JP5297082B2

JP5297082B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP5297082B2
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Inventors: 正徳国田
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2013-09-25
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Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、連続波を利用する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置の連続波を利用した技術として、連続波ドプラが知られている。連続波ドプラでは、例えば、数ＭＨｚの正弦波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）によるドプラシフト情報が含まれる。そこで、そのドプラシフト情報を抽出して周波数解析することにより、運動体の速度情報を反映させたドプラ波形などを形成することができる。

連続波を利用した連続波ドプラは、パルス波を利用したパルスドプラに比べて一般に高速の速度計測の面で優れている。こうした事情などから、本願発明者は、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。特に、連続波を利用して目標位置からのドプラ情報を抽出する技術に注目して研究を重ねてきた。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、ドプラ情報が抽出される目標位置を設定するための技術を提供することにある。

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、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、前記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得られる受信信号に対して、前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用い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、復調信号からドプラ情報を抽出するドプラ情報抽出部と、生体内の超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記超音波画像内においてサンプルボリュームが設定され、サンプルボリュームの位置に応じた遅延処理を施して参照信号と受信信号との間の遅延関係を調整して復調処理を施すことにより、サンプルボリュームからのドプラ情報を選択的に抽出する、ことを特徴とする。

上記態様では、参照信号を用いて受信信号に対して復調処理を施しているため、参照信号との相関が比較的大きい信号成分を含んだ復調信号を得ることができる。そして、その復調処理にあたり、目標位置に対応したサンプルボリュームの位置に応じて参照信号と受信信号との間の遅延関係（時間軸方向の関係）が調整される。例えば参照信号と受信信号との間の位相関係が調整される。そのため、例えば、サンプルボリュームからの受信信号の位相と参照信号の位相とを揃えることにより、参照信号との相関が比較的大きい信号成分として、サンプルボリュームからの受信信号を抽出することができる。さらに、その受信信号から例えばバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタなどを用いてドプラ情報を抽出することにより、サンプルボリュームからのドプラ情報を選択的に抽出することが可能になる。

また、上記態様において、サンプルボリュームは、例えばユーザ操作に応じて超音波画像内に設定される。これにより、例えば、ユーザが超音波画像を見ながら比較的容易に所望の位置にサンプルゲートを設定することが可能になる。なお、上記態様において、参照信号と送信信号は、完全に等しい波形であることが望ましい。但し、参照信号と送信信号は、実質的に等しい波形とみなせる程度の対応関係であってもよい。

望ましい態様において、前記サンプルボリュームからの受信信号の位相と参照信号の位相が等しくなるように、サンプルボリュームの深さに応じた遅延量だけ前記参照信号を遅延処理し、サンプルボリュームからの受信信号と参照信号との相関を強めることにより、サンプルボリュームからのドプラ情報を選択的に抽出する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送信信号処理部は、搬送波信号に対して変調処理を施すことにより前記送信信号を生成し、前記送信信号処理部による変調処理の変調指数に応じて前記サンプルボリュームの幅が決定される、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記超音波画像内にサンプルボリュームのアイコンが形成され、当該アイコンの位置が調整されることによりサンプルボリュームの位置が調整され、当該アイコンの幅が調整されることによりサンプルボリュームの幅が調整される、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記超音波画像は、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号とその送信信号から得られる受信信号の周波数差を示す周波数差信号に基づいて形成される、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記超音波画像は、パルス波の超音波を送波することにより得られる受信信号に基づいて形成されるＢモード画像である、ことを特徴とする。

本発明により、ドプラ情報が抽出される目標位置を設定するための技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、ユーザが超音波画像を見ながら比較的容易に所望の位置にサンプルゲートを設定することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

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。送信用振動子１０は生体内へ送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子１２は生体内からの反射波を連続的に受波する。このように、送信および受信がそれぞれ異なる振動子で行われて、いわゆる連続波ドプラ法による送受信が実行される。

電力増幅器１４は、送信用振動子１０に対し、電力増幅されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ）を供給する。電力増幅器１４には、例えば正弦波または鋸歯状波などによるＦＭ変調処理が施された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。ＦＭ変調器２０は、ＦＭ連続波を電力増幅器１４に出力する。ＦＭ変調器２０は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、ＦＭ変調波発振器２４から供給される正弦波または鋸歯状波などの変調波に基づいてＦＭ連続波を発生する。このＦＭ連続波の波形については後の原理説明で詳述する。

前置増幅器１６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して低雑音増幅等の受信処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ３０へ出力する。受信ミキサ３０は受信ＲＦ信号に対して直交検波を施して複素ベースバンド信号を生成する回路であり、２つのミキサ３２，３４で構成される。各ミキサは受信ＲＦ信号を所定の参照信号と混合する回路である。

受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力されＦＭ連続波に基づいて生成される。つまり、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波が遅延回路２５において必要に応じて遅延処理され、ミキサ３２には遅延処理されたＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４には遅延処理されたＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。π／２シフト回路２６は遅延処理されたＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらす回路である。この結果、２つのミキサ３２，３４の一方から同相信号成分（Ｉ信号成分）が出力され、他方から直交信号成分（Ｑ信号成分）が出力される。そして、受信ミキサ３０の後段に設けられるＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６，３８によって、同相信号成分および直交信号成分の各々の高周波数成分がカットされ、検波後の必要な帯域のみの復調信号が抽出される。

なお、ＦＭ変調波発振器２４から供給される変調波に遅延処理を施して遅延変調波を形成し、その遅延変調波によってＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波を周波数変調することにより、参照信号を生成してもよい。

後の原理説明で詳述するが、各ミキサで実行される受信ＲＦ信号と参照信号との混合処理の結果である受信ミキサ出力信号（復調信号）には、ＦＭ変調波発振器２４から供給される変調波の変調波周波数ｆ_mに関する複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）が含まれている。つまり、第０次波成分である直流成分、第１次波成分である基本波成分、さらに、ｎが２以上の複数の高調波成分が含まれている。これら複数の第ｎ次波成分を含んだ復調信号が、ＬＰＦ３６，３８の各々から出力される。

ＦＦＴ回路（高速フーリエ変換回路）４０，４２は、復調信号（同相信号成分および直交信号成分）の各々に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ回路４０，４２において復調信号が周波数スペクトラムに変換される。なお、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムは、回路の設定条件などにより周波数分解能δｆの周波数スペクトラムデータとして出力される。ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムについては、後に図２や図４などを利用して詳述する。

ドプラ情報解析部４４は、周波数スペクトラムに変換された復調信号からドプラ情報を抽出する。本実施形態においては、遅延回路２５によってサンプルボリュームの位置に応じて参照信号と受信信号との間の位相関係が調整されるため、サンプルボリュームからのドプラ情報が選択的に抽出される。位相の調整とサンプルボリュームからのドプラ情報の抽出との関連については、後の原理説明において詳述する。

なお、ドプラ情報解析部４４は、生体内の各深さ（各位置）ごとにドプラ情報を抽出して、例えば、超音波ビーム（音線）上の各深さごとに生体内組織の速度を算出し、リアルタイムで出力してもよい。また、超音波ビームを走査させて二次元的あるいは三次元的に生体内組織の各位置の速度を算出してもよい。

断層画像形成部４６は、ＦＦＴ回路４０，４２から得られる周波数スペクトラムに基づいて断層画像を形成する。断層画像の形成にあたっては、遅延回路２５における遅延処理が停止され（遅延量がゼロにされ）、これにより、送信信号と受信信号の周波数差を示す周波数差信号がＬＰＦ３６，３８から出力され、周波数差信号に基づいて断層画像が形成される。断層画像の形成処理については後に詳述する。

表示処理部４８は、ドプラ情報解析部４４において抽出されるドプラ情報に基づいて得られるドプラ波形などの速度表示と、断層画像形成部４６から得られる断層画像とに基づいて表示画像を形成する。例えば、断層画像と速度表示を並べて配置した表示画像を形成する。形成された表示画像は表示部４９に表示される。

図１に示す超音波診断装置内の各部は、システム制御部５０によって制御される。つまり、システム制御部５０は、送信制御や受信制御や表示制御などを行う。また、図示しない操作パネルなどを介して入力されるユーザ操作に応じて、システム制御部５０が超音波診断装置内の各部を制御する。

以上、概説したように、本実施形態では、連続波（ＣＷ）を変調波でＦＭ変調した超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波して受信信号が得られて、目標位置（サンプルボリューム）からのドプラ情報が選択的に抽出される。そこで、目標位置からのドプラ情報が選択的に抽出される原理について詳述する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。

周波数ｆ₀のＲＦ波（搬送波）に対して、周波数ｆ_mの正弦波によりＦＭ変調を施したＦＭＣＷ送信波は次式のように表現できる。次式において、Δｆは周波数変動幅の０−Ｐ値（ゼロピーク値：最大周波数偏移）であり、最大周波数偏移Δｆと変調周波数ｆ_mの比であるβはＦＭの変調指数である。

また、ドプラシフトを伴う場合のＦＭＣＷ受信波は、生体における往復の減衰をαとすると次式で表現できる。なお、次式においてｆ_mに対するドプラシフトは、ｆ₀のシフト分ｆ_dに比較して小さいので無視している。

数２式で表される受信波形は、受信用振動子１２を介して受信される信号波形（受信ＲＦ信号）である。ＦＭＣＷドプラでは、受信ＲＦ信号に対する復調処理において、ＦＭＣＷ送信波を参照信号として受信波と乗算を行う。図１を利用して説明したように、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波が遅延回路２５において遅延処理され、参照信号として、ミキサ３２には遅延処理されたＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４には遅延処理されたＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。従って、ミキサ３２へ供給される参照信号ｖ_rI（ｔ）と、ミキサ３４へ供給される参照信号ｖ_rQ（ｔ）は、次式のように表現できる。

数３式において、φ_mrは、遅延回路２５における遅延処理により任意に設定できる参照信号の位相を示しており、φ_0rは、任意に設定した参照信号の位相に対応して決まる搬送波の位相変化量を示している。

受信ミキサ３０では、復調処理として直交検波が行われる。つまり、ミキサ３２において、受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rI（ｔ）の乗算に相当する処理が実行され、また、ミキサ３４において、受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rQ（ｔ）の乗算に相当する処理が実行される。

ミキサ３２における受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rI（ｔ）の乗算ｖ_DI（ｔ）は次式のように表現される。なお、次式の計算途中において、周波数２ｆ₀の成分が消去されている。これは、ＬＰＦ３６において除去される周波数成分である。

ここで、ベッセル関数に関する次の公式を利用する。

数５式の公式を用いると、数４式はさらに次式のように計算される。

一方、ミキサ３４における受信ＲＦ信号ｖ_R（ｔ）と参照信号ｖ_rQ（ｔ）の乗算ｖ_DQ（ｔ）は次式のように表現される。なお、次式の計算途中において、周波数２ｆ₀の成分が消去されている。これは、ＬＰＦ３８において除去される周波数成分である。

ここで、数６式のｖ_DI（ｔ）と数７式のｖ_DQ（ｔ）とに基づいて、複素ベースバンド信号を定義する。まず、ｖ_DI（ｔ）とｖ_DQ（ｔ）に含まれている直流（ＤＣ）成分、変調周波数ｆ_mの偶数次高調波成分を次式のように表現する。

次に、ｖ_DI（ｔ）とｖ_DQ（ｔ）に含まれている変調周波数ｆ_mの成分、変調周波数ｆ_mの奇数次高調波成分を次式のように表現する。

数８式と数９式から、直交検波後のベースバンド信号において、ドプラシフトｆ_dを含んだドプラ信号は、ＤＣ成分と変調周波数ｆ_mの成分と変調周波数ｆ_mの高調波成分とからなる複数の成分の各々についての両側帯波として出現することがわかる。通信工学ではこの種の信号形式を両側帯波搬送波除去変調（Double-Sideband Suppressed-Carrier, DSB-SC）と呼んでいる。

ここで、受信信号と参照信号の位相を互いに揃えた場合、つまり、遅延回路２５における遅延処理によりφ_mrを調整してφ_mと一致させた場合（φ_mr＝φ_m）を考える。φ_mrとφ_mを一致させた場合には、数４式におけるｋが０となる。この結果を数５式のベッセル関数に適用すると、次式のように、０次のベッセル関数の値のみが１となり、それ以外のベッセル関数の値は０となる。

数１０式に示す結果を数８式と数９式に適用すると次式のとおりとなる。

数１１式は、参照波（参照信号）の位相φ_mrを送受信間の位相差φ_mに設定すると、圧縮変換により、直流付近のドプラ信号のみが抽出できることを示している。つまり、変調波ｆ_mとその高調波成分（２ｆ_m，３ｆ_m，・・・）の付近のドプラ信号は出現しない。

このように、ベースバンド信号は、受信波と参照波間の遅延時間が完全に一致している場合は、ｆ_mおよびその高調波成分は出現せず、数１１式のように直流成分のみとなる。受信波と参照波間の遅延時間が一致していないと、両者の時間差により、変調波の高調波成分、つまりｆ_mおよびその高調波成分が発生する。高調波成分は、受信波と参照波間の時間差が“０”からわずかでもずれると発生する。

こうした特徴から、本実施形態のＦＭＣＷ方式では、受信波（受信信号）と参照波（参照信号）との間の位相関係を調整することにより、ベースバンド信号の直流および直流付近の信号成分に基づいて対象とする組織の速度情報を得ることができる。この意味において、本実施形態に係る超音波診断装置を位相シフト型ＦＭＣＷ超音波ドプラシステムと称することができる。

図２は、ベースバンド信号の直流および高調波成分の生体内深さ（体表からの距離）依存性を説明するための図である。図２には、複数の変調指数βについて、各変調指数βごとにベースバンド信号（復調信号）の周波数スペクトラムが示されている。なお、β＝０からβ≒３０までの各周波数スペクトラムは、固定組織からからの反射電力を表している。図２においては、組織における減衰の効果は省略した。なお、ＦＭ変調度の大きさは、一般的に、変調指数βにより定量化される。βは、ＦＭ変調による搬送波の最大周波数偏移Δｆと変調周波数ｆ_mの比として定義され、β＝Δｆ／ｆ_mにより定義される。

β＝０の場合は無変調であるため、これは通常のＣＷドプラ速度計測システムと等価である。この場合は、どんな深さからの反射電力にも位置依存性は無い。また、送受信ともに無変調なので、ベースバンド信号に変調波成分が出現する余地は無い。連続超音波（ＣＷ）にＦＭ変調をかけ、周波数偏移Δｆを徐々に増加させると、ＦＭＣＷ送受信波はＦＭ変調された信号となり、その電力は搬送波から側帯波に移行してゆく。送受信間の遅延時間差が無い場合はベースバンド信号に変調波の高調波成分は発生しない。直交検波器の２つの入力（つまり受信信号と参照信号）に時間差を生じさせないためには、当該深さからの反射波の遅延時間に相当する遅延時間を参照波に与えてやればよい。

図２の例は、距離ｄ₀＝７．５ｃｍにおいて、参照波に与える遅延時間を受信波の遅延時間と一致するように設定した場合を示している。したがって、距離ｄ₀からの反射電力は、直流成分のみで、変調波の高調波成分はまったく発生しない。距離がｄ₀以外の場所では、送信波と受信波間に時間差が生じるので、両者の相関性が少なくなってくる。したがって、直流成分が減少し、同時に高調波成分が出現しはじめる。

変調度（変調指数β）が大きくなるにつれて、距離ｄ₀における反射電力の位置ずれに対する変化は敏感になってくる。すなわち、距離ｄ₀における反射電力の選択性が増加する。この傾向はβが増加するにしたがってますます顕著になる。図２では、その様子をβが０から３０の場合について示している。そして、βが３０以上になると、この選択性はＰＷ（パルス波）ドプラにおけるレンジゲートの役割と類似の機能に近づいてくる。本実施形態においては、反射電力が選択的に抽出される領域をサンプルボリュームと称する。

次に、距離ｄ₀からの反射電力が、ドプラシフトｆ_dを伴っていると仮定する。この場合は、固定物と相似形の距離依存性が出現するが、ドプラ周波数ｆ_dだけ、直流成分からシフトしてあらわれる。ドプラスペクトラムは、変調波あるいはその高調波の両側帯波にも同時に出現するが、距離ｄ₀からのドプラエコーは直流からｆ_dだけシフトした周波数成分のみとなる。この様子を図２（ＤＰ）に示す。

図２（ＤＰ）に示すように、距離ｄ₀からのドプラエコーが直流からｆ_dだけシフトした周波数成分のみとなるのは、搬送波周波数ｆ₀からｆ_dだけずれた周波数において、参照信号とドプラ信号との相関が最も強くなるからである。このドプラ信号は、直流付近にのみ出現し、変調波ｆ_mとその高調波成分（２ｆ_m，３ｆ_m，・・・）の付近には出現しない。したがって、直流付近のこの成分だけをローパスフィルタ（低域濾波器）によって抽出することにより、通常のＣＷと同様のＳＮＲ（信号体ノイズ比）を保った状態で、位置情報の特定されたドプラ情報を得ることができる。

具体的には、例えば、図１の遅延回路２５によって、目標となる深さ（位置）ｄに対応した遅延時間τ（τ＝２ｄ／ｃ：音速ｃ，深さｄ）で参照信号に対して遅延処理が施されることにより、サンプルボリュームの位置が決定され、図１のＦＦＴ回路４０，４２から図２（ＤＰ）に相当するドプラ周波数スペクトラム情報が出力され、図１のドプラ情報解析部４４によって、図２（ＤＰ）の直流付近のドプラ信号が抽出される。また、ＦＭ変調器２０における変調指数βの大きさに応じて、サンプルボリュームの幅を調整することができる。

さらに、本実施形態においては、変調波として例えば鋸歯状波を利用して、生体内の断層画像を形成することができる。断層画像の形成にあたっては、遅延回路２５における遅延処理が停止される。つまり、遅延回路２５における遅延時間τがゼロに固定される。受信ミキサ３０に供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０で生成されたＦＭ連続波である。そして、受信ミキサ３０において、受信ＲＦ信号に対して送信用のＦＭ連続波による検波が行われ、ＬＰＦ３６，３８から送受信信号間における周波数差信号が抽出される。

図３は、周波数差信号を説明するための図である。図３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３（Ａ）には、送信周波数６０および受信周波数６２の時間変化の様子が示されており、図３（Ｂ）には、送受信信号の周波数差（周波数差信号６４）の時間変化の様子が示されている。送信周波数６０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６２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６４は、ＬＰＦ３６，３８によって抽出される信号である。

送信周波数６０は、ＦＭ変調波発振器２４で生成される。送信周波数６０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６２である。つまり、受信周波数６２は、送信周波数６０から遅延時間τだけずれて取得される。なお、鋸歯状波に換えて対称三角波を用いて変調された送信波を利用してもよい。

図４は、周波数差信号から断層画像を形成する原理を説明するための図であり、図４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４（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４（Ｂ）は、送信周波数６０および複数の受信周波数６２ａ〜６２ｄの時間変化の様子を示している。複数の受信周波数６２ａ〜６２ｄ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６２ａ〜６２ｄは、それぞれ、対応する組織の深さに応じて送信周波数６０に対して遅延を伴って受波される。

図４（Ｃ）は、複数の受信周波数６２ａ〜６２ｄの各々について、送信周波数６０との差である周波数差信号６４ａ〜６４ｄの時間変化の様子を示している。周波数差信号６４ａ〜６４ｄは、ＬＰＦ３６，３８によって一括して抽出される信号である。つまり、ＬＰＦ３６，３８は、周波数差信号６４ａ〜６４ｄが重ね合わされた信号を出力する。

ＦＦＴ回路４０，４２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、ＦＦＴ回路４０，４２は、例えば図４（Ｃ）に示す信号処理時間帯６８にウィンドウを設定し、設定したウィンドウ内でＬＰＦ３６，３８からの出力信号を周波数解析し、図４（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムを取得する。

図４（Ｄ）に示す周波数電力スペクトラムは、周波数差信号６４ａ〜６４ｄ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６４ａ〜６４ｄの周波数位置で、スペクトラム成分７０ａ〜７０ｄを含む波形となる。

断層画像形成部４６は、ＦＦＴ回路４０，４２において得られる図４（Ｄ）の周波数電力スペクトラムに基づいて、断層画像を形成する。例えば、スペクトラム成分７０ａ〜７０ｄの各々の電力に応じて輝度値を設定することにより、超音波ビームに沿った一次元の画像が得られる。さらに、超音波ビームを二次元平面内においてステアリングさせることにより、Ｂモード画像に相当する断層画像が形成される。

そして、本実施形態においては、断層画像形成部４６によって形成される断層画像を利用して、ドプラ信号が抽出されるサンプルボリュームの位置やサンプルボリュームの幅が設定される。

図５は、サンプルボリュームの設定手順を説明するためのフローチャートである。また、図６は、サンプルボリュームの設定において利用される表示画像例を示す図である。図６に示す表示画像例を適宜参照しつつ、図５のフローチャートの各ステップにおける処理について説明する。

まず、図１に示す本実施形態の超音波診断装置が断層画像モードに設定される（Ｓ７０１）。例えば操作パネルなどを介してユーザ操作が入力されて、システム制御部５０が超音波診断装置内の各部を断層画像モードに設定する。この設定により、ＦＭ変調波発振器２４から鋸歯状波の変調波が出力され、また、遅延回路２５における遅延量がゼロにされる。そして、図３および図４などを利用して説明した原理により、断層画像形成部４６によって断層画像が形成され、その断層画像の動画が表示部４９に表示される（Ｓ７０２）。ユーザは、目的の画像が得られると断層画像をフリーズさせる（Ｓ７０３）。

図６（Ａ）は、サンプルボリュームの設定において表示部４９に表示される断層画像８０を示している。断層画像８０内には、固定目標８２と移動目標８４が含まれている。移動目標８４は、例えば、血管内の血流などである。もちろん、本実施形態の計測対象は血流に限定されない。断層画像８０内に測定対象となる移動目標８４が映し出されると、ユーザによってフリーズが指示され、例えば図６（Ａ）に示すような断層画像８０の静止画となる。

図５に戻り、断層画像がフリーズされると、図１に示す本実施形態の超音波診断装置が速度計測モードに設定される（Ｓ７０４）。例えば操作パネルなどを介してユーザ操作が入力されて、システム制御部５０が超音波診断装置内の各部を速度計測モード（ドプラモード）に設定する。この設定により、ＦＭ変調波発振器２４から正弦波の変調波が出力される。そして、ユーザは、操作パネルなどを用いて、速度計測用の超音波ビーム方向を設定する（Ｓ７０５）。

図６（Ｂ）は、超音波ビーム方向の設定において表示部４９に表示される画像を示している。つまり、フリーズされた断層画像８０内に、血流速度測定用の超音波ビーム９０が表示される。ユーザは、図６（Ｂ）の表示画像を見ながら、操作デバイスなどを利用して超音波ビーム９０をステアリングさせ、所望の方向に超音波ビーム９０を傾ける。

図５に戻り、超音波ビーム方向が設定されると、超音波ビーム上にサンプルボリュームが設けられ、そのサンプルボリュームの幅が設定される（Ｓ７０６）。さらに、超音波ビーム上においてサンプルボリュームの位置が設定される（Ｓ７０７）。

図６（Ｃ）は、サンプルボリューム幅の設定において表示部４９に表示される画像を示している。血流速度測定用の超音波ビーム９０の方向が設定されると、超音波ビーム９０上にサンプルボリュームアイコン９２が表示される。ユーザは、図６（Ｃ）の表示画像を見ながら、サンプルボリュームアイコン９２を所望の幅に調整する。その調整に基づいて、ＦＭ変調器２０における変調指数βの大きさが調整され、図２などを利用して説明したように、サンプルボリュームの幅が設定される。

図６（Ｄ）は、サンプルボリューム位置の設定において表示部４９に表示される画像を示している。サンプルボリュームアイコン９２の幅が設定されると、ユーザは、図６（Ｄ）の表示画像を見ながら、サンプルボリュームアイコン９２を超音波ビーム９０に沿って移動させて所望の位置に設定する。例えば、図６（Ｄ）に示すように、移動目標８４である血流の位置にサンプルボリュームアイコン９２が設定される。その設定に基づいて、遅延回路２５における遅延量が調整され、図２などを利用して説明したように、サンプルボリュームの位置が設定される。なお、サンプルボリューム位置を設定してから、サンプルボリューム幅を設定するようにしてもよい。

図５に戻り、サンプルボリュームの幅と位置が設定されると、表示モードが確認され（Ｓ７０８）、その表示モードに応じて表示処理部４８が測定結果の表示画像を形成し、その表示画像が表示部４９に表示される。

表示モードが速度表示のみを表示させるモードの場合には、速度表示のみが表示部４９に表示される（Ｓ７０９）。速度表示の一例は、ドプラ情報解析部４４において抽出されるドプラ情報に基づいて形成されるドプラ波形である。図６（Ｄ）に示すように、移動目標８４である血流の位置にサンプルボリュームアイコン９２が設定されている場合には、その血流からのドプラ情報が選択的に抽出されるため、速度表示として、血流についてのドプラ波形が形成される。ドプラ波形は、例えば従来の通常の連続波ドプラの場合と同様に、リアルタイム表示される。

一方、表示モードが断層画像と速度表示を表示させるモードの場合には、例えば、断層画像と、ドプラ波形などの速度表示を並べた表示画像が表示部４９に表示される（Ｓ７１０）。断層画像はフリーズ画像であるが、ドプラ波形などの速度表示はリアルタイム表示されることが望ましい。

このように、本実施形態においては、断層画像を利用してドプラ信号が抽出されるサンプルボリュームの位置やサンプルボリュームの幅を比較的容易に且つ適切に設定することが可能になる。なお、断層画像として、パルス波の超音波を送波することにより得られる受信信号に基づいて形成されるＢモード画像を利用してもよい。

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

例えば、上述した実施形態においては、周波数を周期的に変化させる連続波の送信信号を形成するにあたって、搬送波信号（ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波）に対して周波数変調処理を施している。この周波数変調処理に換えて、周波数変調処理と同じ角度変調の方式として当業者において明らかな位相変調処理（ＰＭ処理）を利用してもよい。つまり、搬送波信号に対して位相変調処理を施すことにより、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波と同じ波形あるいは同等な波形を形成してもよい。なお、周波数を周期的に変化させる連続波のデータをメモリなどに記憶しておき、このメモリから読み出されるデータに基づいて、当該連続波を生成してもよい。

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。ベースバンド信号電力の深さ依存性を説明するための図である。周波数差信号を説明するための図である。周波数差信号から断層画像を形成する原理を説明するための図である。サンプルボリュームの設定手順を説明するためのフローチャートである。サンプルボリュームの設定において利用される表示画像例を示す図である。

符号の説明

２０ＦＭ変調器、２２ＲＦ波発振器、２４ＦＭ変調波発振器、２５遅延回路、４０，４２ＦＦＴ回路、４４ドプラ情報解析部、４６断層画像形成部。

Claims

周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、
前記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得られる受信信号に対して、前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用い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、
復調信号からドプラ情報を抽出するドプラ情報抽出部と、
生体内の超音波画像を形成する画像形成部と、
を有し、
前記超音波画像内においてサンプルボリュームが設定され、サンプルボリュームの位置に応じた遅延処理を施して参照信号と受信信号との間の遅延関係を調整し、サンプルボリュームの位置からの受信信号と参照信号との相関を強めて復調処理を施すことにより、サンプルボリュームからのドプラ情報を選択的に抽出する、
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、
前記サンプルボリュームからの受信信号の位相と参照信号の位相が等しくなるように、サンプルボリュームの深さに応じた遅延量だけ前記参照信号を遅延処理し、サンプルボリュームからの受信信号と参照信号との相関を強めることにより、サンプルボリュームからのドプラ情報を選択的に抽出する、
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、
前記送信信号処理部は、搬送波信号に対して変調処理を施すことにより前記送信信号を生成し、
前記送信信号処理部による変調処理の変調指数に応じて前記サンプルボリュームの幅が決定される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記超音波画像内にサンプルボリュームのアイコンが形成され、当該アイコンの位置が調整されることによりサンプルボリュームの位置が調整され、当該アイコンの幅が調整されることによりサンプルボリュームの幅が調整される、
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、
前記超音波画像は、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号とその送信信号から得られる受信信号の周波数差を示す周波数差信号に基づいて形成される、
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、
前記超音波画像は、パルス波の超音波を送波することにより得られる受信信号に基づいて形成されるＢモード画像である、
ことを特徴とする超音波診断装置。