JP2008173504A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に係り、特に超音波が被検体内を伝播する際発生する高調波信号を画像化する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that images a harmonic signal generated when ultrasonic waves propagate through a subject.
超音波診断装置は、被検体内に超音波信号を送信し、そのエコー信号を含む受信信号に基づいて例えば断層画像等の診断に供する情報を得るものである。 The ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic signal into a subject, and obtains information used for diagnosis such as a tomographic image based on a received signal including the echo signal.
このような断層画像を表示する技術において、送信信号の基本波成分(周波数f0)に対する高調波成分(例えば周波数2f0,3f0等)を画像化することによって、コントラストの良い画像が得られることが報告されている。このような撮像法は、ティッシュ・ハーモニック・イメージング(Tissue Harmonic Imaging)と呼ばれている。 In such a technique for displaying a tomographic image, a high-contrast image can be obtained by imaging harmonic components (for example, frequencies 2f 0 , 3f 0, etc.) with respect to the fundamental wave component (frequency f 0 ) of the transmission signal. It has been reported. Such an imaging method is called Tissue Harmonic Imaging.
上述した高調波成分は、主に超音波が被検体内を伝播する際に生ずる非線型歪みに起因して発生する。すなわち、生体内に照射された超音波は、組織の非線型応答により組織伝播中に信号が歪み、高調波成分が増大する。この結果、そのエコー信号には例えば基本波f0の2倍周波数の2f0や、3倍周波数の3f0の成分が含まれることとなる。 The above-described harmonic components are generated mainly due to nonlinear distortion that occurs when ultrasonic waves propagate through the subject. That is, the ultrasonic wave irradiated into the living body is distorted during tissue propagation due to the non-linear response of the tissue, and the harmonic component increases. As a result, and twice 2f frequency 0, for example, the fundamental wave f 0 to the echo signal, and may include the components of 3f 0 triple frequency.
ティッシュ・ハーモニック・イメージングにおいては、いかにして強い高調波成分のエコーを抽出できるかがポイントとなる。従来報告されているティッシュ・ハーモニック・イメージング方法の一例として、フィルタ法と呼ばれるものがある。これは、中心周波数が例えば2f0の帯域通過フィルタを用いて受信信号から例えば2f0の高調波成分を抽出するものである。また、他の一例として、パルスインバージョン法と呼ばれるものがある。これは、極性を相互に反転させた第1および第2の送信波形を時間間隔をおいて送信し、それぞれのエコー信号を整相加算して基本波成分を打ち消すことによって2次の高調波成分を強調するものである。 In tissue harmonic imaging, the key is how to extract echoes of strong harmonic components. One example of a conventionally reported tissue harmonic imaging method is called a filter method. This extracts a harmonic component from the received signal, for example 2f 0 using a bandpass filter of a center frequency for example 2f 0. Another example is called a pulse inversion method. This is because the first and second transmission waveforms whose polarities are reversed with respect to each other are transmitted at time intervals, and the second harmonic component is canceled by phasing and adding the respective echo signals to cancel the fundamental wave component. Is emphasized.
しかしながら、超音波信号の高調波成分は、基本波成分と比べて周波数が高いから伝播時に減衰の影響を受けやすく、深部からのエコー信号の到達度、つまりペネトレーションがよくないという問題点があった。一方、基本波の中心周波数f0を下げれば減衰の影響を受けにくくなるからペネトレーションは改善できるが、周知のように分解能が低下してしまう。 However, since the harmonic component of the ultrasonic signal has a higher frequency than the fundamental component, it is susceptible to attenuation during propagation, and the degree of arrival of the echo signal from the deep part, that is, the penetration is not good. . On the other hand, penetration because less susceptible to attenuation by lowering the center frequency f 0 of the fundamental wave can be improved, the resolution as is well known is lowered.
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、分解能を維持しつつペネトレーションを向上することにある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to improve the penetration while maintaining the resolution.
上記課題を解決するため、本発明は、超音波探触子と、前記超音波探触子を介して被検体に超音波信号を送信する送波部と、前記超音波探触子により受信された受波信号を処理する受波部と、前記受波部で処理された前記受波信号に基づいて画像を生成する画像生成部とを備えてなり、前記送波部は、超音波信号を同じ方向に時間間隔をおいて複数回送信する機能を有し、該複数回送信される超音波信号には第1波形と第2波形とを含み、前記受波部は、前記第1波形に対応する受波信号と前記第2波形に対応する受波信号とを整相加算する機能を有してなる超音波診断装置において、前記送波部は、周波数が増加するように推移する波形を発生する波形発生手段を備え、該波形発生手段の出力を前記第1波形とし、前記波形発生手段の出力を時間的に遅延させて、かつ時間反転させて前記第2波形とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention is an ultrasonic probe, a transmission unit that transmits an ultrasonic signal to a subject via the ultrasonic probe, and the ultrasonic probe. A receiving unit that processes the received signal, and an image generating unit that generates an image based on the received signal processed by the receiving unit, wherein the transmitting unit receives an ultrasonic signal. The ultrasonic signal transmitted a plurality of times with a time interval in the same direction includes a first waveform and a second waveform, and the receiving unit has the first waveform In the ultrasonic diagnostic apparatus having a function of phasing and adding a corresponding received signal and a received signal corresponding to the second waveform, the transmitting unit has a waveform that changes so that the frequency increases. Waveform generating means for generating the output, the output of the waveform generating means is the first waveform, and the output of the waveform generating means Temporally delayed, and is time-reversed, characterized in that said second waveform.
これによれば、従来のように同じ周波数f0の波形を極性反転して送波する場合に比べて、整相加算後の受波信号の周波数スペクトラムが変化し、f0ないし2f0の周波数帯域における成分を強調することができる。このような周波数帯域の成分は2f0よりも周波数が低いから減衰の影響を受けにくく、ペネトレーションがよい。したがって、この周波数成分を抽出し、これに基づいて画像を生成することによって、f0を下げなくても、つまり分解能を低下させなくても、ティッシュ・ハーモニック・イメージングにおけるペネトレーションを向上させることができる。 According to this, the frequency spectrum of the received signal after the phasing addition changes compared to the conventional case where the waveform of the same frequency f 0 is inverted and transmitted, and the frequency of f 0 to 2f 0 is changed. The components in the band can be emphasized. Such a frequency band component has a lower frequency than 2f 0 , so it is not easily affected by attenuation and has good penetration. Therefore, to extract the frequency component, by generating an image based on this, even without lowering the f 0, i.e. without reducing the resolution, it is possible to improve the penetration of Tissue Harmonic Imaging .
特に、波形発生手段により周波数が増加するように推移する波形を発生し、これをそのまま第1波形とし、波形発生手段の出力または第1波形を時間的に遅延させて、かつ時間反転させて第2波形を発生させているから、ティッシュ・ハーモニック・イメージングにおけるペネトレーションを向上させるのに適した第1波形と第2波形を容易に発生させることができる。 In particular, the waveform generating means generates a waveform whose frequency increases so that the frequency increases, and this is used as the first waveform as it is, and the output of the waveform generating means or the first waveform is delayed in time and time-reversed. Since two waveforms are generated, the first waveform and the second waveform suitable for improving the penetration in tissue harmonic imaging can be easily generated.
この場合において、前記第1波形および前記第2波形は、それぞれ信号強度が低減するよう推移するものとすることができる。これにより、整相加算後の受波信号の周波数スペクトラムの変化を強調することができる。また、前記第1波形および前記第2波形の信号強度が推移する変化率を、前記送波フォーカス深さに応じて可変設定することができる。これらの場合、これらを可変することによる受波信号の周波数スペクトラムが変化することから、特に被検体内の深い部位(探触子から遠い部位)からの診断情報を得る場合には、受波信号の周波数スペクトラムを低く偏移させてペネトレーション重視の設定とするとよい。これに適応するため、送波部は超音波信号の送波フォーカス深さを可変設定する機能を有し、第1波形および第2波形の周波数が推移する変化率が送波フォーカス深さに応じて可変設定されるようにするとよい。また、整相加算後の受信信号をフィルタ処理するフィルタの周波数帯域を送波フォーカスの設定深さに応じて可変設定する構成とすることができる。つまり、受波部は、受波信号の設定周波数帯域を抽出するフィルタを有し、受波信号の受信タイミングに応じて前記周波数帯域を可変設定するものとすることができる。 In this case, the first waveform and the second waveform may transition so that the signal intensity decreases. Thereby, the change of the frequency spectrum of the received signal after phasing addition can be emphasized. Further, the rate of change of the signal intensity of the first waveform and the second waveform can be variably set according to the transmission focus depth. In these cases, since the frequency spectrum of the received signal changes by changing them, the received signal is particularly obtained when obtaining diagnostic information from a deep part (part far from the probe) in the subject. It is better to shift the frequency spectrum to a value that emphasizes penetration. In order to adapt to this, the transmission unit has a function of variably setting the transmission focus depth of the ultrasonic signal, and the rate of change of the frequency of the first waveform and the second waveform depends on the transmission focus depth. It is better to variably set. In addition, the frequency band of the filter for filtering the received signal after the phasing addition can be variably set according to the setting depth of the transmission focus. In other words, the receiving unit can include a filter that extracts a set frequency band of the received signal, and can variably set the frequency band according to the reception timing of the received signal.
また、受波部は、受波信号に受波フォーカス処理を行なう機能と、この受波信号の設定周波数帯域を抽出するフィルタとを有し、受波フォーカスの設定深さに応じて周波数帯域を可変設定する構成としてもよい。これによれば、受波フォーカス深さ、すなわち被検体内の診断対象部位の深さの違いに起因する減衰の違いによる受波信号のスペクトラムの変化に適応し、好適な周波数帯域の成分を抽出することができる。 Further, the receiving unit has a function of performing reception focus processing on the received signal and a filter for extracting a set frequency band of the received signal, and the frequency band is set according to the set depth of the received focus. It may be configured to be variably set. According to this, it is possible to adapt to changes in the spectrum of the received signal due to the difference in attenuation due to the difference in the received focus depth, that is, the depth of the region to be diagnosed in the subject, and extract components in a suitable frequency band can do.
また、前記第1波形と前記第2波形は時間軸の直交線に対して線対称の形状を有するものとすることができる。 Further, the first waveform and the second waveform may have a line-symmetric shape with respect to an orthogonal line of a time axis.
さらに、周波数が推移する波形とは、例えば周波数の異なる波形の1サイクルまたは複数サイクルを連結してなるものであってもよい。また、周波数が異なる波形の1/2サイクル、1/4サイクル、1/8サイクル等の部分を連結してなる構成としてもよく、連続的に周波数が変化するチャープ波形を用いるものであってもよい。 Furthermore, the waveform in which the frequency changes may be formed by, for example, connecting one cycle or a plurality of cycles of waveforms having different frequencies. Moreover, it is good also as a structure which connects parts, such as 1/2 cycle, 1/4 cycle, 1/8 cycle, etc. of the waveform from which a frequency differs, Even if it uses a chirp waveform from which a frequency changes continuously. Good.
本発明によれば、分解能を維持しつつペネトレーションを向上することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the penetration while maintaining the resolution.
以下、本発明を適用してなる超音波診断装置の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示す図である。図1に示すように、超音波診断装置は、超音波探触子1と、超音波探触子1を介して図示しない被検体に超音波信号を送信する送波部3と、超音波探触子1を介して被検体からのエコー信号等を含む受波信号を受信し処理する受波部5と、受波部5によって処理された受波信号に基づいて診断画像を生成し表示する画像作成表示部7とを有して構成されている。画像作成表示部7は、図示しない検波、圧縮等を行なうビデオ処理部、ドプラ処理部および走査変換部を含んでなる。
Hereinafter, a first embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus includes an
送波部3は、所望の振幅、周波数、開始位相をそれぞれ有する複数の波形を組み合わせた送波信号を生成する機能を有する任意波形発生器9と、任意波形発生器9が出力した波形を時間反転させる機能を有する時間軸制御器11と、パワーアンプを有してなり、時間軸制御器11の出力信号に応じて超音波探触子1に駆動信号を供給する送波器13とを有してなる。なお、時間軸制御器11は、任意波形発生器9の出力を入力信号としていわゆるファーストイン・ファーストアウト機能とファーストイン・ラストアウト機能とを有するものであり、シフトレジスタを有して構成されている。
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受波部5は、超音波探触子1から出力される受波信号が入力され、図示しない前置増幅器、タイム・ゲイン・コントロール(TGC)増幅器、A/D変換器を含んでなる受信器15と、受信器15から出力される超音波探触子1の各振動子に対応するチャンネルの受波信号を整相し、加算してRFライン信号として出力する整相加算器17と、整相加算部17から先に出力された受波信号を保持し、時間遅延させて後に出力された受波信号と位相まで考慮してRF加算して出力するライン加算器19と、ライン加算器19の出力信号から特定の周波数帯域を抽出する帯域通過ディジタルフィルタ演算機能を有する帯域フィルタ21とを有して構成されている。整相加算部17として、加算処理中の歪みを最小限とするため、いわゆるディジタルビームフォーマを用いる。また、上述した送波部3、受波部5および画像作成表示部7内の各要素の動作を統括して制御するシステム制御部23が設けられている。また、超音波探触子1は、図示しない被検体に対向して列状または面状に並べられた複数の振動子25を有して構成されている。
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次に、上述した超音波診断装置の動作について説明する。はじめに、任意波形発生器9は、システム制御部23からの指示に基づいて、送波信号の波形を生成し出力する。この任意波形発生器9の出力信号波形は、周波数を変えた波形を連続させて構成されている。この点、詳細につき後述する。任意発生器9の出力信号は時間軸制御器11に入力され、先ずファーストイン・ファーストアウト機能により時間反転させることなく第1波形として出力される。そして、時間軸制御器11は、第1波形から時間的に遅延させて、ファーストイン・ラストアウト機能によって、第1波形を時間反転した第2波形を出力する。送波器13は、これらの第1波形、第2波形に基づいて、周知の送波フォーカス処理を施して、超音波探触子1の各振動子25の駆動信号を生成し、出力する。送波器13から図示しない送受波分離回路を経て駆動信号を供給された振動子25はそれぞれ振動して超音波を発生し、それぞれの振動子25から出た超音波の波面が一致する方向に進む超音波ビームが図示しない被検体内に形成される。
Next, the operation of the above-described ultrasonic diagnostic apparatus will be described. First, the
一方、このような超音波ビームとして被検体内を伝播する超音波信号は、被検体内の音響インピーダンスが異なる部位において反射し、この反射波は超音波探触子1に戻り、受波信号として受信される。受波信号は振動子25によって音波から電気的な信号に変換され、図示しない送受波分離回路を経て受信器15に入力される。受信部15において、各振動子25に対応する各チャンネルの受波信号は前置増幅器およびTCG増幅器による増幅を受け、A/D変換され、出力される。受信部15の出力信号は整相加算器17に入力され、受波信号の発生部位から各振動子25までの距離の違いに起因する受波信号の各チャンネル間のタイミングのずれを時間遅延処理によって逐次補正をする周知のダイナミックフォーカス処理を施された後に加算され、出力される。これらの受波に伴なう処理は、上述した第1波形、第2波形のそれぞれに対応した受波信号のそれぞれについて行なわれる。そして、これらの第1波形に対応する受波信号と、第2波形に対応する受波信号とは、ライン加算器19が第1波形に対応する受波信号を一時的に保持し、時間遅延させてから第2波形に対応する受波信号と加算することによって合成され、合成された受波信号として出力される。そして、帯域フィルタ21において、合成された受波信号の所定の周波数帯域成分が抽出され、画像作成表示部7は、この抽出された周波数帯域成分の信号に基づいて超音波診断画像を生成して表示する。すなわち、超音波診断装置は、以上の動作をビーム方向を走査しながら実施し、画像作成表示部7において、各走査線に対応するライン加算器の出力に検波、圧縮等のビデオ処理、ドプラ信号処理、走査変換を行ない周知のBモードまたはドプラモードの画像を生成する。なお、システム制御部23は、これらの一連の動作をコントロールするとともに、任意波形発生器9のデータも併せて発生する。
On the other hand, an ultrasonic signal propagating in the subject as such an ultrasonic beam is reflected at a portion where the acoustic impedance in the subject is different, and this reflected wave returns to the
次に、本実施形態の超音波診断装置の特徴に係る第1波形、第2波形の波形および、送波信号および受波信号の周波数スペクトラムについて説明する。先ず、本実施形態の特徴を理解しやすくするため、既存のパルスインバージョン法における第1波形、第2波形の波形および送波信号および受波信号の周波数スペクトラムについて図2にシミュレーション結果を図示し、説明する。図2(1)は、時間を横軸にとり、送波信号の音圧を縦軸にとって第1波形および第2波形を示したグラフである。ここで、第1波形を実線で示し、第2波形を破線で示す。図2(1)に示すとおり、第1波形および第2波形はともに同じ周波数f0(=2MHz)である正弦波2周期の連続に、生体中の波形に類似させるためにハニング重みを掛けたものである。そして、第1波形と第2波形とは、その極性を反転した関係となっている。すなわち、第1波形は信号の開始時において音圧が立ち下がる極性となっており、第2波形は立ち上がる極性となっている。 Next, the first waveform, the second waveform, and the frequency spectrum of the transmitted signal and the received signal according to the features of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment will be described. First, in order to make it easy to understand the features of the present embodiment, the simulation results are shown in FIG. 2 for the first waveform, the waveform of the second waveform, and the frequency spectrum of the transmitted signal and received signal in the existing pulse inversion method. ,explain. FIG. 2 (1) is a graph showing the first waveform and the second waveform with time on the horizontal axis and the sound pressure of the transmitted signal on the vertical axis. Here, the first waveform is indicated by a solid line, and the second waveform is indicated by a broken line. As shown in FIG. 2 (1), the first waveform and the second waveform are both subjected to Hanning weights to resemble a waveform in a living body in a series of two sine waves having the same frequency f 0 (= 2 MHz). Is. And the 1st waveform and the 2nd waveform have the relation which reversed the polarity. That is, the first waveform has a polarity with which the sound pressure falls at the start of the signal, and the second waveform has a polarity with which the sound pressure rises.
図2(2)は、送波信号と、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号を整相加算した受波信号との周波数スペクトラムを示すグラフである。このグラフは横軸にf0=2.0MHzに対する比周波数(f/f0)をとり、縦軸に信号強度(dB)をとったものである。図2(2)において、送波信号のスペクトラムを破線で示し、合成された受波信号のスペクトラムを実線で示している。 FIG. 2 (2) is a graph showing the frequency spectrum of the transmitted signal and the received signal obtained by phasing and adding the received signals corresponding to the first waveform and the second waveform, respectively. In this graph, the horizontal axis represents the specific frequency (f / f 0 ) with respect to f 0 = 2.0 MHz, and the vertical axis represents the signal intensity (dB). In FIG. 2 (2), the spectrum of the transmitted signal is indicated by a broken line, and the spectrum of the combined received signal is indicated by a solid line.
図2(2)に示すように、送波信号のスペクトラムは、周波数を0から向上させると信号強度が向上し、周波数f0において第1の極大となるピークを有する。そして、さらに周波数が上がると信号強度が低減され、周波数2f0においては、第1のピークに対して−40dB以下まで低減される。そして、周波数2f0からさらに周波数を向上させると信号強度は再び向上に転じ、周波数2.3f0近傍において第2のピークをとり、その後は再び低減する。この第2のピークの信号強度は、第1のピークに対して約−32dBとなっている。 As shown in FIG. 2 (2), the spectrum of the transmitted signal has a peak that becomes the first maximum at the frequency f 0 when the frequency is increased from 0 and the signal intensity is improved. When the frequency is further increased, the signal intensity is reduced. At the frequency 2f 0 , the signal intensity is reduced to −40 dB or less with respect to the first peak. When the frequency is further improved from the frequency 2f 0 , the signal intensity starts to improve again, takes a second peak in the vicinity of the frequency 2.3f 0 , and then decreases again. The signal intensity of the second peak is about −32 dB with respect to the first peak.
一方、合成された受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.6f0近傍、2f0近傍および4f0近傍に有し、信号強度が極小となる谷を1.2f0近傍および3.3f0近傍に有する。ピークのうち信号強度が最大となるのは2f0近傍のピークであって、この信号強度に対する0.6f0近傍および4f0近傍のピークの信号強度はともに約−14dBである。一方、信号強度が極小となる谷における信号強度は、2f0のピークにおける信号強度に対して1.2f0近傍において約−28dB、3.3f0近傍において約−21dBである。 On the other hand, the spectrum of the synthesized received signal has a peak signal intensity becomes maximum 0.6F 0 neighborhood, 2f 0 neighborhood and 4f 0 in the vicinity, 1.2f 0 near a valley signal intensity is minimum And 3.3f near 0 . The signal intensity of the peaks is maximized is a peak of the 2f 0 neighborhood, the signal intensity of the peak of 0.6F 0 neighborhood and 4f 0 near to this signal strength are both approximately -14 dB. On the other hand, the signal intensity in the valley where the signal intensity is minimum is about −28 dB in the vicinity of 1.2f 0 and about −21 dB in the vicinity of 3.3f 0 with respect to the signal intensity at the peak of 2f 0 .
次に、本実施形態の超音波診断装置における周波数が推移する第1波形および第2波形の波形と、送波信号および受波信号の周波数スペクトラムの一例について図3にシミュレーション結果を図示し、説明する。図3(1)は、時間を横軸にとり、送波信号の音圧を縦軸にとって第1波形および第2波形を示したグラフである。ここで、第1波形を実線で示し、第2波形を破線で示す。図3(1)に示すように、第1波形は、周波数f1(=1.8MHz)の1サイクル目と、周波数f2(=2.2MHz)の2サイクル目とを連続させて構成され、信号開始時に音圧が立ち下がる極性となっている。一方、第2波形は、周波数f2の1サイクル目と、周波数f1の2サイクル目とを連続させて構成され、信号開始時に音圧が立ち下がる極性となっている。また、これらの第1波形および第2波形にはいずれも図2(1)に示す波形と同様のハニング重みが掛けられている。換言すれば、第2波形は、第1波形を時間反転させたものといえる。 Next, a simulation result is illustrated in FIG. 3 for an example of the waveform of the first waveform and the second waveform in which the frequency shifts in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, and the frequency spectrum of the transmission signal and the reception signal. To do. FIG. 3A is a graph showing the first waveform and the second waveform with time on the horizontal axis and the sound pressure of the transmitted signal on the vertical axis. Here, the first waveform is indicated by a solid line, and the second waveform is indicated by a broken line. As shown in FIG. 3 (1), the first waveform is configured by continuing the first cycle of the frequency f 1 (= 1.8 MHz) and the second cycle of the frequency f 2 (= 2.2 MHz). The polarity is such that the sound pressure falls at the start of the signal. On the other hand, the second waveform, and the first cycle of frequency f 2, is constituted by a continuous and second cycle of frequency f 1, and has a polarity which falls the sound pressure at the signal start. The first waveform and the second waveform are both subjected to the same Hanning weight as the waveform shown in FIG. In other words, the second waveform can be said to be a time reversal of the first waveform.
図3(2)は、送波信号と、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号を整相加算してなる受波信号との周波数スペクトラムを示すグラフである。このグラフは、図2(2)と同様に横軸にf0=2.0MHzに対する比周波数(f/f0)をとり、縦軸に信号強度(dB)をとったものである。図3(2)において、送波信号のスペクトラムを破線で示し、整相加算された受波信号のスペクトラムを実線で示している。 FIG. 3B is a graph showing the frequency spectrum of the transmitted signal and the received signal obtained by phasing and adding the received signals corresponding to the first waveform and the second waveform, respectively. In this graph, as in FIG. 2 (2), the horizontal axis represents the specific frequency (f / f0) with respect to f 0 = 2.0 MHz, and the vertical axis represents the signal intensity (dB). In FIG. 3B, the spectrum of the transmitted signal is indicated by a broken line, and the spectrum of the received signal subjected to phasing and addition is indicated by a solid line.
図3(2)に示すように、送波信号のスペクトラムは、周波数を0から向上させると信号強度が向上し、周波数f0において極大となるピークを有する。そして、さらに周波数を向上すると、信号強度が低下する。周波数2f0附近において、信号強度の低下率は小さくなり、低下率がほぼ0となった後、再び信号強度は低下率を大きくしつつ低減する。ちなみに周波数2f0近傍における信号強度は、周波数f0のピークに対し約−23dBである。 As shown in FIG. 3 (2), the spectrum of the transmitted signal has a peak that is maximized at the frequency f 0 when the frequency is improved from 0 and the signal intensity is improved. And if the frequency is further improved, the signal strength decreases. In the vicinity of the frequency 2f 0 , the signal intensity decrease rate decreases, and after the decrease rate becomes substantially zero, the signal intensity decreases again while increasing the decrease rate. Incidentally, the signal intensity in the vicinity of the frequency 2f 0 is about −23 dB with respect to the peak of the frequency f 0 .
一方、整相加算された受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.4f0近傍、1.6f0近傍および2.8f0近傍に有し、信号強度が極小となる谷を0.7f0近傍、2.2f0近傍および3.7f0近傍に有する。極大となるピークのうち信号強度が最大となるのは1.6f0近傍のピークであって、この信号強度に対する0.4f0近傍および2.8f0近傍のピークの信号強度はそれぞれ約−12dBおよび−2dBである。一方、信号強度が極小となる谷における信号強度は、0.7f0近傍において約−14dB、2.2f0近傍において約−17dB、3.7f0近傍において約−35dBである。 On the other hand, the spectrum of the phased summed received signal has a peak signal intensity becomes maximum 0.4F 0 neighborhood, 1.6F 0 neighborhood and 2.8F 0 in the vicinity, the signal intensity becomes minimum valley having 0.7F 0 neighborhood near 2.2f 0 and near 3.7f 0. The signal intensity of the peaks as the maximum becomes the maximum is a peak of 1.6F 0 neighborhood, the signal intensity of the peak of 0.4F 0 and near 2.8F 0 near to this signal strength about each -12dB And -2 dB. On the other hand, the signal strength at the valley signal intensity becomes minimum is about -14dB in 0.7F 0 neighborhood, 2.2f 0 to about near -17 dB, is about -35dB in 3.7F 0 neighborhood.
図3(2)を図2(2)と比較すると明らかなように、既存のパルスインバージョン法においては、第1波形と第2波形とにそれぞれ対応する受波信号を合成すると、2f0近傍の周波数成分が最も強調されるのに対し、f1とf2とをずらすことによって、信号強度のピークが1.6f0近傍となり、周波数スペクトラムが低く偏移していることがわかる。 As is clear when FIG. 3 (2) is compared with FIG. 2 (2), in the existing pulse inversion method, when the received signals corresponding to the first waveform and the second waveform are synthesized, the vicinity of 2f 0 is obtained. It can be seen that, by shifting f 1 and f 2 , the signal intensity peak is in the vicinity of 1.6f 0 , and the frequency spectrum is shifted low.
そして、本実施形態の超音波診断装置においては、送波フォーカスの設定深さに応じて、周波数f1とf2との差Δf(=|f1−f2|)を可変設定していることを特徴とする。具体的には、送波フォーカス深さが深くなるにつれて、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号を合成した信号の周波数スペクトラムが低く偏移するようにΔfを可変設定している。なお、このとき周波数f1とf2の平均周波数はf0のまま一定である。また、送波フォーカス深さが浅いときには、Δfを0として既存のパルスインバージョン法による送受信を行なうようにしている。そして、送波フォーカス深さが深くなるにつれてΔfを変化させ、上述した周波数スペクトルのピークが、2f0から例えばf0まで、好ましくは2f0から例えば1.5f0まで偏移するように送波信号を生成する。例えば、送波フォーカス深さを変えた複数の超音波ビームの受波信号をつなぎ合わせて1本のビームラインに係る受波信号を完成させる周知の送信多段フォーカスを行なう場合においては、各段のフォーカス深さに応じてΔfを可変するようにする。例えば、3段のフォーカスを行なう場合、フォーカス深さが浅い準に周波数スペクトラムのピークが例えば2f0、1.8f0、1.6f0となるように各段のΔfを設定するようにする。このような送波フォーカス深さに応じたΔfの設定は、シミュレーションまたは超音波ファントムを用いた実験によって行なうことができる。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, the difference Δf (= | f 1 −f 2 |) between the frequencies f 1 and f 2 is variably set according to the setting depth of the transmission focus. It is characterized by that. Specifically, Δf is variably set so that the frequency spectrum of the signal obtained by synthesizing the reception signals corresponding to the first waveform and the second waveform shifts lower as the transmission focus depth becomes deeper. . At this time, the average frequency of the frequencies f 1 and f 2 remains constant at f 0 . When the transmission focus depth is shallow, Δf is set to 0 and transmission / reception is performed by the existing pulse inversion method. Then, Δf is changed as the transmission focus depth becomes deeper, and transmission is performed so that the peak of the frequency spectrum described above shifts from 2f 0 to, for example, f 0 , preferably from 2f 0 to, for example, 1.5f 0. Generate a signal. For example, in the case of performing well-known transmission multistage focusing in which reception signals of a plurality of ultrasonic beams with different transmission focus depths are connected to complete a reception signal related to one beam line, Δf is varied according to the focus depth. For example, when performing three-stage focusing, Δf of each stage is set so that the peak of the frequency spectrum becomes, for example, 2f 0 , 1.8f 0 , 1.6f 0 when the focus depth is shallow. The setting of Δf according to the transmission focus depth can be performed by simulation or an experiment using an ultrasonic phantom.
また、本実施形態の超音波診断装置においては、上述した周波数スペクトラムの偏移に応じて帯域フィルタ21の通過周波数帯域を可変することを特徴とする。具体的には、整相加算後の受波信号のスペクトラムの偏移に適応するため、送波フォーカス深さが深くなるにつれて通過周波数帯域を低く偏移させる。
Further, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment is characterized in that the pass frequency band of the
また、この帯域フィルタ21の通過周波数帯域は、送波信号が変わらない場合でも、受波フォーカスの深さに応じて可変される。すなわち、図4は、被検体の浅い部位、つまり超音波探触子から近い部位からの受波信号の受信スペクトラムと、被検体の深い部位、つまり超音波探触子から遠い部位からの受波信号の受信スペクトラムを示す模式図である。なお、図4においては、説明の簡単のため、高調波成分として2f0のみを表示している。なお、送波信号は通常数サイクルのパルス波であるから図4に示すようにスペクトラムは、f0、2f0を中心にそれぞれある程度の帯域を有する。図4に示すように、深い位置からの受波信号のスペクトラムは、超音波が生体内を伝播する際の非線型歪みに起因して高調波成分が多くなるが、高調波成分のスペクトラム分布に着目すると、周波数が高い成分ほど伝播時の減衰による影響が大きいため、周波数スペクトラムは低く偏移し、中心周波数も低下する。そこで、これに対処するため、帯域フィルタ21の通過周波数帯域は、受波フォーカスのダイナミックフォーカスに連動して、受波フォーカスのフォーカス深さが深くなるにつれて低く偏移するように設定される。具体的には、帯域フィルタ21としてディジタルFIRフィルタを用いる場合、その係数を受波フォーカス深さに連動して可変にするとよい。
Further, the pass frequency band of the
以上のように、本実施形態によれば、周波数が増加するように推移する第1波形と周波数が低減するよう推移する第2波形とにそれぞれ対応する受波信号を整相加算することによって、f0ないし2f0における周波数成分を強調しているから、2f0を強調する既存のパルスインバージョン法よりも減衰の影響を受けにくく、フォーカス深さの深い部分でペネトレーションを向上することができ、また浅い部分では、2f0成分で画像化するので、分解能も維持できる効果がある。 As described above, according to the present embodiment, by phasing and adding the received signals respectively corresponding to the first waveform in which the frequency is increased and the second waveform in which the frequency is decreased, Since the frequency component in f 0 to 2f 0 is emphasized, it is less susceptible to attenuation than the existing pulse inversion method that emphasizes 2f 0 , and the penetration can be improved in a portion with a deep focus depth. Further, since the image is formed with 2f 0 components in the shallow portion, there is an effect that the resolution can be maintained.
また、第1波形と第2波形の周波数が推移する変化率を送波フォーカス深さに応じて可変設定しているので、浅いフォーカス深さにおいては比較的高い周波数成分を強調してコントラスト重視の設定とし、深いフォーカス深さにおいては比較的低い周波数成分を強調してペネトレーション重視の設定とすることができ、送波フォーカスの設定深さに適応して良好な画像を生成することができる。 Also, since the rate of change of the frequency of the first waveform and the second waveform is variably set according to the transmission focus depth, a relatively high frequency component is emphasized at a shallow focus depth to emphasize the contrast. In the deep focus depth, a relatively low frequency component can be emphasized so that penetration is emphasized, and a good image can be generated by adapting to the set depth of transmission focus.
さらに、整相加算後の受波信号に対して周波数帯域通過フィルタ演算を行ない、この通過周波数帯域を送波フォーカス深さに応じて可変しているので、送波信号の周波数が推移する変化率に応じて強調される周波数帯域を抽出することができる。 Furthermore, since the frequency band pass filter operation is performed on the received signal after phasing addition, and this pass frequency band is varied according to the transmission focus depth, the rate of change at which the frequency of the transmitted signal changes It is possible to extract a frequency band that is emphasized according to the above.
また、この通過周波数帯域は受波フォーカス深さに応じても可変設定されるので、受波信号の伝播距離の違いによる減衰の違いに起因する受波信号のスペクトラム変化に適応した周波数帯域を抽出することができる。 In addition, since this pass frequency band is variably set according to the reception focus depth, the frequency band adapted to the change in the spectrum of the received signal due to the difference in attenuation due to the difference in the propagation distance of the received signal is extracted. can do.
また、例えばペネトレーションが問題となりにくい比較的浅い部位を診断する場合には、2f0よりも高い周波数の成分を抽出して画像生成を行なうようにしてもよい。例えば、図3(2)を見ると、2.8f0近傍にもピークがあることがわかるが、例えばこのような周波数が2f0よりも大きいピーク近傍の信号強度を帯域通過フィルタによって抽出し、画像生成を行なってもよい。これによれば、浅い部位を診断する際の画像コントラストが良好となる。 Further, for example, when the penetration is to diagnose relatively shallow portion hardly become a problem, it may be performed extract and image generating high frequency components than 2f 0. For example, looking at FIG. 3 (2), is also seen that there is a peak, for example, it extracts a large peak signal strength of neighboring than this frequency 2f 0 by the band pass filter to 2.8F 0 vicinity, Image generation may be performed. According to this, the image contrast at the time of diagnosing a shallow part becomes favorable.
また、このような浅い部位を診断する場合には、送波信号の中心周波数を高くするようにしてもよい。例えば、図3の例においては、中心周波数f0=2.0MHzとし、第1波形と第2波形をf1=1.8MHz、f2=2.2MHzとしているが、これを例えば中心周波数f0=2.1MHz、f1=2.0MHz、f2=2.2MHzとしてもよい。これによれば、ペネトレーションが問題となりにくい比較的浅い深度においてコントラストの良好な画像を得ることができる。
Moreover, when diagnosing such a shallow site | part, you may make it raise the center frequency of a transmission signal. For example, in the example of FIG. 3, the center frequency f 0 = 2.0 MHz, the first waveform and the second waveform are f 1 = 1.8 MHz, and f 2 = 2.2 MHz. 0 = 2.1MHz, f 1 = 2.0MHz , may be
なお、上述した実施形態においては、時間軸制御器によって第1波形を時間反転させることによって第2波形を得ているが、任意波形発生器が直接第2波形を発生可能な場合には、時間軸制御器は不要である。 In the above-described embodiment, the second waveform is obtained by time-inverting the first waveform by the time axis controller. However, when the arbitrary waveform generator can directly generate the second waveform, the time is An axis controller is not required.
また、上述した実施形態においては、第1波形と第2波形はそれぞれ2サイクルの波形を連続させてなるが、3サイクル以上の波形を連続する構成としてもよい。例えば、第1波形がf1=1.8MHz、f2=2.0MHz、f3=2.2MHzの波形をそれぞれ1サイクルずつ連続させたものであり、第2波形が第1波形を時間反転させたものであってもよい。このように、第1波形が中心周波数f1,f2,・・fn,・・fN(N≧2)の1サイクル波形の連続であって、かつf1<f2<・・<fn<・・<fNであり、第2波形が第1波形の時間軸反転関係にある場合、N=4以上であっても本発明の趣旨は損なわれないが、波数が増加すると両送波の差は相対的に軽減されるから、本発明はN<6程度の範囲でとりわけ有効であると考えられる。 Further, in the above-described embodiment, the first waveform and the second waveform are each formed by continuing two cycles of waveforms, but may be configured by continuing waveforms of three cycles or more. For example, the first waveform is a continuous waveform of f 1 = 1.8 MHz, f 2 = 2.0 MHz, and f 3 = 2.2 MHz, and the second waveform is a time inversion of the first waveform. It may be made. Thus, the first waveform is a continuous one-cycle waveform with center frequencies f1, f2,... Fn,... FN (N ≧ 2), and f1 <f2 <•• <fn <•• <fN. When the second waveform is in a time axis inversion relationship with the first waveform, even if N = 4 or more, the gist of the present invention is not impaired, but when the wave number increases, the difference between the two transmission waves is relatively Since this is mitigated, the present invention is considered to be particularly effective in the range of N <6.
また、上述した実施形態においては、第1波形と第2波形とはそれぞれ1サイクル毎に周波数を異ならせた正弦波の組合せによって構成しているが、例えば2サイクル以上毎に周波数を異ならせるようにしてもよい。また、例えば1/2サイクル、1/4サイクル毎のように細かく周波数を異ならせたり、さらに、周波数が連続的に推移するいわゆるチャープ波形を用いる構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the first waveform and the second waveform are each configured by a combination of sine waves having different frequencies for each cycle. For example, the frequencies are changed for every two cycles or more. It may be. Further, for example, the frequency may be finely changed, such as every 1/2 cycle or 1/4 cycle, or a so-called chirp waveform in which the frequency continuously changes may be used.
次に、本発明を適用してなる超音波診断装置の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。本実施形態の超音波診断装置は、第1波形および第2波形の振幅がともに推移することを特徴とする。すなわち、本実施形態においては、第1波形と第2波形のそれぞれの最初のサイクルの波形の振幅が、これに続く波形の振幅よりも大きく設定されていることを特徴とする。 Next, a second embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described. Description of the same parts as those in the first embodiment is omitted, and only differences will be described. The ultrasonic diagnostic apparatus of this embodiment is characterized in that the amplitudes of the first waveform and the second waveform both change. That is, the present embodiment is characterized in that the amplitude of the waveform of the first cycle of each of the first waveform and the second waveform is set to be larger than the amplitude of the subsequent waveform.
本実施形態の超音波診断装置における周波数及び振幅が推移する第1波形および第2波形の波形と、送波信号および受波信号の周波数スペクトラムの一例について図5にシミュレーション結果を図示し、説明する。図5(1)は、時間を横軸にとり、送波信号の音圧を縦軸にとって第1波形および第2波形を示したグラフである。ここで、第1波形を実線で示し、第2波形を破線で示す。図5(1)に示すように、第1波形は、周波数f1(=1.8MHz)の1サイクル目と、周波数f2(=2.2MHz)の2サイクル目とを連続させて構成され、信号開始時に音圧が立ち下がる極性となっている。一方、第2波形は、周波数f2の1サイクル目と、周波数f1の2サイクル目とを連続させて構成され、信号開始時に音圧が立ち上がる極性となっている。そして、第1波形、第2波形ともに、1サイクル目の振幅A1よりも2サイクル目の振幅A2が小さく設定され、例えば図5(1)の場合には、A2=0.9A1に設定されている。 FIG. 5 shows a simulation result for an example of the waveforms of the first waveform and the second waveform, and the frequency spectrum of the transmitted signal and the received signal in which the frequency and amplitude change in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment. . FIG. 5 (1) is a graph showing the first waveform and the second waveform with time on the horizontal axis and the sound pressure of the transmitted signal on the vertical axis. Here, the first waveform is indicated by a solid line, and the second waveform is indicated by a broken line. As shown in FIG. 5 (1), the first waveform is configured by continuing the first cycle of the frequency f 1 (= 1.8 MHz) and the second cycle of the frequency f 2 (= 2.2 MHz). The polarity is such that the sound pressure falls at the start of the signal. On the other hand, the second waveform, and the first cycle of frequency f 2, is constituted by a continuous and second cycle of frequency f 1, and has a polarity which is the sound pressure rises at the signal start. In both the first waveform and the second waveform, the amplitude A2 in the second cycle is set smaller than the amplitude A1 in the first cycle. For example, in the case of FIG. 5A, A2 = 0.9A1 is set. Yes.
図5(2)は、送波信号と、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号を整相加算してなる受波信号との周波数スペクトラムを示すグラフである。図2(2)と同様に横軸にf0=2.0MHzに対する比周波数(f/f0)をとり、横軸に信号強度(dB)をとったものである。図5(2)において、送波信号のスペクトラムを破線で示し、整相加算された受波信号のスペクトラムを実線にて示している。 FIG. 5B is a graph showing the frequency spectrum of the transmission signal and the reception signal obtained by phasing and adding the reception signals corresponding to the first waveform and the second waveform, respectively. Similar to FIG. 2 (2), the horizontal axis represents the specific frequency (f / f 0 ) with respect to f 0 = 2.0 MHz, and the horizontal axis represents the signal intensity (dB). In FIG. 5 (2), the spectrum of the transmitted signal is indicated by a broken line, and the spectrum of the received signal subjected to phasing and addition is indicated by a solid line.
図5(2)に示すように、送波信号のスペクトラムは図3(2)に示す送波信号スペクトラムと類似しているが、周波数2f0近傍における信号強度はf0近傍における信号強度に対して約―25dBとなっている。 As shown in FIG. 5 (2), the spectrum of the transmitted signal is similar to the transmitted signal spectrum shown in FIG. 3 (2), but the signal intensity near the frequency 2f 0 is higher than the signal intensity near f 0. About -25dB.
一方、整相加算された受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.4f0近傍、1.6f0近傍および2.8f0近傍に有し、信号強度が極小となる谷を0.7f0近傍、2.2f0近傍および3.8f0近傍に有する。極大となるピークのうち信号強度が最大となるのは1.6f0近傍のピークであって、この信号強度に対する0.4f0近傍および2.8f0近傍のピークの信号強度はそれぞれ約−13dBおよび約−2dBである。一方、信号強度が極小となる谷における信号強度は、0.7f0近傍において約−17dB、2.2f0近傍において約−10dB、3.8f0近傍においては−40dB以下となっている。 On the other hand, the spectrum of the phased summed received signal has a peak signal intensity becomes maximum 0.4F 0 neighborhood, 1.6F 0 neighborhood and 2.8F 0 in the vicinity, the signal intensity becomes minimum valley having 0.7F 0 neighborhood near 2.2f 0 and near 3.8f 0. The signal intensity of the peaks as the maximum becomes the maximum is a peak of 1.6F 0 neighborhood, the signal intensity of the peak of 0.4F 0 and near 2.8F 0 near to this signal strength about each -13dB And about -2 dB. On the other hand, the signal strength at the valley signal intensity is minimum are, 0.7F 0 about near -17 dB, 2.2f 0 to about near -10 dB, in 3.8F 0 neighborhood is equal to or less than -40 dB.
図5(2)と図2(2)とを比較すると明らかなように、本実施形態のように周波数f1とf2とをずらし、振幅A1とA2とをずらすことによって、信号強度のピークが1.6f0近傍となり、周波数スペクトラムが低く偏移していることがわかる。 5 (2) and 2 (2) and as is apparent from a comparison of, shifting a frequency f 1 and f 2 as in this embodiment, by shifting the amplitude A1 and A2, the signal intensity peaks Is 1.6 f 0, and it can be seen that the frequency spectrum shifts low.
そして、本実施形態の超音波診断装置においては、送波フォーカスの設定深さに応じて、周波数f1とf2との差Δfを可変設定し、さらに振幅A1およびA2の比A2/A1を可変設定している。具体的には、第1の実施形態と同様に、送波フォーカス深さが深くなるにつれて、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号を合成した信号の周波数スペクトラムが低く偏移するようにΔfおよびA2/A1を可変設定している。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, the difference Δf between the frequencies f 1 and f 2 is variably set according to the setting depth of the transmission focus, and the ratio A2 / A1 between the amplitudes A1 and A2 is further set. Variable setting. Specifically, as in the first embodiment, as the transmission focus depth increases, the frequency spectrum of the signal obtained by synthesizing the received signals respectively corresponding to the first waveform and the second waveform shifts lower. Thus, Δf and A2 / A1 are variably set.
以上のように、本実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果に加え、第1波形と第2波形の振幅をともに推移させることによって、整相加算された受波信号のスペクトラム偏移をより強調することができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, the received signal subjected to phasing addition by shifting the amplitudes of the first waveform and the second waveform together. It is possible to further emphasize the spectral shift of.
次に、本発明を適用してなる超音波診断装置の第3の実施形態について説明する。これも第1の実施形態と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
図6は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示す図である。図6に示すように、超音波診断装置は、図示しない複数の超音波振動子または超音波トランスデューサのアレーを有する超音波探触子または超音波プローブ31と、超音波プローブ31を介して図示しない被検体に送信される送波信号を制御するパルス反転制御部33と、パルス反転制御部33からの指示に応じて送波信号を生成し、超音波プローブ31を駆動する送波整相回路35とを有する。送波整相回路35は、図示しない送波タイミング発生回路、送波ビームフォーマ回路および送波ドライバを有し、超音波プローブ31に高圧送波信号を供給するものである。このとき、送波ビームフォーマ回路は、送波タイミング発生回路により発生された送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波ビームを形成するビームフォーミング信号を生成する。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差が付与された複数の駆動信号からなる。
Next, a third embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described. The description of the same parts as those of the first embodiment is also omitted, and only the differences are described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the ultrasonic diagnostic apparatus is not illustrated via an ultrasonic probe or
また、超音波プローブを介して被検体から受信された受波信号を、複数の超音波トランスデューサの各チャンネルにわたって整相加算する受信整相回路37と、受信整相回路37の出力信号を可変設定されるゲインに応じて増幅または低減する可変ゲイン回路39と、可変ゲイン回路39の出力信号を一時的に記憶し、時間間隔をおいて可変ゲイン回路39が出力した信号と整相加算する2ビーム加算部41とが設けられている。そして、2ビーム加算器41の出力信号に対してディジタル帯域通過フィルタ演算を行なう可変帯域フィルタ43が設けられ、この可変帯域フィルタ43の出力信号に基づいて、検波、対数圧縮、エンハンス処理を含む周知のBモード画像処理を行なうBモード処理部45と、DSC回路47と、DSC回路47が出力するビデオ信号を画像表示するモニタ49が設けられている。また、可変ゲイン回路39と可変帯域フィルタ43とを制御する制御部51が設けられ、制御部51には入力手段を有する操作卓53がつながれている。なお、可変ゲイン回路39は、パルス反転制御部33および制御部51からの指示に基づいて、時間間隔をおいて受信された複数の受波信号に対して異なったゲインにより周知のタイム・ゲイン・コントロールを行なう機能を有する。また、可変帯域フィルタ43は、制御部51が発する時間制御信号により、通過周波数帯域の中心周波数と帯域幅とが受信深さに応じて可変する受波ダイナミックフィルタ機能を有する。
In addition, the
次に、上述した超音波診断装置の動作について説明する。本実施形態の超音波診断装置においては、第1波形及び第2波形は図2(1)に示したものと同じ波形、すなわち、周波数f0の波形を2つ連続させ、第1波形と第2波形とが時間反転または極性反転の関係となる既存のパルスインバージョン法と同じ波形を用いる。そして、可変ゲイン回路39において、第1波形に対応する受波信号と、第2波形に対応する受波信号とに、受波信号の受信タイミング、つまり検出部位の深さに応じて異なったゲイン(振幅利得)によってタイム・ゲイン・コントロールを行なってから、2ビーム加算部41において整相加算し1本のRF信号とすることを特徴とする。
Next, the operation of the above-described ultrasonic diagnostic apparatus will be described. In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, the first waveform and the second waveform are the same as those shown in FIG. 2 (1), that is, two waveforms having the frequency f 0 are continuously arranged, The same waveform as that of the existing pulse inversion method in which two waveforms have a relationship of time reversal or polarity reversal is used. Then, in the
図7ないし9は、本実施形態における送波信号と、合成された受波信号の周波数スペクトラムのシミュレーション結果を示すグラフであって、それぞれ第1波形と第2波形に対応する受波信号に対するゲインの比が、それぞれ1:1,1.2:0.8,1.35:0.65であるものを示すグラフである。各図とも、図2(2)と同様に、横軸にf0=2MHzに対する比周波数(f/f0)をとり、縦軸に信号強度(dB)をとっている。また、送波信号のスペクトラムを破線で示し、整相加算後の受波信号のスペクトラムを実線で示している。なお、ここで送波信号のスペクトラムは、いうまでもなく図2(2)に示したものと同様になる。 7 to 9 are graphs showing simulation results of the frequency spectrum of the transmitted signal and the synthesized received signal in the present embodiment, and gains for the received signals corresponding to the first waveform and the second waveform, respectively. Are ratios of 1: 1, 1.2: 0.8, and 1.35: 0.65, respectively. In each figure, as in FIG. 2 (2), the horizontal axis represents the specific frequency (f / f 0 ) with respect to f 0 = 2 MHz, and the vertical axis represents the signal intensity (dB). Further, the spectrum of the transmitted signal is indicated by a broken line, and the spectrum of the received signal after phasing addition is indicated by a solid line. Here, needless to say, the spectrum of the transmitted signal is the same as that shown in FIG.
次に、各図における整相加算後の受波信号のスペクトラムについて説明する。図7は、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号に対するゲインの比(以下、「ゲイン比」と称する。)が1:1であるときのものである。図7に示すように、受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.6f0近傍、1.9f0近傍および3.7f0近傍に有する。一方、信号強度が極小となる谷を1.1f0近傍および2.9f0近傍に有する。信号強度が最大となるのは1.9f0近傍のピークにおいてであり、このときの信号強度に対する各ピークおよび谷における信号強度は、0.6f0近傍において約−9dB、1.1f0近傍において約−25dB、2.9f0近傍において約−17dB、3.7f0近傍において約−6dBである。 Next, the spectrum of the received signal after phasing addition in each figure will be described. FIG. 7 shows the case where the ratio of gain to the received signal corresponding to the first waveform and the second waveform (hereinafter referred to as “gain ratio”) is 1: 1. As shown in FIG. 7, the spectrum of the received signal has peaks where the signal intensity is maximum in the vicinity of 0.6 f 0 , 1.9 f 0 and 3.7 f 0 . On the other hand, it has a valley signal strength becomes minimal in 1.1f 0 and near 2.9F 0 neighborhood. The signal strength is maximized is in the peak of 1.9F 0 neighborhood, the signal intensity at each peak and valley for the signal strength at this time, about -9dB in 0.6F 0 near the 1.1f 0 near about -25dB, 2.9f 0 to about near -17 dB, it is about -6dB at 3.7F 0 neighborhood.
図8は、ゲイン比が1.2:0.8であるときのものである。図8に示すように、受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.6f0近傍、1.9f0近傍および3.7f0近傍に有する。一方、信号強度が極小となる谷をf0近傍および2.9f0近傍に有する。信号強度が最大となるのは1.9f0近傍のピークにおいてであり、このときの信号強度に対する各ピークおよび谷における信号強度は、0.6f0近傍において約−8dB、f0近傍において約−15dB、2.9f0近傍において約−13dB、3.7f0近傍において約−5dBである。 FIG. 8 shows the case where the gain ratio is 1.2: 0.8. As shown in FIG. 8, the spectrum of the received signal has peaks at which the signal intensity is maximum in the vicinity of 0.6 f 0 , 1.9 f 0 and 3.7 f 0 . On the other hand, it has a valley signal strength becomes minimal in the vicinity f 0 near and 2.9f 0. The signal intensity is maximized at the peak near 1.9f 0. The signal intensity at each peak and valley at this time is about −8 dB in the vicinity of 0.6f 0 and about −8 in the vicinity of f 0. It is about −13 dB in the vicinity of 15 dB and 2.9 f 0 and about −5 dB in the vicinity of 3.7 f 0 .
図9は、ゲイン比が1.2:0.8であるときのものである。図9に示すように、受波信号のスペクトラムは、信号強度が極大となるピークを0.6f0近傍、1.9f0近傍および3.7f0近傍に有する。一方、信号強度が極小となる谷を0.9f0近傍および2.9f0近傍に有する。信号強度が最大となるのは1.9f0近傍のピークにおいてであり、このときの信号強度に対する各ピークおよび谷における信号強度は、0.6f0近傍において約−8dB、0.9f0近傍において約−9dB、2.9f0近傍において約−10dB、3.7f0近傍において約−5dBである。 FIG. 9 shows the case where the gain ratio is 1.2: 0.8. As shown in FIG. 9, the spectrum of the received signal has peaks where the signal intensity is maximum in the vicinity of 0.6 f 0 , 1.9 f 0 and 3.7 f 0 . On the other hand, it has a valley signal strength becomes minimal in 0.9F 0 and near 2.9F 0 neighborhood. The signal strength is maximized is in the peak of 1.9F 0 neighborhood, the signal intensity at each peak and valley for the signal strength at this time, about -8dB in 0.6F 0 near the 0.9F 0 near about -9dB, 2.9f 0 to about near -10 dB, it is about -5dB in 3.7F 0 neighborhood.
図7ないし図9を比較すると明らかなように、ゲイン比を変化させることによって整相加算した受波信号のスペクトラムは変化し、例えばf0から2f0の周波数帯域における成分に着目すると、図7よりも図8、図8よりも図9のほうが強調されていることがわかる。例えば、1.5f0における信号強度に着目すると、1.9f0のピークに対する信号強度は、図7では約−7dB、図8では約−5dB、図9では約−3dBとなっている。 As is apparent from a comparison of FIGS. 7 to 9, the spectrum of the received signal phased and added by changing the gain ratio changes. For example, when attention is paid to components in the frequency band from f 0 to 2f 0 , FIG. It can be seen that FIG. 9 is more emphasized than FIG. 8 and FIG. For example, paying attention to the signal intensity at 1.5f 0, the signal intensity with respect to the peak of 1.9f 0 is about −7 dB in FIG. 7, about −5 dB in FIG. 8, and about −3 dB in FIG.
そして、本実施形態においては、受波フォーカスの設定深さに応じて、ゲイン比を可変設定している。具体的には、受波フォーカス深さが深くなるにつれてゲイン比が大きくなるように設定している。このようなゲイン比の変更は、周知の受波ダイナミックフォーカスと連動し、受波タイミングに応じて連続的に行なわれる。すなわち、第1波形と第2波形とにそれぞれ対応する受波信号に対して、受信タイミングとゲインとの相関曲線が異なったタイム・ゲイン・コントロールを行なうようにしている。 In the present embodiment, the gain ratio is variably set according to the setting depth of the reception focus. Specifically, the gain ratio is set to increase as the receiving focus depth increases. Such a change in the gain ratio is continuously performed according to the reception timing in conjunction with the well-known reception dynamic focus. That is, time gain control is performed on the received signals corresponding to the first waveform and the second waveform, respectively, with different correlation curves between the reception timing and the gain.
また、可変帯域フィルタ43は、受波フォーカスの設定深さに応じて通過周波数帯域を可変設定するようにしている。具体的には、受波フォーカス深さが浅い領域においては、通過周波数帯域を広く設定し、かつその中心周波数を低く設定することにより2次高調波成分を広帯域で通過させるようにしている。そして、受波フォーカス深さが深くなり、基本波成分が強調されてくるにつれて可変帯域フィルタの通過周波数帯域を狭く設定し、かつその中心周波数および下限周波数を高く設定することにより、基本波成分の低減を図るようにしている。
The
以上のように、本実施形態によれば、第1波形と第2波形が相互に極性を反転されてなる構成とし、第1波形および第2波形にそれぞれ対応する受波信号をゲインの差をつけてそれぞれ増幅または低減することによって、整相加算後の受波信号の周波数スペクトラムを変化させ、f0ないし2f0の周波数帯域における成分を強調することができるから、f0を下げなくても、分解能を低下させなくても、ペネトレーションを向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, the first waveform and the second waveform have a configuration in which the polarities are inverted from each other, and the received signal corresponding to each of the first waveform and the second waveform has a gain difference. by amplifying or reducing each attached, by changing the frequency spectrum of the received signal after phasing addition, since to no f 0 can be emphasized component in the frequency band of the 2f 0, without lowering the f 0 The penetration can be improved without reducing the resolution.
また、ゲインの差および可変帯域フィルタの通過周波数帯域を受波フォーカス深さに応じて可変設定しているから、比較的浅い部位においてはゲイン差を小さくするか、あるいは0とし、また可変帯域フィルタの通過周波数帯域を広く設定することによって基本波成分を打ち消された広帯域な2次の高調波成分を強調することができる。一方、比較的深い部位においてはゲイン差を大きくし、また通過周波数帯域を狭くし、かつその中心周波数を低くすることによってペネトレーションを向上することができる。 Since the gain difference and the pass frequency band of the variable band filter are variably set according to the receiving focus depth, the gain difference is reduced or set to 0 at a relatively shallow portion, and the variable band filter By setting a wide pass frequency band, it is possible to emphasize a broadband second-order harmonic component in which the fundamental wave component is canceled. On the other hand, the penetration can be improved by increasing the gain difference, narrowing the pass frequency band, and lowering the center frequency in a relatively deep part.
なお、上述した実施形態では、第1波形に対応する受波信号に対するゲインと、第2波形に対応する受波信号に対するゲインとをともに可変させているが、一方を固定して他方のみ可変させる構成としてもよい。例えば、第1波形に対応するゲインを1に固定し、第2波形に対応するゲインのみ可変してもよい。例えば、ゲインの比を、1:1,1:0.6,1:0.3のように段階状に可変設定するようにしてもよい。また、受波信号に対するゲインを異ならせることに加え、あるいは代えて、第1波形と第2波形の送波時の振幅を異ならせるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the gain for the received signal corresponding to the first waveform and the gain for the received signal corresponding to the second waveform are both varied, but one is fixed and only the other is varied. It is good also as a structure. For example, the gain corresponding to the first waveform may be fixed to 1 and only the gain corresponding to the second waveform may be varied. For example, the gain ratio may be variably set stepwise such as 1: 1, 1: 0.6, 1: 0.3. Further, in addition to or instead of making the gain for the received signal different, the amplitude at the time of transmission of the first waveform and the second waveform may be made different.
1 超音波探触子
3 送波部
5 受波部
7 画像作成表示部
9 任意波形発生器
11 時間軸制御器
13 送波器
15 受信器
17 整相加算器
19 ライン加算器
21 帯域フィルタ
23 システム制御部
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