JP2011045603A

JP2011045603A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2011045603A
Application number: JP2009197620A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kunida; 正徳国田; Masamitsu Sudo; 政光須藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】連続波を利用して目標位置から生体内情報を抽出する技術において、必要とされる生体内情報を適切に抽出する。
【解決手段】ＦＭ変調器２０は、変調信号に基づいて周波数変調処理された連続波の送信信号を出力する。受信ミキサ３０は、生体内の目標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、その目標位置に対応した復調信号を得る。このようにして得られた目標位置に対応した復調信号と、変調処理されていない通常の連続波により得られる復調信号とが比較され、目標位置に対応した復調信号に含まれる直流成分と変調周波数の基本波成分と高調波成分の中から、必要とされる生体内情報として、直流成分が抽出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、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。

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、本願の出願人は、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、本願の出願人は、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。

特開２００５−２５３９４９号公報特開２００８−２８９８５１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。本願の発明者らは、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、連続波を利用して目標位置からドプラ情報等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。

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標位置から生体内情報を抽出する技術において、必要とされる生体内情報を適切に抽出することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、変調周波数に応じて周期的に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、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、生体内の目標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、当該目標位置に関する位置選択性の強い目標復調信号を得る受信信号処理部と、目標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、前記生体内情報抽出部は、前記目標位置に関する位置選択性の弱い広域復調信号と前記目標復調信号とを比較することにより、前記目標復調信号に含まれる直流成分と前記変調周波数の基本波成分と高調波成分の中から、直流成分を生体内情報として抽出する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記送信信号処理部は、前記送信信号とは異なる周期性を備えた連続波の副送信信号を出力し、前記受信信号処理部は、副送信信号を利用して得られた受信信号に対して復調処理を施すことにより前記広域復調信号を得ることを特徴とする。

望ましい具体例として、前記送信信号処理部は、前記副送信信号として、周波数を一定とした連続波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記生体内情報抽出部は、前記広域復調信号の周波数スペクトラムの電力である通常連続波電力と、前記目標復調信号の周波数スペクトラムの電力である変調連続波電力と、を比較することにより、前記目標復調信号に含まれる直流成分を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記生体内情報抽出部は、前記通常連続波電力が０ではなく且つ前記変調連続波電力が０ではなく且つ前記変調連続波電力が前記通常連続波電力以下となる条件を満たす周波数スペクトラム部分を前記直流成分として抽出する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記生体内情報抽出部は、周波数スペクトラムを周波数軸方向に沿って微小間隔で区切って複数の周波数要素に分割し、各周波数要素ごとに前記条件に基づいて前記直流成分か否かを判断することにより、複数の周波数要素の中から前記直流成分を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記生体内情報抽出部は、周波数スペクトラムの時間軸方向に沿って各時刻ごとに前記複数の周波数要素の中から前記直流成分を抽出する、ことを特徴とする。

望ましい具体例として、前記生体内情報抽出部は、前記直流成分として抽出された複数の周波数要素に基づいて時間的に変化するドプラ信号の表示波形を形成する、ことを特徴とする。

本発明により、連続波を利用して目標位置から生体内情報を抽出する技術において、必要とされる生体内情報を適切に抽出することが可能になる。

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。ＦＭ連続波の周期性がドプラ周波数へ与える影響を説明する図である。周波数変調の影響を受けたドプラ信号を説明するための図である。周波数変調の影響を受けたドプラ信号の時間変化波形を示す図である。通常の連続波により得られるドプラ信号の時間変化波形を示す図である。目標位置から得られる直流成分の抽出処理を説明するための図である。ドプラ情報解析部４４により抽出された直流成分の波形を示す図である。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。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。なお、送信用振動子１０は複数の振動素子を備えており、これら複数の振動素子が制御されて超音波の送信ビームが形成される。また、受信用振動子１２も複数の振動素子を備えており、これら複数の振動素子により得られた信号が処理されて受信ビームが形成される。

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、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）が入力される。送信ビームフォーマ１４は、ＦＭ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、ＦＭ連続波による送信ビームが形成される。

ＦＭ変調器２０は、送信ビームフォーマ１４にＦＭ連続波を出力する。ＦＭ変調器２０は、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。このＦＭ連続波の波形等については後に詳述する。

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。つまり、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。

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から出力される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。なお、受信ミキサ３０の後段に設けられたＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６，３８により、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。

ＦＦＴ処理部（高速フーリエ変換処理部）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処理部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処理部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信号を抽出する。後に詳述するが、図１の超音波診断装置では、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信号が選択的に抽出される。ドプラ情報解析部４４は、例えば、時間的に変化するドプラ信号の表示波形を形成する。なお、生体内の各深さ（各位置）ごとにドプラ信号を抽出して、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してもよい。また、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。

表示部４６は、ドプラ情報解析部４４において形成されたドプラ信号の波形などを表示する。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、図１の超音波診断装置では、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。

＜位置選択性について＞
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。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ｆ_mの比であるβはＦＭの変調指数（変調度）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、次式において、ｆ_mに対するドプラシフトは、ｆ₀のシフト分ｆ_dに比べて小さいので無視している。

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連続波が参照信号として利用され、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。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によって除去される。

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によって除去される。

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。

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。この結果をベッセル関数に適用すると、第１次ベッセル関数の性質により、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、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。

上述した数２式の受信波形は、ある深さからの受信信号の波形である。これに対し、ＦＭＣＷ送信波を利用して、実際に受信用振動子１２において得られる受信信号は、複数の深さからの信号が合成された受信信号である。受信ミキサ３０においては、複数の深さからの信号が合成された受信信号と参照信号との乗算に相当する処理が実行される。

数８式などに現れた直流信号成分に対応したドプラ信号の振幅を支配するＪ₀（ｋβ）は、第１次ベッセル関数の性質により、ｋβが０のときに最大値である１となり、ｋβが０からずれると急激に小さくなる。そのため、遅延回路２５においてφ_mrを調整し、目標位置から得られる受信信号のφ_mと一致させると、目標位置におけるＪ₀（ｋβ）が最大値である１となり、目標位置以外におけるＪ₀（ｋβ）が極端に小さな値となる。したがって、遅延回路２５においてφ_mrを調整し、目標位置から得られる受信信号のφ_mと一致させることにより、目標位置におけるドプラ信号（直流信号成分）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目標位置は、遅延回路２５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、目標位置の深さに応じて遅延回路２５における遅延時間を制御する。

さらに、図１の超音波診断装置では、周波数変調の影響に伴うドプラ信号の不要波成分が低減され、必要とされるドプラ信号が抽出される。そこで、周波数変調に伴う不要波成分と、その不要波成分の低減について以下に詳述する。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。

＜周波数変調に伴う不要波成分について＞
ドプラ法の基本原理において、移動体（例えば血流）に関するドプラ周波数（ドプラシフト周波数）は、計測に利用される超音波の周波数と移動体の速度に比例する。図１の超音波診断装置においては、ＦＭ連続波を利用しており、ＦＭ連続波は、数１式に示したように、周波数（瞬時周波数）が周期的に変化している。そのため、移動体の速度が一定の場合においても、ＦＭ連続波を利用してその移動体のドプラ周波数を計測すると、ＦＭ連続波の周期性に伴ってドプラ周波数が周期的に変動する。

図２は、ＦＭ連続波の周期性がドプラ周波数へ与える影響を説明する図である。図２には、ドプラシフトの影響を受けていないＦＭ連続波７０と、ドプラシフトの影響を受けたＦＭ連続波７２が図示されている。なお、図２の横軸は時間軸であり、図２の縦軸にはＦＭ連続波７０，７２の瞬時周波数が示されている。

図１の超音波診断装置における超音波の送信信号は、その瞬時周波数がＦＭ連続波７０のように周期的に正弦波状に変化する。そのため、移動体の速度が一定の場合においてもドプラシフトが周期的に変化し、その結果としてＦＭ連続波７２のような波形が得られる。つまり、ＦＭ連続波７０の瞬時周波数が低い（小さい）時刻においては、比較的小さいドプラ周波数ｆ_dLとなり、ＦＭ連続波７０の瞬時周波数が高い（大きい）時刻においては、比較的大きいドプラ周波数ｆ_dHとなる。

このように、ＦＭ連続波７０を利用して得られるドプラ周波数の変動は、ＦＭ連続波７０の周期性に対応した周期的なものとなる。特に、移動体の速度が大きい場合には、ドプラ周波数ｆ_dLとドプラ周波数ｆ_dHの差も大きくなり、ドプラ周波数の周期性が比較的顕著になる。一方、移動体の速度が小さい場合にはドプラ周波数ｆ_dLとドプラ周波数ｆ_dHの差が小さくなり、ドプラ周波数の周期性が比較的目立たなくなる。

図１の超音波診断装置における超音波の送信信号は、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送信波であり、その信号は前述の数１式のとおりである。その送信信号（ＦＭＣＷ送信波）の瞬時角周波数は、数１式の位相項を時間微分して次式のように表現される。

ここで、ドプラシフトを音速（超音波の速度）ｃと移動体の速度ｖの比だけ、瞬時周波数が変化する量として定義する。この場合、相対速度ｖに対するドプラ周波数変化は往復で速度２ｖとして次式で表現される。

数１３式で表現されるドプラ周波数変化を瞬時位相に変換すると次式となる。

数１４式で表現される瞬時位相は、移動体からの受信波の瞬時位相に対して、初項で表現される搬送波ｆ₀によるドプラシフトに加え、第２項で表現される変調波によるドプラシフトが追加されることを意味している。なお、第３項は積分定数であり、ドプラ周波数の位相を意味する。一般に、血流などの速度計測では、ドプラ周波数の位相情報までは必要としない。また、時間的に変化しない位相成分であるため、速度計測において物理的に大きな意味を含んでいないと考える。

受信波は、送受信時間差（目標位置までの往復の伝播時間）τだけ送信波よりも遅れて到着するため、送受信時間差τを考慮すると、受信波は次式のように表現される。

受信ミキサ３０では、送信波に実質的に同じ波形の参照波（参照信号）と受信波との乗算（次式）に相当する処理が実行される。

数１６式から２ｆ₀の周波数成分をローパスフィルタで除去すると、受信ミキサ３０の出力（例えばＬＰＦ３６の出力）は次式のように表現することができる。

数１７式の結果について、さらに計算を進めると、次式のようになる。

数１８式は、ドプラ信号が、新たに定義された変調度β´（数１７式参照）と変調周波数ｆ_mにより周波数変調された信号に等しいことを意味している。

図３は、周波数変調の影響を受けたドプラ信号を説明するための図であり、図３には、数１８式に対応したドプラ信号の周波数スペクトラムが示されている。なお、図３の横軸は周波数であり縦軸は電力である。

図３や数１８式に示されるように、変調信号の影響を受けたドプラ信号には、変調周波数ｆ_mのゼロ次成分である直流成分Ｊ₀（β´）に加え、１次成分Ｊ₁（β´），２次成分Ｊ₂（β´），３次成分Ｊ₃（β´），・・・の折り返し成分が含まれている。なお、直流成分は周波数０からドプラ周波数ｆ_dだけ離れた位置に現れており、１次成分は周波数ｆ_mからドプラ周波数ｆ_dだけ離れた位置に現れており、２次成分は周波数２ｆ_mからドプラ周波数ｆ_dだけ離れた位置に現れている。

図４は、周波数変調の影響を受けたドプラ信号の時間変化波形を示す図であり、図３の周波数スペクトラムの時間変化を示している。つまり、図４には、ドプラ信号の直流成分と１次成分（−１次成分）と２次成分の各々についての時間変化波形が示されている。横軸に示す時間の経過に伴って測定対象である血流などの速度が変化すると、速度の変化に応じてドプラ周波数ｆ_dも変化する。そのため、図４に示す各成分の波形は、横軸に示す時間の経過に従って縦軸に示す周波数方向に変化している。

図１の超音波診断装置では、必要とされるドプラ信号として、ゼロ次成分である直流成分を抽出する。そのため、折り返し成分である１次成分，２次成分，３次成分，・・・を不要波成分として、これら不要波成分が低減される。不要波成分の低減にあたって、図１の超音波診断装置は、変調処理されていない通常の連続波を利用する。

＜不要波成分の低減について＞
図５は、通常の連続波により得られるドプラ信号の時間変化波形を示す図であり、図４のドプラ信号と同じビーム上において通常の連続波により得られるドプラ信号の時間変化を示している。図１のＦＭ変調器２０における変調処理の変調度を０として、ＦＭ変調器２０から変調処理されていない通常の連続波を出力し、その通常の連続波により送受信を行うことにより、図５のドプラ信号が形成される。

変調処理されていない通常の連続波の場合には、上述した変調処理に伴う位置選択性がないため、目標位置からのドプラ信号に加えて目標位置以外からのドプラ信号を含んだ信号が得られる。そのため、図４の直流成分に関する波形との比較において、図５のドプラ信号の波形は、周波数分布が広がっている。また、変調処理されていない通常の連続波の場合には、上述した変調処理に伴うドプラ信号の不要波成分が発生しない。そのため、図４に示されていた１次成分（−１次成分）と２次成分等の不要波成分が図５には現れていない。

そこで、図１のドプラ情報解析部４４は、変調された連続波により得られるドプラ信号の周波数スペクトラム（図４）の電力である変調連続波電力と、通常の連続波により得られるドプラ信号の周波数スペクトラム（図５）の電力である通常連続波電力と、を比較することにより、以下に説明する条件に従って、図４の周波数スペクトラムの波形から、直流成分に対応する周波数スペクトラム部分を抽出する。

条件１：通常連続波電力が０であり且つ変調連続波電力が０の場合。この場合、その周波数スペクトラム部分には、ビーム上のどこにもドプラ信号が存在しないと判断する。

条件２：通常連続波電力が０であり且つ変調連続波電力が０ではない場合。通常連続波電力が０であるため、ビーム上のどこからもドプラ信号が得られないはずである。それにも関わらず変調連続波電力が０ではないため、変調処理に伴うドプラ信号の不要波成分であると判断する。

条件３：通常連続波電力が０ではなく且つ変調連続波電力が０の場合。通常連続波電力が０ではないため、ビーム上のいずれかの位置からドプラ信号が得られている。しかし、変調連続波電力が０であるため、目標位置以外からのドプラ信号であると判断する。

条件４：通常連続波電力が０ではなく且つ変調連続波電力が０ではなく且つ変調連続波電力が通常連続波電力以下（通常連続波電力≧変調連続波電力）の場合。この場合は、目標位置とそれ以外の位置から得られるドプラ信号と、目標位置から得られるドプラ信号の直流成分とが重畳している部分と考えられるため、変調連続波電力を目標位置から得られる直流成分の電力と判断する。

条件５：通常連続波電力が０ではなく且つ変調連続波電力が０ではなく且つ通常連続波電力が変調連続波電力よりも小さい（通常連続波電力＜変調連続波電力）場合。この場合は、通常連続波電力が目標位置以外から得られる電力であり、変調連続波電力が目標位置から得られる不要波電力であると考えられるため、変調処理に伴うドプラ信号の不要波成分であると判断する。ちなみに、変調連続波電力が目標位置から得られる直流成分の電力であれば、その電力は通常連続波電力にも含まれているはずであり、条件４が成立する。

図１のドプラ情報解析部４４は、図４の波形に含まれる周波数スペクトラム部分のうち条件４が成立する部分を目標位置から得られる直流成分の電力と判断する。ドプラ情報解析部４４は、例えば、図４の周波数スペクトラムを周波数軸方向に沿って微小間隔で区切って複数の周波数要素に分割し、各周波数要素ごとに条件４に基づいて直流成分か否かを判断することにより、複数の周波数要素の中から直流成分を抽出する。さらに、ドプラ情報解析部４４は、図４の周波数スペクトラムの時間軸方向に沿って各時刻ごとに複数の周波数要素の中から直流成分を抽出する。

図６は、目標位置から得られる直流成分の抽出処理を説明するための図である。図１のドプラ情報解析部４４は、ＦＦＴ処理部４２により形成された変調連続波の周波数スペクトラム、つまり目標位置から得られる復調信号の周波数スペクトラムを周波数軸方向に沿って微小間隔で連続的に区切って複数の周波数要素に分割する。例えば、図６に示すように、横軸の時刻ｔ_nにおいて、縦軸の周波数を複数の周波数ピクセルＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＭに分割する。

周波数軸方向に沿って周波数スペクトラムが複数の周波数要素（周波数ピクセルＰ１〜ＰＭ）に分割されると、ドプラ情報解析部４４は、各周波数要素ごとに、上述した条件４が満たされるか否かを確認する。例えば、周波数要素の一つである周波数ピクセルＰ１において条件４が満たされるか否かを確認し、続いて、周波数ピクセルＰ２，・・・，ＰＭの順に、各周波数ピクセルごとに条件４が満たされるか否かを確認する。そして、条件４を満たす周波数ピクセルを目標位置から得られるドプラ信号の直流成分として抽出する。

ドプラ情報解析部４４は、時刻ｔ_nにおける周波数ピクセルの抽出と同じ手法により、図６の横軸に沿って複数の時刻に亘って各時刻ごとに、直流成分の周波数ピクセルを抽出する。これにより、１次成分や２次成分などの不要波成分が除去され、直流成分の周波数スペクトラム部分が抽出される。

図７は、ドプラ情報解析部４４により抽出された直流成分の波形を示す図である。図５に示す周波数スペクトラム内から、１次成分や２次成分などの不要波成分が除去され、直流成分の波形のみが抽出される。例えば、図７に示す直流成分の時間変化波形が、ドプラ信号の時間変化波形として、図１の表示部４６に表示される。

上述した条件４によりドプラ信号の直流成分を得るためには、同じビーム上において、変調された連続波（変調連続波）による目標位置からの復調信号と、変調されていない連続波（通常連続波）によりビームの広域から得られる復調信号を得る必要がある。そこで図１の超音波診断装置は、例えば、超音波ビームを走査して複数の超音波ビームを形成する場合において、各超音波ビームごとに、変調連続波による送受信と通常連続波による送受信を実行する。そして、同じ超音波ビームから得られる変調連続波電力と通常連続波電力に基づいて、図６を利用して説明した処理により、その超音波ビーム上の目標位置におけるドプラ信号の直流成分を抽出する。

なお、例えば、第１番目の超音波ビームに関する変調連続波による送受信と通常連続波による送受信を実行し、それにより得られる復調信号をメモリ等に記憶させてから、次の第２番目の超音波ビームに関する変調連続波による送受信と通常連続波による送受信を実行し、第２番目の超音波ビームに関する送受信処理の間に、メモリ等に記憶された第１番目の超音波ビームに関する復調信号を利用して第１番目の超音波ビームに関する直流成分の抽出処理を実行するようにしてもよい。つまり、後続の超音波ビームに関する送受信処理の間に、その前に得られた超音波ビームに関する直流成分の抽出処理を実行す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等は、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、変調連続波と通常連続波から得られる復調信号を比較しており、通常連続波として、変調されていない連続波を利用している。この通常連続波に換えて、図１のＦＭ変調器２０における変調度を小さく設定し、通常連続波とみなせる程度の弱い変調を受けた連続波を利用してもよい。また、図１のＦＭ変調器２０において変調周波数ｆ_mにより変調された変調連続波を生成し、さらに、変調周波数ｆ_mの整数倍の変調周波数により変調された整数倍連続波を生成し、この整数倍連続波を通常連続波に換えて利用してもよい。

２０ＦＭ変調器、２２ＲＦ波発振器、２４変調波生成部、２５遅延回路、３０受信ミキサ、４２ＦＦＴ処理部、４４ドプラ情報解析部。

Claims

変調周波数に応じて周期的に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、
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、
生体内の目標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、当該目標位置に関する位置選択性の強い目標復調信号を得る受信信号処理部と、
目標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、
前記生体内情報抽出部は、前記目標位置に関する位置選択性の弱い広域復調信号と前記目標復調信号とを比較することにより、前記目標復調信号に含まれる直流成分と前記変調周波数の基本波成分と高調波成分の中から、直流成分を生体内情報として抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、前記送信信号とは異なる周期性を備えた連続波の副送信信号を出力し、
前記受信信号処理部は、副送信信号を利用して得られた受信信号に対して復調処理を施すことにより前記広域復調信号を得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２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、前記副送信信号として、周波数を一定とし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。
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、
前記生体内情報抽出部は、前記広域復調信号の周波数スペクトラムの電力である通常連続波電力と、前記目標復調信号の周波数スペクトラムの電力である変調連続波電力と、を比較することにより、前記目標復調信号に含まれる直流成分を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記生体内情報抽出部は、前記通常連続波電力が０ではなく且つ前記変調連続波電力が０ではなく且つ前記変調連続波電力が前記通常連続波電力以下となる条件を満たす周波数スペクトラム部分を前記直流成分として抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項５に記載の超音波診断装置において、
前記生体内情報抽出部は、周波数スペクトラムを周波数軸方向に沿って微小間隔で区切って複数の周波数要素に分割し、各周波数要素ごとに前記条件に基づいて前記直流成分か否かを判断することにより、複数の周波数要素の中から前記直流成分を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記生体内情報抽出部は、周波数スペクトラムの時間軸方向に沿って各時刻ごとに前記複数の周波数要素の中から前記直流成分を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項７に記載の超音波診断装置において、
前記生体内情報抽出部は、前記直流成分として抽出された複数の周波数要素に基づいて時間的に変化するドプラ信号の表示波形を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。