JP2014094147A - Ultrasonic diagnostic device, and ultrasonic diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置及び方法に関し、特に、パラメトリック超音波を用いた超音波診断装置及び方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and method, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus and method using parametric ultrasonic waves.
近年、非線形超音波の利用が盛んになり、特にその高調波利用の画像形成技術は、すでに心エコー診断についてはハーモニックイメージングとして医用画像診断装置に応用されている。また、非線形超音波の一種であるサブハーモニック信号は、造影超音波として利用されている。ハーモニックイメージングに用いられる高調波は、基本周波数f0に対して、2・f0あるいは3・f0の周波数成分を有する信号であり、通常f0は、1MHz〜5MHzである。造影超音波に用いられるサブハーモニック信号は、基本周波数f0に対して、その整数分の1の周波数(1/n)・f0(nは、2以上の整数)であり、通常、f0は、1〜10MHz、n=2である。 In recent years, the use of non-linear ultrasonic waves has become popular, and image forming technology using harmonics in particular has already been applied to medical image diagnostic apparatuses as harmonic imaging for echocardiographic diagnosis. A subharmonic signal, which is a kind of nonlinear ultrasound, is used as contrast ultrasound. The harmonic used for harmonic imaging is a signal having a frequency component of 2 · f 0 or 3 · f 0 with respect to the fundamental frequency f 0 , and usually f 0 is 1 MHz to 5 MHz. The subharmonic signal used for contrast-enhanced ultrasound has a frequency (1 / n) · f 0 (n is an integer of 2 or more) of an integer of the fundamental frequency f 0 , and usually f 0 Is 1 to 10 MHz and n = 2.
これら高調波やサブハーモニックは、いずれも非線形信号であるため、信号レベルは基本波に対して20dB程度低い。信号レベルは、コントラスト分解能に関与するサイドローブが目立つほど小さいながら、同じ周波数の基本波よりも焦点以遠の減衰を小さくすることができるので、信号の深達度をとることができる。また、高調波やサブハーモニックは、近距離での音圧変動が小さく、多重反射によるアーティファクトが発生しにくいという特徴を有しており、超音波画像構築に好適で、鮮明な超音波診断画像の形成が可能となる。 Since these harmonics and subharmonics are all non-linear signals, the signal level is about 20 dB lower than the fundamental wave. Although the signal level is so small that the side lobe involved in the contrast resolution is conspicuous, the attenuation beyond the focal point can be made smaller than that of the fundamental wave of the same frequency, so that the depth of the signal can be taken. In addition, harmonics and subharmonics are characterized by small fluctuations in sound pressure at short distances and are less prone to artifacts due to multiple reflections. Formation is possible.
一方、非線形超音波の一種であるパラメトリック超音波は、超指向性スピーカ(パラメトリックスピーカ)として実用化され、利用されている。パラメトリックスピーカでは、周波数f1の基本波成分及び周波数f2の基本波成分を有する2つの超音波を混合し、音声信号で変調した超音波信号を空気中に送信すると、差周波数|f1−f2|を有するパラメトリック超音波が発生し、伝搬する。パラメトリック超音波が空中を伝搬することによって、変調信号の音声信号部分が復調されて音声として認識される。パラメトリック超音波は、同じ周波数の基本波に比べて、超音波ビームのビーム幅が小さいので、超指向性のスピーカが実現される。 On the other hand, parametric ultrasound, which is a kind of nonlinear ultrasound, has been put into practical use as a super-directional speaker (parametric speaker). In a parametric speaker, when two ultrasonic waves having a fundamental wave component having a frequency f 1 and a fundamental wave component having a frequency f 2 are mixed and an ultrasonic signal modulated with an audio signal is transmitted into the air, the difference frequency | f 1 − Parametric ultrasound with f 2 | is generated and propagates. As the parametric ultrasonic wave propagates through the air, the voice signal portion of the modulated signal is demodulated and recognized as voice. Parametric ultrasonic waves have a smaller beam width of the ultrasonic beam than a fundamental wave having the same frequency, so that a super-directional speaker is realized.
特許文献1〜特許文献3には、超音波画像処理に関する技術が記載されている。
特許文献1には、中心周波数に一定幅の周波数の振幅変調をかけた振幅変調波(又は2つの周波数成分をもつ超音波)を送波する送波部と、被検体からのエコーを受波する受波部を具備する超音波プローブと、被検体内で発生する少なくとも差周波数成分を含むエコーを受波して超音波画像を得る信号処理手段と、信号処理手段の出力を表示する表示手段とを具備する超音波診断装置が記載されている。特許文献1では、送波周波数の上限は、送波超音波周波数f0の1/2程度のものが好ましいとしており、たとえば、繰り返し周波数が4kHz、f0が2MHzであれば、周波数帯域は40Hz〜1MHzとなる。そして、実用的には、100Hz〜500kHz程度でもAモード(Amplitude Mode)像を観測するには十分であるとして、送信周波数とパラメトリック超音波信号の周波数の関係を例示している。しかしながら、超音波イメージとして必要なのはBモード(Brightness Mode)像であり、特許文献1に記載された超音波診断装置で用いられている100Hz〜500kHz程度では診断に必要な超音波伝搬方向の分解能が得られず、高信頼性の超音波診断像が得られないという問題がある。
In
また、特許文献1には、超音波プローブとして、同心円状に2分割され、内側の部分を送波部として超音波を送波し、外側の部分を受波部としてエコーを受波するものを用いると、受波効率を高めることができる旨の記載がされている。ここで、たとえばパラメトリック受信信号の周波数をBモード像形成に最適な100kHzとし、受信用圧電振動子として一般的なPZTセラミクスを用いる場合を考える。この場合には、共振応答によって100kHzの周波数信号に高効率で応答させるために、PZTセラミクスでは、15mm程度もの厚さが必要となる。さらに、ダンピング層も、15mm以上の厚さが必要となり、超音波内視鏡など小型化が必要な用途には向かないという問題がある。
特許文献2には、1つ以上の超音波振動子から照射した超音波を順次受信して表示装置で表示する超音波診断装置において、患部の形状等を明確に表示できず、輪郭がぼんやりとした画像しか得られないことを改善する技術が記載されている。すなわち、第1の周波数の超音波を人体の患部に向けて照射するとともに、第1の超音波振動子からの照射方向に対し所望の角度で第2の超音波振動子から第2の周波数の超音波を照射する。そして、第1の超音波振動子で患部から反射された第1及び第2の周波数を含む反射波を受信し、その差周波数信号、和周波数信号、及びそれらの高調波あるいは分周波を重ねて受信する。これらを1つの表示装置に表示し、患部の位置や輪郭を明確に表示できるとする。しかしながら、差周波数や分周波数超音波は、周波数が低いため、超音波伝搬方向の空間分解能が低下するという問題がある。さらに超音波送受信センサが一体でないため、通常の体外エコー診断や超音波内視鏡診断には適用できないとの問題もある。
In
特許文献3には、無線通信システムを超音波診断装置に応用する技術が記載されている。この超音波診断装置は、超音波センサ、モータ、超音波送受信器、高速データサンプリングモジュール、モータ・コントローラ及びマスタ制御モジュールからなるワイヤレス超音波スキャナである。超音波センサによって取得された超音波の受信信号は、超音波送受波器によって増幅され、高速データサンプリングモジュールによって、RF信号に変換されて無線でマスタ制御モジュールに伝送される。マスタ制御モジュールによって、走査モードをセット等し、制御信号等を高速データサンプリングモジュールに無線伝送する。また、高速データサンプリングモジュールは、A/Dコンバータ等を含むデジタル信号処理回路であり、無線通信インタフェースは、Bluetooth(登録商標)等であることが記載されている。しかしながら、特許文献3には無線通信の使用周波数帯域について明示がなく、医療分野で用いられることが多い1〜10MHzの周波数の超音波を想定しているものと考えると、無線通信インタフェースへの負荷が大き過ぎるとの問題がある。
そこで、高い超音波伝搬方向の分解能を実現しつつ、小型化を可能とする超音波診断装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be miniaturized while realizing high resolution in the ultrasonic propagation direction.
本発明に係る超音波診断装置は、第1の周波数特性を有する第1の駆動信号と、第2の周波数特性を有する第2の駆動信号との加算駆動信号を形成し、加算駆動信号を超音波信号に変換し、超音波信号を被測定媒体内に向けて送信する超音波送信手段と、加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び加算駆動信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに被測定媒体内に発生し、伝搬するパラメトリック超音波信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換する超音波受信手段と、パラメトリック受信信号から基本波成分を除去する基本波成分除去手段と、基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させる空間分解能改善手段と、空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成する信号処理手段とを備える。 An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention forms an addition drive signal of a first drive signal having a first frequency characteristic and a second drive signal having a second frequency characteristic, and superimposes the addition drive signal. An ultrasonic wave transmitting means for converting the ultrasonic wave signal into the medium to be measured, a first ultrasonic signal generated by the first drive signal component of the addition drive signal, and the addition drive signal An ultrasonic receiving means for receiving and propagating a parametric ultrasonic signal generated and propagated in the medium to be measured along with the propagation of the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component; and parametric reception Fundamental wave component removing means for removing the fundamental wave component from the signal, spatial resolution improving means for improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric reception signal from which the fundamental wave component has been removed, And a signal processing means for resolution to form an ultrasound image based on improved parametric received signal.
本発明の超音波診断装置は、好ましくは、超音波送信手段は、環状のコンポジット圧電体によって形成された圧電振動子を含み、超音波受信手段は、超音波送信手段の環状の内径部に配設される多孔質ポリプロピレンによって形成された膜状圧電振動子を含み、圧電振動子及び膜状圧電振動子は、一体として形成された超音波トランスデューサである。さらに、超音波受信手段は、膜状圧電振動子からの電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ手段と、チャージアンプ手段からの電圧信号からノイズを除去するフィルタ手段とを有しており、これらが一体として形成されていることが好ましい。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, preferably, the ultrasonic transmission means includes a piezoelectric vibrator formed of an annular composite piezoelectric body, and the ultrasonic reception means is arranged on an annular inner diameter portion of the ultrasonic transmission means. The piezoelectric vibrator and the film-shaped piezoelectric vibrator are ultrasonic transducers that are integrally formed, including a film-shaped piezoelectric vibrator formed of porous polypropylene. Furthermore, the ultrasonic wave receiving means has charge amplifier means for converting a charge signal from the film-like piezoelectric vibrator into a voltage signal, and filter means for removing noise from the voltage signal from the charge amplifier means. Are preferably formed integrally.
また、本発明に係る超音波診断装置は、第1の周波数特性を有する第1の駆動信号と、第2の周波数特性を有する第2の駆動信号との加算駆動信号を形成し、加算駆動信号を超音波信号に変換し、超音波信号を被測定媒体内に向けて送信する超音波送信手段と、加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び加算信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに被測定媒体内に発生し、伝搬するパラメトリック超音波信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換する超音波受信手段と、受信されたパラメトリック受信信号を無線信号に変換し送信する無線送信インタフェース手段と、送信された無線信号を受信し有線受信信号に変換する無線受信通信インタフェース手段とを有する無線通信インタフェース手段と、変換されたパラメトリック受信信号から基本波成分を除去する基本波成分除去手段と、基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させる空間分解能改善手段と、空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成する信号処理手段とを備える。 In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention forms an addition drive signal of the first drive signal having the first frequency characteristic and the second drive signal having the second frequency characteristic, and the addition drive signal Is converted into an ultrasonic signal, and the ultrasonic transmission means for transmitting the ultrasonic signal toward the medium to be measured, the first ultrasonic signal generated by the first drive signal component of the addition drive signal, and the addition signal Ultrasonic wave receiving means for receiving and propagating a parametric ultrasonic signal generated in the medium to be measured along with the propagation of the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component of A wireless transmission interface means for converting the received parametric reception signal into a wireless signal and transmitting it, and a wireless reception communication interface means for receiving the transmitted wireless signal and converting it into a wired reception signal Wireless communication interface means, fundamental wave component removing means for removing the fundamental wave component from the converted parametric reception signal, and spatial resolution improvement for improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric reception signal from which the fundamental wave component has been removed Means and signal processing means for forming an ultrasound image based on the parametric received signal with improved spatial resolution.
また、本発明に係る超音波診断方法は、超音波送信手段によって、第1の周波数を有する第1の駆動信号と、第2の周波数を有する第2の駆動信号との加算駆動信号を形成し、加算駆動信号を超音波信号に変換し、超音波信号を被測定媒体内に向けて送信するステップと、超音波受信手段によって、加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び加算駆動信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに被測定媒体内に発生し、伝搬するパラメトリック受信信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換するステップと、基本波成分除去手段によって、パラメトリック受信信号から基本波成分を除去するステップと、空間分解能改善手段によって、基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させるステップと、信号処理手段によって、空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成するステップとを有する。 In the ultrasonic diagnostic method according to the present invention, an addition drive signal of the first drive signal having the first frequency and the second drive signal having the second frequency is formed by the ultrasonic transmission means. The step of converting the addition drive signal into an ultrasonic signal and transmitting the ultrasonic signal toward the medium to be measured, and the first receiving signal component generated by the first drive signal component of the addition drive signal by the ultrasonic receiving means A parametric reception signal generated and propagated in the medium to be measured along with the propagation of the ultrasonic signal and the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component of the addition drive signal is received and converted into a parametric reception signal. A step of removing the fundamental wave component from the parametric received signal by the fundamental wave component removing means, and a parameter of which the fundamental wave component has been removed by the spatial resolution improving means. Tsu has a step to improve the spatial resolution of the ultrasonic wave propagation direction of the click received signal, by signal processing means, and forming an ultrasonic image based on a parametric received signal spatial resolution is improved.
本発明によれば、パラメトリック受信信号から基本波成分を除去する基本波成分除去手段と、基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させる空間分解能改善手段とを備えることによって、超音波伝搬軸方向の空間分解能を改善させることができる。 According to the present invention, the fundamental wave component removing means for removing the fundamental wave component from the parametric received signal, and the spatial resolution improving means for improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric received signal from which the fundamental wave component has been removed. By providing, the spatial resolution in the ultrasonic propagation axis direction can be improved.
また、圧電振動子、膜状圧電振動子が一体として形成された超音波トランスデューサであり、更に、チャージアンプ手段と、フィルタ手段とが超音波トランスデューサと一体として構成することによって、小型、軽量な超音波トランスデューサを含む超音波プローブを実現することも可能となる。 Further, the ultrasonic transducer is formed by integrating the piezoelectric vibrator and the film-like piezoelectric vibrator, and further, the charge amplifier means and the filter means are configured integrally with the ultrasonic transducer, thereby reducing the size and weight of the ultrasonic transducer. It is also possible to realize an ultrasonic probe including an acoustic transducer.
また、本発明の超音波診断装置は、比較的低周波のパラメトリック超音波を用いて信号処理を行うので、少ない負担で無線通信インタフェースを用いることができ、分解能の高い超音波画像を生成することができる。 In addition, since the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention performs signal processing using relatively low-frequency parametric ultrasonic waves, a wireless communication interface can be used with a small burden, and an ultrasonic image with high resolution can be generated. Can do.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序で説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1.第1の実施の形態における超音波診断装置の構成例
1−1.超音波診断装置の構成例
1−2.超音波トランスデューサの構成例
1−3.超音波受信用の圧電振動子
1−4.受信回路の構成例
1−5.信号処理回路の構成例
2.超音波診断装置の動作原理及び動作
2−1.パラメトリック超音波信号の特長
2−2.超音波診断装置の動作
2−3.パルス圧縮技術
3.第2の実施の形態における超音波診断装置の構成例
4.第3の実施の形態における超音波診断装置の構成例
5.第4の実施の形態における超音波診断装置の構成例
1. 1. Configuration example of ultrasonic diagnostic apparatus according to first embodiment 1-1. Configuration example of ultrasonic diagnostic apparatus 1-2. Configuration example of ultrasonic transducer 1-3. Piezoelectric vibrator for ultrasonic reception 1-4. Configuration example of receiving circuit 1-5. 1. Configuration example of
1.第1の実施の形態における超音波診断装置の構成例
1−1.超音波診断装置の構成例
本発明が適用された超音波診断装置101Aは、図1に示すように、超音波を発生する信号発生回路3と、生成された超音波を生体組織5内に送信するリング状圧電振動子2と、生体組織5内の異常組織6等からの超音波の反射を受信する円板状圧電振動子7とを備える。また、超音波診断装置101Aは、円板状圧電振動子7で受信した超音波信号の受信処理をする受信回路9と、受信回路9によって受信処理された超音波信号の基本波成分を除去する信号処理回路12と、参照信号発生回路11により生成された参照信号と信号処理回路12から出力される信号との相互相関処理を行う乗算回路10とを備える。また、超音波診断装置101Aは、生体組織5内に送信する超音波の位置を特定するために、超音波トランスデューサ1の位置を特定し、その位置特定信号を生成する位置特定センサ30と、位置特定センサ30の位置情報データ及び乗算回路10の演算結果データを処理して超音波画像を構成する画像信号を生成する画像処理回路13とを備える。好ましくは、画像処理回路13の画像信号データを入力して画像を表示するディスプレイ14を備える。
1. 1. Configuration example of ultrasonic diagnostic apparatus according to first embodiment 1-1. Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic Device An ultrasonic
リング状圧電振動子2と円板状圧電振動子7とは、好ましくは、同一ハウジング内に一体化されて超音波トランスデューサ1を構成し、超音波トランスデューサ1は、より好ましくは、受信回路9と一体とされてプローブの主要部をなす。
The ring-shaped
信号発生回路3は、第1の周波数f1の第1の超音波信号S1を生成する第1の超音波信号発生部3Aと、第2の周波数f2の第2の超音波信号S2を生成する第2の超音波信号発生部3Bと、第1及び第2の超音波信号S1,S2の加算信号を生成する加算器3Cとを有する。第1及び第2の超音波信号S1,S2は、後述するように、好ましくは、所定のインタバル周期を有し、開始周波数及び終了周波数とも周波数が相違するチャープ信号である。また、信号発生回路3は、駆動回路において、第1及び第2の超音波S1,S2を加算器3Cによって加算して、加算信号S+=S1+S2を生成し、加算信号S+とは位相が180°異なる反転信号S−=−(S1+S2)を生成して、駆動回路3Dによって、それぞれ所定の電圧増幅を行った後、送信用の圧電振動子であるリング状圧電振動子2を駆動する。
Signal generating
受信回路9は、生体組織内を伝搬してきたパラメトリック超音波信号を受信する円板状圧電振動子7により変換された圧電信号を、インピーダンス変換し、増幅して後段回路に渡す。
The receiving
信号処理回路12は、受信回路9によって受信され受信処理されたパラメトリック超音波信号のうち基本波成分を除去し、差周波数成分のみを抽出する。
The
乗算回路10は、参照信号発生回路11とともに、基本波成分が除去されたパラメトリック超音波信号の相互相関処理を行うことによって、パルス圧縮を行い、超音波伝搬方向の分解能を改善させる。
The
位置特定センサ30は、超音波トランスデューサ1が含まれるプローブ内に配設され、超音波トランスデューサ1の生体組織5上の位置を特定する情報を取得し、位置特定情報データを画像処理回路13に送る。位置特定センサ30は、たとえば磁気センサを用いて構成される。
The
画像処理回路13は、伝搬方向の空間分解能が改善された超音波信号データと、位置特定センサ30によって生成された位置情報信号データとを入力して、画像表示するための画像信号を生成し、この画像信号にしたがって超音波画像データを生成する。画像処理回路13は、たとえば、スキャンコンバータにより実現される。なお、画像処理回路13から出力される超音波画像データを、上述のように、ディスプレイ14で動画、静止画として表示してもよいが、データを加工し、あるいはそのまま他の媒体、たとえば外部記憶装置に記憶させたり、プリンタで印刷出力するようにしてもよいし、音や振動の五感に訴える信号に変換して人に対して呈示することでも良いのは言うまでもない。
The
1−2.超音波トランスデューサの構成例
超音波トランスデューサは、超音波送信用トランスデューサと超音波受信用トランスデューサとを別々に準備して構成してもよいが、利用の簡便さと性能の向上のためにこれらを一体として構成することが好ましい。
1-2. Ultrasonic transducer configuration example An ultrasonic transducer may be configured by separately preparing an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer. However, these are integrated as one unit for ease of use and improved performance. It is preferable to configure.
図2に示すように、超音波トランスデューサ1は、送信用トランスデューサとしてのリング状圧電振動子2と、受信用トランスデューサとしての円板状圧電振動子7とを一体として備えている。図2(A)は、一体型の超音波トランスデューサの側断面図であり、図2(B)は、接地電極17を超音波トランスデューサ1のほぼ全面を覆うように成形した場合(全面電極共通型)の正面図であり、図2(C)は、接地電極を、リング状圧電振動子2の接地電極27と、円板状圧電振動子7の接地電極28とに分離して形成し、超音波トランスデューサ組立時に、接続導通配線4A,4B,4Cにより接続した場合(電極分割型)の正面図である。
As shown in FIG. 2, the
図2(A)に示すように、超音波トランスデューサ1は、リング状圧電振動子2と円板状圧電振動子7とを有しており、リング状圧電振動子2のリング内部に、間隙29を設けて円板状圧電振動子7が配設される。リング状圧電振動子2及び円板状圧電振動子7の一方の面は、それぞれ接地電極17に接続され、金属製のハウジング15に内部接地配線23及び外部接地配線26を介して、回路の接地電位に接続される。
As shown in FIG. 2A, the
円板状圧電振動子7には、後述するように、100kHz程度の比較的低い周波数領域でも薄型化、軽量化をはかることが可能な多孔質ポリプロピレン(以下、「セルラーPP」ともいう。)を用いるが、セルラーPPは、PZT等の圧電振動子に比べると、弾性率が格段に低いので、バッキング層として金属を用いることが好ましい。そこで、円板状圧電振動子7の接地電極17に接続された面とは反対側の面に、間隙29を設けて金属バッキング板16を配設する。金属バッキング板16は、円板状圧電振動子7を所定の位置に安定して固定する押圧部材の役割も兼ねる。
As will be described later, the disk-shaped
円板状圧電振動子7は、金属バッキング板16の円板状圧電振動子7が接続された面とは反対側の面から接続内部配線25及び外部回路接続用のコネクタ20を介して外部回路に接続される。リング状圧電振動子2は、リング状圧電振動子2の接地電極17が接続された面とは反対型の面に接続用電極18が接続され、接続内部配線24及びコネクタ19を介して外部回路に接続される。
The disk-shaped
上述のように構成された圧電振動子は、外部環境からの保護のためにハウジング15に収納される。このような一体とされた超音波トランスデューサ1によって小型かつ軽量化されたプローブを実現することができる。なお、超音波トランスデューサ1の正面形状は、図2(B)及び図2(C)に示すように、円形状であることが、超音波の放射効率等の観点から好ましいが、円形状に限らず、楕円形状や、方形状、あるいは他の形状であってもよい。
The piezoelectric vibrator configured as described above is housed in the
1−3.超音波受信用の圧電振動子
本発明が適用された超音波診断装置で用いられるパラメトリック超音波の周波数は、100kHz程度なので、円板状圧電振動子7にコンポジットタイプの圧電体を用いても、厚さが非常に厚くなり、小型化、軽量化が困難である。そこで、低周波でも薄型化が可能な圧電振動子が必要となる。このような薄型化が可能な圧電材料として、多孔質ポリプロピレン(セルラーPP)がある。
1-3. Piezoelectric vibrator for ultrasonic reception The frequency of the parametric ultrasonic wave used in the ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied is about 100 kHz. Therefore, even if a composite type piezoelectric body is used for the disk-like
セルラーPPは、図3(A)に示すように、ポリプロピレン樹脂34を基材とする発泡性樹脂材料である。ポリプロピレン樹脂34の内部には、多数のセル35(気泡、気孔)が形成されている。このような厚さtの膜状あるいは薄板状のポリプロピレン樹脂34の両面に金属電極32,33を形成し、電極面に対して垂直方向に振動を与えると、図3(B)及び図3(C)に示すように、セルの表面に電荷が誘起される。金属電極32,33に外部回路を接続することによって、振動による変位に応じた電位変動が発生するので、セルラーPPは、圧電振動子として機能させることができる。
As shown in FIG. 3A, the cellular PP is a foaming resin material having a
このようなセルラーPPは、既存の圧電材料に対して有利な特性を有する。たとえば、図4に示すように、一般的なピエゾ振動子PZT−5では、電圧出力定数g33が0.011Vm/N、強誘電性ポリマPVDF(ポリフッ化ビニリデン、PolyVinylidene DiFluoride)でも0.2Vm/Nであるのに対して、セルラーPPでは、60〜180Vm/Nと桁違いに大きい。また、圧電歪係数d33も、PZT−5では、171pC/N、PVDFでは、20pC/Nであるのに対し、セルラーPPでは、400〜1200pC/Nと格段に大きい。したがって、セルラーPPは、より効率よく圧電出力を生成することができる。また、セルラーPPは、樹脂であるため軟らかく、弾性率の大きい他の圧電材料に比べて、同じ厚さの場合には、より低い共振周波数を有する。よって、本発明の超音波診断装置に用いられる比較的低周波のパラメトリック超音波を受信するのに適しているといえる。さらに100kHz付近で共振するように厚さを適切に選定することによって、他の周波数成分を除外するフィルタ効果を期待することもできる。セルラーPPは、発泡性の樹脂であるため、密度が他の圧電性材料に比べて低く(ρ=330kg/m3、PZT−5では7500kg/m3等)、小型化とともに、軽量化にも資することができる。なお、本発明の超音波診断装置においては、上述のような圧電振動子に限らず、PZT、PVDF等バルクタイプの圧電素子を用いることができるのは言うまでもない。 Such cellular PP has advantageous properties over existing piezoelectric materials. For example, as shown in FIG. 4, in a general piezoelectric vibrator PZT-5, the voltage output constant g 33 is 0.011 Vm / N, and even in a ferroelectric polymer PVDF (PolyVinylidene DiFluoride), 0.2 Vm / In contrast to N, the cellular PP has an order of magnitude as large as 60 to 180 Vm / N. Further, the piezoelectric strain coefficient d 33 is also in PZT-5, 171pC / N, the PVDF, whereas a 20 pC / N, the cellular PP, much larger and 400~1200pC / N. Therefore, the cellular PP can generate the piezoelectric output more efficiently. Cellular PP is soft because it is a resin, and has a lower resonance frequency in the case of the same thickness as compared with other piezoelectric materials having a large elastic modulus. Therefore, it can be said that it is suitable for receiving relatively low frequency parametric ultrasonic waves used in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. Furthermore, a filter effect that excludes other frequency components can be expected by appropriately selecting the thickness so as to resonate in the vicinity of 100 kHz. Cellular PP are the foamable resin, the density is lower than that of other piezoelectric material (ρ = 330kg / m 3, PZT-5 in 7,500 kg / m 3, etc.), along with miniaturization, even lighter Can contribute. In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, it is needless to say that not only the piezoelectric vibrator as described above but also a bulk type piezoelectric element such as PZT or PVDF can be used.
1−4.受信回路の構成
円板状圧電振動子7によって受信されたパラメトリック超音波は、受信回路9に入力される。以下に限るものではないが、受信回路9は、図5に示すように、円板状圧電振動子7の出力に電気的に接続されるチャージアンプ回路9Aと、チャージアンプ回路9Aの出力に接続されるフィルタ回路9Bとを有する。
1-4. Configuration of Reception Circuit Parametric ultrasonic waves received by the disk-shaped
チャージアンプ回路9Aは、その入力が外部接続配線22及びコネクタ20を介して円板状圧電振動子7に電気的に接続される。圧電振動子の出力インピーダンスは非常に高いので、高入力インピーダンス増幅器を用いてインピーダンス変換を行う必要がある。そこで、インピーダンス変換機能も併せ持つチャージアンプ回路9Aを、受信回路9のフロントエンドに用いるのが好ましい。チャージアンプ回路9Aを用いることによって、電荷信号を電圧信号変換されたパラメトリック超音波信号を得ることができる。ここで、パラメトリック超音波信号には、圧電振動子の機械的寄生振動等による不要なノイズが重畳しており、精密な測定の妨げになるためノイズ除去用にフィルタ回路9Bを用いるのが好ましい。不要なノイズが除去された電圧信号に変換されたパラメトリック超音波信号は、チャージアンプ回路9Aの増幅機能によって増幅され、安定した信号を後段の信号処理回路12に送ることができるようになる。
The input of the
受信回路9は、回路機能ブロックとして、他の信号処理回路等と同一筐体に搭載するようにしてもよいが、上述したように、受信されて出力される超音波信号は、微小かつ外来ノイズ等に弱いため、超音波トランスデューサ1のハウジングに実装してプローブとして一体として構成するのが好ましい。
The receiving
1−5.信号処理回路の構成
円板状圧電振動子7によって受信されたパラメトリック超音波は、受信回路9において上述の受信処理がされた後、信号処理回路12に入力される。後述するように、受信されるパラメトリック超音波の非線形周波数成分は、基本波成分に比べて、40dB以上も音圧レベルが低いので、非線形周波数成分を抽出するために基本波成分を除去する必要がある。そこで、信号処理回路12は、受信され受信処理されたパラメトリック受信信号の基本波成分及び不要な高次の高調波成分を除去するために用いられる。
1-5. Configuration of Signal Processing Circuit Parametric ultrasonic waves received by the disk-shaped
信号処理回路12は、図6に示すように、受信回路9の出力に接続される記憶回路12Aと、記憶回路12Aの出力に接続される帯域通過フィルタ12Bとを有する。記憶回路12Aに入力されるパルス信号を検出するようにダブルパルス検出回路12Cが接続され、ダブルパルス検出回路12Cは、ダブルパルスを検出してリセット信号を発生し、記憶回路12Aにリセット信号を入力する。第1及び第2の超音波信号S1,S2の加算信号S+に対する受信加算信号R+と、S+とは位相が180°異なるS+から一定の遅延時間をもって生成される反転信号S−に対する受信反転信号R−が記憶回路12Aに入力される。R+に続いて、R−が記憶回路12Aに入力されると、ダブルパルス検出回路12Cは、ダブルパルスを検出し、リセット信号を発生する。
As shown in FIG. 6, the
たとえば、ダブルパルス検出回路12Cは、受信回路9から出力され信号処理回路12に入力される信号を包絡線検波する機能を備えており、この機能によって得られた信号波形が、2つの包絡線パルスからなるダブルパルスの場合に、記憶回路12Aにリセット信号を返し、記憶回路12Aの記憶情報がリセットされる。一方、記憶回路12Aは、A/D変換の機能と、2つの受信パルスのうち、1つめの受信パルスR+を入力した時にはR+波形を記憶し、2つめの受信パルスR−を入力した時には記憶したR+を読み出し、これらの位相をそろえて加算する。
For example, the double pulse detection circuit 12C has a function of detecting an envelope of a signal output from the receiving
図7は、パラメトリック受信信号の基本波成分を除去する信号処理回路12の機能ブロックを含めた信号の流れを示すシグナルフロー図である。信号処理回路12は、信号発生回路3によって生成された、第1の周波数f1(=ω1/2π)の第1の超音波信号S1と、第2の周波数f2(=ω2/2π)の第2の超音波信号S2との加算信号S+=S1+S2、及びこの加算信号の反転信号S−=−(S1+S2)が生体組織5内を伝搬し、異常組織6等で反射された超音波信号を受信し、受信回路9によって受信処理されたパラメトリック超音波の受信信号R+,R−が入力される。反転信号S−は、加算信号S+から、一定の遅延時間だけ遅れて送信される。したがって、R−もR+から同じ遅延時間tDLYだけ遅れて受信される。ここで、加算信号S+に基づく受信信号R+、反転信号S−に基づく受信信号R−は、それぞれ以下のように表わされる。
FIG. 7 is a signal flow diagram showing a signal flow including a functional block of the
R+=S++αS+ 2,R−=S−+αS− 2 R + = S + + αS + 2, R - = S - + αS - 2
このように、生体組織5内を伝搬する超音波には、非線形成分S+ 2,S− 2が含まれる。そこで、上述のようにしてR+とR−とを加算すると、基本波成分S+,S−が打ち消されて非線形項αS+ 2,αS− 2のみを残すことができる。なお、S+とS−とは互いに位相が反転しているだけの信号であり、2乗することによって、S+ 2=S− 2の関係になり、加算することによって、振幅が2倍になることは言うまでもない。
Thus, the ultrasonic waves propagating in the
信号処理回路12から出力されるパラメトリック受信信号R=R++R−は、図7に示すように、 Parametric received signal output from the signal processing circuit 12 R = R + + R -, as shown in FIG. 7,
R++R−=2α+2αCOS(ω1−ω2)t2
−α{cos(2ω1)t+cos(2ω2)t+2cos(ω1+ω2)t2
+・・・}
R + + R − = 2α + 2αCOS (ω 1 −ω 2 ) t 2
−α {cos (2ω 1 ) t + cos (2ω 2 ) t + 2 cos (ω 1 + ω 2 ) t 2
+ ...}
となり、基本波成分ω1(=2π・f1)、ω2(=2π・f2)を有した信号が除去される。 Thus, signals having fundamental wave components ω 1 (= 2π · f 1 ) and ω 2 (= 2π · f 2 ) are removed.
帯域通過フィルタ12Bの中心周波数は、「差音」成分2αCOS(ω1−ω2)t2を抽出できる周波数に設定されている。よって、帯域通過フィルタ12Bを通過した超音波信号は、基本波成分の高調波や非線形成分の高調波等も除去され、「差音」の周波数成分のみの信号を取り出すことができる。
The center frequency of the
2.超音波診断装置の動作原理及び動作
2−1.パラメトリック超音波信号の特長
図8(A)及び図8(B)は、水中を伝搬する超音波の音圧レベルと伝搬方向に沿った伝搬距離(以下、伝搬軸方向距離という。)との関係をシミュレーションによって計算したグラフである。超音波の伝搬媒体を水中としたのは、超音波診断装置において測定対象とする生体組織5と伝搬特性が類似するからである。図8(A)は、0.95MHz(黒丸、実線)と1.05MHz(白丸、破線)の基本周波数を有する超音波を水中で伝搬させた場合をそれぞれ計算してプロットしたグラフである。これより、伝搬軸方向距離が長くなるにしたがって、音圧レベルが減衰することが示される。図8(B)は、100kHzの周波数を有するパラメトリック超音波を水中に伝搬させた場合を計算してプロットしたグラフである。これより、伝搬軸方向距離が長くなっても、音圧レベルがほとんど減衰しないことが示される。
2. 2. Operation principle and operation of ultrasonic diagnostic apparatus 2-1. Features of Parametric Ultrasonic Signal FIGS. 8A and 8B show the relationship between the sound pressure level of ultrasonic waves propagating in water and the propagation distance along the propagation direction (hereinafter referred to as propagation axis direction distance). Is a graph calculated by simulation. The reason why the ultrasonic propagation medium is underwater is that the propagation characteristics are similar to those of the
図8(C)及び図8(D)は、超音波の伝搬方向に垂直な方向、すなわち超音波ビームの幅方向の距離(以下、ビーム幅方向距離という。)に対する超音波音圧レベルをシミュレーションによって計算したグラフである。図8(C)に示すように、基本周波数0.95MHz、1.05MHzの超音波の基本波を水中で伝搬させた場合には、中心のピークに近接するサイドローブが発生しており、コントラスト分解能に関与するスペックルノイズが多くなることが示唆される。これに対して、図8(D)に示すように、100kHzのパラメトリック超音波を水中に伝搬させた場合には、サイドローブの発生がなく、かつ、横方向分解能に寄与するビーム幅が、図8(D)の一点鎖線で示した100kHzの基本波の超音波を水中に伝搬させた場合に比較してはるかに小さくなることを示している。 FIG. 8C and FIG. 8D simulate the ultrasonic sound pressure level with respect to the direction perpendicular to the ultrasonic propagation direction, that is, the distance in the width direction of the ultrasonic beam (hereinafter referred to as the beam width direction distance). It is the graph calculated by. As shown in FIG. 8C, when an ultrasonic fundamental wave having a fundamental frequency of 0.95 MHz and 1.05 MHz is propagated in water, a side lobe close to the center peak is generated, and the contrast is increased. It is suggested that speckle noise related to resolution increases. On the other hand, as shown in FIG. 8D, when parametric ultrasonic waves of 100 kHz are propagated in water, there is no generation of side lobes and the beam width contributing to the lateral resolution is as shown in FIG. 8 (D) shows that the fundamental wave ultrasonic wave of 100 kHz indicated by the one-dot chain line is much smaller than that in the case where the ultrasonic wave is propagated into water.
このように、100kHz程度のパラメトリック超音波を用いることによって、超音波伝搬軸方向に沿って、すなわち生体組織内の深さ方向に対して超音波信号の分解能を上げて測定をすることができ、また同時に、コントラスト分解能に関係するサイドローブレベルが小さく、横方向分解能に影響するビーム幅も同じ周波数の基本波に比べはるかに良好であり、その結果、空間分解能と、コントラスト分解能に優れた超音波画像が得られることが示される。 In this way, by using parametric ultrasonic waves of about 100 kHz, it is possible to perform measurement by increasing the resolution of the ultrasonic signal along the ultrasonic propagation axis direction, that is, in the depth direction in the living tissue, At the same time, the side lobe level related to the contrast resolution is small, and the beam width that affects the lateral resolution is much better than the fundamental wave of the same frequency. As a result, ultrasound with excellent spatial resolution and contrast resolution. It is shown that an image is obtained.
2−2.超音波診断装置の動作
上述のようなパラメトリック超音波を生成するために、図9(A)及び図9(B)に示すように、信号発生回路3によって2つの超音波信号S1,S2を発生する。2つの超音波信号S1,S2は、第1の周波数f1を開始周波数とし、f1+Δf1を終了周波数とする第1のチャープ信号S1と、第2の周波数f2を開始周波数とし、f2+Δf2を終了周波数とする第2のチャープ信号S2である。なお、これらのチャープ波は、図示されるように、所定のパルス幅Tと特定の周期をもって反復される。
2-2. Operation of Ultrasonic Diagnostic Device In order to generate parametric ultrasonic waves as described above, two ultrasonic signals S 1 and S 2 are generated by a
信号発生回路3によって、生成された第1及び第2のチャープ信号S1,S2は、加算され、増幅されてリング状圧電振動子2を駆動する。リング状圧電振動子2によって送信された第1及び第2のチャープ信号S1,S2の加算信号S+は、生体組織5内をパラメトリック超音波として伝搬し、異常組織6等で反射される。なお、基本波成分除去動作のために、上述したように、加算信号S+とは180°位相の異なる反転信号S−を生成して、S+との加算をする処理を行う必要があるが、簡単のために以下の説明では、加算信号S+に基づく信号処理の部分のみを取り出して説明することにする。
The first and second chirp signals S 1 and S 2 generated by the
図9(C)は、上述した信号処理回路12によって基本波成分等が除去され、差周波数成分が抽出されたパラメトリック受信信号Rparaの概略波形を示す。図9(C)に示すように、受信され、波形処理されたパラメトリック受信信号Rparaは、開始周波数|f1−f2|、終了周波数|f1−f2|+|Δf1−Δf2|の周波数成分を有する。概略的に示されているように、パラメトリック受信信号は、メインピーク値に対してサブピーク値、すなわち時間軸サイドローブレベルが大きく、時間分解能、すなわち超音波伝搬軸方向分解能が低いので、これを改善させる必要がある。
FIG. 9C shows a schematic waveform of the parametric reception signal R para from which the fundamental frequency component and the like are removed by the
図9(D)は、参照信号発生回路11によって生成され出力される参照信号Srefの波形である。パラメトリック受信信号Rparaと参照信号Srefとの相互相関処理を行うことによって、図9(E)に示すようなメインピーク値Vm1に対してサブピーク値Vsi(iは正の整数)を持つSinc関数波形形状のパルス圧縮波形が得られる。このパルス圧縮波形は小さな半値幅のメインピークVm1とその両側に、時間軸サイドローブVs2、Vs3等を伴っている。もし、この時間軸サイドローブVs2、Vs3等のピークレベルが、メインピークVm1のピーク値の1/10以下であれば、この圧縮パルスのパルス幅はメインピークVm1の半値幅τparaに等しくなり、この半値幅τparaを狭めることによって超音波伝搬軸方向分解能を改善させる。パルス圧縮技術の詳細については、後述するが、パラメトリック受信信号Rparaの周波数と一致した周波数を有する参照信号Srefと、パラメトリック受信信号Rparaを乗算回路10によって乗算することによって相互相関をとり、パルス圧縮を行う。パルス圧縮によって、図9(E)に概略的に示すように、パルス圧縮信号Rcompの波形は、片側の極性において鋭いピークを有し、他方の側の極性において丸みを帯びた非線形信号独特の形状を呈する。実際には、メインピーク波Vm1に相当する波形を有効に抽出するために、パラメトリック超音波を受信した段階で、あるいは、乗算回路10で相互相関をとった後に、不要な周波数成分を除去する回路を挿入することが好ましい。
FIG. 9D shows the waveform of the reference signal S ref generated and output by the reference
2−3.パルス圧縮技術
図1及び図9に示すように、パラメトリック受信信号Rparaと、参照信号Srefとの相互相関をとることによって、パルス幅(あるいは半値幅)τcomp(=τpara)がより狭く、ピーク電圧Vpが高い信号波形を生成することを、パルス圧縮技術という。十分パルス圧縮された信号波形が得られれば、より高い分解能を有する超音波画像信号データが得られる。
2-3. Pulse Compression Technology As shown in FIGS. 1 and 9, the pulse width (or half-value width) τ comp (= τ para ) is narrower by taking the cross-correlation between the parametric received signal R para and the reference signal S ref. Generating a signal waveform having a high peak voltage Vp is called a pulse compression technique. If a sufficiently pulse-compressed signal waveform is obtained, ultrasonic image signal data having higher resolution can be obtained.
以下、図1の構成にしたがって、パルス圧縮技術の原理について説明する。 Hereinafter, the principle of the pulse compression technique will be described according to the configuration of FIG.
信号発生回路3から出力される駆動信号D(t)(=At・Vtrans(t)、Atは、リング状圧電振動子2を駆動するための高電圧出力アンプである駆動回路3Dの電圧増幅率)、乗算回路10に入力される参照信号をSref(t)とする。
Drive signal output from the signal generating circuit 3 D (t) (= A t · V trans (t), A t is the drive circuit 3D is a high voltage output amplifier for driving the ring-type piezoelectric vibrator 2 (Voltage amplification factor), and the reference signal input to the
生体組織5内を伝搬する送信超音波4のパルス信号STX(t)を、以下便宜的にT(t)と表し、その周波数特性をT(ω)とし、また同様にして受信超音波パルス信号SRX(t)を、以下R(t−τ)と表し、その周波数特性をR(ω)と表す。なお、周波数特性T(ω)及びR(ω)は、それぞれ時間特性T(t)及びR(t−τ)をフーリエ変換(FFT処理)した関係にあるものとする。
The pulse signal S TX (t) of the transmission
この場合、受信超音波8のパルス信号SRX(t)の周波数特性R(ω)は、以下の(1)式のように表わされる。
In this case, the frequency characteristic R (ω) of the pulse signal S RX (t) of the reception
R(ω)=T(ω)・F(ω)・Hr(ω) (1) R (ω) = T (ω) · F (ω) · H r (ω) (1)
ここで、F(ω)は、生体組織5の伝達関数、Hr(ω)は、受信用の円板状圧電振動子7の伝達関数である。
Here, F (ω) is a transfer function of the
さらに、送信超音波4のパルス信号STX(t)の周波数特性T(ω)は、以下の(2)式のように表わされる。
Further, the frequency characteristic T (ω) of the pulse signal S TX (t) of the transmission
T(ω)=D(ω)・Ht(ω) (2) T (ω) = D (ω) · H t (ω) (2)
ここで、D(ω)は、駆動信号D(t)の周波数特性、Ht(ω)は、送信用のリング状圧電振動子2の伝達関数である。
Here, D (ω) is a frequency characteristic of the drive signal D (t), and H t (ω) is a transfer function of the ring-shaped
受信超音波8のパルス信号SRX(t)を円板状圧電振動子7で受信することにより受信回路9で得られる受信パルス信号Rpara(t−τ)は、超音波受信のための円板状圧電振動子7により受信した受信超音波8のパルス信号SRX(t−τ)の周波数特性R(ω)として、以下の(3)式のように表わすことができる。
The reception pulse signal R para (t−τ) obtained by the
Rpara(ω)=R(ω)・Ar(ω) (3) R para (ω) = R (ω) · A r (ω) (3)
受信回路9から出力される受信パルス信号Rpara(t−τ)は、乗算回路10に供給されて、駆動信号D(t)と以下の関係のある参照信号Sref(t)との間で相互相関処理が行われる。
The reception pulse signal R para (t−τ) output from the
なお、(3)式におけるAr(ω)は、受信回路9の電圧増幅率の周波数特性であり、ここでは、高調波成分を含む周波数帯域において一定であるものとする。また、Rpara(ω)は、Rpara(t−τ)の周波数特性である。
In addition, A r (ω) in the expression (3) is a frequency characteristic of the voltage amplification factor of the receiving
また、(2)式におけるD(ω)は下式(4)で表される。 Further, D (ω) in the equation (2) is represented by the following equation (4).
D(ω)=S+(ω)・At(ω) (4) D (ω) = S + (ω) · A t (ω) (4)
ここで、At(ω)は、信号発生回路3に備えられた駆動回路3Dの電圧増幅率の周波数特性であり、ここでは、第1及び第2の超音波信号発生器3A,3Bより生成される加算信号S+(t)の周波数特性S+(ω)の帯域内において一定であるものとする。以上より、以下の(5)式を得る。
Here, A t (ω) is a frequency characteristic of the voltage amplification factor of the drive circuit 3D provided in the
Rpara(ω)=Ht(ω)・D(ω)・F(ω)・Hr(ω)・Ar(ω)(5) R para (ω) = H t (ω), D (ω), F (ω), H r (ω), A r (ω) (5)
ここで、加算信号S+(t)の周波数特性S+(ω)は、以下の(6)式のように表わすことができる。 Here, the frequency characteristic S + (ω) of the addition signal S + (t) can be expressed by the following equation (6).
S+(ω)=D(ω)/At (6) S + (ω) = D (ω) / A t (6)
ここで、At、Arは、定数である。 Here, A t, A r is a constant.
次に、相互相関関数Rxy(j)を考える。相互相関関数Rxy(j)は、信号x(t),y(t)の離散データをx(i)(i=0,1,2,・・・,N−1),y(i)(i=0,1,2,・・・,N−1)とすると、以下の(7)式にて定義される。 Next, consider the cross-correlation function R xy (j). The cross-correlation function R xy (j) is obtained by converting the discrete data of the signals x (t) and y (t) to x (i) (i = 0, 1, 2,..., N−1), y (i). If (i = 0, 1, 2,..., N−1), it is defined by the following equation (7).
ここで、x(i)=Sref(t)、y(i+j)=Rpara(t−τ)と置くと、Rxy(j)=Rxy(τ)となる。なお、S+(t)、Rpara(t−τ)は、S+(ω)、Rpara(ω)をフーリエ逆変換して求めたものである。 Here, if x (i) = S ref (t) and y (i + j) = R para (t−τ), then R xy (j) = R xy (τ). S + (t) and R para (t−τ) are obtained by inverse Fourier transform of S + (ω) and R para (ω).
(7)式を参照することにより、Rxy(τ)は、Sref(t)とRpara(t−τ)間の類似度が上がるほど、位相τにおける値が1に近づいていき、同時に位相τにおけるメインピークの半値幅Δtが狭くなることを示す。したがって、位相τの値の精度が高まることになる。なお、Sref(t)とR(t)の波形の類似度はSref(ω)とRpara(ω)の類似度、すなわち相互相関対象の信号の周波数特性の類似度と考えてもよい。 By referring to equation (7), R xy (τ) becomes closer to 1 at the phase τ as the similarity between S ref (t) and R para (t−τ) increases. It shows that the half width Δt of the main peak at the phase τ becomes narrower. Therefore, the accuracy of the value of the phase τ is increased. The similarity between the waveforms of S ref (t) and R (t) may be considered as the similarity between S ref (ω) and R para (ω), that is, the similarity of the frequency characteristics of the cross-correlation target signals. .
さらに、送信パルス信号D(t)をチャープ波とする。チャープ波送信パルス信号p(t)は、振幅P0として、以下の(8)式で表すことができる。 Further, the transmission pulse signal D (t) is a chirp wave. The chirp wave transmission pulse signal p (t) can be expressed by the following equation (8) as the amplitude P 0 .
ここで、ωs(=2πfs)は初期角周波数(fsは初期周波数)、Tは掃引時間、μは角周波数掃引率である。また、feを最終周波数、2πΔfを掃引角周波数とすると、μ=Δω/T=2π(fe−fs)/Tの関係にある。チャープ波のパルス圧縮比はTΔfで与えられ、Δfを大きくするほどパルス幅は狭くなり、さらに伝搬軸方向分解能を高めることができる。 Here, ω s (= 2πf s) the initial angular frequency (f s is the initial frequency), T is time sweep, the μ is the angular frequency sweep rate. Further, when fe is the final frequency and 2πΔf is the sweep angular frequency, there is a relationship of μ = Δω / T = 2π (f e −f s ) / T. The pulse compression ratio of the chirp wave is given by TΔf, and the pulse width becomes narrower as Δf is increased, and the propagation axis direction resolution can be further increased.
なお、パルス圧縮の効果があるのは、周波数変調信号であるチャープ波の他、位相変調信号、すなわち符号化系列信号であるバーカー(Barker)系列信号、相補系列信号、M系列信号などでも同様の効果があるが、チャープ波を用いた場合に、最もSN比を高くすることができ好ましい。 In addition to the chirp wave that is a frequency modulation signal, the effect of pulse compression is the same for a phase modulation signal, that is, a Barker sequence signal that is an encoded sequence signal, a complementary sequence signal, an M sequence signal, and the like. Although effective, when a chirp wave is used, the SN ratio can be maximized, which is preferable.
3.第2の実施の形態における超音波診断装置の構成例
次に本発明が適用された超音波診断装置の第2の実施の形態について説明する。この実施の形態による超音波診断装置は、パラメトリック超音波信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善するためのもう1つの物理量である位相シフト量を使って、超音波診断イメージを得るものである。
3. Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic Apparatus in Second Embodiment Next, a second embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described. The ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment obtains an ultrasonic diagnostic image using a phase shift amount which is another physical quantity for improving the spatial resolution of the parametric ultrasonic signal in the ultrasonic propagation direction. .
図10には、超音波診断装置101Bの構成例のブロック図を示す。第1の実施の形態の超音波診断装置(図1)と同一の構成要素については、同一の名称及び符号を付す。 FIG. 10 shows a block diagram of a configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus 101B. Constituent elements that are the same as those of the ultrasonic diagnostic apparatus (FIG. 1) of the first embodiment are given the same names and symbols.
本発明が適用された超音波診断装置101Bは、図10に示すように、超音波を発生する信号発生回路3Eと、生成された超音波を生体組織5内に送信するリング状圧電振動子2と、生体組織5内の異常組織6等からの超音波の反射を受信する円板状圧電振動子7とを備える。また、超音波診断装置101Bは、円板状圧電振動子7で受信した超音波信号の信号処理をする受信回路9と、受信回路9によって受信処理された超音波信号の基本波成分を除去する第1の信号処理回路12Dと、参照信号発生回路11によって生成された参照信号Srefと、第1の信号処理回路12Dから出力される信号r(t)との積を計算する乗算回路10と、乗算回路10の出力から位相情報を抽出する第2の信号処理回路12Eとを備える。また、超音波診断装置101Bは、生体組織5内に送信する超音波の位置を特定し、位置特定信号を生成する位置特定センサ30と、位置特定センサ30の位置情報データ及び乗算回路10の演算結果データを処理して画像信号を生成する画像処理回路13とを備える。好ましくは、画像処理回路13の画像信号データを入力して画像を表示するディスプレイ14を備える。
As shown in FIG. 10, an ultrasonic diagnostic apparatus 101B to which the present invention is applied includes a
リング状圧電振動子2と円板状圧電振動子7とは、第1の実施の形態と同様に、好ましくは、一体化されて超音波トランスデューサ1を構成し、超音波トランスデューサ1は、より好ましくは、受信回路9と一体化されて探触子(プローブ)の主要部をなす。
As in the first embodiment, the ring-shaped
信号発生回路3Eは、第1の中心周波数f1を有する第1の超音波信号S1を生成する第1の信号発生部3Fと、第2の中心周波数f2を有する第2の超音波信号S2を生成する第2の信号発生部3Gと、第1及び第2の超音波信号S1,S2を加算する加算器3Hとを有する。第1及び第2の超音波信号S1,S2は、それぞれ同一の位相δsを有する。信号発生回路3Eは、第1及び第2の超音波信号S1,S2を加算器3Hにより加算して、加算信号S+=S1+S2を生成し、それぞれ所定の電圧増幅を行った後、送信用の振動子であるリング状圧電振動子2を駆動する。さらに、信号発生回路3Eは、第1及び第2の超音波信号S1,S2を参照信号発生回路11に供給する。供給された信号に基づいて参照信号発生回路11は、差周波数|f1−f2|の周波数成分と、位相δSとを有する参照信号Sref=sin{(ω1−ω2)(t−δs)}を生成する。
Signal generating circuit. 3E, a second ultrasonic signal having a first
受信回路9は、生体組織内を伝搬してきた超音波信号を受信する円板状圧電振動子7により変換された圧電信号をインピーダンス変換し、増幅して後段回路に渡す。好ましい構成は、第1の実施の形態の1−4項において説明したものと同様である。
The receiving
第1の信号処理回路12Dは、受信されたパラメトリック超音波信号のうち基本波成分を除去し、差周波数成分のみを抽出する。第1の信号処理回路12Dの構成は、第1の実施の形態において説明した記憶回路12A等に加えて、以下に限るものではないが、図11に示すような構成としてもよい。第1の信号処理回路12Dは、パラメトリック信号以外の信号を除去するために受信回路9の出力に接続された帯域通過フィルタ91と、超音波の深達距離による音圧レベルの減衰を補う対数増幅回路92と、距離減衰を補正し、特定の距離範囲の輝度を増減させる調整をするSTC(Sensitivity Time Control)回路94とを縦続に接続して含むのが好ましい。
The first signal processing circuit 12D removes the fundamental wave component from the received parametric ultrasonic signal and extracts only the difference frequency component. The configuration of the first signal processing circuit 12D is not limited to the following in addition to the
第2の信号処理回路12Eは、図11に示すように、乗算回路10からの出力信号の位相情報を抽出する位相検波回路63と、位相検波回路63の出力から周波数特性を有する部分を除去する低域通過フィルタ64とを有する。
As shown in FIG. 11, the second
位置特定センサ30は、たとえば磁気センサやエンコーダを用いて構成され、超音波トランスデューサ1の物理的位置を特定し、位置特定情報データを生成して画像処理回路13に送る。
The
画像処理回路13は、伝搬方向の空間分解能が改善された超音波信号データと、位置特定センサ30によって生成された位置情報信号データとを入力して、画像表示するための画像信号を生成し、この画像信号にしたがって超音波画像データを生成する。画像処理回路13は、たとえば、スキャンコンバータ65により実現される。なお、画像処理回路13から出力される超音波画像データを、上述のように、ディスプレイ14で動画、静止画として表示してもよいが、データを加工し、あるいはそのまま他の媒体、たとえば外部記憶装置に記憶させたり、プリンタで印刷出力するようにしてもよいのは第1の実施の形態と同様である。
The
図12にしたがって、第2の実施の形態に係る超音波診断装置101Bの動作について説明する。図12は、超音波診断装置101Bの各機能ブロックによって生成、加工等された信号の流れを示すシグナルフローチャートである。なお、基本波成分除去動作のために、加算信号S+とは180°位相の異なる反転信号S−を生成して、S+との加算をする処理を第1の信号処理回路12Dを用いて行う必要があるが、簡単のために以下の説明では、加算信号S+に基づく信号処理の部分のみを取り出して説明することにする。 The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 101B according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a signal flowchart showing the flow of signals generated and processed by each functional block of the ultrasonic diagnostic apparatus 101B. In order of the fundamental wave component removing operation, an addition signal S + is different inverted signal S of 180 ° phase - to generate, a process for the addition of the S + using a first signal processing circuit 12D For the sake of simplicity, in the following description, only the signal processing portion based on the addition signal S + will be extracted and described.
信号発生回路3E内の第1の信号発生回路3Fによって、第1の中心周波数f1(=ω1/2π)の第1の超音波信号S1が生成され、第2の信号発生回路3Gによって、第2の中心周波数f2(=ω2/2π)の第2の超音波信号S2が生成され、これらを加算器3Hによって加算し、加算信号S+=S1+S2が生成される。この加算信号S+は、所定の電圧に電圧増幅された送信信号s(t)として送受信一体型の超音波トランスデューサ1のリング状圧電振動子2に印加され、生体組織5内に送信される。
The first ultrasonic signal S 1 having the first center frequency f 1 (= ω 1 / 2π) is generated by the first
s(t)=AS・sin(ωSt−δS) s (t) = A S · sin (ω S t−δ S )
ここで、ASは、電圧振幅を表わし、本実施の形態の周波数領域においては、一定値であるものとする。δSは、第1及び第2の超音波信号S1,S2の初期位相を表わす。
Here, A S represents the voltage amplitude in the frequency domain of the present embodiment is assumed to be a constant value. [delta] S represents the first and second
異常組織6の境界で反射されたパラメトリック超音波信号は、受信用の円板状圧電振動子7によって受信され、電気信号に変換され、第1の信号処理回路12D等で、基本波成分が除去される。この受信処理されたパラメトリック超音波のr(t)は、以下のように表わされる。
The parametric ultrasonic signal reflected at the boundary of the abnormal tissue 6 is received by the receiving disk-like
r(t)=Ar・sin{ωS(t−τ)−δS}
=Ar・sin{ωSt−δS−φ(z)},
ωS=ω2−ω1
r (t) = A r · sin {ω S (t−τ) −δ S }
= A r · sin {ω S t−δ S −φ (z)},
ω S = ω 2 −ω 1
ここで、τは超音波伝搬時間、φ(z)は位置zにおける位相である。なお、Arは、受信回路の電圧増幅率であり、本実施の形態の周波数帯域において一定値であるものとする。φ(z)は、音速の異なる組織を通過するごとに変化する。したがって、φ(z)の値で位置情報に基づいてマッピングすることによって、超音波診断像を構築することができる。 Here, τ is the ultrasonic wave propagation time, and φ (z) is the phase at the position z. Ar is the voltage amplification factor of the receiving circuit, and is assumed to be a constant value in the frequency band of the present embodiment. φ (z) changes every time it passes through tissues having different sound speeds. Therefore, an ultrasonic diagnostic image can be constructed by mapping based on the position information with the value of φ (z).
そして、受信信号r(t)に、参照信号Sref=A1・sin(ωSt−δS)を、乗算回路10によって乗算することによって、以下の形式の信号を得る。
The received signal r (t) is multiplied by the reference signal S ref = A 1 · sin (ω S t−δ S ) by the
ArA1[sin{2(ωSt−δS)−φ(t)}+sinφ(z)] A r A 1 [sin {2 (ω S t−δ S ) −φ (t)} + sin φ (z)]
さらに、この信号を低域通過フィルタに通すことによって周波数に依存しないsinφ(z)なる成分を抽出することができる。すなわち、生体組織5の情報であるsinφ(z)と超音波振動子の位置情報とから画像処理回路13によって画像処理し、生成された画像信号によってディスプレイ14に画像表示して、超音波診断像が得られる。
Furthermore, by passing this signal through a low-pass filter, it is possible to extract a component of sin φ (z) that does not depend on the frequency. That is, image processing is performed by the
以上のように、パラメトリック受信信号の位相情報を用いて超音波画像構築する方法は、1サイクル内の位相が周波数に関係なく0°〜360°変化するものであり、100kHz程度の低い周波数でもMHzオーダの分解能を実現できるとの考え方に基づくものである。第2の実施の形態では、第1の実施の形態の構成例よりも、より簡易な構成で、超音波伝搬軸方向の空間分解能を改善させることができる。 As described above, the method of constructing an ultrasonic image using the phase information of the parametric reception signal is such that the phase in one cycle changes from 0 ° to 360 ° regardless of the frequency, and even at a low frequency of about 100 kHz, the MHz This is based on the idea that order resolution can be achieved. In the second embodiment, the spatial resolution in the ultrasonic propagation axis direction can be improved with a simpler configuration than the configuration example of the first embodiment.
4.第3の実施の形態における超音波診断装置の構成例
本発明が適用された超音波診断装置は、上述のように受信したパラメトリック超音波信号を有線で信号処理回路等に伝送し、画像信号処理等することに限らず、パラメトリック信号が比較的低い周波数であることを活かして、無線通信インタフェースに対する負担の少ない無線信号伝送を行うことができる。
4). Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic Device in Third Embodiment An ultrasonic diagnostic device to which the present invention is applied transmits a parametric ultrasonic signal received as described above to a signal processing circuit or the like by wire to perform image signal processing. In addition, it is possible to perform wireless signal transmission with less burden on the wireless communication interface by taking advantage of the relatively low frequency of the parametric signal.
図13は、本発明が適用された超音波診断装置の第3の実施の形態の構成例のブロック図である。超音波受信信号を無線で遠隔地に伝送したり、病院内において同時に複数の医師が超音波像をその医師の好みに応じて超音波イメージを構築し、超音波診断することができる。 FIG. 13 is a block diagram of a configuration example of the third embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied. An ultrasonic reception signal can be transmitted wirelessly to a remote place, or a plurality of doctors can simultaneously construct an ultrasonic image according to the doctor's preference and perform ultrasonic diagnosis in a hospital.
本発明が適用された超音波診断装置101Cは、図13に示すように、上述した第1の実施の形態における、リング状圧電振動子2及び円板状圧電振動子7を含む超音波トランスデューサ1と、信号発生回路3と、受信回路9と、位置特定センサ30とを備える。第1の実施の形態と相違するのは、受信回路9によって受信処理されたパラメトリック受信信号をデジタル信号に変換する第1のA/D変換器71と、位置特定センサによって生成された超音波トランスデューサ1の位置特定情報をデジタル信号に変換する第2のA/D変換器72と、第1及び第2のA/D変換器71,72によって、パラメトリック受信信号をデジタル信号に変換し、その変換信号でキャリア信号を適切に変調し、符号化し、無線送信する送信用無線通信インタフェース73と、無線送信されたデジタルパラメトリック信号を無線受信し、有線信号に変換する受信用無線通信インタフェース74を備える。無線伝送されたデジタルパラメトリック受信信号は、第1の実施の形態において詳細に説明した信号処理回路12と、参照信号発生回路11と、乗算回路10と、画像処理回路13とによって超音波画像データを形成し、ディスプレイ14によって超音波画像を表示する。
As shown in FIG. 13, an ultrasonic diagnostic apparatus 101C to which the present invention is applied includes an
本実施の形態であつかうパラメトリック超音波信号は100kHz程度であり、オーバサンプリングを含めたサンプリング周波数は、1MHz程度である。1データを12ビットで表す場合には、必要な無線伝送速度は12Mbpsあれば実現することができる。近年実用が進んでいるBluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、WiFi(WiFi)等の無線方式では、これらの伝送速度を満たすので、本発明の超音波診断装置に無線通信インタフェースとして用いることによって、小型、低消費電力の無線通信を実現することができる。 The parametric ultrasonic signal used in this embodiment is about 100 kHz, and the sampling frequency including oversampling is about 1 MHz. When one data is represented by 12 bits, it can be realized if the required wireless transmission rate is 12 Mbps. Wireless systems such as Bluetooth (registered trademark), Zigbee (registered trademark), and WiFi (WiFi), which have been practically used in recent years, satisfy these transmission speeds, and therefore can be used as a wireless communication interface in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. Thus, wireless communication with small size and low power consumption can be realized.
なお、上述では、第1の実施の形態の構成、すなわち、パルス圧縮技術を用いた超音波伝搬軸方向分解能改善手法の構成に、無線通信インタフェースを適用した例について説明したが、第2の実施の形態の構成、すなわち位相検波技術を用いた超音波診断装置に無線通信インタフェースを適用してもよいのはもちろんである。 In the above description, the example in which the wireless communication interface is applied to the configuration of the first embodiment, that is, the configuration of the ultrasonic wave propagation axial resolution improvement method using the pulse compression technique has been described. Of course, the wireless communication interface may be applied to an ultrasonic diagnostic apparatus using the configuration of this form, that is, the phase detection technique.
また、上述では図式を簡明にするために、受信側の通信インタフェース74を1つだけ用意する場合について説明をしたが、受信側の通信インタフェースを複数用いることによって、複数の医師が、それぞれ複数のディスプレイを用いて所望の超音波画像処理を行いながら超音波診断を行うことができる。
Further, in the above description, in order to simplify the diagram, the case where only one receiving-
5.第4の実施の形態における超音波診断装置の構成例
本発明の超音波診断装置では、上述した無線通信インタフェースとして、アナログ方式の無線通信インタフェースを用いることができ、この場合について、以下に説明する。
5. Configuration Example of Ultrasonic Diagnostic Device in Fourth Embodiment In the ultrasonic diagnostic device of the present invention, an analog wireless communication interface can be used as the above-described wireless communication interface, and this case will be described below. .
本発明が適用された第4の実施の形態では、超音波受信信号を、アナログ信号、たとえばFM信号として送信、受信、復調し、この復調信号を用いて最終的に超音波診断イメージを構築することができる。特に、以下に詳述するように、受信用の圧電振動子に、静電容量型、たとえばcMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer、静電容量型マイクロマシンプロセスを用いて製造した超音波トランスデューサ)を用いることによって、自らの容量が受信超音波の信号強度に対応した静電容量変化することを利用して、非常に簡単な構成で周波数変調回路を構成することができる。 In the fourth embodiment to which the present invention is applied, an ultrasonic reception signal is transmitted, received, and demodulated as an analog signal, for example, an FM signal, and an ultrasonic diagnostic image is finally constructed using the demodulated signal. be able to. In particular, as described in detail below, by using a capacitive type, for example, cMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, an ultrasonic transducer manufactured using a capacitive micromachine process) as a receiving piezoelectric vibrator. The frequency modulation circuit can be configured with a very simple configuration by utilizing the fact that its own capacitance changes in capacitance corresponding to the signal intensity of the received ultrasound.
図14に示すように、本発明の超音波診断装置101Dは、発振部75A及び発振部75Aに接続された共振コイル75Bを有する発振回路75と、無線通信インタフェース76,78と、復調回路79とを備える。
As shown in FIG. 14, the ultrasonic
超音波診断装置101Dでは、超音波トランスデューサ1の少なくとも受信用に用いる円板状圧電振動子7が静電容量型であり、静電容量型の超音波振動子では超音波受信が無い場合に、静電容量C0を有している。静電容量型の超音波振動子の静電容量C0は、発振部75Aに接続された共振コイル75Bとともに、発振回路75を構成し、発振回路75は、周波数f0=(1/2π)・(L・C0)−1/2で発振する。この発振信号がFM信号のキャリア信号となる。
In the ultrasonic
超音波受信時は静電容量C0がC0±ΔC0に変化するので、発振回路75は、静電容量C0の変化に応じてf0±Δf0の周波数で発振する。すなわち、周波数f0のキャリア信号に対しΔf0の周波数変調(FM)がかかったことになる。
Since the capacitance C 0 changes to C 0 ± ΔC 0 at the time of ultrasonic reception, the
このようにして、このFM信号をアナログ信号のまま、無線通信インタフェース76,78に含まれる送信及び受信アンテナ回路で無線伝送することができる。さらに、無線伝送された信号は、復調回路79によってパラメトリック受信信号に復調され上述したように、信号処理回路12等によって信号処理され、信号処理された信号r(t)と、参照信号Srefとの間で乗算回路10によって相互相関処理を受信側で行い、パルス圧縮信号を生成する。一方、超音波トランスデューサ1の位置特定信号も、上述の無線通信インタフェース76,78によって、位置信号が変調、復調され、パルス圧縮信号と位置特定信号とを用いて画像処理する。増幅回路と送信アンテナと受信アンテナと増幅回路を含む無線通信インタフェースによってデータ伝送を行う。最後にディスプレイ14等によって画像表示等される。
In this manner, the FM signal can be wirelessly transmitted by the transmission and reception antenna circuits included in the wireless communication interfaces 76 and 78 as an analog signal. Further, the wirelessly transmitted signal is demodulated into a parametric reception signal by the
なお、変調回路をRC発振回路によって構成した場合には、共振コイル75Bの代わりに直流抵抗Rを用いるようにすればよい。
In the case where the modulation circuit is configured by an RC oscillation circuit, a DC resistance R may be used instead of the
上述したFM変調を利用するほか、他のアナログ方式の無線伝送方式、たとえばAM変調としてもよく、位相変調方式も用いることができるのは言うまでもない。 In addition to using the above-described FM modulation, other analog radio transmission schemes such as AM modulation may be used, and it is needless to say that phase modulation schemes can also be used.
また、空間分解能を改善させる機能を実現するのに、パルス圧縮技術に限らず、第2の実施の形態において説明した位相検波技術を用いてもよいのはもちろんである。 Of course, the function of improving the spatial resolution is not limited to the pulse compression technique, but the phase detection technique described in the second embodiment may be used.
1 超音波トランスデューサ、2 リング状圧電振動子、3,3E 信号発生回路、3A,3B,3F,3G 信号発生部、3C,3H 加算器、3D 駆動回路、4 送信超音波、4A,4B,4C 接続導通配線、5 生体組織、5A 超音波伝搬媒体、 7 円板状圧電振動子、8 受信超音波、9 受信回路、9A チャージアンプ回路、9B フィルタ回路、10 乗算回路、11 参照信号発生回路、12,12D,12E 信号処理回路、12A 記憶回路、12B 帯域通過フィルタ、12C ダブルパルス検出回路、13 画像処理回路、14 ディスプレイ、30 位置特定センサ、15 ハウジング、16 金属バッキング板、17,27,28 接地電極、18 接続用電極、19,20 コネクタ、21,22 接続用配線、23 内部接地配線、24,25 内部接続配線、26 外部接地配線、29 間隙、32,33 金属電極、34 ポリプロピレン樹脂、35 セル、63 位相検波回路、64 低域通過フィルタ、71,72 A/D変換器、73,74,76,78 無線通信インタフェース、75 発振回路、75A 発振部、75B 共振コイル、79 復調回路、91 帯域通過フィルタ、92 対数増幅器、94 STC回路、101A〜101D 超音波診断装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic transducer, 2 ring-shaped piezoelectric vibrator, 3,3E signal generation circuit, 3A, 3B, 3F, 3G signal generation part, 3C, 3H adder, 3D drive circuit, 4 transmission ultrasonic wave, 4A, 4B, 4C Connection conduction wiring, 5 biological tissue, 5A ultrasonic propagation medium, 7 disc-shaped piezoelectric vibrator, 8 reception ultrasonic wave, 9 reception circuit, 9A charge amplifier circuit, 9B filter circuit, 10 multiplication circuit, 11 reference signal generation circuit, 12, 12D, 12E Signal processing circuit, 12A storage circuit, 12B band pass filter, 12C double pulse detection circuit, 13 image processing circuit, 14 display, 30 position specifying sensor, 15 housing, 16 metal backing plate, 17, 27, 28 Ground electrode, 18 connection electrode, 19, 20 connector, 21, 22 connection wiring, 23 inside Ground wiring, 24, 25 Internal connection wiring, 26 External ground wiring, 29 Gap, 32, 33 Metal electrode, 34 Polypropylene resin, 35 cells, 63 Phase detection circuit, 64 Low-pass filter, 71, 72 A / D converter 73, 74, 76, 78 Wireless communication interface, 75 oscillation circuit, 75A oscillation unit, 75B resonance coil, 79 demodulation circuit, 91 band pass filter, 92 logarithmic amplifier, 94 STC circuit, 101A to 101D ultrasonic diagnostic apparatus
Claims (15)
上記加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び該加算駆動信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに上記被測定媒体内に発生し、伝搬するパラメトリック超音波信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換する超音波受信手段と、
上記パラメトリック受信信号から基本波成分を除去する基本波成分除去手段と、
上記基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させる空間分解能改善手段と、
上記空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成する信号処理手段とを備える超音波診断装置。 An addition drive signal of the first drive signal having the first frequency characteristic and the second drive signal having the second frequency characteristic is formed, the addition drive signal is converted into an ultrasonic signal, and the ultrasonic wave Ultrasonic transmission means for transmitting a signal toward the medium to be measured;
Along with the propagation of the first ultrasonic signal generated by the first drive signal component of the addition drive signal and the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component of the addition drive signal, An ultrasonic receiving means for receiving and propagating the parametric ultrasonic signal generated and propagated to the parametric received signal;
Fundamental wave component removing means for removing a fundamental wave component from the parametric reception signal;
Spatial resolution improving means for improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric reception signal from which the fundamental wave component has been removed;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: signal processing means for forming an ultrasonic image based on the parametric reception signal with improved spatial resolution.
上記超音波受信手段は、上記超音波送信手段の環状内径部に配設される多孔質ポリプロピレン樹脂によって形成された膜状圧電振動子を含み、
上記コンポジット圧電振動子及び上記膜状圧電振動子は、一体として形成された超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 The ultrasonic transmission means includes an annular composite piezoelectric vibrator,
The ultrasonic receiving means includes a film-like piezoelectric vibrator formed of a porous polypropylene resin disposed on the annular inner diameter portion of the ultrasonic transmitting means,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the composite piezoelectric vibrator and the film-like piezoelectric vibrator are ultrasonic transducers formed integrally.
上記加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び該加算信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに上記被測定媒体内に発生、伝搬するパラメトリック超音波信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換する超音波受信手段と、
上記受信されたパラメトリック受信信号を無線信号に変換し送信する無線送信インタフェース手段と、該送信された無線信号を受信し有線受信信号に変換する無線受信通信インタフェース手段とを有する無線通信インタフェース手段と、
上記変換されたパラメトリック受信信号から基本波成分を除去する基本波成分除去手段と、
上記基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させる空間分解能改善手段と、
上記空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成する信号処理手段とを備える超音波診断装置。 An addition drive signal of the first drive signal having the first frequency characteristic and the second drive signal having the second frequency characteristic is formed, the addition drive signal is converted into an ultrasonic signal, and the ultrasonic wave Ultrasonic transmission means for transmitting a signal toward the medium to be measured;
Along with the propagation of the first ultrasonic signal generated by the first drive signal component of the addition drive signal and the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component of the addition signal, Receiving and generating parametric ultrasonic signals and converting them into parametric received signals;
Wireless communication interface means comprising: a wireless transmission interface means for converting the received parametric reception signal into a wireless signal and transmitting; and a wireless reception communication interface means for receiving the transmitted wireless signal and converting it into a wired reception signal;
Fundamental wave component removing means for removing the fundamental wave component from the converted parametric reception signal;
Spatial resolution improving means for improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric reception signal from which the fundamental wave component has been removed;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: signal processing means for forming an ultrasonic image based on the parametric reception signal with improved spatial resolution.
超音波受信手段によって、上記加算駆動信号の第1の駆動信号成分によって発生する第1の超音波信号、及び該加算駆動信号の第2の駆動信号成分によって発生する第2の超音波信号の伝搬とともに上記被測定媒体内に発生し、伝搬するパラメトリック受信信号を受信し、パラメトリック受信信号に変換するステップと、
基本波成分除去手段によって、上記パラメトリック受信信号から基本波成分を除去するステップと、
空間分解能改善手段によって、上記基本波成分が除去されたパラメトリック受信信号の超音波伝搬方向の空間分解能を改善させるステップと、
信号処理手段によって、上記空間分解能が改善されたパラメトリック受信信号に基づいて超音波画像を形成するステップとを有する超音波診断方法。 The ultrasonic wave transmitting means forms an addition drive signal of the first drive signal having the first frequency and the second drive signal having the second frequency, and converts the addition drive signal into an ultrasonic signal. Transmitting the ultrasonic signal into the measured medium;
Propagation of the first ultrasonic signal generated by the first drive signal component of the addition drive signal and the second ultrasonic signal generated by the second drive signal component of the addition drive signal by the ultrasonic receiving means And receiving a parametric reception signal generated and propagated in the measured medium and converting it to a parametric reception signal;
Removing fundamental wave components from the parametric reception signal by fundamental wave component removing means;
Improving the spatial resolution in the ultrasonic propagation direction of the parametric reception signal from which the fundamental wave component has been removed by the spatial resolution improving means;
Forming an ultrasonic image on the basis of the parametric reception signal with improved spatial resolution by a signal processing means.
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