JP2009254526A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続波を利用して目的の位置からドプラ情報を選択的に抽出する。
【解決手段】ＦＭ変調波生成部２４は、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して、第２変調波発振器２３から供給される第２変調信号を用いて周波数変調を施し、その変調後の変調信号を出力する。ＦＭ変調器２０は、ＦＭ変調波生成部２４から供給される変調信号を用いて、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波（搬送波信号）に対して周波数変調を施すことにより、ＦＭ連続波を発生する。受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力されＦＭ連続波に基づいて生成される。第２変調信号を用いた変調により、目標位置の深さに応じて、ＦＭ変調波生成部２４から出力される変調信号の変調周波数ｆ_mを調整することにより、目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、変調された連続波を利用する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置の連続波を利用した技術として、連続波ドプラが知られている。連続波ドプラでは、例えば、数ＭＨｚの正弦波として構成される送信波が生体内へ連続的に放射され、生体内からの反射波が連続的に受波される。反射波には、生体内における運動体（例えば血流）によるドプラシフト情報が含まれる。そこで、そのドプラシフト情報を抽出して周波数解析することにより、運動体の速度情報を反映させたドプラ波形などを形成することができる。

連続波を利用した連続波ドプラは、パルス波を利用したパルスドプラに比べて一般に高速の速度計測の面で優れている。こうした事情などから、本願発明者は、連続波ドプラに関する研究を重ねてきた。その成果の一つとして、特許文献１において、周波数変調処理を施した連続波ドプラ（ＦＭＣＷドプラ）に関する技術を提案している。

一方、連続波ドプラでは、連続波を利用していることにより位置計測が困難である。例えば、従来の一般的な連続波ドプラの装置（ＦＭＣＷドプラを利用しない装置）では、位置計測を行うことができなかった。これに対し、本願発明者は、特許文献２において、ＦＭＣＷドプラにより生体内組織の速度に加えて生体内組織の位置を計測することができる技術を提案している。

特開２００５−２５３９４９号公報 特開２００６−１４９１６号公報

特許文献１や特許文献２に記載されたＦＭＣＷドプラの技術は、それまでにない超音波診断の可能性を秘めた画期的な技術である。本願発明者は、この画期的な技術の改良についてさらに研究を重ねてきた。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、連続波を利用して目的の位置からドプラ情報を選択的に抽出する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、周期Ｔ_mで周波数を変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、前記送信信号に基づいて超音波を送受波することにより生体から得られる受信信号に対して、前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用いて復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、復調信号からドプラ情報を抽出するドプラ情報抽出部と、を有し、生体内の目標位置の深さに応じて前記送信信号の周期Ｔ_mを調整することにより、目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送信信号は、変調信号を用いて搬送波信号を変調することにより形成され、前記変調信号の変調周波数が調整されることにより、前記送信信号の周期Ｔ_mが調整される、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記変調信号の変調周波数を変化させて前記送信信号の周期Ｔ_mを変化させることにより、深さ方向に沿って目標位置を移動させつつ目標位置からドプラ情報を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記変調信号の変調周波数を周期的に変化させて深さ方向に沿った対象区間内において目標位置を周期的に移動させることにより、対象区間内に亘って複数の位置からドプラ情報を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記参照信号と前記受信信号との間の遅延関係を調整して復調処理を施すことにより、前記対象区間の位置を設定する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送信信号処理部は、変調周波数ｆ_mの変調信号を用いて搬送波信号を周波数変調することにより前記送信信号を形成し、前記目標位置の深さに応じて変調周波数ｆ_mが調整されることにより、前記送信信号の周期Ｔ_m＝１／ｆ_mが調整される、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送信信号処理部は、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して変調周波数ｆ_mよりも小さい変調周波数ｆ_m2の第２変調信号を用いて周波数変調を施し、その周波数変調後の変調信号を用いて搬送波信号を周波数変調することにより前記送信信号を形成し、これにより、変調周波数ｆ_mを周期１／ｆ_m2で変化させて深さ方向に沿った対象区間内において目標位置を周期１／ｆ_m2で移動させることにより、対象区間内に亘って複数の位置からドプラ情報を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記対象区間内に亘って複数の位置から抽出されるドプラ情報に基づいて、対象区間内における流体の速度分布を形成する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、生体内の深さに対応した軸と時間に対応した軸と流体の速度に対応した軸とを含み、前記速度分布の時間変化の様子を示した表示画像を形成する、ことを特徴とする。

本発明により、連続波を利用して目的の位置からドプラ情報を選択的に抽出することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す機能ブロック図である。送信用振動子１０は生体内へ送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子１２は生体内からの反射波を連続的に受波する。このように、送信および受信がそれぞれ異なる振動子で行われて、いわゆる連続波ドプラ法による送受信が実行される。

電力増幅器１４は、送信用振動子１０に対し、電力増幅されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ）を供給する。電力増幅器１４には、例えば正弦波によるＦＭ変調処理が施されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ波）が入力され、このＦＭ連続波に対応する送信波が送信用振動子１０から送波される。ＦＭ連続波は、ＦＭ変調器２０において形成される。

ＦＭ変調器２０は、ＦＭ変調波生成部２４から供給される変調信号を用いて、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波（搬送波信号）に対して周波数変調を施すことにより、ＦＭ連続波を発生する。なお、ＦＭ変調波生成部２４は、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して、変調周波数ｆ_mよりも小さい変調周波数ｆ_m2の第２変調信号を用いて周波数変調を施し、その変調後の変調信号を出力する。なお、第２変調信号は、第２変調波発振器２３から供給される。ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波の波形については後の原理説明で詳述する。

前置増幅器１６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して低雑音増幅等の受信処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ３０へ出力する。受信ミキサ３０は受信ＲＦ信号に対して直交検波を施して複素ベースバンド信号を生成する回路であり、２つのミキサ３２，３４で構成される。各ミキサは受信ＲＦ信号を所定の参照信号と混合する回路である。

受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力されＦＭ連続波に基づいて生成される。つまり、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波が遅延回路２５において遅延処理され、ミキサ３２には遅延処理されたＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４には遅延処理されたＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。π／２シフト回路２６は遅延処理されたＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらす回路である。この結果、２つのミキサ３２，３４の一方から同相信号成分（Ｉ信号成分）が出力され、他方から直交信号成分（Ｑ信号成分）が出力される。そして、受信ミキサ３０の後段に設けられるＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６，３８によって、同相信号成分および直交信号成分の各々の高周波数成分がカットされ、検波後の必要な帯域のみの復調信号が抽出される。

後の原理説明で詳述するが、各ミキサで実行される受信ＲＦ信号と参照信号との混合処理の結果である受信ミキサ出力信号（復調信号）には、ＦＭ変調波生成部２４から供給される変調波の変調波周波数ｆ_mに関する複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）が含まれている。つまり、第０次波成分である直流成分、第１次波成分である基本波成分、さらに、ｎが２以上の複数の高調波成分が含まれている。つまり、これら複数の第ｎ次波成分を含んだ復調信号が、ＬＰＦ３６，３８の各々から出力される。

ＦＦＴ回路（高速フーリエ変換回路）４０，４２は、復調信号（同相信号成分および直交信号成分）の各々に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ回路４０，４２において復調信号が周波数スペクトラムに変換される。なお、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムは、回路の設定条件などにより周波数分解能δｆの周波数スペクトラムデータとして出力される。

ドプラ情報解析部４４は、周波数スペクトラムに変換された復調信号からドプラ情報を抽出する。後に詳述するが、本実施形態では、ＦＭ変調波生成部２４における変調処理と遅延回路２５における遅延処理により目標位置が設定され、ドプラ情報解析部４４において目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される。ドプラ情報解析部４４は、生体内の各深さ（各位置）ごとにドプラ情報を抽出して、例えば、超音波ビーム（音線）上の各深さごとに生体内組織の速度を算出し、リアルタイムで出力する。なお、超音波ビームを走査させて二次元的あるいは三次元的に生体内組織の各位置の速度を算出してもよい。

表示処理部４６は、生体組織の深さ（位置）ごとの速度に基づいて、例えばドプラ波形や、深さ速度の情報を含むグラフなどを形成し、形成したドプラ波形やグラフなどを表示部４８にリアルタイムで表示させる。なお、図１に示す超音波診断装置内の各部は、システム制御部５０によって制御される。つまり、システム制御部５０は、送信制御や受信制御や表示制御などを行う。

以上、概説したように、本実施形態では、連続波（ＣＷ）を変調波でＦＭ変調した超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波して受信信号が得られて、目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される。そこで、目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される原理について詳述する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。

周波数ｆ₀のＲＦ波（搬送波）に対して、周波数ｆ_mの正弦波によりＦＭ変調を施したＦＭＣＷ送信波は次式のように表現できる。

数１式において、Δｆは周波数変動幅の０−Ｐ値（ゼロピーク値：最大周波数偏移）であり、最大周波数偏移Δｆと変調周波数ｆ_mの比であるβはＦＭの変調指数である。

また、ドプラシフトを伴う場合のＦＭＣＷ受信波は、生体における往復の減衰をαとすると次式で表現できる。

なお、数２式においてｆ_mに対するドプラシフトは、ｆ₀のシフト分ｆ_dに比較して小さいので無視している。

図２は、本実施形態における送信波と受信波を説明するための図である。図２（ａ）は、ＦＭＣＷ送信波（送信信号）の波形（数１式参照）を示しており、横軸が時間軸であり縦軸が振幅である。また、図２（ｂ）は、ＦＭＣＷ送信波（送信信号）とＦＭＣＷ受信波（受信信号）の各々についての瞬時周波数変化を示している。図２（ｂ）の横軸は時間軸であり縦軸は周波数（瞬時周波数）である。なお、図２（ａ）と図２（ｂ）の時間軸は互いに揃えられている。

図２（ｂ）に示されるように、送信信号（破線）は、周期Ｔ_m＝１／ｆ_mで周波数を変化させた連続波となっている。また、受信信号（実線）は、送信信号から、位相角でφ_mだけ遅れている。なお、図２（ｂ）においては、数２式で示した受信信号の減衰やドプラシフトを省略している。

数２式で表される受信波形は、超音波振動子を介して受信される信号波形（受信ＲＦ信号）である。ＦＭＣＷドプラでは、受信ＲＦ信号に対する復調処理において、ＦＭＣＷ送信波を参照信号として受信波と乗算を行う。図１を利用して説明したように、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波が遅延回路２５において遅延処理され、参照信号として、ミキサ３２には遅延処理されたＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４には遅延処理されたＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。したがって、ミキサ３２へ供給される参照信号ｖ_rI（ｔ）と、ミキサ３４へ供給される参照信号ｖ_rQ（ｔ）は、次式のように表現できる。

数３式において、φ_mrは、遅延回路２５における遅延処理により任意に設定できる参照信号の位相を示しており、φ_0rは、任意に設定した参照信号の位相に対応して決まる搬送波の位相変化量を示している。

受信ミキサ３０では、復調処理として直交検波が行われる。つまり、ミキサ３２において、受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rI（ｔ）の乗算に相当する処理が実行され、また、ミキサ３４において、受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rQ（ｔ）の乗算に相当する処理が実行される。

ミキサ３２における受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rI（ｔ）の乗算ｖ_DI（ｔ）は次式のように表現される。なお、次式の計算途中において、周波数２ｆ₀の成分が消去されている。これは、ＬＰＦ３６において除去される周波数成分である。

ここで、ベッセル関数に関する次の公式を利用する。

数５式の公式を用いると、数４式はさらに次式のように計算される。

一方、ミキサ３４における受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rQ（ｔ）の乗算ｖ_DQ（ｔ）は次式のように表現される。なお、次式の計算途中において、周波数２ｆ₀の成分が消去されている。これは、ＬＰＦ３８において除去される周波数成分である。

ここで、数６式のｖ_DI（ｔ）と数７式のｖ_DQ（ｔ）とに基づいて、複素ベースバンド信号を定義する。まず、ｖ_DI（ｔ）とｖ_DQ（ｔ）に含まれている直流（ＤＣ）成分、変調周波数ｆ_mの偶数次高調波成分を次式のように表現する。

次に、ｖ_DI（ｔ）とｖ_DQ（ｔ）に含まれている変調周波数ｆ_mの成分、変調周波数ｆ_mの奇数次高調波成分を次式のように表現する。

数８式と数９式から、直交検波後のベースバンド信号において、ドプラシフトｆ_dを含んだドプラ信号は、ＤＣ成分と変調周波数ｆ_mの成分と変調周波数ｆ_mの高調波成分とからなる複数の成分の各々についての両側帯波として出現することがわかる。通信工学ではこの種の信号形式を両側帯波搬送波除去変調（Double-Sideband Suppressed-Carrier, DSB-SC）と呼んでいる。

ここで、受信信号と参照信号の位相を互いに揃えた場合、つまり、遅延回路２５における遅延処理によりφ_mrを調整してφ_mと一致させた場合（φ_mr＝φ_m）を考える。φ_mrとφ_mを一致させた場合には、数４式におけるｋが０となる。この結果を数５式のベッセル関数に適用すると、次式のように、０次のベッセル関数の値のみが１となり、それ以外のベッセル関数の値は０となる。

数１０式に示す結果を数８式と数９式に適用すると次式のとおりとなる。

数１１式は、参照波（参照信号）の位相φ_mrを送受信間の位相差φ_mに設定すると、圧縮変換により、ドプラ信号のみが抽出できることを示している。その結果として得られる複素ドプラ周波数ｆ_dの値と極性は、血流などの流体の速度とその極性を表わしている。また、ドプラ信号の振幅は、搬送波および参照波の位相に依存しないこともわかる。

この事実は以下のように解釈することもできる。図１における遅延回路２５は、参照波（参照信号）における変調波の位相φ_mrを、送受信間の変調波の位相差φ_mに設定する役目を持っている。しかし、この遅延回路２５は変調波の位相ばかりでなく、搬送波の位相も同時に変化させる。この値がφ_0rである。搬送波の位相は、参照波における変調波の位相φ_mrに応じて変化するので、送受信間の変調波の位相差に応じた特定の値に定めることができない。しかし、数１１式に示されているように、φ_0rは、φ₀と同様に、どんな値になろうとも、直交検波する限りは、ドプラ信号の振幅、周波数およびその極性に影響を与えない。

ここで、数１１式に示される圧縮変換後の電力を通常のＣＷドプラと比較する。周波数変調されていない通常のＣＷドプラの送信波ｖ_T（ｔ）および受信波ｖ_R（ｔ）は以下の式で表現できる。

そして、乗算器（受信ミキサ）の出力は、以下のように表現される。

数１３式において、２ｆ₀の周波数成分を低域濾波器（ＬＰＦ）により除去すると、受信ミキサ出力は次式のように表現することができる。

数１１式と数１４式との比較から明らかなように、本実施形態のＦＭＣＷ方式では、圧縮変換によって、通常のＣＷ方式と同等のドプラ信号電力が得られることがわかる。さらに、本実施形態においては、以下に説明するように、ＰＷドプラ（パルスドプラ）と同様に特定位置のドプラ情報を比較的良好なＳＮＲで得ることができる。

数６式から数９式において、ドプラ信号の振幅を支配するＪ₀（ｋβ）の因数であるｋβについて考察する。数４式におけるｋの定義から、ｋβは次式のように表現できる。

数１５式は、ｋβが深さｄに依存して正弦波状に変化することを意味している。

図３は、ｋβが深さｄに依存して正弦波状に変化する様子を示す図である。第１次ベッセル関数の性質により、ｋβが０のときにＪ₀（ｋβ）が最大値となる。図３において実線で示されるｋβの波形は、体表からの深さｄが正の範囲において０となる深さが３箇所ある。これら３箇所の深さから得られるドプラ信号の振幅が最大となることを意味している。この効果を計算により検証した結果を図４から図９に示す。

図４から図９は、ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。図４から図６は、ＦＭ変調器２０における周波数変調の変調指数をβ＝１０とし、７ｃｍの深さにおいてｋβ＝０となるように遅延回路２５において参照波の位相φ_mrを設定した場合の反射電圧と電力の深さ依存性を計算した結果である。図４から図６は、同じ計算結果について、縦軸のみを変化させて表現したものであり、ｋβが０となる深さにおいて、振幅であるＪ₀（ｋβ）や電力であるＪ₀（ｋβ）²が最大になる様子がわかる。

図７から図９は、ＦＭ変調器２０における周波数変調の変調指数をβ＝１０とし、１ｃｍの深さにおいてｋβ＝０となるように遅延回路２５において参照波の位相φ_mrを設定した場合の反射電圧と電力の深さ依存性を計算した結果である。図７から図９は、同じ計算結果について、縦軸のみを変化させて表現したものであり、やはり、ｋβが０となる深さにおいて、振幅であるＪ₀（ｋβ）や電力であるＪ₀（ｋβ）²が最大になる。

数１５式から、目的とする深さからの受信信号の位相φ_mと、参照波の位相φ_mrと一致させるとｋβを０とすることができ、さらに、図４から図９を利用して説明したように、ｋβが０となる深さにおいてＪ₀（ｋβ）が最大となりドプラ信号の振幅が最大となる。つまり、遅延回路２５において、目的とする深さからの受信信号の位相φ_mと参照波の位相φ_mrを一致させることにより、目的とする深さからのドプラ信号の振幅が最大となるようにして、そのドプラ信号を選択的に抽出することができる。

ドプラ信号の選択的な抽出は、別の手法によっても実現できる。本実施形態においては、図２（ｂ）に示した送信信号の周波数変化の周期（Ｔ_m＝１／ｆ_m）を調整することにより、ドプラ信号の選択的な抽出を実現している。周期Ｔ_mは、変調周波数ｆ_mを調整することにより、所望の大きさに設定することができる。

数１５式から、変調周波数ｆ_mを変化させることにより、ｋβの値が変化することが理解できる。先に利用した図３において、破線で示される２つのｋβの波形は、実線で示されるｋβの波形から、変調周波数ｆ_mをわずかに変化させた場合の波形である。図３の実線の波形と破線の波形との比較からも理解できるように、変調周波数ｆ_mを変化させることにより、ｋβ＝０の位置を深さ方向に沿って移動させることができる。そして、図４から図９を利用して説明したように、ｋβが０となる深さにおいてＪ₀（ｋβ）が最大となりドプラ信号の振幅が最大となることから、変調周波数ｆ_mの変化により、ドプラ信号の振幅が最大となる深さが移動することを理解できる。

図１の超音波診断装置においては、ＦＭ変調波生成部２４が、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して、変調周波数ｆ_mよりも小さい変調周波数ｆ_m2の第２変調信号を用いて周波数変調を施すことにより、変調周波数ｆ_mを変化させている。そこで、変調周波数ｆ_mの変化と、ドプラ信号を選択的に抽出する深さｄとの関係について説明する。

ｋβ（図３、数１５式参照）に含まれるｋやｋに含まれるφ_mは、数２式と数４式において定義したとおりであるが、再掲すると次式のとおりとなる。

ｋβは、参照波の位相φ_mrを固定すると、φ_mの関数となっており、φ_mに対して正弦波状に変化する。また、φ_mは数１６式で表現されるとおりであり、ｋβが深さに対しても正弦波状に変化することが理解できる（図３参照）。

数１６式におけるφ_mの単位はラジアンである。深さｄを決めれば、変調周波数ｆ_mの位相角であるφ_mを決定することができる。例えば、ｆ_m＝５ｋＨｚ，Δｄ＝１０ｍｍ，ｃ＝１５００ｍ／ｓとすると、φ_mの変化量Δφ_mは次式のとおり０．４２ラジアンとなる。

この位相角を周期的に変化させるためには、変調周波数ｆ_mの変調信号を低周波で周波数変調または位相変調すればよい。その低周波の周波数をｆ_m2とすれば、位相変調された変調波（変調信号）ｖ_PM（ｔ）は、下式により与えられる。

変調波ｖ_PM（ｔ）の瞬時周波数は下式で与えられる。

したがって、上式は、以下のようなＦＭ変調波として表現することもできる。この場合の、最大周波数偏移（０−Ｐ値：ゼロピーク値）は、２πΔφ_mｆ_m2となる。

図１のＦＭ変調波生成部２４は、例えば、数１８式または数２０式に基づいて、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して、変調周波数ｆ_mよりも小さい変調周波数ｆ_m2の第２変調信号を用いて位相変調または周波数変調を施す。

以上のように、ドプラ信号が選択的に抽出される目標位置は、遅延回路２５における遅延処理やＦＭ変調波生成部２４における変調処理に基づいて決定される。図１のシステム制御部５０は、遅延回路２５における遅延時間に基づいて、あるいは、第２変調波発振器２３が出力する第２変調波（第２変調信号）に基づいて、目標位置を確認する。そして、システム制御部５０は、ドプラ情報解析部４４において得られるドプラ情報（ドプラシフト量やドプラ成分の電力など）と、そのドプラ情報が得られた位置（深さ）とを対応付ける。その対応関係は、表示処理部４６などに伝えられる。

図１０は、第２変調波が正弦波の場合のドプラ情報と深さの対応関係を説明するための図である。図１０には、底面に時間軸と深さ軸を設けて高さ方向のＺ軸にドプラ情報（ドプラシフト量またはドプラ成分の電力）を示したグラフが図示されている。

第２変調波が正弦波の場合、第２変調波を用いた変調により、ＦＭ変調波生成部２４から出力される変調信号の変調周波数ｆ_mが時間の経過と共に正弦波状に変化し、ドプラ情報が得られる目標位置（深さ）も時間の経過と共に正弦波状に変化する。

図１０には、時間の経過と共に、目標位置が深さ−ｄ／２から＋ｄ／２の間（対象区間）を正弦波に沿って変化する様子が示されている。なお、図１０に示すグラフは、第２変調波の周波数がｆ_m2の場合であり、目標位置が周期１／ｆ_m2の正弦波に沿って変化している。そして、正弦波に沿って変化する各位置において、その位置から得られるドプラ情報がＺ軸方向に示されている。

このように、深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内において、各位置（深さ）ごとにドプラ情報が得られるため、例えば、そのドプラ情報から各位置（深さ）ごとに速度を算出することにより、図１０に示すように、深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内における速度分布７０を得ることができる。

なお、図１０においては、深さ−ｄ／２と＋ｄ／２の中間位置において、比較的大きなドプラ情報が得られている。血管内においては、通常、血管壁の近傍に比べて血管の中心付近において大きな血流が得られる。そのため、例えば、血管と交差するように超音波ビームを設定し、超音波ビーム上の血管に対応した部分に対象区間（深さ−ｄ／２から＋ｄ／２）を設定することにより、例えば、図１０のような計測結果が得られ、血管内の血流の速度分布７０が得られる。

また、対象区間の位置は、例えば、遅延回路２５における遅延量に応じて設定される。例えば、遅延回路２５において、血管などの中央付近を目標とした遅延量により参照信号に対して遅延処理を施す。これにより、対象区間の中央位置が血管などの中央付近に設定される。そして、第２変調波を用いた変調により、ＦＭ変調波生成部２４から出力される変調信号の変調周波数ｆ_mを時間の経過と共に正弦波状に変化させ、血管などの中央付近を基準として深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの間の範囲のドプラ情報を抽出する。これにより、所望の位置に対象区間を移動させて図１０のような計測結果を得ることができる。

図１１は、速度分布の表示態様を示す図であり、図１１には、底面に時間軸と深さ軸を設けて、ドプラ情報から得られる流速を高さ方向に示したグラフが図示されている。図１１に示すグラフは、図１の表示処理部４６において形成されて表示部４８に表示される画像の一例である。表示処理部４６は、例えば、システム制御部５０から得られるドプラ情報とその位置（深さ）との対応関係に基づいて図１１に示す画像を形成する。

つまり、時間の経過と共に変化する目標位置（深さ）と、図１のドプラ情報解析部４４から得られるドプラ情報が対応付けられ、ドプラ情報から速度（流速）が算出される。そして、時間の経過と共に、目標位置が深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内を繰り返し移動することにより、対象区間内における流速の時間変化を示す図１１のグラフが形成される。

図１１のグラフは、深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内における流速分布が、時間の経過と共に変化する様子を示している。例えば、血管と交差するように超音波ビームを設定し、超音波ビーム上の血管に対応した部分に対象区間（深さ−ｄ／２から＋ｄ／２）を設定することにより、その血管の部分における血流の流速分布の変化として図１１に示すような計測結果が得られる。

なお、以上の説明においては、第２変調波が正弦波の場合について説明したが、第２変調波は鋸波や三角波などでもよい。

図１２は、第２変調波が鋸波の場合のドプラ情報と深さの対応関係を説明するための図である。図１２には、図１０と同様に、底面に時間軸と深さ軸を設けて高さ方向にドプラ情報を示したグラフが示されている。第２変調波が鋸波の場合、第２変調波を用いた変調により、ＦＭ変調波生成部２４から出力される変調信号の変調周波数ｆ_mが時間の経過と共に鋸波状に変化し、ドプラ情報が得られる目標位置（深さ）も時間の経過と共に鋸波状に変化する。

図１２には、時間の経過と共に、目標位置が深さ−ｄ／２から＋ｄ／２の間（対象区間）を鋸波に沿って変化する様子が示されている。なお、図１２に示すグラフにおいても、第２変調波の周波数がｆ_m2であり、目標位置が周期１／ｆ_m2の鋸波に沿って変化している。そして、鋸波に沿って変化する各位置において、その位置から得られるドプラ情報が高さ方向に示されている。また、図１０の場合と同様に、深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内における速度分布７０を得るようにしてもよい。

図１３は、第２変調波が対称三角波の場合のドプラ情報と深さの対応関係を説明するための図である。図１３には、図１０，図１２と同様に、底面に時間軸と深さ軸を設けて高さ方向にドプラ情報を示したグラフが示されている。第２変調波が対称三角波の場合、ドプラ情報が得られる目標位置（深さ）が時間の経過と共に対称三角波に沿って変化する。図１３には、対称三角波に沿って変化する各位置において、その位置から得られるドプラ情報が高さ方向に示されている。なお、図１０，図１２の場合と同様に、深さ−ｄ／２から＋ｄ／２までの対象区間内における速度分布７０を得るようにしてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

例えば、上述した実施形態においては、周期Ｔ_mで周波数を変化させた連続波の送信信号を形成するにあたって、搬送波信号（ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波）に対して周波数変調処理を施している。この周波数変調処理に換えて、周波数変調処理と同じ角度変調の方式として当業者において明らかな位相変調処理（ＰＭ処理）を利用してもよい。つまり、搬送波信号（ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波）に対して位相変調処理を施すことにより、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波と同じ波形あるいは同等な波形を形成してもよい。なお、周波数を周期的に変化させる連続波のデータをメモリなどに記憶しておき、このメモリから読み出されるデータに基づいて、当該連続波を生成してもよい。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態における送信波と受信波を説明するための図である。 ｋβが深さｄに依存して正弦波状に変化する様子を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 ｋβとＪ₀（ｋβ）の深さ依存性を示す図である。 第２変調波が正弦波の場合のドプラ情報と深さと時間の関係を説明するための図である。 速度分布の表示態様を示す図である。 第２変調波が鋸波の場合のドプラ情報と深さの対応関係を説明するための図である。 第２変調波が対称三角波の場合のドプラ情報と深さの対応関係を説明するための図である。

符号の説明

２０ ＦＭ変調器、２２ ＲＦ波発振器、２３ 第２変調波発振器、２４ ＦＭ変調波生成部、２５ 遅延回路、４０，４２ ＦＦＴ回路、４４ ドプラ情報解析部、４６ 表示処理部。

Claims (9)

1. 周期Ｔ_mで周波数を変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、
   前記送信信号に基づいて超音波を送受波することにより生体から得られる受信信号に対して、前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用いて復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、
   復調信号からドプラ情報を抽出するドプラ情報抽出部と、
   を有し、
   生体内の目標位置の深さに応じて前記送信信号の周期Ｔ_mを調整することにより、目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記送信信号は、変調信号を用いて搬送波信号を変調することにより形成され、
   前記変調信号の変調周波数が調整されることにより、前記送信信号の周期Ｔ_mが調整される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記変調信号の変調周波数を変化させて前記送信信号の周期Ｔ_mを変化させることにより、深さ方向に沿って目標位置を移動させつつ目標位置からドプラ情報を抽出する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３に記載の超音波診断装置において、
   前記変調信号の変調周波数を周期的に変化させて深さ方向に沿った対象区間内において目標位置を周期的に移動させることにより、対象区間内に亘って複数の位置からドプラ情報を抽出する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、
   前記参照信号と前記受信信号との間の遅延関係を調整して復調処理を施すことにより、前記対象区間の位置を設定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記送信信号処理部は、変調周波数ｆ_mの変調信号を用いて搬送波信号を周波数変調することにより前記送信信号を形成し、
   前記目標位置の深さに応じて変調周波数ｆ_mが調整されることにより、前記送信信号の周期Ｔ_m＝１／ｆ_mが調整される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項６に記載の超音波診断装置において、
   前記送信信号処理部は、変調周波数ｆ_mの変調信号に対して変調周波数ｆ_mよりも小さい変調周波数ｆ_m2の第２変調信号を用いて周波数変調を施し、その周波数変調後の変調信号を用いて搬送波信号を周波数変調することにより前記送信信号を形成し、
   これにより、変調周波数ｆ_mを周期１／ｆ_m2で変化させて深さ方向に沿った対象区間内において目標位置を周期１／ｆ_m2で移動させることにより、対象区間内に亘って複数の位置からドプラ情報を抽出する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項７に記載の超音波診断装置において、
   前記対象区間内に亘って複数の位置から抽出されるドプラ情報に基づいて、対象区間内における流体の速度分布を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項８に記載の超音波診断装置において、
   生体内の深さに対応した軸と時間に対応した軸と流体の速度に対応した軸とを含み、前記速度分布の時間変化の様子を示した表示画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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