JP5404390B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は相補符号化送受信方式を用いる超音波診断装置に関する。

従来の超音波診断装置は、図７に示されるように探触子１０１を駆動する送信部１０２には、相補符号発生器１１０の出力に応じて符号波形発生部１０３の出力が供給され、参照波形記憶部１０７は符号波形発生部１０３の出力を記憶し、受信増幅部１０６は探触子１０１からの受信信号を増幅し、相関器１０８は参照波形記憶部１０７の出力と受信増幅部１０６の出力の相関演算を行い、加算手段１０９は相関器１０８の出力同士の加算を行い、表示器１１１は加算手段１０９の出力を表示し、同期タイミング発生部TGは相関符号発生器１１０や参照波形記憶部１０７等のタイミングを制御するように構成されており、受信増幅部１０６の出力と参照波形記憶部１０７の出力の相関が相関器１０８で計算され、計算された結果は例えばシフトレジスタなどを利用して順次記憶するとともに、前回の相関処理後の波形を今回の相関処理後の波形に同期して出力する。

その結果、加算手段１０９から出力される信号はレンジサイドローブが改善された信号になる（例えば下記の特許文献１参照）。
特公平７−８１９９３号公報（第６−７頁、第９図）

しかしながら、従来の超音波診断装置においては、生体の組織のように被検体が運動している場合には前回の送信に基づく相関処理後の受信波形を、今回の送信に基づく相関処理後の受信波形に同期して出力することが困難になり、その結果、加算手段から出力される信号のレンジサイドローブが改善されないという課題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、生体のような運動する被検体に対しても相補符号化送受信方式のレンジサイドローブが改善することのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段により検出した速度に基づき前記送受信手段による前記変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信との切替を行う切替手段とを有している。

この構成により、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。

また、本発明の超音波診断装置は、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段により検出した速度に応じて前記送受信手段で受信する前記変調波形信号の遅延時間を変化させる遅延処理手段とを有している。

この構成により、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、被検体の心拍情報を検出する心拍情報検出手段と、前記心拍情報検出手段により検出した心拍情報に基づき前記送受信手段による前記変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信との切替を行う切替手段とを有している。
この構成により、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段により検出した速度に応じて前記送受信手段の相補符号の符号長を変更する変更手段とを有している。この構成により、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、前記速度検出手段は前記送受信手段からの前記通常波形信号の受信により被検体の関心領域の動きの速度を検出する構成を有している。
この構成により、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて受信感度を変更する手段を有している。この構成により、符号の長さが長くなる場合には受信感度を下げてノイズレベルを減らすことができる。例えば符号の長さがNの場合には、受信感度を１／２Nにしてもよい。
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて送受信する超音波の中心周波数を変更する構成を有している。この構成により符号が長くなる場合には感度が高くなるので中心周波数を高め分解能を高くすることができる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記速度検出手段は関心領域の動きの速度の分散を検出する機能を有している。この構成により被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させることとなる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記送受信手段により送受信される相補符号の符号長に関する情報を診断画像に付加する手段を更に有する構成を有し、画像が得られた時の符号の長さを画像情報から確認することができる。
さらに、本発明の超音波診断装置は、前記送受信手段により送受信される相補符号の符号長に関する情報を表示する表示手段を更に有する構成を有し、画像から符号の長さを確認することができる。

本発明は、送受信部が、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信の切替又は相補符号の長さの変更が可能であり、被検体の関心領域の動きの速度を検出する手段と、前記速度に応じて前記相補符号で変調された変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信の切替又は相補符号の長さの変更を行うことにより、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させるという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。

以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を図１に示す。

図１において、探触子１を駆動する送信部２には、相補符号発生器４の出力に応じて符号波形発生部３の出力が供給され、受信増幅部６は探触子１からの受信信号を増幅し、受信増幅部６の出力は速度検出手段８に入力され、速度検出手段８の出力は相補符号発生器４に入力され、相関器７は相補符号発生器４の出力と受信増幅部６の出力の相関演算を行い、メモリ９は相関器７の出力を記憶し、加算手段１３は相関器７とメモリ９の出力の加算を行い、加算手段１３の出力は信号処理部１４で処理され、表示器１５は信号処理部１４の出力を表示し、同期タイミング発生部TGは相関符号発生器４等のタイミングを制御する。

被検体２０は探触子１と接する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは相補符号送受信の原理を説明するための波形図、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは通常送受信と符号化送受信における送信部２の出力である。図４は相関器７のより詳細なブロック図であり受信増幅部６の出力は遅延回路７１、７２、７３へ入力される。受信増幅部６の出力は乗算器７４、７５、７６、７７に入力され、相補符号発生器４が発生する相補符号ｋ（１）、ｋ（２）、ｋ（３）、ｋ（４）が乗ぜられ、加算器７８において加算される。

以上のように構成された超音波診断装置の動作を、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４を用いて説明する。

まず、相補符号について説明する。

相補符号には以下のような特徴がある。例えば次式のａ２とｂ２は、長さN＝２＾ｍ（ｍ＝１、＾はべき乗を表す）の相補符号であり、
ａ２＝［＋１、＋１］ ・・・（１）
ｂ２＝［＋１、−１］ ・・・（２）
ａ２の自己相関ｃ２とｂ２の自己相関ｄ２は次式で表され、
ｃ２＝［＋１、＋２、＋１］ ・・・（３）
ｄ２＝［−１、＋２、−１］ ・・・（４）
自己相関ｃ２と自己相関ｄ２の和ｅ２は、
ｅ２＝［０、＋４、０］ ・・・（５）
となり、数列の中央のピークで値が２N＝４となり、ピークの前後、即ちレンジサイドローブは零となる。

N＝２＾ｍ（ｍ＝２）の相補符号は長さNの相補符号をもとに、ａ２の後ろにｂ２を連結したものをａ４とし、ａ２の後ろにｂ２の符号を反転し連結したものをｂ４として得られる。
ａ４＝［＋１、＋１、＋１、−１］ ・・・（６）
ｂ４＝［＋１、＋１、−１、＋１］ ・・・（７）
図２Ａ、図２ＢはN＝２＾ｍ（ｍ＝３）の相補符号の自己相関を示す図、図２Ｃは自己相関の和を示す図であり、数列の中央のピークで値が２N＝１６となり、ピークの前後、即ちレンジサイドローブの値は零となる。
このように相補符号の長さがNになると受信信号のピーク値は２N倍になるので、相補符号が長くなる場合には、例えば信号処理部１４において受信感度を下げて受信信号に含まれるノイズレベルを相対的に減らすことができる。例えば相補符号の長さがNの場合には、受信感度を１／２Nにしてもよい。逆に相補符号が短くなる場合には受信感度を高めてもよい。

図３Ａは通常送受信における送信部２の出力波形であるインパルスを示す図、図３Ｂは相補符号発生器４が出力する相補符号の例を示す図、図３Ｃは図３Ｂの相補符号に対応する送信部２の出力波形を示す図である。図３Ｂの相補符号は式（６）、（７）に対応するものである。図３Ａに示す通常送受信における送信部２のインパルスT１、T２のパルス幅はδT１である。図３Ｃに示す相補符号に対応する送信部２の出力波形は、図３Ｂの相補符号の値が＋１である場合には、インパルスT１と同一波形であり、相補符号の値が−１である場合には、インパルスT１を反転した波形になっている。

波形T３においてインパルスT１、あるいはインパルスT１を反転した波形がδT２間隔で並んでいる。なお、δT１＜δT２の関係がある。また、波形T3と波形T4の間隔はΔTとなっている。波形T３による受信信号に対し、式（６）の相補符号を用いて相関器７で自己相関処理し、波形T４による受信信号に対し、式（７）の相補符号を用いて相関器７で自己相関処理し、波形T３に対応する相関器７の出力をメモリ９に記憶、時間ΔT遅延して読出した後、加算手段１３で加算することにより、相補送受信出力が得られる。

相関器７における処理は図４を用いて具体的に示される。図４に示す相関器７は式（６）、（７）の長さN＝４の相補符号に対応する。受信増幅部６の出力は遅延回路７１、７２、７３に入力されそれぞれ時間δT２の遅延が与えられる。δT２は、既に説明した図３Ｃの相補符号に対応する出力波形に含まれるインパルスの間隔である。増幅部６の出力は乗算器７４、７５，７６、７７において係数ｋ（１）、ｋ（２）、ｋ（３）、ｋ（４）が乗ぜられる。係数ｋ（ｊ）（１≦ｊ≦４）は式（６）、（７）の長さN＝４の相補符号であり、送信部２の出力波形が式（６）の相補符号に対応する場合には係数ｋ（ｊ）は式（６）に対応し、送信部２の出力波形が式（７）の相補符号に対応する場合には係数ｋ（ｊ）は式（７）に対応する。以上の説明では、加算手段１３の出力において、式（５）に示すようにレンジサイドローブが零となるためには被検体２０が静止している必要がある。

しかし、被検体２０が生体である場合において組織は運動しており、特に循環器系の組織からの受信信号を処理する場合には、組織の拍動の影響を受けないようにする必要がある。速度演算手段８は受信増幅部６からの出力信号に対してドップラー演算処理を行い、組織の移動速度Ｖを検出する。

ドップラー演算処理を行う場合には送信部２の出力波形は通常送受信のインパルスを用いてもよい。まず、相補符号発生器４は通常送受信に対応する出力を行い、符号波形発生部３は図３Ａのインパルス波形を発生、速度演算手段８は被検体２０の関心領域について速度の計測を行う。

速度演算手段８の検出する速度が一定レベル以下になると、相補符号発生器４はある時刻において式（６）の相補符号を発生し、相関器７の出力はメモリ９に記憶され、ΔT時間後相補符号発生器４は式（７）の相補符号を発生し、相関器７の出力はメモリ９から読み出された出力と加算手段１３において加算される。相補符号送受信が行われる中で、適宜時間間隔で通常送受信による速度演算手段８の速度検出が行われ、検出する速度Ｖが一定レベル以上になると通常送受信のみによる送受信が行われる。
あるいは速度演算手段８の検出する速度に応じて相補符号の長さを変えてもよい。例えば速度が速くなるにつれて相補符号を短くすればよい。あるいは相補符号の符号が長くなる場合には超音波の中心周波数を高めてもよい。さらに、ドップラー演算処理の結果、平均速度が一定レベル以下であっても速度の分布が広がっているような場合、すなわち速度が分散しているような場合には、分散が一定レベル以下になると、相補符号発生器４はある時刻において式（６）の相補符号を発生するようにしてもよい。
さらに、信号処理部１４において得られた画像情報に相補符号の符号の長さ情報を付加してもよい。さらには、画像情報に付加された相補符号の符号の長さ情報を被検体の画像共に表示器１５に表示してもよい。

このような本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置によれば、送受信部が、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信の切替が可能であり、被検体の関心領域の動きの速度を検出する手段と、速度に応じて相補符号で変調された変調波形信号の送受信と前記変調されていない通常波形信号の送受信との切替を行うことにより、被検体の動きの影響を受けにくい正確な相補符号送受信を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置を図５に示す。

図５において、第１の実施の形態と同一の作用、機能を有するものについては説明を省略する。図５において、速度検出手段８の出力は遅延手段１０に接続される。メモリ９の出力は遅延手段１０に入力され、遅延手段１０の出力は加算手段１３に入力される。

以上のように構成された超音波診断装置について、図５を用いてその動作を説明する。

まず、速度検出手段８は被検体２０の関心領域の動きの速度Ｖを検出する。この場合の符号波形発生部３の波形は、通常送受信に対応する波形でも、または符号化送受信に対応する波形でもよい。動きの速度がＶであることにより送信の間隔であるΔＴ時間後、関心領域の位置はΔＬ＝Ｖ・ΔＴだけ変化する。

ΔＬの位置の変化により、関心領域からのエコーの到着時間はΔΔＴ＝２・ΔＬ／ｃ（但し、ｃは被検体中における音速）変化する。このため関心領域において、対応するエコーの時間間隔はΔＴ−ΔΔＴとなる。このようにして遅延手段１０においては、メモリ９から出力された信号にΔΔＴの遅延時間を調整し、遅延手段１０の出力と相関器７の出力が加算手段１３で加算される。

以上のように本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置によれば、速度検出手段８の出力は遅延手段１０に接続される。メモリ９の出力は遅延手段１０に入力され、遅延手段１０の出力は加算手段１３に入力されることにより、被検体２０の関心領域が運動している場合においても被検体の動きの影響を受けにくい正確な相補符号送受信を行うことができる。

次に、本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置を図６に示す。

図６において、第１の実施の形態と同一の作用、機能を有するものについては説明を省略する。被検体２０にその拍動を検出するため心電計１６が設けられ、心電計１６の出力はＲ波トリガ遅延手段１２に入力され、Ｒ波遅延手段１２の出力は相補符号発生器４に入力される。

以上のように構成された超音波診断装置について、図６を用いてその動作を説明する。

まず、探触子１は被検体２０の頚動脈壁を関心領域としているとする。一方、心電計１６は被検体２０の心臓の心電図を観測しているとする。

心臓の収縮、拡張により頚動脈の血管径も変化するが頚動脈径が最大、最小になり頚動脈壁が瞬間的に静止するのは、心臓の収縮、拡張からある時間遅れを有することになる。このため心電計１６が出力するＲ波トリガを遅延するＲ波トリガ遅延手段１２により頚動脈径が最大、最小となる時間を推定し、頚動脈壁が瞬間的に静止する時間において相補符号発生器４は相補符号を発生、相補符号送受信を行う。

以上のように本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置によれば、被検体２０に心電計１６が設けられ、心電計１６の出力はＲ波遅延手段１２に入力され、Ｒ波遅延手段１２の出力は相補符号発生器４に入力されることにより、被検体２０の関心領域が運動している場合においても被検体の動きの影響を受けにくい正確な相補符号送受信を行うことができる。

なお、以上の説明では、探触子１については単一エレメントの振動子で構成されるものであっても複数の振動子を配列した構成であってもよい。

以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、送受信部が、相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信の切替又は相補符号の長さの変更が可能であり、被検体の関心領域の動きの速度を検出する手段と、前記速度に応じて前記相補符号で変調された変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信の切替又は相補符号の長さの変更を行うことにより、被検体が運動している場合でも相補符号送受信方式によりレンジサイドローブを低減させるという効果を有し、相補符号化送受信方式を用いる超音波診断装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のブロック図 本発明の第１の実施の形態における相関器の出力信号例を示す図 本発明の第１の実施の形態における相関器の出力信号例を示す図 本発明の第１の実施の形態における加算手段の出力信号例を示す図 本発明の第１の実施の形態における通常送受信に対応する送信部の出力信号例を示す図 本発明の第１の実施の形態における通常送受信に対応する相補符号の例を示す図 本発明の第１の実施の形態における相補符号送受信に対応する送信部の出力信号例を示す図 本発明の第１の実施の形態における相関器７のより詳細なブロック図 本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置のブロック図 本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置のブロック図 従来の超音波診断装置のブロック図

Claims (10)

1. 相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、
   前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段により検出した速度に基づき前記送受信手段による前記変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信との切替を行う切替手段とを、有し、
   前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて受信感度を変更するものであって、
   前記相補符号の符号長が相対的に長くなる場合には前記受信感度を下げ、前記相補符号の符号長が相対的に短くなる場合には前記受信感度を上げる変更を行うよう構成されている超音波診断装置。
2. 相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、
   前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段により検出した速度に基づき前記送受信手段による前記変調波形信号の送受信と前記通常波形信号の送受信との切替を行う切替手段とを、有し、
   前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて送受信する超音波の中心周波数を変更するものであって、
   前記相補符号の符号長が相対的に長くなる場合には前記超音波の中心周波数を高くする変更を行うよう構成されている超音波診断装置。
3. 相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、
   前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段により検出した速度に応じて前記送受信手段で受信する前記変調波形信号の遅延時間を変化させる遅延処理手段とを、有し、
   前記遅延処理手段は、前記速度検出手段により検出した速度に応じた前記関心領域からのエコー信号の到着時間に基づき前記遅延時間を調整するよう構成されている超音波診断装置。
4. 相補符号で変調された変調波形信号の送受信と変調されていない通常波形信号の送受信とを行う送受信手段と、
   前記送受信手段で受信した受信信号から被検体の関心領域の動きの速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段により検出した速度に応じて前記送受信手段の相補符号の符号長を変更する変更手段とを、有し、
   前記変更手段は、前記速度検出手段により検出した速度が相対的に速くなるにつれて前記相補符号の符号長を相対的に短くするよう構成されている超音波診断装置。
5. 前記速度検出手段は前記送受信手段からの前記通常波形信号の受信により被検体の関心領域の動きの速度を検出する請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
6. 前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて受信感度を変更するものであって、
   前記相補符号の符号長が相対的に長くなる場合には前記受信感度を下げ、前記相補符号の符号長が相対的に短くなる場合には前記受信感度を上げる変更を行うよう構成されている請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
7. 前記送受信手段は送受信する前記変調波形信号の相補符号の符号長に応じて送受信する超音波の中心周波数を変更するものであって、
   前記相補符号の符号長が相対的に長くなる場合には前記超音波の中心周波数を高くする変更を行うよう構成されている請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
8. 前記速度検出手段は関心領域の動きの速度の分散を検出する機能を有する請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
9. 前記送受信手段により送受信される相補符号の符号長に関する情報を診断画像に付加する手段を更に有する請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
10. 前記送受信手段により送受信される相補符号の符号長に関する情報を表示する表示手段を更に有する請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
    

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