JP2005095320A - Ultrasonic transceiver and ultrasonic transceiving method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To create an image using detecting signals of vibro-sound formed by reflectedly propagating the vibro-sound generated in a subject from a reflection body in the subject, in an ultrasonic transceiver. <P>SOLUTION: This ultrasonic transceiver is provided with transmitting elements 11 and 12 transmitting ultrasonic wave to the subject according to a plurality of impressed drive signals; synthesizers 21 and 22 generating the plurality of drive signals to be impressed to the transmitting elements 11 and 21 respectively; a system control part 41 transmitting the ultrasonic wave having frequency f<SB>1</SB>from the transmitting element 11 toward an area in the subject and controlling the synthesizers 21 and 22 to transmit the ultrasonic wave having frequency f<SB>2</SB>from the transmitting element 12; a plurality of receiving parts 15a and 15c receiving the vibro-sound generated in the subject and outputting a plurality of detecting signals respectively; and a correlation part 45 and a reflected position estimating arithmetic part 46 computing a plurality of detecting signals output from the receiving parts 15a-15c respectively and generating information related to the reflection area in the subject reflecting the received vibro-sound. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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等を行うために用いられる超音波送受信装置及び超音波送受信方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transmission / reception apparatus and an ultrasonic transmission / reception method that are used for diagnosis of an organ in a living body by transmitting / receiving ultrasonic waves.

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な画像技術が開発されている。その中でも、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、X線写真やRI(radio isotope)シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い画像技術として、産科領域における胎児診断、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。   In the medical field, various imaging techniques have been developed in order to perform diagnosis by observing the inside of a subject. Among them, ultrasonic imaging that acquires internal information of a subject by transmitting and receiving ultrasonic waves is not exposed to radiation unlike other medical imaging techniques such as X-ray photographs and RI (radio isotope) scintillation cameras. Therefore, ultrasonic imaging is used in a wide range of areas including fetal diagnosis, gynecology, circulatory system, digestive system, etc. in the obstetric field as a highly safe imaging technique.

超音波撮像においては、音響インピーダンスの異なる物質の境界において反射された超音波を検出することにより、画像を生成する。ここで、一般に、超音波は周波数が高いほど減衰し易い性質を有している。そのため、被検体の浅部を撮像する場合には、比較的高い周波数(例えば、5MHz程度)の超音波が用いられ、被検体の深部を撮像する場合には、比較的低い周波数(例えば、2MHz程度)の超音波が用いられている。特に、骨部のように、音響インピーダンスの差が大きい境界が存在する場合には、比較的低い周波数(例えば、0.5MHz)の超音波が用いられる。   In ultrasonic imaging, an image is generated by detecting ultrasonic waves reflected at the boundary between substances having different acoustic impedances. Here, in general, ultrasonic waves have a property of being easily attenuated as the frequency increases. Therefore, when imaging a shallow part of a subject, ultrasonic waves with a relatively high frequency (for example, about 5 MHz) are used, and when imaging a deep part of the subject, a relatively low frequency (for example, 2 MHz). Degree) ultrasound is used. In particular, when there is a boundary having a large difference in acoustic impedance, such as a bone, an ultrasonic wave having a relatively low frequency (for example, 0.5 MHz) is used.

ところで、超音波ビームの方位分解能ΔYは円形開口の2次元アレイの場合、方位分解能ΔYは、焦点距離Fと、超音波の波長λと、開口の直径Dとを用いて、次のように表される。
ΔY=1.22×F×λ/D
同じ大きさの開口であれば、超音波の波長λが小さいほど、即ち、超音波の周波数が高いほど、ΔYの値が小さくなり、方位分解能が良くなる。反対に、超音波の波長λが大きいほど、即ち、超音波の周波数が低いほど、ΔYの値が大きくなり、方位分解能が低下する。一方、開口の大きさは、被検体の大きさとの関係により、一定の大きさに制限される。そのため、被検体の深部を撮像するために低い周波数の超音波を用いると、方位分解能が低くなってしまうので、骨の内部のような深部の微細な構造を画像化することができない。
By the way, in the case of a two-dimensional array of circular apertures, the azimuth resolution ΔY of the ultrasonic beam is expressed as follows using the focal length F, the wavelength λ of the ultrasonic wave, and the diameter D of the aperture. Is done.
ΔY = 1.22 × F × λ / D
If the aperture has the same size, the smaller the wavelength λ of the ultrasonic wave, that is, the higher the frequency of the ultrasonic wave, the smaller the value of ΔY and the better the azimuth resolution. On the contrary, the larger the wavelength λ of the ultrasonic wave, that is, the lower the frequency of the ultrasonic wave, the larger the value of ΔY and the lower the azimuth resolution. On the other hand, the size of the opening is limited to a certain size depending on the relationship with the size of the subject. Therefore, if low-frequency ultrasonic waves are used to image the deep part of the subject, the azimuth resolution becomes low, so that it is impossible to image a fine structure in the deep part such as the inside of a bone.

ところで、周波数が僅かに異なる2つの超音波を物体に照射すると、超音波を照射された部分から、2つの超音波の周波数の差に相当する周波数を有する振動が発生することが知られている。この振動は、バイブロ(vibro)音とも呼ばれている。非特許文献1によれば、バイブロ音が発生するメカニズムは、次のように考えられている。即ち、(1)被検体の検査位置におけるインピーダンスの変化や、超音波の吸収及び拡散による放射圧、又は、(2)非線形干渉によって生成された音響ビームの反射といった物理現象によるものであると説明されている。   By the way, it is known that when an object is irradiated with two ultrasonic waves having slightly different frequencies, a vibration having a frequency corresponding to the difference between the frequencies of the two ultrasonic waves is generated from the portion irradiated with the ultrasonic waves. . This vibration is also called a vibro sound. According to Non-Patent Document 1, a mechanism for generating a vibro sound is considered as follows. That is, it is explained that it is due to a physical phenomenon such as (1) a change in impedance at the examination position of the subject, radiation pressure due to absorption and diffusion of ultrasonic waves, or (2) reflection of an acoustic beam generated by nonlinear interference Has been.

このようなバイブロ音は、数kHz程度の可聴域〜数百kHz程度の超音波帯域の周波数を有しているので、例えば、音響インピーダンスの差が大きい境界を通過したり、被検体の深部から戻ってきたバイブロ音であっても、十分な強度を有する信号を取得することができる。また、バイブロ音を発生させる際には高周波の超音波が用いられるので、バイブロ音による走査領域を細く絞って高分解能を実現することができる。そこで、非特許文献1には、バイブロ音を用いて、被検体から取り出した骨の内部について画像化することが記載されている。また、非特許文献2には、被検体の深部の微細構造を画像化することが記載されている。さらに、特許文献1には、バイブロ音を可聴域で受信することが開示されている。また、特許文献2には、バイブロ音を発生させるために、多リングアニュラアレイを用いたり、複数の超音波トランスデューサを用いて電子スキャンすることが開示されている。   Since such a vibro sound has an audible range of several kHz to an ultrasonic band of about several hundred kHz, for example, it passes through a boundary where the difference in acoustic impedance is large, or from the deep part of the subject. Even with the vibro sound that has returned, a signal having sufficient intensity can be obtained. In addition, since high-frequency ultrasonic waves are used when generating a vibro sound, a high resolution can be realized by narrowing down the scanning area of the vibro sound. Therefore, Non-Patent Document 1 describes that the inside of a bone taken out from a subject is imaged using a vibro sound. Non-Patent Document 2 describes that a fine structure in a deep part of a subject is imaged. Furthermore, Patent Document 1 discloses receiving a vibro sound in an audible range. Patent Document 2 discloses that electronic scanning is performed using a multi-ring annular array or a plurality of ultrasonic transducers in order to generate vibro sound.

これらの文献においては、送信素子(1次音源)から送信された2つの超音波が共に焦点を形成した位置(2次音源)からバイブロ音が発生するものとして取り扱い、そのバイブロ音を、1つの無指向性の受信素子を用いて受信することにより、音波情報を収集している。しかしながら、被検体内においては、2次音源から発生したバイブロ音が他の組織等の反射体から反射されることにより、反射体の位置を音源(3次音源)とするバイブロ音(バイブロ音の間接波)が発生しているものと考えられる。しかしながら、従来、そのようなバイブロ音の間接波を受信して画像化することは行われていなかった。   In these documents, it is assumed that a vibro sound is generated from a position (secondary sound source) where two ultrasonic waves transmitted from a transmitting element (primary sound source) form a focal point. Sound wave information is collected by receiving using a non-directional receiving element. However, in the subject, the vibro sound generated from the secondary sound source is reflected from a reflector such as another tissue, so that the vibro sound (vibration sound) having the position of the reflector as the sound source (tertiary sound source) is obtained. Indirect waves are considered to have occurred. However, conventionally, such an indirect wave of vibro sound has not been received and imaged.

また、バイブロ音の周波数は、可聴域、又は、それより少し高い周波数帯域に含まれるので、バイブロ音を受信する際には、それらの帯域をカバーする受信素子が用いられる。そのような帯域の音波や超音波は、空気中においても散乱されずに伝播する。そのため、超音波診断において一般的に用いられる周波数帯域(例えば、3MHz〜10NHz)を受信する場合には問題にはならないが、バイブロ音を受信する場合には、空気中を伝播する音波や超音波が検出信号に混入してしまうので、超音波診断の妨げになるおそれがある。
米国特許US5,903,516号明細書 米国特許US5,991,239号明細書 サミュエル カレ(Samuel Calle)等、「骨弾性撮像へのバイブロ音響記録法の応用(Application of Vibro-Acoustography to Bone Elasticity Imaging)」、2001 IEEE超音波シンポジウム、第1601頁〜第1605頁 ファテミ(Fatemi)、グリーンリーフ(Greenleaf)、「超音波刺激による振動音分波法(Ultrasound-Stimulated Vibro-Acoustic Spectrography)」、サイエンス(SCIENCE)、第280巻、1998年4月3日、第82頁〜第85頁
In addition, since the frequency of the vibro sound is included in the audible range or a frequency band slightly higher than that, a receiving element that covers these bands is used when receiving the vibro sound. Sound waves and ultrasonic waves in such a band propagate without being scattered even in the air. Therefore, there is no problem when receiving a frequency band generally used in ultrasonic diagnosis (for example, 3 MHz to 10 NHz), but when receiving a vibro sound, a sound wave or an ultrasonic wave propagating in the air. May be mixed into the detection signal, which may hinder ultrasonic diagnosis.
US Pat. No. 5,903,516 US Pat. No. 5,991,239 Samuel Calle et al., “Application of Vibro-Acoustography to Bone Elasticity Imaging”, 2001 IEEE Ultrasound Symposium, pages 1601-1605. Fatemi, Greenleaf, “Ultrasound-Stimulated Vibro-Acoustic Spectrography”, Science, 280, April 3, 1998, 82 Pages-85

そこで、本発明は、超音波送受信装置及び超音波送受信方法において、超音波を送信することによって発生したバイブロ音だけでなく、そのようなバイブロ音が被検体内の反射体に反射することによって2次的に伝播するバイブロ音の検出信号を用いて画像を生成することを第1の目的とする。また、本発明は、バイブロ音を受信して画像を生成する超音波送受信装置及び超音波送受信方法において、空気中を伝播する音波や超音波による雑音の影響を低減することを第2の目的とする。   Therefore, the present invention provides an ultrasonic transmission / reception apparatus and an ultrasonic transmission / reception method that reflect not only a vibro sound generated by transmitting an ultrasonic wave but also such a vibro sound reflected by a reflector in a subject. A first object is to generate an image using a vibro sound detection signal that propagates next. A second object of the present invention is to reduce the influence of noise caused by sound waves and ultrasonic waves propagating in the air in an ultrasonic transmission / reception apparatus and an ultrasonic transmission / reception method for generating an image by receiving vibro sound. To do.

上記の課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る超音波送受信装置は、印加される複数の駆動信号に従って被検体に超音波をそれぞれ送信する第1の送信手段及び第2の送信手段と、該第1及び第2の送信手段にそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、第1の送信手段から被検体内の領域に向けて第1の超音波を送信すると共に、第2の送信手段から上記領域に向けて第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波を送信するように、駆動信号生成手段を制御する制御手段と、上記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して複数の検出信号をそれぞれ出力する複数の受信手段と、該複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成する演算手段とを具備する。   In order to solve the above-described problem, an ultrasonic transmission / reception apparatus according to a first aspect of the present invention includes a first transmission unit and a second transmission that respectively transmit ultrasonic waves to a subject according to a plurality of applied drive signals. Means, drive signal generating means for generating a plurality of drive signals respectively applied to the first and second transmitting means, and a first ultrasonic wave from the first transmitting means toward a region in the subject. A control means for controlling the drive signal generation means so as to transmit a second ultrasonic wave having a frequency different from that of the first ultrasonic wave from the second transmission means toward the region, and the subject. A plurality of third ultrasonic waves or sound waves generated based on the first and second ultrasonic waves and having a difference frequency between the first ultrasonic frequency and the second ultrasonic frequency. A plurality of receiving means for outputting detection signals of Computation means for generating information on a reflection area in the subject that has reflected the received third ultrasonic wave or sound wave by performing arithmetic processing on a plurality of detection signals respectively output from the plurality of reception means. To do.

また、本発明の第2の観点に係る超音波送受信装置は、印加される複数の駆動信号に従って被検体に超音波をそれぞれ送信する第1の送信手段及び第2の送信手段と、該第1及び第2の送信手段にそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、第1の送信手段から被検体内の領域に向けて第1の超音波を送信すると共に、第2の送信手段から上記領域に向けて第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波を送信するように、駆動信号生成手段を制御する制御手段と、上記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して少なくとも1つの第1の検出信号を出力する少なくとも1つの第1の受信手段と、被検体外から伝播する超音波又は音波を受信して第2の検出信号を出力する第2の受信手段と、少なくとも1つの第1の検出信号と、利得及び/又は位相が調整された第2の検出信号との差を取ることにより、少なくとも1つの第3の検出信号を生成する処理手段と、少なくとも1つの第3の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成する演算手段とを具備する。   An ultrasonic transmission / reception apparatus according to a second aspect of the present invention includes a first transmission unit and a second transmission unit that transmit ultrasonic waves to a subject according to a plurality of applied drive signals, respectively, Driving signal generation means for generating a plurality of drive signals respectively applied to the second transmission means, first ultrasonic waves are transmitted from the first transmission means toward the region within the subject, and second Control means for controlling the drive signal generation means so as to transmit a second ultrasonic wave having a frequency different from that of the first ultrasonic wave from the transmission means toward the region, and the first and the first in the subject. Receiving at least one first ultrasonic wave or sound wave generated based on the two ultrasonic waves and having a frequency that is a difference between the frequency of the first ultrasonic wave and the frequency of the second ultrasonic wave At least one first receiving means for outputting a signal A second receiving means for receiving an ultrasonic wave or a sound wave propagating from outside the subject and outputting a second detection signal; at least one first detection signal; and a gain and / or phase adjusted first The processing means for generating at least one third detection signal by taking a difference from the two detection signals, and performing arithmetic processing on at least one third detection signal, thereby receiving the received third super signal. And a calculation means for generating information on the reflection region in the subject that reflects the sound wave or the sound wave.

本発明の第1の観点に係る超音波送受信方法は、第1の超音波と、該第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波とを、被検体内の領域に向けて送信するステップ(a)と、上記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を、複数の受信手段を用いて受信して複数の検出信号をそれぞれ出力するステップ(b)と、複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内における反射領域に関する情報を生成するステップ(c)とを具備する。   The ultrasonic transmission / reception method according to the first aspect of the present invention transmits a first ultrasonic wave and a second ultrasonic wave having a frequency different from that of the first ultrasonic wave toward a region in the subject. And (a) a third frequency generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and having a frequency difference between the frequency of the first ultrasonic wave and the frequency of the second ultrasonic wave. Step (b) of receiving the ultrasonic waves or sound waves by using a plurality of receiving means and outputting a plurality of detection signals, respectively, and performing arithmetic processing on the plurality of detection signals respectively output from the plurality of receiving means (C) generating information on a reflection region in the subject that has reflected the received third ultrasonic wave or sound wave.

また、本発明の第2の観点に係る超音波送受信方法は、第1の超音波と、該第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波とを、被検体内の領域に向けて送信するステップと、上記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して少なくとも1つの第1の検出信号を出力するステップと、被検体外から伝播する超音波又は音波を受信して第2の検出信号を出力するステップと、少なくとも1つの第1の検出信号と、利得及び/又は位相が調整された第2の検出信号との差を取ることにより、少なくとも1つの第3の検出信号を生成するステップと、少なくとも1つの第3の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成するステップとを具備する。   In addition, in the ultrasonic transmission / reception method according to the second aspect of the present invention, the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave having a different frequency from the first ultrasonic wave are directed to the region in the subject. And a third transmission step that is generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and has a difference frequency between the first ultrasonic frequency and the second ultrasonic frequency. Receiving at least one first detection signal by receiving ultrasonic waves or sound waves, receiving at least one ultrasonic wave or sound waves propagating from outside the subject and outputting second detection signals, and at least one at least one Generating at least one third detection signal by taking a difference between the first detection signal and a second detection signal with adjusted gain and / or phase; and at least one third detection By performing arithmetic processing on the signal, And a step of generating information about the reflection area within a subject reflected by the third ultrasound or sound waves.

本発明によれば、検出された第3の超音波又は音波、即ち、バイブロ音の検出信号について演算処理を施すことにより、発生したバイブロ音が反射体から反射されることによって2次的に伝播したバイブロ音の検出信号を用いて画像を生成することができる。従って、そのようなバイブロ音を反射した反射体に関する情報を得て、骨の内部組織について画像化することが可能になる。また、本発明によれば、被検体外から伝播する雑音を検出し、バイブロ音の受信手段によって出力された信号から差し引くので、SN比の高いバイブロ音の検出信号を得ることができる。   According to the present invention, by performing arithmetic processing on the detected third ultrasonic wave or sound wave, that is, a detection signal of the vibro sound, the generated vibro sound is secondarily propagated by being reflected from the reflector. An image can be generated using the vibro sound detection signal. Therefore, it is possible to obtain information on the reflector reflecting such a vibro sound and to image the internal tissue of the bone. Further, according to the present invention, since noise propagating from outside the subject is detected and subtracted from the signal output by the vibro sound receiving means, a vibro sound detection signal with a high S / N ratio can be obtained.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、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送受信装置の構成を示すブロック図である。この超音波送受信装置は、超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを受信して画像化すると共に、被検体においてバイブロ(vibro)音を発生させ、被検体内を伝播するバイブロ音を受信して画像化する装置である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic transmission / reception apparatus according to the first embodiment of the present invention. This ultrasonic transmission / reception apparatus transmits an ultrasonic wave, receives an ultrasonic echo from a subject, images it, generates a vibro sound in the subject, and transmits a vibro sound propagating in the subject. It is a device that receives and images.

まず、バイブロ音について説明する。図2に示すように、周波数が僅かに異なる2つの超音波ビームUS1及びUS2を物体101に向けて送信すると、2つの超音波が照射された領域P付近において振動が生じる(「バイブロ現象」ともいう)。この振動がバイブロ音と呼ばれる音波(超音波)である。図2には、バイブロ音の波面が示されている。バイブロ音は、2つの超音波US1及びUS2の差周波に相当する周波数(例えば、数kHz程度の可聴域〜数100kHz程度の超音波帯域)を有している。このように、バイブロ音は、一般に超音波撮像に用いられる超音波と比較して低い周波数を有しているので、被検体の深部に到達し易い(深達性が良い)。また、そのような低い周波数を有する音波(超音波)を、高い周波数を有する超音波を送信することによって形成するので、低い周波数を有する超音波を直接送信する場合と比較して、細いビームスポットを形成することができる。即ち、バイブロ音を用いることにより、被検体への良好な深達性と高分解能とが両立された超音波画像を生成することができる。   First, the vibro sound will be described. As shown in FIG. 2, when two ultrasonic beams US1 and US2 having slightly different frequencies are transmitted toward the object 101, vibration occurs in the vicinity of the region P irradiated with the two ultrasonic waves (also referred to as “vibro phenomenon”). Say). This vibration is a sound wave (ultrasonic wave) called a vibro sound. FIG. 2 shows the wavefront of the vibro sound. The vibro sound has a frequency corresponding to the difference frequency between the two ultrasonic waves US1 and US2 (for example, an audible range of about several kHz to an ultrasonic band of about several hundred kHz). In this way, vibro sound generally has a lower frequency than ultrasonic waves used for ultrasonic imaging, and therefore easily reaches the deep part of the subject (good penetration). In addition, since a sound wave (ultrasonic wave) having such a low frequency is formed by transmitting an ultrasonic wave having a high frequency, a narrow beam spot compared to the case of directly transmitting an ultrasonic wave having a low frequency. Can be formed. That is, by using the vibro sound, it is possible to generate an ultrasonic image in which good depth to the subject and high resolution are compatible.

図1に示すように、この超音波送受信装置は、被検体100に当接させて用いられる超音波送信部10と、メカニカルステージ13と、超音波受信部14と、複数のバイブロ音受信部15a〜15cとを含んでいる。
超音波送信部10は、送信素子11及び12を含んでいる。送信素子11及び12としては、PZT(Pb(lead) zirconate titanate:チタン酸ジルコン酸鉛)等のセラミック圧電材やPVDF(polyvinyliden difluoride:ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電材等の圧電素子の両端に電極を形成した超音波トランスデューサによって構成される。このような超音波トランスデューサの電極に、連続波駆動信号を送って電圧を印加すると、圧電素子は伸縮する。この伸縮により、それぞれの超音波トランスデューサから連続的な超音波が発生する。
As shown in FIG. 1, this ultrasonic transmission / reception apparatus includes an ultrasonic transmission unit 10, a mechanical stage 13, an ultrasonic reception unit 14, and a plurality of vibro sound reception units 15a used in contact with a subject 100. ~ 15c.
The ultrasonic transmission unit 10 includes transmission elements 11 and 12. As the transmitting elements 11 and 12, both ends of a piezoelectric element such as a ceramic piezoelectric material such as PZT (Pb (lead) zirconate titanate) or a polymeric piezoelectric material such as PVDF (polyvinyliden difluoride). It is comprised by the ultrasonic transducer which formed the electrode in. When a voltage is applied by sending a continuous wave drive signal to the electrodes of such an ultrasonic transducer, the piezoelectric element expands and contracts. Due to the expansion and contraction, continuous ultrasonic waves are generated from the respective ultrasonic transducers.

送信素子11は円環形状を有しており、送信素子12は円形状を有している。或いは、送信素子12を円環形状にしても良い。これらの送信素子11及び12は、同心円状に配置されており、同軸のアニュラアレイを構成している。なお、図1に示す超音波送信部10においては、送信素子11及び12の断面が示されている。このように送信素子を配置することにより、異なる送信素子11及び12から送信された複数の超音波ビームに、同一方向の同一深度に焦点を形成させることができる。
メカニカルステージ13は、送信素子11及び12を含む超音波送信部10をメカニカルに駆動する。これにより、超音波送信部10から送信される超音波によって被検体100がリニアに走査される。
The transmission element 11 has an annular shape, and the transmission element 12 has a circular shape. Alternatively, the transmission element 12 may be formed in an annular shape. These transmitting elements 11 and 12 are arranged concentrically and constitute a coaxial annular array. In the ultrasonic transmission unit 10 shown in FIG. 1, cross sections of the transmission elements 11 and 12 are shown. By arranging the transmitting elements in this way, a plurality of ultrasonic beams transmitted from different transmitting elements 11 and 12 can be focused at the same depth in the same direction.
The mechanical stage 13 mechanically drives the ultrasonic transmission unit 10 including the transmission elements 11 and 12. Thereby, the subject 100 is linearly scanned by the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission unit 10.

超音波受信部14は、PZT等を含む受信素子を有しており、被検体から伝播する超音波を受信して検出信号を出力するハイドロホンである。超音波受信部14は、超音波送信部10とメカニカルに接続されており、メカニカルステージ13によってメカニカルに駆動される超音波送信部10に伴って移動する。   The ultrasonic receiving unit 14 has a receiving element including PZT and the like, and is a hydrophone that receives an ultrasonic wave propagating from a subject and outputs a detection signal. The ultrasonic receiver 14 is mechanically connected to the ultrasonic transmitter 10, and moves with the ultrasonic transmitter 10 that is mechanically driven by the mechanical stage 13.

バイブロ音受信部15a〜15cの各々は、PZT等を含む受信素子を有しており、被検体から伝播するバイブロ音を受信して検出信号を出力するハイドロホンである。これらの受信素子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波やバイブロ音の検出信号として出力される。   Each of the vibro sound receiving units 15a to 15c includes a receiving element including PZT and the like, and is a hydrophone that receives a vibro sound propagating from a subject and outputs a detection signal. These receiving elements expand and contract by receiving propagating ultrasonic waves and generate electrical signals. These electric signals are output as detection signals for ultrasonic waves and vibro sounds.

図3は、本実施形態に係る超音波送受信装置において用いられる送信素子及び受信素子の周波数特性を示している。図3に示すように、超音波送信部10に含まれる送信素子11及び12は、メガヘルツ帯域(例えば、3MHz〜10MHz)において、最も感度が高くなるように設定されている。また、超音波受信部14に含まれる受信素子は、数100kHz〜数10MHzの周波数帯域においてほぼ一定の受信感度を有している。さらに、バイブロ音受信部15a〜15cに含まれる受信素子は、数100Hz〜数100kHzの周波数帯域においてほぼ一定の受信感度を有している。   FIG. 3 shows the frequency characteristics of the transmission element and the reception element used in the ultrasonic transmission / reception apparatus according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 3, the transmission elements 11 and 12 included in the ultrasonic transmission unit 10 are set to have the highest sensitivity in the megahertz band (for example, 3 MHz to 10 MHz). In addition, the receiving element included in the ultrasonic receiving unit 14 has a substantially constant receiving sensitivity in a frequency band of several hundred kHz to several tens of MHz. Furthermore, the receiving elements included in the vibro sound receiving units 15a to 15c have a substantially constant receiving sensitivity in a frequency band of several hundred Hz to several hundred kHz.

再び、図1を参照すると、この超音波送受信装置は、送信系回路としてシンセサイザ21及び22と、パワーアンプ23及び24とを有しており、受信系回路として、バンドパスフィルタ(BPF)31及び32a〜32cと、プリアンプ33及び34a〜34cと、A/Dコンバータ35及び36a〜36cと有している。シンセサイザ21及び22は、後述するシステム制御部41の制御の下で、送信素子11及び12にそれぞれ与えられる連続波駆動信号を生成する。パワーアンプ23及び24は、シンセサイザ21及び22によってそれぞれ生成された連続波駆動信号を電力増幅する。   Referring to FIG. 1 again, this ultrasonic transmission / reception apparatus includes synthesizers 21 and 22 and power amplifiers 23 and 24 as transmission system circuits, and a bandpass filter (BPF) 31 and a reception system circuit. 32a to 32c, preamplifiers 33 and 34a to 34c, and A / D converters 35 and 36a to 36c. The synthesizers 21 and 22 generate continuous wave drive signals given to the transmission elements 11 and 12, respectively, under the control of the system control unit 41 described later. The power amplifiers 23 and 24 amplify the power of the continuous wave drive signals generated by the synthesizers 21 and 22, respectively.

バンドパスフィルタ31及び32a〜32cは、超音波受信部14及びバイブロ音受信部15a〜15cからそれぞれ出力された超音波又はバイブロ音の検出信号の検出信号について、所定の周波数帯域を通過させる。このようなフィルタ処理により、検出信号における不要な帯域を除去してSN比を高くする。プリアンプ33及び34a〜34cは、フィルタ処理を施された検出信号を前置増幅する。また、A/Dコンバータ35及び36a〜36cは、アナログの検出信号をディジタル信号(検出データ)に変換する。   The bandpass filters 31 and 32a to 32c pass a predetermined frequency band with respect to the detection signals of the detection signals of the ultrasonic waves or the vibro sounds output from the ultrasonic receiver 14 and the vibro sound receivers 15a to 15c, respectively. By such filter processing, an unnecessary band in the detection signal is removed and the SN ratio is increased. The preamplifiers 33 and 34a to 34c preamplify the detection signals subjected to the filter processing. The A / D converters 35 and 36a to 36c convert analog detection signals into digital signals (detection data).

また、この超音波送受信装置は、処理部40と、画像表示部50とを有している。
処理部40は、例えば、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置であり、システム制御部41と、超音波検出信号を処理する信号処理部42と、メモリ43と、バイブロ音検出信号を処理する相関部45と、反射位置推定演算部46と、信号処理部47と、メモリ48と、表示画像演算部49とを含んでいる。
The ultrasonic transmission / reception apparatus includes a processing unit 40 and an image display unit 50.
The processing unit 40 is, for example, a data processing device such as a personal computer, and includes a system control unit 41, a signal processing unit 42 that processes an ultrasonic detection signal, a memory 43, and a correlation unit 45 that processes a vibro sound detection signal. A reflection position estimation calculation unit 46, a signal processing unit 47, a memory 48, and a display image calculation unit 49.

システム制御部41は、処理部40の各部41〜49を制御すると共に、シンセサイザ21及び22に生成させる連続波駆動信号の周波数及びその発生時刻を制御する。また、システム制御部41は、超音波送信部10によって被検体100の所望の領域が走査されるように、メカニカルステージ13を制御する。   The system control unit 41 controls the units 41 to 49 of the processing unit 40 and also controls the frequency of the continuous wave drive signal to be generated by the synthesizers 21 and 22 and the generation time thereof. In addition, the system control unit 41 controls the mechanical stage 13 so that a desired region of the subject 100 is scanned by the ultrasonic transmission unit 10.

信号処理部42は、A/Dコンバータ35の出力信号(検出データ)に対して、対数増幅や、検波や、TGC(time gain compensation:時間利得補償)等の信号処理を施す。また、メモリ43は、信号処理を施された検出データを、所定の記憶領域に記憶する。   The signal processing unit 42 performs signal processing such as logarithmic amplification, detection, TGC (time gain compensation) on the output signal (detection data) of the A / D converter 35. Further, the memory 43 stores the detection data subjected to the signal processing in a predetermined storage area.

相関部45は、A/Dコンバータ36a〜36cの出力信号にそれぞれ含まれるバイブロ音の検出信号の中から、複数の検出信号の相関値を求め、相関値が最大となるように複数の検出信号の位相を調整し、それらを合成して合成データを生成する。反射位置推定演算部46は、相関部45において求められた複数の検出信号の位相調整に関する情報に基づいて、受信されたバイブロ音の反射位置を推定する演算処理を行う。   The correlation unit 45 obtains correlation values of a plurality of detection signals from the vibro sound detection signals respectively included in the output signals of the A / D converters 36a to 36c, and the plurality of detection signals so that the correlation values are maximized. Are adjusted and synthesized to generate synthesized data. The reflection position estimation calculation unit 46 performs calculation processing for estimating the reflection position of the received vibro sound based on the information regarding the phase adjustment of the plurality of detection signals obtained by the correlation unit 45.

信号処理部47は、相関部45から出力された合成データに対して、反射位置推定演算部46によって求められた反射位置に基づいて、対数増幅や、検波や、TGC等の信号処理を施す。メモリ48は、信号処理を施された合成データを、反射位置推定演算部46によって求められた反射位置に基づいて、所定の記憶領域に記憶する。   The signal processing unit 47 performs signal processing such as logarithmic amplification, detection, and TGC on the combined data output from the correlation unit 45 based on the reflection position obtained by the reflection position estimation calculation unit 46. The memory 48 stores the combined data subjected to the signal processing in a predetermined storage area based on the reflection position obtained by the reflection position estimation calculation unit 46.

表示画像演算部49は、メモリ43及び48にそれぞれ記憶されている面データについて走査フォーマットの変換を行うことにより、Bモード画像データを生成する。
画像表示部50は、例えば、CRTやLCD等の表示デバイスであり、表示画像演算部49によって生成されたBモード画像データに基づいて超音波画像を表示する。
The display image calculation unit 49 generates B-mode image data by converting the scanning format of the surface data stored in the memories 43 and 48, respectively.
The image display unit 50 is a display device such as a CRT or LCD, for example, and displays an ultrasonic image based on the B-mode image data generated by the display image calculation unit 49.

次に、本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信方法について、図1及び図4〜図7を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る超音波送受信方法を示すフローチャートである。
図4のステップS10において、図5の(a)に示すように、超音波送受信装置は、送信素子11から周波数fを有する超音波US1を、また、送信素子12から周波数fを有する超音波US2を、被検体100の骨部110表面の同一領域において焦点を形成するように送信する。
Next, an ultrasonic transmission / reception method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 7. FIG. 4 is a flowchart showing the ultrasonic transmission / reception method according to the present embodiment.
In step S10 in FIG. 4, as shown in (a) of FIG. 5, the ultrasonic transmitting and receiving apparatus, an ultrasonic wave US1 from the transmission element 11 having a frequency f 1, also ultrasonic has a frequency f 2 from the transmission element 12 The sound wave US2 is transmitted so as to form a focal point in the same region on the surface of the bone 110 of the subject 100.

図5の(a)に示すように、超音波US1及びUS2は、骨部110表面の所定の領域において焦点を形成する。これにより、周波数Δf=f−fを有するバイブロ音が発生し、領域Pを音源とするバイブロ音の波面が同心円状に伝播する。図5の(b)に示すように、領域P(2次音源P)から発生したバイブロ音は、骨部110の内部まで伝播し、領域Xや領域Yにおいて反射される。これにより、領域Xや領域Yを音源(3次音源)とするバイブロ音の波面が同心円状にそれぞれ伝播する。 As shown in FIG. 5A, the ultrasonic waves US1 and US2 form a focal point in a predetermined region on the surface of the bone part 110. As a result, a vibro sound having a frequency Δf = f 1 −f 2 is generated, and a wave front of the vibro sound having the region P as a sound source propagates concentrically. As shown in FIG. 5B, the vibro sound generated from the region P (secondary sound source P) propagates to the inside of the bone part 110 and is reflected in the region X and the region Y. Thereby, the wave front of the vibro sound which uses the area | region X and the area | region Y as a sound source (tertiary sound source) propagates concentrically.

ステップS11において、図5の(c)に示すように、超音波送受信装置のバイブロ音受信部15a〜15cは、被検体100の表面に伝播したバイブロ音を受信する。バイブロ音受信部15a〜15cから出力された検出信号は、フィルタ処理及び前置増幅処理を施され、ディジタル信号に変換されて処理部40の相関部45に入力される。   In step S <b> 11, as shown in FIG. 5C, the vibro sound receiving units 15 a to 15 c of the ultrasonic transmission / reception apparatus receive the vibro sound that has propagated to the surface of the subject 100. The detection signals output from the vibro sound receiving units 15 a to 15 c are subjected to filter processing and preamplification processing, converted into digital signals, and input to the correlation unit 45 of the processing unit 40.

図6において、出力信号A〜Cは、バイブロ音受信部15a〜15cによって受信されたバイブロ音の信号をそれぞれ表している。ここで、横軸は時間を示し、縦軸は信号の強度を示している。出力信号Aには、図5の(c)に示す2次音源Pから発生したバイブロ音の検出信号Pと、3次音源によって反射されたバイブロ音の検出信号A1及びA2が現れている。また、検出信号Bには、2次音源Pから発生したバイブロ音の検出信号Pと、3次音源によって反射されたバイブロ音の複数の検出信号B1及びB2が現れている。さらに、検出信号Cには、2次音源Pから発生したバイブロ音の検出信号Pと、3次音源によって反射されたバイブロ音の複数の検出信号C1及びC2が現れている。なお、2次音源Pから発生して直接受信されるバイブロ音は、3次音源によって反射されたバイブロ音と比較して強度が高く、3次音源からのバイブロ音よりも先に受信される。 In FIG. 6, output signals A to C represent the vibro sound signals received by the vibro sound receivers 15 a to 15 c, respectively. Here, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates signal strength. The output signals A, detection signals A1 and A2 of the detection signal P A of vibro sound generated from the secondary sound source P as shown in (c) of FIG. 5, vibro sound reflected by the tertiary source has appeared. Further, in the detection signal B, a detection signal P B of a vibro sound generated from the secondary sound source P and a plurality of detection signals B1 and B2 of a vibro sound reflected by the tertiary sound source appear. Further, the detection signal C, a detection signal P C of vibro sound generated from the secondary sound source P, a plurality of detection signals C1 and C2 of the vibro sound reflected by the tertiary source appearing. Note that the vibro sound generated from the secondary sound source P and received directly is higher in intensity than the vibro sound reflected by the tertiary sound source and is received before the vibro sound from the tertiary sound source.

次に、ステップS12において、相関部45は、A/Dコンバータ36a〜36cから出力された複数の検出信号の相関値を求める。ここで、一般に、反射体から反射された音波や超音波の波形は、反射体の硬さや弾性のような反射体の性質に影響を受ける。そのため、相関値の高い複数の検出信号は、同じ反射領域において反射されたバイブロ音を表すものと考えられる。そこで、本実施形態においては、相関値の高い複数の検出信号を用いて、反射領域の位置や反射されたバイブロ音の強度を推定する演算処理を行っている。
図6に示すように、出力信号A〜Cにおいては、検出信号A2と検出信号B1と検出信号C1との波形が相関し、検出信号A1と検出信号B2と検出信号C2との波形が相関するものと考えられる。
Next, in step S12, the correlation unit 45 obtains correlation values of a plurality of detection signals output from the A / D converters 36a to 36c. Here, generally, the waveform of the sound wave or the ultrasonic wave reflected from the reflector is influenced by the properties of the reflector such as the hardness and elasticity of the reflector. Therefore, a plurality of detection signals having a high correlation value are considered to represent vibro sounds reflected in the same reflection region. Therefore, in the present embodiment, calculation processing is performed to estimate the position of the reflection region and the intensity of the reflected vibro sound using a plurality of detection signals having a high correlation value.
As shown in FIG. 6, in the output signals A to C, the waveforms of the detection signal A2, the detection signal B1, and the detection signal C1 are correlated, and the waveforms of the detection signal A1, the detection signal B2, and the detection signal C2 are correlated. It is considered a thing.

次に、ステップS13において、相関部45は、相関値が最大となるように複数の検出信号の位相を調整し、それらを合成する。これにより、複数の検出信号A2、B1、C1の合成データや、複数の検出信号A1、B2、C2の合成データが生成される。   Next, in step S13, the correlation unit 45 adjusts the phases of the plurality of detection signals so as to maximize the correlation value, and synthesizes them. As a result, combined data of the plurality of detection signals A2, B1, and C1 and combined data of the plurality of detection signals A1, B2, and C2 are generated.

ステップS14において、反射位置推定演算部46は、相関部45の検出結果に基づいて、相関する複数の検出信号が表すバイブロ音の反射位置を推定するための演算を行う。以下において、この演算方法について詳しく説明する。
まず、反射位置推定演算部46は、図6に示すバイブロ音の検出信号P、P、Pの検出時刻t=tPA、tPB、tPCに基づいて、バイブロ音の発生位置(2次音源)Pの位置を求める。2次音源Pの位置は、検出信号Pの検出時刻tPAと検出信号Pの検出時刻tPBとの時間差ΔtAB=tPA−tPBと、検出信号Pの検出時刻tPBと検出信号Pの検出時刻tPCとの時間差ΔtBC=tPB−tPCとを用い、被検体内におけるバイブロ音の伝播速度を一定として、演算により求めることができる。さらに、反射位置推定演算部46は、求められた2次音源Pの位置に基づいて、バイブロ音の発生時刻t=tを求める。
In step S <b> 14, the reflection position estimation calculation unit 46 performs a calculation for estimating the reflection position of the vibro sound represented by the plurality of correlated detection signals based on the detection result of the correlation unit 45. Hereinafter, this calculation method will be described in detail.
First, the reflection position estimation calculation section 46, the detection signal P A of vibro sound shown in FIG. 6, P B, detection time t = t PA of P C, t PB, based on the t PC, the generation position of the vibro sound ( The position of the secondary sound source P is obtained. Position of the secondary sound source P is the detection time t PA and the time difference Δt AB = t PA -t PB between detection time t PB detection signal P B of the detection signal P A, and detection time t PB detection signal P B using the time difference Δt BC = t PB -t PC between the detection time t PC detection signal P C, a constant propagation speed of the vibro sound within the object can be determined by calculation. Further, the reflection position estimation calculation unit 46 obtains the vibration time t = t 0 based on the obtained position of the secondary sound source P.

次に、反射位置推定演算部46は、相関する3つの検出信号A2、B1、C1の到達時間を、バイブロ音の発生時刻t=tを基準として求める。図6に示す場合には、検出信号A2の到達時間はΔt=tA2−t、検出信号B1の到達時間はΔt=tB1−t、検出信号C1の到達時間はΔt=tC1−tとなる。さらに、反射位置推定演算部46は、被検体内におけるバイブロ音の伝播速度を一定とし、求められた検出信号の到達時間Δt、Δt、Δtを、長さL、L、Lにそれぞれ換算する。 Then, the reflection position estimation calculation unit 46, the arrival time of the three detection signals A2, B1, C1 to correlate, determined based on the occurrence time t = t 0 of vibro sound. In the case shown in FIG. 6, the arrival time of the detection signal A2 is Δt A = t A2 −t 0 , the arrival time of the detection signal B1 is Δt B = t B1 −t 0 , and the arrival time of the detection signal C1 is Δt C = a t C1 -t 0. Further, the reflection position estimation calculation unit 46 makes the propagation speed of the vibro sound constant in the subject, and determines the arrival times Δt A , Δt B , Δt C of the detected signals as the lengths L A , L B , L Convert to C respectively.

図7は、バイブロ音の反射位置(3次音源)を求める方法を説明するための図である。先に求められた長さLは、2次音源Pから3次音源Xを経て受信位置Aに至る長さを表している。言い換えると、3次音源Xは、2次音源P及び受信位置Aを2定点とし、2定点からの距離の和がLである楕円EAの軌道上にある。また、長さLは、2次音源Pから3次音源Xを経て受信位置Bに至る長さを表しており、3次音源Xは、2定点である2次音源P及び受信位置Bからの距離の和がLである楕円EBの軌道上にある。同様に、長さLは、2次音源Pから3次音源Xを経て受信位置Cに至る長さを表しており、3次音源Xは、2定点である2次音源P及び受信位置Cからの距離の和がLである楕円ECの軌道上にある。従って、楕円EAと楕円EBと楕円ECとの交点を求めることにより、3次音源Xの位置を特定することができる。 FIG. 7 is a diagram for explaining a method for obtaining the reflection position (tertiary sound source) of the vibro sound. The previously obtained length L A represents the length from the secondary sound source P to the reception position A via the tertiary sound source X. In other words, the tertiary source X is a secondary sound source P and the receiving position A and 2 fixed point, the sum of the distances from two fixed points is in orbit ellipse EA is L A. The length L B represents the length extending from the secondary sound source P to the receiving position B via the tertiary source X, cubic sound X from the secondary sound source P and the receiving position B is 2 fixed points the sum of the distances is in orbit ellipse EB is L B. Similarly, the length L C represents the length from the secondary sound source P to the reception position C via the tertiary sound source X, and the tertiary sound source X has the secondary sound source P and the reception position C as two fixed points. Is on the orbit of the ellipse EC whose sum of distances is L C. Therefore, the position of the tertiary sound source X can be specified by obtaining the intersection of the ellipse EA, the ellipse EB, and the ellipse EC.

反射位置推定演算部46は、このような方法を用いて、先に求められた2次音源Pとバイブロ音受信部15a〜15cとの位置関係と、長さL、L、Lとに基づいて、3次音源Xの位置を求める。
同様にして、反射位置推定演算部46は、相関する検出信号A1、B2、C2を用いて、3次音源Y(図5)の位置を求める。
Reflection position estimation calculation section 46 uses such a method, the positional relationship between the secondary sound source P and vibro sound receiver 15a~15c obtained above, the length L A, L B, and L C Based on the above, the position of the tertiary sound source X is obtained.
Similarly, the reflection position estimation calculation unit 46 obtains the position of the tertiary sound source Y (FIG. 5) using the correlated detection signals A1, B2, and C2.

図4のステップS15において、図1の信号処理部47は、相関部45において生成された合成データに対して、対数増幅や、検波や、TGC等の信号処理を施す。その際に、信号処理部47は、反射位置推定演算部46によって求められた3次音源の位置(深さ)に基づいてゲインの調整等を行う。さらに、信号処理を施された合成データは、反射位置推定演算部46によって求められた3次音源の位置に基づいて、メモリ48の所定の記憶領域に記憶される。
このようなステップS12〜S15の処理を、出力信号A〜Cに含まれる相関する複数の検出信号について行うことにより、メモリ48には、被検体のある断面における面データを構成する合成データが蓄積される。
In step S15 in FIG. 4, the signal processing unit 47 in FIG. 1 performs signal processing such as logarithmic amplification, detection, and TGC on the combined data generated in the correlation unit 45. At that time, the signal processing unit 47 performs gain adjustment based on the position (depth) of the tertiary sound source obtained by the reflection position estimation calculation unit 46. Further, the combined data subjected to the signal processing is stored in a predetermined storage area of the memory 48 based on the position of the tertiary sound source obtained by the reflection position estimation calculation unit 46.
By performing such processing in steps S12 to S15 for a plurality of correlated detection signals included in the output signals A to C, the memory 48 accumulates synthetic data constituting surface data in a section of the subject. Is done.

一方、被検体100の骨部110の外側においては、超音波US1や超音波US2が被検体100内の軟部組織120に反射することによって超音波エコーが生じている。図4のステップS21において、超音波受信部14は、超音波エコーを受信して検出信号を出力する。この検出信号は、フィルタ処理及び前置増幅処理を施され、ディジタル変換されて信号処理部42に入力される。   On the other hand, on the outside of the bone part 110 of the subject 100, an ultrasonic echo is generated by the ultrasound US1 and the ultrasound US2 being reflected by the soft tissue 120 in the subject 100. In step S21 of FIG. 4, the ultrasonic receiver 14 receives an ultrasonic echo and outputs a detection signal. This detection signal is subjected to filter processing and pre-amplification processing, converted into a digital signal, and input to the signal processing unit 42.

次に、ステップS22において、信号処理部42は、入力された検出データについて、検波等の所定の信号処理を施す。信号処理を施された検出データは、メモリ43の所定の記憶領域に記憶される。これにより、メモリ43には、被検体のある断面における面データを構成する音線データが蓄積される。   Next, in step S22, the signal processing unit 42 performs predetermined signal processing such as detection on the input detection data. The detection data subjected to the signal processing is stored in a predetermined storage area of the memory 43. As a result, sound ray data constituting the surface data of a cross section of the subject is accumulated in the memory 43.

ステップS31において、表示画像演算部49は、メモリ43及び48にそれぞれ記憶されている面データに基づいて、Bモード画像データを生成する。これにより、図8の(a)に示すように、メモリ43に記憶されている超音波に基づいて得られたデータからは、骨部110の外側の軟部組織120が表された超音波画像が生成される。また、図8の(b)に示すように、メモリ48に記憶されているバイブロ音に基づいて得られたデータからは、骨部110の内部組織が表された超音波画像が生成される。   In step S31, the display image calculation unit 49 generates B-mode image data based on the plane data stored in the memories 43 and 48, respectively. As a result, as shown in FIG. 8A, an ultrasonic image representing the soft tissue 120 outside the bone portion 110 is obtained from the data obtained based on the ultrasonic waves stored in the memory 43. Generated. Further, as shown in FIG. 8B, an ultrasonic image representing the internal tissue of the bone part 110 is generated from the data obtained based on the vibro sound stored in the memory 48.

ステップS32において、表示画像演算部49は、生成されたBモード画像を表示部50に表示させる。その際に、表示画像演算部49は、図8の(a)や(b)に示す超音波画像を順次表示させても良い。或いは、図8の(c)に示すように、それらの超音波画像を合成することにより、骨部の外側の軟部組織と骨部の内部組織との両方が表された超音波画像を表示させても良い。   In step S32, the display image calculation unit 49 causes the display unit 50 to display the generated B-mode image. At that time, the display image calculation unit 49 may sequentially display the ultrasonic images shown in (a) and (b) of FIG. Alternatively, as shown in FIG. 8C, by synthesizing these ultrasonic images, an ultrasonic image in which both the soft tissue outside the bone part and the internal tissue of the bone part are displayed is displayed. May be.

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の受信素子を用いて受信されたバイブロ音の検出信号に基づいて、そのバイブロ音を反射した反射体に関する情報を演算によって求めるので、送信された超音波では直接到達し難い骨の内部について、詳細な画像を得ることが可能になる。また、1回の超音波の送信により、被検体内の複数の反射体に関する情報を得ることができるので、効率的に超音波撮像を行うことが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, based on the detection signal of the vibro sound received using a plurality of receiving elements, the information about the reflector that reflected the vibro sound is obtained by calculation, and thus transmitted. It is possible to obtain a detailed image of the inside of a bone that is difficult to reach directly with ultrasonic waves. In addition, since information regarding a plurality of reflectors in the subject can be obtained by transmitting ultrasonic waves once, it is possible to efficiently perform ultrasonic imaging.

本実施形態においては、3つの受信部を用いて被検体を伝播するバイブロ音を検出したが、4つ以上の受信部を用いても良い。これにより、3次音源の位置の推定精度を高くすることができる。   In the present embodiment, the vibro sound propagating through the subject is detected using three receiving units, but four or more receiving units may be used. Thereby, the estimation accuracy of the position of the tertiary sound source can be increased.

また、本実施形態においては、1つの超音波受信部14を用いて被検体からの超音波エコーを検出したが、異なる位置に配置された複数の超音波受信部を用いて超音波エコーを検出しても良い。その場合には、複数の超音波受信部にそれぞれ対応する複数の受信系回路(バンドパスフィルタ、プリアンプ、A/Dコンバータ)を設けると共に、信号処理部42の前段に、それらの受信系回路から出力された検出データについて、所定の遅延を与えて加算することにより受信フォーカス処理を施す処理部を設けることが望ましい。   In the present embodiment, the ultrasonic echo from the subject is detected using one ultrasonic receiving unit 14, but the ultrasonic echo is detected using a plurality of ultrasonic receiving units arranged at different positions. You may do it. In that case, a plurality of reception system circuits (bandpass filters, preamplifiers, A / D converters) respectively corresponding to the plurality of ultrasonic reception units are provided, and those reception system circuits are connected to the front stage of the signal processing unit 42. It is desirable to provide a processing unit that performs reception focus processing by adding the output detection data with a predetermined delay.

次に、本発明の第2の実施形態に係る超音波送受信装置について説明する。
図9は、本実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。図9に示す超音波送受信装置において、複数のバイブロ音受信部15a〜15cは、超音波送信部10とメカニカルに連結されている。その他の構成については、図1に示す超音波送受信装置と同様である。
Next, an ultrasonic transmission / reception apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the ultrasonic transmission / reception apparatus according to the present embodiment. In the ultrasonic transmission / reception apparatus illustrated in FIG. 9, the plurality of vibro sound reception units 15 a to 15 c are mechanically coupled to the ultrasonic transmission unit 10. About another structure, it is the same as that of the ultrasonic transmitter-receiver shown in FIG.

本実施形態においては、メカニカルステージ13の駆動により超音波送信部10が移動する際に、バイブロ音受信部15a〜15cも一緒に移動する。これにより、図5に示すように、超音波送信部10から送信された2つの超音波に基づいて発生したバイブロ音の2次音源Pの位置と、バイブロ音受信部15a〜15cとの位置関係は常にそれぞれ一定となる。従って、2次音源Pの位置を求める必要がなくなり、演算処理を簡単にすることができる。   In the present embodiment, when the ultrasonic transmitter 10 is moved by driving the mechanical stage 13, the vibro sound receivers 15a to 15c are also moved together. Thereby, as shown in FIG. 5, the positional relationship between the position of the secondary sound source P of the vibro sound generated based on the two ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter 10 and the vibro sound receivers 15a to 15c. Are always constant. Therefore, it is not necessary to obtain the position of the secondary sound source P, and the arithmetic processing can be simplified.

次に、本発明の第3の実施形態に係る超音波送受信装置について説明する。
図10は、本実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。この超音波送受信装置は、A/Dコンバータ36a〜36cの前段に、プリアンプ37a〜37cと、位相調整部38a〜38cと、減算処理部39a〜39cとをそれぞれ備えている。また、この超音波送受信装置は、被検体の外部の音波や超音波を収集するように向きを調節されている受信部16と、受信部16の出力信号を増幅するプリアンプ17と、位相調整部18とを備えている。受信部16は、バイブロ音受信部15a〜15cと同様に、例えば、数100Hz〜数100kHzの周波数帯域においてほぼ一定の受信感度を有するような受信素子を有しており、空気中を伝播する音波や超音波を受信する。その他の構成については、図1に示す超音波送受信装置と同様である。
Next, an ultrasonic transmission / reception apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the ultrasonic transmission / reception apparatus according to the present embodiment. The ultrasonic transmission / reception apparatus includes preamplifiers 37a to 37c, phase adjustment units 38a to 38c, and subtraction processing units 39a to 39c, respectively, upstream of the A / D converters 36a to 36c. The ultrasonic transmission / reception apparatus includes a receiving unit 16 whose direction is adjusted so as to collect a sound wave and an ultrasonic wave outside the subject, a preamplifier 17 that amplifies an output signal of the receiving unit 16, and a phase adjusting unit. 18. Similarly to the vibro sound receiving units 15a to 15c, the receiving unit 16 includes a receiving element having a substantially constant reception sensitivity in a frequency band of several hundreds of Hz to several hundreds of kHz, for example, and a sound wave that propagates in the air. And receive ultrasound. About another structure, it is the same as that of the ultrasonic transmitter-receiver shown in FIG.

ここで、本実施形態において受信されるバイブロ音は、可聴域〜数100kHz程度の周波数を有している。音波は当然のことであるが、40kHz〜120kHz程度の比較的周波数が低い超音波は、通常の超音波撮像に用いられるメガヘルツ帯域の超音波と異なり、空気中を伝播することが可能である。そのため、バイブロ音を受信する受信素子が、被検体を伝播するバイブロ音だけでなく、空気中を伝播する音波や超音波も受信してしまうので、検出信号のSN比が著しく低下するおそれがある。
そこで、本実施形態においては、空気中を伝播する雑音を受信部16によって検出し、その検出信号の利得及び位相を調整することによって雑音の成分を取得する。そして、前置増幅及び位相調整されたバイブロ音の検出信号から、雑音の成分を差し引くことにより、バイブロ音検出信号のSN比を向上させている。
Here, the vibro sound received in the present embodiment has a frequency in the audible range to about several hundred kHz. Naturally, the ultrasonic waves having a relatively low frequency of about 40 kHz to 120 kHz can propagate in the air, unlike the ultrasonic waves in the megahertz band used for normal ultrasonic imaging. Therefore, the receiving element that receives the vibro sound receives not only the vibro sound propagating through the subject but also the sound wave and the ultrasonic wave propagating in the air, so that the SN ratio of the detection signal may be significantly reduced. .
Therefore, in the present embodiment, noise that propagates in the air is detected by the receiving unit 16, and a noise component is acquired by adjusting the gain and phase of the detection signal. Then, the SN ratio of the vibro sound detection signal is improved by subtracting the noise component from the preamplified and phase-adjusted vibro sound detection signal.

本実施形態においては、複数のバイブロ音の検出信号に基づいて合成データを生成する前に、それぞれのバイブロ音の検出信号から雑音の成分を差し引く処理を行っているが、生成された合成データから雑音の成分を差し引く処理を行っても良い。また、雑音の成分を差し引く処理は、図10に示すようにアナログ的に行っても良いし、ディジタル的に行っても良い。   In the present embodiment, before generating composite data based on a plurality of vibro sound detection signals, a process of subtracting noise components from each vibro sound detection signal is performed. A process of subtracting the noise component may be performed. Further, the process of subtracting the noise component may be performed analogly as shown in FIG. 10 or may be performed digitally.

以上説明した本発明の第1〜第3の実施形態においては、周波数の異なる2つの超音波を送信することによってバイブロ音を発生させた。しかしながら、バイブロ音の発生方法については、この方法に限られない。例えば、米国特許US5,921,928号明細書に開示されているように、単一周波数の超音波の振幅を変調する方法や、振幅変調された単一周波数の超音波を間歇送信する方法や、米国特許US6,408,679号明細書に開示されているように、低周波の超音波をポンピングして高周波の超音波によって刺激を与えることにより、非線形現象を起こす方法等が挙げられる。
また、バイブロ音を受信する際に、米国特許US5,903,516号明細書の図5に開示されているように、ドプラスキャンを行っても良い。
In the first to third embodiments of the present invention described above, a vibro sound is generated by transmitting two ultrasonic waves having different frequencies. However, the method for generating the vibro sound is not limited to this method. For example, as disclosed in US Pat. No. 5,921,928, a method of modulating the amplitude of single-frequency ultrasonic waves, a method of intermittently transmitting amplitude-modulated single-frequency ultrasonic waves, As disclosed in US Pat. No. 6,408,679, there is a method of causing a nonlinear phenomenon by pumping low-frequency ultrasonic waves and applying stimulation by high-frequency ultrasonic waves.
Further, when receiving a vibro sound, a Doppler scan may be performed as disclosed in FIG. 5 of US Pat. No. 5,903,516.

本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transmission / reception device according to a first embodiment of the present invention. バイブロ音を発生させる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a vibro sound is generated. 送信素子及び受信素子の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a transmitting element and a receiving element. 本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ultrasonic transmission / reception method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ultrasonic transmission / reception method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すバイブロ音受信部の出力信号を表す図である。It is a figure showing the output signal of the vibro sound receiving part shown in FIG. 3次音源の位置を求める方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating | requiring the position of a tertiary sound source. 本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信装置によって撮像される超音波画像を示す図である。It is a figure which shows the ultrasonic image imaged with the ultrasonic transmitter / receiver which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic transmitter / receiver which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic transmitter / receiver which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波送信部
11、12 送信素子
13 メカニカルステージ
14 超音波受信部
15a〜15c バイブロ音受信部
16 受信部
17、33、34a〜34c、37a〜37c プリアンプ
18 位相調整部
21、22 シンセサイザ
23、24 パワーアンプ
31、32a〜32c バンドパスフィルタ
35、36a〜36c A/Dコンバータ
38a〜38c 位相調整部
39a〜39c 減算処理部
40 処理部
41 システム制御部
42、47 信号処理部
43、48 メモリ
45 相関部
46 反射位置推定演算部
49 表示画像演算部
50 画像表示部
100 被検体
101 物体
110 骨部
120 軟部組織
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic transmitter 11, 12 Transmitting element 13 Mechanical stage 14 Ultrasonic receiver 15a-15c Vibro sound receiver 16 Receiver 17, 33, 34a-34c, 37a-37c Preamplifier 18 Phase adjuster 21, 22 Synthesizer 23, 24 Power amplifier 31, 32a-32c Band pass filter 35, 36a-36c A / D converter 38a-38c Phase adjustment unit 39a-39c Subtraction processing unit 40 Processing unit 41 System control unit 42, 47 Signal processing unit 43, 48 Memory 45 Correlator 46 Reflection position estimation calculator 49 Display image calculator 50 Image display unit 100 Subject 101 Object 110 Bone 120 Soft tissue

Claims (9)

印加される複数の駆動信号に従って被検体に超音波をそれぞれ送信する第1の送信手段及び第2の送信手段と、
前記第1及び第2の送信手段にそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記第1の送信手段から被検体内の領域に向けて第1の超音波を送信すると共に、前記第2の送信手段から前記領域に向けて第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波を送信するように、前記駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して複数の検出信号をそれぞれ出力する複数の受信手段と、
前記複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成する演算手段と、
を具備する超音波送受信装置。
First transmission means and second transmission means for respectively transmitting ultrasonic waves to a subject according to a plurality of applied drive signals;
Drive signal generation means for generating a plurality of drive signals respectively applied to the first and second transmission means;
A first ultrasonic wave is transmitted from the first transmission unit toward the region within the subject, and a second frequency different from the first ultrasonic wave is transmitted from the second transmission unit toward the region. Control means for controlling the drive signal generating means so as to transmit ultrasonic waves;
A third ultrasonic wave or sound wave generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and having a frequency difference between the first ultrasonic frequency and the second ultrasonic frequency is received. A plurality of receiving means for outputting a plurality of detection signals respectively;
An arithmetic unit that generates information on a reflected region in the subject that reflects the received third ultrasonic wave or sound wave by performing arithmetic processing on the plurality of detection signals output from the plurality of receiving units, respectively;
An ultrasonic transmission / reception apparatus comprising:
前記演算手段が、前記複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号の相関値を求め、相関値が最大となるように複数の検出信号の位相を調整して合成する、請求項1記載の超音波送受信装置。   The calculation means obtains correlation values of a plurality of detection signals respectively output from the plurality of receiving means, and adjusts and synthesizes the phases of the plurality of detection signals so that the correlation values are maximized. Ultrasonic transmitter / receiver. 前記演算手段が、前記相関値が最大となるときの複数の検出信号の位相調整に関する情報に基づいて、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域の位置に関する情報を求める、請求項2記載の超音波送受信装置。   Information on the position of the reflection region in the subject that has reflected the received third ultrasonic wave or sound wave based on the information on the phase adjustment of the plurality of detection signals when the correlation value is maximized. The ultrasonic transmission / reception apparatus according to claim 2, wherein: 前記演算手段によって求められた合成検出信号及び被検体内の反射領域の位置に関する情報に基づいて画像データを生成する画像生成手段をさらに具備する請求項3記載の超音波送受信装置。   The ultrasonic transmission / reception apparatus according to claim 3, further comprising image generation means for generating image data based on the combined detection signal obtained by the calculation means and information on the position of the reflection region in the subject. 印加される複数の駆動信号に従って被検体に超音波をそれぞれ送信する第1の送信手段及び第2の送信手段と、
前記第1及び第2の送信手段にそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記第1の送信手段から被検体内の領域に向けて第1の超音波を送信すると共に、前記第2の送信手段から前記領域に向けて第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波を送信するように、前記駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して少なくとも1つの第1の検出信号を出力する少なくとも1つの第1の受信手段と、
被検体外から伝播する超音波又は音波を受信して第2の検出信号を出力する第2の受信手段と、
前記少なくとも1つの第1の検出信号と、利得及び/又は位相が調整された前記第2の検出信号との差を取ることにより、少なくとも1つの第3の検出信号を生成する処理手段と、
前記少なくとも1つの第3の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成する演算手段と、
を具備する超音波送受信装置。
First transmission means and second transmission means for respectively transmitting ultrasonic waves to a subject according to a plurality of applied drive signals;
Drive signal generation means for generating a plurality of drive signals respectively applied to the first and second transmission means;
A first ultrasonic wave is transmitted from the first transmission unit toward the region within the subject, and a second frequency different from the first ultrasonic wave is transmitted from the second transmission unit toward the region. Control means for controlling the drive signal generating means so as to transmit ultrasonic waves;
A third ultrasonic wave or sound wave generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and having a frequency difference between the first ultrasonic frequency and the second ultrasonic frequency is received. And at least one first receiving means for outputting at least one first detection signal;
Second receiving means for receiving ultrasonic waves or sound waves propagating from outside the subject and outputting a second detection signal;
Processing means for generating at least one third detection signal by taking a difference between the at least one first detection signal and the second detection signal with adjusted gain and / or phase;
A calculation means for generating information on a reflection region in the subject that reflects the received third ultrasonic wave or sound wave by performing a calculation process on the at least one third detection signal;
An ultrasonic transmission / reception apparatus comprising:
第1の超音波と、該第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波とを、被検体内の領域に向けて送信するステップ(a)と、
前記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を、複数の受信手段を用いて受信して複数の検出信号をそれぞれ出力するステップ(b)と、
前記複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内における反射領域に関する情報を生成するステップ(c)と、
を具備する超音波送受信方法。
Transmitting a first ultrasonic wave and a second ultrasonic wave having a frequency different from that of the first ultrasonic wave toward a region in the subject;
A third ultrasonic wave or sound wave generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and having a frequency difference between the frequency of the first ultrasonic wave and the frequency of the second ultrasonic wave; Receiving using a plurality of receiving means and outputting a plurality of detection signals, respectively (b);
Step (c) of generating information related to the reflection region in the subject that reflects the received third ultrasonic wave or sound wave by performing arithmetic processing on the plurality of detection signals output from the plurality of receiving units, respectively. When,
An ultrasonic transmission / reception method comprising:
ステップ(c)が、前記複数の受信手段からそれぞれ出力された複数の検出信号の相関値を求め、相関値が最大となるように複数の検出信号の位相を調整して合成することを含む、請求項6記載の超音波送受信方法。   Step (c) includes obtaining correlation values of a plurality of detection signals respectively output from the plurality of receiving means, and adjusting and synthesizing the phases of the plurality of detection signals so that the correlation values are maximized. The ultrasonic transmission / reception method according to claim 6. ステップ(c)が、前記相関値が最大となるときの複数の検出信号の位相調整に関する情報に基づいて、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域の位置に関する情報を求めることを含む、請求項7記載の超音波送受信装置。   Step (c) relates to the position of the reflection region in the subject that has reflected the received third ultrasonic wave or sound wave based on information relating to phase adjustment of the plurality of detection signals when the correlation value is maximized. The ultrasonic transmission / reception apparatus according to claim 7, comprising obtaining information. 第1の超音波と、該第1の超音波と異なる周波数を有する第2の超音波とを、被検体内の領域に向けて送信するステップと、
前記被検体内において第1及び第2の超音波に基づいて発生し、第1の超音波の周波数と第2の超音波の周波数との差の周波数を有する第3の超音波又は音波を受信して少なくとも1つの第1の検出信号を出力するステップと、
被検体外から伝播する超音波又は音波を受信して第2の検出信号を出力するステップと、
前記少なくとも1つの第1の検出信号と、利得及び/又は位相が調整された前記第2の検出信号との差を取ることにより、少なくとも1つの第3の検出信号を生成するステップと、
前記少なくとも1つの第3の検出信号について演算処理を施すことにより、受信された第3の超音波又は音波を反射した被検体内の反射領域に関する情報を生成するステップと、
を具備する超音波送受信方法。
Transmitting a first ultrasonic wave and a second ultrasonic wave having a frequency different from that of the first ultrasonic wave toward a region in the subject;
A third ultrasonic wave or sound wave generated based on the first and second ultrasonic waves in the subject and having a frequency difference between the first ultrasonic frequency and the second ultrasonic frequency is received. And outputting at least one first detection signal;
Receiving ultrasonic waves or sound waves propagating from outside the subject and outputting a second detection signal; and
Generating at least one third detection signal by taking a difference between the at least one first detection signal and the second detection signal with adjusted gain and / or phase;
Generating information related to the reflection region in the subject that reflects the received third ultrasonic wave or sound wave by performing arithmetic processing on the at least one third detection signal;
An ultrasonic transmission / reception method comprising:
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