JP2009261539A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動体に関するドプラシフト量に応じた適切な測定レンジを設定する。
【解決手段】送信信号発生部１０は、中心周波数ｆ_１の送信信号と中心周波数ｆ_２の送信信号を合成した合成送信信号を形成する。測定レンジ設定部４０は、中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２のうちの少なくとも一方の周波数を調整することにより、測定レンジの拡大率Ｓ＝ｆ_１／（ｆ_２−ｆ_１）を変化させて測定レンジを設定する。測定レンジ設定部４０は、設定した測定レンジで動体から得られるドプラシフト量と設定した測定レンジの測定限界値とを比較し、測定限界値がドプラシフト量以上となるように測定レンジの拡大率Ｓを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、互いに異なる２つの周波数を用いてドプラ情報を抽出する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置において、一定のパルス繰り返し周波数で超音波パルスを送波し、血流や心臓などからドプラ情報を抽出するパルスドプラ法が知られている。パルスドプラ法では、折り返し現象を発生させずに検出することができる最大ドプラシフト周波数が、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）によって制限される。一般的には、ドプラシフト周波数の測定レンジが＋ＰＲＦ／２から−ＰＲＦ／２までとなる。

上述したパルスドプラ法における制限を回避する画期的な技術も提案されている。例えば、特許文献１には、互いに異なる２つの周波数を用いてドプラ情報を抽出する旨の技術が提案されている。その技術によれば、２つの送信周波数を利用することにより、単一の送信周波数のみを利用する場合に比べて、測定レンジを拡大することができる。

特公平３−１９５１０号公報

上述のとおり、特許文献１に記載された画期的な技術により、パルスドプラ法において測定レンジを拡大することができる。測定レンジを拡大することにより、折り返し現象の発生を抑えつつ検出されるドプラシフト周波数の範囲を広げることが可能になる。しかし、単純に測定レンジを拡大すると、ドプラシフト周波数に基づいて形成されるカラードプラ画像などへの影響が懸念される。したがって、測定レンジは、測定対象に関するドプラシフト周波数などに応じて、適切な範囲に設定されることが望ましい。

本発明は、このような事情を鑑みて成されたものであり、その目的は、動体に関するドプラシフト量に応じた適切な測定レンジを設定することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の超音波診断装置は、動体に対して超音波を送受波するプローブと、互いに異なる第１送信周波数と第２送信周波数に基づいて送信信号を形成してプローブを送信制御する送信制御部と、プローブから得られる信号を処理することにより第１送信周波数に対応した第１受信信号と第２送信周波数に対応した第２受信信号を得る受信処理部と、第１受信信号と第２受信信号に基づいて動体に関するドプラシフト量を算出するドプラ演算部と、第１送信周波数と第２送信周波数のうちの少なくとも一方の周波数を調整することにより、第１送信周波数と第２送信周波数に応じて決定される測定レンジを設定する測定レンジ設定部と、を有し、前記測定レンジ設定部は、設定した測定レンジで動体から得られるドプラシフト量と当該測定レンジの測定限界値とを比較し、測定限界値がドプラシフト量以上となるように前記少なくとも一方の周波数を調整する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記測定レンジ設定部は、第１送信周波数ｆ_１とそれよりも大きい第２送信周波数ｆ_２から算出される測定レンジの拡大率Ｓ＝ｆ_１／（ｆ_２−ｆ_１）を調整することにより測定レンジを設定する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記測定レンジ設定部は、設定した測定レンジで動体の複数箇所から得られる複数のドプラシフト量のうち、当該測定レンジの測定限界値に等しいドプラシフト量が存在しない場合に、測定レンジが小さくなるように前記拡大率Ｓを調整する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送信制御部は、第１送信周波数に対応した第１送信信号と第２送信周波数に対応した第２送信信号とを合成した合成送信信号を形成し、合成送信信号に対応した超音波パルスを送波するようにプローブを送信制御し、前記受信処理部は、プローブから得られる信号に対して、第１送信周波数に対応した直交検波処理を施すことにより第１受信信号を得て、第２送信周波数に対応した直交検波処理を施すことにより第２受信信号を得る、ことを特徴とする。

本発明により、動体に関するドプラシフト量に応じた適切な測定レンジを設定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ブロック図である。

送信信号発生部１０は、互いに異なる中心周波数の送信信号を合成した合成送信信号を形成する。送信信号発生部１０は、例えば、図２に示すような中心周波数ｆ_１の送信信号と、中心周波数ｆ_１よりも大きい中心周波数ｆ_２の送信信号を合成した合成送信信号を形成する。

送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）１２は、送信信号発生部１０から得られる合成送信信号に基づいて送信パルス信号を形成する。送信パルス信号は、送信アンプ１４において増幅処理されてプローブ２０へ供給される。送信ビームフォーマ１２は、プローブ２０が備える複数の振動子の各々に対応した送信パルス信号を形成する。各振動子に対応した送信パルス信号には、その振動子に応じた遅延処理が施され、これにより、目的の方向と深さにフォーカスを合わせた送信ビームが形成される。

なお、本実施形態においては、合成送信信号に基づいて送信ビームが形成される。一般的には、周波数依存減衰のため、高い周波数成分ほど減衰を受けやすい。つまり、深部においては、低域側の送信信号に対応した受信信号の感度が比較的良くても、高域側の送信信号に対応した受信信号の感度が比較的劣る場合がある。この感度の差が測定に大きな影響を及ぼさないように、合成送信信号に含まれる互いに異なる中心周波数の２つの送信信号に対する音響的なビーム特性は、可能な限り近づけておく方が望ましい。

送信ビームフォーマ１２は、一定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ＝１／ΔＴ）で送信パルス信号を形成する。そのため、プローブ２０から、そのパルス繰り返し周波数で超音波パルスが次々に出力される。プローブ２０は、例えば、血流や心臓などの動体に対して超音波パルスを送波し、動体からの反射波を受波する。こうして、プローブ２０が備える複数の振動子から受波結果である信号が出力され、プリアンプ２２を介して受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）２４に供給される。

受信ビームフォーマ２４は、複数の振動子から得られる複数の信号に基づいて受信ビームを形成する。受信ビームフォーマ２４は、複数の振動子の各々から得られる信号に対して、対応する振動子に応じた遅延処理を施し、そして、複数の振動子から得られる複数の信号を加算処理する、いわゆる整相加算処理を行う。こうして、受信ビームに沿った受信信号が形成される。

受信ビームに沿った受信信号は、中心周波数ｆ_１の送信信号に対応したｆ_１成分と、中心周波数ｆ_２の送信信号に対応したｆ_２成分を含んでいる。これらの成分の中心周波数に着目すると、その振幅をＡ、時間をｔとして、ｆ_１成分とｆ_２成分は、次式のように表現することができる。

ここで、ｋは比例定数、Ｖは動体の速度である。つまり、ｆ_１ｋＶとｆ_２ｋＶは、各々、ドプラシフトによる周波数変化分ｆ_ｄ１，ｆ_ｄ２を示している。

ｆ１用直交検波部２６は、受信ビームフォーマ２４において形成された受信信号に対して、中心周波数ｆ_１の送信信号を参照信号として直交検波処理を施す。つまり、中心周波数ｆ_１の送信信号とその送信信号の位相を９０度だけずらした信号の２つの信号を参照信号として用いて直交検波を行う。これにより、中心周波数ｆ_１の送信信号に対応した第１受信信号が抽出される。

例えば、ｃｏｓ２πｆ_１ｔとｓｉｎ２πｆ_１ｔを参照信号として用いて、数１式のｆ_１成分とｆ_２成分を含んだ受信信号に対して直交検波を行い、不必要な高調波成分を除去することにより、第１受信信号として、次式のｆ_１同相成分とｆ_１直交成分が抽出される。

ウォールフィルタ２８は、高域通過特性のフィルタであり、第１受信信号に含まれる固定組織からの信号を除去して測定対象となる血流や心臓などの動体からの信号を通過させる。

自己相関部３０は、ウォールフィルタ２８を通過した第１受信信号に基づいて、ドプラシフトに伴う偏角θ_ｄ１に対応する複素信号Ｓ_１を算出する。例えば、パルス繰り返し時間ΔＴの間における第１受信信号（数２式）の変化から、次式の複素信号を算出する。また、θ_ｄ１は、この複素信号に対する偏角である。

数３式におけるＲ_１とＩ_１は、それぞれ、自己相関部３０の実数部と虚数部の算出結果である。

一方、ｆ２用直交検波部２７は、受信ビームフォーマ２４において形成された受信信号に対して、中心周波数ｆ_２の送信信号を参照信号として直交検波処理を施す。つまり、中心周波数ｆ_２の送信信号とその送信信号の位相を９０度だけずらした信号の２つの信号を参照信号として用いて直交検波を行う。これにより、中心周波数ｆ_２の送信信号に対応した第２受信信号が抽出される。

例えば、ｃｏｓ２πｆ_２ｔとｓｉｎ２πｆ_２ｔを参照信号として用いて、数１式のｆ_１成分とｆ_２成分を含んだ受信信号に対して直交検波を行い、不必要な高調波成分を除去することにより、第２受信信号として、次式のｆ_２同相成分とｆ_２直交成分が抽出される。

ウォールフィルタ２９は、高域通過特性のフィルタであり、第２受信信号に含まれる固定組織からの信号を除去して測定対象となる血流や心臓などの動体からの信号を通過させる。

自己相関部３１は、ウォールフィルタ２９を通過した第２受信信号に基づいて、ドプラシフトに伴う偏角θ_ｄ２に対応する複素信号Ｓ_２を算出する。例えば、パルス繰り返し時間ΔＴの間における第２受信信号（数４式）の変化から、次式の複素信号を算出する。また、θ_ｄ２は、この複素信号に対する偏角である。

数５式におけるＲ_２とＩ_２は、それぞれ、自己相関部３１の実数部と虚数部の算出結果である。

共役積演算部３４は、自己相関部３０において算出された複素信号Ｓ_１と自己相関部３１において算出された複素信号Ｓ_２との共役積を演算する。ここで、共役積とは、複素信号Ｓ_１と複素信号Ｓ_２のうちの一方の複素数と他方の共役複素数との積をいう。

数６式において、＊は、共役複素数を表す。さらに、数６式の偏角Δθ_ｄを算出する。

この数７式の偏角Δθ_ｄは、数８式となる。

数８式において、ｆ_２とｆ_１とｋとΔＴは既知である。そこで、速度演算部３６は、共役積演算部３４において算出されるΔθ_ｄと上記既知の値とに基づいて、血流や心臓などの動体の速度Ｖを算出する。例えば、動体の複数の個所において速度Ｖを算出する。なお、Δθ_ｄに基づいて、例えば、カラードプラ画像などを形成してもよい。

本実施形態においては、中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２の送信信号を合成した合成送信信号を用いているため、単一の中心周波数の送信信号を利用する場合に比べて、速度の測定レンジを拡大することができる。例えば、中心周波数ｆ_１の送信信号のみを利用した場合、自己相関部３０において得られる角度変化θ_ｄ１と、既知の値であるｆ_１とｋとΔＴとに基づいて、数３式から速度Ｖを算出することができる。しかし、折り返し現象の発生を抑えつつ速度Ｖの極性をも検出することを考慮すると、角度変化θ_ｄ１の変化範囲は、０から１８０度と０から−１８０度までに制限され、検出される速度Ｖの範囲である計測レンジも制限される。

共役積演算部３４において得られる差分角度Δθ_ｄと既知の値に基づいて数８式から速度Ｖを算出する場合にも、折り返し現象の発生や速度Ｖの極性の検出を考慮すると、差分角度Δθ_ｄの変化範囲は、０から１８０度と０から−１８０度までに制限される。ところが、差分角度Δθ_ｄでは、ｋＶ・ΔＴに乗算される周波数が中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２の差（ｆ_２−ｆ_１）である。したがって、角度変化θ_ｄ１（数３式）から速度Ｖを算出する場合に比べて、差分角度Δθ_ｄ（数８式）から速度Ｖを算出することにより、検出される速度Ｖの範囲をｆ_１／（ｆ_２−ｆ_１）倍に拡大することが可能になる。

さらに、本実施形態においては、中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２の送信信号を合成した合成送信信号を用いているため、中心周波数ｆ_１の送信信号と中心周波数ｆ_２の送信信号を交互に送信する場合のようにフレームレートを低下させることがない。

このように、本実施形態では、比較的高いフレームレートを維持しつつ、測定レンジを拡大することができる。しかし、単純に測定レンジを拡大すると、カラードプラ画像におけるカラー情報の輝度が低下してしまい視認しにくい画像となってしまうなどの影響が懸念される。したがって、測定レンジは、測定対象に関するドプラシフト周波数などに応じて、適切な範囲に設定されることが望ましい。本実施形態においては、測定レンジ設定部４０が適切な測定レンジを設定する。そこで、以下に測定レンジの設定について説明する。なお、既に図１に示した部分（構成）については、以下においても図１の符号を利用する。

図３は、測定レンジの設定手順を説明するためのフローチャートである。まず、ユーザ（検査者）の操作に応じて、カラードプラ画像を形成する（Ｓ３０１）。測定レンジ設定部４０は、最大の拡大率で測定レンジを設定する（Ｓ３０２）。合成送信信号に含まれる中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２に基づいて、測定レンジの拡大率はＳ＝ｆ_１／（ｆ_２−ｆ_１）となる。測定レンジ設定部４０は、拡大率Ｓを本装置において可能な最大値となるように、中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２の値を設定する。

こうして、測定レンジが設定されると、その測定レンジでドプラシフト量が算出され、カラードプラ画像上に血流などのドプラシフト量に対応したカラー情報が反映される。

次に、測定レンジ設定部４０は、設定した測定レンジで動体の複数箇所から得られる複数のドプラシフト量と当該測定レンジの測定限界値とを比較する（Ｓ３０３）。そして、測定限界値に等しいドプラシフト量が存在しない場合（Ｓ３０４）、測定レンジ設定部４０は、拡大率Ｓを下げて測定レンジが少し小さくなるように再設定する（Ｓ３０５）。

測定レンジ設定部４０は、例えば、中心周波数ｆ_２を変化させて拡大率Ｓを調整する。もちろん、中心周波数ｆ_１を変化させて拡大率Ｓを調整してもよい。また、例えば、本装置において設定可能な拡大率Ｓが予めいくつか決められており、測定レンジ設定部４０は、いくつかの拡大率Ｓの中から、現在の拡大率Ｓよりも１段階だけ小さな拡大率Ｓを選択する。

測定レンジが少し小さくなるように再設定されると（Ｓ３０５）、その再設定した測定レンジで動体の複数箇所から得られる複数のドプラシフト量と、再設定された測定レンジの測定限界値とを比較する（Ｓ３０３）。測定限界値に等しいドプラシフト量が存在しない場合（Ｓ３０４）、測定レンジ設定部４０は、さらに拡大率Ｓを下げて測定レンジが少し小さくなるように再設定する（Ｓ３０５）。

測定限界値に等しいドプラシフト量が存在する場合（Ｓ３０４）、測定レンジ設定部４０は、測定レンジを小さくすることができないと判断し、現在の拡大率で測定レンジを固定する（Ｓ３０６）。つまり、中心周波数ｆ_１と中心周波数ｆ_２が固定される。こうして、測定されるドプラシフト量に応じて適切な測定レンジが設定される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、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。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 合成送信信号を説明するための図である。 測定レンジの設定手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 送信信号発生部、１２ 送信ビームフォーマ、２０ プローブ、２４ 受信ビームフォーマ、３０，３１ 自己相関部、３４ 共役積演算部、４０ 測定レンジ設定部。

Claims (4)

1. 動体に対して超音波を送受波するプローブと、
   互いに異なる第１送信周波数と第２送信周波数に基づいて送信信号を形成してプローブを送信制御する送信制御部と、
   プローブから得られる信号を処理することにより第１送信周波数に対応した第１受信信号と第２送信周波数に対応した第２受信信号を得る受信処理部と、
   第１受信信号と第２受信信号に基づいて動体に関するドプラシフト量を算出するドプラ演算部と、
   第１送信周波数と第２送信周波数のうちの少なくとも一方の周波数を調整することにより、第１送信周波数と第２送信周波数に応じて決定される測定レンジを設定する測定レンジ設定部と、
   を有し、
   前記測定レンジ設定部は、設定した測定レンジで動体から得られるドプラシフト量と当該測定レンジの測定限界値とを比較し、測定限界値がドプラシフト量以上となるように前記少なくとも一方の周波数を調整する、
   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、
   前記測定レンジ設定部は、第１送信周波数ｆ_１とそれよりも大きい第２送信周波数ｆ_２から算出される測定レンジの拡大率Ｓ＝ｆ_１／（ｆ_２−ｆ_１）を調整することにより測定レンジを設定する、
   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、
   前記測定レンジ設定部は、設定した測定レンジで動体の複数箇所から得られる複数のドプラシフト量のうち、当該測定レンジの測定限界値に等しいドプラシフト量が存在しない場合に、測定レンジが小さくなるように前記拡大率Ｓを調整する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記送信制御部は、第１送信周波数に対応した第１送信信号と第２送信周波数に対応した第２送信信号とを合成した合成送信信号を形成し、合成送信信号に対応した超音波パルスを送波するようにプローブを送信制御し、
   前記受信処理部は、プローブから得られる信号に対して、第１送信周波数に対応した直交検波処理を施すことにより第１受信信号を得て、第２送信周波数に対応した直交検波処理を施すことにより第２受信信号を得る、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

Images