JP3717839B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化送受信方式を用いた超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、探触子から超音波を被検体に放射し、その反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の断層画像を得る。
【０００３】
図６に、従来の一般的な電子走査と機械走査の両方に対応した超音波診断装置のブロック図を示す。近年の超音波診断装置では、１回の送信で同時に複数方向の超音波エコーを検出することができる。図は、同時２方向受信に対応した装置を示している。
【０００４】
図６において、制御部９は、超音波診断装置全体をコントロールしている。送信波形発生部４は、制御部９の指示を受けて送信波形を発生する。
【０００５】
電子走査モードでは、送信部３は、超音波が定められた位置／方向に収束／偏向するように、送信波形に対して振動子毎に定められた遅延を与え、さらに増幅して電子走査探触子１を駆動する。電子走査探触子１は、振動子アレイ１８を有し、振動子アレイ１８は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【０００６】
受信部５は、増幅器１１とビームフォーマ１２からなり、振動子アレイ１８のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。増幅器１１は、受信深度に応じて増幅率を変え、深くなるほど増幅率を大きくするのが一般的である。
【０００７】
中間信号処理部６は、バンドパスフィルタ３１、対数増幅器３２、検波器３３からなる。バンドパスフィルタ３１は、受信深度に応じて中心周波数とバンド幅を変えることができ、受信信号の特性に合わせたフィルタリングを行なうことで、最良の分解能とＳＮ比が得られるようにしている。対数増幅器３２は、受信信号のダイナミックレンジを圧縮し、検波器３３は、受信信号を検波して、受信信号の強度を輝度に変換する。図では同時２方向受信に対応するために、２系統の中間信号処理部６ａ、６ｂを備えている。
【０００８】
ＤＳＣ部７は、ｒθ座標で表される受信信号をＸＹ座標に変換し、モニタ８で断層画像を表示する。
【０００９】
機械走査モードでは、送信部３は、送信波形を増幅して、機械走査探触子２を駆動する。機械走査探触子２は、単一の振動子１９と、振動子１９を定められた方向に向ける機械走査機構２０からなり、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して定められた方向に向けて被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００１０】
受信信号は、増幅器１０で増幅されて中間信号処理部６ａに入力される。増幅器１０は、増幅器１１と同様に受信深度に応じて増幅率を変えるのが一般的である。その後、中間信号処理部６、ＤＳＣ部７で、電子走査モードの時と同様な処理が施され、モニタ８で断層画像を表示する。
【００１１】
このような超音波診断装置において、近年、２回の送受信により得られた受信信号の和や差から、血流などの流れ成分や、組織の非線形成分を検出しようという試みがある。しかし、これらの反射エコーは組織からの反射エコーに比べ微弱であるため、ＳＮ比のよい明瞭な画像が得られないという問題がある。
【００１２】
送信電圧を上げずに感度を向上させる方法として、相補符号による符号化送信方式が知られている。この方式では、相補符号のそれぞれの符号で変調した送信波形を用いて２回の送受信を行ない、それぞれ得られた受信信号に対し、送信時に用いた相補符号で相互相関演算を行ない、これら２本の受信信号を加算することで、距離方向の分解能の劣化なく、感度を向上させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、１方向の受信信号を得るために２回の送受信が必要であり、フレームレートが低下するという問題がある。相補符号を用いて流れ成分や非線形成分を検出しようとすると、４回の送受信が必要となり、さらにフレームレートが低下することになるという問題があった。
【００１４】
フレームレートを低下させずに非線形成分を検出する方法として、特開２０００−６０８５５号公報に記載されたものがある。同公報によれば、第１の送信コードで変調した波形を送信し、その受信信号と第１の受信コードを相関させた信号を記憶し、第２の送信コードで変調した波形を送信し、その受信信号と第２の受信コードを相関させた信号と加算する。第１の送信コードに対する第１の受信コードの相関と第２の送信コードに対する第２の受信コードの相関の和がゼロになる直交性条件を満たしているため、線形エコー成分が実質的に除去されて、非線型成分のみが残る、というものである。
【００１５】
しかしながら、現実問題として非線型線分を用いた画像と従来の線形成分を用いた断層画像を合成する必要があるが、同公報では、これについて述べられていない。
【００１６】
断層画像と、非線形成分画像または流れ成分画像を合成する方法については、特開平１１−３４２１２９号公報に記載されたものがある。同公報によれば、走査線間処理を行なうフィルタ係数１個を１つ摂動させることにより、断層画像と、非線形成分画像または流れ成分画像を合成する。
【００１７】
しかしながら、この方式では１回の送受信で得られた断層画像に、複数回の送受信で得られた非線型成分画像または流れ画像が合成されるため、断層画像を得るのに２回の送受信を必要とする相補符号には対応できない。
【００１８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、相補符号を用いて、少ない送信回数でフレームレートを落とすことなく、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を最適な比率で合成した、高品質な超音波画像が得られる超音波診断装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の超音波診断装置は、基本波形を相補符号で変調された送信波形を送信する送信部と、前記送信部から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、前記被検体から反射された超音波エコーを電気信号に変換する探触子と、あらかじめ記憶した参照波形と前記探触子が受信した受信信号との相関を計算する相関演算部と、この相関演算部に計算された相関後の受信信号を記憶する受信信号メモリ部と、この受信信号メモリ部に記憶された受信信号と前記相関演算部から出力された受信信号との時相を合わせ加算する加算器と、この加算器に加算された受信信号を用いて断層画像を作成する受信信号処理部とを備え、前記送信部が、前記基本波形を前記相補符号の一方の符号Ａで変調した第１の送信波形と、前記基本波形を前記相補符号の他の符号Ｂで変調した第２の送信波形とを送信し、前記探触子が、前記第１の送信波形の放射に対して反射した第１の受信信号と、前記第２の送信波形の放射に対して反射した第２の受信信号とを受信し、前記相関演算部が、前記符号Ａをｍ倍したものと前記符号Ｂを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを加算した波形である第１の参照波形と、前記符号Ｂをｍ倍したものから前記符号Ａを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを減算した波形である第２の参照波形とを参照波形として記憶し、前記第１の参照波形と前記第１の受信信号との相関を計算して第１の相関後受信信号を求め、前記第２の参照波形と前記第２の受信信号との相関を計算して第２の相関後受信信号を求め、前記受信信号メモリ部が、前記第１の相関後受信信号を記憶し、前記加算器が、前記受信信号メモリ部に記憶された第１の相関後受信信号と前記相関演算部から出力された前記第２の相関後受信信号との時相を合わせ加算する構成を有している。
【００２６】
この構成により、相関演算部が、第１の相関後受信信号を、第１の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第１の参照波形とから求め、第２の相関後受信信号を、第２の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第２の参照波形とから求め、加算器が、第１の相関後受信信号と第２の相関後受信信号を加算し、受信信号処理部が、加算後の受信信号から断層画像を作成するので、静止組織成分と、流れ成分または非線型成分とを分離せず、まとめて処理することができ、少ない送信回数で、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像を得ることができることとなる。
【００２７】
また、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを受信深度に応じて変化させる構成を有している。この構成により、受信深度に応じて、得られる信号の強度や、静止組織成分と流れ成分または非線型成分との出現比率を調整することができ、最適な処理を行うことができることとなる。
【００２８】
また、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを走査方向に応じて変化させる構成を有している。この構成により、走査方向に応じて、得られる信号の強度や、静止組織成分と流れ成分または非線型成分との出現比率を調整することができ、最適な処理を行うことができることとなる。
【００２９】
また、本発明の超音波診断装置は、前記基本波形が３値１周期のパルス波形である構成を有している。この構成により、送信回路方式を簡略化し、消費電力を抑えることができることとなる。
【００３０】
また、本発明の超音波診断装置は、前記基本波形が１周期の正弦波を３値パルス幅変調した波形である構成を有している。この構成により、送信波形の高調波成分を最小限に抑えることができることとなる。
【００３１】
また、本発明の超音波診断装置は、前記受信信号メモリ部が、１画像フレーム分の受信信号を記憶し、前記送信部が、画像フレーム毎に相補符号の符号Ａと符号Ｂを交互に送信し、前記加算器が、前記相関演算部から出力された画像フレームと前記受信信号メモリ部に記憶された前記画像フレームの１フレーム前の画像フレームとを加算する構成を有している。
【００３２】
この構成により、被検体に対して超音波を同一方向に連続して送受信できない装置にも、少ない送信回数でフレームレートを落とすことなく、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像が得られる本発明の装置を適用できることとなる。
【００３３】
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部、前記受信信号メモリ部、前記加算器を有する符号化受信信号処理部を複数備え、前記探触子が、１回の送信で複数方向の受信信号を検出し、１つの前記符号化受信信号処理部が、１つの前記受信信号を信号処理し、他の前記符号化受信信号処理部が、他の前記受信信号を信号処理し、前記受信信号処理部が、前記受信信号処理部に処理された複数の受信信号を合成して前記断層画像を作成する構成を有している。
【００３４】
この構成により、被検体に対して超音波の１回の送信で複数方向の受信信号を同時に検出でき、信号処理を行うことができ、被検体の複数箇所の状態を同時に、さらに短時間で診断を行うことができることとなる。
【００３５】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部の１つが、静止組織成分を信号処理し、前記符号化受信信号処理部の他の１つが、流れ成分または非線型成分を信号処理する構成を有している。
【００３６】
この構成により、静止組織成分と流れ成分または非線型成分に対して、別々の信号処理を加えることができ、それぞれの対象に合わせた処理を行うことができることとなる。
【００３７】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、前記スイッチが、画面がフリーズモードになったときのみ、流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択する構成を有している。この構成により、通常動作モードとフリーズモードで処理を変更することができ、それぞれのモードに適した画質とすることができることとなる。
【００３８】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、前記スイッチが、関心領域からの受信信号のみを流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択する構成を有している。この構成により、関心領域とそれ以外の領域で処理を変更することができ、それぞれの領域に適した画質とすることができることとなる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４０】
図１に、本発明の超音波診断装置の主要部分のみのブロック図を示し、原理を説明する。
【００４１】
図１において、送信符号発生部２５は、各送信毎に異なる符号を発生でき、符号A および符号B からなる相補符号を発生する。波形変調部２４は、基本波形を送信符号発生部２５で発生された符号で変調した送信波形を発生する。送信部３は、波形変調部２４で発生された送信波形を増幅して探触子２６を駆動する。
【００４２】
探触子２６は、電子走査探触子または機械走査探触子のいずれかである。また、探触子２６は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００４３】
受信部５は、探触子２６で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。また、受信信号を受信深度に応じて増幅率を変え、深くなるほど増幅率を大きくして増幅するのが一般的である。また、受信部５は、探触子２６に機械走査探触子を用いる場合には増幅器を用いても良い。
【００４４】
符号化受信信号処理部１３は、相関演算部１４、受信信号メモリ部１５、加算器１６を有する。
【００４５】
相関演算部１４は、参照波形を記憶し、記憶した参照波形と受信部５から入力した受信信号との相互相関を計算する。参照波形は、受信信号毎かつ受信深度に応じて変えることができる。受信信号メモリ部１５は、複数の受信信号を記憶するものである。加算器１６は、受信信号メモリ部１５で記憶された受信信号と、相関演算部１４から出力された受信信号との時相を合わせた後、加算する。
【００４６】
符号化受信信号処理部１３に相関加算処理された受信信号は、中間信号処理部６でバンドパスフィルタリング、対数増幅、検波の各処理を施された後、ＤＳＣ部７で座標変換され、断層画像としてモニタ８に表示される。
【００４７】
ここで、符号化受信信号処理部１３の詳細を図２に示す。
【００４８】
相関演算部１４は、係数メモリ２１と相関演算器２２からなり、係数メモリ２１に記憶された参照波形と入力された受信信号との相互相関を計算する。上述したように参照波形は、受信信号毎かつ受信深度に応じて変えることができる。受信信号メモリ部１５は、複数の受信信号メモリ２３ａ、２３ｂ、・・・２３ｎからなり、複数の受信信号を記憶できるようになっている。加算器１６は、受信信号メモリ部１５のそれぞれの受信信号メモリ２３に記憶された受信信号と、相関演算部１４の相関演算器２２から出力された受信信号の時相を合わせた後、加算する。
【００４９】
以上のように構成された超音波診断装置を用いて、本発明の動作について詳しく説明する。まず、使用する相補符号を符号A および符号B とすると、相補符号の定義から、
【００５０】
A ※ A + B ※ B = 2Lδ ・・・ （式１）
となる。式中、※は相関演算を、L はA およびB の符号長を、δはデルタ関数を表す。また、相関の定義から、
【００５１】
A ※ B(-t) = B ※ A(-t) ・・・ （式２）
が成り立つ。ここで、A(-t)およびB(-t)はA およびB を時間的に逆順にしたものである。つまり、
【００５２】
A = [ 1 1 1 -1 ] ・・・ （式３）
B = [ 1 1 -1 1 ] ・・・ （式４）
とすると、
【００５３】
A(-t) = [ -1 1 1 1 ]
B(-t) = [ 1 -1 1 1 ]
である。また、係数メモリ２１には次の２つの参照波形が記憶され、送信毎に選択して使用することができる。
【００５４】
C1 = m A + n B(-t) ・・・ （式５）
C2 = m B - n A(-t) ・・・ （式６）
ここで、n はm に比べ10倍から100 倍程度の値とする。
【００５５】
まず、第１回目の送信では、送信符号発生部２５は、符号A を発生する。このとき送信される第１の送信波形T1は、基本波形をF とすると、
T1 = A * F
となる。このとき * は畳み込み演算を表す。
【００５６】
図３に、送信波形の一例を示す。基本波形として、図３（ａ）に示すような３値１周期の波形を用い、相補符号として、（式３）および（式４）に示す符号を用いると、第１の送信波形T1は、図３（ｂ）のようになる。また、後述する第２の送信波形は、図３（ｃ）のようになる。
【００５７】
この第１の送信波形を被検体に送信し、このときの被検体の特性をH1とし、振動子などの装置の特性を無視すると、受信信号R1は、
【００５８】
R1 = T1 * H1 = A * F * H1
となる。符号化受信信号処理部１３では、この受信信号R1と参照波形C1の相互相関を計算し、相関後受信信号CR1 を受信信号メモリ部１５に記憶する。
CR1 = ( A * F * H1 ) ※ ( m A + n B(-t) )
【００５９】
同様に第２回目の送信では、送信符号発生部２５は符号B を発生し、このときの被検体の特性をH2とすると、送信波形T2、受信信号R2、相関後受信信号CR2 は、
T2 = B * F
R2 = B * F * H2
CR2 = ( B * F * H2 ) ※ ( m B - n A(-t) )
となる。加算器１６により、受信信号メモリ部１５に記憶されたCR1 と、相関演算部１４から出力されたCR2 とを加算すると、加算後受信信号SRは、
【００６０】
SR = ( A * F * H1 ) ※ ( m A + n B(-t) ) + ( B * F * H2 ) ※ ( m B - n A(-t) )
= m F * ( H1 * A ※ A + H2 * B ※ B )
+ n F * { H1 * A ※ B(-t) - H2 * B ※ A(-t)} ・・・ （式７）
となる。ここで、被検体における、動きなどがない組織成分をHb、血流などの流れ成分または非線型成分をHf1 およびHf2 とすると、被検体の特性H1およびH2は、
【００６１】
H1 = Hb + Hf1
H2 = Hb + Hf2
となる。なお、組織成分Hbに比べ流れ成分または非線型成分の強度は1/10から1/100 程度と微弱である。これを（式７）に代入し、(式１)と(式２)を適用すると、
【００６２】
となる。ここで、m << n および Hb >> Hf1, Hf2 であるので、第２項は無視することができ、
【００６３】
SR = 2L m F * Hb + n F * ( Hf1 - Hf2) * A ※ B(-t) ・・・ （式８）
となる。(式８)において、第１項は、基本波形を送信して得られた組織部分の断層画像の特性を意味しており、基本波形F を相補符号A とB で変調した時間的に長い波形を用いて送信した場合でも、短い基本波形F を用いて送信した場合と同様の分解能が得られ、基本波形F を用いて送信したときよりも2Lm 倍の強度の受信信号が得られることを示している。また、第２項は、血流などの流れ成分または非線型成分の各送受信間の差分に相当する特性を意味している。つまり、これらの線形加算である相関加算後受信信号SRをＤＳＣ部７で座標変換して得られた画像は、相補符号によって得られた高分解能断層画像と、血流などの流れ成分または非線型成分の画像をm 対n の比率で合成した画像である。
【００６４】
以上のようにして、本発明では、２回の送信と相互相関処理により、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した良好な画像を得ることができる。
【００６５】
なお、受信深度によって流れ成分の検出率および非線型成分の発生率が異なるため、受信深度に応じてm およびn の値を変化させることで、さらに画質を向上させることができる。また、フェーズドアレイ（電子偏向）方式の超音波診断装置では、送受信（走査）方向によって開口の大きさの違いにより、流れ成分の検出率および非線型成分の発生率が異なるため、送受信（走査）方向によってm およびn の値を変化させることで、さらに画質を向上させることができる。
【００６６】
また、基本波形として、図４に示すような正弦波をパルス幅変調した３値波形を、基本波形として用いることで、図３に示した波形と比べ送信波形中の高調波を低減させることができ、被検体の非線型成分をより正確に検出できる。なお、本実施の形態では、基本波形をして３値の波形を用いて説明したが、本発明の要旨は基本波形を限定することはなく、１周期の正弦波をはじめ、各種ウェーブレットを用いることができる。
【００６７】
次に、図５に、本発明を実現する具体的な超音波診断装置のブロック図を示す。なお、図１と同一の機能、動作をする個所は同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図５は、１送信で同時２方向受信に対応した装置であり、符号化受信信号処理部１３と中間信号処理部６を２系統備えている。スイッチ１７は、符号化信号処理部１３ｂに入力する受信信号を選択するものである。
【００６９】
制御部９は、超音波診断装置全体をコントロールするものである。送信符号発生部２５、波形変調部２４は、制御部９の指示を受けて送信波形を発生する。
【００７０】
電子走査探触子１は、振動子アレイ１８を有し、振動子アレイ１８は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００７１】
機械走査探触子２は、単一の振動子１９と、振動子１９を定められた方向に向ける機械走査機構２０からなり、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して定められた方向に向けて被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００７２】
送信部３は、送信波形を増幅して、電子走査モード時には、電子走査探触子１を駆動し、機械走査モード時には、機械走査探触子２を駆動する。
【００７３】
受信部５は、増幅器１１とビームフォーマ１２からなり、振動子アレイ１８のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。増幅器１０は、振動子１９が受信した受信信号を増幅するものである。
【００７４】
電子走査モードにおける本発明の通常動作時では、スイッチ１７をＡ側に接続する。符号化受信信号処理部１３ａの係数メモリ２１および符号化受信信号処理部１３ｂの係数メモリ２１は、同じ参照波形、つまり（式５）と（式６）に示す波形を記憶する。
【００７５】
電子走査モードでは、同一方向に続けて２回の送受信を行なう。まず、符号A を用いて送信を行ない、ビームフォーマ１２で得られた２本の受信信号と（式５）に示す波形との相互相関演算した結果を受信信号メモリ部１５に記憶する。次に、符号B を用いて送信を行い、受信信号と（式６）に示す波形との相互相関演算した結果と、受信信号メモリ１５に記憶された受信信号とを加算器１６で加算する。このようにして、２回の送信で２本の相関加算後受信信号が得られる。
【００７６】
２本の相関加算後受信信号に対して、中間信号処理部６では同じ処理が加えられ、ＤＳＣ部７で座標変換してモニタ８に表示する。
【００７７】
以上のようにして、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した良好な画像を得ることができる。
【００７８】
次に、スイッチ１７をＢ側に接続した場合について説明する。符号化受信信号処理部１３ａの係数メモリ２１には、符号A および符号B をm 倍した波形が記憶され、動きのない組織成分を検出する。中間信号処理部６ａでは、組織成分の画質が最良となるように、バンドパスフィルタ係数、対数増幅器の増幅率が設定される。
【００７９】
符号化受信信号処理部１３ｂの係数メモリ２１には、符号B および符号A を時間的に逆順にした符号をn 倍した波形が記憶され、流れ成分または非線型成分を検出する。中間信号処理部６ｂでは、流れ成分画像または非線型成分画像の画質が最良となるように、バンドパスフィルタ係数、対数増幅器の増幅率が設定される。
【００８０】
組織成分画像と流れ成分画像または非線型成分画像は、ＤＳＣ部７で合成、座標変換され、モニタ８に表示される。
【００８１】
以上の処理により、さらに高画質を実現することができる。ただし、この方法はフレームレートが半減するという欠点がある。フレームレートと画質を両立するために、関心領域を設定し、関心領域内を画像化する場合のみスイッチ１７をＢ側に接続し、それ以外の領域はＡ側で使用することで、フレームレートの低下を最小限としつつ、重要な領域は高品質な画像とすることができる。また、通常はスイッチ１７をＡ側に接続して高フレームレートの動画像を使用し、フリーズキーが押され、画像を静止した場合のみスイッチ１７をＢ側として高画質の静止画像を表示することも有効な手段である。
【００８２】
次に、機械走査モードにおいて本発明を実現する方法について説明する。機械走査探触子２では、モーターなどの走査機構２０を用いて振動子１９の向きを変化させるため、電子走査では容易な、同じ方向に複数回送受信し、次に方向を変えて複数回送受信するといった制御が困難である。本発明では、受信信号メモリ部１５に１画像フレーム分の受信信号が記憶できるだけの記憶容量を持たせ、画像フレーム毎に符号を切り替えて送受信処理を行なう。
【００８３】
まず、１画像フレーム分の送信を符号A を用いて行い、受信信号と（式５）に示す波形との相互相関演算した結果を受信信号メモリ部１５に記憶する。次の画像フレームでは、符号B を用いて送信を行い、受信信号と（式６）に示す波形との相互相関演算した結果を、受信信号メモリ部１５に記憶するとともに、受信信号メモリ１５に記憶された１画像フレーム前の同じ方向からの受信信号と加算する。
【００８４】
以上の処理により、機械走査モードにおいても、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した画像を得ることができる。
【００８５】
なお、画像フレーム毎に送信波形を切り替えることによって、同一方向への送受信間隔を一定とすることができ、当該画像フレームと１フレーム前の画像フレームを加算することで、フレームレートを低下させることがないという効果がある。この効果は電子走査モードでも同様に得ることができるため、送信波形の切り替えを画像フレーム毎に行なうことは電子走査モードでも有効である。
【００８６】
なお、図５に示すような電子走査モードにおける同時２方向受信と機械走査モードをともに搭載した装置では、スイッチ１７をＣ側に接続することにより、機械走査モードでも断層画像と流れ成分または非線型成分の画像を別々に処理することが可能である。
【００８７】
なお、以上の説明では符号化送受信を用いた超音波診断装置について説明したが、本発明の要旨はレーダーやソナー、地中探査装置、非破壊検査装置など、反射エコーイメージング装置および反射エコー探索装置すべてに対し有効である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１の相関後受信信号を、第１の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第１の参照波形とから求め、第２の相関後受信信号を、第２の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第２の参照波形とから求め、第１の相関後受信信号と第２の相関後受信信号を加算した受信信号から断層画像を作成することにより、静止組織成分と、流れ成分または非線型成分とを分離せず、まとめて処理することができ、少ない送信回数で、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像を得ることができるというすぐれた効果を有する超音波診断装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための超音波診断装置を示す簡略ブロック図
【図２】本発明の実施の形態における符号化受信信号処理部を示す詳細図
【図３】本発明の基本波形と送信波形の一例を示す波形図
【図４】本発明の基本波形の一例を示す波形図
【図５】本発明の実施の形態における超音波診断装置を示すブロック図
【図６】従来の超音波診断装置の一例を示すブロック図
【符号の説明】
１ 電子走査探触子
２ 機械走査探触子
３ 送信部
４ 送信波形発生部
５ 受信部
６ 中間信号処理部
７ ＤＳＣ部
８ モニタ
９ 制御部
１０ 増幅器
１１ 増幅器
１２ ビームフォーマ
１３ 符号化受信信号処理部
１４ 相関演算部
１５ 受信信号メモリ部
１６ 加算器
１７ スイッチ
１８ 振動子アレイ
１９ 振動子
２０ 機械走査機構
２１ 係数メモリ
２２ 相関演算器
２３ 受信信号メモリ
２４ 波形変調部
２５ 送信符号発生部
２６ 探触子
３１ バンドパスフィルタ
３２ 対数増幅器
３３ 検波器
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化送受信方式を用いた超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、探触子から超音波を被検体に放射し、その反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の断層画像を得る。
【０００３】
図６に、従来の一般的な電子走査と機械走査の両方に対応した超音波診断装置のブロック図を示す。近年の超音波診断装置では、１回の送信で同時に複数方向の超音波エコーを検出することができる。図は、同時２方向受信に対応した装置を示している。
【０００４】
図６において、制御部９は、超音波診断装置全体をコントロールしている。送信波形発生部４は、制御部９の指示を受けて送信波形を発生する。
【０００５】
電子走査モードでは、送信部３は、超音波が定められた位置／方向に収束／偏向するように、送信波形に対して振動子毎に定められた遅延を与え、さらに増幅して電子走査探触子１を駆動する。電子走査探触子１は、振動子アレイ１８を有し、振動子アレイ１８は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【０００６】
受信部５は、増幅器１１とビームフォーマ１２からなり、振動子アレイ１８のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。増幅器１１は、受信深度に応じて増幅率を変え、深くなるほど増幅率を大きくするのが一般的である。
【０００７】
中間信号処理部６は、バンドパスフィルタ３１、対数増幅器３２、検波器３３からなる。バンドパスフィルタ３１は、受信深度に応じて中心周波数とバンド幅を変えることができ、受信信号の特性に合わせたフィルタリングを行なうことで、最良の分解能とＳＮ比が得られるようにしている。対数増幅器３２は、受信信号のダイナミックレンジを圧縮し、検波器３３は、受信信号を検波して、受信信号の強度を輝度に変換する。図では同時２方向受信に対応するために、２系統の中間信号処理部６ａ、６ｂを備えている。
【０００８】
ＤＳＣ部７は、ｒθ座標で表される受信信号をＸＹ座標に変換し、モニタ８で断層画像を表示する。
【０００９】
機械走査モードでは、送信部３は、送信波形を増幅して、機械走査探触子２を駆動する。機械走査探触子２は、単一の振動子１９と、振動子１９を定められた方向に向ける機械走査機構２０からなり、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して定められた方向に向けて被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００１０】
受信信号は、増幅器１０で増幅されて中間信号処理部６ａに入力される。増幅器１０は、増幅器１１と同様に受信深度に応じて増幅率を変えるのが一般的である。その後、中間信号処理部６、ＤＳＣ部７で、電子走査モードの時と同様な処理が施され、モニタ８で断層画像を表示する。
【００１１】
このような超音波診断装置において、近年、２回の送受信により得られた受信信号の和や差から、血流などの流れ成分や、組織の非線形成分を検出しようという試みがある。しかし、これらの反射エコーは組織からの反射エコーに比べ微弱であるため、ＳＮ比のよい明瞭な画像が得られないという問題がある。
【００１２】
送信電圧を上げずに感度を向上させる方法として、相補符号による符号化送信方式が知られている。この方式では、相補符号のそれぞれの符号で変調した送信波形を用いて２回の送受信を行ない、それぞれ得られた受信信号に対し、送信時に用いた相補符号で相互相関演算を行ない、これら２本の受信信号を加算することで、距離方向の分解能の劣化なく、感度を向上させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、１方向の受信信号を得るために２回の送受信が必要であり、フレームレートが低下するという問題がある。相補符号を用いて流れ成分や非線形成分を検出しようとすると、４回の送受信が必要となり、さらにフレームレートが低下することになるという問題があった。
【００１４】
フレームレートを低下させずに非線形成分を検出する方法として、特開２０００−６０８５５号公報に記載されたものがある。同公報によれば、第１の送信コードで変調した波形を送信し、その受信信号と第１の受信コードを相関させた信号を記憶し、第２の送信コードで変調した波形を送信し、その受信信号と第２の受信コードを相関させた信号と加算する。第１の送信コードに対する第１の受信コードの相関と第２の送信コードに対する第２の受信コードの相関の和がゼロになる直交性条件を満たしているため、線形エコー成分が実質的に除去されて、非線型成分のみが残る、というものである。
【００１５】
しかしながら、現実問題として非線型線分を用いた画像と従来の線形成分を用いた断層画像を合成する必要があるが、同公報では、これについて述べられていない。
【００１６】
断層画像と、非線形成分画像または流れ成分画像を合成する方法については、特開平１１−３４２１２９号公報に記載されたものがある。同公報によれば、走査線間処理を行なうフィルタ係数１個を１つ摂動させることにより、断層画像と、非線形成分画像または流れ成分画像を合成する。
【００１７】
しかしながら、この方式では１回の送受信で得られた断層画像に、複数回の送受信で得られた非線型成分画像または流れ画像が合成されるため、断層画像を得るのに２回の送受信を必要とする相補符号には対応できない。
【００１８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、相補符号を用いて、少ない送信回数でフレームレートを落とすことなく、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を最適な比率で合成した、高品質な超音波画像が得られる超音波診断装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の超音波診断装置は、基本波形を相補符号で変調された送信波形を送信する送信部と、前記送信部から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、前記被検体から反射された超音波エコーを電気信号に変換する探触子と、あらかじめ記憶した参照波形と前記探触子が受信した受信信号との相関を計算する相関演算部と、この相関演算部に計算された相関後の受信信号を記憶する受信信号メモリ部と、この受信信号メモリ部に記憶された受信信号と前記相関演算部から出力された受信信号との時相を合わせ加算する加算器と、この加算器に加算された受信信号を用いて断層画像を作成する受信信号処理部とを備え、前記送信部が、前記基本波形を前記相補符号の一方の符号Ａで変調した第１の送信波形と、前記基本波形を前記相補符号の他の符号Ｂで変調した第２の送信波形とを送信し、前記探触子が、前記第１の送信波形の放射に対して反射した第１の受信信号と、前記第２の送信波形の放射に対して反射した第２の受信信号とを受信し、前記相関演算部が、前記符号Ａをｍ倍したものと前記符号Ｂを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを加算した波形である第１の参照波形と、前記符号Ｂをｍ倍したものから前記符号Ａを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを減算した波形である第２の参照波形とを参照波形として記憶し、前記第１の参照波形と前記第１の受信信号との相関を計算して第１の相関後受信信号を求め、前記第２の参照波形と前記第２の受信信号との相関を計算して第２の相関後受信信号を求め、前記受信信号メモリ部が、前記第１の相関後受信信号を記憶し、前記加算器が、前記受信信号メモリ部に記憶された第１の相関後受信信号と前記相関演算部から出力された前記第２の相関後受信信号との時相を合わせ加算する構成を有している。
【００２６】
この構成により、相関演算部が、第１の相関後受信信号を、第１の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第１の参照波形とから求め、第２の相関後受信信号を、第２の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第２の参照波形とから求め、加算器が、第１の相関後受信信号と第２の相関後受信信号を加算し、受信信号処理部が、加算後の受信信号から断層画像を作成するので、静止組織成分と、流れ成分または非線型成分とを分離せず、まとめて処理することができ、少ない送信回数で、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像を得ることができることとなる。
【００２７】
また、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを受信深度に応じて変化させる構成を有している。この構成により、受信深度に応じて、得られる信号の強度や、静止組織成分と流れ成分または非線型成分との出現比率を調整することができ、最適な処理を行うことができることとなる。
【００２８】
また、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを走査方向に応じて変化させる構成を有している。この構成により、走査方向に応じて、得られる信号の強度や、静止組織成分と流れ成分または非線型成分との出現比率を調整することができ、最適な処理を行うことができることとなる。
【００２９】
また、本発明の超音波診断装置は、前記基本波形が３値１周期のパルス波形である構成を有している。この構成により、送信回路方式を簡略化し、消費電力を抑えることができることとなる。
【００３０】
また、本発明の超音波診断装置は、前記基本波形が１周期の正弦波を３値パルス幅変調した波形である構成を有している。この構成により、送信波形の高調波成分を最小限に抑えることができることとなる。
【００３１】
また、本発明の超音波診断装置は、前記受信信号メモリ部が、１画像フレーム分の受信信号を記憶し、前記送信部が、画像フレーム毎に相補符号の符号Ａと符号Ｂを交互に送信し、前記加算器が、前記相関演算部から出力された画像フレームと前記受信信号メモリ部に記憶された前記画像フレームの１フレーム前の画像フレームとを加算する構成を有している。
【００３２】
この構成により、被検体に対して超音波を同一方向に連続して送受信できない装置にも、少ない送信回数でフレームレートを落とすことなく、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像が得られる本発明の装置を適用できることとなる。
【００３３】
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記相関演算部、前記受信信号メモリ部、前記加算器を有する符号化受信信号処理部を複数備え、前記探触子が、１回の送信で複数方向の受信信号を検出し、１つの前記符号化受信信号処理部が、１つの前記受信信号を信号処理し、他の前記符号化受信信号処理部が、他の前記受信信号を信号処理し、前記受信信号処理部が、前記受信信号処理部に処理された複数の受信信号を合成して前記断層画像を作成する構成を有している。
【００３４】
この構成により、被検体に対して超音波の１回の送信で複数方向の受信信号を同時に検出でき、信号処理を行うことができ、被検体の複数箇所の状態を同時に、さらに短時間で診断を行うことができることとなる。
【００３５】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部の１つが、静止組織成分を信号処理し、前記符号化受信信号処理部の他の１つが、流れ成分または非線型成分を信号処理する構成を有している。
【００３６】
この構成により、静止組織成分と流れ成分または非線型成分に対して、別々の信号処理を加えることができ、それぞれの対象に合わせた処理を行うことができることとなる。
【００３７】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、前記スイッチが、画面がフリーズモードになったときのみ、流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択する構成を有している。この構成により、通常動作モードとフリーズモードで処理を変更することができ、それぞれのモードに適した画質とすることができることとなる。
【００３８】
また、本発明の超音波診断装置は、前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、前記スイッチが、関心領域からの受信信号のみを流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択する構成を有している。この構成により、関心領域とそれ以外の領域で処理を変更することができ、それぞれの領域に適した画質とすることができることとなる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４０】
図１に、本発明の超音波診断装置の主要部分のみのブロック図を示し、原理を説明する。
【００４１】
図１において、送信符号発生部２５は、各送信毎に異なる符号を発生でき、符号A および符号B からなる相補符号を発生する。波形変調部２４は、基本波形を送信符号発生部２５で発生された符号で変調した送信波形を発生する。送信部３は、波形変調部２４で発生された送信波形を増幅して探触子２６を駆動する。
【００４２】
探触子２６は、電子走査探触子または機械走査探触子のいずれかである。また、探触子２６は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００４３】
受信部５は、探触子２６で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。また、受信信号を受信深度に応じて増幅率を変え、深くなるほど増幅率を大きくして増幅するのが一般的である。また、受信部５は、探触子２６に機械走査探触子を用いる場合には増幅器を用いても良い。
【００４４】
符号化受信信号処理部１３は、相関演算部１４、受信信号メモリ部１５、加算器１６を有する。
【００４５】
相関演算部１４は、参照波形を記憶し、記憶した参照波形と受信部５から入力した受信信号との相互相関を計算する。参照波形は、受信信号毎かつ受信深度に応じて変えることができる。受信信号メモリ部１５は、複数の受信信号を記憶するものである。加算器１６は、受信信号メモリ部１５で記憶された受信信号と、相関演算部１４から出力された受信信号との時相を合わせた後、加算する。
【００４６】
符号化受信信号処理部１３に相関加算処理された受信信号は、中間信号処理部６でバンドパスフィルタリング、対数増幅、検波の各処理を施された後、ＤＳＣ部７で座標変換され、断層画像としてモニタ８に表示される。
【００４７】
ここで、符号化受信信号処理部１３の詳細を図２に示す。
【００４８】
相関演算部１４は、係数メモリ２１と相関演算器２２からなり、係数メモリ２１に記憶された参照波形と入力された受信信号との相互相関を計算する。上述したように参照波形は、受信信号毎かつ受信深度に応じて変えることができる。受信信号メモリ部１５は、複数の受信信号メモリ２３ａ、２３ｂ、・・・２３ｎからなり、複数の受信信号を記憶できるようになっている。加算器１６は、受信信号メモリ部１５のそれぞれの受信信号メモリ２３に記憶された受信信号と、相関演算部１４の相関演算器２２から出力された受信信号の時相を合わせた後、加算する。
【００４９】
以上のように構成された超音波診断装置を用いて、本発明の動作について詳しく説明する。まず、使用する相補符号を符号A および符号B とすると、相補符号の定義から、
【００５０】
A ※ A + B ※ B = 2Lδ ・・・ （式１）
となる。式中、※は相関演算を、L はA およびB の符号長を、δはデルタ関数を表す。また、相関の定義から、
【００５１】
A ※ B(-t) = B ※ A(-t) ・・・ （式２）
が成り立つ。ここで、A(-t)およびB(-t)はA およびB を時間的に逆順にしたものである。つまり、
【００５２】
A = [ 1 1 1 -1 ] ・・・ （式３）
B = [ 1 1 -1 1 ] ・・・ （式４）
とすると、
【００５３】
A(-t) = [ -1 1 1 1 ]
B(-t) = [ 1 -1 1 1 ]
である。また、係数メモリ２１には次の２つの参照波形が記憶され、送信毎に選択して使用することができる。
【００５４】
C1 = m A + n B(-t) ・・・ （式５）
C2 = m B - n A(-t) ・・・ （式６）
ここで、n はm に比べ10倍から100 倍程度の値とする。
【００５５】
まず、第１回目の送信では、送信符号発生部２５は、符号A を発生する。このとき送信される第１の送信波形T1は、基本波形をF とすると、
T1 = A * F
となる。このとき * は畳み込み演算を表す。
【００５６】
図３に、送信波形の一例を示す。基本波形として、図３（ａ）に示すような３値１周期の波形を用い、相補符号として、（式３）および（式４）に示す符号を用いると、第１の送信波形T1は、図３（ｂ）のようになる。また、後述する第２の送信波形は、図３（ｃ）のようになる。
【００５７】
この第１の送信波形を被検体に送信し、このときの被検体の特性をH1とし、振動子などの装置の特性を無視すると、受信信号R1は、
【００５８】
R1 = T1 * H1 = A * F * H1
となる。符号化受信信号処理部１３では、この受信信号R1と参照波形C1の相互相関を計算し、相関後受信信号CR1 を受信信号メモリ部１５に記憶する。
CR1 = ( A * F * H1 ) ※ ( m A + n B(-t) )
【００５９】
同様に第２回目の送信では、送信符号発生部２５は符号B を発生し、このときの被検体の特性をH2とすると、送信波形T2、受信信号R2、相関後受信信号CR2 は、
T2 = B * F
R2 = B * F * H2
CR2 = ( B * F * H2 ) ※ ( m B - n A(-t) )
となる。加算器１６により、受信信号メモリ部１５に記憶されたCR1 と、相関演算部１４から出力されたCR2 とを加算すると、加算後受信信号SRは、
【００６０】
SR = ( A * F * H1 ) ※ ( m A + n B(-t) ) + ( B * F * H2 ) ※ ( m B - n A(-t) )
= m F * ( H1 * A ※ A + H2 * B ※ B )
+ n F * { H1 * A ※ B(-t) - H2 * B ※ A(-t)} ・・・ （式７）
となる。ここで、被検体における、動きなどがない組織成分をHb、血流などの流れ成分または非線型成分をHf1 およびHf2 とすると、被検体の特性H1およびH2は、
【００６１】
H1 = Hb + Hf1
H2 = Hb + Hf2
となる。なお、組織成分Hbに比べ流れ成分または非線型成分の強度は1/10から1/100 程度と微弱である。これを（式７）に代入し、(式１)と(式２)を適用すると、
【００６２】
【００６３】
SR = 2L m F * Hb + n F * ( Hf1 - Hf2) * A ※ B(-t) ・・・ （式８）
となる。(式８)において、第１項は、基本波形を送信して得られた組織部分の断層画像の特性を意味しており、基本波形F を相補符号A とB で変調した時間的に長い波形を用いて送信した場合でも、短い基本波形F を用いて送信した場合と同様の分解能が得られ、基本波形F を用いて送信したときよりも2Lm 倍の強度の受信信号が得られることを示している。また、第２項は、血流などの流れ成分または非線型成分の各送受信間の差分に相当する特性を意味している。つまり、これらの線形加算である相関加算後受信信号SRをＤＳＣ部７で座標変換して得られた画像は、相補符号によって得られた高分解能断層画像と、血流などの流れ成分または非線型成分の画像をm 対n の比率で合成した画像である。
【００６４】
以上のようにして、本発明では、２回の送信と相互相関処理により、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した良好な画像を得ることができる。
【００６５】
なお、受信深度によって流れ成分の検出率および非線型成分の発生率が異なるため、受信深度に応じてm およびn の値を変化させることで、さらに画質を向上させることができる。また、フェーズドアレイ（電子偏向）方式の超音波診断装置では、送受信（走査）方向によって開口の大きさの違いにより、流れ成分の検出率および非線型成分の発生率が異なるため、送受信（走査）方向によってm およびn の値を変化させることで、さらに画質を向上させることができる。
【００６６】
また、基本波形として、図４に示すような正弦波をパルス幅変調した３値波形を、基本波形として用いることで、図３に示した波形と比べ送信波形中の高調波を低減させることができ、被検体の非線型成分をより正確に検出できる。なお、本実施の形態では、基本波形をして３値の波形を用いて説明したが、本発明の要旨は基本波形を限定することはなく、１周期の正弦波をはじめ、各種ウェーブレットを用いることができる。
【００６７】
次に、図５に、本発明を実現する具体的な超音波診断装置のブロック図を示す。なお、図１と同一の機能、動作をする個所は同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図５は、１送信で同時２方向受信に対応した装置であり、符号化受信信号処理部１３と中間信号処理部６を２系統備えている。スイッチ１７は、符号化信号処理部１３ｂに入力する受信信号を選択するものである。
【００６９】
制御部９は、超音波診断装置全体をコントロールするものである。送信符号発生部２５、波形変調部２４は、制御部９の指示を受けて送信波形を発生する。
【００７０】
電子走査探触子１は、振動子アレイ１８を有し、振動子アレイ１８は、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００７１】
機械走査探触子２は、単一の振動子１９と、振動子１９を定められた方向に向ける機械走査機構２０からなり、送信部３から送信された駆動波形を超音波に変換して定められた方向に向けて被検体に放射するとともに、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。
【００７２】
送信部３は、送信波形を増幅して、電子走査モード時には、電子走査探触子１を駆動し、機械走査モード時には、機械走査探触子２を駆動する。
【００７３】
受信部５は、増幅器１１とビームフォーマ１２からなり、振動子アレイ１８のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅するとともに、それぞれの受信信号に対して定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。増幅器１０は、振動子１９が受信した受信信号を増幅するものである。
【００７４】
電子走査モードにおける本発明の通常動作時では、スイッチ１７をＡ側に接続する。符号化受信信号処理部１３ａの係数メモリ２１および符号化受信信号処理部１３ｂの係数メモリ２１は、同じ参照波形、つまり（式５）と（式６）に示す波形を記憶する。
【００７５】
電子走査モードでは、同一方向に続けて２回の送受信を行なう。まず、符号A を用いて送信を行ない、ビームフォーマ１２で得られた２本の受信信号と（式５）に示す波形との相互相関演算した結果を受信信号メモリ部１５に記憶する。次に、符号B を用いて送信を行い、受信信号と（式６）に示す波形との相互相関演算した結果と、受信信号メモリ１５に記憶された受信信号とを加算器１６で加算する。このようにして、２回の送信で２本の相関加算後受信信号が得られる。
【００７６】
２本の相関加算後受信信号に対して、中間信号処理部６では同じ処理が加えられ、ＤＳＣ部７で座標変換してモニタ８に表示する。
【００７７】
以上のようにして、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した良好な画像を得ることができる。
【００７８】
次に、スイッチ１７をＢ側に接続した場合について説明する。符号化受信信号処理部１３ａの係数メモリ２１には、符号A および符号B をm 倍した波形が記憶され、動きのない組織成分を検出する。中間信号処理部６ａでは、組織成分の画質が最良となるように、バンドパスフィルタ係数、対数増幅器の増幅率が設定される。
【００７９】
符号化受信信号処理部１３ｂの係数メモリ２１には、符号B および符号A を時間的に逆順にした符号をn 倍した波形が記憶され、流れ成分または非線型成分を検出する。中間信号処理部６ｂでは、流れ成分画像または非線型成分画像の画質が最良となるように、バンドパスフィルタ係数、対数増幅器の増幅率が設定される。
【００８０】
組織成分画像と流れ成分画像または非線型成分画像は、ＤＳＣ部７で合成、座標変換され、モニタ８に表示される。
【００８１】
以上の処理により、さらに高画質を実現することができる。ただし、この方法はフレームレートが半減するという欠点がある。フレームレートと画質を両立するために、関心領域を設定し、関心領域内を画像化する場合のみスイッチ１７をＢ側に接続し、それ以外の領域はＡ側で使用することで、フレームレートの低下を最小限としつつ、重要な領域は高品質な画像とすることができる。また、通常はスイッチ１７をＡ側に接続して高フレームレートの動画像を使用し、フリーズキーが押され、画像を静止した場合のみスイッチ１７をＢ側として高画質の静止画像を表示することも有効な手段である。
【００８２】
次に、機械走査モードにおいて本発明を実現する方法について説明する。機械走査探触子２では、モーターなどの走査機構２０を用いて振動子１９の向きを変化させるため、電子走査では容易な、同じ方向に複数回送受信し、次に方向を変えて複数回送受信するといった制御が困難である。本発明では、受信信号メモリ部１５に１画像フレーム分の受信信号が記憶できるだけの記憶容量を持たせ、画像フレーム毎に符号を切り替えて送受信処理を行なう。
【００８３】
まず、１画像フレーム分の送信を符号A を用いて行い、受信信号と（式５）に示す波形との相互相関演算した結果を受信信号メモリ部１５に記憶する。次の画像フレームでは、符号B を用いて送信を行い、受信信号と（式６）に示す波形との相互相関演算した結果を、受信信号メモリ部１５に記憶するとともに、受信信号メモリ１５に記憶された１画像フレーム前の同じ方向からの受信信号と加算する。
【００８４】
以上の処理により、機械走査モードにおいても、高分解能断層画像と血流などの流れ成分または非線型成分の画像を最適な比率で合成した画像を得ることができる。
【００８５】
なお、画像フレーム毎に送信波形を切り替えることによって、同一方向への送受信間隔を一定とすることができ、当該画像フレームと１フレーム前の画像フレームを加算することで、フレームレートを低下させることがないという効果がある。この効果は電子走査モードでも同様に得ることができるため、送信波形の切り替えを画像フレーム毎に行なうことは電子走査モードでも有効である。
【００８６】
なお、図５に示すような電子走査モードにおける同時２方向受信と機械走査モードをともに搭載した装置では、スイッチ１７をＣ側に接続することにより、機械走査モードでも断層画像と流れ成分または非線型成分の画像を別々に処理することが可能である。
【００８７】
なお、以上の説明では符号化送受信を用いた超音波診断装置について説明したが、本発明の要旨はレーダーやソナー、地中探査装置、非破壊検査装置など、反射エコーイメージング装置および反射エコー探索装置すべてに対し有効である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１の相関後受信信号を、第１の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第１の参照波形とから求め、第２の相関後受信信号を、第２の受信信号と、相補符号の符号Ａおよび符号Ｂを用いた第２の参照波形とから求め、第１の相関後受信信号と第２の相関後受信信号を加算した受信信号から断層画像を作成することにより、静止組織成分と、流れ成分または非線型成分とを分離せず、まとめて処理することができ、少ない送信回数で、高分解能断層画像と流れ成分または非線型成分を合成した、高品質な超音波画像を得ることができるというすぐれた効果を有する超音波診断装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための超音波診断装置を示す簡略ブロック図
【図２】本発明の実施の形態における符号化受信信号処理部を示す詳細図
【図３】本発明の基本波形と送信波形の一例を示す波形図
【図４】本発明の基本波形の一例を示す波形図
【図５】本発明の実施の形態における超音波診断装置を示すブロック図
【図６】従来の超音波診断装置の一例を示すブロック図
【符号の説明】
１ 電子走査探触子
２ 機械走査探触子
３ 送信部
４ 送信波形発生部
５ 受信部
６ 中間信号処理部
７ ＤＳＣ部
８ モニタ
９ 制御部
１０ 増幅器
１１ 増幅器
１２ ビームフォーマ
１３ 符号化受信信号処理部
１４ 相関演算部
１５ 受信信号メモリ部
１６ 加算器
１７ スイッチ
１８ 振動子アレイ
１９ 振動子
２０ 機械走査機構
２１ 係数メモリ
２２ 相関演算器
２３ 受信信号メモリ
２４ 波形変調部
２５ 送信符号発生部
２６ 探触子
３１ バンドパスフィルタ
３２ 対数増幅器
３３ 検波器
Claims (10)
- 基本波形を相補符号で変調された送信波形を送信する送信部と、
前記送信部から送信された駆動波形を超音波に変換して被検体に放射するとともに、前記被検体から反射された超音波エコーを電気信号に変換する探触子と、
あらかじめ記憶した参照波形と前記探触子が受信した受信信号との相関を計算する相関演算部と、
この相関演算部に計算された相関後の受信信号を記憶する受信信号メモリ部と、
この受信信号メモリ部に記憶された受信信号と前記相関演算部から出力された受信信号との時相を合わせ加算する加算器と、
この加算器に加算された受信信号を用いて断層画像を作成する受信信号処理部とを備え、
前記送信部が、前記基本波形を前記相補符号の一方の符号Ａで変調した第１の送信波形と、前記基本波形を前記相補符号の他の符号Ｂで変調した第２の送信波形とを送信し、
前記探触子が、前記第１の送信波形の放射に対して反射した第１の受信信号と、前記第２の送信波形の放射に対して反射した第２の受信信号とを受信し、
前記相関演算部が、前記符号Ａをｍ倍したものと前記符号Ｂを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを加算した波形である第１の参照波形と、前記符号Ｂをｍ倍したものから前記符号Ａを時間的に逆順にした符号をｎ倍したものを減算した波形である第２の参照波形とを参照波形として記憶し、前記第１の参照波形と前記第１の受信信号との相関を計算して第１の相関後受信信号を求め、前記第２の参照波形と前記第２の受信信号との相関を計算して第２の相関後受信信号を求め、
前記受信信号メモリ部が、前記第１の相関後受信信号を記憶し、
前記加算器が、前記受信信号メモリ部に記憶された第１の相関後受信信号と前記相関演算部から出力された前記第２の相関後受信信号との時相を合わせ加算することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを受信深度に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
- 前記相関演算部が、前記係数ｍおよび係数ｎを走査方向に応じて変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
- 前記基本波形が３値１周期のパルス波形であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
- 前記基本波形が１周期の正弦波を３値パルス幅変調した波形であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
- 前記受信信号メモリ部が、１画像フレーム分の受信信号を記憶し、
前記送信部が、画像フレーム毎に相補符号の符号Ａと符号Ｂを交互に送信し、
前記加算器が、前記相関演算部から出力された画像フレームと前記受信信号メモリ部に記憶された前記画像フレームの１フレーム前の画像フレームとを加算することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。 - 前記相関演算部、前記受信信号メモリ部、前記加算器を有する符号化受信信号処理部を複数備え、
前記探触子が、１回の送信で複数方向の受信信号を検出し、
１つの前記符号化受信信号処理部が、１つの前記受信信号を信号処理し、他の前記符号化受信信号処理部が、他の前記受信信号を信号処理し、
前記受信信号処理部が、前記受信信号処理部に処理された複数の受信信号を合成して前記断層画像を作成することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。 - 前記符号化受信信号処理部の１つが、静止組織成分を信号処理し、前記符号化受信信号処理部の他の１つが、流れ成分または非線型成分を信号処理することを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
- 前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、
前記スイッチが、画面がフリーズモードになったときのみ、流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択することを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。 - 前記符号化受信信号処理部に入力する信号を選択するスイッチを備え、
前記スイッチが、関心領域からの受信信号のみを流れ成分または非線型成分を信号処理する前記符号化受信信号処理部に選択することを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
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