JP2013039261A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続波を利用して目標位置からドプラ情報を抽出する技術において、必要とされるドプラ情報を適切に抽出する。
【解決手段】Ｂモード画像１１０内に破線で示すビームカーソルが表示され、ビームカーソルが所望の診断部位を通るように設定され、さらにビームカーソル上において所望の深さにドプラカーソル１１１が設定され、また、ドプラカーソル１１１の選択幅が設定される。この選択幅に応じてＦＭＣＷにおける周波数偏移Δｆが決定される。そして、変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが目標位置の深さｄとなるように、変調周波数ｆ_mが設定される。例えば、超音波が深さｄまでの距離を往復する間に、変調連続波の周波数が丁度１周期だけ変化するように変調周波数ｆ_mが設定される。これにより、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超えないように変調周波数ｆ_mをできる限り大きく設定することができる。
【選択図】図７

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、本願の発明者らは、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、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が提案されている。

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信号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ドプラ情報を抽出する技術において、必要とされるドプラ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変調連続波の送信信号を出力する送信処理部と、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超音波送受部と、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、目標位置に対応した復調信号を得る復調処理部と、前記復調信号から目標位置におけるドプラ情報を得るドプラ情報取得部と、を有し、前記目標位置の深さに応じて前記変調周波数を調整することを特徴とする。

上記の好適な態様によれば、目標位置の深さに応じて変調周波数が調整されるため、診断レンジの全域に合わせて変調周波数を設定する場合に比べて、変調周波数を大きくすることができ、これにより、目標位置におけるドプラ信号と不要波成分が互いに重なり合うことを抑制できる。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが前記目標位置の深さとなるように、前記変調連続波の変調周波数を基本調整する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記基本調整された変調連続波の変調周波数の周期に応じて前記目標位置の深さ方向に沿って周期的に現れる擬似目標位置に、ドプラ情報が無いと判断された場合に、当該基本調整された変調連続波を利用して前記目標位置におけるドプラ情報を得る、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記基本調整された変調連続波の変調周波数の周期に応じて前記目標位置の深さ方向に沿って周期的に現れる擬似目標位置に、ドプラ情報が有ると判断された場合に、当該基本調整された変調連続波の変調周波数を微調整して擬似目標位置の深さを修正する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記擬似目標位置にドプラ情報が無いと判断されるまで前記微調整を繰り返すことにより変調周波数を最終調整し、最終調整された変調連続波を利用して前記目標位置におけるドプラ情報を得ることを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記目標位置と擬似目標位置を含むように設定された診断レンジに応じて、前記変調周波数の１周期に対応する深さが診断レンジの深さとなるように、前記変調連続波の変調周波数を特別調整し、特別調整された変調連続波を利用して得られる受信信号に対して、擬似目標位置との間の相関関係を調整しつつ復調処理を施すことにより、擬似目標位置に対応した復調信号を取得し、これにより擬似目標位置におけるドプラ情報の有無が確認され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ドプラ情報を抽出する技術において、必要とされるドプラ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。 変調連続波の基本調整前に得られる表示画像例を示す図である。 周波数偏移Δｆと選択幅の関係を示す図である。 変調連続波の基本調整後に得られる表示画像例を示す図である。 変調周波数の微調整を説明するための図である。

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。

ドプラ情報抽出部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、ドプラ情報抽出部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。ドプラ情報抽出部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、ドプラ情報抽出部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数５式の公式を利用すると、数４式はさらに数６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、数１０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。そして、数１０式に示す結果を数８式と数９式に適用すると数１１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（直流近傍成分）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って発生する不要波成分の状態が確認される。そこで、周波数変調に伴って発生する不要波成分と、その状態を確認するための処理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、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として数１３式で表現される。さらに、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数１４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）は数１７式のように表現することができる。また、数１７式の結果について、さらに計算を進めると、数１８式のようになる。

数１８式は、復調信号に含まれるドプラ信号が、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のベッセル関数のゼロ次成分である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、直流近傍の成分（ゼロ次成分）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、変調周波数ｆ_mのゼロ次成分に対応した直流近傍のドプラ信号と変調周波数ｆ_mの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。

本実施形態においては、変調周波数ｆ_mのゼロ次成分に対応したドプラ信号（直流近傍の成分）を観測対象とし、変調周波数ｆ_mの１次成分，２次成分，３次成分，・・・を不要波成分とする。

図４に示すように、直流近傍の成分は周波数ゼロの軸を基準として時間的に変動する。また、例えば−１次成分は、周波数−ｆ_mの軸を基準として時間的に変動する。ドプラ周波数（ドプラシフト量）が小さい場合には、例えば、図４に示す時刻Ｔａにおいては、直流近傍の成分は周波数ゼロの軸の近傍にあり、また、−１次成分は周波数−ｆ_mの軸の近傍にある。これに対し、ドプラ周波数が大きくなると、例えば、図４に示す時刻Ｔｂにおいては、直流近傍の成分は変調周波数ｆ_mを超え、また、−１次成分は周波数ゼロの軸を超えている。つまり、観測対象となる直流近傍の成分の波形が変動する周波数帯域内に、−１次の不要波成分が入り込んでいる。そのため、この不要波成分が誤って観測対象と判断されてしまう可能性がある。

そこで、図１の超音波診断装置は、観測対象となるドプラ信号と不要波成分が互いに重なり合う現象を軽減するために、望ましくは互いに重なり合うことが無くなるように、変調連続波を調整する。以下にその調整処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。

＜変調連続波の調整処理について＞
図５は、変調連続波の基本調整前に得られる表示画像例を示す図である。表示画像１０１は、図１の表示部４６に表示される画像であり、Ｂモード画像１１０とドプラ画像１２０を含んでいる。Ｂモード画像１１０は、例えば図１の超音波診断装置において、連続波の送信信号に換えてパルス波の送信信号が利用され、公知のＢモード画像形成処理により形成される。

ＦＭＣＷによるドプラ計測を行う際には、それに先立ってＢモード画像１１０が形成され、そして、Ｂモード画像１１０内に破線で示すビームカーソルが表示され、例えばユーザがビームカーソルを所望の診断部位を通るように設定し、さらにビームカーソル上においてユーザが所望の深さにドプラカーソル１１１を設定する。また、ユーザは、ドプラカーソル１１１の選択幅、つまり破線で示すビームカーソルに沿った目標位置の幅を設定する。この選択幅に応じてＦＭＣＷにおける周波数偏移Δｆ（数１式参照）が決定される。

図６は、周波数偏移Δｆと選択幅の関係を示す図であり、横軸を周波数偏移Δｆとして縦軸に選択幅を示し、計算により得られた互いの関係が示されている。例えば、図６に示す計算結果を利用することにより、ユーザが設定した選択幅に対応した周波数偏移Δｆを決定することができる。

図５に戻り、ドプラカーソル１１１の選択幅が設定され、それに応じた周波数偏移Δｆが決定されると、ユーザにより診断レンジＬが設定され、それに応じて変調周波数ｆ_mが決定される。診断レンジＬは深さ０（ゼロ）から深さＬまでの診断範囲の全域幅である。例えば、Ｂモード画像１１０の表示レンジ（深さ０から最深部までの長さ）とＦＭＣＷ計測における診断レンジＬが同じ設定値であってもよい。

診断レンジＬ（ｃｍ）に対応した変調周波数ｆ_m（Ｈｚ）は、例えば、変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが診断レンジの深さＬとなるように設定される。具体的には、例えば超音波が深さＬまでの距離を往復（距離にして２×Ｌ）する間に、変調連続波の変調周波数が丁度１周期だけ変化するように、変調周波数ｆ_mが次式のように設定される。なお、ｃは音速であり例えば１５３０（ｍ／ｓ）である。

そして、ドプラカーソル１１１の位置、例えばドプラカーソル１１１の選択幅の中央位置の深さｄが目標位置とされ、目標位置の深さｄに応じて遅延回路２５（図１）の遅延量が設定されて、ＦＭＣＷによるドプラ計測が開始される。

図５に示すドプラ画像１２０は、そのドプラ計測により得られる目標位置（ドプラカーソル１１１の位置）におけるドプラ信号の時間変化波形（図４参照）を示す画像である。ＦＭＣＷにおいて計測される目標位置のドプラ信号は、図４において説明したように、必要とされるドプラ信号（直流近傍の成分）の周波数が変調周波数ｆ_mを超えると、不要波成分の周波数領域に入り込む。また、周波数が変調周波数ｆ_mを超えると、−１次成分の不要波が必要とされるドプラ信号の周波数領域に入り込む。つまり、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超えると、必要とされるドプラ信号Ｄと不要波成分が互いに重なり合い、ユーザがこれらを混同してしまう恐れがある。

そこで、本実施形態においては、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超え難いように、望ましくは、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超えることが無いように、変調周波数ｆ_mができる限り大きくなるように調整される。

図７は、変調連続波の基本調整後に得られる表示画像例を示す図である。図５の表示画像例と同様に、図７の表示画像１０１は、図１の表示部４６に表示される画像であり、Ｂモード画像１１０とドプラ画像１２０を含んでいる。

基本調整においても、ＦＭＣＷによるドプラ計測を行う際には、それに先立ってＢモード画像１１０が形成される。そして、Ｂモード画像１１０内に破線で示すビームカーソルが表示され、例えばユーザがビームカーソルを所望の診断部位を通るように設定し、さらにビームカーソル上においてユーザが所望の深さにドプラカーソル１１１を設定する。また、ユーザはドプラカーソル１１１の選択幅、つまり破線で示すビームカーソルに沿った目標位置の幅を設定する。この選択幅に応じてＦＭＣＷにおける周波数偏移Δｆ（数１式と図６参照）が決定される。

そして、ドプラカーソル１１１の選択幅が設定され、それに応じた周波数偏移Δｆが決定されると、基本調整においては、変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが目標位置の深さｄとなるように、変調連続波の変調周波数ｆ_mが設定される。例えば、超音波が深さｄまでの距離を往復（距離にして２×ｄ）する間に、変調連続波の変調周波数が丁度１周期だけ変化するように、変調周波数ｆ_mが次式のように設定される。なお、ｃは音速であり例えば１５３０（ｍ／ｓ）である。

数２０式と数１９式を比較すると、Ｌ≧ｄであるため、数２０式により得られる変調周波数ｆ_mが数１９式の変調周波数ｆ_m以上となる。つまり、図７における基本調整後の変調周波数ｆ_mが、図５における基本調整前の変調周波数ｆ_m以上となる。

そして、図７においても、ドプラカーソル１１１の位置、例えばドプラカーソル１１１の選択幅の中央位置の深さが目標位置とされ、目標位置の深さｄに応じて遅延回路２５（図１）の遅延量が設定されて、ＦＭＣＷによるドプラ計測が開始される。

図７に示すドプラ画像１２０は、そのドプラ計測により得られる目標位置（ドプラカーソル１１１の位置）におけるドプラ信号の時間変化波形を示す画像である。図５と比較して、図７においては変調周波数ｆ_mが大きく設定されているため、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超えておらず、従って、必要とされるドプラ信号Ｄと不要波成分が互いに重なり合っていない。

このように、目標位置の深さｄに応じて変調周波数ｆ_mを設定（基本調整）することにより、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超え難いように、望ましくは、ドプラ周波数が変調周波数ｆ_mを超えないように、変調周波数ｆ_mをできる限り大きく設定することができる。

但し、目標位置の深さｄに応じて変調周波数ｆ_mを調整することにより、診断レンジＬ内において、目標位置の深さ方向に沿って周期的に擬似的な目標位置（擬似目標位置）が現れる。これは、診断レンジＬ内において変調連続波が深さＬまでの距離を往復する際に変調周波数の１周期以上に亘って変調連続波の周波数が変化し、目標位置以外にも参照信号と相関関係の強い位置が周期的に現れるためである。そして、擬似目標位置に移動体などが存在してドプラ情報が有ると、目標位置におけるドプラ情報と擬似目標位置のドプラ情報とが混在した状態で計測されてしまう。そこで、本実施形態においては、擬似目標位置にドプラ情報が有る場合に、基本調整された変調周波数ｆ_mがさらに微調整されて擬似目標位置の深さが修正される。

図８は、変調周波数の微調整を説明するための図である。図８（Ａ）は、変調周波数を微調整する前の設定状態を示している。つまり、Ｂモード画像１１０を利用して破線で示すビームカーソルが設定され、そのビームカーソル上において深さｄの位置にドプラカーソル１１１が設定されている。

基本調整（図７参照）により目標位置の深さｄに応じて変調周波数ｆ_mを設定し、ＦＭＣＷによるドプラ計測を行うと、診断レンジＬ内において変調連続波が深さＬまでの距離を往復する際に変調周波数の１周期以上に亘って変調連続波の周波数が変化し、目標位置以外にも参照信号と相関関係の強い位置が周期的に現れる。つまり、変調連続波の変調周波数の１周期に対応した深さをｄｍとすると、目標位置である深さｄから深さ周期ｄｍごとに擬似的な目標位置（擬似目標位置）が現れる。図８（Ａ）において、破線の擬似カーソル１１２が擬似目標位置を示している。

そのため、擬似目標位置に移動体などが存在する状態で、ＦＭＣＷによるドプラ計測を行うと、目標位置におけるドプラ情報と擬似目標位置のドプラ情報とが混在した状態で計測されてしまう。

そこで、本実施形態においては、微調整に先立って、擬似目標位置におけるドプラ情報の有無が確認される。その確認においては、まず、変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが診断レンジの深さＬとなるように、例えば数１９式に基づいて変調周波数ｆ_mが設定（特別調整）される。なお、周波数偏移Δｆは、ドプラカーソル１１１の選択幅に応じて固定されたままでよい。

次に、特別調整された変調周波数ｆ_mの変調連続波を利用してＦＭＣＷによるドプラ計測を行い、擬似目標位置におけるドプラ信号を計測する。つまり、図８（Ａ）の例において、深さ（ｄ＋ｄｍ）の位置に合わせて遅延回路２５（図１）の遅延量が設定されてＦＭＣＷによるドプラ計測が行われ、さらに、深さ（ｄ＋２ｄｍ）の位置に合わせて遅延回路２５（図１）の遅延量が設定されてＦＭＣＷによるドプラ計測が行われる。

そして、深さ（ｄ＋ｄｍ）と深さ（ｄ＋２ｄｍ）のいずれにもドプラ信号が無ければ、擬似目標位置にドプラ情報が無いと判断され、微調整は行わずに、基本調整（図７参照）により目標位置の深さｄに応じて設定された変調周波数ｆ_mでＦＭＣＷのドプラ計測が行われる。この場合には、擬似目標位置からのドプラ情報が混在しない状態で、目標位置である深さｄにおけるドプラ情報が計測できる。

これに対し、深さ（ｄ＋ｄｍ）と深さ（ｄ＋２ｄｍ）の少なくとも一方にドプラ信号が有れば、擬似目標位置にドプラ情報が有ると判断されて微調整が行われる。つまり、基本調整（図７参照）により目標位置の深さｄに応じて設定された変調周波数ｆ_mが少しだけ小さくなるように、例えば微調整前の９０パーセント程度の大きさに微調整される。

図８（Ｂ）は、変調周波数を微調整した後の設定状態を示している。変調周波数ｆ_mが少しだけ小さくなるように微調整されると、変調周波数ｆ_mの１周期に対応した深さの周期ｄｍはそれに応じて少しだけ大きくなる。それに伴い、目標位置である深さｄから深さ周期ｄｍごとに現れる擬似目標位置の深さも少しだけずれる。例えば、図８（Ａ）に示す擬似カーソル１１２の位置から、図８（Ｂ）に示す擬似カーソル１１２の位置に、擬似目標位置の深さが修正される。もちろん、目標位置の深さｄは、微調整の前後で変更されない。

そして、再び、診断レンジの深さＬに合わせて特別調整された変調周波数ｆ_mの変調連続波を利用してＦＭＣＷによるドプラ計測を行い、修正された擬似目標位置におけるドプラ信号を計測する。つまり、図８（Ｂ）の例においては、深さ（ｄ＋ｄｍ）の位置に合わせて遅延回路２５（図１）の遅延量が設定されてＦＭＣＷによるドプラ計測が行われる。

なお、図８（Ｂ）の例においても、深さ（ｄ＋２ｄｍ）の位置に擬似目標位置が現れるものの、診断レンジＬの外側であるため、その擬似目標位置から得られるドプラ信号は無視できる程度に微弱であると判断される。もちろん、深さ（ｄ＋２ｄｍ）の位置におけるドプラ信号を念のため確認するようにしてもよい。

そして、深さ（ｄ＋ｄｍ）にドプラ信号が無ければ、擬似目標位置にドプラ情報が無いと判断され、微調整された変調周波数ｆ_mにより、ＦＭＣＷのドプラ計測が行われる。この場合には、擬似目標位置からのドプラ情報が混在しない状態で、目標位置である深さｄにおけるドプラ情報が計測できる。

一方、深さ（ｄ＋ｄｍ）にドプラ信号が有れば、擬似目標位置にドプラ情報が有ると判断され、さらに微調整が行われる。つまり、微調整された変調周波数ｆ_mがさらに少しだけ小さくなるように微調整される。

こうして、擬似目標位置にドプラ情報が無いと判断されるまで微調整を繰り返すことにより、変調連続波の変調周波数ｆ_mを最終調整し、最終調整された変調連続波を利用して目標位置の深さｄにおけるドプラ信号が計測される。

このように、本実施形態によれば、変調周波数ｆ_mをできる限り大きく設定することにより、必要とされるドプラ信号と不要波成分とが互いに重なり合うことを抑制しつつ、変調周波数ｆ_mを微調整することにより、目標位置におけるドプラ信号と擬似目標位置におけるドプラ信号が混在して計測されることを回避することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態等は、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。

２０ ＦＭ変調器、２２ ＲＦ波発振器、２４ 変調波生成部、２５ 遅延回路、３０ 受信ミキサ、４２ ＦＦＴ処理部、４４ ドプラ情報抽出部、４６ 表示部。

Claims (6)

1. 変調周波数に応じて周期的に周波数を変化させた変調連続波の送信信号を出力する送信処理部と、
   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超音波送受部と、
   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、目標位置に対応した復調信号を得る復調処理部と、
   前記復調信号から目標位置におけるドプラ情報を得るドプラ情報取得部と、
   を有し、
   前記目標位置の深さに応じて前記変調周波数を調整する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記変調連続波の変調周波数の１周期に対応する深さが前記目標位置の深さとなるように、前記変調連続波の変調周波数を基本調整する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記基本調整された変調連続波の変調周波数の周期に応じて前記目標位置の深さ方向に沿って周期的に現れる擬似目標位置に、ドプラ情報が無いと判断された場合に、当該基本調整された変調連続波を利用して前記目標位置におけるドプラ情報を得る、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項２または３に記載の超音波診断装置において、
   前記基本調整された変調連続波の変調周波数の周期に応じて前記目標位置の深さ方向に沿って周期的に現れる擬似目標位置に、ドプラ情報が有ると判断された場合に、当該基本調整された変調連続波の変調周波数を微調整して擬似目標位置の深さを修正する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、
   前記擬似目標位置にドプラ情報が無いと判断されるまで前記微調整を繰り返すことにより変調周波数を最終調整し、最終調整された変調連続波を利用して前記目標位置におけるドプラ情報を得る、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項３から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記目標位置と擬似目標位置を含むように設定された診断レンジに応じて、前記変調周波数の１周期に対応する深さが診断レンジの深さとなるように、前記変調連続波の変調周波数を特別調整し、
   特別調整された変調連続波を利用して得られる受信信号に対して、擬似目標位置との間の相関関係を調整しつつ復調処理を施すことにより、擬似目標位置に対応した復調信号を取得し、
   これにより、擬似目標位置におけるドプラ情報の有無が確認される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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