JP2012147894A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve selectivity of a target position in a technique utilizing continuous waves of ultrasonic waves.SOLUTION: Within the frequency spectrum of demodulation signals, a Doppler signal fis included in reception signals obtained from a target position, and the Doppler signal fappears in a relatively low frequency band. Doppler signals f-findicate the Doppler signals included in reception signals of positions other than the target position. The Doppler signals f-fof positions other than the target position appear near frequencies f, 2f, 3f, ..., that is, the Doppler signals f-fof positions other than the target position appear in a relatively high frequency band compared to the Doppler signal fof the target position. Then, by utilizing an LPF of a characteristic 70, the Doppler signals f-for the like, which are unrequired waves of positions other than the target position, are reduced or eliminated. Thus, position selectivity related to the target position is improved.

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、本願の発明者は、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 inventor of the present application has conducted research on continuous wave Doppler. As one of the results, Patent Document 1 proposes a technique related to continuous wave Doppler (FMCW Doppler) subjected to frequency modulation processing.

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。さらに、本願の発明者は、特許文献3において、デジタル変調処理を施した連続波に関する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 this application has proposed a very epoch-making technique in Patent Document 2 that can selectively extract Doppler information from a desired position in a living tissue by FMCW Doppler. Furthermore, the inventor of the present application proposes a technique related to a continuous wave subjected to digital modulation processing in Patent Document 3.

特開2005−253949号公報JP 2005-253949 A 特開2008−289851号公報JP 2008-289851 A 特開2009−291294号公報JP 2009-291294 A

特許文献1から3に記載された連続波ドプラの技術は、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開発を重ねてきた。特に、連続波を利用して選択的に目標位置から生体内情報を抽出する技術に注目して研究開発を重ねてきた。   The technique of continuous wave Doppler described in Patent Documents 1 to 3 is an epoch-making technique having the possibility of ultrasonic diagnosis that has never existed before. The inventor of the present application has conducted further research and development on this revolutionary technology improvement. In particular, research and development have been repeated with a focus on techniques for selectively extracting in vivo information from target positions using continuous waves.

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波の連続波を利用した技術において目標位置の選択性を向上させることにある。   The present invention has been made in the course of research and development, and an object thereof is to improve the selectivity of a target position in a technique using a continuous wave of ultrasonic waves.

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、周期的な数値パターンに基づいて得られる周期性を備え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を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、前記数値パターンに基づいて得られる参照信号を利用して、生体内の目標位置との間の相関関係を調整しつつ受信信号に対して復調処理を施すことにより復調信号を得る復調処理部と、目標位置から得られる比較的低い周波数成分と目標位置以外から得られる比較的高い周波数成分とを含んだ前記復調信号に対してフィルタ処理を施すことにより、前記比較的高い周波数成分の少なくとも一部を除去する不要波処理部と、フィルタ処理された復調信号に基づいて目標位置の生体内情報を抽出する生体内情報抽出部と、を有することを特徴とする。   An ultrasonic diagnostic apparatus suitable for the above-described object includes a transmission signal processing unit that outputs a continuous wave transmission signal having periodicity obtained based on a periodic numerical pattern, and an ultrasonic wave corresponding to the transmission signal. Between the target position in the living body and the ultrasonic wave transmitting / receiving unit that receives the ultrasonic wave from the living body and obtains a reception signal by using the reference signal obtained based on the numerical pattern A demodulation processing unit that obtains a demodulated signal by performing demodulation processing on the received signal while adjusting the correlation, and a relatively low frequency component obtained from the target position and a relatively high frequency component obtained from other than the target position An unnecessary wave processing unit that removes at least a part of the relatively high frequency component by performing a filtering process on the demodulated signal included, and a target position based on the filtered demodulated signal And having the in vivo information extraction unit that extracts in-vivo information.

望ましい具体例において、前記不要波処理部は、前記目標位置から得られる比較的低い周波数成分を通過させるローパスフィルタを備え、前記生体内情報抽出部は、前記生体内情報として復調信号からドプラ信号を抽出する、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the unnecessary wave processing unit includes a low-pass filter that passes a relatively low frequency component obtained from the target position, and the in-vivo information extraction unit outputs a Doppler signal from a demodulated signal as the in-vivo information. It is characterized by extracting.

望ましい具体例において、前記ドプラ信号の測定可能な最大周波数に応じて前記ローパスフィルタの通過帯域が制御される、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the pass band of the low-pass filter is controlled according to the maximum measurable frequency of the Doppler signal.

望ましい具体例において、前記数値パターンは、正弦関数から得られる正弦パターンと余弦関数から得られる余弦パターンであり、前記送信信号処理部は、正弦パターンと余弦パターンを合成して得られる位相パターンに従って周期的に位相を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 embodiment, the numerical pattern is a sine pattern obtained from a sine function and a cosine pattern obtained from a cosine function, and the transmission signal processing unit has a period according to a phase pattern obtained by synthesizing the sine pattern and the cosine pattern. It outputs a continuous wave transmission signal whose phase has been changed.

望ましい具体例において、前記正弦パターンは、N個(Nは自然数で偶数)の位相値に対応したN個の正弦関数値で構成され、前記余弦パターンは、当該N個の位相値に対応したN個の余弦関数値で構成され、前記連続波の送信信号は、当該N個の位相値に対応したパターン長Nの位相パターンを備える、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the sine pattern is composed of N sine function values corresponding to N (N is an even number) phase values, and the cosine pattern is N corresponding to the N phase values. The continuous wave transmission signal includes a phase pattern having a pattern length N corresponding to the N phase values.

望ましい具体例において、前記フィルタ処理された復調信号を周期方向に亘って加算処理するにあたり、パターン長Nをp個(pは自然数)ごとにqブロック(qは自然数)に分割し、各ブロックごとに復調信号を加算処理して部分的な加算復調信号を得る、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, when the filtered demodulated signal is added in the period direction, the pattern length N is divided into q blocks (q is a natural number) every p (p is a natural number), and each block is divided. And a demodulated signal is added to obtain a partially added demodulated signal.

望ましい具体例において、前記各ブロックごとに次々に得られる複数の部分的な加算復調信号を得られた順に並べた信号列内で、qブロックの範囲を1ブロックずつシフトさせつつ段階的に、パターン長Nを構成するqブロックに亘るq個の部分的な加算復調信号を抽出してそれらを加算処理することにより、パターン長Nに亘る復調信号の加算処理を実現する、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, in a signal sequence in which a plurality of partial addition demodulated signals obtained one after another for each block are arranged in the order in which they are obtained, the range of q blocks is shifted step by step while shifting the range of one block at a time. By extracting q partial addition demodulated signals over q blocks constituting the length N and adding them, the addition processing of the demodulated signals over the pattern length N is realized.

本発明により、超音波の連続波を利用した技術において目標位置の選択性が向上する。   According to the present invention, selectivity of a target position is improved in a technique using a continuous wave of ultrasonic waves.

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。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus that is preferable in the practice of the present invention. 位相シフト連続波の送信信号に関する時間変化波形を示す図である。It is a figure which shows the time change waveform regarding the transmission signal of a phase shift continuous wave. 参照信号と受信信号の時間的な対応関係を示す図である。It is a figure which shows the time corresponding relationship of a reference signal and a received signal. 復調信号の位相変化の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the phase change of a demodulated signal. 復調信号の周波数スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of a demodulated signal. 復調信号が加算処理される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a demodulation signal is added. 電力スペクトラムに関する計算結果の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the calculation result regarding an electric power spectrum. 不要波を除去して得られる電力スペクトラムの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the electric power spectrum obtained by removing an unnecessary wave. 最大ドプラ周波数を拡大する加算処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the addition process which expands the maximum Doppler frequency.

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、生体内へ超音波を連続的に送波し、また、受信用振動子12は、生体内からの超音波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。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for implementing the present invention. The transmitting vibrator 10 continuously transmits ultrasonic waves into the living body, and the receiving vibrator 12 continuously receives reflected ultrasonic waves from the living body. In this way, transmission and reception are performed by different vibrators, and transmission / reception is performed by a so-called continuous wave Doppler method. The transmitting transducer 10 includes a plurality of vibration elements, and the plurality of vibration elements are controlled to form an ultrasonic transmission beam. The receiving vibrator 12 also includes a plurality of vibration elements, and signals obtained by the plurality of vibration elements are processed to form a reception beam.

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、合成処理部24から連続波の送信信号が供給され、送信ビームフォーマ14は、その送信信号に対して、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。こうして超音波の送信ビームが形成され、二次元平面内で又は三次元空間内で送信ビームが走査される。   The transmission beamformer (transmission BF) 14 outputs transmission signals to a plurality of vibration elements included in the transmission transducer 10. The transmission beamformer 14 is supplied with a continuous wave transmission signal from the synthesis processing unit 24, and the transmission beamformer 14 applies a delay process corresponding to each vibration element to the transmission signal to correspond to each vibration element. The transmitted signal is formed. Note that power amplification processing may be performed on the transmission signal corresponding to each vibration element formed in the transmission beam former 14 as necessary. In this way, an ultrasonic transmission beam is formed, and the transmission beam is scanned in a two-dimensional plane or in a three-dimensional space.

送信ビームフォーマ14に供給される連続波の送信信号は、正弦パターン処理部22Bと余弦パターン処理部22Aと合成処理部24によって形成される。   The continuous wave transmission signal supplied to the transmission beam former 14 is formed by a sine pattern processing unit 22B, a cosine pattern processing unit 22A, and a synthesis processing unit 24.

正弦パターン処理部22Bは、RF波発振器20から得られるRF波(搬送波信号)に対して、正弦パターンに基づいた処理を施す。一方、余弦パターン処理部22Aは、RF波発振器20からπ/2シフト回路21を介して得られるRF波(搬送波信号)に対して余弦パターンに基づいた処理を施す。   The sine pattern processing unit 22B performs processing based on the sine pattern on the RF wave (carrier wave signal) obtained from the RF wave oscillator 20. On the other hand, the cosine pattern processing unit 22A performs processing based on the cosine pattern on the RF wave (carrier wave signal) obtained from the RF wave oscillator 20 via the π / 2 shift circuit 21.

そして、正弦パターン処理部22Bと余弦パターン処理部22Aから出力される2つの信号が合成処理部24において合成され、所定の位相パターンを備えた連続波(位相シフト連続波)が形成される。正弦パターン処理部22Bと余弦パターン処理部22Aと合成処理部24によって形成される連続波の送信信号については後にさらに詳述する。   Then, the two signals output from the sine pattern processing unit 22B and the cosine pattern processing unit 22A are synthesized in the synthesis processing unit 24, and a continuous wave (phase shift continuous wave) having a predetermined phase pattern is formed. The continuous wave transmission signal formed by the sine pattern processing unit 22B, the cosine pattern processing unit 22A, and the synthesis processing unit 24 will be described in detail later.

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。こうして二次元平面内で又は三次元空間内で走査される送信ビームに対応した受信ビームが形成され、受信ビームに沿って受信RF信号が収集される。   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 reception transducer 12. That is, the reception beamformer 16 performs a delay process corresponding to the vibration signal obtained from each vibration element and adds a plurality of reception signals obtained from the plurality of vibration elements. Form a beam. Note that a plurality of received signals may be supplied to the reception beam former 16 after processing such as low noise amplification is performed on the received signals obtained from the respective vibration elements. Thus, a reception beam corresponding to a transmission beam scanned in a two-dimensional plane or a three-dimensional space is formed, and a reception RF signal is collected along the reception beam.

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 reception mixer 30 is a circuit that performs quadrature detection on the received RF signal to generate a complex baseband signal, and is composed of two mixers 32 and 34. Each mixer is a circuit that mixes the received RF signal with a predetermined reference signal.

受信ミキサ30の各ミキサに供給される参照信号は、合成処理部24から出力される送信信号に基づいて生成される。つまり、合成処理部24から出力される送信信号が遅延回路25において遅延処理され、ミキサ32には遅延処理された送信信号が参照信号として直接供給され、一方、ミキサ34には遅延処理された送信信号がπ/2シフト回路26を経由して参照信号として供給される。   The reference signal supplied to each mixer of the reception mixer 30 is generated based on the transmission signal output from the synthesis processing unit 24. That is, the transmission signal output from the synthesis processing unit 24 is subjected to delay processing in the delay circuit 25, and the transmission signal subjected to delay processing is directly supplied to the mixer 32 as a reference signal, while the transmission signal subjected to delay processing is supplied to the mixer 34. The signal is supplied as a reference signal via the π / 2 shift circuit 26.

π/2シフト回路26は、遅延処理された参照信号の位相を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)が出力されて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。   The π / 2 shift circuit 26 is a circuit that shifts the phase of the delayed reference signal by π / 2. As a result, an in-phase signal component (I signal component) is output from one of the two mixers 32 and 34, and a quadrature signal component (Q signal component) is output from the other. The high-frequency components of the in-phase signal component and the quadrature signal component are cut by LPFs (low-pass filters) 36 and 38 provided at the subsequent stage of the reception mixer 30, and a demodulated signal of only a necessary band after detection is obtained. Extracted.

不要波処理部40は、復調信号に含まれる不要波を低減または除去するものであり、復調信号のI信号成分とQ信号成分の各々に対応したLPF(ローパスフィルタ)を備えている。受信ミキサ30からLPF36,38を介して得られる復調信号には、後に詳述するように、目標位置から得られる比較的低い周波数成分と目標位置以外から得られる比較的高い周波数成分が含まれている。そこで、不要波処理部40は、目標位置以外から得られる比較的高い周波数成分を不要波として、その不要波の少なくとも一部を除去する。   The unnecessary wave processing unit 40 reduces or eliminates unnecessary waves included in the demodulated signal, and includes an LPF (low pass filter) corresponding to each of the I signal component and the Q signal component of the demodulated signal. The demodulated signal obtained from the receiving mixer 30 via the LPFs 36 and 38 includes a relatively low frequency component obtained from the target position and a relatively high frequency component obtained from other than the target position, as will be described in detail later. Yes. Therefore, the unnecessary wave processing unit 40 uses a relatively high frequency component obtained from other than the target position as an unnecessary wave, and removes at least a part of the unnecessary wave.

加算部46,48は、不要波処理部40から得られる復調信号を所定期間に亘って加算する。これにより、位相シフト連続波の位相パターンに関する加算処理が実行され、参照信号の位相パターンと一致する目標位置からの復調信号が選択的に抽出される。この位置選択性については後にさらに詳述する。   The addition units 46 and 48 add the demodulated signals obtained from the unnecessary wave processing unit 40 over a predetermined period. Thereby, the addition process regarding the phase pattern of the phase shift continuous wave is executed, and the demodulated signal from the target position that matches the phase pattern of the reference signal is selectively extracted. This position selectivity will be described in detail later.

FFT処理部(高速フーリエ変換処理部)50は、加算部46,48から得られる復調信号(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50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50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。   The FFT processing unit (fast Fourier transform processing unit) 50 performs an FFT operation on each of the demodulated signals (in-phase signal component and quadrature signal component) obtained from the addition units 46 and 48. As a result, the demodulated signal is converted into a frequency spectrum in the FFT processing unit 50. The frequency spectrum output from the FFT processing unit 50 is output as frequency spectrum data having a frequency resolution δf depending on circuit setting conditions and the like.

ドプラ情報解析部52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52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52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。   The Doppler information analysis unit 52 extracts a Doppler signal from the demodulated signal converted into a frequency spectrum. As will be described in detail later, in the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, a target position is set by delay processing in the delay circuit 25, and a Doppler information analysis unit 52 selectively extracts a Doppler signal from the target position. For example, the Doppler information analysis unit 52 forms a display waveform of a Doppler signal that changes with time. In addition, Doppler signals are extracted for each depth (each position) in the living body, and for example, the velocity of the tissue in the living body is calculated for each depth on the ultrasonic beam (sound ray) and output in real time. May be. Alternatively, the velocity of each position of the in-vivo tissue may be calculated two-dimensionally or three-dimensionally by scanning an ultrasonic beam.

表示部54は、ドプラ情報解析部52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60によって制御される。つまり、システム制御部60は、送信制御や受信制御や表示制御などを行う。   The display unit 54 displays the waveform of the Doppler signal formed in the Doppler information analysis unit 52. Each unit in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1 is controlled by the system control unit 60. That is, the system control unit 60 performs transmission control, reception control, display control, and the like.

以上、概説したように、図1の超音波診断装置では、位相シフト連続波に対応した超音波を送受して受信信号を得て、生体内の目標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、目標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、目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出している。そこで、図1の超音波診断装置における位相シフト処理や、目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される位置選択性などについて、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。   As described above, in the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1, a reception signal is obtained by transmitting and receiving an ultrasonic wave corresponding to a phase shift continuous wave, and a reference signal and reception are received according to the depth of the target position in the living body. The Doppler information from the target position is selectively extracted by adjusting the delay relationship between the signals and strengthening the correlation between the received signal from the target position and the reference signal to perform demodulation processing. Therefore, the phase shift processing in the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 and the position selectivity from which Doppler information from the target position is selectively extracted will be described in detail below. In addition, about the part (structure) shown in FIG. 1, the code | symbol of FIG. 1 is utilized also in the following description.

<位相シフト処理について>
図1の超音波診断装置では、互いに相補的な関係にある2列の数値パターンを用いて位相シフト処理が行われる。つまり、正弦パターン処理部22Bにおいて正弦パターンが利用され、余弦パターン処理部22Aにおいて余弦パターンが利用される。
<About phase shift processing>
In the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, phase shift processing is performed using two rows of numerical patterns that are complementary to each other. That is, the sine pattern processing unit 22B uses a sine pattern, and the cosine pattern processing unit 22A uses a cosine pattern.

2列の数値パターンである正弦パターンと余弦パターンは次式により定義される。次式において、aが余弦パターンであり余弦関数から得られる。一方、bが正弦パターンであり正弦関数から得られる。また、Nはパターン長を示す自然数であり、nはパターンを構成している各数値(各符号)の番号である。ちなみに、Nは任意の自然数かつ偶数であり2の累乗に限定されない。 The sine pattern and cosine pattern, which are two-row numerical patterns, are defined by In the following formula, a n is obtained from is a cosine function cosine pattern. On the other hand, b n is a sine pattern and is obtained from a sine function. N is a natural number indicating the pattern length, and n is the number of each numerical value (each code) constituting the pattern. Incidentally, N is an arbitrary natural number and an even number, and is not limited to a power of 2.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

正弦パターン処理部22Bは、RF波発振器20から得られるRF波(正弦波)の振幅を正弦パターンに従って変化させる。一方、余弦パターン処理部22Aは、π/2シフト回路21を介して得られるRF波(余弦波)の振幅を余弦パターンに従って変化させる。そして、正弦パターン処理部22Bから出力される連続波と、余弦パターン処理部22Aから出力される連続波が合成処理部24において合成され、次式に示す連続波の送信信号が形成される。なお、次式において送信信号の振幅をAとしている。また、その連続波(位相シフト連続波)の具体例を示すと図2のようになる。 The sine pattern processing unit 22B changes the amplitude of the RF wave (sine wave) obtained from the RF wave oscillator 20 according to the sine pattern. On the other hand, the cosine pattern processing unit 22A changes the amplitude of the RF wave (cosine wave) obtained via the π / 2 shift circuit 21 according to the cosine pattern. Then, the continuous wave output from the sine pattern processing unit 22B and the continuous wave output from the cosine pattern processing unit 22A are combined in the combining processing unit 24 to form a continuous wave transmission signal represented by the following equation. Note that the A 1 the amplitude of the transmission signal in the following equation. A specific example of the continuous wave (phase shift continuous wave) is shown in FIG.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図2は、位相シフト連続波の送信信号に関する時間変化波形を示す図である。図2に示される送信信号の波形は、数1式におけるパターン長をN=8(n=0〜7)として、数2式から得られる。例えば、図2に示すような位相パターンを繰り返すことにより得られる連続波が利用される。なお、超音波診断装置内において実際に利用される場合には、パターン長Nが例えば数百程度に設定される。もちろん、測定対象物や診断の種類などに応じてパターン長Nが設定されてもよい。   FIG. 2 is a diagram illustrating a time-varying waveform related to a phase-shift continuous wave transmission signal. The waveform of the transmission signal shown in FIG. 2 is obtained from Equation 2, where the pattern length in Equation 1 is N = 8 (n = 0 to 7). For example, a continuous wave obtained by repeating a phase pattern as shown in FIG. 2 is used. When actually used in the ultrasonic diagnostic apparatus, the pattern length N is set to about several hundreds, for example. Of course, the pattern length N may be set according to the measurement object, the type of diagnosis, and the like.

送信信号に対応した受信信号は、その送信信号が送信された時刻から、次式に示す遅延時間τだけ遅れて受信系に到達する。なお、次式において、Tは数値パターンの1ビット(各数値)の時間長つまりビット長であり、kは任意の自然数である。また、ξは1/2ビット長以下の時間である。   The reception signal corresponding to the transmission signal arrives at the reception system after a delay time τ shown in the following equation from the time when the transmission signal is transmitted. In the following expression, T is a time length of 1 bit (each numerical value) of the numerical pattern, that is, a bit length, and k is an arbitrary natural number. Also, ξ is a time of 1/2 bit length or less.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

そして、送信信号を基準とした受信信号の遅延時間(送受信時間差)をτとし、受信信号の振幅をAとすると、ドプラシフトによる位相の変化量ωをともなった受信信号は次式にように表現される。なお、次式においては反射時における位相回転量φも考慮されている。 When the delay time (transmission / reception time difference) of the received signal with reference to the transmitted signal is τ and the amplitude of the received signal is A 2 , the received signal with the phase change amount ω d due to the Doppler shift is expressed as follows: Expressed. In the following equation, the phase rotation amount φ at the time of reflection is also taken into consideration.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図1の超音波診断装置では、送信信号を遅延回路25において遅延処理して得られる参照信号が、受信ミキサ30において受信信号と乗算される。遅延回路25における参照信号の遅延量をlT(l:英字のエル)とすると、遅延回路25からミキサ32に送られる参照信号vref1と、遅延回路25からπ/2シフト回路26を介してミキサ34に送られる参照信号vref2は、それぞれ次のように表現される。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, a reference signal obtained by delaying the transmission signal in the delay circuit 25 is multiplied by the reception signal in the reception mixer 30. When the delay amount of the reference signal in the delay circuit 25 is 1T (l: English letter L), the reference signal v ref1 sent from the delay circuit 25 to the mixer 32 and the mixer from the delay circuit 25 via the π / 2 shift circuit 26. The reference signal v ref2 sent to 34 is expressed as follows.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図3は、参照信号と受信信号の時間的な対応関係を示す図である。図示しない送信信号との比較において、参照信号は遅延回路25で遅延量lTだけ遅延されるため、この遅延に伴う符号のずれ数はl(エル)となる。そこで、図3において、参照信号内の中央に示す1ビット期間Tの符号をan−l,bn−lとしている。 FIG. 3 is a diagram illustrating the temporal correspondence between the reference signal and the received signal. In comparison with a transmission signal (not shown), the reference signal is delayed by the delay amount lT in the delay circuit 25, and therefore the number of code shifts associated with this delay is l (el). Therefore, in FIG. 3, the codes of the 1-bit period T shown at the center in the reference signal are a n−l and b n−l .

一方、図示しない送信信号との比較において、受信信号は送受信時間差τ(数3式)だけ遅れる。受信信号は連続的な様々な深さから得られるため、図3においては、1/2ビット長以下の微小時間であるξを考慮して、IからIIIまでの受信信号を示している。   On the other hand, in comparison with a transmission signal (not shown), the reception signal is delayed by a transmission / reception time difference τ (Equation 3). Since the received signals are obtained from various continuous depths, FIG. 3 shows received signals from I to III in consideration of ξ which is a minute time of ½ bit length or less.

受信信号IIは、ξ=0の場合であり、受信信号IIと参照信号との間において互いの符号切り換わりのタイミングが一致している。これに対し、受信信号Iと受信信号IIIはξが0でない場合であり、受信信号と参照信号との間において互いの符号切り換わりのタイミングがずれている。   The received signal II is in the case of ξ = 0, and the timing of code switching is the same between the received signal II and the reference signal. On the other hand, the received signal I and the received signal III are in the case where ξ is not 0, and the timing of code switching is shifted between the received signal and the reference signal.

そこで、参照信号の符号を基準とし、時間長がTである各符号の例えば中央時点を乗算サンプリングの時刻(乗算タイミング)とする。これにより、図3に示す受信信号I,IIIのように、ξが比較的小さい場合において、受信信号IIの場合と同じ乗算結果が得られてξの影響を無視することができる。   Therefore, for example, the central time point of each code having a time length T is set as a time of multiplication sampling (multiplication timing) with reference to the code of the reference signal. As a result, when the ξ is relatively small as in the received signals I and III shown in FIG. 3, the same multiplication result as in the case of the received signal II is obtained, and the influence of ξ can be ignored.

図1のミキサ32における乗算を数式で示すと次式のようになり、乗算結果としてベースバンド成分(復調信号)が得られる。なお、次式の計算過程において2ωtの項は、ミキサ32の後段に設けられたLPF36により除去される。 The multiplication in the mixer 32 of FIG. 1 is expressed by the following equation, and a baseband component (demodulated signal) is obtained as a multiplication result. Incidentally, the term 2 [omega c t In the calculation process of the following equation is removed by LPF36 disposed downstream of the mixer 32.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

また、数6式の最終結果の位相項のうち、時間tに無関係な部分を数7式のように定義すると、数6式の最終結果が数8式のように簡潔に表現される。   Further, if the portion irrelevant to the time t in the phase term of the final result of Formula 6 is defined as Formula 7, the final result of Formula 6 is simply expressed as Formula 8.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

さらに、数8式に数1式を適用したものが数9式であり、数9式において数10式の定義を利用すると数11式となる。このように、ミキサ32における乗算後にLPF36を介して出力される復調信号の同相信号成分が最終的に数11式のように表現される。   Furthermore, Formula 9 is obtained by applying Formula 1 to Formula 8, and Formula 11 is obtained when the definition of Formula 10 is used in Formula 9. In this way, the in-phase signal component of the demodulated signal output through the LPF 36 after multiplication in the mixer 32 is finally expressed as in Expression 11.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

一方、図1のミキサ34における乗算を数式で示すと次式のようになり、乗算結果としてベースバンド成分(復調信号)が得られる。なお、次式の計算過程において2ωtの項は、ミキサ34の後段に設けられたLPF38により除去され、また、時間tに無関係な部分については数7式の定義を利用している。 On the other hand, the multiplication in the mixer 34 of FIG. 1 is expressed by the following equation, and a baseband component (demodulated signal) is obtained as a multiplication result. In the calculation process of the following equation, the 2ω c t term is removed by the LPF 38 provided at the subsequent stage of the mixer 34, and the definition of Equation 7 is used for the portion unrelated to the time t.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

さらに、数12式に数1式と数10式を適用すると数13式となる。つまり、ミキサ34における乗算後にLPF38を介して出力される復調信号の直交信号成分が最終的に数13式のように表現される。   Furthermore, when Formula 1 and Formula 10 are applied to Formula 12, Formula 13 is obtained. That is, the quadrature signal component of the demodulated signal output through the LPF 38 after multiplication in the mixer 34 is finally expressed as in Expression 13.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

そして、同相信号成分(数11式)と直交信号成分(数13式)を複素表現でまとめると、復調信号Z(t)を次式のように複素形式で表現することができる。   When the in-phase signal component (Equation 11) and the quadrature signal component (Equation 13) are combined in a complex expression, the demodulated signal Z (t) can be expressed in a complex form as shown in the following expression.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

復調信号Z(t)は、数14式に示すように、ドプラ周波数fに応じて位相が時間的に変化することに加えて、時間間隔Tごとに位相が2πfklだけ変化している。なお、数14式のΨklは時間によって変化しない定数項である。 As shown in Equation 14, the demodulated signal Z (t) has a phase that changes by 2πf kl at every time interval T in addition to a temporal change in phase according to the Doppler frequency f d . In Equation 14, Ψ kl is a constant term that does not change with time.

また、復調信号Z(t)は、例えば図3に示した乗算サンプリングのタイミングで時間間隔Tごとに得られる。そこで、符号の番号n(数1式等参照)と各符号の時間長でもあるTを利用して乗算サンプリングの時刻をt=nTと表現すると、数14式から数15式が得られる。そして、番号nの値の変化にしたがって数15式から得られる復調信号の位相を具体的に示すと図4のようになる。   Further, the demodulated signal Z (t) is obtained for each time interval T, for example, at the timing of multiplication sampling shown in FIG. Therefore, when the time of multiplication sampling is expressed as t = nT using the code number n (see Equation 1) and T which is also the time length of each code, Equation 14 to Equation 15 are obtained. Then, the phase of the demodulated signal obtained from equation (15) according to the change of the value of the number n is specifically shown in FIG.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図4は、復調信号の位相変化の具体例を示す図である。図4には、数15式において番号nの値を変化させた場合に得られる位相の値が示されている。図4に示すように、数15式の復調信号は、時間NTの間に、つまり数値パターン(数1式)の一周期の間に、位相が2π(fkl−f)NTラジアンだけ回転する正弦波となる。そして、その正弦波の周波数は次式のようになる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a specific example of the phase change of the demodulated signal. FIG. 4 shows the phase value obtained when the value of number n is changed in equation (15). As shown in FIG. 4, the phase of the demodulated signal of Formula 15 is rotated by 2π (f kl −f d ) NT radians during time NT, that is, during one period of the numerical pattern (Formula 1). It becomes a sine wave. The frequency of the sine wave is as follows:

Figure 2012147894
Figure 2012147894

以上までの解析結果から得られる復調信号の特性についてまとめると次のようになる。(1)復調信号内には、k−l(l:英字のエル)つまり受信信号と参照信号との間の位相差に応じた周波数成分fkl−fが含まれている。
(2)k=lの場合、つまり参照信号との間の位相差が0となる目標位置からの受信信号は、数10式からfkl=0であるため、復調信号内において周波数がfとなる。この周波数fが観測対象となるドプラ周波数fである。
(3)k≠lの場合、つまり目標位置以外からの受信信号は、復調信号内において周波数がfkl−fとなる。また、目標位置から離れるに従って、数10式に示すようにfklが大きくなるため、周波数fkl−fはドプラ周波数fから高周波側に移行する。
(4)周波数fklは、数10式に示すようにk−lに比例しており、kとlが自然数であるため、周波数fの整数倍となる。なお、周波数fklの最大値は、復調信号のサンプリング間隔が時間Tであるため、次式のようになる。
The characteristics of the demodulated signal obtained from the above analysis results are summarized as follows. (1) The demodulated signal includes kl (l: English letter L), that is, a frequency component f kl -f d corresponding to the phase difference between the received signal and the reference signal.
(2) When k = 1, that is, the received signal from the target position where the phase difference with respect to the reference signal is 0 is f kl = 0 from Equation 10, the frequency is f d in the demodulated signal. It becomes. It is the Doppler frequency f d that this frequency f d is the observation target.
(3) When k ≠ l, that is, a received signal from other than the target position has a frequency of f kl −f d in the demodulated signal. Further, as f kl increases as the distance from the target position increases, the frequency f kl −f d shifts from the Doppler frequency f d to the higher frequency side.
(4) frequency f kl is proportional to kl as shown in Equation 10 Equation, since k and l are natural numbers, an integer multiple of the frequency f N. Note that the maximum value of the frequency f kl is expressed by the following equation because the sampling interval of the demodulated signal is the time T.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図5は、復調信号の周波数スペクトラムを示す図であり、図5には、数15式の復調信号に関する周波数スペクトラムの具体例が図示されている。ドプラ信号fd1は、目標位置から得られる受信信号に含まるドプラ信号であり、k=lの場合つまり数15式においてfkl=0とした場合のドプラ信号fである。fkl=0であるため、ドプラ信号fd1は、比較的低い周波数帯域に現れる。 FIG. 5 is a diagram showing the frequency spectrum of the demodulated signal. FIG. 5 shows a specific example of the frequency spectrum related to the demodulated signal of Formula 15. Doppler signal f d1 is the Doppler signals Fukumaru the reception signal obtained from the target position, a Doppler signal f d in the case of the f kl = 0 in the case of k = l ie equation (15). Since f kl = 0, the Doppler signal f d1 appears in a relatively low frequency band.

これに対し、ドプラ信号fd2〜fd5は、目標位置以外の受信信号に含まるドプラ信号を示している。目標位置以外ではk≠lとなり、数15式のfklがfの整数倍となる。そのため、目標位置以外のドプラ信号fd2〜fd5は、周波数f,2f,3f・・・の近傍に現れる。つまり、目標位置のドプラ信号fd1に比べて、目標位置以外のドプラ信号fd2〜fd5は、比較的高い周波数帯域に現れる。 On the other hand, Doppler signals f d2 to f d5 indicate Doppler signals included in received signals other than the target position. Outside target position k ≠ l, and the equation (15) of f kl is an integer multiple of f N. Therefore, the Doppler signals f d2 to f d5 other than the target position appear in the vicinity of the frequencies f N , 2f N , 3f N. That is, compared to the Doppler signal f d1 at the target position, Doppler signals f d2 to f d5 other than the target position appear in a relatively high frequency band.

また、図5には、不要波処理部40(図1)のLPF(ローパスフィルタ)の特性70が示されている。不要波処理部40は、例えば図5に示す特性70のLPFを利用して、目標位置以外の不要波であるドプラ信号fd2〜fd5等を低減または除去する。これにより、目標位置に関する位置選択性を改善している。そこで、以下に位置選択の原理と位置選択性の改善について説明する。 FIG. 5 shows a characteristic 70 of an LPF (low-pass filter) of the unnecessary wave processing unit 40 (FIG. 1). The unnecessary wave processing unit 40 reduces or eliminates Doppler signals f d2 to f d5 that are unnecessary waves other than the target position by using, for example, the LPF having the characteristic 70 shown in FIG. Thereby, the position selectivity regarding the target position is improved. Therefore, the principle of position selection and the improvement of position selectivity will be described below.

<位置選択の原理について>
図1の超音波診断装置では、目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出するために、数1式に示される数値パターン(正弦パターンと余弦パターン)の1周期に亘って、つまりパターン長Nに亘って、復調信号が加算処理される。
<About the principle of position selection>
In the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, in order to selectively extract the Doppler information from the target position, the numerical value pattern (sine pattern and cosine pattern) represented by the equation 1 is over one period, that is, the pattern length N Then, the demodulated signal is subjected to addition processing.

数14式の復調信号Z(t)は、時間間隔Tごとにサンプリングされる。そこで、符号の番号n(0〜N−1の整数)と、符号の繰り返し回数m(0〜M−1の整数)と、各符号の時間長でもあるTを利用して、復調信号のサンプリング時刻をt=nT+mNTと表現すると、数14式から数18式が得られる。また、数10式に基づいて数19式が導かれる。 The demodulated signal Z (t) of Expression 14 is sampled at every time interval T. Therefore, using the code number n (an integer from 0 to N-1), the number of code repetitions m (an integer from 0 to M-1), and T, which is also the time length of each code, sampling of the demodulated signal When the time is expressed as t n = nT + mNT, Expression 14 is obtained from Expression 14. Moreover, Formula 19 is derived based on Formula 10.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

数19式においてm,k,l(エル)は全て整数であるため、数19式の結果は常に2πの整数倍となる。その結果を数18式に適用すると次式のとおりとなる。   In Equation 19, m, k, and l are all integers, so the result of Equation 19 is always an integral multiple of 2π. When the result is applied to Equation 18, the following equation is obtained.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出するために、数20式に示される復調信号が数値パターン(正弦パターンと余弦パターン)の1周期に亘って、つまりパターン長Nに亘って、次式に示すように加算処理される。   In order to selectively extract the Doppler information from the target position, the demodulated signal expressed by Equation 20 is expressed by the following equation over one period of the numerical pattern (sine pattern and cosine pattern), that is, over the pattern length N: As shown in FIG.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

数21式の結果に対して、初項が1で公比がrの等比級数に関する数22式の公式を適用すると、fkl=fの場合には数23式が得られ、fkl≠fの場合には数24式が得られる。 Applying the formula of Formula 22 for the geometric series having the first term of 1 and the common ratio of r to the result of Formula 21 yields Formula 23 when f kl = f d , and f kl number 24 expression is obtained when the ≠ f d.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

Figure 2012147894
Figure 2012147894

数23式または数24式により得られる信号は、周波数fの複素正弦波である。そのため、例えば、数23式または数24式を周波数解析処理することにより、周波数fつまりドプラ信号の周波数を抽出することができる。特に、目標位置からのドプラ信号が選択的に抽出される。 Signal obtained by equation 23 or equation (24) equation is a complex sine wave having a frequency f d. Therefore, for example, the frequency f d, that is, the frequency of the Doppler signal can be extracted by performing frequency analysis processing of Formula 23 or Formula 24. In particular, a Doppler signal from the target position is selectively extracted.

図6は、復調信号が加算処理される様子を示す図である。図6の(A)は、数20式の復調信号Zを時間Tごとにサンプリングした結果を複数のパルスで表現している。また図6の(B1)(B2)は、復調信号Zを1周期(Nサンプル)に亘って加算処理して得られる数23式と数24式のwを複数のパルスで表現している。 FIG. 6 is a diagram showing how the demodulated signals are added. (A) in FIG. 6 represent the results of the sampled every T the demodulated signal Z S having 20 Formula Time in multiple pulses. Further, (B1) and (B2) in FIG. 6 represent w m in Equation 23 and Equation 24 obtained by adding the demodulated signal Z S over one period (N samples) by a plurality of pulses. Yes.

数24式に示すwの電力スペクトラムは次式のように表現される。なお、数24式におけるBは定数であるので次式において省略している。 The power spectrum of w m shown in Equation 24 is expressed as the following equation. Note that B in Expression 24 is a constant and is omitted in the following expression.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

まず、固定目標から得られる電力スペクトラムの特性について確認する。固定目標の場合にはf=0であり、さらに数10式を適用すると、固定目標から得られる電力スペクトラムは次式のようになる。 First, the characteristics of the power spectrum obtained from the fixed target will be confirmed. In the case of a fixed target, f d = 0, and when Formula 10 is further applied, the power spectrum obtained from the fixed target is as follows.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

目標位置以外では、k−l≠0であるため、数26式の結果は常に0(ゼロ)となる。目標位置においてはk−l=0のためfkl=0となり、また固定目標のためf=0であり、数23式からwの振幅がNとなる。つまり、固定目標の場合には、目標位置において鋭い選択特性となる。 Since k−1 ≠ 0 except for the target position, the result of Expression 26 is always 0 (zero). Since kl = 0 at the target position, f kl = 0, and for a fixed target, f d = 0, and the amplitude of w m is N from Equation 23. That is, in the case of a fixed target, the selection characteristic is sharp at the target position.

次に、移動目標から得られる電力スペクトラムの特性について確認する。符号系列の長さ(数値パターンのパターン長)をN=200、1符号長をT=1μs(マイクロ秒)、符号系列の繰り返し長をTN=200μs、符号系列の繰り返し周波数をf=5kHzとして、数25式から得られる計算結果の具体例を示すと図7のようになる。 Next, the characteristics of the power spectrum obtained from the moving target will be confirmed. The length of the code sequence (pattern length of the numerical pattern) is N = 200, the code length is T = 1 μs (microseconds), the code sequence repetition length is TN = 200 μs, and the code sequence repetition frequency is f N = 5 kHz. FIG. 7 shows a specific example of the calculation result obtained from the equation (25).

図7は、ドプラ電力スペクトラムに関する計算結果の具体例を示す図である。つまり、数25式から、N=200,T=1μs,TN=200μs,f=5kHzの場合に得られるドプラ電力スペクトラムPに関する計算結果が図7に示されている。 FIG. 7 is a diagram illustrating a specific example of a calculation result regarding the Doppler power spectrum. That is, FIG. 7 shows the calculation result regarding the Doppler power spectrum P 1 obtained from the equation (25) when N = 200, T = 1 μs, TN = 200 μs, and f N = 5 kHz.

図7の横軸は、目標位置からの距離をk−lで表現している。つまり、目標位置においてはk=lのためその距離が0(ゼロ)となり、目標位置からずれるに従ってk−lが大きくなるため、距離も大きくなる。生体内における実際の距離は、超音波の伝播速度をcとすると数27式により得られる。なお、図7の縦軸は、電力スペクトラムPの値(相対値)を示している。 The horizontal axis in FIG. 7 represents the distance from the target position in k−1. That is, since k = 1 at the target position, the distance becomes 0 (zero), and k−1 increases as the position deviates from the target position, so the distance also increases. The actual distance in the living body can be obtained from Equation 27, where c is the ultrasonic propagation velocity. The vertical axis of FIG. 7 shows the value of the power spectrum P 1 (relative value).

Figure 2012147894
Figure 2012147894

図7には、複数のドプラ周波数fについて、各ドプラ周波数fごとに計算結果が示されている。複数のドプラ周波数fに関する全体的な特性として、目標位置つまり横軸のk−l=0の位置と、目標位置から符号系列の1周期(N=200)に相当する距離だけ離れたk−l=200の位置において、ドプラ電力スペクトラムPの値が極大値となる。なお、k−l=200の位置は、符号系列(N=200)が1周して再び一致している位置である。 Figure 7, for a plurality of Doppler frequency f d, and the calculation results are shown for each Doppler frequency f d. As overall characteristics regarding a plurality of Doppler frequencies f d , the target position, that is, the position of k−1 = 0 on the horizontal axis, and a distance k− apart from the target position by a distance corresponding to one period (N = 200) of the code sequence. in the position of the l = 200, the value of the Doppler power spectrum P 1 is the maximum value. It should be noted that the position of kl = 200 is a position where the code sequence (N = 200) makes a round and coincides again.

そして、個々のドプラ周波数fについて見ると、ドプラ周波数fが小さいほど目標位置における極大傾向が強い。特に、ドプラ周波数f=0の場合、つまり固定目標の場合には、目標位置(1周期だけ離れた位置を含む)においてのみに鋭い選択特性となることは上述したとおりである。 Then, looking at the individual of the Doppler frequency f d, the Doppler frequency f d is about maximum trend at the target position is strong small. In particular, when the Doppler frequency f d = 0, that is, in the case of a fixed target, sharp selection characteristics are obtained only at the target position (including a position separated by one cycle) as described above.

これに対し、ドプラ周波数fが大きくなるに従って、目標位置(1周期だけ離れた位置を含む)以外におけるドプラ電力スペクトラムPの値が大きくなり、目標位置における位置選択性が劣化する。 In contrast, according to the Doppler frequency f d becomes larger, the value of the Doppler power spectrum P 1 at the other target position (including one period apart position) is increased, the position selectivity in the target position is degraded.

そこで、図1の超音波診断装置では、不要波処理部40が目標位置における位置選択性の劣化を抑えて、目標位置の位置選択性を改善している。次に、位置選択性の改善について説明する。   Therefore, in the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, the unnecessary wave processing unit 40 improves the position selectivity of the target position by suppressing the deterioration of the position selectivity at the target position. Next, improvement in position selectivity will be described.

<位置選択性の改善について>
数25式に示されるドプラ電力スペクトラムPは、図1のミキサ30からLPF36,38を介して得られる数20式の復調信号を数値パターンの1周期に亘って、つまりNT時間に亘って加算処理して得られるものである。加算前の数20式は、fkl−fという周波数成分を含んでおり、数10式に示されるようにfklは周波数fの整数倍となる。
<About improvement of position selectivity>
The Doppler power spectrum P 1 shown in Formula 25 is obtained by adding the demodulated signal of Formula 20 obtained from the mixer 30 of FIG. 1 through the LPFs 36 and 38 over one period of the numerical pattern, that is, over NT time. It is obtained by processing. Formula 20 before the addition includes a frequency component of f kl −f d , and f kl is an integral multiple of the frequency f N as shown in Formula 10.

一方、必要とされる信号はk=lの条件を満足する目標位置からのドプラ信号である。例えば図6に示した単純な加算処理により、復調信号を数値パターンの1周期に亘ってNサンプルずつ加算すると、加算結果はNT時間ごとに得られる。つまり、この場合には、必要とされるドプラ信号がNT時間ごとにサンプリングされることになる。そのサンプリング周波数はfとなる。したがって、この場合に測定可能なドプラ信号の最大周波数はサンプリング定理からf/2となる。 On the other hand, the required signal is a Doppler signal from a target position that satisfies the condition of k = 1. For example, when the demodulated signal is added N samples over one period of the numerical pattern by the simple addition process shown in FIG. 6, the addition result is obtained every NT time. That is, in this case, the required Doppler signal is sampled every NT time. Its sampling frequency is f N. Therefore, the maximum frequency of the Doppler signal that can be measured in this case is f N / 2 from the sampling theorem.

このように、必要とされる目標位置に関するドプラ信号の最大周波数はf/2であるのに対して、図5に示したように、目標位置以外のドプラ信号は、周波数f,2f,3f・・・の近傍に現れる。つまり、最大周波数がf/2である目標位置のドプラ信号fd1に比べて、目標位置以外のドプラ信号fd2〜fd5は、比較的高い周波数帯域に現れる。 Thus, while the maximum frequency of the Doppler signal for the required target position is f N / 2, as shown in FIG. 5, the Doppler signals other than the target position have frequencies f N and 2f N. , 3f N ... That is, the Doppler signals f d2 to f d5 other than the target position appear in a relatively high frequency band as compared to the Doppler signal f d1 at the target position where the maximum frequency is f N / 2.

そこで、図1の不要波処理部40は、復調信号に含まれる目標位置以外の比較的高い周波数成分を不要波とし、その不要波の少なくとも一部を復調信号から除去する。そのために、不要波処理部40は、復調信号のI信号成分とQ信号成分の各々に対応したLPFを備えている。そして、これらのLPFの各々が、例えば図5に示す特性70とされる。つまり、比較的低い周波数帯域にある目標位置のドプラ信号fd1を通過させ、比較的高い周波数帯域にある目標位置以外のドプラ信号fd2〜fd5が遮断される。例えば、各LPFの遮断周波数(カットオフ周波数)がf/2に設定される。 Therefore, the unnecessary wave processing unit 40 in FIG. 1 sets a relatively high frequency component other than the target position included in the demodulated signal as an unnecessary wave, and removes at least a part of the unnecessary wave from the demodulated signal. For this purpose, the unnecessary wave processing unit 40 includes an LPF corresponding to each of the I signal component and the Q signal component of the demodulated signal. Each of these LPFs has a characteristic 70 shown in FIG. 5, for example. That is, the Doppler signal f d1 at the target position in the relatively low frequency band is allowed to pass, and the Doppler signals f d2 to f d5 other than the target position in the relatively high frequency band are blocked. For example, the cutoff frequency (cut-off frequency) of each LPF is set to f N / 2.

図1の不要波処理部40が備えるLPFの具体例としては、例えば、次式の伝達特性を備えた次数iのバタワス型LPFなどがある。次式において、fは処理される信号の周波数であり、fは遮断周波数(カットオフ周波数)である。 As a specific example of the LPF included in the unnecessary wave processing unit 40 of FIG. 1, for example, there is a Butterworth LPF of order i having the following transfer characteristic. In the following equation, f is a frequency of a signal to be processed, and f C is a cutoff frequency (cut-off frequency).

Figure 2012147894
Figure 2012147894

不要波処理部40において処理される復調信号はfkl−fという周波数成分を含んでいるため、数28式における周波数fが次式のようにfkl−fとされる。 Since the demodulated signal processed in the unnecessary wave processing unit 40 includes a frequency component of f kl −f d, the frequency f in Equation 28 is set to f kl −f d as shown in the following equation.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

数29式に示す伝達特性のLPFを復調信号に作用させてから、その復調信号を1周期(Nサンプル)に亘って加算処理して得られる信号の電力スペクトラムは、数25式と数29式から次式のように計算することができる。なお、次式では、次数i=1である1次のバタワス型LPFについて、遮断周波数をf=f/2としている。 The power spectrum of the signal obtained by applying the LPF having the transfer characteristic shown in Equation 29 to the demodulated signal and then adding the demodulated signal over one period (N samples) is expressed by Equation 25 and Equation 29. Can be calculated as: In the following equation, the cut-off frequency is set to f C = f N / 2 for the first-order Butterworth LPF having the order i = 1.

Figure 2012147894
Figure 2012147894

そして、図7における具体例と同じ条件で、つまり、符号系列の長さをN=200、1符号長をT=1μs(マイクロ秒)、符号系列の繰り返し長をTN=200μs、符号系列の繰り返し周波数をf=5kHzとし、さらに、遮断周波数をf=f/2=2.5kHzとして1次(i=1)のバタワス型LPFにより、数30式から得られる計算結果の具体例を示すと図8のようになる。 Then, under the same conditions as the specific example in FIG. 7, that is, the code sequence length is N = 200, the code length is T = 1 μs (microseconds), the code sequence repetition length is TN = 200 μs, and the code sequence repetition is A specific example of a calculation result obtained from Equation 30 using a first-order (i = 1) Butterworth LPF with a frequency of f N = 5 kHz and a cutoff frequency of f C = f N /2=2.5 kHz. As shown in FIG.

図8は、不要波を除去して得られるドプラ電力スペクトラムの具体例を示す図である。図8に示す計算結果は、数30式から得られるものであり、不要波処理部40(図1)において遮断周波数をf=f/2=2.5kHzとした1次(i=1)のバタワス型LPFを利用すること以外は、図7と同じ条件により得られている。なお、図7と同様に、図8の横軸は、目標位置からの距離をk−lで表現しており、図8の縦軸は、電力スペクトラムPの値(相対値)を示している。 FIG. 8 is a diagram illustrating a specific example of a Doppler power spectrum obtained by removing unnecessary waves. The calculation result shown in FIG. 8 is obtained from the equation (30). In the unnecessary wave processing unit 40 (FIG. 1), the cut-off frequency is set to f C = f N /2=2.5 kHz (i = 1) 7) except that the Butterworth LPF is used. 7, the horizontal axis in FIG. 8 represents the distance from the target position in k−1, and the vertical axis in FIG. 8 represents the value (relative value) of the power spectrum P 1. Yes.

また、図8においても、複数のドプラ周波数fについて、各ドプラ周波数fごとに計算結果が示されている。複数のドプラ周波数fに関する全体的な特性として、目標位置つまり横軸のk−l=0の位置と、目標位置から符号系列の1周期(N=200)に相当する距離だけ離れたk−l=200の位置において、ドプラ電力スペクトラムPの値が極大値となる。なお、k−l=200の位置は、符号系列(N=200)が1周して再び一致している位置である。 FIG. 8 also shows the calculation results for each of the Doppler frequencies f d for a plurality of Doppler frequencies f d . As overall characteristics regarding a plurality of Doppler frequencies f d , the target position, that is, the position of k−1 = 0 on the horizontal axis, and a distance k− apart from the target position by a distance corresponding to one period (N = 200) of the code sequence. in the position of the l = 200, the value of the Doppler power spectrum P 1 is the maximum value. It should be noted that the position of kl = 200 is a position where the code sequence (N = 200) makes a round and coincides again.

そして、図7の計算結果と比較すると、図8においては、目標位置(1周期だけ離れた位置を含む)以外におけるドプラ電力スペクトラムPの値が極めて小さくなっている。つまり目標位置に関する位置選択性が向上している。 Compared with the calculation result of FIG. 7, in FIG. 8, the value of the Doppler power spectrum P 1 other than the target position (including a position separated by one cycle) is extremely small. That is, the position selectivity regarding the target position is improved.

なお、数29式に示したバタワス型LPFの次数iを増加させることにより、つまり2次,3次等のバタワス型LPFを用いることにより、位置選択性をさらに改善することも可能である。もちろん、バタワス型LPFに代えて、他の公知のフィルタ、例えばチェビシェフ型、ガウシアン型(トムソン型とも呼ばれる)のLPFなどを利用してもよい。   Note that the position selectivity can be further improved by increasing the order i of the Butterworth LPF shown in Equation 29, that is, by using a second-order, third-order, etc. Butterworth LPF. Of course, other known filters such as Chebyshev type and Gaussian type (also called Thomson type) LPFs may be used instead of the Butterworth type LPF.

このように、図1の不要波処理部40においてLPFにより、復調信号に含まれる目標位置以外の比較的高い周波数成分を不要波とし、その不要波の少なくとも一部を復調信号から除去することにより、目標位置に関する位置選択性を向上させることができる。   As described above, by using the LPF in the unnecessary wave processing unit 40 of FIG. 1, a relatively high frequency component other than the target position included in the demodulated signal is made an unnecessary wave, and at least a part of the unnecessary wave is removed from the demodulated signal. Thus, position selectivity regarding the target position can be improved.

<最大ドプラ周波数の拡大について>
図1の超音波診断装置では、目標位置からのドプラ情報を選択的に抽出するために、図6にも示したように、数1式に示される数値パターン(正弦パターンと余弦パターン)の1周期に亘って、つまりパターン長Nに亘って復調信号が加算処理する。また、例えば図6に示した単純な加算処理により、復調信号を数値パターンの1周期に亘ってNサンプルずつ加算すると、加算結果はNT時間ごとに得られる。つまり、この場合には、必要とされるドプラ信号がNT時間ごとにサンプリングされることになる。そのサンプリング周波数はfとなる。したがって、この場合に測定可能なドプラ信号の最大周波数はサンプリング定理からf/2となる。これに対し、以下に説明する加算処理により、測定可能なドプラ信号の最大周波数(最大ドプラ周波数)を拡大することが可能になる。
<About expansion of maximum Doppler frequency>
In the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, in order to selectively extract the Doppler information from the target position, as shown in FIG. 6, one of the numerical patterns (sine pattern and cosine pattern) represented by Equation 1 is used. The demodulated signal is added over the period, that is, over the pattern length N. For example, when the demodulated signal is added N samples over one period of the numerical pattern by a simple addition process shown in FIG. 6, for example, an addition result is obtained every NT time. That is, in this case, the required Doppler signal is sampled every NT time. Its sampling frequency is f N. Therefore, the maximum frequency of the Doppler signal that can be measured in this case is f N / 2 from the sampling theorem. On the other hand, the maximum frequency (maximum Doppler frequency) of the measurable Doppler signal can be expanded by the addition processing described below.

図1の超音波診断装置において、合成処理部24は、パターン長Nの位相パターン(図2参照)を繰り返すように連続波の送信信号を出力する。そして、受信ミキサ30からFFT処理部50までの受信処理において、パターン長Nをp個(pは自然数)ごとにqブロック(qは自然数)に分割して、各ブロックごとに部分的な復調信号を得ることによりパターン長Nに対応したqブロックに亘る部分的な復調信号が抽出される。こうして抽出されたqブロックに亘る部分的な復調信号が周波数解析処理される。   In the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, the synthesis processing unit 24 outputs a continuous wave transmission signal so as to repeat a phase pattern having a pattern length N (see FIG. 2). Then, in the reception processing from the reception mixer 30 to the FFT processing unit 50, the pattern length N is divided into q blocks (q is a natural number) every p pieces (p is a natural number), and a partial demodulated signal for each block. Thus, a partial demodulated signal over q blocks corresponding to the pattern length N is extracted. The partial demodulated signal over the q blocks extracted in this way is subjected to frequency analysis processing.

図9は、最大ドプラ周波数を拡大する加算処理を説明するための図である。この加算処理は、ミキサ32から加算部46において処理される同相信号成分とミキサ34から加算部48において処理される直交信号成分の各々について実行される。   FIG. 9 is a diagram for explaining an addition process for enlarging the maximum Doppler frequency. This addition process is executed for each of the in-phase signal component processed by the adder 46 from the mixer 32 and the quadrature signal component processed by the adder 48 from the mixer 34.

図9には、パターン長Nの位相パターンを繰り返す連続波の送信信号を利用した場合に得られる復調信号が示されている。つまり、図9に示す復調信号列は、各ブロックごとに次々に得られる複数の部分的な復調信号を得られた順に並べた信号列である。   FIG. 9 shows a demodulated signal obtained when a continuous wave transmission signal that repeats a phase pattern having a pattern length N is used. That is, the demodulated signal sequence shown in FIG. 9 is a signal sequence in which a plurality of partial demodulated signals obtained sequentially for each block are arranged in the order in which they are obtained.

復調信号列に含まれるSUM1,SUM2,・・・,SUMqは、pビット長ごとに部分的に加算処理された復調信号(部分的な加算復調信号)を示している。例えば、SUM1は、1番目のブロックに対応した部分的な復調信号の加算結果であり、SUM2は、2番目のブロックに対応した部分的な復調信号の加算結果である。このように、各ブロックごとに復調信号が加算処理される。この加算処理は、例えば加算部46,48において実行される。パターン長Nがq個のブロックで構成されるため、パターン長Nの期間内にq個の加算結果(SUM)が得られる。   SUM1, SUM2,... SUMq included in the demodulated signal sequence indicate demodulated signals (partially added demodulated signals) that are partially added for each p bit length. For example, SUM1 is a partial demodulated signal addition result corresponding to the first block, and SUM2 is a partial demodulated signal addition result corresponding to the second block. In this way, the demodulated signal is added for each block. This addition processing is executed by the addition units 46 and 48, for example. Since the pattern length N is composed of q blocks, q addition results (SUM) are obtained within the period of the pattern length N.

そして、復調信号列内でqブロックの範囲を1ブロックずつシフトさせつつ、段階的にパターン長Nに対応したqブロックに亘る部分的な復調信号が抽出される。つまり、図9に示す信号列Y1,Y2,Y3,・・・が次々に抽出されてメモリ等に記憶される。   Then, a partial demodulated signal over q blocks corresponding to the pattern length N is extracted step by step while shifting the range of q blocks one block at a time in the demodulated signal sequence. That is, the signal strings Y1, Y2, Y3,... Shown in FIG. 9 are extracted one after another and stored in a memory or the like.

信号列Y1は、SUM1を先頭としてSUM1からSUMqまでのq個の加算結果で構成されている。そして、信号列Y1の次に抽出される信号列Y2は、SUM2を先頭としてSUM2からSUMqまでの加算結果の後にSUM1を加えたq個の加算結果で構成されている。さらに、信号列Y2の次に抽出される信号列Y3は、SUM3を先頭としてSUM3からSUMqまでの加算結果の後にSUM1とSUM2を加えたq個の加算結果で構成されている。このように、先頭ブロックが段階的にシフトされつつ、信号列Y1,Y2,Y3,・・・が次々に抽出される。   The signal string Y1 is composed of q addition results from SUM1 to SUMq with SUM1 at the head. The signal sequence Y2 extracted next to the signal sequence Y1 is composed of q addition results obtained by adding SUM1 after the addition results from SUM2 to SUMq with SUM2 as the head. Further, the signal sequence Y3 extracted next to the signal sequence Y2 is composed of q addition results obtained by adding SUM1 and SUM2 after the addition results from SUM3 to SUMq with SUM3 as the head. In this way, the signal strings Y1, Y2, Y3,... Are extracted one after another while the leading block is shifted in stages.

なお、1ビットの時間長をTとすると、pビットの時間長はpTとなり、pビットごとに得られるSUM1,SUM2,・・・の時間間隔はpTとなる。そのため、次々に抽出される信号列Y1,Y2,Y3,・・・の時間間隔もpTとなる。抽出された信号列Y1,Y2,Y3,・・・は、メモリ等に記憶され、FFT処理部50(図1)において周波数解析処理される。   If the time length of 1 bit is T, the time length of p bits is pT, and the time interval of SUM1, SUM2,... Obtained for each p bit is pT. Therefore, the time interval between the signal trains Y1, Y2, Y3,... Extracted one after another is also pT. The extracted signal sequences Y1, Y2, Y3,... Are stored in a memory or the like, and subjected to frequency analysis processing in the FFT processing unit 50 (FIG. 1).

信号列Y1,Y2,Y3,・・・は、FFT処理部50(図1)において、各信号列ごとにFFT演算される。その結果、各信号列ごとに復調信号が周波数スペクトラムに変換され、信号列Y1に対応した周波数スペクトラムSP1、信号列Y2に対応した周波数スペクトラムSP2、・・・が例えば時間間隔pTで次々に形成される。そして、周波数スペクトラムSP1〜SPqまでの結果が得られると、これらの周波数スペクトラムがFFT処理部50において加算処理される。   The signal sequences Y1, Y2, Y3,... Are subjected to an FFT operation for each signal sequence in the FFT processing unit 50 (FIG. 1). As a result, the demodulated signal is converted into a frequency spectrum for each signal sequence, and a frequency spectrum SP1 corresponding to the signal sequence Y1, a frequency spectrum SP2 corresponding to the signal sequence Y2,... Are formed one after another at a time interval pT, for example. The And if the result of frequency spectrum SP1-SPq is obtained, these frequency spectrum will be added in the FFT process part 50. FIG.

複数の信号列Y1〜Yqに対応した複数の周波数スペクトラムSP1〜SPqを加算することは、これら複数の信号列に含まれる同時刻(互いに対応する時刻)における信号同士を加算することに相当する。例えば、複数の信号列Y1〜Yqの先頭ブロック同士が加算されることに相当する。つまり、位相パターンの1周期に亘って得られるSUM1からSUMqまでの部分的な復調信号が全て加算処理されることに等しい。なお、先頭ブロック以外においても、信号列Y1〜Yqまでの複数の加算結果(SUM)が加算され、SUM1からSUMqまでの部分的な復調信号が全て加算処理されることに等しい。つまり、復調信号が数値パターンの1周期に亘って全て加算処理される。   Adding a plurality of frequency spectra SP1 to SPq corresponding to the plurality of signal sequences Y1 to Yq corresponds to adding signals at the same time (time corresponding to each other) included in the plurality of signal sequences. For example, this corresponds to the addition of head blocks of a plurality of signal sequences Y1 to Yq. In other words, this is equivalent to adding all the partial demodulated signals from SUM1 to SUMq obtained over one period of the phase pattern. In addition to the first block, a plurality of addition results (SUM) from signal sequences Y1 to Yq are added, and all partial demodulated signals from SUM1 to SUMq are added. That is, all the demodulated signals are added over one period of the numerical pattern.

周波数スペクトラムSP1〜SPqが得られると、時間間隔pT後に、次の周波数スペクトラムSP1を得ることができる。したがって、例えば、周波数スペクトラムSP1〜SPqまでの加算結果が得られてから、時間間隔pT後に、周波数スペクトラムSP2〜SPq,SP1までの加算結果を得ることができる。つまり、時間間隔pTで次々に周波数スペクトラムの加算結果を得ることができる。   When the frequency spectra SP1 to SPq are obtained, the next frequency spectrum SP1 can be obtained after the time interval pT. Therefore, for example, after the addition results for the frequency spectra SP1 to SPq are obtained, the addition results for the frequency spectra SP2 to SPq and SP1 can be obtained after the time interval pT. That is, it is possible to obtain frequency spectrum addition results one after another at time intervals pT.

図6に示した単純な加算処理と比較すると、図6においては加算結果がNT時間ごとに得られる。つまり、この場合には、必要とされるドプラ信号がNT時間ごとにサンプリングされることになる。そのサンプリング周波数はf=1/NTとなる。したがって、この場合に測定可能なドプラ信号の最大周波数はサンプリング定理から1/2NTとなる。 Compared with the simple addition process shown in FIG. 6, in FIG. 6, the addition result is obtained every NT time. That is, in this case, the required Doppler signal is sampled every NT time. The sampling frequency is f N = 1 / NT. Therefore, the maximum frequency of the Doppler signal that can be measured in this case is 1/2 NT from the sampling theorem.

これに対し、図9を利用して説明した加算処理では、加算結果がpT時間ごとに得られる。N≧pであるためpTはNT以下となる。そして、この場合に測定可能なドプラ信号の最大周波数はサンプリング定理から1/2pTとなる。つまり、最大ドプラ周波数が、図6の場合の1/2NTから、図9の加算処理により1/2pTに拡大される。   On the other hand, in the addition process described with reference to FIG. 9, an addition result is obtained every pT time. Since N ≧ p, pT is NT or less. In this case, the maximum frequency of the Doppler signal that can be measured is 1/2 pT from the sampling theorem. That is, the maximum Doppler frequency is expanded from 1/2 NT in the case of FIG. 6 to 1/2 pT by the addition process of FIG.

こうして、図1のFFT処理部50において、周波数スペクトラムSP1〜SPqの加算結果が得られると、ドプラ情報解析部52において、その加算結果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30において直交検波をしているため、流速等の極性を判断することもできる。   Thus, when the addition result of the frequency spectra SP1 to SPq is obtained in the FFT processing unit 50 of FIG. 1, the Doppler information analysis unit 52 extracts the Doppler signal from the frequency spectrum of the addition result, and based on the Doppler shift amount and the like. The flow rate of the blood flow existing at the target position is calculated. Since quadrature detection is performed in the receiving mixer 30, it is possible to determine the polarity such as the flow velocity.

さらに、最大ドプラ周波数が拡大されることに伴い、図1の不要波処理部40が備える各LPFの遮断周波数(カットオフ周波数)が調整されてもよい。例えば、拡大された最大ドプラ周波数1/2pTに応じて、システム制御部60が不要波処理部40の各LPFの遮断周波数を1/2pTに設定して、各LPFの通過帯域を制御する。これにより、不要波処理部40の各LPFが適宜に調整されて目標位置に関する位置選択性を向上させつつ、図9に示した加算処理により最大ドプラ周波数を拡大することが可能になる。   Further, as the maximum Doppler frequency is increased, the cutoff frequency (cutoff frequency) of each LPF included in the unnecessary wave processing unit 40 of FIG. 1 may be adjusted. For example, the system control unit 60 sets the cutoff frequency of each LPF of the unnecessary wave processing unit 40 to 1/2 pT according to the expanded maximum Doppler frequency 1/2 pT, and controls the passband of each LPF. Accordingly, each LPF of the unnecessary wave processing unit 40 is appropriately adjusted to improve the position selectivity regarding the target position, and the maximum Doppler frequency can be expanded by the addition process shown in FIG.

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。   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.

22A 余弦パターン処理部、22B 正弦パターン処理部、24 合成処理部、25 遅延回路、30 受信ミキサ、40 不要波処理部、46,48 加算部、50 FFT処理部、52 ドプラ情報解析部。   22A cosine pattern processing unit, 22B sine pattern processing unit, 24 synthesis processing unit, 25 delay circuit, 30 reception mixer, 40 unnecessary wave processing unit, 46, 48 addition unit, 50 FFT processing unit, 52 Doppler information analysis unit.

Claims (7)

周期的な数値パターンに基づいて得られる周期性を備え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を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、
前記数値パターンに基づいて得られる参照信号を利用して、生体内の目標位置との間の相関関係を調整しつつ受信信号に対して復調処理を施すことにより復調信号を得る復調処理部と、
目標位置から得られる比較的低い周波数成分と目標位置以外から得られる比較的高い周波数成分とを含んだ前記復調信号に対してフィルタ処理を施すことにより、前記比較的高い周波数成分の少なくとも一部を除去する不要波処理部と、
フィルタ処理された復調信号に基づいて目標位置の生体内情報を抽出する生体内情報抽出部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
A transmission signal processing unit for outputting a continuous wave transmission signal having periodicity obtained based on a periodic numerical pattern;
An ultrasonic transmission / reception unit that obtains a reception signal by transmitting an ultrasonic wave corresponding to the transmission signal to the living body and receiving the ultrasonic wave from the living body;
Using a reference signal obtained based on the numerical pattern, a demodulation processing unit that obtains a demodulated signal by performing demodulation processing on the received signal while adjusting the correlation with the target position in the living body,
Filtering the demodulated signal including a relatively low frequency component obtained from the target position and a relatively high frequency component obtained from other than the target position, thereby at least a part of the relatively high frequency component is obtained. An unnecessary wave processing section to be removed;
An in-vivo information extracting unit that extracts in-vivo information of the target position based on the demodulated signal subjected to the filter processing;
Having
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項1に記載の超音波診断装置において、
前記不要波処理部は、前記目標位置から得られる比較的低い周波数成分を通過させるローパスフィルタを備え、
前記生体内情報抽出部は、前記生体内情報として復調信号からドプラ信号を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The unnecessary wave processing unit includes a low-pass filter that passes a relatively low frequency component obtained from the target position,
The in-vivo information extraction unit extracts a Doppler signal from a demodulated signal as the in-vivo information.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項2に記載の超音波診断装置において、
前記ドプラ信号の測定可能な最大周波数に応じて前記ローパスフィルタの通過帯域が制御される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
The pass band of the low-pass filter is controlled according to the maximum measurable frequency of the Doppler signal.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
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、
前記数値パターンは、正弦関数から得られる正弦パターンと余弦関数から得られる余弦パターンであり、
前記送信信号処理部は、正弦パターンと余弦パターンを合成して得られる位相パターンに従って周期的に位相を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 3,
The numerical pattern is a sine pattern obtained from a sine function and a cosine pattern obtained from a cosine function,
The transmission signal processing unit outputs a continuous wave transmission signal whose phase is periodically changed according to a phase pattern obtained by synthesizing a sine pattern and a cosine pattern.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項4に記載の超音波診断装置において、
前記正弦パターンは、N個(Nは自然数で偶数)の位相値に対応したN個の正弦関数値で構成され、
前記余弦パターンは、当該N個の位相値に対応したN個の余弦関数値で構成され、
前記連続波の送信信号は、当該N個の位相値に対応したパターン長Nの位相パターンを備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4,
The sine pattern is composed of N sine function values corresponding to N (N is an even number) phase values,
The cosine pattern is composed of N cosine function values corresponding to the N phase values.
The continuous wave transmission signal includes a phase pattern having a pattern length N corresponding to the N phase values.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項5に記載の超音波診断装置において、
前記フィルタ処理された復調信号を周期方向に亘って加算処理するにあたり、パターン長Nをp個(pは自然数)ごとにqブロック(qは自然数)に分割し、各ブロックごとに復調信号を加算処理して部分的な加算復調信号を得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5,
When the filtered demodulated signal is added in the period direction, the pattern length N is divided into q blocks (q is a natural number) every p (p is a natural number), and the demodulated signal is added to each block. Processing to obtain a partial additive demodulated signal,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項6に記載の超音波診断装置において、
前記各ブロックごとに次々に得られる複数の部分的な加算復調信号を得られた順に並べた信号列内で、qブロックの範囲を1ブロックずつシフトさせつつ段階的に、パターン長Nを構成するqブロックに亘るq個の部分的な加算復調信号を抽出してそれらを加算処理することにより、パターン長Nに亘る復調信号の加算処理を実現する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6,
A pattern length N is formed step by step while shifting the range of q blocks one block at a time in a signal sequence in which a plurality of partial addition demodulated signals obtained sequentially for each block are arranged in the order in which they are obtained. By extracting q partial addition demodulated signals over q blocks and adding them, the addition of the demodulated signals over the pattern length N is realized.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107884770A (en) * 2016-09-29 2018-04-06 松下知识产权经营株式会社 Detection device, detection method and locator

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