JP2005102988A

JP2005102988A - Ultrasonic diagnostic apparatus

Info

Publication number: JP2005102988A
Application number: JP2003340681A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tsujita; 和宏辻田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ultrasonic diagnostic apparatus by which a large amount of image information about a precise biological tissue is obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves and simultaneously obtaining intensity information and spectrum information on the ultrasonic waves. <P>SOLUTION: The ultrasonic diagnostic apparatus is provided with: a chirp signal generation means 14; an ultrasonic transmission and reception means 10 for generating a detection signal by transmitting and receiving the ultrasonic waves based on the chirp signal generated by the chirp signal generation means; image data generation means 26 to 31 which generates first image data based on the intensity of the ultrasonic waves by performing autocorrelation operation to data obtained based on the detection signal and which generates second image data based on the spectrum of the ultrasonic waves by performing spectrum operation to data obtained based on the detection signal; and an image selection means 32 for selecting at least one of the first image data and the second image data. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging of an organ or bone in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves to generate an ultrasonic image used for diagnosis.

医療用に用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信することにより、超音波エコーの強度に基づいて被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体に関する２次元又は３次元画像が再現される。 In an ultrasonic imaging apparatus used for medical use, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is usually used. Using such an ultrasonic probe, the subject is scanned with an ultrasonic beam formed by combining a plurality of ultrasonic waves, and an ultrasonic echo reflected inside the subject is received. Thus, image information related to the subject is obtained based on the intensity of the ultrasonic echo. Furthermore, based on this image information, a two-dimensional or three-dimensional image relating to the subject is reproduced.

ところで、人体には、筋肉等の軟部組織や骨等の硬部組織のような様々な組織が含まれている。超音波撮像においては、これらの組織を区別するための情報として、超音波エコーのスペクトル情報を利用することが考えられる。しかしながら、従来は、超音波エコーの強度に基づく断層像情報と超音波エコーのスペクトル情報とを同時に取得することはできなかったので、生体の動きによる画像位置のずれやアーティファクト（虚像）が問題となってしまう。 By the way, the human body includes various tissues such as soft tissue such as muscle and hard tissue such as bone. In ultrasonic imaging, it is conceivable to use spectral information of ultrasonic echoes as information for distinguishing these tissues. However, conventionally, it has not been possible to acquire tomographic image information based on the intensity of ultrasonic echoes and spectral information of ultrasonic echoes at the same time, so image position shifts and artifacts (virtual images) due to movement of the living body are problematic. turn into.

関連する技術として、下記の特許文献１には、対象物体の形状を示す情報を得る手段としてチャープ超音波を用いる形状認識装置が開示されている。また、下記の特許文献２には、被検材の面に向けてチャープ超音波を発射し、このチャープ超音波のエコーから検出した信号の包絡線を抽出し、この包絡線を分析、処理することにより、簡単な装置で精度の高い被検材の検査を行うことができる超音波検査装置が開示されている。さらに、下記の特許文献３には、検出したチャープ超音波のエコーを増幅するために、短時間間隔内に検出した信号が有する周波数帯のみを通過させ、かつこの各周波数帯で所定のゲインを持った増幅器を備える超音波検査装置が開示されている。しかしながら、これらの文献には、チャープ超音波を分析して得られたスペクトル情報を、人体の組織に関する情報として利用することは開示されていない。 As a related technique, the following Patent Document 1 discloses a shape recognition apparatus that uses chirped ultrasonic waves as means for obtaining information indicating the shape of a target object. In Patent Document 2 below, chirped ultrasonic waves are emitted toward the surface of the test material, an envelope of a signal detected from the echoes of the chirped ultrasonic waves is extracted, and this envelope is analyzed and processed. Thus, an ultrasonic inspection apparatus capable of inspecting a specimen with high accuracy with a simple apparatus is disclosed. Further, in Patent Document 3 below, in order to amplify the detected chirp ultrasonic echo, only the frequency band of the signal detected within a short time interval is passed, and a predetermined gain is set in each frequency band. An ultrasonic inspection apparatus including an amplifier having the same is disclosed. However, these documents do not disclose that spectrum information obtained by analyzing chirped ultrasonic waves is used as information related to human tissue.

また、下記の特許文献４には、超音波チャープ波を被検部に発射し、該被検部から反射された超音波チャープ波から所定の反射波を選択し、この選択された反射波を包絡線検波することにより温度情報を得る超音波温度測定装置が開示されている。この文献においては、反射波の周波数成分の変化を温度に換算することや、異なる時間における包絡線波形を比較することにより温度差の情報を得ることが記載されている。しかしながら、パルス波形用の駆動回路とチャープ波形用の駆動回路とを備え、両者を切り換える必要があるので、装置が複雑かつ高価になるという問題がある。また、パルス波形用の信号処理回路とチャープ波形用の信号処理回路とを切り換えて断層像情報と温度情報とを得るものであり、断層像情報と温度情報とを同時に得ることはできない。さらに、強度情報とスペクトル情報とに基づいて、被検体に関する２次元又は３次元画像を再現する考え方については示唆されていない。
特開昭６０−２４１１７７号公報（第２頁、第１図）特開昭６１−７４６５号公報（第４頁、第１図）特開昭６１−１６２７４７号公報（第６頁、第１図）特開平３−１４０８３０号公報（第２、４頁、第１図） Further, in Patent Document 4 below, an ultrasonic chirp wave is emitted to a test part, a predetermined reflected wave is selected from the ultrasonic chirp wave reflected from the test part, and the selected reflected wave is An ultrasonic temperature measuring device that obtains temperature information by envelope detection is disclosed. This document describes that temperature difference information is obtained by converting a change in frequency component of a reflected wave into temperature, or by comparing envelope waveforms at different times. However, there is a problem that the apparatus is complicated and expensive because it has a drive circuit for a pulse waveform and a drive circuit for a chirp waveform and it is necessary to switch between them. In addition, the tomogram information and the temperature information are obtained by switching the signal processing circuit for the pulse waveform and the signal processing circuit for the chirp waveform, and the tomogram information and the temperature information cannot be obtained at the same time. Furthermore, there is no suggestion of the concept of reproducing a two-dimensional or three-dimensional image related to a subject based on intensity information and spectrum information.
JP-A-60-241177 (2nd page, FIG. 1) JP 61-7465 (page 4, Fig. 1) JP 61-162747 A (6th page, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 3-140830 (pages 2, 4 and 1)

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波を送受信して超音波の強度情報とスペクトル情報とを同時に取得することにより、精密な生体組織に関してより多くの画像情報を得ることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention can acquire more image information regarding a precise biological tissue by transmitting and receiving ultrasonic waves and simultaneously acquiring ultrasonic intensity information and spectrum information. An object is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus.

上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、チャープ信号を発生するチャープ信号発生手段と、チャープ信号発生手段によって発生されたチャープ信号に基づいて被検体に超音波を送信し、被検体から反射され又は被検体を透過した超音波を受信することによって検出信号を生成する超音波送受信手段と、検出信号に基づいて得られるデータに対して自己相関演算を行うことにより、超音波の強度に基づく第１の画像データを生成すると共に、検出信号に基づいて得られるデータに対してスペクトル演算を行うことにより、超音波のスペクトルに基づく第２の画像データを生成する画像データ生成手段と、画像データ生成手段によって生成された第１の画像データと第２の画像データとの内の少なくとも一方を選択する画像選択手段とを具備する。 In order to solve the above-described problem, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a chirp signal generating unit that generates a chirp signal, and transmits an ultrasonic wave to a subject based on the chirp signal generated by the chirp signal generating unit. Ultrasonic wave transmitting / receiving means for generating a detection signal by receiving an ultrasonic wave reflected from or transmitted through the object, and by performing autocorrelation calculation on data obtained based on the detection signal, the ultrasonic wave Image data generating means for generating first image data based on the intensity of the image and generating second image data based on the spectrum of the ultrasonic wave by performing spectrum operation on the data obtained based on the detection signal And image selection for selecting at least one of the first image data and the second image data generated by the image data generation means. And means.

本発明によれば、チャープ信号発生手段によって発生されたチャープ信号に基づいて被検体に超音波を送信し、被検体から反射され又は被検体を透過した超音波を受信して得られたデータに対して自己相関演算及びスペクトル演算を行うことにより、超音波の強度情報とスペクトル情報とを同時に取得して、精密な生体組織に関してより多くの画像情報を得ることが可能となる。 According to the present invention, the ultrasonic wave is transmitted to the subject based on the chirp signal generated by the chirp signal generating means, and the data obtained by receiving the ultrasonic wave reflected from the subject or transmitted through the subject is obtained. On the other hand, by performing autocorrelation calculation and spectrum calculation, it is possible to acquire ultrasonic intensity information and spectrum information at the same time and obtain more image information regarding a precise living tissue.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子１０と、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、チャープ信号発生部１４とを含んでいる。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment includes an ultrasonic probe 10, a scanning control unit 11, a transmission delay pattern storage unit 12, a transmission control unit 13, and a chirp signal generation unit 14. .

被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１０は、トランスデューサアレイを構成する１次元又は２次元状に配列された複数の超音波トランスデューサ１０ａを備えている。これらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。 An ultrasonic probe 10 used in contact with a subject includes a plurality of ultrasonic transducers 10a arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner to constitute a transducer array. These ultrasonic transducers 10a transmit an ultrasonic beam based on an applied drive signal, receive a propagating ultrasonic echo, and output a detection signal.

各々の超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電素子）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。このような振動子の電極に、パルス状の電気信号又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電素子は伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状の超音波又は連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。 Each ultrasonic transducer is, for example, a piezoelectric ceramic represented by PZT (Pb (lead) zirconate titanate), a polymer piezoelectric element represented by PVDF (polyvinylidene difluoride), or the like. It is comprised with the vibrator | oscillator which formed the electrode in the both ends of the material (piezoelectric element) which has the piezoelectricity of. When a pulsed electric signal or a continuous wave electric signal is applied to the electrodes of such a vibrator to apply a voltage, the piezoelectric element expands and contracts. By this expansion and contraction, pulsed ultrasonic waves or continuous wave ultrasonic waves are generated from the respective vibrators, and an ultrasonic beam is formed by synthesizing these ultrasonic waves. Each vibrator expands and contracts by receiving propagating ultrasonic waves and generates an electrical signal. These electric signals are output as ultrasonic detection signals.

或いは、超音波トランスデューサとして、変換方式の異なる複数種類の素子を用いても良い。例えば、超音波を送信する素子として上記の振動子を用い、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにする。光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器やファイバブラッググレーティングによって構成される。 Alternatively, a plurality of types of elements having different conversion methods may be used as the ultrasonic transducer. For example, the above-described vibrator is used as an element that transmits ultrasonic waves, and a photodetection type ultrasonic transducer is used as an element that receives ultrasonic waves. The photodetection type ultrasonic transducer converts an ultrasonic signal into an optical signal and detects it, and is constituted by, for example, a Fabry-Perot resonator or a fiber Bragg grating.

また、超音波を送信する超音波用探触子と超音波を受信する超音波用探触子とを対向して配置することにより、被検体を透過する超音波を受信するようにしても良い。その場合には、送信用探触子と受信用探触子との間の距離を調節可能とし、それらの探触子を被検体に押し付けて使用する。 Further, an ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves and an ultrasonic probe that receives ultrasonic waves are arranged to face each other, so that ultrasonic waves that pass through the subject may be received. . In that case, the distance between the transmitting probe and the receiving probe can be adjusted, and these probes are used by pressing them against the subject.

走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの各々に与えられる遅延時間を設定する。 The scanning control unit 11 sequentially sets the transmission direction of the ultrasonic beam and the reception direction of the ultrasonic echo. The transmission delay pattern storage unit 12 stores a plurality of transmission delay patterns used when forming an ultrasonic beam. The transmission control unit 13 selects a predetermined pattern from a plurality of delay patterns stored in the transmission delay pattern storage unit 12 according to the transmission direction set in the scanning control unit 11, and based on the pattern The delay time given to each of the plurality of ultrasonic transducers 10a is set.

チャープ信号発生部１４は、チャープコードに基づいてチャープ信号を発生するチャープ信号発生回路と、チャープ信号発生回路が発生するチャープ信号に所望の遅延を与え、複数の超音波トランスデューサ１０ａに供給される複数の駆動信号をそれぞれ発生する複数の駆動回路とによって構成されている。これらの駆動回路は、送信制御部１３において設定された遅延時間に基づいて、チャープ信号を遅延させる。ここで、チャープ信号とは、周波数を時間的に変化させた信号のことで、エネルギーを時間軸方向に分散させる効果がある。なお、時間と共に周波数分布が異なる信号を交互に送信して、受信される超音波において隣接反射点の影響を除去するようにしても良い。例えば、時間と共に周波数が上昇するチャープ信号と、時間と共に周波数が下降するチャープ信号とを、交互に送信するようにしても良い。 The chirp signal generation unit 14 gives a desired delay to the chirp signal generation circuit that generates a chirp signal based on the chirp code, and the chirp signal generated by the chirp signal generation circuit, and is supplied to the plurality of ultrasonic transducers 10a. And a plurality of drive circuits that respectively generate the drive signals. These drive circuits delay the chirp signal based on the delay time set in the transmission control unit 13. Here, the chirp signal is a signal whose frequency is changed with time, and has an effect of dispersing energy in the time axis direction. Note that signals having different frequency distributions with time may be alternately transmitted to remove the influence of adjacent reflection points in the received ultrasonic waves. For example, a chirp signal whose frequency increases with time and a chirp signal whose frequency decreases with time may be alternately transmitted.

また、本実施形態に係る超音波診断装置は、操作卓１５と、ＣＰＵによって構成された制御部１６と、ハードディスク等の記録部１７とを含んでいる。制御部１６は、操作卓１５を用いたオペレータの操作に基づいて、走査制御部１１、チャープ信号発生部１４、及び、画像選択部３２を制御する。記録部１７には、制御部１６を構成するＣＰＵに各種の動作を実行させるプログラムや、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性が記録される。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an operation console 15, a control unit 16 configured by a CPU, and a recording unit 17 such as a hard disk. The control unit 16 controls the scanning control unit 11, the chirp signal generation unit 14, and the image selection unit 32 based on an operator's operation using the console 15. The recording unit 17 records a program for causing the CPU constituting the control unit 16 to execute various operations, and frequency characteristics in transmission / reception of the ultrasonic transducer.

さらに、本実施形態に係る超音波診断装置は、信号処理部２１と、受信遅延パターン記憶部２２と、受信制御部２３と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器２４と、１次記憶部２５と、自己相関部２６と、Ｂモード画像データ生成部２７と、参照波形データ生成部２８と、包絡線検波処理部２９と、スペクトル演算部３０と、スペクトル画像データ生成部３１と、画像選択部３２と、２次記憶部３３と、画像処理部３４と、表示部３５とを含んでいる。 Furthermore, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes a signal processing unit 21, a reception delay pattern storage unit 22, a reception control unit 23, an A / D (analog / digital) converter 24, and a primary storage unit. 25, autocorrelation unit 26, B-mode image data generation unit 27, reference waveform data generation unit 28, envelope detection processing unit 29, spectrum calculation unit 30, spectrum image data generation unit 31, and image selection A unit 32, a secondary storage unit 33, an image processing unit 34, and a display unit 35 are included.

信号処理部２１において、複数の超音波トランスデューサ１０ａの各々から出力される検出信号が増幅され、ＳＴＣ（sensitivity time control：センシティビティ・タイム・コントロール）増幅器を用いて、被検体内において超音波が到達した距離による減衰の補正が施される。 In the signal processing unit 21, the detection signal output from each of the plurality of ultrasonic transducers 10a is amplified, and the ultrasonic wave reaches the inside of the subject using an STC (sensitivity time control) amplifier. Attenuation correction according to the distance is performed.

受信遅延パターン記憶部２２は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力された複数の検出信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２３は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて複数の検出信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。なお、受信フォーカス処理は、ＳＴＣ増幅器による補正の前、又は、Ａ／Ｄ変換の後に行うようにしても良い。 The reception delay pattern storage unit 22 stores a plurality of reception delay patterns used when receiving focus processing is performed on a plurality of detection signals output from the plurality of ultrasonic transducers 10a. The reception control unit 23 selects a predetermined pattern from a plurality of reception delay patterns stored in the reception delay pattern storage unit 22 based on the reception direction set in the scanning control unit 11, and based on the pattern. The reception focus processing is performed by adding a delay to the plurality of detection signals. By this reception focus processing, a sound ray signal in which the focus of the ultrasonic echo is narrowed is formed. Note that the reception focus processing may be performed before correction by the STC amplifier or after A / D conversion.

受信制御部２３から出力される音線信号は、Ａ／Ｄ変換器２４によってディジタル信号の音線データに変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器２４のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の１６倍以上の周波数が望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器２４の分解能としては、１０ビット以上が望ましい。１次記憶部２５は、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される音線データを、時系列に記憶する。 The sound ray signal output from the reception control unit 23 is converted into sound ray data of a digital signal by the A / D converter 24. The sampling frequency of the A / D converter 24 needs to be at least about 10 times the frequency of the ultrasonic wave, and is preferably a frequency that is 16 times or more the frequency of the ultrasonic wave. The resolution of the A / D converter 24 is preferably 10 bits or more. The primary storage unit 25 stores the sound ray data output from the A / D converter 24 in time series.

自己相関演算部２６は、１次記憶部２５に記憶されている音線データに対して、チャープ信号発生部１４から供給される送信波のエンコードに用いられたのと同じチャープコードを掛けて足し合わせることにより、自己相関係数を求める。このようにして音線データをデコードすることにより、広帯域の音線信号に含まれている複数の周波数成分が有する情報を圧縮して、超音波エコーの強度に関する情報を得ることができる。Ｂモード画像データ生成部２７は、自己相関演算部２６から出力されるデコードされた音線データに基づいて、Ｂモード画像データを生成する。 The autocorrelation calculation unit 26 adds the same chirp code as used for encoding the transmission wave supplied from the chirp signal generation unit 14 to the sound ray data stored in the primary storage unit 25. Together, the autocorrelation coefficient is obtained. By decoding the sound ray data in this way, it is possible to compress information contained in a plurality of frequency components included in the broadband sound ray signal and obtain information on the intensity of the ultrasonic echo. The B-mode image data generation unit 27 generates B-mode image data based on the decoded sound ray data output from the autocorrelation calculation unit 26.

図２に、音線データによって表されるチャープ信号の波形と自己相関係数との関係を示す。図２においては、時間ｔ_１及びｔ_２において大きな自己相関係数が観測されており、これらは、軟部組織と硬部組織との境界のように超音波の反射率の大きな部分において、超音波が反射されたことを示している。このようにして、超音波の反射位置が求められる。 FIG. 2 shows the relationship between the waveform of the chirp signal represented by the sound ray data and the autocorrelation coefficient. In FIG. 2, a large autocorrelation coefficient is observed at times t ₁ and t ₂ , and these are ultrasonic waves in a portion where the reflectance of ultrasonic waves is large, such as a boundary between soft tissue and hard tissue. Is reflected. In this way, the reflection position of the ultrasonic wave is obtained.

参照波形データ生成部２８は、送信波形データや自己相関演算結果に基づいて、予め計測又は演算によって求められて記録されている複数種類の参照波形データの中から適切な参照波形データを選択することにより、超音波の反射位置に対して参照波形データを対応付ける。参照波形データは、参照波形のエンベロープを表していても良いし、参照波形そのものを表していても良い。 The reference waveform data generation unit 28 selects appropriate reference waveform data from a plurality of types of reference waveform data obtained and recorded in advance by measurement or calculation based on transmission waveform data and autocorrelation calculation results. Thus, the reference waveform data is associated with the reflection position of the ultrasonic wave. The reference waveform data may represent the envelope of the reference waveform or the reference waveform itself.

ここで、参照波形データ生成部２８は、超音波の反射位置の深度に応じて参照波形データにおける周波数成分が変化するように参照波形データを補正したり、超音波の反射位置の深度と信号強度に応じて参照波形データにおける振幅が変化するように参照波形データを補正する。 Here, the reference waveform data generation unit 28 corrects the reference waveform data so that the frequency component in the reference waveform data changes according to the depth of the ultrasonic reflection position, or the depth and signal intensity of the ultrasonic reflection position. Accordingly, the reference waveform data is corrected so that the amplitude in the reference waveform data changes.

また、参照波形データ生成部２８は、撮像対象の部位に応じた参照波形データを出力したり、撮像対象の部位の形状に応じて、参照波形データを補正するようにしても良い。さらに、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性を記録部１７に記録しておき、超音波トランスデューサの周波数特性に対応して参照波形データを補正するようにすれば、より正確な参照波形データを生成することができる。 Further, the reference waveform data generation unit 28 may output reference waveform data corresponding to the part to be imaged, or correct the reference waveform data according to the shape of the part to be imaged. Furthermore, if the frequency characteristic in transmission / reception of the ultrasonic transducer is recorded in the recording unit 17 and the reference waveform data is corrected corresponding to the frequency characteristic of the ultrasonic transducer, more accurate reference waveform data is generated. be able to.

包絡線検波処理部２９は、１次記憶部２５に記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、音線信号のエンベロープを表すエンベロープデータを求める。スペクトル演算部３０は、包絡線検波処理部２９から出力されるエンベロープデータと、参照波形データ生成部２８から出力される、参照波形のエンベロープを表す参照波形データとに基づいて、両者のエンベロープを比較する。この比較は、例えば、少なくとも１つの周波数におけるエンベロープデータの値を、その周波数における参照波形データの値で割ることにより行われる。 The envelope detection processing unit 29 performs envelope detection processing on the sound ray data stored in the primary storage unit 25 to obtain envelope data representing the envelope of the sound ray signal. The spectrum calculation unit 30 compares both envelopes based on the envelope data output from the envelope detection processing unit 29 and the reference waveform data representing the reference waveform envelope output from the reference waveform data generation unit 28. To do. This comparison is performed, for example, by dividing the value of envelope data at at least one frequency by the value of reference waveform data at that frequency.

あるいは、スペクトル演算部３０は、１次記憶部２５から出力される音線データと、参照波形データ生成部２８から出力される、参照波形そのものを表す参照波形データとに基づいて、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によるスペクトル演算を行う。これにより、音線データに含まれている少なくとも１つの周波数成分と、参照波形データに含まれている少なくとも１つの周波数成分とが求められる。両者の値は、音線データの自己相関値に比例した中心周波数の強度値によって規格化された後、比較される。この比較は、例えば、音線データに含まれている少なくとも１つの周波数成分の値を、参照波形データに含まれている少なくとも１つの周波数成分の値で割ることにより行われる。 Alternatively, the spectrum calculation unit 30 performs FFT (Fast Fourier) based on the sound ray data output from the primary storage unit 25 and the reference waveform data representing the reference waveform itself output from the reference waveform data generation unit 28. Perform spectral calculation by conversion. Thereby, at least one frequency component included in the sound ray data and at least one frequency component included in the reference waveform data are obtained. Both values are compared after being normalized by the intensity value of the center frequency proportional to the autocorrelation value of the sound ray data. This comparison is performed, for example, by dividing the value of at least one frequency component included in the sound ray data by the value of at least one frequency component included in the reference waveform data.

図３〜図５に、被検体内の組織の違いによる超音波の相対透過率の違いを示す。図３は背骨Ａ部、図４は背骨Ｂ部、図５は背骨Ｃ部における相対透過率の周波数特性を示している。駆動信号としては、中心周波数１ＭＨｚのチャープ信号と、中心周波数２．２５ＭＨｚのチャープ信号とを用いている。ここで、背骨Ａ部及び背骨Ｂ部は、比較的軟らかい組織であり、背骨Ｃ部は、比較的硬い組織である。図３〜図５に示すように、各部における相対透過率の周波数特性は、大きく異なっている。 3 to 5 show differences in the relative transmittance of ultrasonic waves due to differences in tissues in the subject. 3 shows the frequency characteristics of relative transmittance in the spine A part, FIG. 4 shows the spine B part, and FIG. 5 shows the spinal C part. As the drive signal, a chirp signal having a center frequency of 1 MHz and a chirp signal having a center frequency of 2.25 MHz are used. Here, the backbone A portion and the backbone B portion are relatively soft tissues, and the backbone C portion is a relatively hard tissue. As shown in FIGS. 3 to 5, the frequency characteristics of the relative transmittance in each part are greatly different.

従って、スペクトル演算部３０は、少なくとも１つの周波数成分に注目することにより、軟部組織と硬部組織との比率のような被検体内の組織に関する情報を得ることができる。スペクトル画像データ生成部３１は、スペクトル演算部３０から出力される情報に基づいて、スペクトル画像データを生成する。 Therefore, the spectrum calculation unit 30 can obtain information on the tissue in the subject such as the ratio of the soft tissue and the hard tissue by paying attention to at least one frequency component. The spectrum image data generation unit 31 generates spectrum image data based on the information output from the spectrum calculation unit 30.

画像選択部３２は、Ｂモード画像データ生成部２７によって生成されたＢモード画像データと、スペクトル画像データ生成部３１によって生成されたスペクトル画像データとを合成して、或いは、これらの内の一方を選択して出力する。２次記憶部３３は、画像選択部３２から出力される画像データを記憶する。画像処理部３４は、２次記憶部３３に記憶されている画像データに、各種の画像処理を施す。表示部３５は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、画像処理部３４によって画像処理が施された画像データに基づいて超音波画像を表示する。 The image selection unit 32 synthesizes the B-mode image data generated by the B-mode image data generation unit 27 and the spectral image data generated by the spectral image data generation unit 31, or one of them. Select and output. The secondary storage unit 33 stores the image data output from the image selection unit 32. The image processing unit 34 performs various types of image processing on the image data stored in the secondary storage unit 33. The display unit 35 includes, for example, a display device such as a CRT or LCD, and displays an ultrasonic image based on the image data subjected to image processing by the image processing unit 34.

図６に、本実施形態に係る超音波診断装置において表示される超音波画像の例を模式的に示す。図６の（ａ）は、Ｂモード画像を示す図であり、硬部組織（骨）の内部はほとんど不明であるが、硬部組織（骨）の外側に存在する軟部組織（筋）が表された超音波画像が生成される。一方、図６の（ｂ）は、スペクトル画像を示す図であり、適切な周波数成分を抽出することにより、硬部組織（骨）の内部を強調して表示することができる。また、硬部組織（骨）と軟部組織（筋）との分離もはっきりと表されており、骨から表皮までを撮像することが可能である。図６の（ｃ）は、Ｂモード画像とスペクトル画像とを合成して表示したものであり、一度の送受信で超音波の強度情報とスペクトル情報との両方を取得しているために、時間ずれや位置ずれのないスペクトル画像が得られている。 FIG. 6 schematically shows an example of an ultrasonic image displayed in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. FIG. 6A is a diagram showing a B-mode image, where the inside of the hard tissue (bone) is almost unknown, but the soft tissue (muscle) existing outside the hard tissue (bone) is represented. An ultrasonic image is generated. On the other hand, FIG. 6B is a diagram showing a spectrum image, and by extracting an appropriate frequency component, the inside of the hard tissue (bone) can be emphasized and displayed. In addition, the separation between the hard tissue (bone) and the soft tissue (muscle) is clearly shown, and it is possible to image from the bone to the epidermis. (C) in FIG. 6 is a composite image of a B-mode image and a spectrum image, and since both ultrasonic intensity information and spectrum information are acquired by a single transmission / reception, a time shift is caused. Spectral images with no misalignment are obtained.

上記の実施形態においては、参照波形データ生成部２８によって生成される参照波形データを用いてスペクトル演算部３０がスペクトル演算を行うようにしたが、スペクトル演算部３０は、自己相関演算部２６によって算出された超音波の反射位置に対して、送信波形のスペクトル中心を対応させてスペクトル演算を行っても良い。 In the above embodiment, the spectrum calculation unit 30 performs the spectrum calculation using the reference waveform data generated by the reference waveform data generation unit 28. However, the spectrum calculation unit 30 is calculated by the autocorrelation calculation unit 26. Spectral calculation may be performed by making the spectrum center of the transmission waveform correspond to the reflected position of the ultrasonic wave.

また、上記の実施形態においては、超音波の１回の送受信により断層像情報とスペクトル情報との両方を同時に求めるようにしたが、被検体における１つの走査領域に超音波を２回送信することにより、２回の送受信により断層像情報とスペクトル情報とを順次求めるようにしても良い。また、断層像情報とスペクトル情報とを、１音線毎、１ライン毎、又は、１フレーム毎に交互に求めるようにしても良い。あるいは、複数フレーム分の断層像情報を求める間に、１フレーム分のスペクトル情報を求めるようにしても良い。 In the above embodiment, both the tomographic image information and the spectrum information are obtained simultaneously by transmitting and receiving the ultrasonic wave once. However, the ultrasonic wave is transmitted twice to one scanning region in the subject. Thus, the tomographic image information and the spectrum information may be obtained sequentially by two transmissions / receptions. Further, the tomographic image information and the spectrum information may be obtained alternately for each sound ray, for each line, or for each frame. Alternatively, spectral information for one frame may be obtained while obtaining tomographic image information for a plurality of frames.

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging of an organ or bone in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves to generate an ultrasonic image used for diagnosis.

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 音線データによって表されるチャープ信号の波形と自己相関係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the waveform of the chirp signal represented by sound ray data, and an autocorrelation coefficient. 背骨Ａ部における相対透過率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the relative transmittance | permeability in the backbone A part. 背骨Ｂ部における相対透過率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the relative transmittance | permeability in the backbone B part. 背骨Ｃ部における相対透過率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the relative transmittance | permeability in the backbone C part. 本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において表示される超音波画像の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the example of the ultrasonic image displayed in the ultrasonic diagnosing device which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０超音波用探触子
１０ａ超音波トランスデューサ
１１走査制御部
１２送信遅延パターン記憶部
１３送信制御部
１４チャープ信号発生部
１５操作卓
１６制御部
１７記録部
２１信号処理部
２２受信遅延パターン記憶部
２３受信制御部
２４Ａ／Ｄ変換器
２５１次記憶部
２６自己相関演算部
２７Ｂモード画像データ生成部
２８参照波形データ生成部
２９包絡線検波処理部
３０スペクトル演算部
３１スペクトル画像データ生成部
３２画像選択部
３３２次記憶部
３４画像処理部
３５表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic probe 10a Ultrasonic transducer 11 Scan control part 12 Transmission delay pattern memory | storage part 13 Transmission control part 14 Chirp signal generation part 15 Console 16 Control part 17 Recording part 21 Signal processing part 22 Reception delay pattern memory | storage part 23 Reception control unit 24 A / D converter 25 Primary storage unit 26 Autocorrelation calculation unit 27 B-mode image data generation unit 28 Reference waveform data generation unit 29 Envelope detection processing unit 30 Spectrum calculation unit 31 Spectrum image data generation unit 32 Image Selection unit 33 Secondary storage unit 34 Image processing unit 35 Display unit

Claims

チャープ信号を発生するチャープ信号発生手段と、
前記チャープ信号発生手段によって発生されたチャープ信号に基づいて被検体に超音波を送信し、被検体から反射され又は被検体を透過した超音波を受信することによって検出信号を生成する超音波送受信手段と、
前記検出信号に基づいて得られるデータに対して自己相関演算を行うことにより、超音波の強度に基づく第１の画像データを生成すると共に、前記検出信号に基づいて得られるデータに対してスペクトル演算を行うことにより、超音波のスペクトルに基づく第２の画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記画像データ生成手段によって生成された第１の画像データと第２の画像データとの内の少なくとも一方を選択する画像選択手段と、
を具備する超音波診断装置。 Chirp signal generating means for generating a chirp signal;
Ultrasonic wave transmitting / receiving means for generating a detection signal by transmitting an ultrasonic wave to a subject based on the chirp signal generated by the chirp signal generating means and receiving an ultrasonic wave reflected from the subject or transmitted through the subject When,
By performing autocorrelation calculation on the data obtained based on the detection signal, first image data based on ultrasonic intensity is generated, and spectrum calculation is performed on the data obtained based on the detection signal. Performing image data generation means for generating second image data based on the spectrum of the ultrasonic wave,
Image selection means for selecting at least one of the first image data and the second image data generated by the image data generation means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

前記画像データ生成手段が、前記チャープ信号発生手段において発生されるチャープコードを用いて、前記検出信号に基づいて得られるデータに対して自己相関演算を行う自己相関演算部を含む、請求項１記載の超音波診断装置。 2. The image data generation unit includes an autocorrelation calculation unit that performs an autocorrelation operation on data obtained based on the detection signal using a chirp code generated by the chirp signal generation unit. Ultrasound diagnostic equipment.

前記画像データ生成手段が、前記自己相関演算部の演算結果に基づいて参照波形データを出力する参照波形データ生成部を含む、請求項２記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2, wherein the image data generation unit includes a reference waveform data generation unit that outputs reference waveform data based on a calculation result of the autocorrelation calculation unit.

前記画像データ生成手段が、前記検出信号に基づいて得られるデータに対して包絡線検波処理を行う包絡線検波処理部と、前記包絡線検波処理部によって包絡線検波処理されたデータにおける少なくとも１つの周波数成分の強度と、前記参照波形データ生成部から出力される参照波形データにおける少なくとも１つの周波数成分の強度とに基づいて演算を行うことにより、被検体内の組織の違いを表すデータを生成するスペクトル演算部とを含む、請求項３記載の超音波診断装置。 The image data generation means performs an envelope detection process on the data obtained based on the detection signal, and at least one of the data that has been subjected to the envelope detection process by the envelope detection process unit By calculating based on the intensity of the frequency component and the intensity of at least one frequency component in the reference waveform data output from the reference waveform data generation unit, data representing a difference in tissue in the subject is generated. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, further comprising a spectrum calculation unit.

前記画像データ生成手段が、前記検出信号に基づいて得られるデータを高速フーリエ変換することにより、少なくとも１つの周波数成分を抽出すると共に、前記参照波形データ生成部から出力される参照波形データを高速フーリエ変換することにより、少なくとも１つの周波数成分を抽出し、抽出された周波数成分に基づいて演算を行うことにより、被検体内の組織の違いを表すデータを生成するスペクトル演算部を含む、請求項３記載の超音波診断装置。 The image data generation means extracts at least one frequency component by performing fast Fourier transform on the data obtained based on the detection signal, and converts the reference waveform data output from the reference waveform data generation unit to fast Fourier transform. 4. A spectrum calculation unit that extracts at least one frequency component by conversion and generates data representing a difference between tissues in the subject by performing a calculation based on the extracted frequency component. The ultrasonic diagnostic apparatus as described.

前記参照波形データ生成部が、被検体内において超音波が反射された位置の深度を自己相関演算部の演算結果に基づいて算出し、超音波が反射された位置の深度に応じて参照波形データにおける周波数成分が変化するように参照波形データを補正する、請求項３記載の超音波診断装置。 The reference waveform data generation unit calculates the depth of the position where the ultrasonic wave is reflected in the subject based on the calculation result of the autocorrelation calculation unit, and the reference waveform data according to the depth of the position where the ultrasonic wave is reflected The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the reference waveform data is corrected so that a frequency component in the waveform changes.

前記参照波形データ生成部が、被検体内において超音波が反射された位置の深度を自己相関演算部の演算結果に基づいて算出し、超音波が反射された位置の深度と信号強度とに応じて参照波形データにおける振幅が変化するように参照波形データを補正する、請求項３記載の超音波診断装置。 The reference waveform data generation unit calculates the depth of the position where the ultrasonic wave is reflected in the subject based on the calculation result of the autocorrelation calculation unit, and depends on the depth of the position where the ultrasonic wave is reflected and the signal intensity The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the reference waveform data is corrected so that the amplitude in the reference waveform data changes.

前記参照波形データ生成部が、撮像対象の部位に応じた参照波形データを出力する、請求項３記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the reference waveform data generation unit outputs reference waveform data corresponding to a region to be imaged.

前記参照波形データ生成部が、撮像対象の部位の形状に応じて参照波形データを補正する、請求項３記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the reference waveform data generation unit corrects the reference waveform data according to a shape of a part to be imaged.

超音波の送信及び／又は受信に用いられる複数の超音波トランスデューサの周波数特性を記録する記録手段をさらに具備し、
前記参照波形データ生成部が、前記記録手段に記録されている前記複数の超音波トランスデューサの周波数特性に対応して参照波形データを補正する、
請求項３記載の超音波診断装置。 Recording means for recording frequency characteristics of a plurality of ultrasonic transducers used for transmitting and / or receiving ultrasonic waves;
The reference waveform data generation unit corrects reference waveform data corresponding to frequency characteristics of the plurality of ultrasonic transducers recorded in the recording unit;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.

前記画像選択手段が、前記画像データ生成手段によって生成された第１の画像データと第２の画像データとを合成して出力する、請求項１〜１０のいずれか１項記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the image selection unit synthesizes and outputs the first image data and the second image data generated by the image data generation unit. .