JP2009011363A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of removing linear signal components and nonlinear signal components due to tissue from received echo signals and extracting only signal components practically due to an ultrasonic contrast medium. <P>SOLUTION: By transmitting ultrasonic waves having an up-chirp waveform and ultrasonic waves having a down-chirp waveform and executing subtraction processing using the echo signals due to them, the nonlinear components due to only the ultrasonic contrast medium are extracted. Thus, in a contrast echo method for injecting the contrast medium and detecting a contrasted image of and by the ultrasonic contrast medium at a low sound pressure so as not to destroy the ultrasonic contrast medium, echoes from the tissue are substantially reduced compared to the conventional one. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波造影剤が注入された被検体に関する超音波画像の取得に用いられる超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus used for acquiring an ultrasonic image related to a subject into which an ultrasonic contrast agent has been injected.

超音波診断装置は被検体内情報の画像を表示する診断装置であり、X線診断装置やX線コンピュータ断層撮影装置などの他の画像診断装置に比べ、安価で被爆が無く、非侵襲性に実時間で観測するための有用な装置として利用されている。係る特性から、超音波診断装置の適用範囲は広く、心臓などの循環器から肝臓、腎臓などの腹部、抹消血管、産婦人科、脳血管などの診断に利用されている。   An ultrasonic diagnostic apparatus is a diagnostic apparatus that displays an image of in-subject information, and is inexpensive, non-explosive, and non-invasive compared to other diagnostic imaging apparatuses such as an X-ray diagnostic apparatus and an X-ray computed tomography apparatus. It is used as a useful device for real-time observation. Due to such characteristics, the application range of the ultrasonic diagnostic apparatus is wide, and it is used for the diagnosis of circulatory organs such as the heart, abdomen such as the liver and kidney, peripheral blood vessels, obstetrics and gynecology, and cerebral blood vessels.

近年、被検体に超音波造影剤(バブル)を注入した場合において、正常組織と癌等の異常組織との染影の違いによって診断を行うコントラストエコー法が、経静脈性超音波造影剤の発売と共に広まっている。この手法に用いられる超音波造影剤は、マイクロ超音波造影剤と呼ばれる微小な超音波造影剤から成り、これにより超音波の反射強度を強めるものである。   In recent years, a contrast-enhanced echocardiogram that makes a diagnosis based on the difference in staining between normal tissue and abnormal tissue such as cancer when an ultrasound contrast agent (bubble) is injected into a subject has been launched. It is spreading with. The ultrasound contrast agent used in this technique is composed of a minute ultrasound contrast agent called a micro ultrasound contrast agent, thereby enhancing the reflection intensity of the ultrasound.

また、コントラストエコー法による映像法には、パルス間の超音波造影剤の消失や位相の変化を利用した所謂擬似ドプラ効果を利用する方法と、超音波造影剤からの信号の非線形性を利用する方法とに分類することができる。   In contrast, the imaging method using the contrast echo method uses a so-called pseudo Doppler effect that uses the disappearance or phase change of the ultrasound contrast agent between pulses, and the nonlinearity of the signal from the ultrasound contrast agent. It can be classified into methods.

擬似ドプラ効果を利用した方法は、静止している組織からのエコーは表示されないために、造影剤からの信号だけを映像化できる。しかし、この手法は高い音圧で超音波造影剤を崩壊させる必要があり、連続的にリアルタイムで観察することが困難である。   Since the method using the pseudo Doppler effect does not display an echo from a stationary tissue, only the signal from the contrast agent can be imaged. However, this method needs to disintegrate the ultrasonic contrast agent with a high sound pressure, and it is difficult to observe in real time continuously.

一方、超音波造影剤からの信号の非線形性を利用した映像法は、同一方向に振幅及び位相(或いは、振幅又は位相)が異なるパルスを複数回送信して、エコー信号に対して線形信号がキャンセルするような係数を掛けて足し合わせることで実現される。この方法には、使用する音圧によって2通りの方式がある。ひとつは、高い音圧で超音波造影剤を崩壊させてその際に発生するハーモニック信号(基本波の整数倍の周波数を持つ信号)やサブハーモニック信号(基本波の半分の周波数を持つ信号)、ウルトラハーモニック信号(基本波の小数倍の周波数を持つ信号)を利用するものである。この方法は、超音波造影剤を崩壊させるので、リアルタイムの観察に適さない。もうひとつは、低い音圧で超音波造影剤を崩壊させない方法である。この方式は連続的にリアルタイムで観察することができる。信号としては、ハーモニック信号や基本波帯域の発生する非線形信号を利用する。   On the other hand, in the imaging method using the nonlinearity of the signal from the ultrasonic contrast agent, a pulse having different amplitude and phase (or amplitude or phase) is transmitted a plurality of times in the same direction, and a linear signal is generated with respect to the echo signal. This is realized by multiplying by a coefficient that cancels. There are two methods in this method depending on the sound pressure used. One is a harmonic signal (a signal having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave) or a sub-harmonic signal (a signal having a frequency that is half that of the fundamental wave) generated by disrupting the ultrasound contrast agent with a high sound pressure. It uses an ultra-harmonic signal (a signal having a frequency that is a fraction of the fundamental wave). This method is not suitable for real-time observation because it destroys the ultrasound contrast agent. The other is a method that does not disrupt the ultrasound contrast agent with a low sound pressure. This method can be observed continuously in real time. As the signal, a harmonic signal or a nonlinear signal generated in the fundamental band is used.

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開2002−224111号公報
In addition, as a well-known document relevant to this application, there exist the following, for example.
JP 2002-224111 A

ところで、上述した、崩壊させない低い音圧を用いる映像法では、超音波造影剤と組織とのコントラスト比を上げることが課題である。というのも、組織からも非線形信号が発生するために、超音波造影剤からの信号と組織からの信号を区別するのが困難な場合があるからである。特に2次高調波を利用したハーモニック映像法では、組織からの非線形エコー信号の発生が大きいので問題は深刻である。音圧を下げると組織からの非線形信号の割合は小さくなって来るが、それでもゼロになることはないので問題を回避できない。基本波帯域の非線形信号を利用することで、2次高調波帯域を利用した場合よりは組織からの非線形信号を低減することはできるが、それでも完全に除去することはできない。   By the way, in the above-described imaging method using a low sound pressure that does not collapse, it is a problem to increase the contrast ratio between the ultrasonic contrast agent and the tissue. This is because it may be difficult to distinguish the signal from the ultrasound contrast agent and the signal from the tissue because nonlinear signals are also generated from the tissue. Particularly in the harmonic imaging method using the second harmonic, the problem is serious because the generation of nonlinear echo signals from the tissue is large. When the sound pressure is lowered, the proportion of the nonlinear signal from the tissue becomes smaller, but it still cannot be zero, so the problem cannot be avoided. By using the nonlinear signal in the fundamental band, the nonlinear signal from the tissue can be reduced as compared with the case where the second harmonic band is used, but it cannot be completely removed.

そのために、低い音圧で超音波造影剤を壊さない造影法で、組織からのエコー信号を極力低減して、超音波造影剤からだけのエコー信号を表示する映像法が求められている。   Therefore, there is a need for an imaging method that displays an echo signal only from the ultrasound contrast agent by reducing the echo signal from the tissue as much as possible with a contrast method that does not destroy the ultrasound contrast agent with a low sound pressure.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、受信したエコー信号から組織に起因する線形信号成分及び非線形信号成分を除去して、実質的に超音波造影剤に起因する信号成分のみを抽出することができる超音波診断装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and removes a linear signal component and a nonlinear signal component caused by tissue from a received echo signal, and extracts only a signal component substantially caused by an ultrasound contrast agent. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of performing the above.

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。   In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.

本発明の第1の視点は、造影剤が注入された被検体に関する超音波画像の取得に用いられる超音波診断装置であって、周波数が時間的に変化する第1の超音波と当該第1の超音波の波形を時間方向に逆転させた波形を有する第2の超音波とを、各ビーム方向毎に所定の時間間隔で送信する送信手段と、前記第1の超音波に対応する第1のエコー信号と、前記第2の超音波に対応する第2のエコー信号とを受信し、それぞれをパルス圧縮する受信手段と、圧縮後の前記第1のエコー信号と圧縮後の前記第2のエコー信号とを用いた減算処理を実行することにより、超音波造影剤に起因する信号を抽出する抽出手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。   A first aspect of the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus used for acquiring an ultrasonic image related to a subject into which a contrast medium has been injected, and the first ultrasonic wave whose frequency changes with time and the first Transmitting means for transmitting a second ultrasonic wave having a waveform obtained by reversing the waveform of the ultrasonic wave in the time direction at a predetermined time interval for each beam direction, and a first corresponding to the first ultrasonic wave And the second echo signal corresponding to the second ultrasonic wave, receiving means for pulse-compressing each of the echo signal, the compressed first echo signal, and the compressed second signal An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: extraction means for extracting a signal caused by an ultrasonic contrast agent by executing a subtraction process using an echo signal.

本発明の第2の視点は、造影剤が注入された被検体に関する超音波画像の取得に用いられる超音波診断装置であって、周波数が時間的に変化する第1の超音波と、前記第1の超音波の極性を逆転させた第2の超音波と、前記第1の超音波の波形を時間方向に逆転させた波形を有する第3の超音波と、前記第3の超音波の極性を反転させた第4の超音波とを、各ビーム方向毎に所定の時間間隔で送信する送信手段と、前記第1の超音波に対応する第1のエコー信号と、前記第2の超音波に対応する第2のエコー信号と、前記第3の超音波に対応する第3のエコー信号と、前記第4の超音波に対応する第4のエコー信号とを受信し、それぞれをパルス圧縮する受信手段と、圧縮後の前記第1のエコー信号と圧縮後の前記第4のエコー信号との和と、圧縮後の前記第2のエコー信号と圧縮後の前記第3のエコー信号の和と、を用いた減算処理を実行することにより、超音波造影剤に起因する信号を抽出する抽出手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus used for acquiring an ultrasonic image related to a subject into which a contrast agent has been injected, the first ultrasonic wave having a temporally changing frequency, A second ultrasonic wave obtained by reversing the polarity of the first ultrasonic wave, a third ultrasonic wave having a waveform obtained by reversing the waveform of the first ultrasonic wave in the time direction, and the polarity of the third ultrasonic wave Transmitting means for transmitting the fourth ultrasonic wave having the inverted frequency at predetermined time intervals for each beam direction, the first echo signal corresponding to the first ultrasonic wave, and the second ultrasonic wave The second echo signal corresponding to the third ultrasonic signal, the third echo signal corresponding to the third ultrasonic wave, and the fourth echo signal corresponding to the fourth ultrasonic wave are received and pulse-compressed respectively. A receiving means; a sum of the first echo signal after compression and the fourth echo signal after compression; Extracting means for extracting a signal caused by the ultrasound contrast agent by executing a subtraction process using the sum of the second echo signal after compression and the third echo signal after compression; An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

以上本発明によれば、受信したエコー信号から組織に起因する線形信号成分及び非線形信号成分を除去して、実質的に超音波造影剤に起因する信号成分のみを抽出することができる超音波診断装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, an ultrasonic diagnosis that can remove only a signal component caused by an ultrasound contrast agent by removing a linear signal component and a nonlinear signal component caused by tissue from a received echo signal. An apparatus can be realized.

以下、本発明の第1実施形態及び第2実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置1は、装置本体2、超音波プローブ3を具備し、装置本体2は、超音波送信ユニット11、超音波受信ユニット13、信号処理ユニット15、画像メモリ17、記憶ユニット19、画像生成ユニット23、画像合成ユニット25、モニタ27、制御プロセッサ(CPU)29、インタフェイスユニット31、入力ユニット33を具備している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to this embodiment. As shown in the figure, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an apparatus main body 2 and an ultrasonic probe 3. The apparatus main body 2 includes an ultrasonic transmission unit 11, an ultrasonic reception unit 13, a signal processing unit 15, an image. A memory 17, a storage unit 19, an image generation unit 23, an image composition unit 25, a monitor 27, a control processor (CPU) 29, an interface unit 31, and an input unit 33 are provided.

超音波プローブ3は、装置本体2からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ3から被検体Pに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ3に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。   The ultrasonic probe 3 generates ultrasonic waves based on a drive signal from the apparatus body 2 and converts a reflected wave from the subject into an electric signal, a matching layer provided in the piezoelectric vibrator, It has a backing material that prevents the propagation of ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator to the rear. When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 3 to the subject P, the transmitted ultrasonic waves are successively reflected by the discontinuous surface of the acoustic impedance of the body tissue and received by the ultrasonic probe 3 as an echo signal. . The amplitude of this echo signal depends on the difference in acoustic impedance at the discontinuous surface that is supposed to be reflected. In addition, the echo when the transmitted ultrasonic pulse is reflected by the moving blood flow or the surface of the heart wall depends on the velocity component in the ultrasonic transmission direction of the moving object due to the Doppler effect, and the frequency Receive a shift.

なお、本超音波プローブ3は、複数の圧電振動子が一方向に配列された一次元アレイプローブに拘泥されず、例えば被検体の3次元領域を超音波走査可能なものであってもよい。係る場合、超音波プローブ3は、振動子をその配列方向の直交方向に沿って機械的に揺動させ、3次元領域を超音波走査する構成、又は2次元的に配列された2次元振動素子を用いて電気的制御により3次元領域を超音波走査する構成等を有する。前者の構成を採用する場合、被検体の3次元的走査は前記揺動回路によって行われるため、検査者はプローブ本体を被検体に接触させるだけで、自動的に複数の2次元断層像を取得することができる。制御された揺動速度から断面間の正確な距離も検知できる。また、後者の構成を採用する場合には、原理的には、従来の2次元断層像を取得するのと同じ時間で、3次元領域を超音波走査することができる。   The ultrasonic probe 3 is not limited to a one-dimensional array probe in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in one direction, and may be capable of ultrasonic scanning, for example, a three-dimensional region of a subject. In such a case, the ultrasonic probe 3 has a configuration in which the transducer is mechanically swung along the direction orthogonal to the arrangement direction thereof and ultrasonically scans a three-dimensional region, or a two-dimensionally arranged two-dimensional vibrating element. And a structure for ultrasonically scanning a three-dimensional region by electrical control. When the former configuration is adopted, since the three-dimensional scanning of the subject is performed by the oscillation circuit, the examiner automatically acquires a plurality of two-dimensional tomographic images only by bringing the probe body into contact with the subject. can do. The exact distance between the sections can also be detected from the controlled rocking speed. When the latter configuration is adopted, in principle, a three-dimensional region can be ultrasonically scanned in the same time as acquiring a conventional two-dimensional tomographic image.

超音波送信ユニット11は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ3に駆動パルスを印加する。   The ultrasonic transmission unit 11 includes a trigger generation circuit, a delay circuit, a pulsar circuit, and the like (not shown). In the pulsar circuit, a rate pulse for forming a transmission ultrasonic wave is repeatedly generated at a predetermined rate frequency fr Hz (period: 1 / fr second). Further, in the delay circuit, a delay time necessary for focusing the ultrasonic wave into a beam shape for each channel and determining the transmission directivity is given to each rate pulse. The trigger generation circuit applies a drive pulse to the probe 3 at a timing based on this rate pulse.

また、超音波送信ユニット11は、制御プロセッサ29の制御のもと、組織非線形成分を相殺するための信号(すなわち、後述するアップチャープ波形およびダウンチャープ波形)を発生させるための駆動パルスを発生し、プローブ3に印加する。   In addition, under the control of the control processor 29, the ultrasonic transmission unit 11 generates drive pulses for generating signals for canceling tissue nonlinear components (that is, an up-chirp waveform and a down-chirp waveform described later). , Applied to the probe 3.

超音波受信ユニット13は、超音波プローブ3から得られたエコー信号を用いて増幅、整相加算を行い、直交検波を行ってIQ信号を得る。IQ信号はディジタル信号で得られるものとする。また、超音波受信ユニット13は、IQ信号を取得する際に、その中心周波数を基本波帯域や2次高調波帯域等に設定する。   The ultrasonic receiving unit 13 performs amplification and phasing addition using the echo signal obtained from the ultrasonic probe 3, and performs quadrature detection to obtain an IQ signal. The IQ signal is assumed to be obtained as a digital signal. Further, when acquiring the IQ signal, the ultrasonic receiving unit 13 sets the center frequency to a fundamental wave band, a second harmonic band, or the like.

信号処理ユニット15は、図2に示すように、パルス圧縮部150、ラインバッファ151、ライン間演算部152、包絡線検波部153、対数増幅部154を有している。   As illustrated in FIG. 2, the signal processing unit 15 includes a pulse compression unit 150, a line buffer 151, an interline calculation unit 152, an envelope detection unit 153, and a logarithmic amplification unit 154.

パルス圧縮部150は、超音波受信ユニット13から受け取ったIQ信号に対してパルス圧縮を行う。このパルス圧縮回路150は、例えば通常のFIR型のディジタルフィルタで構成される。   The pulse compression unit 150 performs pulse compression on the IQ signal received from the ultrasonic reception unit 13. The pulse compression circuit 150 is composed of, for example, a normal FIR type digital filter.

ラインバッファ151は、アップチャープ送信によって得られたエコー信号をパルス圧縮した信号U(或いは、U1、U2)と、ダウンチャープ送信によって得られたエコー信号をパルス圧縮した信号D(或いは、D1、D2)を一時保管する。   The line buffer 151 includes a signal U (or U1, U2) obtained by pulse-compressing an echo signal obtained by up-chirp transmission and a signal D (or D1, D2) obtained by pulse-compressing an echo signal obtained by down-chirp transmission. ) Is temporarily stored.

ライン間演算部152は、同じ走査線上の前記信号に対して、U−Dという減算演算を行う。また、また、ライン間演算部152は、同じ走査線上の前記信号に対して、(U1+U2)−(D1+D2)という減算演算を行う。   The inter-line operation unit 152 performs a subtraction operation UD on the signals on the same scanning line. Further, the inter-line operation unit 152 performs a subtraction operation (U1 + U2) − (D1 + D2) on the signals on the same scanning line.

包絡線検波部153は、ライン間演算部152において演算処理された信号を用いて包絡線検波を行う。   The envelope detection unit 153 performs envelope detection using the signal calculated by the interline calculation unit 152.

対数増幅部154は、包絡線検波後の信号を対数増幅する。   The logarithmic amplification unit 154 logarithmically amplifies the signal after envelope detection.

画像メモリ17は、信号処理ユニット15から受け取った各種データを、一時的に保管する。   The image memory 17 temporarily stores various data received from the signal processing unit 15.

記憶ユニット19は、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体、及びこれらの媒体に記録された情報を読み出す装置である。この記憶ユニット19には、送受信条件、所定のスキャンシーケンス、後述する造影剤起因信号抽出機能を実現するためのプログラム、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラム、診断情報(患者ID、医師の所見等)、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラム、各種信号データや画像データ、その他のデータ群が保管されている。記憶ユニット19内のデータは、インタフェイスユニット31を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。   The storage unit 19 is a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, etc., and a device that reads information recorded on these media. . The storage unit 19 includes transmission / reception conditions, a predetermined scan sequence, a program for realizing a contrast agent-derived signal extraction function described later, a control program for executing image generation and display processing, and diagnostic information (patient ID, doctor ), Diagnostic protocol, body mark generation program, various signal data and image data, and other data groups. Data in the storage unit 19 can be transferred to an external peripheral device via the interface unit 31.

画像生成ユニット23は、信号処理ユニット15、記憶ユニット19から受け取った各種データに基づいて、表示画像としての超音波診断画像を生成する。なお、当該画像生成ユニット23に入る以前のデータは、「生データ」と呼ばれることがある。   The image generation unit 23 generates an ultrasound diagnostic image as a display image based on various data received from the signal processing unit 15 and the storage unit 19. The data before entering the image generation unit 23 may be referred to as “raw data”.

画像合成ユニット25は、画像生成ユニット23から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニタ27に出力する。   The image synthesizing unit 25 synthesizes the image received from the image generating unit 23 together with character information of various parameters, scales, etc., and outputs it as a video signal to the monitor 27.

モニタ27は、画像合成ユニット25からのビデオ信号に基づいて、被検体内の形態学的情報(Bモード画像)、血流情報(平均速度画像、分散画像、パワー画像等)、後述する分解能最適化処理において得られる各種マップ画像等を所定の形態で表示する。   Based on the video signal from the image synthesizing unit 25, the monitor 27 performs morphological information (B-mode image) in the subject, blood flow information (average velocity image, dispersion image, power image, etc.), and resolution optimization described later. Various map images obtained in the conversion process are displayed in a predetermined form.

制御プロセッサ(CPU)29は、情報処理装置(計算機)としての機能を持ち、本超音波診断装置全体の動作を制御する。また、制御プロセッサ29は、記憶ユニット35から造影剤起因信号抽出機能を実現するための専用プログラム、所定のスキャンシーケンス、画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。   The control processor (CPU) 29 has a function as an information processing apparatus (computer) and controls the operation of the entire ultrasonic diagnostic apparatus. Further, the control processor 29 reads out a dedicated program for realizing the contrast agent-derived signal extraction function from the storage unit 35, a predetermined scan sequence, a control program for executing image generation / display, and the like on its own memory. And execute operations and controls related to various processes.

インタフェイスユニット31は、入力ユニット33、ネットワーク、新たな外部記憶装置(図示せず)に関するインタフェイスである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インタフェイスユニット31よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。   The interface unit 31 is an interface related to the input unit 33, a network, and a new external storage device (not shown). Data such as ultrasonic images and analysis results obtained by the apparatus can be transferred by the interface unit 31 to another apparatus via a network.

入力ユニット33は、オペレータからの各種指示、条件、関心領域(ROI)の設定指示、種々の画質条件設定指示等を当該超音波診断装置1に取り込むための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が入力ユニット33の終了ボタンやFREEZEボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。   The input unit 33 includes various switches, buttons, a trackball, a mouse, and various switches for taking various instructions, conditions, a region of interest (ROI) setting instruction, various image quality condition setting instructions, and the like from the operator into the ultrasonic diagnostic apparatus 1. Has a keyboard. For example, when the operator operates the end button or the FREEZE button of the input unit 33, the transmission / reception of the ultrasonic wave is ended, and the ultrasonic diagnostic apparatus is temporarily stopped.

また、入力ユニット33は、造影剤起因信号抽出機能において利用される種々のパラメータを設定・変更するためのスイッチ等を有する。   The input unit 33 includes a switch for setting / changing various parameters used in the contrast agent-derived signal extraction function.

(造影剤起因信号抽出機能)
次に、本超音波診断装置1が具備する造影剤起因信号抽出機能について説明する。この機能は、低い音圧で超音波造影剤を壊さない造影法で、組織からのエコー信号を極力低減させて、超音波造影剤からだけのエコー信号を用いて映像化するものである。
(Contrast agent-derived signal extraction function)
Next, the contrast agent-derived signal extraction function of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 will be described. This function is an imaging method that does not destroy the ultrasound contrast agent with a low sound pressure, reduces the echo signal from the tissue as much as possible, and visualizes the image using the echo signal only from the ultrasound contrast agent.

以下、当該造影剤起因信号抽出機能の概要について、図3乃至図6を参照しながら説明する。なお、図3乃至図6に示した波形やスペクトラム分布は、K. Morgan, J. Allen, P. Dayton, J. Chomas, A. Klibanov, K. Ferrara, “Experimental and Theoretical Evaluation of Microbubble Behavior: Effect of Transmitted Phase and Bubble Size”, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics, and Frequency Control, Vol.47, No.6, pp.1494-1509, November 2000の論文に記載された手法を用いた、超音波造影剤シミュレーションに基づくものである。   Hereinafter, an outline of the contrast agent-derived signal extraction function will be described with reference to FIGS. The waveforms and spectrum distributions shown in FIGS. 3 to 6 are shown in K. Morgan, J. Allen, P. Dayton, J. Chomas, A. Klibanov, K. Ferrara, “Experimental and Theoretical Evaluation of Microbubble Behavior: Effect. of Transmitted Phase and Bubble Size ”, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics, and Frequency Control, Vol.47, No.6, pp.1494-1509, November 2000 Based on simulation.

造影剤起因信号抽出機能を用いて、組織からの基本波成分を低減させ、超音波造影剤からの基本波成分だけを抽出する場合には、各ビーム方向毎(各走査線毎)に例えば2回の超音波送信を行う。1回目の送信においては、図3(a)に示すように時間と共に周波数が増加するような波形を有する超音波(アップチャープ波形又はアップチャープ信号と呼ぶ。)を用いる。2回目の送信においては、図3(b)に示すように時間と共に周波数が低減するような波形を有する超音波(ダウンチャープ波形又はダウンチャープ信号と呼ぶ。)を用いる。なお、アップチャープ波形とダウンチャープ波形とは、時間軸を反転させた違いのみで、振幅、周波数は等しいものとする。また、アップチャープ信号とダウンチャープ信号との送信順序については、限定はない。例えば、一つの走査線につき、1回目の送信においてダウンチャープ波形を送信し、2回目の送信においてアップチャープ波形を送信するようにしてもよい。   When the fundamental wave component from the tissue is reduced using the contrast agent-derived signal extraction function and only the fundamental wave component is extracted from the ultrasound contrast agent, for example, 2 for each beam direction (each scanning line). 1 times of ultrasonic transmission. In the first transmission, an ultrasonic wave having a waveform whose frequency increases with time as shown in FIG. 3A (referred to as an up-chirp waveform or an up-chirp signal) is used. In the second transmission, an ultrasonic wave having a waveform whose frequency decreases with time as shown in FIG. 3B (referred to as a down chirp waveform or a down chirp signal) is used. Note that the up-chirp waveform and the down-chirp waveform have the same amplitude and frequency only by the difference in which the time axis is inverted. Moreover, there is no limitation about the transmission order of an up chirp signal and a down chirp signal. For example, for one scanning line, the down chirp waveform may be transmitted in the first transmission, and the up chirp waveform may be transmitted in the second transmission.

上記送信されたアップチャープ波形及びダウンチャープ波形のそれぞれに対応する受信信号(エコー信号)は、パルス圧縮部110において圧縮される。パルス圧縮された各エコー信号のうち、組織からのエコー信号では、線形成分(基本波成分)、2次高調波成分を含む非線形成分共に同じ波形となる。線形な基本波成分が同じになるのは当然である。また、組織からの非線形成分は、送信パルス(送信波形)を2乗した信号の時間微分で近似される。そうすると、時間軸が反転した2つのチャープ信号に対応する各エコー信号を圧縮したものは、同じ波形になる。すなわち、組織からの非線形成分については、アップチャープ波形に対応する圧縮後のエコー信号とダウンチャープ波形に対応する圧縮後のエコー信号とで、図4(b)に示すような同一の波形が得られる。よって、両者を減算すれば、組織からの非線形成分はキャンセルされることになる。   The received signal (echo signal) corresponding to each of the transmitted up-chirp waveform and down-chirp waveform is compressed by the pulse compression unit 110. Among the echo signals that have been pulse-compressed, the echo signal from the tissue has the same waveform for both the linear component (fundamental wave component) and the non-linear component including the second harmonic component. Of course, the linear fundamental wave components are the same. Further, the nonlinear component from the tissue is approximated by time differentiation of a signal obtained by squaring a transmission pulse (transmission waveform). If it does so, what compressed each echo signal corresponding to two chirp signals with which the time axis was reversed will become the same waveform. That is, for the non-linear component from the tissue, the same waveform as shown in FIG. 4B is obtained with the compressed echo signal corresponding to the up-chirp waveform and the compressed echo signal corresponding to the down-chirp waveform. It is done. Therefore, if both are subtracted, the nonlinear component from the tissue is cancelled.

一方、超音波造影剤からのエコー信号は、アップチャープ波形に対応する圧縮後のエコー信号とダウンチャープ波形に対応する圧縮後のエコー信号とを比べると、異なった波形となる。   On the other hand, the echo signal from the ultrasound contrast agent has a different waveform when the compressed echo signal corresponding to the up-chirp waveform is compared with the compressed echo signal corresponding to the down-chirp waveform.

図5(a)は、アップチャープ波形を送信した場合の超音波造影剤からのエコー信号を示している。図5(b)は、図5(a)に示したエコー信号を、基本波帯域を中心に直交検波した信号に対してパルス圧縮をした結果を示している。図5(c)は、ダウンチャープ波形を送信した場合の超音波造影剤からのエコー信号を示している。また、図5(d)は、図5(c)に示したエコー信号を、基本波帯域を中心に直交検波した信号に対してパルス圧縮をした結果を示している。なお、図5(a)、(c)に示した各波形は広帯域信号であり、基本波帯域、2次高調波帯域、およびそれ以外の広い帯域を含んでいる。   FIG. 5A shows an echo signal from the ultrasonic contrast agent when an up-chirp waveform is transmitted. FIG. 5B shows the result of pulse compression of the echo signal shown in FIG. 5A with respect to a signal obtained by quadrature detection centering on the fundamental band. FIG.5 (c) has shown the echo signal from an ultrasonic contrast agent at the time of transmitting a down chirp waveform. FIG. 5D shows the result of pulse compression of a signal obtained by orthogonally detecting the echo signal shown in FIG. 5C around the fundamental band. Each of the waveforms shown in FIGS. 5A and 5C is a wideband signal, and includes a fundamental wave band, a second harmonic band, and other wide bands.

また、図5(e)は、図5(b)の信号から図5(d)の信号を減算した結果を示している。アップチャープ信号とダウンチャープ信号では超音波造影剤に対する応答が異なるために、図5(e)に示すようなエコー信号が残る。このようなバブルからのエコー信号は、パルス圧縮されないのではないかという危惧がある。しかしながら、実際に行ってみると、パルス圧縮されているのが分かる。一方、組織からのエコーは、既述の様に、アップチャープ信号及びダウンチャープ信号のそれぞれ圧縮後の信号は完全に一致するので、キャンセルされることになる(図4参照)。   FIG. 5 (e) shows the result of subtracting the signal of FIG. 5 (d) from the signal of FIG. 5 (b). Since the response to the ultrasound contrast agent differs between the up-chirp signal and the down-chirp signal, an echo signal as shown in FIG. 5E remains. There is a concern that the echo signal from such a bubble may not be pulse-compressed. However, when actually performed, it can be seen that pulse compression is performed. On the other hand, as described above, the echo from the tissue is canceled because the signals after compression of the up-chirp signal and the down-chirp signal completely coincide with each other (see FIG. 4).

また、本造影剤起因信号抽出機能を用いて、組織からの2次高調波成分を低減させ、超音波造影剤からの2次高調波成分だけを抽出する場合には、例えば極性を反転させた二つのアップチャープ波形及び極性を反転させた二つのダウンチャープ波形を、各ビーム方向毎(各走査線毎)に所定の時間間隔で送信する。   In addition, in the case where the second harmonic component from the tissue is reduced by using this contrast agent-derived signal extraction function and only the second harmonic component from the ultrasonic contrast agent is extracted, for example, the polarity is reversed. Two up-chirp waveforms and two down-chirp waveforms with reversed polarities are transmitted at predetermined time intervals for each beam direction (each scanning line).

図6(a)は極性の反転した2つのアップチャープ信号(それぞれアップチャープ信号(+)、アップチャープ信号(−)と表記。)を送信した場合のそれぞれの超音波造影剤からのエコー信号である。図6(b)は、図6(a)のそれぞれの信号(今の場合、極性が反転しているアップチャープ信号(+)及びアップチャープ信号(−)に対応する各エコー信号)を2次高調波帯域を中心に直交検波した各信号に対してパルス圧縮を行い、その結果を加算したものである。同図からわかるように、加算前の各エコー信号に比べて、加算後の信号の方が、端部で不要なエコー信号の発生が少ないのが分かる。   FIG. 6A shows echo signals from the respective ultrasonic contrast agents when two up-chirp signals (respectively indicated as up-chirp signal (+) and up-chirp signal (−)) having opposite polarities are transmitted. is there. FIG. 6B shows the second order of the signals of FIG. 6A (in this case, the echo signals corresponding to the up-chirp signal (+) and the up-chirp signal (−) whose polarity is inverted). Pulse compression is performed on each signal detected orthogonally around the harmonic band, and the results are added. As can be seen from the figure, it can be seen that the signal after the addition generates less unnecessary echo signals at the end than the echo signals before the addition.

また、図6(c)は、同様に極性が反転しているアップチャープ信号(+)及びアップチャープ信号(−)に対応する各エコー信を示している。また、図6(d)は、そのパルス圧縮結果とその加算信号である。   FIG. 6C shows echo signals corresponding to the up-chirp signal (+) and the up-chirp signal (−) whose polarity is similarly reversed. FIG. 6D shows the pulse compression result and the addition signal.

さらに、図6(e)は、図6(b)の信号から図6(d)の信号を減算した結果である。このように2次高調波帯域においても、アップチャープとダウンチャープの圧縮後の信号の差から超音波造影剤信号が残ることが分かる。図6(d)においても、加算前の各エコー信号に比べて、加算後の信号の方が、端部で不要なエコー信号の発生が少ないのが分かる。   Further, FIG. 6 (e) shows the result of subtracting the signal of FIG. 6 (d) from the signal of FIG. 6 (b). Thus, it can be seen that the ultrasonic contrast agent signal remains in the second harmonic band from the difference between the signals after up-chirp and down-chirp compression. Also in FIG. 6D, it can be seen that the signal after the addition generates less unnecessary echo signals at the end portion than the echo signals before the addition.

なお、図6(a)、(c)に示した信号は広帯域信号であり、基本波帯域、2次高調波帯域、およびそれ以外の広い帯域を含んでいる。   Note that the signals shown in FIGS. 6A and 6C are wideband signals and include a fundamental band, a second harmonic band, and other wide bands.

一方、組織からの2次高調波信号は、既述の様に、アップチャープ信号とダウンチャープ信号の圧縮後の信号の差は完全に一致するのでキャンセルされる。よって、超音波造影剤からの信号だけが残る。   On the other hand, the second harmonic signal from the tissue is canceled because the difference between the compressed signal of the up-chirp signal and the down-chirp signal completely matches as described above. Therefore, only the signal from the ultrasound contrast agent remains.

以上のように、アップチャープ信号とダウンチャープ信号をそれぞれ送信して得られたエコー信号をパルス圧縮して両者を減算することで、組織からのエコーは線形信号、非線形信号共にキャンセルすることができ、超音波造影剤からの信号は残ることにより、超音波造影剤と組織のコントラスト比を上げることができる。   As described above, by echo compressing the echo signal obtained by transmitting the up-chirp signal and the down-chirp signal and subtracting both, the echo from the tissue can be canceled for both linear and nonlinear signals. Since the signal from the ultrasound contrast agent remains, the contrast ratio between the ultrasound contrast agent and the tissue can be increased.

(第1の実施例)
次に、本超音波診断装置1の超音波画像取得時における動作について説明する。本実施例では、基本波成分を用いて映像化する場合を例とする。
(First embodiment)
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 when acquiring an ultrasonic image will be described. In the present embodiment, an example of imaging using a fundamental wave component is taken as an example.

図7は、超音波画像取得時において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、超音波送信ユニット11は、アップチャープ波形及びダウンチャープ波形を発生させるための駆動信号を生成し、これを超音波プローブ3に供給する(ステップS1)。   FIG. 7 is a flowchart showing the flow of each process executed when acquiring an ultrasonic image. As shown in the figure, first, the ultrasonic transmission unit 11 generates a drive signal for generating an up-chirp waveform and a down-chirp waveform, and supplies this to the ultrasonic probe 3 (step S1).

アップチャープ波形は、例えば以下の式(1)に示すようなガウス包絡線を与えて発生させる。   The up-chirp waveform is generated by giving a Gaussian envelope as shown in the following formula (1), for example.

Figure 2009011363
Figure 2009011363

これに対応するダウンチャープ信号は、以下のような式(2)により発生する。   The corresponding down chirp signal is generated by the following equation (2).

Figure 2009011363
Figure 2009011363

次に、超音波プローブ3は、超音波送信ユニット11から供給される駆動信号に応答して、被検体に対してアップチャープ波形を持つ超音波、及びダウンチャープ波形を持つ超音波を、各ビーム方向毎に所定時間間隔で送信し、当該送信超音波に起因する各エコー信号(すなわち、アップチャープ波形及びダウンチャープ波形のそれぞれに起因する各エコー信号)を受信する(ステップS2)。   Next, in response to the drive signal supplied from the ultrasonic transmission unit 11, the ultrasonic probe 3 applies ultrasonic waves having an up-chirp waveform and ultrasonic waves having a down-chirp waveform to each subject. It transmits at predetermined time intervals for each direction, and receives each echo signal (that is, each echo signal caused by each of the up-chirp waveform and down-chirp waveform) due to the transmission ultrasonic wave (step S2).

次に、超音波受信ユニット13は、点反射体からのアップチャープの反射エコーを、f0を中心に直交検波することにより、以下の式によって表現されるIQ信号を生成する(ステップS3)。このIQ信号は、ディジタル信号で得られるものとする。   Next, the ultrasonic receiving unit 13 generates an IQ signal expressed by the following equation by performing quadrature detection of the reflected echo of the up chirp from the point reflector around f0 (step S3). This IQ signal is assumed to be obtained as a digital signal.

Figure 2009011363
Figure 2009011363

この信号は、超音波受信ユニット13においてで適切なフィルタ係数を与えることにより、以下の式(4)によって表されるガウス波形に圧縮できる。   This signal can be compressed into a Gaussian waveform represented by the following equation (4) by giving an appropriate filter coefficient in the ultrasonic receiving unit 13.

Figure 2009011363
Figure 2009011363

なお、フィルタ係数は、説明の便宜上割愛している。   Note that filter coefficients are omitted for convenience of explanation.

同様に、ダウンチャープの点反射体からの受信IQ信号は、次の式(5)によって表現することができる。   Similarly, the received IQ signal from the down-chirp point reflector can be expressed by the following equation (5).

Figure 2009011363
Figure 2009011363

次に、信号処理ユニット15は、アップチャープ信号及びダウンチャープ信号のそれぞれに対応する各IQ信号に対して、パルス圧縮処理を実行する(ステップS4)。このパルス圧縮後の信号は、次の式(6)によって表すことができる。   Next, the signal processing unit 15 performs pulse compression processing on each IQ signal corresponding to each of the up-chirp signal and the down-chirp signal (step S4). The pulse-compressed signal can be expressed by the following equation (6).

Figure 2009011363
Figure 2009011363

次に、信号処理ユニット15は、パルス圧縮後のアップチャープ波形から、パルス圧縮後のダウンチャープ波形を減算することで、組織成分の線形成分を相殺すると共に、超音波造影剤からの信号を抽出する(ステップS5)。すなわち、組織からの基本波信号(線形成分)は、式(4)、(6)から、次の式(7)に示すように相殺(キャンセル)される   Next, the signal processing unit 15 subtracts the down-chirp waveform after the pulse compression from the up-chirp waveform after the pulse compression, thereby canceling the linear component of the tissue component and extracting the signal from the ultrasound contrast agent. (Step S5). That is, the fundamental wave signal (linear component) from the tissue is canceled (cancelled) as shown in the following equation (7) from the equations (4) and (6).

Figure 2009011363
Figure 2009011363

一方、超音波造影剤からの信号は、パルス圧縮後のアップチャープ波形からパルス圧縮後のダウンチャープ波形を減算処理において、図6(e)に示したように信号が残り、抽出される。   On the other hand, the signal from the ultrasonic contrast agent is extracted as the signal remains as shown in FIG. 6E in the subtraction process of the down-chirp waveform after the pulse compression from the up-chirp waveform after the pulse compression.

次に、画像生成ユニット23は、抽出された超音波造影剤からの信号を用いて超音波画像を生成する(ステップS6)。生成された超音波画像は、画像合成ユニット25において所定の情報と合成され、モニタ27において所定の形態で表示される(ステップS7)。   Next, the image generation unit 23 generates an ultrasound image using the extracted signal from the ultrasound contrast agent (step S6). The generated ultrasonic image is combined with predetermined information in the image combining unit 25 and displayed in a predetermined form on the monitor 27 (step S7).

(第2の実施例)
次に、第2の実施例に係る超音波診断装置1の超音波画像取得時における動作について説明する。本実施例では、2次高調波帯域において、組織からの信号成分を低減させ、超音波造影剤からの信号成分を抽出して映像化する場合について説明する。
(Second embodiment)
Next, an operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the second embodiment when acquiring an ultrasonic image will be described. In the present embodiment, a case will be described in which the signal component from the tissue is reduced and the signal component from the ultrasound contrast agent is extracted and imaged in the second harmonic band.

図8は、超音波画像取得時において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、超音波送信ユニット11は、互いに反転した極性を有するアップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、及び互いに反転した極性を有するダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)を発生させるための駆動信号を生成し、これを超音波プローブ3に供給する(ステップS11)。   FIG. 8 is a flowchart showing the flow of each process executed when acquiring an ultrasonic image. As shown in the figure, first, the ultrasonic transmission unit 11 includes an up chirp waveform (+) having inverted polarities, an up chirp waveform (−), and a down chirp waveform (+) having inverted polarities, A drive signal for generating a down chirp waveform (-) is generated and supplied to the ultrasonic probe 3 (step S11).

なお、アップチャープ波形(+)は、例えば式(1)により、また、アップチャープ波形(−)は、式(1)の振幅を逆符号にしたもの(あるいは、位相を180°ずらしたもの)によって表すことができる。同様に、ダウンチャープ波形(+)は、例えば式(2)により、また、ダウンチャープ波形(−)は、式(2)の振幅を逆符号にしたもの(あるいは、位相を180°ずらしたもの)によって表すことができる。   Note that the up-chirp waveform (+) is, for example, according to the equation (1), and the up-chirp waveform (−) is obtained by inverting the amplitude of the equation (1) (or by shifting the phase by 180 °). Can be represented by Similarly, the down chirp waveform (+) is obtained by, for example, equation (2), and the down chirp waveform (−) is obtained by inverting the amplitude of equation (2) (or by shifting the phase by 180 °). ).

次に、超音波プローブ3は、超音波送信ユニット11から供給される駆動信号に応答して、被検体に対してアップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、ダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)のそれぞれの波形を持つ超音波を、各ビーム方向毎に所定時間間隔で送信し、当該送信超音波に起因する各エコー信号(すなわちアップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、ダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)のそれぞれに起因する各エコー信号)を受信する(ステップS12)。   Next, the ultrasonic probe 3 responds to the drive signal supplied from the ultrasonic transmission unit 11 to the subject with an up-chirp waveform (+), an up-chirp waveform (−), and a down-chirp waveform (+). , Ultrasonic waves having respective waveforms of the down chirp waveform (−) are transmitted at predetermined time intervals in each beam direction, and echo signals (that is, up chirp waveform (+), up chirp) caused by the transmitted ultrasonic waves are transmitted. Each echo signal resulting from each of the waveform (−), the down chirp waveform (+), and the down chirp waveform (−) is received (step S12).

次に、超音波受信ユニット13は、点反射体からのアップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、ダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)のそれぞれに起因する各エコー信号を、中心周波数を2次高調波帯域として直交検波することにより、それぞれのエコー信号に対応するIQ信号を生成する(ステップS13)。なお、この各IQ信号は、ディジタル信号で得られるものとする。   Next, the ultrasonic receiving unit 13 receives each echo signal from the up-chirp waveform (+), up-chirp waveform (−), down-chirp waveform (+), and down-chirp waveform (−) from the point reflector. Are orthogonally detected using the center frequency as the second harmonic band, thereby generating IQ signals corresponding to the respective echo signals (step S13). Each IQ signal is obtained as a digital signal.

次に、信号処理ユニット15のパルス圧縮部150は、アップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、ダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)のそれぞれに対応する各IQ信号に対して、パルス圧縮処理を実行する(ステップS14)。ラインバッフア151は、アップチャープ波形(+)に対応するIQ信号をパルス圧縮した信号U1、アップチャープ波形(−)に対応するIQ信号をパルス圧縮した信号U2、ダウンチャープ波形(+)に対応するIQ信号をパルス圧縮した信号D1、ダウンチャープ波形(−)に対応するIQ信号をパルス圧縮した信号D2のそれぞれを、一時保管する。ライン間演算部152は、同じ走査線上前記信号に対して、(U1+U2)−(D1+D2)という演算を実行し、組織からの非線形成分を相殺させると共に、超音波造影剤からの非線形成分を抽出する(ステップS15)。   Next, the pulse compression unit 150 of the signal processing unit 15 applies each IQ signal corresponding to each of the up-chirp waveform (+), the up-chirp waveform (−), the down-chirp waveform (+), and the down-chirp waveform (−). On the other hand, a pulse compression process is executed (step S14). The line buffer 151 includes a signal U1 obtained by pulse-compressing an IQ signal corresponding to the up-chirp waveform (+), a signal U2 obtained by pulse-compressing an IQ signal corresponding to the up-chirp waveform (−), and an IQ corresponding to the down-chirp waveform (+). The signal D1 obtained by pulse compression of the signal and the signal D2 obtained by pulse compression of the IQ signal corresponding to the down chirp waveform (−) are temporarily stored. The inter-line operation unit 152 performs an operation (U1 + U2) − (D1 + D2) on the same signal on the same scanning line, cancels the non-linear component from the tissue, and extracts the non-linear component from the ultrasound contrast agent. (Step S15).

次に、画像生成ユニット23は、抽出された超音波造影剤からの信号を用いて超音波画像を生成する(ステップS6)。生成された超音波画像は、画像合成ユニット25において所定の情報と合成され、モニタ27において所定の形態で表示される(ステップS7)。   Next, the image generation unit 23 generates an ultrasound image using the extracted signal from the ultrasound contrast agent (step S6). The generated ultrasonic image is combined with predetermined information in the image combining unit 25 and displayed in a predetermined form on the monitor 27 (step S7).

なお、以上述べたステップS13、S14、S15における処理を、数式を用いて説明すると、次のようである。すなわち、組織からの2次高調波は、送信パルス波形の2乗の時間微分で近似できる。式で記述すると、以下のようになる。   In addition, it is as follows when the process in step S13, S14, S15 described above is demonstrated using numerical formula. That is, the second harmonic from the tissue can be approximated by the time derivative of the square of the transmission pulse waveform. When described by an expression, it is as follows.

Figure 2009011363
Figure 2009011363

エコー信号を2次高調波帯域で直交検波した信号に適切なパルス圧縮フィルタをかけることにより、以下のような波形となる。(2次高調波帯域のエコー信号およびフィルタ係数は、かなり長い式になるので割愛した。)   By applying an appropriate pulse compression filter to a signal obtained by orthogonally detecting the echo signal in the second harmonic band, the following waveform is obtained. (Echo signals and filter coefficients in the second harmonic band are omitted because they are fairly long.)

Figure 2009011363
Figure 2009011363

これは、アップチャープ波形(+)、アップチャープ波形(−)、ダウンチャープ波形(+)、ダウンチャープ波形(−)ですべて同じ形となる。極性(+)および極性(−)が同じになるのは、2乗しているからである。また、アップチャープ波形とダウンチャープ波形で同じになるのは、両者は単に時間が反転しているだけの波形だからである。   This is the same for all up-chirp waveforms (+), up-chirp waveforms (-), down-chirp waveforms (+), and down-chirp waveforms (-). The reason why the polarity (+) and the polarity (−) are the same is because it is squared. Also, the up-chirp waveform and the down-chirp waveform are the same because they are waveforms that are simply time-inverted.

従って、伝播の非線形により組織から発生する2次高調波信号は、アップチャープとダウンチャープで圧縮後には同じになる。本実施例では、基本波信号を効率良く除去するために、極性(+と極性(−)の2回の送信を行っている。このため、極性が反転した信号を加算することで基本波信号を除去することができ、(U1+U2)−(D1+D2)という演算によって、組織からの2次高調波信号を除去することができる。その一方で、超音波造影剤からのエコー信号は、(U1+U2)−(D1+D2)という演算を行っても2次高調波成分が残る(図6(e)参照)。よって、2次高調波帯域において超音波造影剤からの信号だけを検出することができる。   Therefore, the second harmonic signal generated from the tissue due to non-linear propagation is the same after compression with up-chirp and down-chirp. In this embodiment, in order to efficiently remove the fundamental wave signal, two transmissions of polarity (+ and polarity (−) are performed. For this reason, the fundamental wave signal is added by adding the signals whose polarities are inverted. The second harmonic signal from the tissue can be removed by the operation (U1 + U2) − (D1 + D2), while the echo signal from the ultrasound contrast agent is (U1 + U2) Even if the calculation of-(D1 + D2) is performed, the second harmonic component remains (see FIG. 6 (e)), so that only the signal from the ultrasound contrast agent can be detected in the second harmonic band.

なお、本実施例では、アップチャープ波形、ダウンチャープ波形でそれぞれで2つの極性を持つ計4回の送信を行ったが、1つの極性だけの2回の送信で処理を行っても構わない。   In the present embodiment, a total of four transmissions each having two polarities in the up-chirp waveform and the down-chirp waveform are performed, but the processing may be performed by two transmissions with only one polarity.

(効果)
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
(effect)
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.

まず、アップチャープ波形を有する超音波とダウンチャープ波形を有する超音波とを送信し、これらに起因するエコー信号用いた減算処理を実行することにより、超音波造影剤のみに起因する線形成分、非線形成分を抽出することができる。従って、造影剤を注入して低音圧で超音波造影剤を壊さないで超音波造影剤の超音波造影剤による染影を検出するコントラストエコー法において、組織からのエコーを従来に比べて大幅に低減することができる。その結果、映像化されているエコー信号が超音波造影剤からの信号である確度が高くなり、診断を容易にすることができる。   First, an ultrasonic wave having an up-chirp waveform and an ultrasonic wave having a down-chirp waveform are transmitted, and a subtraction process using an echo signal resulting from these is executed, thereby causing a linear component or non-linearity caused only by the ultrasonic contrast agent. Ingredients can be extracted. Therefore, the contrast echo method that detects the contrast of the ultrasound contrast agent with the ultrasound contrast agent without injecting the contrast agent and destroying the ultrasound contrast agent at a low sound pressure significantly reduces the echo from the tissue compared to the conventional method. Can be reduced. As a result, the accuracy of the echo signal being visualized being a signal from the ultrasound contrast agent is increased, and diagnosis can be facilitated.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Specific examples of modifications are as follows.

本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。   Each function according to the present embodiment can also be realized by installing a program for executing the processing in a computer such as a workstation and developing the program on a memory. At this time, a program capable of causing the computer to execute the technique is stored in a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

以上本発明によれば、受信したエコー信号から組織に起因する線形信号成分及び非線形新合成分を除去して、実質的に超音波造影剤に起因する信号成分のみを抽出することができる超音波診断装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, an ultrasonic wave that can substantially remove only a signal component caused by an ultrasonic contrast agent by removing a linear signal component and a nonlinear new synthetic component caused by tissue from a received echo signal. A diagnostic device can be realized.

図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1のブロック構成図を示している。FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to this embodiment. 図2は、信号処理ユニット15のブロック構成図を示している。FIG. 2 is a block diagram of the signal processing unit 15. 図3(a)は、時間と共に周波数が増加するようなアップチャープ信号(アップチャープ波形)を、図3(b)は、時間と共に周波数が低減するようなダウンチャープ信号(ダウンチャープ波形)をそれぞれ示している。3A shows an up-chirp signal (up-chirp waveform) whose frequency increases with time, and FIG. 3B shows a down-chirp signal (down-chirp waveform) whose frequency decreases with time. Show. 図4(a)にパルス圧縮された基本波の信号波形の一例を、図4(b)にパルス圧縮された2次高調波の信号波形の一例を示している。FIG. 4A shows an example of the signal waveform of the fundamental wave subjected to pulse compression, and FIG. 4B shows an example of the signal waveform of the second harmonic wave subjected to pulse compression. 図5は、第1の実施形態における、超音波造影剤に起因する非線形成分の抽出処理を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining extraction processing of a nonlinear component caused by the ultrasound contrast agent in the first embodiment. 図6は、第1の実施形態における、超音波造影剤に起因する非線形成分の抽出処理を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the extraction process of the nonlinear component due to the ultrasound contrast agent in the first embodiment. 図7は、第1の実施例に係る超音波画像取得時において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the flow of each process executed when acquiring an ultrasound image according to the first embodiment. 図8は、第1の実施例に係る超音波画像取得時において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the flow of each process executed when acquiring an ultrasonic image according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波診断装置、2…装置本体、3…超音波プローブ、11…超音波送信ユニット、13…超音波受信ユニット、15…信号処理ユニット、17…分解能最適化ユニット、23…画像生成ユニット23…画像合成ユニット、27…モニタ、29…制御プロセッサ(CPU)、31…インタフェイスユニット、33…入力ユニット、35…記憶ユニット、170…コントラスト評価ユニット、172…演算メモリ、174…最適音速判定ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic diagnostic apparatus, 2 ... Apparatus main body, 3 ... Ultrasonic probe, 11 ... Ultrasonic transmission unit, 13 ... Ultrasonic reception unit, 15 ... Signal processing unit, 17 ... Resolution optimization unit, 23 ... Image generation unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Image composition unit, 27 ... Monitor, 29 ... Control processor (CPU), 31 ... Interface unit, 33 ... Input unit, 35 ... Storage unit, 170 ... Contrast evaluation unit, 172 ... Calculation memory, 174 ... Optimum sound speed determination unit

Claims (4)

造影剤が注入された被検体に関する超音波画像の取得に用いられる超音波診断装置であって、
周波数が時間的に変化する第1の超音波と当該第1の超音波の波形を時間方向に逆転させた波形を有する第2の超音波とを、各ビーム方向毎に所定の時間間隔で送信する送信手段と、
前記第1の超音波に対応する第1のエコー信号と、前記第2の超音波に対応する第2のエコー信号とを受信し、それぞれをパルス圧縮する受信手段と、
圧縮後の前記第1のエコー信号と圧縮後の前記第2のエコー信号とを用いた減算処理を実行することにより、超音波造影剤に起因する信号を抽出する抽出手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasound diagnostic apparatus used for acquiring an ultrasound image of a subject into which a contrast medium has been injected,
A first ultrasonic wave whose frequency changes with time and a second ultrasonic wave having a waveform obtained by reversing the waveform of the first ultrasonic wave in the time direction are transmitted at predetermined time intervals for each beam direction. Sending means to
Receiving means for receiving a first echo signal corresponding to the first ultrasonic wave and a second echo signal corresponding to the second ultrasonic wave, and pulse-compressing each;
An extraction means for extracting a signal caused by an ultrasound contrast agent by performing a subtraction process using the first echo signal after compression and the second echo signal after compression;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記第1の超音波は、周波数が時間的に増加するアップチャープ波形であり、
前記第2の超音波は、周波数が時間的に減少するダウンチャープ波形であること、
を特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
The first ultrasonic wave is an up chirp waveform whose frequency increases with time,
The second ultrasonic wave is a down chirp waveform with a frequency decreasing in time;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
造影剤が注入された被検体に関する超音波画像の取得に用いられる超音波診断装置であって、
周波数が時間的に変化する第1の超音波と、前記第1の超音波の極性を逆転させた第2の超音波と、前記第1の超音波の波形を時間方向に逆転させた波形を有する第3の超音波と、前記第3の超音波の極性を反転させた第4の超音波とを、各ビーム方向毎に所定の時間間隔で送信する送信手段と、
前記第1の超音波に対応する第1のエコー信号と、前記第2の超音波に対応する第2のエコー信号と、前記第3の超音波に対応する第3のエコー信号と、前記第4の超音波に対応する第4のエコー信号とを受信し、それぞれをパルス圧縮する受信手段と、
圧縮後の前記第1のエコー信号と圧縮後の前記第4のエコー信号との和と、圧縮後の前記第2のエコー信号と圧縮後の前記第3のエコー信号の和と、を用いた減算処理を実行することにより、超音波造影剤に起因する信号を抽出する抽出手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasound diagnostic apparatus used for acquiring an ultrasound image of a subject into which a contrast medium has been injected,
A first ultrasonic wave whose frequency changes with time, a second ultrasonic wave whose polarity of the first ultrasonic wave is reversed, and a waveform obtained by reversing the waveform of the first ultrasonic wave in the time direction. Transmitting means for transmitting the third ultrasonic wave having the third ultrasonic wave and the fourth ultrasonic wave having the polarity of the third ultrasonic wave inverted at a predetermined time interval for each beam direction;
A first echo signal corresponding to the first ultrasonic wave; a second echo signal corresponding to the second ultrasonic wave; a third echo signal corresponding to the third ultrasonic wave; Receiving means for receiving a fourth echo signal corresponding to four ultrasonic waves, and pulse-compressing each;
The sum of the first echo signal after compression and the fourth echo signal after compression, and the sum of the second echo signal after compression and the third echo signal after compression were used. An extraction means for extracting a signal caused by the ultrasonic contrast agent by executing a subtraction process;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記第1の超音波は、周波数が時間的に増加するアップチャープ波形であり、
前記第3の超音波は、周波数が時間的に減少するダウンチャープ波形であること、
を特徴とする請求項3記載の超音波診断装置。
The first ultrasonic wave is an up chirp waveform whose frequency increases with time,
The third ultrasonic wave is a down chirp waveform with a frequency decreasing in time;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
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