JP2010213965A - 超音波画像診断装置 - Google Patents
超音波画像診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010213965A JP2010213965A JP2009065799A JP2009065799A JP2010213965A JP 2010213965 A JP2010213965 A JP 2010213965A JP 2009065799 A JP2009065799 A JP 2009065799A JP 2009065799 A JP2009065799 A JP 2009065799A JP 2010213965 A JP2010213965 A JP 2010213965A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- signal
- ultrasonic
- correlation
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
【課題】超音波診断装置において、距離分解能を向上する。
【解決手段】送信部は、(a)のように同じ包絡線で360°/N(図では3)ずつ相互に位相をずらしたパルスを一定間隔で連続して被検体内へ送信し、それによる(b)のような反射波を受信部で受信し、相関部が、N個分のパルス成分をPSK符号として、(d)のように送信信号(基本波)との間で順次相関処理を行い、αのように最も相関値が高くなる期間Wを判定する。一方、高調波を抽出するために、(d)のように別の参照信号との相関値を求めており、βのような期間Wの相関値から、高調波成分を抽出する。したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み成分が戻ってきたタイミングを正確に検出でき、距離分解能を向上できるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、非線形歪み成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上できる。
【選択図】図10
【解決手段】送信部は、(a)のように同じ包絡線で360°/N(図では3)ずつ相互に位相をずらしたパルスを一定間隔で連続して被検体内へ送信し、それによる(b)のような反射波を受信部で受信し、相関部が、N個分のパルス成分をPSK符号として、(d)のように送信信号(基本波)との間で順次相関処理を行い、αのように最も相関値が高くなる期間Wを判定する。一方、高調波を抽出するために、(d)のように別の参照信号との相関値を求めており、βのような期間Wの相関値から、高調波成分を抽出する。したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み成分が戻ってきたタイミングを正確に検出でき、距離分解能を向上できるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、非線形歪み成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上できる。
【選択図】図10
Description
本発明は、超音波画像診断装置に関し、特に造影剤を用いた診断を行うようにしたものに関する。
従来から、X線撮像装置や磁気共鳴撮像装置(MRI)では、造影剤を用いた診断が行われている。一方、前記超音波画像診断装置でも、ミクロンオーダーの微小気泡(マイクロバブル)を安定化できる造影剤が登場したことで、従来の生体組織の画像とともに、造影剤を用いた診断も行われるようになってきている。この造影剤による超音波診断の原理は、直径が1μm程度の前記マイクロバブルが、超音波診断に用いられる数MHzの超音波に良く共振し、その周波数域の超音波を散乱することを利用するものである。そして、前記マイクロバブル系の造影剤は前記超音波の散乱特性に強い非線形を有し、前記マイクロバブルで散乱された反射超音波(エコー)信号は、送信超音波の第2高調波成分を多く含むという特徴を有している。したがって、反射超音波(エコー)信号から、この第2高調波成分を抽出することで、前記造影剤による造影を行うことができる。
一方、生体組織、特に軟部組織は、入力音圧に対して伝搬速度が異なる非線形性(音圧が高くなる程、速くなる)を有している。このため特許文献1では、360°/N(Nは3以上)ずつ位相をずらしたパルスを発生し、生体から来た超音波信号を整相加算し、フィルタリングし、さらに包絡線検波を行うことで、伝搬途中の前記軟部組織による非線形歪み(高調波)を除去し、造影剤の所で発生した非線形歪み(高調波)だけを取出すことができるようにしている。また、非加算の信号から、軟部組織に基づく高調波信号を得ている。
そして、フレームレートが低下するので、N=3として、その3パルス法を用いる一方、従来のいわゆるパルスインバージョン法(2パルス法)を用いても分解能に大差が無い場合はそちらを用いることで、少しでもフレームレートの低下を抑えている。また、共通の包絡線信号で振幅変調された超音波の搬送波の位相を60°ずつ回転させた相互に位相が異なる6種類の送信パルスを繰返し送信し、それによる6種類のエコー信号を受信波形メモリに順次更新して保持し、その内120°ずつ位相が異なる3種類のエコー信号を読出して加算処理することで、前記3パルス法による造影画像を得ている。これによって、通常のBモード画像のフレームレートで、3パルス法による造影画像を得ている。
上述の従来技術では、360°/N個のパルスによって基本波およびN−2次以下の高調波を効率良く取り除き、N−1次以上の高調波を抽出し、方位分解能を向上できるものの、距離分解能に関しては、向上しないという問題がある。
本発明の目的は、360°/N個のパルスを用いて、距離分解能を向上することができる超音波画像診断装置を提供することである。
本発明の超音波画像診断装置は、送信部から、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上)ずつ相互に位相をずらしたパルスを第1の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる被検体からの第2の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって非線形歪み(高調波)成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、前記信号処理部は、前記受信部で受信された第2の超音波信号から、N個分のパルス成分をPSK符号として、順次予め定める参照信号との相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定する相関部と、前記相関部で判定された期間における前記第2の超音波信号と参照信号との相関値から、前記第2の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み(所望周波数)成分を抽出する抽出部とを含むことを特徴とする。
上記の構成によれば、送信部から、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上の整数)ずつ相互に位相をずらしたパルスを第1の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第2の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって基本波(前記第1の超音波信号)成分を効率良く除去し、非線形歪み(高調波)成分を抽出して、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させるようにした超音波画像診断装置において、前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、前記信号処理部は、前記受信部で受信された第2の超音波信号から、N個分のパルス成分をPSK(Phase Sift Keying)符号として、相関処理によって前記非線形歪み(所望周波数)成分を抽出する。このため、前記信号処理部に、相関部と、抽出部とを設け、前記相関部は、前記N個のパルス成分を予め定める参照信号との間で順次相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定し、抽出部は、その最も相関値が高くなる期間における相関値から、前記第2の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み(所望周波数)成分を抽出する。
したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み(高調波)成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み(高調波)成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。
また、本発明の超音波画像診断装置では、前記送信部は、前記パルスとして(周波数が増加または減少する)チャープ波を用いることを特徴とする。
上記の構成によれば、単純な360°/Nずらしのガウシアンエンベロープ波形ではなく、それを中心周波数として、周波数が増加または減少するチャープ波を用いることで、レンジサイドロープ(時間的サイドロープ)を抑制することができる。
さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、前記相関部は、CCD原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されることを特徴とする。
上記の構成によれば、微弱な信号レベルである高調波成分でもより適切に相関処理を行うことが可能となる。
また、本発明の超音波画像診断装置では、前記送信部における超音波振動子は、送信用の無機圧電素子上に、受信用の有機圧電素子を積層して成ることを特徴とする。
上記の構成によれば、前記送信部における超音波振動子に、送信用として大パワー送信可能な無機圧電素子を用い、受信用として比較的広帯域で超音波を受信することができる有機圧電素子を用いることで、高調波成分を高感度に受信可能となり、前記のような分解能を一層向上することができる。
本発明の超音波画像診断装置は、以上のように、送信部は、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上)ずつ相互に位相をずらしたパルスを第1の超音波信号として予め定める一定間隔で連続して被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第2の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が、前記受信部で受信された第2の超音波信号から、N個分のパルス成分をPSK符号として、相関処理によって前記N個のパルス成分を予め定める参照信号との間で順次相関処理を行って最も相関値が高くなる期間を判定し、その最も相関値が高くなる期間における相関値から、前記第2の超音波信号中に含まれる非線形歪み(所望周波数)成分を抽出する。
それゆえ、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み(高調波)成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み(高調波)成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。また、本明細書において、適宜、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
図1は実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図であり、図2は実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
超音波診断装置Sは、図1および図2に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波(第1超音波信号)を送信すると共に、この被検体や造影剤で反射(エコー)もしくは発生した超音波(第2超音波信号)を受信する超音波探触子2と、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して第1超音波信号を送信させると共に、超音波探触子2で受信された被検体内から来た第2超音波信号に応じて超音波探触子2で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体1とを備えて構成される。
超音波診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、相関部14と、画像処理部15と、表示部16と、制御部17と、参照信号記憶部18と、タイミング発生部19と、高調波成分抽出部10とを備えて構成されている。
操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力を受け付ける装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
送信部12は、制御部17の制御に従って、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子2に第1超音波信号を発生させる回路である。第1超音波信号には、通常自然界に存在することなく相関処理によって検出することが容易である観点から、例えば、周波数を時間経過に伴って予め設定された所定割合で変化させるチャープ波の後述するような連続パルスが用いられる。チャープ波の前記所定割合は、周波数が時間経過に従って徐々に高くなるチャープ波であってもよく、また、周波数が時間経過に従って徐々に低くなるチャープ波であってもよい。送信部12は、例えば、制御部17からの送信信号に応じて送信ビームを形成する送信ビームフォーマ回路122(図4参照)およびその送信ビームに応じて超音波探触子2の各無機圧電素子22を実際に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路121(図4参照)等を備えて構成される。各送信信号には、フォーカルポイント(フォーカス点)および/またはステアリング角度(方位)に対応した時間差が付与されている。受信部13は、制御部17の制御に従って、超音波探触子2の各有機圧電素子21からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を相関部14へ出力する。受信部13は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器等を備えて構成される。
相関部14は、後述するようにして、受信部13の出力と予め設定された参照信号との相関処理を行うことによって、受信部13で受信された第2超音波信号から、送信の第1超音波信号を基本周波数とした場合に、前述のように高精細な画像構成が可能な高調波成分が多く含まれているタイミングを検出するものである。そのタイミングに応答して、高調波成分抽出部10は、前記第2超音波信号から高調波成分を抽出し、画像処理部15へ与える。本実施形態では、高調波成分抽出部10は、第2高調波を抽出するものとするが、高次の高調波を抽出してもよく、或いは複数の次数の高調波を抽出するようにしてもよい。また、相関部14は、前記参照信号として、簡単のために前記送信信号を用いるものとするが、検出すべき高調波の次数、被検体の診断部位(診断部位の種類)、および被検体の診断深度に応じて適宜設定するようにしてもよい(例えば、参照信号の振幅は、フォーカルポイントの深度(深さ)に応じて増減されていてもよい。)。その場合、これら検出すべき高調波の次数、被検体の診断部位および被検体の診断深度は、例えば、操作入力部11から入力される。
参照信号記憶部18は、例えば、ROMあるいはEEPROM等の記憶素子を備えて構成され、前記参照信号を記憶する回路である。本実施形態では、参照信号記憶部18は、送信信号も記憶している。なお、この参照信号は、送信部12から相関部14へ供給されてもよい。
タイミング発生部19は、超音波診断装置本体1の各部の動作タイミングを生成し、動作タイミングの必要な各部へ出力する回路である。
画像処理部15は、制御部17の制御に従って、前述のように高調波成分抽出部10で抽出された、第2高調波成分に基づいて被検体の内部状態の画像(超音波画像)を形成する回路である。なお、画像処理部15は、受信部13での受信信号から、従来のBモード断層画像を生成する機能などを適宜備えていてもよい。
表示部16は、制御部17の制御に従って、画像処理部15で生成された被検体の超音波断層画像を表示する装置である。表示部16は、例えば、CRTディスプレイ、LCD、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
制御部17は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部11、送信部12、受信部13、相関部14、画像処理部15、表示部16、参照信号記憶部18および高調波成分抽出部10を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Sの全体制御を行う回路である。
図3は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子2を構成する超音波振動子20の断面図である。超音波探触子(超音波プローブ)2は、被検体内に第1超音波信号を送信し、この第1超音波信号に基づく被検体内から来た第2超音波信号を受信する装置であって、無機および有機の圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間の変換を行う。すなわち、大略的に、超音波振動子20は、前記無機圧電素子22上に有機圧電素子21が積層されて成る。具体的には、この図3に示すように、バッキング層となる平板状の音響制動部材23と、この音響制動部材23上に積層された複数の前記無機圧電素子22と、これら複数の無機圧電素子22における隙間に充填される音響吸収材24と、これら複数の無機圧電素子22上に積層された共通接地電極層25と、この共通接地電極層25上に積層される中間層26と、この中間層26上に積層されるシート状の前記有機圧電素子21と、この有機圧電素子21上に積層される音響整合層27とを備えて構成される。
前記音響制動部材23は、超音波を吸収する材料から構成され、無機圧電素子22から背面側へ放射された超音波を吸収するものである。音響吸収材24には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられ、前記音響制動部材23と同様に超音波を吸収し、複数の各無機圧電素子22間におけるクロストークを低減する。
各無機圧電素子22は、無機圧電材料から構成される圧電体(素圧電体)221の両表面にそれぞれ電極(素電極)222,223を備えて構成される。前記無機圧電材料は、例えば、いわゆるPZT、水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ニオブ酸タンタル酸カリウム(K(Ta,Nb)O3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)およびチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等である。
これらの無機圧電素子22は、音響制動部材23に、それを貫通して信号電極224が形成された上に、シート状の圧電体221の両表面に電極222,223が積層されたものが積層された後、各無機圧電素子22に切出され、各無機圧電素子22間に音響吸収材24が充填されて成り、或いは各無機圧電素子22が切出され、音響吸収材24が充填されて成るシート状の部材が音響制動部材23上に積層されて成る。電極223は共通接地電極層25を介して接地され、信号電極224から電極222には前記送信部12の駆動信号生成回路からケーブル3を介して個別の駆動信号が入力される。
中間層26は、無機圧電素子22上に有機圧電素子21を積層するための部材であり、それらの音響インピーダンスを整合させるものである。
有機圧電素子21は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電体211と、この圧電体211の一方の面に形成された個別電極212と、圧電体211の他方の面に略全面に亘って一様に形成された共通電極213とを備えて構成されたシート状の圧電素子である。このように構成することで、一体的なシート状に形成しても、各有機圧電素子21を個別に動作させることができ、有機圧電素子22のように素子の切出しや隙間の充填といった作業が不要になり、製造工程を簡略化することができる。個別電極212は、受信部13の受信ビームフォーマに受信信号を出力する。
なお、有機圧電素子21の素子数などによっては、幾つかの素子でグループを構成し、前記共通電極231は、それらのグループ毎に設けられてもよい。また、図3に示す例では、有機圧電素子21は無機圧電素子22の全体に亘って積層されているけれども、一部に亘って積層されるだけでもよい。また、有機圧電素子21と無機圧電素子22との素子数は、同一でもよいが、異なっていてもよく、それぞれの占有面積はそれぞれの素子に要求される仕様に応じて設計されればよい。この図3のように、有機圧電素子21の素子数を無機圧電素子22の素子数より多く形成する場合、無機圧電素子22の1個当りのサイズ(大きさ)を大きくすることが可能となり、該無機圧電素子22を送信に用いるにあたって、送信パワーを大きくすることができると共に、有機圧電素子21の素子数を多くでき、該有機圧電素子21を受信に用いるにあたって、受信分解能を向上することができる。前記有機圧電素子21で、例えば64×64の4096個が2次元マトリクス状に配列される。
前記有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデン(VDF)の重合体を用いることができる。また例えば、前記有機圧電材料には、フッ化ビニリデン系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体(コポリマ)であり、他の単量体としては、3フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、パーフルオロアルコキシエチレン(PAE)およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数(圧電効果)が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン/3フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が60mol%〜99mol%が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が85mol%〜99mol%がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、パーフルオロアルコキシエチレン(PAE)およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電体を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、H2N−R−NH2構造を挙げることができる。ここで、Rは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、2価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。
音響整合層27は、無機圧電素子22の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとると共に、有機圧電素子21の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。そして、音響整合層27は、円弧状に膨出した形状とされ、被検体に向けて送信される超音波を収束する音響レンズとしての機能も備えている。
このような構成の超音波診断装置Sでは、例えば、操作入力部11から診断開始の指示が入力されると、制御部17の制御によって送信部12では、ROI(注目領域)を基に指定するステアリング角度(方位)とフォーカルポイントの深度とからビームフォーマの遅延が付与されるとともにPCMによって形成された上記チャープ波の送信信号が生成される。この送信信号は、ケーブル3を介して超音波探触子2の無機圧電素子22の内、ビームフォミングすべき素子へ供給され、その素子が厚さ方向に伸縮し、共振することで、大きな振幅の超音波振動を発生することができる。この超音波振動は、第1超音波信号として、中間層26から有機圧電素子21および音響整合層27を通って、被検体内に入射される。なお、超音波探触子2は、被検体(生体)の体表面上に接触して用いられてもよいし、被検体の内部、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。
この被検体に対して送信された超音波は、前記ステアリング角度(方位)のフォーカルポイントで収束され、被検体内部における音響インピーダンスが異なる1または複数の境界面で反射され、超音波の反射波(第2超音波信号)となる。この第2超音波信号には、送信された第1超音波信号の周波数成分だけでなく、この第1超音波信号の周波数を基本周波数とした場合に、その整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。このため、受信用には広帯域の超音波信号を受信可能なように、前記有機圧電素子21が用いられる。本実施の形態は、有機圧電素子21での受信信号から、以下に詳述するように、この高調波成分を高調波成分抽出部10で抽出し、画像処理部15での断層画像の作成に用いる。
次に、相関処理に関し、より具体的に説明する。図4は、前記相関部14の具体的な一構成例を示す図である。ここで、高調波成分が受信信号全体に占めるエネルギー量は微弱であるので、受信したアナログ信号(第2の超音波信号)をデジタル変換してから相関処理を行ったのでは、良質な超音波画像の形成に必要なダイナミックレンジが取れない。そのため、注目すべきは、本実施形態における相関部14は、相関処理自体をアナログ処理で行うものである。
そのため、相関部14は、m個の有機圧電素子21毎に設けられ、対応する有機圧電素子21の各出力がそれぞれ入力される相関処理部30−1,30−2,30−3,・・・,30−m(総称するときは、以下参照符号30で示す)を備えて構成される。各相関処理部30は、対応する有機圧電素子21からの受信信号(第2の超音波信号)と、係数設定部33で予め設定された参照信号との相関処理を行うことによって、相関値のピークタイミングを検出する回路であり、同様に構成されている。本実施形態では、上述したように、参照信号は送信信号と同一であり、参照信号記憶部18に記憶されている係数列が制御部17によって読出され、前記送信信号として送信部12の送信ビームフォーマ122に与えられるとともに、テンプレートデータ列として前記係数設定部33に設定される。
前記相関処理部30は、CCD原理に基づくアナログ積和演算を行うことによって受信部13の出力と参照信号との相関を演算する回路であり、例えば、サンプルホールド部31と、電荷転送部32と、前記係数設定部33と、デジタルアナログ乗算部34と、加算部35とを備えて構成される。
サンプルホールド部31は、タイミング発生部19からの動作タイミングに応じたサンプリング周期で、受信部13の出力(当該サンプルホールド部31に接続されている有機圧電素子21の出力)を保持する回路である。サンプルホールド部31は、動作タイミングに応じたタイミングで、この保持した受信部13の出力に対応する電荷Qを電荷転送部32へ出力する。
電荷転送部32は、前記電荷Qを保持する複数の電荷保持部321−1,321−2,321−3,・・・,321−n(総称するときは、以下参照符号321で示す)を備えて構成され、これら各電荷保持部321は、直列に接続されている。そして、前記サンプルホールド部31のサンプリングタイミングで、保持している電荷Qを後段の電荷保持部321へ出力し、前段の電荷保持部の電荷Qを取込み、こうしてシフトレジスタのように保持電荷Qを順次転送してゆく。
このような電荷転送部32は、例えば、図5に示すように、半導体41と、該半導体41上に形成された絶縁体層42と、連続的に配置されるように絶縁体層42上に形成された複数の電極(ゲート電極)43とを備えて構成され、これら各電極43に電荷Qを転送するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、或る電極下のポテンシャル井戸に蓄積された電荷Qを順次に後段の電極下のポテンシャル井戸へ転送する電荷転送素子(電荷結合素子、Charge-Coupled Devices、CCD)TDによって構成することができる。図5に示す例では、6個の電極43−1〜43−6を備える電荷転送素子TDが示されている。また、各電極43(43−1〜43−6)には、電極43に電圧を印加するための信号線P41〜P43が接続されている。例えば、時刻t1において、第1電極43−1に電圧が印加されることによって形成された第1ポテンシャル井戸PW1に電荷Qが保持されている。次の動作タイミングの時刻t2(t21、t22)において、まず、第1および第2電極43−1,43−2のそれぞれに電圧が印加されることによって、第1ポテンシャル井戸PW1が第1電極43−1下だけでなく第2電極43−2下にも拡がり、電荷Qがこれら各電極43−1,43−2下に形成されたポテンシャル井戸PW12に保持され(時刻t21)、続いて、第2電極43−2の電圧がそのままで、第1電極43−1の電圧が時間経過に従って徐々に0へ変化されることによって、第1ポテンシャル井戸PW1の電荷Qが徐々に第1ポテンシャル井戸PW2へ移動する(時刻t22)。そして、次の動作タイミングの時刻t3において、第1電極43−1に印加されていた電圧が解消されることで、前記の電荷Qが第2電極43−2下に形成されたポテンシャル井戸PW2に完全に移動する。このような動作を繰返すことで、第1電極43−1下のポテンシャル井戸PW1に蓄積されていた電荷Qが、隣接する第2電極43−2下のポテンシャル井戸PW2へ転送されて保持される。このような動作をサンプリング周期内で順次下流側の電荷保持部321−nから上流側の電荷保持部321−1に向って行われることで、上述のように各電荷保持部321内の電荷が順次後段側へ転送されてゆく。
デジタルアナログ乗算部34は、電荷転送部32の各電荷保持部321(321−1〜321−n)に対応して設けられた複数のデジタルアナログ乗算器(DA乗算器)341−1〜341−n(総称するときは、以下参照符号341で示す)を備えて構成されている。DA乗算器341は、係数設定部33によって予め設定されている係数g(l)(0≦g(l)<1)で対応する電荷保持部321の電荷Qを乗算し、その乗算結果を加算部35へ出力する回路である。より具体的には、g(l)×Q=g1(l)×2−1Q+g2(l)×2−2Q+g3(l)×2−3Q+・・・+gn(l)×2−nQと表現することができることから、DA乗算器341では、電荷保持部321に保持されている電荷(アナログ信号)Qが2等分され、一方がさらに2等分され、これが繰り返されることで、2−1Q、2−2Q、2−3Q、・・・、2−nQの複数の電荷が生成され、これら各電荷が、乗数である係数g(l)の2進表現g1(l)、g2(l)、g3(l)、・・・、gn(l)に従って取捨され、そのうちの取り上げられた電荷が1個に統合されることで、前記g(l)×Qの乗算をアナログ処理で行うものである。
このようなDA乗算器341も、電荷転送素子(電荷結合素子)を用いて構成することができ、例えば、電荷分割部CDと、電荷統合部SDとを備えて構成することができる。例えば、1個の電荷Qを2個の電荷に2等分する電荷分割部CDは、図6に示すように、半導体51と、該半導体51上に形成された絶縁体層52と、絶縁体層52上に連続的に形成された複数の電極(ゲート電極)53(53−1〜53−6)とを備えて構成され、3個1組の電極53を含んで1個の分割部CDkが構成され、図6には、電極53−1〜53−3を含む第1分割部CD1と、電極53−4〜53−6を含む第2分割部CD2とが図示されている。また、各電極53(53−1〜53−6)には、電極53に電圧を印加するための信号線P51〜P53が接続されている。このような電荷分割部CDでは、電極53に外部から電圧を印加することによって電極53下の半導体31内にポテンシャル井戸PWが形成される。ポテンシャル井戸PWは、その対応する電極53に外部から印加される電位によってその深さが制御される。このような電荷分割部CDでは、第1および第2分割部CD1、CD2における各電極53−1〜53−3;53−4〜53−6に、電荷Qを分割するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、第1分割部CD1に保持されている電荷Qが2個の電荷Q1,Q2(Q1=Q2=Q/2)に等分され、各電荷Q1,Q2がそれぞれ第1および第2分割部CD1,CD2に保持される。例えば、時刻t11において、初期状態(2等分前、分割前)として、第1分割部CD1の第3電極53−3に電圧が印加されることによって形成された第1分割部CD1の第1ポテンシャル井戸PW3に電荷Qが保持されているとする。そして、次の動作タイミングの時刻t12において、第1分割部CD1の第2および第3電極53−2,53−3ならびに第2分割部CD2の第1電極53−4のそれぞれに電圧が印加されることによって、第1分割部CD1の第1ポテンシャル井戸PW3が第3電極53−3下だけでなく第1分割部CD1の第2電極53−2下および第2分割部CD2の第1電極53−4下にも拡がり、電荷Qがこれら各電極53−2〜53−4下に形成されたポテンシャル井戸PW234に保持される。次の動作タイミングの時刻t13において、第1分割部CD1の第3電極53−3に印加されていた電圧が解消され、そして、第1分割部CD1の第2電極53−2および第2分割部CD2の第1電極53−4に電圧が印加されることによって、電荷Qが第1分割部CD1の第2電極53−2下に形成されたポテンシャル井戸PW2および第2分割部CD2の第1電極53−4下に形成されたポテンシャル井戸PW4にそれぞれ分割されて保持される。このように1個のポテンシャル井戸PW3に蓄積されていた電荷Qが、電極53に所定パターンの駆動電圧を印加することによって、このポテンシャル井戸PW3に隣接するポテンシャル井戸PW2,PW4へ2等分されて保持される。続いて、図6では、次の動作タイミングの時刻t14において、第1分割部CD1では、第1および第2電極53−1、53−2に電圧が印加されることによって、第1分割部CD1の第2ポテンシャル井戸PW2が第2電極53−2下だけでなく第1電極53−1下にも拡がり、電荷Q1(=Q/2)がこの第1および第2電極53−1、53−2下に形成されたポテンシャル井戸PW12に保持される。そして、第2分割部CD2では、第1および第2電極53−4,53−5に電圧が印加されることによって、第2分割部CD2の第1ポテンシャル井戸PW4が第1電極53−4下だけでなく第2電極53−5下にも拡がり、電荷Q2(=Q/2)がこの第1および第2電極53−4,53−5下に形成されたポテンシャル井戸PW45に保持される。次の動作タイミングの時刻t15において、第1分割部CD1では、第1分割部CD1の第2電極53−2に印加されていた電圧が解消されるとともに、第1分割部CD1の第1電極33−1に電圧が印加されることによって、2等分された電荷Q1が第1分割部CD1の第1電極53−1下に形成された第1分割部CD1の第1ポテンシャル井戸PW1に保持される。そして、第2分割部CD2では、第2分割部CD2の第1電極53−4に印加されていた電圧が解消されるとともに、第2分割部CD2の第2電極53−5に電圧が印加されることによって、2等分された電荷Q2が第2分割部CD2の第2電極53−5下に形成された第2分割部CD2の第2ポテンシャル井戸PW5に保持される。このように電荷分割部Dは、電荷Qを2等分に分割するような所定パターンの駆動電圧を各電極53に印加することによって、第1分割部CD1の第3ポテンシャル井戸PW3に保持されている電荷Qを2等分し、第1分割部CD1の第2ポテンシャル井戸PW2(第1ポテンシャル井戸PW1)および第2分割部CD2の第2ポテンシャル井戸PW5(第3ポテンシャル井戸PW6)のそれぞれへ導き保持することによって、電荷Qを2個の電荷に2等分することができる。
そして、複数の電荷を1個の電荷に統合する電荷統合部SDも、例えば、図7に示すように、半導体61と、半導体61上に形成された絶縁体層62と、絶縁体層62上に連続的に形成された複数の電極(ゲート電極)63(63−1〜63−6)とを備えて構成され、3個1組の電極63を含んで1個の統合部SDkが構成され、図7には、電極63−1〜63−3を含む第1統合部SD1と、電極63−4〜63−6を含む第2統合部SD2とが図示されている。また、各電極63(63−1〜63−6)には、電極63に電圧を印加するための信号線P61〜P63が接続されている。このような電荷統合部SDでは、電極63に外部から電圧を印加することによって電極63下の半導体61内にポテンシャル井戸PWが形成される。ポテンシャル井戸PWは、その対応する電極63に外部から印加される電位によってその深さが制御される。このような電荷統合部SDでは、第1および第2統合部SD1、SD2における各電極63−1〜63−3;63−4〜63−6に電荷を統合するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、第1統合部SD1に保持されている第1電荷Q1と第2統合部SD2に保持されている第2電荷Q2とが合わせられて1個の電荷Q(Q=Q1+Q2)に統合され、この電荷Qが第1統合部SD1(第2統合部SD2)に保持される。例えば、時刻t21において、初期状態(加算処理前)として、第1統合部SD1の第1電極63−1に電圧が印加されることによって形成された第1統合部SD1の第1ポテンシャル井戸PW1に第1電荷Q1が保持され、第2統合部SD2の第2電極63−5に電圧が印加されることによって形成された第2統合部SD2の第2ポテンシャル井戸PW5に第2電荷Q2が保持されている。次の動作タイミングの時刻t22において、第1統合部SD1では、第1統合部SD1の第1および第2電極63−1,63−2に電圧が印加されることによって、第1統合部SD1の第1ポテンシャル井戸PW1が第1電極63−1下だけでなく第2電極63−2下にも拡がり、第1電荷Q1がこの第1および第2電極63−1,63−2下に形成されたポテンシャル井戸PW12に保持される。そして、第2統合部SD2では、第2統合部SD2の第1および第2電極63−4,63−5に電圧が印加されることによって、第2統合部SD2の第2ポテンシャル井戸PW5が第2電極63−5下だけでなく第1電極63−4下にも拡がり、第2電荷Q2がこの第1および第2電極63−4,63−5下に形成されたポテンシャル井戸PW45に保持される。次の動作タイミングの時刻t23において、第1統合部SD1では、第1統合部SD1の第1電極63−1に印加されていた電圧が解消され、そして、第2電極63−2に電圧が印加されることによって、第1および第2電極63−1,63−2下に形成されたポテンシャル井戸PW12に保持されていた第1電荷Q1が第2電極63−2下に形成された第1統合部SD1の第2ポテンシャル井戸PW2に移動して保持される。そして、第2統合部SD2では、第2統合部SD2の第2電極63−5に印加されていた電圧が解消され、そして、第1電極63−4に電圧が印加されることによって、第1および第2電極63−4,63−5下に形成されたポテンシャル井戸PW45に保持されていた第2電荷Q2が第1電極63−4下に形成された第2統合部の第1ポテンシャル井戸PW4に移動して保持される。このような動作によって第1統合部SD1の第1電荷Q1が第2統合部SD2へ寄るとともに、第2統合部SD2の第2電荷Q2が第1統合部SD1へ寄り、第1統合部SD1の第2電極63−2と第2統合部SD2の第1電極63−4とが1個の電極(第1統合部の第3電極63−3)63を隔てて配置される。そして、次の動作タイミングの時刻t24において、第1統合部SD1の第1電荷Q1と第2統合部SD2の第2電荷Q2とを隔てているこの第1統合部SD1の第3電極63−3に、第1統合部SD1の第2電極63−2および第2統合部SD2の第1電極63−4にそれぞれ印加されている電圧と同じ電圧が印加されることによって、第1統合部SD1の第2ポテンシャル井戸PW2が第2電極63−2下だけでなく第3電極63−3下にも拡がるとともに、第2統合部SD2の第1ポテンシャル井戸PW4が第1電極63−4下だけでなく第1統合部SD1の第3電極63−3下にも拡がる結果、第1統合部SD1の第2および第3電極63−2,63−3下ならびに第2統合部SDの第1電極63−4下に亘るポテンシャル井戸PW234が形成され、第1統合部SD1の第1電荷Q1と第2統合部SD2の第2電荷Q2とが統合される。そして、次の動作タイミングの時刻t25において、第1統合部SD1の第2電極63−2に印加されていた電圧が解消されるとともに第2統合部SD2の第1電極63−4に印加されていた電圧が解消され、そして、第1統合部SD1の第3電極63−3に電圧が印加されることによって、この統合された第1統合部CD1の第1電荷Q1と第2統合部SD2の第2電荷Q2とが第1統合部SD1の第3電極63−3下に形成された第1統合部SD1の第3ポテンシャル井戸PW3に保持され、加算結果Q(=Q1+Q2)となる。このように電荷統合部SDは、所定パターンの駆動電圧を各電極に印加することによって、第1統合部SD1のポテンシャル井戸PWに保持されている第1電荷Q1と第2統合部SD2のポテンシャル井戸PWに保持されている第2電荷Q2とを1個のポテンシャル井戸PWへ導き統合することによって、第1統合部SD1の第1電荷Q1と第2統合部SD2の第2電荷Q2とを電荷のままで加算することができるものである。すなわち、電荷統合部SDは、第1統合部SD1の第1電荷Q1と第2統合部SD2の第2電荷Q2とをアナログで加算することができる。
DA乗算器341は、例えば、係数g(l)の2進表現に従ったビット数個の直列に接続された複数の前記電荷分割部CDと、前記電荷統合部SDとを備え、電荷保持部321の出力値に対応する電荷量Qを、前述のように電荷分割部CDで2等分し、その一方を、この2等分した電荷分割部CDにおける後段の電荷分割部CDで2等分し、これを繰り返すことで、2−1Q、2−2Q、2−3Q、・・・、2−nQの複数の電荷を生成し、これら各電荷を、係数g(l)の2進表現g1(l)、g2(l)、g3(l)、・・・、gn(l)に従って取捨し、そのうち取り上げた電荷を電荷統合部SDで統合することで、G(l)×Qの乗算をアナログで行うことができるものである。そのため、係数g(l)の2進表現g1(l),g2(l),g3(l),・・・,gn(l)に従った取捨では、ビットが0の場合には捨て、ビットが1の場合には残す。例えば、Q×0.36827(10進数)の乗算を行う場合は、Q×0.01011110(2進数)となって、Q×(0+0/2+1/4+0/8+1/16+1/32+1/64+1/128+0/256)となる。なお、DA乗算器341では、電荷保持部321の電荷量Qをセンシングフローティングゲートを介して転写し、電荷保持部321の出力値(電荷量Q)と等しい電荷量Qが保持される。
このように相関処理部30は、アナログ信号である電荷Qを用い、上述したように、遅延(転送)、乗算および加算が可能な、CCD原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されたデバイスであり、これを用いることで、高分解能、高速かつ低消費電力に、相関処理演算が可能となる。
なお、このような構成の相関処理部30では、扱われる電荷Qが正の値であることから、受信部13の正負いずれの出力にも対応すべく、例えば、受信部13とサンプルホールド部31との間に、入力信号の絶対値を出力するとともに入力信号における正負の符号(符号ビット列)を出力する絶対値化回路が介挿されてもよく、この場合では、この符号(符号ビット列)は、以後、絶対値化された信号の各処理に伴って、サンプルホールド部31、電荷転送部32、デジタルアナログ乗算部34および加算部35の各部を伝播するように、これら各部が構成される。
このようなDA乗算器341は、例えば、特開平06−237173号公報(特許第2599679号公報)、特開平06−350453号公報(特許第2955734号公報)、特開平07−335866号公報(特許第2665726号公報)および特開平08−050546号公報も参照することができる。
係数設定部33は、参照信号記憶部18に記憶されている参照信号に基づいて、デジタルアナログ乗算部34の各DA乗算器341に対し、係数g(l)を設定する回路である。
このような構成の相関処理部30は、次のように動作する。相関部14における相関処理とは、2つの波形がどの程度似ているかを判定する処理であり、例えば、2つの数列xnとznとがあった場合、次の式1で示される相関値Yが大きい程、2つの数列が似通っていることになる。
Y=Σxkzk ・・・(1)
ただし、Σは、k=1からk=nまでの和を求める。
ただし、Σは、k=1からk=nまでの和を求める。
ここで、送信信号(参照信号)をs(t)とし、該送信信号s(t)に雑音を含ませたものを受信信号x(t)とし、上記の式1からなる相関値(判定基準)をYとすると、図8に波線で示すように、参照信号s(t)と受信信号x(t)とが重なる瞬間に急峻なピークが検出されることになる。このピークが大きければ大きいほど、参照信号s(t)とよく類似した信号が受信されたことになる。なお、図8では、送信信号s(t)は、太い実線で示され、受信信号x(t)は、細い実線で示されている。また、図8では、相関のピークがずれているように見えるけれども、参照信号s(t)と受信信号x(t)との相関演算後、相関結果を信号の開始タイミングに合わせて出力しており、デジタル演算で相対的な時間遅延が生じ、このような波形となる。
また、ノイズ耐性を高める観点から、可能な限り冗長な、自然界に無い信号を送信信号s(t)に用いることが望ましい。実際には、図4のように、受信部13で受信される連続的な受信信号x(t)が時間τでサンプルホールドされ、離散量f(t)、f(t−τ)、f(t−2τ)、f(t−3τ)、f(t−4τ)、・・・とされる。図4に示す例では、f(t)=xa(1)、f(t−τ)=xa(2)、f(t−2τ)=xa(3)、f(t−3τ)=xa(4)、f(t−4τ)=xa(5)、・・・である。相関値Yは、式2に示すように、これら各々に相当する係数g(1)〜g(l)を掛けて総和を取ることによって、得られる。
Y=Σf(t−kτ)g(k) ・・・(2)
ただし、Σは、k=1からk=nまでの和を求める。
ただし、Σは、k=1からk=nまでの和を求める。
このように電荷転送部32の電荷保持部321の各ステージに蓄えられている電荷量Qkに参照信号(テンプレート)の対応する係数g(l)を乗じ、和をとることで、ノイズの中に信号が存在するか否かを高いS/N比で計算することができる。
この相関値Yの値を各相関処理部30−1,30−2,・・・,30−nからの出力y1,y2,・・・,ynとしてモニタするタイミング判定部36が相関部14に設けられており、このタイミング判定部36は、前記出力y1,y2,・・・,ynがある閾値より大きい場合に、第2超音波信号における基本波成分を相関値Yに比例する強度で受信したものとして、高調波成分抽出部10にトリガを与える。高調波成分抽出部10にはまた、前記受信部13からの信号が入力されており、その信号から基本波成分を減算することで、高調波成分を求めており、そのトリガ期間における第2の超音波信号中から、前記非線形歪み(所望周波数)成分を抽出し、画像処理部15へ出力する。
ここで、前記参照信号記憶部18からは、各無機圧電素子22に対して、前記のようにステアリング角度(方位)やフォーカルポイントに応じた相互間の遅延時間を有し、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上)ずつ相互に位相をずらした一定間隔のパルスが、送信信号および参照信号として出力される。送信部12は、その送信信号を前記第1の超音波信号として、各無機圧電素子22に被検体内へ連続して送信させる。例えば、N=2の場合、図9(a)で示すように位相が180°ずれた(逆相の)2つのパルスが送信されることになり、N=3の場合、図10(a)で示すように位相が120°ずつずれた3つのパルスが送信されることになる。なお、図9および図10では、縦軸が振幅で横軸は時間を表し、時間経過は図に向って右から左となっている。
これに対して、各有機圧電素子21から受信部13で受信される信号は、図9(b)および図10(b)で示すようになる。これを前記相関部14において、N個分のパルス成分をPSK符号として、順次前記参照信号と相関演算を行うと、図9(c)および図10(c)で示すようになる。前記タイミング判定部36は、この相関演算結果から、参照符号αで示すようなピークの期間Wの期間だけ、高調波成分抽出部10にトリガを与え、参照符号βで示す高調波成分を抽出させる。なお、上述のように位相をずらした同一信号を連続送信する場合1音線で位相をずらした複数の信号を送波するので、フレームレートは変化しない。すなわち、音線毎に位相をずらした信号送波ではない。
高調波成分抽出部10は、上述の相関部14と同様な構成を有し、参照信号としては、前記被検体の診断部位および被検体の診断深度に応じた複数の参照信号が前記参照信号記憶部18に記憶されており、その参照信号の1つが制御部17によって選択される。その参照信号を用いて、高調波成分抽出部10は高次調波を抽出しており、前記のようにタイミング判定部36からトリガが与えられた期間Wの相関演算結果を、出力y1’,y2’,・・・,yn’として画像処理部15へ出力する。ただし、前記タイミング判定部36にてトリガタイミングが判定される時点は、電荷転送部32から信号が出力された時点と時間差があり、このため該高調波成分抽出部10には、その信号をトリガタイミングの幅だけ保持しておく遅延回路が設けられている。
ここで、例えば、3MHz〜5MHzのチャープ波を送信信号に用いた場合には、高調波成分抽出部10が使用する参照信号は、以下のようになる。
s(t)=A・sin{2π[(fc-Bw/2)t+(Bw/(2Tw))t2]}・W(t) ・・・(3)
ただし、W(t)は、窓関数(本実施形態では例えばハミング窓を使用)であり、fcは、チャープ波の中心周波数であり、Bwは、チャープ波の掃引周波数であり、Twは、チャープ波の時間幅である。本実施形態においては、fc=4MHz、Bw=2MHzとし、Twは、診断領域の面積により設定される。
ただし、W(t)は、窓関数(本実施形態では例えばハミング窓を使用)であり、fcは、チャープ波の中心周波数であり、Bwは、チャープ波の掃引周波数であり、Twは、チャープ波の時間幅である。本実施形態においては、fc=4MHz、Bw=2MHzとし、Twは、診断領域の面積により設定される。
相関処理によって検出する高調波の次数をmとすると、mが偶数の場合の参照信号の波形r(t)は、下式となる。
r(t)=f(d,m)・(s(t)/|s(t)|)・{s(t)}m ・・・(4)
一方、mが奇数の場合の波形r(t)は、下式となる。
一方、mが奇数の場合の波形r(t)は、下式となる。
r(t)=f(d,m)・{s(t)}m ・・・(5)
ただし、f(d、m)は、前記のように診断深度、診断対象および次数によって決定される項である。このf(d、m)は、フォーカルポイント毎に用意された係数g(l)を操作入力部11等によって、ユーザが出力画像を見つつ最適な値を選択してもよい。この関数r(t)を規定のサンプリング周波数でデジタル化したものが参照信号のg(1)〜g(n)に書き込まれる値として、診断深度、診断対象および検出次数毎に参照信号記憶部18に記憶される。
ただし、f(d、m)は、前記のように診断深度、診断対象および次数によって決定される項である。このf(d、m)は、フォーカルポイント毎に用意された係数g(l)を操作入力部11等によって、ユーザが出力画像を見つつ最適な値を選択してもよい。この関数r(t)を規定のサンプリング周波数でデジタル化したものが参照信号のg(1)〜g(n)に書き込まれる値として、診断深度、診断対象および検出次数毎に参照信号記憶部18に記憶される。
画像処理部15は、例えば、位相ばらつき検出部151と、遅延補正部152と、整相加算部153とを備えて構成される。位相ばらつき検出部151は、相関処理部30−1,30−2,・・・,30−nの各出力y1,y2,・・・,ynから位相のばらつきを検出する回路である。フォーカルポイントと超音波探触子2の圧電素子21,22との間における平均音速は、圧電素子21,22毎に異なっているため、位相がずれてしまうことが知られている。位相ばらつき検出部151は、この位相のずれを検出するものである。
遅延補正部152は、高調波成分抽出部10からの各出力y1’,y2’,・・・,yn’に対し、前述のような音速補正を行うとともに、フォーカルポイント(フォーカス点)および/またはステアリング角度(方位)に対応した時間差を付与することによって遅延(位相)を調整する。整相加算部153は、遅延補正部152で音速補正および遅延補正された高調波成分抽出部10からの各出力y1’,y2’,・・・,yn’を整相加算する回路である。そして、画像処理部15は、その加算値Y(t)に基づいて超音波画像を生成する。
このような構成の相関部14、高調波成分抽出部10および画像処理部15の動作を示すと、図11で示すようになる。すなわち、相関部14および高調波成分抽出部10では、受信部13からの出力を各有機圧電素子21毎に、一定の動作タイミングの制御クロックによって、サンプルホールド部31によって時間方向に離散化し、順次電荷転送部32に入力される。電荷転送部32の電荷保持部321の段数nは、基本波に対する前記360°/Nの期間に対応している。そして、前述のように基本波の相関部14側の相関処理部30での相関処理結果から、タイミング判定部36が高調波の抽出タイミングを判定し、高調波成分抽出部10側の相関処理部30へトリガを与える。こうして最も相関の高い期間Wだけ、高調波の相関処理結果が抽出され、その結果には、画像処理部15において、位相ばらつき検出部151で検出された基本波の位相ばらつきの検知結果に対応して、遅延補正部152で位相ばらつきが補正され、整相加算部153で、前記フォーカルポイントやステアリング角度に応じた遅延時間が調整されて相互に加算される。
以上のように、本実施の形態の超音波画像診断装置Sは、送信部12から、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上の整数)ずつ相互に位相をずらしたパルスを第1の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第2の超音波信号を受信部13で受信し、信号処理部が所定の信号処理を行うことで基本波(前記第1の超音波信号)成分を効率良く除去し、非線形歪み(高調波)成分を抽出して、その抽出結果から、画像処理部15が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部16に表示させるようにした超音波画像診断装置において、前記送信部12が前記パルスを連続して送信する一方、前記信号処理部として、前記受信部13で受信された第2の超音波信号から、N個分のパルス成分をPSK(Phase Sift Keying)符号として所定の参照信号との間で順次相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間Wを判定する相関部14と、前記期間Wにおける相関値から、前記第2の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み(所望周波数)成分を抽出する高調波成分抽出部10とを設ける。
したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み(高調波)成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み(高調波)成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部12は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。
また、前記送信部12は、前記パルスとして、単純な360°/Nずらしのガウシアンエンベロープ波形ではなく、それを中心周波数として、周波数が増加または減少するチャープ波を用いるので、レンジサイドロープ(時間的サイドロープ)を抑制することができる。
さらにまた、前記相関部14は、CCD原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されるので、微弱な信号レベルである高調波成分でもより適切に相関処理を行うことが可能となる。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。特に、上述の実施形態では、画像処理部15は、高調波信号から断層画像を作成するようにしたけれども、基本波の反射波も併用して、断層画像を作成するようにしてもよい。
S 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
10 高調波成分抽出部
14 相関部
15 画像処理部
18 参照信号記憶部
30 相関処理部
31 サンプルホールド部
32 電荷転送部
33 係数設定部
34 デジタルアナログ乗算器
35 加算部
36 タイミング判定部
1 超音波診断装置本体
10 高調波成分抽出部
14 相関部
15 画像処理部
18 参照信号記憶部
30 相関処理部
31 サンプルホールド部
32 電荷転送部
33 係数設定部
34 デジタルアナログ乗算器
35 加算部
36 タイミング判定部
Claims (4)
- 送信部から、同じ包絡線で360°/N(Nは2以上の整数)ずつ相互に位相をずらしたパルスを第1の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる被検体からの第2の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって非線形歪み成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、
前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、
前記信号処理部は、
前記受信部で受信された第2の超音波信号から、N個分のパルス成分をPSK符号として、順次予め定める参照信号との相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定する相関部と、
前記相関部で判定された期間における前記第2の超音波信号と参照信号との相関値から、前記非線形歪み成分を抽出する抽出部とを含むことを特徴とする超音波画像診断装置。 - 前記送信部は、前記パルスとしてチャープ波を用いることを特徴とする請求項1記載の超音波画像診断装置。
- 前記相関部は、CCD原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されることを特徴とする請求項1または2記載の超音波画像診断装置。
- 前記送信部における超音波振動子は、送信用の無機圧電素子上に、受信用の有機圧電素子を積層して成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009065799A JP2010213965A (ja) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | 超音波画像診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009065799A JP2010213965A (ja) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | 超音波画像診断装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010213965A true JP2010213965A (ja) | 2010-09-30 |
Family
ID=42973456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009065799A Pending JP2010213965A (ja) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | 超音波画像診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010213965A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014198076A1 (zh) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | 深圳市科曼医疗设备有限公司 | 监护仪上波形失真处理方法及处理*** |
CN111077229A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 发射参考调制序列的超声波检测方法及设备 |
-
2009
- 2009-03-18 JP JP2009065799A patent/JP2010213965A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014198076A1 (zh) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | 深圳市科曼医疗设备有限公司 | 监护仪上波形失真处理方法及处理*** |
CN111077229A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 发射参考调制序列的超声波检测方法及设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4769251B2 (ja) | 超音波画像デバイスのための統合されたバイアス回路 | |
JP7183338B2 (ja) | 非対称送信信号を用いる超音波システム | |
EP3199251B1 (en) | Ultrasonic transducer and ultrasonic probe including the same | |
JP5582139B2 (ja) | 超音波探触子および超音波診断装置 | |
CN102688066A (zh) | 超声波诊断装置和产生超声波图像方法 | |
CN104116521B (zh) | 被检体信息获取装置及其控制方法 | |
JP4910999B2 (ja) | 超音波探触子および超音波診断装置 | |
JP2010213965A (ja) | 超音波画像診断装置 | |
JP4911000B2 (ja) | 超音波探触子および超音波診断装置 | |
JP5682762B2 (ja) | 圧電デバイスおよび超音波探触子 | |
JP5146101B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP5637960B2 (ja) | 超音波診断装置および超音波画像生成方法 | |
JP2011010793A (ja) | 超音波画像診断装置 | |
JP5083030B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP5472289B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP5092890B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP2009279034A (ja) | 超音波診断装置 | |
WO2010010822A1 (ja) | 超音波診断装置 | |
WO2017122411A1 (ja) | 超音波診断装置および音速定量化方法 | |
JP2009273834A (ja) | 超音波診断装置 | |
CN111107947B (zh) | 超声换能器设备及其控制方法 | |
EP4005497A1 (en) | Ultrasonic diagnostic device and method for controlling ultrasonic diagnostic device | |
WO2010004967A1 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP2010264124A (ja) | 超音波診断装置 | |
JP2006000287A (ja) | 超音波送受信装置 |