JP2010162082A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、連続波を利用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 using a continuous wave.
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の正弦波であ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(例えば血流など)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。 A continuous wave Doppler is known as a technique using a continuous wave of an ultrasonic diagnostic apparatus. In continuous wave Doppler, for example, a transmission wave that is a sine wave of several MHz is continuously emitted into the living body, and a reflected wave from the living body is continuously received. The reflected wave includes Doppler shift information by a moving body (for example, blood flow) in the living body. Therefore, by extracting the Doppler shift information and performing frequency analysis, a Doppler waveform reflecting the velocity information of the moving body can be formed.
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。
Continuous wave Doppler using a continuous wave is generally superior in speed measurement at a higher speed than pulse Doppler using a pulse wave. Under such circumstances, the present inventor has conducted research on continuous wave Doppler. As one of the results,
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ドプラにより選択的に生体内組織の所望の位置からドプラ情報を抽出することができる極めて画期的な技術を提案している。
On the other hand, with continuous wave Doppler, position measurement is difficult due to the use of continuous waves. For example, a conventional general continuous wave Doppler device (a device that does not use FMCW Doppler) cannot perform position measurement. On the other hand, the inventor of the present application proposes an extremely innovative technique that can selectively extract Doppler information from a desired position in a living tissue by FMCW Doppler in
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。特に、連続波を利用して所望の位置(選択位置)からの生体内情報を抽出する技術に注目して研究を重ねてきた。
The technology of FMCW Doppler described in
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、連続波を利用して選択位置からの生体内情報を抽出する超音波診断装置において改良された装置構成を提供することにある。 The present invention has been made in such a background, and an object thereof is to provide an improved apparatus configuration in an ultrasonic diagnostic apparatus that extracts in-vivo information from a selected position using a continuous wave. It is in.
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、周期的な信号に基づいて変調された連続波の送信信号を出力する送信信号出力部と、前記送信信号に対応した超音波の送信波を生体に送波してその送信波に伴う受信波を生体から受波することにより受信信号を得る送受波部と、生体内の選択位置との間の相関関係が調整された参照信号を用いて、受信信号に対して復調処理を施すことにより、当該選択位置に対応した復調信号を得る復調処理部と、復調信号から生体内情報を抽出する生体内情報抽出部と、を有し、超音波ビームを走査することにより複数の方向で超音波ビームを形成し、各方向ごとに、前記周期的な信号の周期の自然数倍に対応した期間で超音波ビームに沿って受信信号を取得する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a preferred aspect of the present invention includes a transmission signal output unit that outputs a transmission signal of a continuous wave modulated based on a periodic signal, and the transmission signal There is a correlation between a transmitting / receiving unit that obtains a reception signal by transmitting a corresponding ultrasonic transmission wave to a living body and receiving a reception wave accompanying the transmission wave from the living body, and a selected position in the living body. A demodulation processing unit that obtains a demodulation signal corresponding to the selected position by performing demodulation processing on the received signal using the adjusted reference signal, and an in-vivo information extraction unit that extracts in-vivo information from the demodulation signal And forming an ultrasonic beam in a plurality of directions by scanning the ultrasonic beam, and for each direction, the ultrasonic beam is converted into an ultrasonic beam in a period corresponding to a natural number multiple of the period of the periodic signal. Along with getting the received signal along That.
上記態様においては、周期的な信号に基づいて変調された連続波の送信信号が用いられ、そして、その周期的な信号の周期の自然数倍に対応した期間で超音波ビームに沿って受信信号が取得される。そのため、例えば、周期的な信号の周期性を維持しつつ受信信号を取得することができ、また、例えば、受信信号から得られる復調信号に対して、周期的な信号の周期性を維持しつつFFT処理などを施すことが可能になる。 In the above aspect, a continuous wave transmission signal modulated based on a periodic signal is used, and a reception signal along the ultrasonic beam in a period corresponding to a natural number multiple of the period of the periodic signal. Is acquired. Therefore, for example, the received signal can be acquired while maintaining the periodicity of the periodic signal, and for example, the periodicity of the periodic signal is maintained with respect to the demodulated signal obtained from the received signal. It is possible to perform FFT processing and the like.
望ましい態様において、前記超音波診断装置は、複数のフレームに亘って超音波ビームを走査し、時間的に隣接する2つのフレーム間で互いに超音波ビームの方向をずらしつつ、各フレームごとに複数の方向で超音波ビームを形成する、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the ultrasonic diagnostic apparatus scans an ultrasonic beam over a plurality of frames, and shifts the directions of the ultrasonic beams between two adjacent frames in time, and An ultrasonic beam is formed in a direction.
望ましい態様において、前記超音波診断装置は、前記各方向ごとに、複数回に亘って超音波ビームを形成して複数回に対応した複数の受信信号を取得し、それら複数の受信信号に基づいた合成処理により得られる合成復調信号から生体内情報を抽出する、ことを特徴とする。 In a desirable mode, the ultrasonic diagnostic apparatus forms a plurality of reception signals corresponding to a plurality of times by forming an ultrasonic beam a plurality of times for each direction, and based on the plurality of reception signals. In vivo information is extracted from a combined demodulated signal obtained by the combining process.
望ましい態様において、前記超音波診断装置は、生体内の関心領域内で超音波ビームを集中的に走査する、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the ultrasonic diagnostic apparatus intensively scans an ultrasonic beam within a region of interest in a living body.
望ましい態様において、前記超音波診断装置は、走査の可能な全領域内で超音波ビームを走査する場合に比べて、当該全領域内に設定された前記関心領域内において、超音波ビームの深さ方向に関する選択位置の幅を小さくすることにより深さ方向の分解能を向上させる、ことを特徴とする。 In a desirable mode, the ultrasonic diagnostic apparatus has a depth of the ultrasonic beam in the region of interest set in the entire region as compared with a case where the ultrasonic beam is scanned in the entire region capable of scanning. The resolution in the depth direction is improved by reducing the width of the selected position with respect to the direction.
望ましい態様において、前記送信信号出力部は、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose frequency is periodically changed.
望ましい態様において、前記送信信号出力部は、周期的な信号列に基づいた位相シフトキーイングにより位相を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose phase is periodically changed by phase shift keying based on a periodic signal sequence.
望ましい態様において、前記送信信号出力部は、周期的な信号列に基づいた周波数シフトキーイングにより周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose frequency is periodically changed by frequency shift keying based on a periodic signal sequence.
本発明により、連続波を利用して選択位置からの生体内情報を抽出する超音波診断装置において改良された装置構成が提供される。 The present invention provides an improved apparatus configuration in an ultrasonic diagnostic apparatus that extracts in-vivo information from a selected position using a continuous wave.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
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。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a functional block diagram showing the overall configuration thereof. The transmitting
本実施形態において利用される連続波は、周期的な信号に基づいて変調処理されたものである。変調処理された連続波は、変調処理部20によって形成される。変調処理部20は、変調信号発生部24から供給される周期的な信号に基づいて、RF波発振器22から供給されるRF波に対して変調処理を施して連続波を発生する。
The continuous wave used in the present embodiment is modulated based on a periodic signal. The modulated continuous wave is formed by the
変調処理部20における変調処理としては、周波数変調(FM)や位相変調(PM)などのアナログ変調処理と、位相シフトキーイング(PSK)や周波数シフトキーイング(FSK)などのデジタル変調処理などが好適である。変調処理部20において形成される連続波の波形等については後に詳述する。変調処理部20は、変調処理された連続波を送信ビームフォーマ(送信BF)14へ出力する。
As the modulation processing in the
送信ビームフォーマ(送信BF)14は、送信用振動子10が備える複数の振動素子に対して送信信号を出力する。送信ビームフォーマ14には、デジタル変調された連続波が入力される。送信ビームフォーマ14は、その連続波に対して、各振動素子に応じた遅延処理を施して各振動素子に対応した送信信号を形成する。なお、送信ビームフォーマ14において形成された各振動素子に対応した送信信号に対して、必要に応じて電力増幅処理が施されてもよい。こうして変調された連続波による送信ビームが形成される。
The transmission beamformer (transmission BF) 14 outputs transmission signals to a plurality of vibration elements included in the
受信ビームフォーマ(受信BF)16は、受信用振動子12が備える複数の振動素子から得られる複数の受波信号を整相加算処理して受信ビームを形成する。受信ビームフォーマ16は、各振動素子から得られる受波信号に対してその振動素子に応じた遅延処理を施し、複数の振動素子から得られる複数の受波信号を加算処理することにより受信ビームを形成する。なお、各振動素子から得られる受波信号に対して低雑音増幅等の処理を施してから、受信ビームフォーマ16に複数の受波信号が供給されてもよい。こうして受信ビームに沿った受信RF信号が得られる。
The reception beam former (reception BF) 16 forms a reception beam by phasing and adding a plurality of reception signals obtained from a plurality of vibration elements included in the
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。
The
受信ミキサ30の各ミキサに供給される参照信号は、デジタル変調された連続波(送信信号)に基づいて生成される。つまり、デジタル変調処理部20から出力される連続波が遅延回路26Iと遅延回路26Qにおいて遅延処理され、遅延回路26Iにおいて遅延処理された連続波がミキサ32に供給され、遅延回路26Qにおいて遅延処理された連続波がミキサ34に供給される。
The reference signal supplied to each mixer of the
遅延回路26Iと遅延回路26Qは、目標となる選択位置の深さに応じた遅延量だけ連続波に遅延処理を施し、遅延された参照信号を出力する。遅延回路26Iと遅延回路26Qは、各々、例えばn段のシフトレジスタによって形成することができる。この場合、シフトレジスタのn段のタップから選択位置の深さに応じた遅延量のタップが選択され、選択されたタップから選択位置の深さに応じた参照信号(遅延処理された連続波)が出力される。
The delay circuit 26I and the
なお、遅延回路26Iと遅延回路26Qは、互いに連続波の位相をπ/2だけずらして遅延処理を行う。その結果、ミキサ32から同相信号成分(I信号成分)が出力され、ミキサ34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て検波後の必要な帯域のみの復調信号が抽出される。
Note that the delay circuit 26I and the
後に詳述するが、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、目標となる選択位置からの受信信号成分が多く含まれている。LPF36,38において、その選択位置からの受信信号成分に含まれている直流信号成分が抽出される。 As will be described in detail later, the received mixer output signal (demodulated signal), which is the result of the mixing process of the received RF signal and the reference signal executed by each mixer, contains many received signal components from the target selected position. It is. In the LPFs 36 and 38, the DC signal component included in the received signal component from the selected position is extracted.
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。
FFT circuits (fast Fourier transform circuits) 40 and 42 perform an FFT operation on each demodulated signal (in-phase signal component and quadrature signal component). As a result, the demodulated signal is converted into a frequency spectrum in the
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。その際、予め遅延回路26I,26Qによって、生体内の選択位置の深さに応じて参照信号と受信信号との間の遅延関係が調整されているため、その選択位置からのドプラ情報が選択的に抽出される。遅延関係の調整と選択位置からのドプラ情報の抽出との関連については、後に詳述する。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。
The Doppler
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、深さと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。
The
次に、本実施形態における位置の選択性について説明する。本実施形態では、変調処理された連続波に対応した超音波を送受波して受信信号を得て、生体内の選択位置の深さに応じて参照信号と受信信号との間の遅延関係を調整し、選択位置からの受信信号と参照信号との間の相関を強めて復調処理を施すことにより、選択位置からの生体内情報としてドプラ情報を選択的に抽出する。変調処理部20における変調方式としては、周波数変調(FM)や位相変調(PM)などのアナログ変調処理と、位相シフトキーイング(PSK)や周波数シフトキーイング(FSK)などのデジタル変調処理が好適である。そこで、各変調方式ごとに位置選択性について説明する。
Next, position selectivity in the present embodiment will be described. In this embodiment, an ultrasonic wave corresponding to the modulated continuous wave is transmitted and received to obtain a reception signal, and the delay relationship between the reference signal and the reception signal is determined according to the depth of the selected position in the living body. The Doppler information is selectively extracted as in-vivo information from the selected position by adjusting and performing a demodulation process by strengthening the correlation between the received signal from the selected position and the reference signal. As a modulation method in the
<周波数変調(FM)および位相変調(PM)による位置選択性>
図1の変調処理部20においてアナログ変調処理を施す場合、例えば周波数変調(FM変調)や位相変調(PM変調)を施す場合、変調処理部20は、RF波発振器22から供給されるRF波、および、変調信号発生部24から供給される正弦波や鋸歯状波などの変調波に基づいて連続波を発生する。
<Position selectivity by frequency modulation (FM) and phase modulation (PM)>
When performing analog modulation processing in the
周波数f0のRF波(搬送波)に対して、周波数fm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。次式において、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fmの比であるβはFMの変調指数である。 RF wave of a frequency f 0 with respect to (a carrier wave), FMCW transmission wave subjected to FM modulation by a sine wave of a frequency f m can be expressed by the following equation. In the following expression, Delta] f is 0-P value of the frequency fluctuation range is (zero peak value maximum frequency shift), is β is the ratio of the maximum frequency deviation Delta] f and the modulation frequency f m is a modulation index of FM.
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、次式においてfmに対するドプラシフトは、f0のシフト分fdに比較して小さいので無視している。 In addition, the FMCW received wave with Doppler shift can be expressed by the following equation, where α is a round-trip attenuation in the living body. In the following equation, the Doppler shift with respect to f m is neglected because it is smaller than the shift amount f d of f 0 .
数2式で表される受信波形は、受信用振動子12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、変調処理部20から出力される連続波(FM連続波)が遅延回路26I,26Qにおいて遅延処理され、参照信号としてミキサ32,34に供給される。遅延回路26Iと遅延回路26Qは、互いに連続波の位相をπ/2だけずらして遅延処理を行う。従って、ミキサ32へ供給される参照信号vrI(t)と、ミキサ34へ供給される参照信号vrQ(t)は、次式のように表現できる。
The received waveform represented by the equation (2) is a signal waveform (received RF signal) received via the receiving
数3式において、φmrは、遅延回路26I,26Q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、φ0r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。
In Equation 3, φ mr represents the phase of the reference signal that can be arbitrarily set by the delay processing in the
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vR(t)と参照信号vrI(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vR(t)と参照信号vrQ(t)の乗算に相当する処理が実行される。
In the receiving
ミキサ32における受信RF信号vR(t)と参照信号vrI(t)の乗算vDI(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。
The multiplication v DI (t) of the reception RF signal v R (t) and the reference signal v rI (t) in the
ここで、ベッセル関数に関する次の公式を利用する。 Here, the following formula for the Bessel function is used.
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。
Using the formula of
一方、ミキサ34における受信RF信号vR(t)と参照信号vrQ(t)の乗算vDQ(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。
On the other hand, the multiplication v DQ (t) of the reception RF signal v R (t) and the reference signal v rQ (t) in the
ここで、数6式のvDI(t)と数7式のvDQ(t)とに基づいて、複素ベースバンド信号を定義する。まず、vDI(t)とvDQ(t)に含まれている直流(DC)成分、変調周波数fmの偶数次高調波成分を次式のように表現する。
Here, a complex baseband signal is defined based on v DI (t) in
次に、vDI(t)とvDQ(t)に含まれている変調周波数fmの成分、変調周波数fmの奇数次高調波成分を次式のように表現する。 Then, v DI (t) and v DQ (t) in the included components of the modulation frequency f m, expressed by the following equation odd harmonics component of the modulation frequency f m.
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fdを含んだドプラ信号は、DC成分と変調周波数fmの成分と変調周波数fm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。 More of the equation (8) and equation (9), in the baseband signal after the quadrature detection, Doppler signal containing Doppler shift f d is composed of a DC component as the modulation frequency f m and harmonic components of the modulation frequency f m It can be seen that it appears as a double sideband wave for each of the components. In communications engineering, this type of signal format is called Double-Sideband Suppressed-Carrier (DSB-SC).
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26I,26Qにおける遅延処理によりφmrを調整してφmと一致させた場合(φmr=φm)を考える。φmrとφm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。
Here, when aligned the phase of the received signal and the reference signal to each other, that is, delay circuits 26I, consider the case where to match the adjusted and phi m and phi mr by the delay processing in the 26Q and (φ mr = φ m). When φ mr and φ m are matched, k in Equation 4 is 0. When this result is applied to the Bessel function of
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。
When the result shown in
数11式は、参照波(参照信号)の位相φmrを送受信間の位相差φmに設定すると、圧縮変換により、DC成分(直流信号成分)に対応した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fd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。 Equation 11 shows that if the phase φ mr of the reference wave (reference signal) is set to the phase difference φ m between transmission and reception, only the Doppler signal corresponding to the DC component (DC signal component) can be extracted by compression conversion. Yes. The value and the polarity of the resulting complex Doppler frequency f d represents the speed and the polarity of the fluid, such as blood flow. It can also be seen that the amplitude of the Doppler signal does not depend on the phase of the carrier wave and the reference wave.
そして、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。
In this embodiment, as described below, Doppler information at a specific position can be obtained with a relatively good SNR, as in the case of PW Doppler (pulse Doppler). In
数12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。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。数12式などから、目的とする深さからの受信信号の位相φmと、参照波の位相φmrとを一致させるとkβを0とすることができ、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26I,26Qにおいて、目的とする深さからの受信信号の位相φmと参照波の位相φmr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。
以上のように、ドプラ信号が選択的に抽出される選択位置は、遅延回路26I,26Qにおける遅延処理に基づいて決定される。図1のシステム制御部50は、目標となる選択位置の深さに応じて遅延回路26I,26Qにおける遅延時間を制御する。
As described above, the selection position where the Doppler signal is selectively extracted is determined based on the delay processing in the
なお、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一般的によく知られている位相変調処理(PM処理)を利用してもよい。つまり、搬送波信号に対して位相変調処理を施すことにより、変調処理部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。
Instead of the frequency modulation process, a phase modulation process (PM process) that is generally well known as the same angle modulation method as the frequency modulation process may be used. That is, the same waveform as the FM continuous wave output from the
<位相シフトキーイング(PSK)による位置選択性>
図2は、位相シフトキーイング(PSK)により形成される連続波の送信信号を説明するための図である。図2(A)には、RF波発振器(図1の符号22)から出力されるRF信号(RF波)の波形が示されている。RF信号は、一定の周波数(例えば5MHz程度)の連続波である。図2(B)には、変調信号発生部(図1の符号24)から出力される周期的な信号列の一例が示されている。変調信号発生部は、例えば図2(B)に示すような、ランダムに値を変化させた2値符号(擬似ランダム信号)を発生する。
<Position selectivity by phase shift keying (PSK)>
FIG. 2 is a diagram for explaining a continuous wave transmission signal formed by phase shift keying (PSK). FIG. 2A shows a waveform of an RF signal (RF wave) output from the RF wave oscillator (
図2(C)には、PSK変調器として機能する変調処理部(図1の符号20)において形成される変調された連続波(送信信号)が示されている。変調処理部は、図2(A)のRF信号に対して、図2(B)の2値符号に基づいて、位相シフトキーイング(PSK)の変調処理を施す。変調処理部は、2値符号が「1」のビット期間においてRF信号の位相をそのままとし、2値符号が「−1」のビット期間においてRF信号の位相を反転する(180度ずらす)ことにより、図2(C)の送信信号を形成する。こうして、例えば図2(C)の送信信号に対応した連続波の超音波が送信用振動子(図1の符号10)から出力され、受信用振動子(図1の符号12)を介して生体内から受信信号が得られる。
FIG. 2C shows a modulated continuous wave (transmission signal) formed in a modulation processing unit (
図3は、送信信号と受信信号と復調信号の周波数スペクトラムを示す図である。図3(A)には、PSK変調器として機能する変調処理部において形成される送信信号、つまりPSK変調された連続波の周波数スペクトラムが示されている。周波数f0は、RF信号の周波数である。RF信号の周波数f0を中心として広がっている側帯波の周波数間隔は、擬似ランダム信号(図2(B)の2値符号)の繰り返し周波数fpである。また、周波数f0を中心として広がっている側帯波の電力が0(ゼロ)となる、いわゆるヌル(null)点が存在する。周波数f0からヌル点までの周波数間隔は、擬似ランダム信号(図2(B)の2値符号)の1ビットの時間間隔Tの逆数となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating frequency spectra of a transmission signal, a reception signal, and a demodulation signal. FIG. 3A shows a transmission signal formed in a modulation processing unit functioning as a PSK modulator, that is, a frequency spectrum of a PSK-modulated continuous wave. The frequency f 0 is the frequency of the RF signal. Frequency spacing sidebands are spread around the frequency f 0 of the RF signal is a repetition frequency f p of the pseudo random signal (binary code in FIG. 2 (B)). In addition, there is a so-called null point where the power of the sideband spreading around the frequency f 0 is 0 (zero). The frequency interval from the frequency f 0 to the null point is the reciprocal of the 1-bit time interval T of the pseudo-random signal (binary code in FIG. 2B).
図3(B)には、受信信号の周波数スペクトラムが示されている。受信信号は、生体内における減衰を無視すると、送信信号と同じ波形となる。したがって、図3(B)に示す受信信号の周波数スペクトラムは、図3(A)に示す送信信号の周波数スペクトラムとほぼ同じである。但し、生体内における超音波の伝搬時間に応じて、送信信号と受信信号との間では位相が異なる。 FIG. 3B shows the frequency spectrum of the received signal. The received signal has the same waveform as the transmitted signal when attenuation in the living body is ignored. Therefore, the frequency spectrum of the reception signal shown in FIG. 3B is almost the same as the frequency spectrum of the transmission signal shown in FIG. However, the phase differs between the transmission signal and the reception signal according to the propagation time of the ultrasonic wave in the living body.
本実施形態では、変調処理部(図1の符号20)において形成された送信信号に対して遅延処理を施して参照信号を形成し、受信ミキサ(図1の符号30)においてその参照信号を用いて受信信号に対してミキサ処理(参照信号と受信信号の乗算)が行われる。後に詳述するが、このミキサ処理において、遅延処理された参照信号の位相に対応する深さ(目標位置の深さ)からの受信信号と参照信号との間の相関が強められて最大となり、その他の深さからの受信信号と参照信号との間の相関が極端に小さくなる。
In the present embodiment, the transmission signal formed in the modulation processing unit (
図3(C)には、ミキサ処理により得られる復調信号の周波数スペクトラムが示されている。図3(C)の復調信号は、相関が最大の場合における参照信号と受信信号の乗算結果に相当する。つまり、目標位置からの受信信号と、目標位置の深さに位相を合わせた参照信号との間の乗算結果が、図3(C)の復調信号となる。 FIG. 3C shows the frequency spectrum of the demodulated signal obtained by the mixer processing. The demodulated signal in FIG. 3C corresponds to the multiplication result of the reference signal and the received signal when the correlation is maximum. That is, the multiplication result between the received signal from the target position and the reference signal whose phase is matched to the depth of the target position is the demodulated signal in FIG.
図3(C)に示す復調信号には、直流信号成分と、RF信号の周波数f0の2倍の高調波成分が含まれている。ドプラ信号は、これらの成分に付着した形で出現する。なお、LPF(図1の符号36,38)において、高調波成分がカットされて直流信号成分のみが抽出されるため、FFT回路(図1の符号40,42)においては、図3(C)に示す直流信号成分と周波数f0の2倍の高調波成分のうち、直流信号成分の周波数スペクトラムのみが形成される。そして、ドプラ情報解析部(図1の符号44)において、図3(C)に示す直流信号成分の周波数スペクトラムからドプラ信号が抽出され、ドプラシフト量などに基づいて、目標となる選択位置に存在する血流の流速などが算出される。受信ミキサ(図1の符号30)において、直交検波を施しているため、流速の極性を判断することもできる。直流信号成分の周波数スペクトラムからクラッタ信号を抽出して、選択位置に存在する血管壁の位置などを算出してもよい。
The demodulated signal shown in FIG. 3C includes a DC signal component and a harmonic component that is twice the frequency f 0 of the RF signal. The Doppler signal appears in a form attached to these components. In the LPF (
図4は、PSKにおける位置選択性を説明するための図である。受信信号と参照信号の相関の鋭さは、変調信号発生部(図1の符号24)において形成される周期的な信号列のシーケンスに依存する。相関性を鋭くするためには、周期的な信号列である擬似ランダム信号の符号系列として、PN(Pseudo Noise)系列、M系列、Gorey系列など、パルス圧縮などで実用化されている符号系列を用いればよい。簡単な例として、n=3のPN符号を用いた場合の位置選択性について、図4を用いて説明する。
FIG. 4 is a diagram for explaining position selectivity in PSK. The sharpness of the correlation between the received signal and the reference signal depends on the periodic signal sequence formed in the modulation signal generator (
n=3の場合のPN符号の長さは7(=23―1)ビットである。このシーケンスが際限なく繰り返すので、この擬似ランダムパターンは繰り返し周期の逆数の線スペクトラムを持っている。この信号を用いて周波数f0の搬送波に0−πの2相のPSK変調をかけると、その時間波形は、先に説明した図2(C)のようになる。 The length of the PN code when n = 3 is 7 (= 2 3 −1) bits. Since this sequence repeats indefinitely, this pseudo-random pattern has a line spectrum that is the reciprocal of the repetition period. When a 2-phase PSK modulation of 0-π is applied to a carrier wave having a frequency f 0 using this signal, the time waveform is as shown in FIG.
受信信号は、送信信号が目標の深さに応じた遅延時間だけ遅れ、また組織によって減衰した信号である。その減衰を無視すると、例えば図4の受信信号の波形が得られる。送信信号を遅延処理して得られる参照信号の位相をφ1〜φ6まで変化させて受信信号と乗算した結果(乗算器出力)が図4に示されている。 The reception signal is a signal in which the transmission signal is delayed by a delay time corresponding to the target depth and is attenuated by the tissue. If the attenuation is ignored, for example, the waveform of the received signal in FIG. 4 is obtained. FIG. 4 shows the result (multiplier output) of multiplying the received signal by changing the phase of the reference signal obtained by delaying the transmission signal from φ 1 to φ 6 .
図4から、参照信号と受信信号の位相が一致したφ3の場合に、乗算器出力(ミキサ出力)の直流成分が最大になる。また、交流成分としては、搬送波およびその高調波成分のみとなるのも、参照信号と受信信号の位相が一致した場合の特徴である。この信号の周波数スペクトラムは、図3(C)に示したとおりである。また、図4から、位相がφ3以外の場合には、乗算器出力として正と負の電圧がランダムに発生するので、これらの平均電圧は非常に小さくなる。 From FIG. 4, the direct current component of the multiplier output (mixer output) is maximized in the case of φ 3 in which the phases of the reference signal and the received signal match. In addition, the AC component is only a carrier wave and its harmonic component, which is a characteristic when the phases of the reference signal and the received signal match. The frequency spectrum of this signal is as shown in FIG. Further, from FIG. 4, when the phase is other than phi 3, since the positive and negative voltage is generated at random as the multiplier outputs, these average voltage is very small.
図5は、乗算器出力の電圧と参照信号の位相との関係を説明するための図である。図5には、参照信号の位相と乗算器出力との対応関係が示されている。図5においては、PNパターンの繰り返し周期ごとに合計値のピークが出現し、ピーク以外の位相では、電圧(合計値)は極端に小さくなっている。この例におけるPNパターンの長さは7ビットであり、約3周期分すなわち20ビットの合計である“20”が最大値となっている。一方、ピーク以外の位相では、合計は−2または−4であり、“20”に比べて極端に小さい。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the voltage of the multiplier output and the phase of the reference signal. FIG. 5 shows the correspondence between the phase of the reference signal and the multiplier output. In FIG. 5, the peak of the total value appears at every repetition period of the PN pattern, and the voltage (total value) is extremely small in the phase other than the peak. The length of the PN pattern in this example is 7 bits, and “20”, which is a total of about 3 cycles, that is, 20 bits, is the maximum value. On the other hand, in the phases other than the peak, the sum is −2 or −4, which is extremely smaller than “20”.
このように、目標となる選択位置からの受信信号に対応するように参照信号の位相を調整することにより、その目標の深さからの反射波電力とドプラ情報を選択的に検出する位置選択性が実現される。 In this way, the position selectivity that selectively detects the reflected wave power and Doppler information from the target depth by adjusting the phase of the reference signal so as to correspond to the received signal from the target selection position. Is realized.
<周波数シフトキーイング(FSK)による位置選択性>
図6は、周波数シフトキーイング(FSK)により形成される連続波の送信信号を説明するための図である。図6(I)には、変調信号発生部(図1の符号24)から出力される周期的な信号列の一例が示されている。変調信号発生部は、例えば図6(I)に示すような、ランダムに値を変化させた2値符号(擬似ランダム信号)を発生する。周期的な信号列である擬似ランダム信号の符号系列としては、PN(Pseudo Noise)系列、M系列、Gorey系列などパルス圧縮などで実用化されている符号系列を用いればよい。
<Position selectivity by frequency shift keying (FSK)>
FIG. 6 is a diagram for explaining a continuous wave transmission signal formed by frequency shift keying (FSK). FIG. 6I shows an example of a periodic signal sequence output from the modulation signal generator (
図6(II)には、FSK変調器として機能する変調処理部(図1の符号20)において形成される変調された連続波(送信信号)が示されている。変調処理部は、図6(I)の2値符号に基づいた周波数シフトキーイングにより、RF波(搬送波)に対してデジタル変調処理を施して連続波の送信信号を形成する。変調処理部は、例えば2値符号が「1」のビット期間において周波数f1とし、2値符号が「0」のビット期間において周波数f2とすることにより、図6(II)の超音波送信信号を形成する。
FIG. 6 (II) shows a modulated continuous wave (transmission signal) formed in a modulation processing unit (
こうして、例えば図6(II)の超音波送信信号に対応した連続波の超音波が送信用振動子(図1の符号10)から出力され、受信用振動子(図1の符号12)を介して生体内から受信信号が得られる。そして、周波数シフトキーイング(FSK)の場合においても変調処理部(図1の符号20)で形成された送信信号に対して遅延処理を施して参照信号を形成し、受信ミキサ(図1の符号30)においてその参照信号を用いて受信信号に対してミキサ処理(参照信号と受信信号の乗算)が行われる。このミキサ処理において、遅延処理された参照信号の位相に対応する深さ(選択位置の深さ)からの受信信号と参照信号との間の相関が強められて最大となり、その他の深さからの受信信号と参照信号との間の相関が極端に小さくなる。
In this way, for example, continuous wave ultrasonic waves corresponding to the ultrasonic transmission signal of FIG. 6 (II) are output from the transmission vibrator (
図7は、FSKにおける参照波(参照信号)の位相と乗算器出力との関係を示す図である。図7に示すグラフは、7ビットの周期で変化する擬似ランダムパターンを用いた例に対応しており、図7に示すグラフの縦軸は、7ビットの期間内において得られる乗算器出力の合計値である。また、図7に示すグラフの横軸は、受信信号に対する参照波(参照信号)の位相、つまり、受信信号と参照信号の位相差を示している。なお、図7の横軸は、1ビットの時間であるTを基準単位とした場合の位相の相対的な大きさを示している。 FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the phase of a reference wave (reference signal) in FSK and the multiplier output. The graph shown in FIG. 7 corresponds to an example using a pseudo-random pattern that changes in a cycle of 7 bits, and the vertical axis of the graph shown in FIG. 7 indicates the total of the multiplier outputs obtained in the 7-bit period. Value. Further, the horizontal axis of the graph shown in FIG. 7 indicates the phase of the reference wave (reference signal) with respect to the received signal, that is, the phase difference between the received signal and the reference signal. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the relative magnitude of the phase when T, which is a 1-bit time, is used as a reference unit.
参照信号と受信信号の位相差が0(ゼロ)の場合には、その受信信号と参照信号の擬似ランダムパターンが互いに一致するため、7ビットの期間内において得られる乗算器出力の合計値は「+7」となる。したがって、図7において、参照波の位相が0の場合における乗算器出力値が「+7」となっている。これに対して、参照信号と受信信号の間に位相差が生じると、その受信信号と参照信号の擬似ランダムパターンが互いにずれるため、7ビットの期間内において得られる乗算器出力の合計値が「+1,0,−1」程度と極端に小さくなる。なお、参照波の位相が相対値で7だけずれると、7ビットの周期の擬似ランダム信号が1周期分だけずれるため、乗算器出力値は、位相差が0の場合と同じく極端に大きな値「+7」を示す。 When the phase difference between the reference signal and the received signal is 0 (zero), the pseudo-random patterns of the received signal and the reference signal match each other. Therefore, the total value of the multiplier outputs obtained within the 7-bit period is “ +7 ". Therefore, in FIG. 7, the multiplier output value when the phase of the reference wave is 0 is “+7”. On the other hand, when a phase difference occurs between the reference signal and the received signal, the pseudo random patterns of the received signal and the reference signal are shifted from each other. Therefore, the total value of the multiplier outputs obtained within the 7-bit period is “ +1, 0, -1 "and so on. When the phase of the reference wave is shifted by 7 as a relative value, the 7-bit pseudo-random signal is shifted by one cycle, so that the multiplier output value is an extremely large value “ +7 ".
このように、FSKの場合においても、PSKの場合(図5参照)と同様に、参照信号の位相に応じた位置選択性がある。 Thus, in the case of FSK as well, as in the case of PSK (see FIG. 5), there is position selectivity according to the phase of the reference signal.
各変調方式ごとの位置選択性は上述のとおりである。さらに、本実施形態においては、超音波ビームを走査することにより複数の方向で超音波ビームを形成し、各方向ごとに、変調信号発生部24から出力される周期的な信号の周期の自然数倍に対応した期間で超音波ビームに沿って受信信号を取得する。
The position selectivity for each modulation method is as described above. Furthermore, in the present embodiment, an ultrasonic beam is formed in a plurality of directions by scanning the ultrasonic beam, and the natural number of the period of the periodic signal output from the
図8は、本実施形態における受信信号の取得期間を説明するための図である。図8(A)は、FM変調方式の場合の受信信号の時間変化波形を示している。変調信号発生部24から周波数fmの正弦波が出力され、その正弦波に基づいてFM変調された連続波の送信信号を用いると、図8(A)に示すように周期Tm(=1/fm)の周期性を伴った受信信号が得られる。
FIG. 8 is a diagram for explaining a reception signal acquisition period in the present embodiment. FIG. 8A shows a time-varying waveform of the received signal in the case of the FM modulation method. Sinusoid of frequency f m from a
図8(A)に示す受信信号の瞬時周波数変化が図8(B)に示されている。図8(B)に示すように、受信信号の瞬時周波数は、周期Tmで周期的に変化している。本実施形態では、1本の超音波ビームについての受信信号の取得期間(ビームスキャン時間)を送信信号と受信信号の周期Tmに一致させる。つまり、図8(B)に示すビームスキャン時間内の実線で示される受信信号が1本の超音波ビーム(受信ビーム)に対応付けられる。 FIG. 8B shows the instantaneous frequency change of the received signal shown in FIG. As shown in FIG. 8 (B), the instantaneous frequency of the received signal is periodically changed in the period T m. In this embodiment, to match one acquisition period of the received signal for the ultrasonic beam (beam scanning time) cycle T m of a transmission signal and a reception signal. That is, the received signal indicated by the solid line within the beam scan time shown in FIG. 8B is associated with one ultrasonic beam (received beam).
各超音波ビーム(受信ビーム)を介して得られた受信信号は、受信ミキサ30において復調処理され、LPF36,38を介してFFT回路40,42に供給される。FFT回路40,42は、復調処理された信号(同相信号成分および直交信号成分の復調信号)に対してFFT演算を実行する。そのFFT演算においては、一般に、処理対象となる信号が連続的に繰り返される周期的な信号とみなして周波数変換を行う。つまり、本実施形態においては、図8(B)に示すように、期間Tmで得られた実線の受信信号が破線で示すように周期Tmで繰り返す周期的な信号とみなされてFFT演算される。
The reception signal obtained via each ultrasonic beam (reception beam) is demodulated in the
本実施形態では、受信信号の取得期間(ビームスキャン時間)を送信信号と受信信号の周期Tmに一致させているため、送信信号と受信信号の周期性を維持しつつFFT演算を行うことができる。図8(C)と図8(D)は、本実施形態との比較例を示している。 In the present embodiment, since the matched acquisition period of the received signal (beam scan time) in the period T m of a transmission signal and a reception signal, it is possible to perform an FFT operation while maintaining the periodicity of the transmitted and received signals it can. FIG. 8C and FIG. 8D show a comparative example with the present embodiment.
図8(C)は、ビームスキャン時間を周期Tmよりも少しだけ大きくした例を示している。図8(C)の例では、ビームスキャン時間において得られた実線の受信信号を周期的に繰り返すと破線で示すような波形となり、周期Tmの受信信号の周期性が維持されていない。例えば、図8(C)の例では、波形の周期的な繋ぎ合せの部分で瞬時周波数が不連続的に変化しており、受信信号には含まれていないはずの周波数スペクトラムが出現してしまう可能性がある。 FIG. 8 (C) shows an example in which slightly larger than the period T m beam scanning time. In the example of FIG. 8 (C), the repeating the solid line of the received signal obtained at the beam scan time periodically becomes a waveform as shown by a broken line, the periodicity of the received signal with a period T m is not maintained. For example, in the example of FIG. 8C, the instantaneous frequency changes discontinuously at the portion where the waveforms are periodically joined, and a frequency spectrum that should not be included in the received signal appears. there is a possibility.
図8(D)は、ビームスキャン時間を周期Tmよりも少しだけ小さくした例を示している。図8(D)の例でも、ビームスキャン時間において得られた実線の受信信号を周期的に繰り返すと破線で示すような波形となり、やはり、周期Tmの受信信号の周期性が維持されていない。図8(C)や図8(D)の比較例とは異なり、図8(B)の例では、受信信号の周期性を維持しつつFFT演算を行うことが可能になる。 Figure 8 (D) shows an example in which reduced slightly wider than the period T m beam scanning time. Also in the example of FIG. 8 (D), the repeating the solid line of the received signal obtained at the beam scan time periodically becomes a waveform as shown by a broken line, also the period of the received signal with a period T m is not maintained . Unlike the comparative examples of FIG. 8C and FIG. 8D, in the example of FIG. 8B, it is possible to perform the FFT operation while maintaining the periodicity of the received signal.
なお、1本の超音波ビームについてのビームスキャン時間を受信信号の周期Tmの自然数倍(2倍、3倍、・・・)としても、図8(B)の場合と同様に、受信信号の周期性を維持しつつFFT演算を行うことが可能である。 Even if the beam scan time for one ultrasonic beam is set to a natural number multiple (2 times, 3 times,...) Of the period T m of the received signal, reception is performed as in FIG. It is possible to perform an FFT operation while maintaining the periodicity of the signal.
また、図8ではFM変調方式の場合について説明したが、PSK変調方式の場合には、擬似ランダムパターンの繰り返し周期TP(図4参照)がFM変調方式の周期Tmに相当するため、1本の超音波ビームについてのビームスキャン時間を周期TPに一致させるか又は周期TPの自然数倍とすればよい。FSK変調方式の場合にも、1本の超音波ビームについてのビームスキャン時間を、擬似ランダムパターンの繰り返し周期に一致させるか又は当該周期の自然数倍とすればよい。 Further, FIG. 8 illustrates the case of the FM modulation system, but in the case of the PSK modulation system, the repetition period T P (see FIG. 4) of the pseudo random pattern corresponds to the period T m of the FM modulation system. book may be a natural number times or period T P match the beam scanning time period T P for the ultrasonic beam. Also in the case of the FSK modulation method, the beam scan time for one ultrasonic beam may be made to coincide with the repetition cycle of the pseudo random pattern or be a natural number multiple of the cycle.
図9は、本実施形態における超音波ビームの走査を説明するための図である。図9に示す扇形は超音波ビームが走査される走査面を示しており、扇形の走査面内に示される実線と破線の矢印が超音波ビームを示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining scanning of the ultrasonic beam in the present embodiment. The sector shown in FIG. 9 shows the scanning plane on which the ultrasonic beam is scanned, and the solid line and the dashed arrow shown in the sector scanning plane show the ultrasonic beam.
本実施形態では、超音波ビームを電子的に走査することにより、複数の方向へ超音波ビームを次々に形成して、扇形の走査面を形成する。リアルタイム性を維持する場合には、1本の超音波ビームの受信信号を取得する期間内に、1本の超音波ビームの受信信号に関する復調処理やFFT処理などの画像形成処理を完了させる必要がある。例えば、1本の超音波ビームに関する受信信号の取得期間(ビームスキャン時間)をTfとすると、1本の超音波ビームの受信信号に対する信号処理を期間Tf内で完了させる。 In the present embodiment, the ultrasonic beam is electronically scanned to successively form the ultrasonic beam in a plurality of directions to form a fan-shaped scanning surface. In order to maintain the real-time property, it is necessary to complete an image forming process such as a demodulation process and an FFT process related to a reception signal of one ultrasonic beam within a period of acquiring a reception signal of one ultrasonic beam. is there. For example, the acquisition period of the received signal relating to one of the ultrasonic beam (beam scan time) and T f, to complete the signal processing for one reception signal of the ultrasonic beam within a period T f.
そして、例えば、1フレームあたりの超音波ビームの本数が2N本であると、つまり、図9に示す走査面内の超音波ビームの総数が2N本であると、1フレームの画像を構築するために必要な時間は2NTfとなる。 For example, if the number of ultrasonic beams per frame is 2N, that is, if the total number of ultrasonic beams in the scanning plane shown in FIG. 9 is 2N, an image of one frame is constructed. The time required for is 2NT f .
画像構築の速度を向上させるための一つの手法として、1フレームあたりの超音波ビームの本数を減少させる手法が考えられる。例えば、超音波ビーム間の角度を大きくして、図9に示す実線の超音波ビームのみを利用する。これにより、超音波ビームの本数がN本となり、1フレームの画像を構築するために必要な時間をNTfに半減させて画像構築を高速化できる。 As a technique for improving the speed of image construction, a technique of reducing the number of ultrasonic beams per frame can be considered. For example, the angle between the ultrasonic beams is increased, and only the solid ultrasonic beam shown in FIG. 9 is used. Thus, the number of ultrasonic beams becomes N present, it can speed up the image construction by half the NT f the time required to construct an image of one frame.
さらに、時間的に隣接する2つのフレーム間で互いに超音波ビームの方向をずらしつつ、各フレームごとに複数の方向で超音波ビームを形成するようにしてもよい。例えば、図9において、あるフレームでは実線で示すN本の超音波ビームを形成し、次のフレームでは破線で示すN本の超音波ビームを形成する。これにより、1フレームあたりの画像構築時間をNTfに維持したまま、超音波ビームの角度方向の分解能を向上させることができる。 Furthermore, the ultrasonic beams may be formed in a plurality of directions for each frame while the directions of the ultrasonic beams are shifted from each other between two temporally adjacent frames. For example, in FIG. 9, N ultrasonic beams indicated by solid lines are formed in a certain frame, and N ultrasonic beams indicated by broken lines are formed in the next frame. Thus, the image construction time per frame while maintaining the NT f, it is possible to improve the resolution of the angular direction of the ultrasonic beam.
また、各方向ごとに、複数回に亘って超音波ビームを形成して複数回に対応した複数の受信信号を取得し、それら複数の受信信号に基づいてドプラ情報などを抽出して画像を構築してもよい。例えば、同一の角度において2回に亘って2本の超音波ビームを形成し、各超音波ビームごとに受信信号を取得する。そして、各超音波ビームごとに得られた受信信号に対して復調処理を施して復調信号を得て、2本の超音波ビームから得られる2つの復調信号を加算処理する。必要な信号は単純に加算され、ランダムに発生する雑音は統計的に加算効果が低いため、結果として信号対雑音比(SNR)を改善することができる。 Also, for each direction, an ultrasonic beam is formed a plurality of times, a plurality of reception signals corresponding to the plurality of times are acquired, and Doppler information is extracted based on the plurality of reception signals to construct an image. May be. For example, two ultrasonic beams are formed twice at the same angle, and a reception signal is acquired for each ultrasonic beam. Then, the received signal obtained for each ultrasonic beam is demodulated to obtain a demodulated signal, and two demodulated signals obtained from the two ultrasonic beams are added. Necessary signals are simply added, and randomly generated noise has a statistically low addition effect, so that the signal-to-noise ratio (SNR) can be improved as a result.
図10は、関心領域を利用した超音波ビームの走査を説明するための図である。図10に示す扇形は、超音波ビームを電子的に走査することが可能な全走査領域を示している。その全走査領域内に、台形を扇形に沿って変形させた形状の関心領域(ROI)が設定されている。関心領域は、例えば、生体内の注目すべき箇所などに設定される。そこで、関心領域内で超音波ビームを集中的に走査するようにしてもよい。 FIG. 10 is a diagram for explaining scanning of an ultrasonic beam using a region of interest. The sector shown in FIG. 10 shows the entire scanning area where the ultrasonic beam can be scanned electronically. A region of interest (ROI) having a shape obtained by deforming a trapezoid along a sector is set in the entire scanning region. The region of interest is set at, for example, a notable part in the living body. Therefore, the ultrasonic beam may be intensively scanned within the region of interest.
例えば、関心領域内で超音波ビームを高密度で走査することにより、注目すべき関心領域内の画像の分解能を高めることが可能になる。例えば、扇形の全走査領域内に2N本の超音波ビームを形成する走査態様との比較において、関心領域(ROI)内のみに2N本の超音波ビームを形成すると、1フレームあたりの画像構築時間を維持したまま関心領域内においてビーム走査方向の画像分解能を向上させることが可能になる。 For example, it is possible to increase the resolution of the image in the region of interest to be noticed by scanning the ultrasonic beam with high density in the region of interest. For example, in comparison with a scanning mode in which 2N ultrasonic beams are formed in a sector-shaped entire scanning region, if 2N ultrasonic beams are formed only in the region of interest (ROI), the image construction time per frame The image resolution in the beam scanning direction can be improved in the region of interest while maintaining the above.
また、関心領域内において、超音波ビームの深さ方向に関する選択位置の幅を小さくして深さ方向の分解能を向上させてもよい。例えば、全走査領域内に超音波ビームを形成する全走査において、選択位置の幅(選択幅)がΔdであり1本の超音波ビームについての選択幅の個数がMであるとする。これに対し、関心領域内に選択位置を限定して、例えば選択幅をΔd/2として選択幅の個数をMとすることにより、深さ方向の分解能を向上させることが可能になる。全走査との比較において、関心領域内に限定的に走査される超音波ビームの本数と選択幅の個数を同じにすれば、画像構築時間を維持したまま、関心領域内においてビーム走査方向の画像分解能と深さ方向の画像分解能を向上させることが可能になる。 Further, the resolution in the depth direction may be improved by reducing the width of the selected position in the depth direction of the ultrasonic beam in the region of interest. For example, it is assumed that the width (selection width) of the selected position is Δd and the number of selection widths for one ultrasonic beam is M in all scans in which an ultrasonic beam is formed in the entire scan area. On the other hand, by limiting the selection position in the region of interest and setting the selection width to Δd / 2 and the number of selection widths to M, for example, the resolution in the depth direction can be improved. In comparison with full scanning, if the number of ultrasonic beams that are limitedly scanned in the region of interest and the number of selected widths are made the same, the image in the beam scanning direction in the region of interest is maintained while maintaining the image construction time. It becomes possible to improve the resolution and the image resolution in the depth direction.
なお、図10の例では、全走査の場合の選択幅Δdと選択幅の個数Mとの乗算値が、全走査により得られる画像の深さ方向の長さであり、関心領域内に超音波ビームを集中的に形成する場合の選択幅Δd/2と選択幅の個数Mとの乗算値が関心領域の深さ方向の長さとなる。ちなみに、図10の例においては、関心領域内における選択幅をΔd/2としているが、所望の分解能に応じて、選択幅を例えばΔd/3等に設定してもよい。 In the example of FIG. 10, the multiplication value of the selection width Δd and the number M of the selection widths in the case of full scanning is the length in the depth direction of the image obtained by full scanning, and ultrasonic waves are generated in the region of interest. A product of the selection width Δd / 2 and the number M of the selection widths when forming the beam in a concentrated manner is the length in the depth direction of the region of interest. Incidentally, in the example of FIG. 10, the selection width in the region of interest is Δd / 2, but the selection width may be set to Δd / 3, for example, according to the desired resolution.
選択幅は、FM変調方式の場合には、変調指数β(数1参照)の大きさに応じて決定され、PSK変調方式やFSK変調方式の場合には、擬似ランダムパターンの1ビットの長さ(期間)に応じて決定される。つまり、変調指数βの大きさや擬似ランダムパターンの1ビットの長さを調整することにより、所望の選択幅を実現することができる。 In the case of the FM modulation method, the selection width is determined according to the magnitude of the modulation index β (see Equation 1), and in the case of the PSK modulation method and the FSK modulation method, the length of 1 bit of the pseudo random pattern. It is determined according to (period). That is, a desired selection width can be realized by adjusting the magnitude of the modulation index β and the length of one bit of the pseudo-random pattern.
また、関心領域内で超音波ビームを集中的に走査することにより、画像構築速度を向上させるようにしてもよい。例えば、関心領域内で超音波ビームを集中的に走査する場合にも、全走査の場合と同じ角度間隔で超音波ビームを形成する。これにより、全走査の場合に比べて、超音波ビームの本数を減らすことができ、その結果、1フレームあたりの画像構築時間が短縮されて画像構築を高速化できる。 Further, the image construction speed may be improved by intensively scanning the ultrasonic beam within the region of interest. For example, when the ultrasonic beam is intensively scanned in the region of interest, the ultrasonic beam is formed at the same angular interval as in the case of full scanning. As a result, the number of ultrasonic beams can be reduced as compared with the case of full scanning, and as a result, the image construction time per frame is shortened and the image construction can be speeded up.
なお、関心領域内で超音波ビームを集中的に走査する場合に、選択幅をΔdとして選択幅の個数を減らすことにより、1本の超音波ビームあたりの受信信号の処理時間を短縮するようにしてもよい。もちろん、選択幅をΔd/2に維持して選択幅の個数もMに維持しつつ、超音波ビームの本数を減らして画像構築を高速化してもよい。 When the ultrasonic beam is intensively scanned within the region of interest, the processing time of the received signal per ultrasonic beam is shortened by reducing the number of selection widths with a selection width of Δd. May be. Of course, the number of ultrasonic beams may be reduced to speed up image construction while maintaining the selection width at Δd / 2 and the number of selection widths at M.
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、変調された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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the above-described preferred embodiments of the present invention are merely examples in all respects, and do not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modifications without departing from the essence thereof. For example, modulated continuous wave data may be stored in a memory or the like, and the continuous wave may be generated based on data read from the memory.
20 変調処理部、22 RF波発振器、24 変調信号発生部、26I,26Q 遅延回路、40,42 FFT回路、44 ドプラ情報解析部。 20 modulation processing unit, 22 RF wave oscillator, 24 modulation signal generation unit, 26I, 26Q delay circuit, 40, 42 FFT circuit, 44 Doppler information analysis unit.
Claims (8)
前記送信信号に対応した超音波の送信波を生体に送波してその送信波に伴う受信波を生体から受波することにより受信信号を得る送受波部と、
生体内の選択位置との間の相関関係が調整された参照信号を用いて、受信信号に対して復調処理を施すことにより、当該選択位置に対応した復調信号を得る復調処理部と、
復調信号から生体内情報を抽出する生体内情報抽出部と、
を有し、
超音波ビームを走査することにより複数の方向で超音波ビームを形成し、各方向ごとに、前記周期的な信号の周期の自然数倍に対応した期間で超音波ビームに沿って受信信号を取得する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 A transmission signal output unit that outputs a transmission signal of a continuous wave modulated based on a periodic signal;
A transmission / reception unit for obtaining a reception signal by transmitting an ultrasonic transmission wave corresponding to the transmission signal to a living body and receiving a reception wave accompanying the transmission wave from the living body;
A demodulation processing unit that obtains a demodulated signal corresponding to the selected position by performing a demodulation process on the received signal using a reference signal whose correlation with the selected position in the living body is adjusted;
An in-vivo information extracting unit for extracting in-vivo information from the demodulated signal;
Have
The ultrasonic beam is formed in a plurality of directions by scanning the ultrasonic beam, and the received signal is acquired along the ultrasonic beam in each period in a period corresponding to a natural number multiple of the period of the periodic signal. To
An ultrasonic diagnostic apparatus.
複数のフレームに亘って超音波ビームを走査し、時間的に隣接する2つのフレーム間で互いに超音波ビームの方向をずらしつつ、各フレームごとに複数の方向で超音波ビームを形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic beam is scanned over a plurality of frames, and the ultrasonic beams are formed in a plurality of directions for each frame while shifting the directions of the ultrasonic beams between two adjacent frames in time.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記各方向ごとに、複数回に亘って超音波ビームを形成して複数回に対応した複数の受信信号を取得し、それら複数の受信信号に基づいた合成処理により得られる合成復調信号から生体内情報を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
For each direction, an ultrasonic beam is formed a plurality of times to obtain a plurality of received signals corresponding to the plurality of times, and the living body is obtained from a synthesized demodulated signal obtained by a synthesis process based on the received signals. Extract information,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
生体内の関心領域内で超音波ビームを集中的に走査する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Intensively scanning the ultrasound beam within the area of interest in the body,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
走査の可能な全領域内で超音波ビームを走査する場合に比べて、当該全領域内に設定された前記関心領域内において、超音波ビームの深さ方向に関する選択位置の幅を小さくすることにより深さ方向の分解能を向上させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4,
By reducing the width of the selected position in the depth direction of the ultrasonic beam in the region of interest set in the entire area, compared to the case where the ultrasonic beam is scanned in the entire area where scanning is possible. Improve resolution in the depth direction,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記送信信号出力部は、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose frequency is periodically changed.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記送信信号出力部は、周期的な信号列に基づいた位相シフトキーイングにより位相を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose phase is periodically changed by phase shift keying based on a periodic signal sequence.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記送信信号出力部は、周期的な信号列に基づいた周波数シフトキーイングにより周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The transmission signal output unit outputs a continuous wave transmission signal whose frequency is periodically changed by frequency shift keying based on a periodic signal sequence.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009004861A JP2010162082A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009004861A JP2010162082A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010162082A true JP2010162082A (en) | 2010-07-29 |
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ID=42578781
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2009004861A Pending JP2010162082A (en) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010162082A (en) |
-
2009
- 2009-01-13 JP JP2009004861A patent/JP2010162082A/en active Pending
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