JP5260897B2

JP5260897B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP5260897B2
Application number: JP2007164663A
Authority: JP
Inventors: 正徳国田
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP2009000326A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、変調された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の正弦波として構成され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。また、送波される超音波の尖頭値電力をパルスドプラに比べて例えば１／１００程度以下に小さくすることができる。こうした事情などから、本願発明者は、連続波ドプラに関する研究を重ねてきた。その成果の一つとして、特許文献１において、周波数変調処理を施した連続波ドプラ（ＦＭＣＷドプラ）に関する技術を提案している。

一方、連続波ドプラでは、連続波を利用していることにより位置計測が困難である。例えば、従来の一般的な連続波ドプラの装置（ＦＭＣＷドプラを利用しない装置）では、位置計測を行うことができなかった。これに対し、本願発明者は、特許文献２において、ＦＭＣＷドプラにより生体内組織の速度に加えて生体内組織の位置を計測することができる技術を提案している。

特開２００５−２５３９４９号公報特開２００６−１４９１６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。本願発明者は、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。その研究の過程において、特に、受信信号に対して復調処理を施すことにより得られる復調信号に含まれるサイドローブ成分に注目した。

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、変調された連続波を利用する超音波診断装置において復調信号に含まれるサイドローブ成分を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、搬送波信号に対して周波数変調処理を施すことにより変調送信信号を生成する送信信号処理部と、変調送信信号に基づいて超音波を生体に送波して生体からの反射波を受波することにより受信信号を得る送受波部と、実質的に変調送信信号に等しい波形の参照信号を用いて受信信号に対して復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、を有し、送受波部で利用される変調送信信号と受信信号処理部で利用される参照信号のうちの少なくとも一方の信号に対して振幅変調処理を施すことにより、受信信号処理部で得られる復調信号に含まれるサイドローブ成分を低減させることを特徴とする。

上記態様によれば、送受波部で利用される変調送信信号と受信信号処理部で利用される参照信号のうちの少なくとも一方の信号に対して振幅変調処理を施しているため、例えば当該振幅変調処理を施さない場合に比べて、復調信号に含まれるサイドローブ成分を低減させることができる。これにより、例えば復調信号に含まれるメインローブ成分の抽出の精度を高めることができる。また、復調信号に基づいて、例えば生体内部位の位置情報や速度情報を得るようにしてもよい。

望ましい態様において、前記周波数変調処理は、周期的に変化する周波数変調信号を用いて実行され、前記振幅変調処理は、周波数変調信号と同じ周期の振幅変調信号を用いて実行されることを特徴とする。

望ましい態様において、位相調整処理を施して参照信号と受信信号との間の位相関係を調整して復調処理を施すことにより、復調信号に含まれるサイドローブ成分の低減の程度を調整することを特徴とする。

望ましい態様において、生体内の目標位置の深さに応じた遅延量に基づいて参照信号と受信信号との間の位相関係を調整することにより、目標位置におけるサイドローブ成分の低減の程度を高めることを特徴とする。これにより、例えば位相関係を調整しない場合に比べて、目標位置におけるサイドローブ成分の低減の程度を高めることが可能になる。

望ましい態様において、前記振幅変調信号として、バイアス余弦関数のｎ乗、バイアス余弦２乗関数のｎ乗、三角波、ガウス関数のうちの少なくとも一つの関数に対応した重み付け信号を用いることを特徴とする。この態様においてｎは整数を含むが整数のみに限定されない。

望ましい態様において、前記周波数変調信号として鋸歯状波信号を用いることを特徴とする。なお、鋸歯状波信号に換えて三角波信号や正弦波信号などを用いてもよい。

本発明により、変調された連続波を利用する超音波診断装置において復調信号に含まれるサイドローブ成分を低減することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す機能ブロック図である。

ＦＭ変調器１８は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、鋸歯状波発振器２０から供給される鋸歯状の変調波（後に詳述する図２の符号４０）に基づいてＦＭ連続波（後に詳述する図３（Ａ）の送信波形）を発生する。ＦＭ連続波は、重み付け処理部１６ａにおいて振幅に重み付け処理が施されて送信器１４へ出力される。なお、重み付け処理による効果等については後に詳述する。

送信器１４は、送信用振動子１０へ送信信号を供給して超音波を送波させる。送信器１４には、ＦＭ変調されてさらに重み付け処理が施されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ波）が入力され、このＦＭ連続波に対応する送信波が送信用振動子１０から送波される。

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連続的に実行される。なお、図１では、送信用振動子１０および受信用振動子１２をそれぞれ一つのブロックで示しているが、送信用振動子１０および受信用振動子１２は、それぞれ複数の振動素子で形成されてもよい。

前置増幅器２４および主増幅器２６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して増幅処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ２８へ出力する。受信ミキサ２８は、受信ＲＦ信号に対して検波を施す回路である。

なお、受信ミキサ２８に供給される参照信号は、ＦＭ変調器１８で生成されたＦＭ連続波であり、ＦＭ変調器１８で生成されたＦＭ連続波が重み付け処理部１６ｂにおいて振幅に重み付け処理を施され、さらに遅延回路１７において遅延処理を施されてから受信ミキサ２８に供給される。重み付け処理や遅延処理による効果等については後に詳述する。

こうして、受信ミキサ２８において、受信ＲＦ信号に対して送信用のＦＭ連続波から得られる参照信号による検波が行われ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０によって送受信信号間における周波数差信号が抽出される。周波数差信号については後に図２および図３を利用して詳述する。

ちなみに、受信ミキサ２８は、受信ＲＦ信号に対して直交検波を施して複素信号を生成してもよい。直交検波の場合、遅延回路１７から出力されるＦＭ連続波と、そのＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらした連続波とによる、二つの連続波を参照信号として検波を行い、同相成分と直交成分の二つの成分を出力すればよい。

ＢＰＦ３０によって抽出された周波数差信号は、位置演算部３２に出力され、さらに位置演算部３２を経由して速度演算部３４に出力される。

位置演算部３２は周波数差信号に基づいて生体内組織の位置を演算する。また、速度演算部３４は各周波数差信号に相当する各周波数スペクトラムの時間変化に基づいて生体内組織の速度を演算する。位置演算部３２および速度演算部３４は、例えば、ＦＦＴ演算を行う演算器（ＣＰＵやＤＳＰなど）で構成される。位置演算部３２および速度演算部３４で求められた組織の位置情報や速度情報は、表示部３６に出力され、例えば、位置情報に基づく生体内の断層画像や三次元画像、あるいは、速度情報に基づくドプラ画像やカラードプラ画像などが表示部３６に表示される。

以上、概説したように、本実施形態では、鋸歯状波でＦＭ変調した連続波による超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波し、生体内の組織（部位）の位置情報や速度情報を取得する。そこで、次にその原理について詳述する。なお、以下において、図１に示した部分には図１の符号を付して説明する。

図２は、周波数差信号から位置情報を取得する原理を説明するための図である。図２は、一つの対象組織から受信信号を取得した場合の例を示している。そして、図２（Ａ）には、送信周波数４０および受信周波数４２の時間変化の様子が示されており、図２（Ｂ）には、送受信信号の周波数差（周波数差信号４４）の時間変化の様子が示されている。送信周波数４０は、送信用振動子１０から送波される超音波の周波数変化に相当し、受信周波数４２は、受信用振動子１２で受波される組織からの反射波の周波数変化に相当する。また、周波数差信号４４は、ＢＰＦ３０によって抽出される信号である。

送信周波数４０は、鋸歯状波発振器２０で生成される。送信周波数４０は、時間Ｔｍの間に−ΔωからΔωまで周波数が変化し、これが繰り返される鋸歯状の周波数変化をするＦＭ変調波である。この鋸歯状波で変調された送信波は、生体内を伝播して組織によって反射される。このため、往復伝播距離に応じた遅延を伴って受波される。この様子を示すのが受信周波数４２である。つまり、受信周波数４２は、送信周波数４０から遅延時間τだけずれて取得される。

時間τは、超音波の往復伝播時間に相当する。そこで、送信用振動子１０と受信用振動子１２を備えた探触子から対象組織までの距離をＬ、音速をｃとすると、時間τは次式のようになる。

また、送信周波数４０は、時間Ｔｍの間に−ΔωからΔωまで周波数が変化するため、単位時間当たりの周波数変化は、次式のようになる。

このため、図２（Ｂ）に示す期間１，３，５における送受信信号間の周波数差Δδと、期間２，４，６における送受信信号間の周波数差Δδは、それぞれ次式のようになる。

時間τ＝２Ｌ／ｃであるため、期間１，３，５における送受信信号間の周波数差Δδを考えると、

となる。したがって、期間１，３，５における送受信信号間の周波数差Δδを知ることで、既知の値であるΔω，Ｔｍ，ｃから、数４を利用して、探触子から対象組織までの距離Ｌを算出することができる。

図３は、周波数差信号から位置情報を取得する原理を説明するための図であり、図３は、複数の対象組織から受信信号を取得した場合の例を示している。

図３（Ａ）は、送信用振動子１０へ供給される送信波形（ＦＭ連続波：ＦＭＣＷ波）を示している。図３（Ｂ）は、送信周波数４０および複数の受信周波数４２ａ〜４２ｄの時間変化の様子を示している。複数の受信周波数４２ａ〜４２ｄは、それぞれ、異なる深さに存在する対象組織からの受信信号に相当する。複数の受信周波数４２ａ〜４２ｄは、それぞれ、対応する組織の深さに応じて送信周波数４０に対して遅延を伴って受波される。

図３（Ｃ）は、複数の受信周波数４２ａ〜４２ｄの各々について、送信周波数４０との差である周波数差信号４４ａ〜４４ｄの時間変化の様子を示している。周波数差信号４４ａ〜４４ｄは、ＢＰＦ３０によって一括して抽出される信号である。つまり、ＢＰＦ３０は、周波数差信号４４ａ〜４４ｄが重ね合わされた信号を出力する。

位置演算部３２は、この重ね合わされた信号から、各深さごとの周波数差信号を抽出する。このため、位置演算部３２は、図３（Ｃ）に示す信号処理時間帯４８にウィンドウを設定し、設定したウィンドウ内でＢＰＦ３０からの出力信号を、例えばＦＦＴなどを利用して周波数解析し、図３（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムを取得する。

図３（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムは、周波数差信号４４ａ〜４４ｄが重ね合わされた信号の周波数スペクトラムに相当する。したがって、各周波数差信号４４ａ〜４４ｄの周波数位置に対応したスペクトラム成分５０ａ〜５０ｄを含む波形となる。

そこで、位置演算部３２は、必要とする周波数帯域の信号を抽出した後、ＦＦＴ等により周波数電力スペクトラムの各スペクトラム成分５０ａ〜５０ｄに変換し、その周波数成分から、周波数差信号４４ａ〜４４ｄの信号処理時間帯４８における周波数差Δδを求める。例えば、ピーク値をもった線スペクトラム状の各周波数成分５０ａ〜５０ｄの頂点の位置（周波数）が、各スペクトラム成分５０ａ〜５０ｄに対応した周波数差Δδとなる。こうして、各深さごとに、周波数差Δδと、既知の値であるΔω，Ｔｍ，ｃから、数４を利用して、各組織の深さ（位置）に相当する距離Ｌが算出される。

図４は、周波数差信号から速度情報を取得する原理を説明するための図であり、周波数差信号の周波数スペクトラムの時間変化を示している。

図４は、図３（Ｄ）を利用して説明した周波数スペクトラムを、周波数軸と時間軸によって二次元的に表現したものであり、図４における周波数軸が、図３（Ｄ）における縦軸に対応する。したがって、図４においても、所定周波数におけるスペクトラムは、その周波数に対応する深さからの反射波に相当する。なお、図４において、周波数スペクトラムは、振幅成分と位相成分とを含む複素振幅で表現されており、図４において棒状に表現された各スペクトラムの棒の長さが振幅に相当し、棒の傾きが位相に相当する。

対象組織が固定していれば、その対象組織から得られる周波数スペクトラムは時間に関係なく一定となる。つまり、図４で、固定された組織に相当する周波数のスペクトラムは、時間に関係なくその棒の長さや傾きが一定となる。一方、対象組織が移動していると、その対象組織から得られる周波数スペクトラムは時間と共に変化する。つまり、図４で、移動組織に相当する周波数のスペクトラムは、時間と共に、その棒の長さや傾きが変化する。したがって、周波数スペクトラムの振幅成分と位相成分について、その時間変動を解析すれば、その周波数成分に相当する速度、つまり、その周波数成分に対応する組織の速度を算出することができる。

図５は、周波数差信号から速度情報を取得する原理を説明するための図であり、所定時刻における周波数スペクトラムの各周波数成分（Δδ１〜Δδ４）を複素表現したものである。図５の各周波数成分（Δδ１〜Δδ４）は、図４において周波数軸方向に並んだ互いに異なる複数の複素振幅成分に対応する。

速度演算部３４は、ＢＰＦ３０からの出力信号を位置演算部３２によって周波数スペクトラムに変換した信号、つまり図３（Ｄ）に示した信号を、例えばＦＦＴなどを利用して解析する。そして、図５に示すように、Ｉチャンネル信号成分とＱチャンネル信号成分の二つの成分で、各周波数成分（Δδ１〜Δδ４）を複素表現する。図５は、所定時刻における周波数スペクトラムの各周波数成分の複素振幅を示すものであるが、速度演算部３４は、各時刻ごとに各周波数成分を複素表現で求め、各周波数成分ごとに時間変動を解析する。

各周波数成分（Δδ１〜Δδ４）は、それぞれ、各深さにおける組織の受信信号に対応するため、各周波数成分（Δδ１〜Δδ４）の時間変化を解析することで、各深さ（位置）における組織の速度を算出することができる。

以上説明したように、本実施形態により、図３（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムに基づいて、生体内の組織（部位）の位置情報や速度情報を取得することができる。ところが、図３（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムの各スペクトラム成分５０ａ〜５０ｄは、単純な一つの山状の波形にはならず、シンク関数（sinc function）の形となる。つまり、各スペクトラム成分５０ａ〜５０ｄは、メインローブに加えてサイドローブ（レンジサイドローブ）を伴った波形となる。本実施形態では、そのサイドローブの低減を目的として、重み付け処理部１６ａ，１６ｂにおいて重み付け処理を実行し、遅延回路１７において遅延処理を実行する。以下にサイドローブを低減させる処理について説明する。

図６は、振幅に重み付け処理が施されたＦＭ連続波を説明するための図である。図１を利用して説明したように、ＦＭ変調器１８において生成されたＦＭ連続波は、重み付け処理部１６ａにおいて振幅に重み付け処理が施されて送信器１４へ出力され、また、重み付け処理部１６ｂにおいて振幅に重み付け処理が施されて遅延回路１７を経由して受信ミキサ２８へ出力される。

図６には、重み付け処理部１６ａまたは重み付け処理部１６ｂにおいて重み付け処理されたＦＭ連続波６０が示されており、図６（Ａ）は振幅に対する重み付けつまり振幅変調が比較的小さい場合の波形を示しており、図６（Ｂ）は振幅変調が比較的大きい場合の波形を示している。

本実施形態では、周期Ｔｍで周期的に変化する鋸歯状波６２を周波数変調信号として用いてＲＦ波（搬送波）を周波数変調処理することによりＦＭ連続波６０を生成している（図２および図３（Ａ）参照）。振幅変調処理（重み付け処理）においては、周波数変調信号である鋸歯状波６２と同じ周期Ｔｍの重み付け関数を変調信号として用いる。そのため図６（Ａ）（Ｂ）に示す振幅変調されたＦＭ連続波６０は、周波数変化と同じ周期、つまり鋸歯状波６２と同じ周期で振幅が周期的に変化する。

なお、重み付け処理は、重み付け処理部１６ａまたは重み付け処理部１６ｂのいずれか一方のみで実行されてもよいし、重み付け処理部１６ａと重み付け処理部１６ｂの両方で実行されてもよい。

また、重み付け関数としては、例えば次式に示すバイアス余弦２乗関数、バイアス余弦関数、バイアス余弦関数のｎ乗、バイアス余弦２乗関数のｎ乗、三角波、ガウス関数などが好適である。重み付け関数としてハミング窓やブラックマン窓などを利用してもよい。

図７は、重み付け処理によるサイドローブの低減を示す図である。図７には、ベースバンド信号の周波数スペクトラム、つまりＢＰＦ３０によって抽出された周波数差信号（復調信号）の周波数スペクトラムの例が図示されている。例えば、図３（Ｄ）に示したスペクトラム成分５０ａ〜５０ｄのいずれか一つの波形が図７に示す波形に対応する。

図７は、バイアス余弦関数を利用して、受信ミキサ２８の片方の入力である参照信号に重み付け処理した例を示しており、バイアス余弦関数における重み係数ｋを０．７とした場合の計算結果例を示している。また、τは送受信信号の遅延時間差、つまり図１の受信ミキサ２８に入力される受信ＲＦ信号と参照信号との間の時間差（位相差）であり、図７ａ）にはτ＝５０．１μｓの場合の波形が示されており、図７ｂ）にはτ＝３００．１μｓの場合の波形が示されている。なお、上段の（ａ−１）（ｂ−１）の波形のピーク付近の拡大波形が、各々、下段の（ａ−２）（ｂ−２）に示されている。

（ａ−２）において、波形７０は重み付け無しの場合の周波数スペクトラムであり、波形７２は重み付け有りの場合の周波数スペクトラムである。波形７０には、横軸（時間軸）方向の中心付近にメインローブが存在し、そのメインローブの左右に対称的に複数のサイドローブが広がっている。波形７２にも、波形７０と同様に、メインローブとその左右に広がるサイドローブが確認できる。

波形７０と波形７２の二つの波形の高さ（縦軸方向の大きさ）を比較すると、二つの波形のメインローブの高さはほぼ同じであるのに対し、二つの波形のサイドローブの高さについては、波形７０に対して波形７２の方が大幅に下げられている。（ｂ−２）においても、重み付け無しの場合と重み付け有りの場合の二つの波形が示されており、重み付け有りの場合の波形の方が全体的に下側に位置している。また、メインローブにおける差よりもサイドローブにおける差の方が顕著に表れている。

このように、重み付け処理を施すことにより、周波数差信号（復調信号）の周波数スペクトラムに含まれるサイドローブを低減させることができる。そのため、例えば、図３（Ｄ）に示したように、複数のスペクトラム成分５０ａ〜５０ｄが近接して存在し、例えばスペクトラム成分５０ｂのサイドローブがスペクトラム成分５０ｃの位置（周波数）にまで影響を及ぼす場合においても、重み付け処理によりサイドローブを低減させることにより、スペクトラム成分５０ｂのサイドローブがスペクトラム成分５０ｃへ与える影響を小さくすることができる。その結果、例えば、隣接した組織に関する位置分離性能の向上が期待できる。

さらに、図７の（ａ−２）と（ｂ−２）を比較すると、（ａ−２）の方がサイドローブの低減効果が大きい。つまり、送受信信号の遅延時間差τの相違に応じて、サイドローブの低減の程度（サイドローブ抑圧比）が変化する。

図８，図９は、送受信信号の遅延時間差とサイドローブ抑圧比との関係を説明するための図である。図８，図９は、各々、横軸に送受信間の遅延時間差を示し、縦軸にサイドローブ抑圧比を示している。各図の縦軸に示すサイドローブ抑圧比は、重み付け処理を施さない場合に得られる周波数スペクトラムを基準とした場合の抑圧比である。

また、図８，図９において、重み付け処理には、バイアス余弦関数のｎ乗が利用されており、各図において、バイアス余弦関数の１乗に対応した抑圧比の波形が破線、バイアス余弦関数の２乗に対応した抑圧比の波形が一点鎖線、バイアス余弦関数の３乗に対応した抑圧比の波形が実線で示されている。さらに、図８には、バイアス余弦関数の重み係数ｋ＝０．５，ｋ＝０．６，ｋ＝０．８について、各重み係数ごとにバイアス余弦関数の１乗〜３乗に対応した３つの波形が示されている。また、図９には、重み係数ｋ＝０．４５，ｋ＝０．３，ｋ＝０．０について、各重み係数ごとにバイアス余弦関数の１乗〜３乗に対応した３つの波形が示されている。

図８，図９の各図に示される波形は、送受信間の遅延時間差の変化に応じてサイドローブ抑圧比が変化している様子を示している。例えば、図８においては、送受信信号の遅延時間差が小さくなるにつれてサイドローブ抑圧比が大きくなっている。また、図９においては、送受信信号の遅延時間差が小さくなるにつれてサイドローブ抑圧比が大きくなり、サイドローブ抑圧比が極大となった後、さらに送受信信号の遅延時間差が小さくなるにつれてサイドローブ抑圧比が小さくなる様子が示されている。

このように、送受信信号の遅延時間差、つまり図１の受信ミキサ２８に入力される受信ＲＦ信号と参照信号との間の時間差（位相差）に応じて、周波数差信号（復調信号）の周波数スペクトラムに含まれるサイドローブに対する抑圧比が変化する。そこで、本実施形態では、受信ＲＦ信号と参照信号との間の位相関係を調整することにより、サイドローブの低減の程度を調整する。つまり、図１の遅延回路１７において参照信号に対して遅延処理を施し、その際の遅延量を適宜設定することにより、受信ＲＦ信号と参照信号との間の位相関係を調整する。

例えば、図８に示す重み係数ｋ＝０．６のバイアス余弦関数の３乗によって重み付け処理を施した場合（図８におけるｋ＝０．６の実線の波形の場合）には、送受信間の遅延時間差が０（ゼロ）の場合においてサイドローブ抑圧比が最大となる。そのため、受信ＲＦ信号と参照信号との間の位相差が０（ゼロ）となるように参照信号に対して遅延処理を行うことにより、サイドローブの低減効果が最大となる。そこで、例えば、遅延回路１７による遅延処理の遅延時間を、超音波が生体内の目標位置まで送波されてから戻るまでの伝搬時間に設定することにより、目標位置からの受信信号と参照信号との間の位相差が０（ゼロ）となり、目標位置におけるサイドローブの低減効果を高めることができる。このように、受信ＲＦ信号と参照信号との間の位相関係を調整することにより、サイドローブの低減効果を十分に発揮できる位置（深さ）を任意に設定することが可能になる。

図１０は、参照信号に対して遅延処理を行わない場合のサイドローブ抑圧比を示す図であり、送受信間の遅延時間差と重み係数ｋに応じたサイドローブ抑圧比を三次元的に示したものである。図１０は、重み付け関数として例えばバイアス余弦関数を利用した場合のサイドローブ抑圧比である。

図１０において、重み係数ｋ＝１．０からｋ＝０．５の範囲では、サイドローブ抑圧比の山のピークが遅延時間差０（ゼロ）の位置にある。つまり、参照信号に対して遅延処理を行わない場合には、送受信間の遅延時間差０（ゼロ）の受信信号、すなわち生体の表面（探触子が接触する面）から得られる受信信号について、サイドローブ抑圧比が最大となり、遅延時間差が大きくなるに従って、つまり生体の深さ方向に進むに従ってサイドローブ抑圧比が小さくなる。

また、重み係数がｋ＝０．５からｋ＝０．０に向かって減少するにつれて、遅延時間差０（ゼロ）の位置にあったサイドローブ抑圧比の山のピークの位置が、遅延時間差の大きい方に、つまり生体の深さ方向にずれている。従って、例えば重み係数をｋ＝０．５からｋ＝０．０の範囲で調整することにより、サイドローブ抑圧比の山のピークの位置、つまりサイドローブ抑圧比が最大（極大）となる深さを調整することも可能である。

図１１は、参照信号に対して遅延処理を施した場合のサイドローブ抑圧比を示す図であり、図１０と同様に、送受信間の遅延時間差と重み係数ｋに応じたサイドローブ抑圧比を三次元的に示したものである。図１１は、重み付け関数として例えばバイアス余弦関数を利用した場合のサイドローブ抑圧比である。

参照信号に対して遅延処理を施しているため、図１０に示したサイドローブ抑圧比の三次元的な山状の波形が、図１１では時間軸方向（送受信間の遅延時間差の軸）に沿って全体的にずれている。つまり、参照信号に対する遅延処理により、サイドローブ抑圧比の山のピークの位置をずらすことができる。従って、例えば、生体内の目標位置とサイドローブ抑圧比の山のピークの位置が一致するように、参照信号を遅延処理することにより、目標位置におけるサイドローブの低減効果を高めることが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態では、周波数変調信号として鋸歯状波を利用している。この鋸歯状波に換えて三角波や正弦波を利用してもよい。また、例えば、受信信号と参照信号の位相を調整するための変形態様として、図１において、遅延回路１７を送信器１４の直前に移してもよい。つまり、送信器１４へ供給される送信用のＦＭＣＷに遅延処理を施し、受信ミキサ２８へ供給される参照信号に遅延処理を施さずに、参照信号と受信信号の位相を調整してもよい。また、図１に示す遅延回路１７をそのまま残し、さらに送信器１４の直前に別の遅延回路を設けてもよい。つまり、送信器１４へ供給される送信用のＦＭＣＷに遅延処理を施し、さらに受信ミキサ２８へ供給される参照信号にも遅延処理を施して参照信号と受信信号の位相を調整してもよい。

以上、本発明の好適な実施形態といくつかの変形形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態等は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。周波数差信号から位置情報を取得する原理を説明するための図である。周波数差信号から位置情報を取得する原理を説明するための図である。周波数差信号から速度情報を取得する原理を説明するための図である。周波数差信号から速度情報を取得する原理を説明するための図である。振幅に重み付け処理が施されたＦＭ連続波を説明するための図である。重み付け処理によるサイドローブの低減を示す図である。遅延時間差とサイドローブ抑圧比との関係を説明するための図である。遅延時間差とサイドローブ抑圧比との関係を説明するための図である。遅延処理を行わない場合のサイドローブ抑圧比を示す図である。遅延処理を施した場合のサイドローブ抑圧比を示す図である。

符号の説明

１０送信用振動子、１２受信用振動子、１６ａ，１６ｂ重み付け処理部、１７遅延回路、１８ＦＭ変調器、２０鋸歯状波発振器。

Claims

搬送波信号に対して周波数変調処理を施すことにより変調送信信号を生成する送信信号処理部と、
変調送信信号に基づいて超音波を生体に送波して生体からの反射波を受波することにより受信信号を得る送受波部と、
実質的に変調送信信号に等しい波形の参照信号を用いて受信信号に対して復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、
を有し、
送受波部で利用される変調送信信号と受信信号処理部で利用される参照信号のうちの少なくとも一方の信号に対して振幅変調処理を施すことにより、受信信号処理部で得られる復調信号に含まれるサイドローブ成分を低減させ、
前記周波数変調処理は、周期的に変化する周波数変調信号を用いて実行され、
前記振幅変調処理は、周波数変調信号と同じ周期の振幅変調信号を用いて実行される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
位相調整処理を施して参照信号と受信信号との間の位相関係を調整して復調処理を施すことにより、復調信号に含まれるサイドローブ成分の低減の程度を調整する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置において、
生体内の目標位置の深さに応じた遅延量に基づいて参照信号と受信信号との間の位相関係を調整することにより、目標位置におけるサイドローブ成分の低減の程度を高める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記振幅変調信号として、バイアス余弦関数のｎ乗、バイアス余弦２乗関数のｎ乗、三角波、ガウス関数のうちの少なくとも一つの関数に対応した重み付け信号を用いる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記周波数変調信号として鋸歯状波信号を用いる、
ことを特徴とする超音波診断装置。