を送信しても、受信信号を周波数分析することにより各中心周波数成分が干渉せずに抽出でき、送受信の回数を大幅に低減出来ることになり高速な画像生成を可能とするものである。
【００４７】
また、周波数分析により抽出した各中心周波数成分を時系列に並べて、それぞれの間で相関処理を行うことによりＳ／Ｎの向上した画像信号を得ることができる。このように本発明では、高速に画像を生成するとともに画像信号のＳ／Ｎを向上させることにより、より鮮明な画像の生成が可能となる。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明のスキャニングソナーの実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の超音波診断装置の実施例の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の超音波診断装置の送受信繰返し周期＝超音波ビームのシフト周期、送信信号波形および送信信号のスペクトルを示す図である。なお、図２は、送信信号の周波数を３種とした場合の例を示すものであり、ｆ１の周波数が最も高く、ｆ２、ｆ３の順で周波数が低くなる。
【００４９】
図１においてパルス発生部５および信号発生部６は、本発明の送信信号発生手段を実現するもので、図２の（ａ）の送受信タイミング図の中の拡大図に示す波形で、図２の（ｂ）の周波数スペクトル図に示すようにｆ１、ｆ２、ｆ３の各周波数において、他の周波数のスペクトルのレベルがほとんど無視できるような低いレベルになるようなスペクトルを有する送信信号を発生する。
【００５０】
走査タイミング発生部４は、図２の（ａ）の送受信タイミング図に示すように送受信繰返し周期毎にタイミング信号を発生するものである。なお、この送受信繰返し周期は、送信時間と観測する対象までの最大距離により定まる受信時間を加えた時間である。
【００５１】
以上により、送受信繰返し周期毎に複数の周波数の送信信号を発生し、受信時間を経過した後に再度同様の送受信を行い、この動作を繰返す。
【００５２】
送信ビーム形成部７は、送信ビーム形成手段を実現するもので、先に記述した従来の超音波診断装置の送信ビーム形成部と同様に送信周波数が高い場合に探触子の近傍に焦点を定め、周波数が低下するに従って焦点の位置を探触子の遠方にずらして送信超音波ビーム形成するもので、パルス発生部５の出力により各送信信号毎にこの動作を行う。
【００５３】
送信走査部８は、送受信繰返し周期毎に超音波ビームを順次シフトして走査を行うものである。送信走査部８では、送信ビーム形成部７から入力された複数の信号をどの振動子に加えるべきかを選定し、１つの超音波ビームでの送受信が終了すると、走査タイミング発生部４が発生する次のタイミング信号によって、ビームを形成する振動子の組を振動子１個分だけ走査方向へシフトする。この動作を繰返すことにより超音波ビームが走査される。
【００５４】
送信アンプ２は探触子１を構成する複数の振動子に対応して複数のチャンネルを有し、送信走査部８で選定された振動子に対応する送信アンプ２のチャンネルに所定の送信信号が入力されそれを電力増幅して振動子に出力する。
【００５５】
以上により、周波数の異なる複数の送信信号をそれぞれの焦点位置が異なるように１送信許容時間内で送信することによって、１つの多焦点送信超音波ビームが形成される。その後、同様の手順で送受信繰返し周期毎に順次送信超音波ビームが走査方向へシフトされて、観測すべき領域に超音波が放射される。
【００５６】
プリアンプ３は、探触子１を構成する複数の振動子に対応して複数のチャンネルを有し、各振動子からの受信信号を増幅して受信走査部９に出力する。
受信走査部９は、送信超音波ビームと同じ超音波ラインに受信超音波ビームを形成するのに必要となるプリアンプのチャンネルを選定し、一つの超音波ビームでの送受信が終了すると、走査タイミング発生部４が発生する次のタイミング信号によって、次の受信超音波ビームの形成に使用する複数のプリアンプのチャンネルへシフトする。この動作を繰返すことにより受信超音波ビームの走査が行われる。
【００５７】
図４の例の場合、振動子１０１から振動子１０７に対応するプリアンプのチャンネルを選定し、振動子１０３から振動子１０５に対応するプリアンプのチャンネルを周波数ｆ１用の受信ビーム形成部２１−１に出力し、振動子１０２から振動子１０６に対応するプリアンプのチャンネルを周波数ｆ２用の受信ビーム形成部２１−２に出力し、振動子１０１から振動子１０７に対応するプリアンプのチャンネルを周波数ｆ３用の受信ビーム形成部（図示していない）に出力する。次に、振動子１０２から振動子１０８に対応するプリアンプのチャンネルへシフトして同様に受信ビーム形成部へ信号を与えることによって、超音波ビームは超音波ビーム２０１から超音波ビーム２０２へとシフトとされる。
【００５８】
周波数ｆ１用の受信ビーム形成部２１−１から周波数ｆＮ用の受信ビーム形成部２１−Ｎまでの各受信ビーム形成部では、指定された周波数ごとに所定の位置に焦点を形成するように入力されたプリアンプ出力に所定の遅延を加えて加算して指定された周波数および焦点のビームを形成する信号を生成して加算部１０に出力する。
【００５９】
加算部１０では入力された全ての信号を加算して１本の多焦点受信超音波ビーム出力信号を生成する。この受信超音波ビーム出力信号は、ＢＰＦ１１で帯域外の不要の成分（ｆ１より高い周波数成分およびｆＮより低い周波数成分）が除去され、周波数変換部１２で、以降の処理がし易いように低い周波数帯域の信号に変換されて、Ａ／Ｄ変換器１３においてデジタル信号に変換される。
【００６０】
ＦＦＴ１４は、本発明の周波数分析手段を実現するもので、周波数分析により各送信信号の中心周波数成分（ｆ１成分、ｆ２成分、……、ｆＮ成分）が抽出されて時系列信号として相関処理部１５に出力する。
【００６１】
相関処理部１５は、入力された信号に対して相関演算を行い、ＦＦＴ１４から出力された各周波数成分の信号に対して、各送信信号からの時間が同一で共通にレベルの高い信号の抽出を行う。この処理により、スペックルやアーティファクトなどの不要なものが除去されてＳ／Ｎが向上した画像信号を生成する。以上により、１送受信繰返し周期での送受信により１つの多周波多焦点受信超音波ビームで受信された画像信号が生成され、画像メモリ１６に出力される。
【００６２】
画像メモリ１６は、受信超音波ビーム１走査分の画像信号を格納するメモリを有し、それぞれのメモリは表示器１７の表示領域に対応している。相関処理部１５から入力された画像信号は、その受信超音波ビームに対応するメモリに記憶され、走査タイミング発生部４からの信号の指示によって順次シフトされた受信超音波ビームによって生成された画像信号が対応するメモリに記憶される。
表示器１７は、画像メモリ１６に記憶された画像信号を随時読み出して画像を表示する。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波診断装置は、１送受信繰返し周期での送信で周波数の異なった複数の送信信号を送信して送信超音波ビームを形成することにより多周波多焦点の送信超音波ビームの生成周期を早めて画像生成の時間を早め、さらに、相関処理によって画像信号のＳ／Ｎを向上させることにより、動いている対象や微小な対象を鮮明に表示する画像を生成できる利点があり、従来の超音波診断装置では観測できなかった微小な腫瘍部などの観測でき、異常部位の早期発見による早期治療などの効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の超音波診断装置の送受信繰返し周期＝超音波ビームのシフト周期、送信信号波形および送信信号のスペクトルを示す図である。
【図３】従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図４】超音波診断装置の超音波ビームの電子走査の原理を示す図である。
【図５】超音波ビームを生成するためにある領域に焦点を作り、その領域の超音波の強度を高める方法の原理を示す図である。
【図６】ダイナミックフォーカシングを用いて１つの超音波ライン上に複数の焦点を有する超音波ビームを生成する原理を示す図である。
【図７】従来の超音波診断装置において３種の周波数を用いた場合の超音波ビームのシフト周期、送受信繰返し周期および送信信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 探触子
２ 送信アンプ
３ プリアンプ
４ 走査タイミング発生部
５ パルス発生部
６ 信号発生部
７ 送信ビーム形成部
８ 送信走査部
９ 受信走査部
１０ 加算部
１１ ＢＰＦ
１２ 周波数変換部
１３ Ａ／Ｄ変換器
１４ ＦＦＴ
１５ 相関処理部
１６ 画像メモリ
１７ 表示器
２１−１ 周波数ｆ１用の受信ビーム形成部
２１−２ 周波数ｆ２用の受信ビーム形成部
２１−Ｎ 周波数ｆＮ用の受信ビーム形成部
２２−１ 周波数ｆ１用のＢＰＦ
２２−２ 周波数ｆ２用のＢＰＦ
２２−Ｎ 周波数ｆＮ用のＢＰＦ
２３−１ 周波数ｆ１用のメモリ
２３−２ 周波数ｆ２用のメモリ
２３−Ｎ 周波数ｆＮ用のメモリ
２４ 送受信タイミング発生部
２５ Ｎ進計数回路
２６ 第１切換器
２７ 検波回路
２８ 第２切換器
２９ 加算回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an ultrasonic diagnostic apparatus used for medical treatment.
[0002]
[Prior art]
An ultrasonic diagnostic apparatus used for medical treatment requires a precise image so that a minute part of an organ to be inspected and observed can be observed even to a minute part. As a method of acquiring a precise image, there is a method of using an ultrasonic wave having a high frequency and a short wavelength to increase the detection resolution of an object, forming an extremely sharp ultrasonic beam, and scanning it at a narrow interval. Have been.
[0003]
FIG. 4 is a diagram showing the principle of an ultrasonic beam and electronic scanning of the ultrasonic diagnostic apparatus. As shown in FIG. 4, the probe has a vibrator 101, a vibrator 102 and a vibrator N arranged in a straight line. In such a linearly arranged probe, the transducers 101 to 107 (not shown in FIG. 4) constituting the probe pass through the center of the transducer 104 and are perpendicular to the probe radiation surface. An ultrasonic beam 201 indicated by oblique lines is formed on the ultrasonic line 301. Similarly, using the transducer 102 to the transducer 108 (omitted in FIG. 4), an ultrasonic beam 202 is formed on an ultrasonic line 302 passing through the center of the transducer 105 and perpendicular to the probe radiation surface. An ultrasonic beam is formed on each of the plurality of ultrasonic lines. By moving the plurality of transducers for transmitting and receiving waves one by one on the transducer array, scanning of the ultrasonic beam is performed.
[0004]
The frequency of the ultrasonic wave used in the ultrasonic diagnostic apparatus is generally megahertz, and the speed at which the ultrasonic wave propagates through the human body is about 1,500 m / sec. Therefore, the wavelength of the ultrasonic wave is 1.5 mm or less. The arrangement interval of the transducers constituting the probe is almost the same as the wavelength of the ultrasonic wave to be used, and the width of the ultrasonic beam is extremely narrow, the same as the wavelength of the ultrasonic wave. , I.e., the distance between the ultrasonic lines is also extremely narrow, approximately the same as the wavelength of the ultrasonic wave.
[0005]
Using an ultrasonic beam that has an extremely narrow beam width and is set at an extremely narrow interval in this way, it also receives an echo signal that is reflected back from an organ of the human body and returned using a narrow ultrasonic beam. By processing the signals, an image signal on one ultrasonic line is generated.
[0006]
The image signal is generated by sequentially transmitting and receiving the ultrasonic beam 201 to generate an image signal on the ultrasonic line 301 and then sequentially generating the image signal on the ultrasonic line 302. By moving, that is, scanning the transmitted and received ultrasonic beams, a plurality of image signals on a plurality of ultrasonic lines are generated, and an image is generated by displaying these image signals side by side.
[0007]
FIG. 5 is a diagram showing the principle of a method of setting a focal point in a certain region for generating an ultrasonic beam and increasing the intensity of ultrasonic waves in that region, in which five transducers are equally spaced at a transducer interval d. Fig. 2 shows the case of probes arranged in a straight line.
[0008]
In FIG. 5, when the focal point is formed at a point at a distance L on a line passing through the center of the central oscillator 203 and perpendicular to the probe radiation surface (the line of the array of the oscillators), 2 And a time delay corresponding to the distance of 3 , And a time delay corresponding to the distance 2 By giving a time delay corresponding to the distance, the respective transducers are apparently arranged in a circumferential shape with a radius r around the focal point. By such an operation, in the case of transmission, the intensity of the ultrasonic wave in the region near the focal point (the region indicated by diagonal lines in FIG. 5) is increased, and in the case of reception, the region near the focal point (shaded region in FIG. 5) is similarly increased. Region) is strengthened.
[0009]
The operation of moving the focal point is called dynamic focusing, and FIG. 6 is a diagram showing the principle of generating an ultrasonic beam having a plurality of focal points on one ultrasonic line using dynamic focusing.
[0010]
FIG. 6 shows a probe in which seven transducers are linearly arranged at regular intervals at a transducer distance d. First, three transducers 303, 304 and 305 are shown. The vibrator 304 is r using A -L A The focal point A is formed by giving a delay time corresponding to the propagation time of the distance A and transmitting the signal. Next, using the five transducers from the transducer 302 to the transducer 306, r B From the focal point B by giving a delay time corresponding to the propagation time of the distance obtained by subtracting the distance between each transducer and the focal point B, and further using the seven transducers 301 to 307. From the oscillator 302 to the oscillator 306, r C Then, the focal point C is formed by giving a delay time corresponding to the propagation time of a distance obtained by subtracting the distance between each transducer and the focal point C.
[0011]
By moving the focal position on the ultrasonic line and transmitting it in this way, that is, by combining transmissions having a plurality of focal points having different distances, it is possible to increase the intensity of ultrasonic waves in a region near a plurality of focal points. Ultrasonic beams (shaded regions in FIG. 6) can be formed. In the case of reception, a plurality of channels are provided corresponding to a plurality of focal points A, B, and C at different positions on the ultrasonic line based on the same principle as in the case of transmission, and the output of each channel is synthesized. Thus, an ultrasonic beam can be formed (for example, see Patent Document 1).
[0012]
As the frequency of the ultrasonic wave used in the ultrasonic diagnostic apparatus, a high frequency of megahertz is used to increase the resolution as described above. As the frequency increases, the absorption inside the human body increases. Therefore, in order to observe an organ or the like in the center of the human body, an ultrasonic wave having a low absorption and a low frequency must be used.
[0013]
For this reason, a method is adopted in which a high frequency is used to form a region near the probe at the focal point A in FIG. 6, and a lower frequency is used as the distance from the focal point B and the focal point C increases. .
[0014]
FIG. 7 is a diagram showing a shift period of an ultrasonic beam, a transmission / reception repetition period, and a waveform of a transmission signal when three types of frequencies are used in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. First, the high frequency f 1 And then f 1 Is received for a predetermined time. Note that this f 1 Is set in the vicinity of the probe corresponding to the focus A in FIG.
[0015]
f 1 F 1 If the time until the end of the reception is the transmission / reception repetition cycle, in the next transmission / reception repetition cycle, f 2 Are transmitted and received, and the focal point is set at a position corresponding to the focal point B in FIG. In the subsequent transmission and reception repetition cycle, f 3 Is transmitted and received, and the focal point is set at a position furthest from the probe corresponding to the focal point C in FIG.
[0016]
Above f 1 From sending and receiving f 3 The transmission / reception of the above forms one ultrasonic beam that has been dynamically focused, and the received output is processed to generate image data of the region of the ultrasonic beam. Next, an operation of shifting the transmission / reception ultrasonic beam, that is, shifting from the ultrasonic beam 201 to the ultrasonic beam 202 in FIG. 4 and processing the reception output, generates image data in the region of the ultrasonic beam 202. Is done.
[0017]
When three types of frequencies are used, as shown in FIG. 7, the time for forming one ultrasonic beam, that is, the shift period of the ultrasonic beam is obtained by multiplying the transmission / reception repetition period by the number 3 of the frequency. Therefore, when the number of ultrasonic beams shown in FIG. 4 is P, the time required to generate one image is the time obtained by multiplying the shift period of the ultrasonic beam by P, that is, the number of frequencies to be used. And the time obtained by multiplying the transmission / reception repetition cycle by the number of ultrasonic beams.
[0018]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus which embodies the above-described operation principle. In FIG. 3, the frequency f 1 To f N This shows the case where N types up to N are used.
The transmission / reception timing generator 24 generates a timing pulse in accordance with a predetermined transmission / reception repetition cycle and outputs the timing pulse to the N-ary counting circuit 25.
The N-ary counting circuit 25 counts the pulses from the transmission / reception timing generator 24 and designates the frequency to be transmitted / received to / from the signal generator 6, and also includes the transmission beam former 7, the first switch 26, and the second switch 26. In accordance with the pulse from the transmission / reception timing generation unit 24, the switching timing in each of these units is designated. The N-ary counting circuit 25 also counts the pulses from the transmission / reception timing generator 24 and outputs a scan timing signal to the scan timing generator 4 every (N + 1) pulses.
[0019]
The signal generator 6 outputs the signal f designated by the N-ary counting circuit 25 with a predetermined pulse width. 1 To f N , And outputs the signal to the transmission beam forming unit 7.
The transmission beam forming unit 7 applies a predetermined delay to a transmission signal of a predetermined transducer so that a predetermined position corresponding to each frequency of the input transmission signal can be focused, and a transmission scanning unit. 8 is output.
[0020]
Referring to FIG. 6 described above, first, the frequency f 1 , The signals to be applied to the vibrator 303 and the vibrator 305 are the same, and a signal is given to the vibrator 304 with a delay such that the focal point A can be formed. Next, the frequency f 2 With respect to the transmission signal of (1), a signal to be applied to five transducers from the transducer 302 to the transducer 306 is generated so that the focal point B can be formed. Finally, the frequency f 3 With respect to the transmission signal of (1), a signal to be applied to seven transducers from the transducer 301 to the transducer 307 is generated so that the focal point C can be formed.
[0021]
The scanning timing generator 4 generates a timing signal for shifting the transmission ultrasonic beam and the reception ultrasonic beam and outputs the timing signal to the transmission scanning unit 8 and the reception scanning unit 9. 4 and FIG. 7, the signal generated by the scanning timing generator 4 is a signal for shifting the ultrasonic beam 201 shown in FIG. 4 to the ultrasonic beam 202, and the shift period of the ultrasonic beam shown in FIG. Occurs every time.
[0022]
The transmission scanning section 8 performs an operation for sequentially shifting and scanning the transmission ultrasonic beam. The transmission scanning unit 8 selects to which transducer a plurality of signals input from the transmission beam forming unit 7 are to be applied, and when the transmission and reception by one ultrasonic beam is completed, the scanning timing generation unit 4 generates. The next timing signal causes a shift to select a plurality of transducers to be used next.
[0023]
By repeating this operation, the transmitted ultrasonic beam is sequentially shifted and beam scanning is performed. In the case of the example of FIG. 4, a predetermined signal is given from the transducer 101 to the transducer 107 to generate an ultrasonic beam 201, and then a predetermined signal is given from the transducer 102 to the transducer 108 to generate an ultrasonic beam 202. , The ultrasonic beam is shifted from the ultrasonic beam 201 to the ultrasonic beam 202.
[0024]
The transmission amplifier 2 has a plurality of channels corresponding to the plurality of transducers constituting the probe 1, and transmits a predetermined transmission signal to a channel of the transmission amplifier 2 corresponding to the transducer specified by the transmission scanning unit 8. Input, amplify the power and output to the vibrator.
[0025]
As described above, transmission with different frequency and focal position is performed for each transmission / reception cycle, and this operation is performed for all N types of frequencies to form one dynamically focused transmission ultrasonic beam. Transmission ultrasonic beams are sequentially formed by the procedure, and the ultrasonic waves are emitted to the region to be observed.
[0026]
The preamplifier 3 has a plurality of channels corresponding to the plurality of transducers constituting the probe 1, amplifies a reception signal from each transducer, and outputs the signal to the reception scanning unit 9.
The reception scanning unit 9 selects a plurality of preamplifier channels so as to generate a focus at a predetermined position for each transmission frequency, and outputs output signals of the selected plurality of preamplifiers at a frequency f. 1 The signal of the channel corresponding to 1 Frequency f N The signal of the channel corresponding to N Output to the receiving beam forming unit 21-N.
[0027]
Frequency f 1 Frequency f from the receiving beam forming unit 21-1 N The receiving beam forming units up to the receiving beam forming unit 21-N select a channel of the preamplifier output input so as to form a focus at a predetermined position for each designated frequency and add a predetermined delay. And add to generate a signal that forms a beam at the specified frequency and focus, at frequency f 1 For the frequency f 1 Frequency BPF 22-1 N For the frequency f N To the BPF 22-N for use.
[0028]
Frequency f 1 From the BPF 22-1 to the frequency f N The unnecessary BPF 22-N removes unnecessary components outside the band.
The first switch 26 receives the frequency f according to a command from the N-ary counting circuit 25. 1 The frequency f 1 Output of the BPF 22-1 is selected, and the frequency f N The frequency f N And outputs it to the detection circuit 27.
[0029]
The signal detected by the detection circuit 27 is converted into a digital signal by the A / D converter 13 and input to the second switch 28.
The second switch 28 operates similarly to the first switch 26 to control the frequency f 1 , The output of the A / D converter 13 is set to the frequency f 1 Memory 23-1 stores the frequency f N , The output of the A / D converter 13 is set to the frequency f N Output to the memory 23-N.
[0030]
As described above, received signals having different frequencies and different focal positions on a predetermined ultrasonic line for each transmission / reception repetition cycle are stored in the respective memories.
[0031]
Frequency f 1 From memory 23-1 for frequency f N Signals stored in the memory 23-N are simultaneously read out by the timing signal of the scanning timing generator 4 and added by the adding circuit 29 to thereby receive an image signal received by one multifocal reception ultrasonic beam. Is formed and stored in the image memory 16.
[0032]
The image memory 16 has a memory for storing image signals for one scan of the received ultrasonic beam, and each memory corresponds to a display area of the display 17. The image signal input from the addition circuit 29 is stored in a memory corresponding to the received ultrasonic beam, and an image signal generated by the received ultrasonic beam sequentially shifted according to a signal instruction from the scanning timing generation unit 4 is generated. It is stored in the corresponding memory.
[0033]
The display 17 reads out the image signal stored in the image memory 16 as needed and displays the image.
[0034]
[Patent Document 1]
JP-A-7-265305 (page 2)
[0035]
[Problems to be solved by the invention]
Ultrasound diagnostic equipment generally requires finer images to observe minute shapes such as organs and tumors.Organs in the human body are small due to the effects of heartbeat and lung respiration. It is always in a moving state, and it is necessary to acquire an image at a higher speed in order to precisely observe a moving object.
[0036]
As described in the above description of the principle, in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus that performs dynamic focusing using a plurality of frequencies, the time required to generate one image is equivalent to one scan per shift period of the ultrasonic beam. Multiplied by the number P of ultrasonic beams, ie, the number of frequencies to be used, the transmission / reception repetition period, and the number P of ultrasonic beams for one scan.
[0037]
For example, if the distance from the skin against which the probe is pressed to the organ to be observed is 15 cm, the ultrasonic wave propagation velocity inside the human body is about 1,500 m / sec, and the transmission / reception repetition cycle is about 200 μs, and In the case of using different frequencies, the time required to generate one image signal is about 1 ms, which requires five transmission / reception repetition periods. The time required to generate one screen is 200 × 1 m, assuming that the number of ultrasonic beams for one scan is 200, that is, the number of shifts of the ultrasonic beam for generating one screen is 200 times. Second = 200 ms.
[0038]
The time required to generate one screen of a general television is about 30 msec. In comparison with this, the ultrasonic diagnostic apparatus of the above-described example requires about six times as much time. Such a long image generation time makes the acquired image unclear, and is particularly inadequate for an ultrasonic diagnostic apparatus that requires observation of extremely small parts of a moving organ. Will be enough.
[0039]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the related art, an object of the present invention is to reduce the time required for image generation and further improve the S / N of an image signal to clearly display a minute object or a moving object. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of accurately observing a minute part.
[0040]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention performs generation of a transmission ultrasonic beam and a reception ultrasonic beam by dynamic focusing using a plurality of transmission signals having different frequencies. Is an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an image by electronically scanning the electronic apparatus, and includes the following units.
(A) At the center frequency of the frequency spectrum of each transmission signal, the frequency and amplitude shape are set so that the level of the frequency spectrum of the other transmission signal is equal to or lower than a predetermined level, and the transmission and reception of these transmission signals are repeated. Transmission signal generating means for generating at predetermined intervals in descending order of frequency within the permissible transmission time for each cycle
(B) Transmission beam forming means for transmitting each transmission signal generated by the transmission signal generation means and forming a transmission ultrasonic beam by dynamic focusing
(C) For each reception signal transmitted and transmitted by the transmission signal generation means, a reception ultrasonic beam is generated by dynamic focusing with respect to the reception signal, and the output of the reception ultrasonic beam is subjected to frequency analysis to perform each transmission. Frequency analysis means for extracting the center frequency component of a signal and arranging it in time series
(D) A correlation processing unit that generates an image signal on one ultrasonic line by performing a cross-correlation process on each time-series signal extracted by the frequency analysis unit.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention provide a method of performing frequency analysis in reception processing in order to solve the problem that a conventional ultrasonic diagnostic apparatus cannot clearly display a small object or a moving object and cannot accurately observe a small part. Means for generating transmission signals of a plurality of different frequencies such that each frequency component can be extracted by the means at predetermined intervals within a transmission allowable time for each transmission and reception repetition cycle; By also having a means for forming a sound wave beam, transmission and reception of a plurality of frequencies are performed at each transmission and reception repetition cycle. Further, the time series signal of each frequency component extracted by the frequency analysis means is subjected to S By generating an image signal with improved / N, a clear image can be generated at a high speed and accurate observation of a minute part can be performed. It is.
[0042]
Generally, a signal obtained by modulating a sine wave with a rectangular pulse is used as a transmission signal of an ultrasonic diagnostic apparatus. The frequency spectrum of this signal has a width centered on the frequency of the sine wave and is half proportional to the length of the rectangular pulse, and has a wide band due to having many sub-poles.
[0043]
For this reason, when transmission signals of a plurality of frequencies are used, the bands of the transmission signals are overlapped, and each frequency component is mixed and interfered. It becomes impossible to extract only frequency components.
[0044]
Therefore, in order to avoid interference between frequencies, the conventional ultrasonic diagnostic apparatus transmits a transmission signal of one frequency at a time, receives the transmission signal in that frequency band, and then transmits a transmission signal of another frequency in the next cycle. And receiving the message. For this reason, when using transmission signals of a plurality of frequencies, each of them has to be transmitted and received in each cycle, which requires a lot of time.
[0045]
Therefore, in the present invention, at the center frequency of the frequency spectrum of each transmission pulse, the frequency and the amplitude shape are set so that the level of the frequency spectrum of the other transmission signal becomes a value equal to or less than a predetermined level so that the level of the frequency spectrum becomes zero as much as possible. By using transmission signal generating means for generating a plurality of transmission signals at predetermined intervals in descending order of frequency within a permissible transmission time for each transmission and reception repetition cycle, the components of each transmission frequency are received by the frequency analysis means during reception. The frequency components can be extracted without interference.
[0046]
In this way, even if many transmission signals having different frequencies are transmitted within one transmission allowable time, each center frequency component can be extracted without interference by frequency analysis of the reception signal, and the number of transmission / reception can be greatly increased. Thus, high-speed image generation is enabled.
[0047]
Further, by arranging the respective center frequency components extracted by the frequency analysis in a time series and performing a correlation process between the respective components, it is possible to obtain an image signal with an improved S / N. As described above, according to the present invention, a clearer image can be generated by generating an image at high speed and improving the S / N of the image signal.
[0048]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the scanning sonar of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a transmission / reception repetition cycle = a shift cycle of an ultrasonic beam, a transmission signal waveform, and a spectrum of a transmission signal of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. FIG. 2 shows an example in which the transmission signal has three frequencies, and f 1 Has the highest frequency and f 2 , F 3 The frequency decreases in the order of.
[0049]
In FIG. 1, a pulse generator 5 and a signal generator 6 realize the transmission signal generator of the present invention, and have the waveforms shown in the enlarged view of the transmission / reception timing diagram of FIG. As shown in the frequency spectrum diagram of FIG. 1 , F 2 , F 3 , A transmission signal having a spectrum in which the level of the spectrum of the other frequency becomes a negligibly low level is generated.
[0050]
The scanning timing generator 4 generates a timing signal for each transmission / reception repetition cycle as shown in the transmission / reception timing diagram of FIG. The transmission / reception repetition period is a time obtained by adding the transmission time and the reception time determined by the maximum distance to the observation target.
[0051]
As described above, transmission signals of a plurality of frequencies are generated for each transmission and reception repetition cycle, and after the reception time has elapsed, the same transmission and reception are performed again, and this operation is repeated.
[0052]
The transmission beam forming unit 7 realizes a transmission beam forming unit, and determines a focus near the probe when the transmission frequency is high, similarly to the transmission beam forming unit of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus described above. The transmission ultrasonic beam is formed by shifting the focus position to a position farther away from the probe as the frequency decreases. This operation is performed for each transmission signal by the output of the pulse generator 5.
[0053]
The transmission scanning unit 8 performs scanning by sequentially shifting the ultrasonic beam in each transmission and reception repetition cycle. The transmission scanning unit 8 selects to which transducer a plurality of signals input from the transmission beam forming unit 7 are to be applied, and when the transmission and reception by one ultrasonic beam is completed, the scanning timing generation unit 4 generates. In response to the next timing signal, a set of transducers forming a beam is shifted in the scanning direction by one transducer. The ultrasonic beam is scanned by repeating this operation.
[0054]
The transmission amplifier 2 has a plurality of channels corresponding to the plurality of transducers constituting the probe 1, and a predetermined transmission signal is transmitted to a channel of the transmission amplifier 2 corresponding to the transducer selected by the transmission scanning unit 8. The input power is amplified and output to the vibrator.
[0055]
As described above, one multi-focus transmission ultrasonic beam is formed by transmitting a plurality of transmission signals having different frequencies so as to have different focal positions within one transmission allowable time. Thereafter, the transmission ultrasonic beam is sequentially shifted in the scanning direction in each transmission and reception repetition cycle in the same procedure, and the ultrasonic wave is emitted to the region to be observed.
[0056]
The preamplifier 3 has a plurality of channels corresponding to the plurality of transducers constituting the probe 1, amplifies a reception signal from each transducer, and outputs the signal to the reception scanning unit 9.
The reception scanning unit 9 selects a preamplifier channel necessary for forming the reception ultrasonic beam on the same ultrasonic line as the transmission ultrasonic beam, and when transmission / reception with one ultrasonic beam is completed, the scanning timing generation is performed. The next timing signal generated by the unit 4 shifts to a plurality of preamplifier channels used for forming the next received ultrasonic beam. By repeating this operation, scanning of the received ultrasonic beam is performed.
[0057]
In the case of the example of FIG. 4, the preamplifier channel corresponding to the vibrator 107 is selected from the vibrator 101, and the preamplifier channel corresponding to the vibrator 105 is set to the frequency f. 1 To the receiving beam forming section 21-1, and the channels of the preamplifiers corresponding to the oscillators 102 to 106 are changed to the frequency f 2 To the receiving beam forming unit 21-2 for the preamplifier corresponding to the vibrator 101 to the vibrator 107. 3 To a receiving beam forming unit (not shown) for use. Next, the ultrasonic beam is shifted from the ultrasonic beam 201 to the ultrasonic beam 202 by shifting from the transducer 102 to the channel of the preamplifier corresponding to the transducer 108 and similarly supplying a signal to the reception beam forming unit. Is done.
[0058]
Frequency f 1 Frequency f from the receiving beam forming unit 21-1 N The reception beam forming units up to the reception beam forming unit 21-N add and add a predetermined delay to a preamplifier output input so as to form a focus at a predetermined position for each specified frequency and specify the focus. A signal for forming a beam having the frequency and the focal point thus generated is generated and output to the adding unit 10.
[0059]
The adder 10 adds all the input signals to generate one multifocal reception ultrasonic beam output signal. This received ultrasonic beam output signal is converted into an unnecessary component (f 1 Higher frequency components and f N The lower frequency component is removed, the signal is converted into a signal in a lower frequency band by the frequency converter 12 so that the subsequent processing is easy, and the signal is converted into a digital signal by the A / D converter 13.
[0060]
The FFT 14 implements the frequency analysis means of the present invention, and performs frequency analysis to determine the center frequency component (f 1 Component, f 2 Component, ..., f N Component) is extracted and output to the correlation processing unit 15 as a time-series signal.
[0061]
The correlation processing unit 15 performs a correlation operation on the input signal, and extracts a signal having the same time and the same high level from each transmission signal for each frequency component signal output from the FFT 14. Do. By this processing, unnecessary signals such as speckles and artifacts are removed, and an image signal with an improved S / N is generated. As described above, an image signal received by one multifrequency multifocal reception ultrasonic beam is generated by transmission and reception in one transmission and reception repetition cycle, and is output to the image memory 16.
[0062]
The image memory 16 has a memory for storing image signals for one scan of the received ultrasonic beam, and each memory corresponds to a display area of the display 17. The image signal input from the correlation processing unit 15 is stored in a memory corresponding to the received ultrasonic beam, and the image signal generated by the received ultrasonic beam sequentially shifted by the instruction of the signal from the scanning timing generation unit 4 Are stored in the corresponding memory.
The display 17 reads out the image signal stored in the image memory 16 as needed and displays the image.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention transmits a plurality of transmission signals having different frequencies during transmission in one transmission / reception repetition cycle to form a transmission ultrasonic beam, thereby performing multi-frequency multi-focus transmission. By shortening the generation time of the image by shortening the generation period of the ultrasonic beam and further improving the S / N of the image signal by the correlation processing, it is possible to generate an image that clearly displays a moving object or a minute object. There is an advantage, and it is possible to observe a minute tumor part or the like that could not be observed with the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, and an effect such as early treatment by early detection of an abnormal part can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a transmission / reception repetition cycle = a shift cycle of an ultrasonic beam, a transmission signal waveform, and a spectrum of a transmission signal of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.
FIG. 4 is a diagram illustrating a principle of electronic scanning of an ultrasonic beam of the ultrasonic diagnostic apparatus.
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of a method of creating a focal point in an area for generating an ultrasonic beam and increasing the intensity of ultrasonic waves in the area.
FIG. 6 is a diagram illustrating a principle of generating an ultrasonic beam having a plurality of focal points on one ultrasonic line using dynamic focusing.
FIG. 7 is a diagram showing a shift period of an ultrasonic beam, a transmission / reception repetition period, and a waveform of a transmission signal when three types of frequencies are used in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.
[Explanation of symbols]
1 probe
2 Transmission amplifier
3 Preamplifier
4 Scan timing generator
5 Pulse generator
6 signal generator
7 Transmit beam forming unit
8 Transmission scanning section
9 Reception scanning unit
10 Addition unit
11 BPF
12 Frequency converter
13 A / D converter
14 FFT
15 Correlation processing unit
16 Image memory
17 Display
21-1 Frequency f 1 Beam forming unit for
21-2 Frequency f 2 Beam forming unit for
21-N frequency f N Beam forming unit for
22-1 Frequency f 1 BPF for
22-2 Frequency f 2 BPF for
22-N frequency f N BPF for
23-1 Frequency f 1 Memory for
23-2 Frequency f 2 Memory for
23-N frequency f N Memory for
24 Transmission / reception timing generator
25 N-ary counting circuit
26 First switch
27 Detection circuit
28 Second switch
29 Addition circuit
