JP4048077B2

JP4048077B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus and transmission signal design method

Info

Publication number: JP4048077B2
Application number: JP2002141113A
Authority: JP
Inventors: 比呂光佐藤; 好一宮坂; 太尾形; 烈光原田
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003325506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置及び送信信号設計方法に関し、特に、コード送信及びパルス圧縮のための送信信号の設計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置において、超音波画像の画質向上のために、コード送信及びパルス圧縮の技術（以下、単にパルス圧縮技術）が用いられる。このパルス圧縮技術においては、コード化（符号化）された送信波を生体に送波し、反射波を受波して得られた受信信号に対してパルス圧縮処理がなされる。その結果、Ｓ／Ｎ比（あるいは感度）の向上という利点を得られる。上記送信波としては、所定コードをもった波形、チャープ波（周波数変調波）などをあげることができる。
【０００３】
上記のパルス圧縮技術の適用に当たっては、パルス圧縮処理部に入力される受信信号の周波数特性がパルス圧縮に適合する設計通りの周波数特性となっているのが理想的である。実際には装置内における各回路の周波数特性の影響を受け、また生体の周波数特性の影響を受ける。
【０００４】
Ｘ（ω）をパルス圧縮処理部の入力信号（つまり受信信号）の周波数特性とすると、それは概ね以下の（１）式のように表される。
【０００５】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ｔ（ω）Ｄ（ω）Ａ（ω）Ｄ（ω）Ｒ（ω）・・・（１）
但し、ωは角周波数であり、Ｓ（ω）は送信信号の周波数特性であり、Ｔ（ω）は送信回路の周波数特性であり、Ｄ（ω）は超音波振動子の周波数特性であり、Ａ（ω）は生体組織の周波数特性であり、Ｒ（ω）は受信回路の周波数特性である。
【０００６】
ここで、送信回路及び受信回路は送受信に影響を与えない程度の十分に広い帯域をもつのが一般的であるので、Ｔ（ω）＝１及びＲ（ω）＝１と仮定すると、上記（１）式は以下のように表される。
【０００７】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ｄ（ω）Ａ（ω）Ｄ（ω）・・・（２）
一方、パルス圧縮処理部では、以下の（３）式の演算が実行される。
【０００８】
【数１】

但し、ｙ（ｋ）はパルス圧縮処理部の出力信号であり、Ｘ^*（ω）はパルス圧縮処理部の入力信号Ｘ（ω）の複素共役であり、Ｆ（ω）はパルス圧縮用の参照信号の周波数特性であり、ｋはパルス圧縮処理部の出力信号を構成するデータのデータ番号であり、Ｎはデータ個数を表している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記に示したように（（２）式及び（３）式参照）、従来においては、超音波振動子の周波数特性が包含された状態で受信信号のパルス圧縮処理が行われていた。このため、適正なパルス圧縮を行えずに、分解能の低下、感度の低下という問題が生じていた。
【００１０】
なお、特開２０００−２７９４０８公報には関連する技術が開示されているが、パルス圧縮技術については言及されていない。また、特許第３１２９１４２号公報にはパルス圧縮に関する技術が開示されているが、それは超音波探傷技術にかかわるものであり、また以下の本発明の目的を達成できるものではない。
【００１１】
本発明の目的は、生体の超音波診断を行う場合において、パルス圧縮処理で対象となる受信信号の周波数特性をパルス圧縮処理に適合するものにより近づけるために、パルス圧縮がより良好に行えるような送信信号を生成することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、コード化された送信信号を生成する送信信号発生器と、前記送信信号発生器からの送信信号を入力し、所定の送信処理を経た送信信号を出力する送信回路と、前記送信回路からの送信信号を入力して生体内へ超音波を送波し、生体内からの反射波を受波して受信信号を出力する超音波振動子と、前記超音波振動子からの受信信号を入力し、所定の受信処理を経た受信信号を出力する受信回路と、前記受信回路からの受信信号に対し、パルス圧縮処理を実行するパルス圧縮処理部と、前記パルス圧縮処理後の受信信号に基づいて、超音波画像を形成する画像処理部と、を含み、前記送信信号発生器で生成される送信信号は、コード化された理想送信信号を前記超音波振動子の周波数特性に基づいて事前に補正した信号であり、前記パルス圧縮処理部に入力される受信信号の周波数特性を前記パルス圧縮処理に適合させることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、超音波振動子（単振動子、アレイ振動子）の周波数特性を考慮して、それが最終的にキャンセルされるように、事前に送信信号の周波数特性が補正（逆補正）される。その補正を超音波診断装置上で必要に応じて行うようにしてもよいし、超音波診断装置に補正後の送信信号を格納しておくだけでもよい。よって、パルス圧縮処理を適正に行うことができるので、感度を向上でき、ひいては超音波画像の画質を向上できる。
【００１４】
望ましくは、前記超音波探触子の送信時の周波数特性をＤ_T（ω）とし、前記超音波探触子の受信時の周波数特性をＤ_R（ω）とし、前記理想送信信号の周波数特性をＳ（ω）とし、前記送信信号発生器で生成される送信信号の周波数特性をＳ’（ω）とした場合に、Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）｝の関係が満たされる。ここで、簡便にはＤ_T（ω）＝Ｄ_R（ω）とみなしてもよく、その場合には、上記の式はＳ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ（ω）｝² となる。
【００１５】
望ましくは、選択された超音波振動子に応じて、前記送信信号発生器で発生される送信信号を選択する手段を含み、前記超音波振動子の交換にかかわらず、前記Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）｝の関係が満たされる。
【００１６】
（２）また、本発明は、上記の超音波診断装置における前記送信信号を設計するために実施される方法であって、前記送信回路で前記理想送信信号を発生させ、前記超音波振動子から水槽内に超音波を送波する工程と、前記水槽内に配置された受波器により前記送波された超音波を受波する工程と、前記超音波の受波により得られた測定信号を周波数解析して前記超音波振動子の送信時の周波数特性を求め、また、前記超音波振動子の受信時の周波数特性を前記送信時の周波数特性と同一であるとみなす工程と、前記超音波振動子の送信時の周波数特性及び受信時の周波数特性に基づいて前記理想送信信号を補正する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、理想送信信号（それは同時に補正対象でもある）を用いて超音波の送波を行い、超音波振動子の送信時（及び受信時）の周波数特性が計測される。それに基づいて送信信号を補正して、実際に使用する送信信号を取得できる。
【００１８】
また、本発明は、上記の超音波診断装置における前記送信信号を設計するために実施される方法であって、前記送信回路で前記理想送信信号を発生させ、前記超音波振動子からファントム内に超音波を送波する工程と、前記ファントムからの反射波を前記超音波振動子で受波する工程と、前記反射波の受波により得られた測定信号を周波数解析して前記超音波振動子の周波数特性を求める工程と、前記超音波振動子の周波数特性に基づいて前記理想送信信号を補正する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、理想送信信号を用いて超音波の送受波を行い、超音波振動子の送受信総合の周波数特性を取得できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
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ブロック図である。超音波探触子１０は生体に当接して用いられ、あるいは体腔内に当接して用いられるプローブである。この超音波探触子１０内には単振動子又はアレイ振動子が設けられている。主にＢモード断層画像を形成する場合には、超音波探触子１０内にアレイ振動子が設けられる。アレイ振動子は複数の振動素子からなるものであり、それらによって超音波ビームが形成される。その超音波ビームは電子走査され、それによって走査面が形成される。その場合における電子走査方式としては電子リニア走査、電子コンベックス走査、あるいは電子セクタ走査などをあげることができる。
【００２２】
送信部は送信信号発生器１４及び送信回路１２によって構成され、その送信部は送信ビームフォーマーとして機能する。送信信号発生器１４は各チャンネルごとにコード化された送信信号１００を発生する。図１においてはその送信信号１００の周波数特性がＳ’（ω）によって表されている。この送信信号１００は、超音波振動子の周波数特性を事前にキャンセルする周波数特性を有している。これについては後に詳述する。送信信号発生器１４としては送信波形を生成するＲＯＭなどのメモリによって構成してもよい。
【００２３】
送信回路１２は、各チェンネルごとに送信信号１００を増幅するリニアアンプなどを有している。ここでその送信回路１２の周波数特性がＴ（ω）によって示されている。送信回路１２から各チャンネルごとの送信信号１０２が超音波探触子１０へ出力される。それらの送信信号はアレイ振動子を構成する複数の振動素子に供給される。これにより、生体組織に対して超音波が送波される。図１においては、超音波探触子１０、具体的には超音波振動子の周波数特性がＴ（ω）で表されている。また、生体組織の周波数特性がＡ（ω）で表されている。
【００２４】
生体組織からの反射波は超音波探触子１０にて受波される。具体的には上述したアレイ振動子にて受波される。これにより各振動素子すなわち各チャンネルからの受信信号が受信回路１６へ出力される。受信回路１６は受信ビームフォーマーとして機能し、複数の受信信号に対して整相加算処理を実行する。図１においては受信回路１６の周波数特性がＲ（ω）で表されている。
【００２５】
整相加算後の受信信号１０６はパルス圧縮処理部２０へ出力される。ここでその受信信号１０６の周波数特性がＸ（ω）によって表されている。
【００２６】
パルス圧縮処理部２０はコード送信に対応してパルス圧縮処理を実行するユニットである。この場合には上記（３）の計算式にしたがって参照信号１１０が用いられる。その参照信号１１０の周波数特性はＦ（ω）によって表されており、それは参照信号発生器１８にて生成される。パルス圧縮処理を経た受信信号１０８は図においてｙ（ｋ）によって表されており、それはエコー処理部２２に入力される。エコー処理部２２は例えば対数圧縮処理などを実行し、それらの処理を経た受信信号が画像処理部２４へ出力される。
【００２７】
画像処理部２４は例えばデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）などによって構成され、その画像処理部２４内に設けられているフレームメモリ上にはＢモード画像の画像データが格納される。そのデータは読み出され表示器２６で表示される。
【００２８】
制御部８は装置内に含まれる各構成の動作制御を行っており、特に送信信号発生器１４に対して送信信号の選択指令を与えている。例えば超音波探触子１０が交換されたような場合には各超音波探触子が有する超音波振動子の周波数特性に応じて適切な送信信号が選択される。
【００２９】
図１に示す超音波診断装置においては、コード送信を行うに当たり、送信信号について事前に超音波探触子の周波数特性をキャンセルする補正が施されているため、パルス圧縮処理部２０に入力される受信信号１０６について、超音波探触子１０の影響による周波数特性成分を除外することが可能となる。よって、コード送信に対応したパルス圧縮処理を適正に行うことができ、分解能及び感度を向上させることが可能となる。
【００３０】
図２及び図３には、超音波探触子１０すなわち超音波振動子の周波数特性を測定する原理が示されている。このような測定は超音波診断装置の設計時に行われるものである。なお、各図において図１に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。また、測定と直接関係のない構成については各図において図示省略されている。
【００３１】
図２に示す構成では、水槽３０が用いられる。その水槽３０内には水３２が入れられている。その水３２の周波数特性がＡ（ω）で表されている。水槽３０内にはハイドロフォンによって構成される受波器３４が固定配置されている。一方、超音波探触子１０はその送受波面が水３２内に臨むように設けられる。
【００３２】
送信信号発生器１４にて補正前の送信信号１００が出力される。その周波数特性がＳ（ω）によって表されている。その送信信号１００は、いわゆる設計通りの理想送信信号である。その送信信号１００が送信回路１２に入力され、送信回路１２から増幅された送信信号１０２が出力される。その送信信号が超音波探触子１０に供給されると、そこに内蔵されている超音波振動子にて超音波が発生する。その超音波が図２において符号２００で示されている。送波された超音波２００は受波器３４によって受波され、その受波による計測信号が周波数解析装置３６へ出力される。周波数解析装置３６は例えばＦＦＴアナライザなどによって構成され、ここで受波器３４によって受波した超音波の周波数特性がＷ（ω）として表されている。
【００３３】
このように得られた周波数特性Ｗ（ω）は以下の（４）式のように表される。
【００３４】
Ｗ（ω）＝Ｓ（ω）Ｔ（ω）Ｄ（ω）Ａ（ω）・・・（４）
ここで、Ｔ（ω）＝１とし、また水中においてはＡ（ω）＝１であるとみなすと、以下の（５）式が導かれる。
【００３５】
Ｗ（ω）＝Ｓ（ω）Ｄ（ω）・・・（５）
このように、Ｗ（ω）及びＳ（ω）によって、超音波振動子の周波数特性Ｄ（ω）を推定することができ、すなわち以下の計算式を導くことができる。
【００３６】
Ｄ（ω）＝Ｗ（ω）／Ｓ（ω）・・・（６）
すなわち、図２に示される測定方法により、上記のように超音波振動子の周波数特性Ｄ（ω）を推定することができる。
【００３７】
ここで、超音波振動子の周波数特性が送信及び受信で同一であるとみなすと、補正後の送信信号Ｓ（ω）は以下の（７）式のように表される。
【００３８】
Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ（ω）｝² ・・・（７）
つまり、上記（７）式を満たすように理想送信信号の周波数特性を補正すれば、超音波振動子の影響が除去、軽減された状態でパルス圧縮を行うことが可能となる。
【００３９】
ちなみに、Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）として上記の（２）式を書き直すと、以下のようになる。
【００４０】
Ｘ（ω）＝Ｓ’（ω）Ｄ（ω）Ａ（ω）Ｄ（ω）・・・（８）
さらに、上記の（８）式に（７）式を代入すると、以下のようになる。
【００４１】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ａ（ω）・・・（９）
つまり、超音波振動子の周波数特性の影響を受けない受信信号を図１に示したパルス圧縮処理部２０へ供給することができる。
【００４２】
図３には、超音波振動子の周波数特性の決定を行うための他の方法が示されている。
【００４３】
図３に示す例では、生体組織と等価なファントム４０が用いられている。その周波数特性がＢ（ω）によって表されている。そのファントム４０の表面上に超音波探触子１０の送受波面が当接される。図３に示す構成において、送信信号発生器１４にて補正前の送信信号１００が生成される。これによって超音波探触子１０から超音波が放射される。ファントム４０からの反射波は超音波探触子１０にて受波され、これにより受信信号１０４が受信回路１６に入力される。さらに受信回路１６から出力される受信信号は周波数解析装置３６へ出力され、上記同様に受信信号に対して周波数解析がなされる。ここで、受信回路１６の出力信号（図１におけるパルス圧縮処理部２０の入力信号に相当する信号）の周波数特性Ｘ（ω）は、以下の（１０）式のように表される。
【００４４】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ｔ（ω）Ｄ（ω）Ｂ（ω）Ｄ（ω）Ｒ（ω）
・・・（１０）
ここで、Ｔ（ω）＝１及びＲ（ω）＝１とすれば、以下の（１１）式のようになる。
【００４５】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ｄ（ω）Ｂ（ω）Ｄ（ω）・・・（１１）
超音波振動子の周波数特性は以上から以下の（１２）式のように表される。
【００４６】
｛Ｄ（ω）｝² ＝Ｘ（ω）／｛Ｓ（ω）Ｂ（ω）｝・・・（１２）
上記においては、ファントムの周波数特性Ｂ（ω）は既知であるので、上記により超音波振動子の周波数特性を特定することができる。
【００４７】
そこで、超音波振動子の周波数特性Ｄ（ω）を見込んだすなわち補正後の送信信号Ｓ’（ω）が以下のように表される。
【００４８】
Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ（ω）｝² ・・・（１３）
つまり、コード送信される送信信号に対して超音波振動子の周波数特性をキャンセルするような補正を施すことができる。
【００４９】
ちなみに、生体組織に対して送受波を行う場合には、（８）式が成立するので、それに上記の（１３）式を代入すると以下の（１４）式が導かれる。
【００５０】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ａ（ω）・・・（１４）
したがって、パルス圧縮処理部２０に対して超音波振動子の周波数特性の影響を受けない信号を入力させることができる。
【００５１】
なお、この方法は超音波振動子の周波数特性が送信時と受信時とで異なる場合にも適用可能である。ここで、Ｄ_T（ω）を送信時の超音波振動子の周波数特性とし、Ｄ_R（ω）を受信時の超音波振動子の周波数特性とすると、上記の（１０）式は以下の（１５）式のように表される。
【００５２】
Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）Ｔ（ω）Ｄ_T（ω）Ｂ（ω）Ｄ_R（ω）Ｒ（ω）・・・（１５）
ここで、超音波振動子の周波数特性が以下のように表され、
Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）＝Ｘ（ω）／｛Ｓ（ω）Ｂ（ω）｝・・・（１６）
これにより、補正された送信信号は以下のように表される。
【００５３】
Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）｝・・・（１７）
一方、超音波振動子の周波数特性が送信時と受信時とで異なる場合には、上記の（２）式は以下のように表される。
【００５４】
Ｘ（ω）＝Ｓ’（ω）Ｄ_T（ω）Ａ（ω）Ｄ_R（ω）・・・（１８）
そこで、（１８）式に（１７）式を代入すると、（１４）式を得ることができる。つまり、パルス圧縮処理部に入力される受信信号から超音波振動子の周波数特性の影響を排除することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルス圧縮処理で対象となる受信信号の周波数特性をパルス圧縮処理に適合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】超音波診断装置の周波数特性を測定するための構成を示す図である。
【図３】超音波振動子の周波数特性を測定するための他の構成を示す図である。
【符号の説明】
８制御部、１０超音波探触子、１２送信回路、１４送信信号発生器、１６受信回路、１８参照信号発生器、２０パルス圧縮処理部、２２エコー処理部、２４画像処理部、２６表示器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and a transmission signal design method, and more particularly to design of a transmission signal for code transmission and pulse compression.
[0002]
[Prior art]
In an ultrasonic diagnostic apparatus, a code transmission technique and a pulse compression technique (hereinafter simply referred to as a pulse compression technique) are used to improve the image quality of an ultrasonic image. In this pulse compression technique, a pulse compression process is performed on a reception signal obtained by transmitting a coded (encoded) transmission wave to a living body and receiving a reflected wave. As a result, an advantage of improving the S / N ratio (or sensitivity) can be obtained. Examples of the transmission wave include a waveform having a predetermined code and a chirp wave (frequency modulation wave).
[0003]
In applying the above-described pulse compression technique, it is ideal that the frequency characteristic of the received signal input to the pulse compression processing unit is a frequency characteristic as designed that matches pulse compression. Actually, it is influenced by the frequency characteristic of each circuit in the apparatus, and also affected by the frequency characteristic of the living body.
[0004]
If X (ω) is the frequency characteristic of the input signal (that is, the received signal) of the pulse compression processing unit, it is generally expressed as the following equation (1).
[0005]
X (ω) = S (ω) T (ω) D (ω) A (ω) D (ω) R (ω) (1)
However, ω is an angular frequency, S (ω) is a frequency characteristic of a transmission signal, T (ω) is a frequency characteristic of a transmission circuit, and D (ω) is a frequency characteristic of an ultrasonic transducer, A (ω) is the frequency characteristic of the living tissue, and R (ω) is the frequency characteristic of the receiving circuit.
[0006]
Here, since it is general that the transmission circuit and the reception circuit have sufficiently wide bands that do not affect transmission and reception, assuming that T (ω) = 1 and R (ω) = 1, the above ( 1) The formula is expressed as follows.
[0007]
X (ω) = S (ω) D (ω) A (ω) D (ω) (2)
On the other hand, in the pulse compression processing unit, the following equation (3) is calculated.
[0008]
[Expression 1]

However, y (k) is an output signal of the pulse compression processing unit, X ^* (ω) is a complex conjugate of the input signal X (ω) of the pulse compression processing unit, and F (ω) is a reference for pulse compression. The frequency characteristics of the signal, k is the data number of the data constituting the output signal of the pulse compression processing unit, and N represents the number of data.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as described above (see equations (2) and (3)), conventionally, pulse compression processing of the received signal is performed in a state where the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are included. For this reason, proper pulse compression cannot be performed, causing problems of reduced resolution and reduced sensitivity.
[0010]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-279408 discloses a related technique, but does not mention a pulse compression technique. Japanese Patent No. 3129142 discloses a technique related to pulse compression, but it relates to an ultrasonic flaw detection technique and cannot achieve the following object of the present invention.
[0011]
An object of the present invention is to perform pulse compression more satisfactorily when performing ultrasonic diagnosis of a living body in order to bring the frequency characteristics of a received signal targeted by pulse compression processing closer to those suitable for pulse compression processing. It is to generate a transmission signal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a transmission signal generator that generates a coded transmission signal, and a transmission that receives a transmission signal from the transmission signal generator and performs a predetermined transmission process. A transmission circuit that outputs a signal, an ultrasonic transducer that inputs a transmission signal from the transmission circuit, transmits an ultrasonic wave into the living body, receives a reflected wave from the living body, and outputs a reception signal; A reception circuit that inputs a reception signal from the ultrasonic transducer and outputs a reception signal that has undergone a predetermined reception process; and a pulse compression processing unit that performs a pulse compression process on the reception signal from the reception circuit; And an image processing unit that forms an ultrasonic image based on the received signal after the pulse compression processing, and the transmission signal generated by the transmission signal generator uses the encoded ideal transmission signal as the ultrasonic signal. Based on the frequency characteristics of acoustic transducers A correction signal prior, characterized in that to adapt the frequency characteristic of the received signal input to the pulse compression processing unit to the pulse compression processing.
[0013]
According to the above configuration, the frequency characteristics of the transmission signal are corrected in advance (reverse correction) so that the frequency characteristics of the ultrasonic transducer (single transducer, array transducer) are considered and finally canceled. ) The correction may be performed on the ultrasonic diagnostic apparatus as necessary, or the corrected transmission signal may be stored in the ultrasonic diagnostic apparatus. Therefore, since the pulse compression process can be appropriately performed, the sensitivity can be improved, and as a result, the image quality of the ultrasonic image can be improved.
[0014]
Preferably, the frequency characteristic at the time of transmission of the ultrasonic probe is D _T (ω), the frequency characteristic at the time of reception of the ultrasonic probe is D _R (ω), and the frequency characteristic of the ideal transmission signal. Is S (ω) and the frequency characteristic of the transmission signal generated by the transmission signal generator is S ′ (ω), S ′ (ω) = S (ω) / {D _T (ω) D _R (ω)} is satisfied. Here, for convenience, D _T (ω) = D _R (ω) may be considered, and in this case, the above equation is S ′ (ω) = S (ω) / {D (ω)} ^2. It becomes.
[0015]
Desirably, it includes means for selecting a transmission signal generated by the transmission signal generator according to the selected ultrasonic transducer, and regardless of replacement of the ultrasonic transducer, the S ′ (ω) = The relationship S (ω) / {D _T (ω) D _R (ω)} is satisfied.
[0016]
(2) Further, the present invention is a method implemented for designing the transmission signal in the ultrasonic diagnostic apparatus described above, wherein the transmission circuit generates the ideal transmission signal, and the ultrasonic transducer A step of transmitting an ultrasonic wave into the water tank, a step of receiving the ultrasonic wave transmitted by a receiver disposed in the water tank, and a measurement signal obtained by receiving the ultrasonic wave. Analyzing the frequency to obtain a frequency characteristic at the time of transmission of the ultrasonic transducer, and assuming that the frequency characteristic at the time of reception of the ultrasonic transducer is the same as the frequency characteristic at the time of transmission; and And correcting the ideal transmission signal based on the frequency characteristics at the time of transmission and the frequency characteristics at the time of reception of the vibrator.
[0017]
According to the above configuration, an ultrasonic wave is transmitted using an ideal transmission signal (which is also a correction target at the same time), and a frequency characteristic at the time of transmission (and reception) of the ultrasonic transducer is measured. Based on this, the transmission signal can be corrected to obtain the transmission signal that is actually used.
[0018]
Further, the present invention is a method implemented for designing the transmission signal in the ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the transmission circuit generates the ideal transmission signal, and the ultrasonic transducer enters the phantom. A step of transmitting an ultrasonic wave, a step of receiving a reflected wave from the phantom by the ultrasonic transducer, and a frequency analysis of a measurement signal obtained by receiving the reflected wave to the ultrasonic transducer And a step of correcting the ideal transmission signal based on the frequency characteristic of the ultrasonic transducer.
[0019]
According to the above configuration, ultrasonic transmission / reception is performed using an ideal transmission signal, and the frequency characteristics of the transmission / reception of the ultrasonic transducer can be acquired.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof. The ultrasonic probe 10 is a probe used in contact with a living body or used in contact with a body cavity. A single transducer or an array transducer is provided in the ultrasonic probe 10. When forming a B-mode tomographic image mainly, an array transducer is provided in the ultrasonic probe 10. The array transducer is composed of a plurality of transducer elements, and an ultrasonic beam is formed by them. The ultrasonic beam is electronically scanned, thereby forming a scanning surface. In this case, examples of the electronic scanning method include electronic linear scanning, electronic convex scanning, and electronic sector scanning.
[0022]
The transmission unit includes a transmission signal generator 14 and a transmission circuit 12, and the transmission unit functions as a transmission beam former. The transmission signal generator 14 generates a transmission signal 100 coded for each channel. In FIG. 1, the frequency characteristic of the transmission signal 100 is represented by S ′ (ω). This transmission signal 100 has a frequency characteristic that cancels the frequency characteristic of the ultrasonic transducer in advance. This will be described in detail later. The transmission signal generator 14 may be constituted by a memory such as a ROM that generates a transmission waveform.
[0023]
The transmission circuit 12 includes a linear amplifier that amplifies the transmission signal 100 for each channel. Here, the frequency characteristic of the transmission circuit 12 is indicated by T (ω). A transmission signal 102 for each channel is output from the transmission circuit 12 to the ultrasonic probe 10. Those transmission signals are supplied to a plurality of vibration elements constituting the array transducer. Thereby, an ultrasonic wave is transmitted with respect to a biological tissue. In FIG. 1, the frequency characteristic of the ultrasonic probe 10, specifically, an ultrasonic transducer is represented by T (ω). Further, the frequency characteristic of the living tissue is represented by A (ω).
[0024]
The reflected wave from the living tissue is received by the ultrasonic probe 10. Specifically, it is received by the array transducer described above. As a result, a reception signal from each vibration element, that is, each channel is output to the reception circuit 16. The reception circuit 16 functions as a reception beam former, and executes phasing addition processing on a plurality of reception signals. In FIG. 1, the frequency characteristic of the receiving circuit 16 is represented by R (ω).
[0025]
The received signal 106 after the phasing addition is output to the pulse compression processing unit 20. Here, the frequency characteristic of the received signal 106 is represented by X (ω).
[0026]
The pulse compression processing unit 20 is a unit that executes pulse compression processing corresponding to code transmission. In this case, the reference signal 110 is used according to the calculation formula (3). The frequency characteristic of the reference signal 110 is represented by F (ω), which is generated by the reference signal generator 18. The received signal 108 that has undergone the pulse compression processing is represented by y (k) in the figure, and is input to the echo processing unit 22. The echo processing unit 22 executes, for example, logarithmic compression processing, and a reception signal that has undergone these processings is output to the image processing unit 24.
[0027]
The image processing unit 24 is configured by, for example, a digital scan converter (DSC) or the like, and image data of a B-mode image is stored on a frame memory provided in the image processing unit 24. The data is read and displayed on the display 26.
[0028]
The control unit 8 controls the operation of each component included in the apparatus, and particularly gives a transmission signal selection command to the transmission signal generator 14. For example, when the ultrasonic probe 10 is exchanged, an appropriate transmission signal is selected according to the frequency characteristics of the ultrasonic transducer included in each ultrasonic probe.
[0029]
In the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, when performing code transmission, the transmission signal is input to the pulse compression processing unit 20 because the transmission signal is corrected in advance to cancel the frequency characteristics of the ultrasonic probe. With respect to the received signal 106, it is possible to exclude frequency characteristic components due to the influence of the ultrasonic probe 10. Therefore, pulse compression processing corresponding to code transmission can be appropriately performed, and resolution and sensitivity can be improved.
[0030]
2 and 3 show the principle of measuring the frequency characteristics of the ultrasonic probe 10, that is, the ultrasonic transducer. Such measurement is performed at the time of designing the ultrasonic diagnostic apparatus. In each figure, the same components as those shown in FIG. Further, configurations not directly related to measurement are not shown in the drawings.
[0031]
In the configuration shown in FIG. 2, a water tank 30 is used. Water 32 is placed in the water tank 30. The frequency characteristic of the water 32 is represented by A (ω). A receiver 34 composed of a hydrophone is fixedly disposed in the water tank 30. On the other hand, the ultrasonic probe 10 is provided such that its transmission / reception surface faces the water 32.
[0032]
The transmission signal generator 14 outputs the transmission signal 100 before correction. The frequency characteristic is represented by S (ω). The transmission signal 100 is an ideal transmission signal as so-called design. The transmission signal 100 is input to the transmission circuit 12, and the transmission signal 102 amplified from the transmission circuit 12 is output. When the transmission signal is supplied to the ultrasonic probe 10, ultrasonic waves are generated by the ultrasonic transducer built therein. The ultrasonic wave is indicated by reference numeral 200 in FIG. The transmitted ultrasonic wave 200 is received by the wave receiver 34, and a measurement signal based on the received wave is output to the frequency analysis device 36. The frequency analysis device 36 is configured by, for example, an FFT analyzer, and the frequency characteristic of the ultrasonic wave received by the wave receiver 34 is expressed as W (ω).
[0033]
The frequency characteristic W (ω) thus obtained is expressed as the following equation (4).
[0034]
W (ω) = S (ω) T (ω) D (ω) A (ω) (4)
Here, assuming that T (ω) = 1 and that A (ω) = 1 in water, the following equation (5) is derived.
[0035]
W (ω) = S (ω) D (ω) (5)
Thus, the frequency characteristic D (ω) of the ultrasonic transducer can be estimated from W (ω) and S (ω), that is, the following calculation formula can be derived.
[0036]
D (ω) = W (ω) / S (ω) (6)
That is, the frequency characteristic D (ω) of the ultrasonic transducer can be estimated as described above by the measurement method shown in FIG.
[0037]
Here, assuming that the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are the same between transmission and reception, the corrected transmission signal S (ω) is expressed as in the following equation (7).
[0038]
S ′ (ω) = S (ω) / {D (ω)} ² (7)
That is, if the frequency characteristic of the ideal transmission signal is corrected so as to satisfy the above equation (7), pulse compression can be performed in a state where the influence of the ultrasonic transducer is removed and reduced.
[0039]
By the way, when the above equation (2) is rewritten as S ′ (ω) = S (ω), it becomes as follows.
[0040]
X (ω) = S ′ (ω) D (ω) A (ω) D (ω) (8)
Furthermore, substituting equation (7) into equation (8) above results in the following.
[0041]
X (ω) = S (ω) A (ω) (9)
That is, a reception signal that is not affected by the frequency characteristics of the ultrasonic transducer can be supplied to the pulse compression processing unit 20 shown in FIG.
[0042]
FIG. 3 shows another method for determining the frequency characteristics of the ultrasonic transducer.
[0043]
In the example shown in FIG. 3, a phantom 40 equivalent to a living tissue is used. The frequency characteristic is represented by B (ω). The transmission / reception surface of the ultrasonic probe 10 is brought into contact with the surface of the phantom 40. In the configuration shown in FIG. 3, the transmission signal generator 14 generates a transmission signal 100 before correction. As a result, ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic probe 10. The reflected wave from the phantom 40 is received by the ultrasonic probe 10, whereby the reception signal 104 is input to the reception circuit 16. Further receives signals output from the receiving circuit 16 is output to the frequency analyzer 36, a frequency analysis is performed on the same received signal. Here, the frequency characteristic X (ω) of the output signal of the receiving circuit 16 (the signal corresponding to the input signal of the pulse compression processing unit 20 in FIG. 1) is expressed by the following equation (10).
[0044]
X (ω) = S (ω) T (ω) D (ω) B (ω) D (ω) R (ω)
(10)
Here, if T (ω) = 1 and R (ω) = 1, the following equation (11) is obtained.
[0045]
X (ω) = S (ω) D (ω) B (ω) D (ω) (11)
From the above, the frequency characteristic of the ultrasonic transducer is expressed as the following equation (12).
[0046]
{D (ω)} ² = X (ω) / {S (ω) B (ω)} (12)
In the above, since the frequency characteristic B (ω) of the phantom is known, the frequency characteristic of the ultrasonic transducer can be specified by the above.
[0047]
Therefore, the transmission signal S ′ (ω) after correction, in which the frequency characteristic D (ω) of the ultrasonic transducer is expected, is expressed as follows.
[0048]
S ′ (ω) = S (ω) / {D (ω)} ² (13)
That is, it is possible to perform correction such that the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are canceled with respect to the transmission signal transmitted by code.
[0049]
Incidentally, when transmitting / receiving waves to / from a living tissue, equation (8) is established. Therefore, substituting the above equation (13) into the following equation leads to the following equation (14) .
[0050]
X (ω) = S (ω) A (ω) (14)
Therefore, a signal that is not affected by the frequency characteristics of the ultrasonic transducer can be input to the pulse compression processing unit 20.
[0051]
This method is also applicable when the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are different between transmission and reception. Here, when D _T (ω) is the frequency characteristic of the ultrasonic transducer at the time of transmission and D _R (ω) is the frequency characteristic of the ultrasonic transducer at the time of reception, the above equation (10) can be expressed by the following ( 15) It is expressed as the equation.
[0052]
X (ω) = S (ω) T (ω) D _T (ω) B (ω) D _R (ω) R (ω) (15)
Here, the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are expressed as follows:
D _T (ω) D _R (ω) = X (ω) / {S (ω) B (ω)} (16)
Thereby, the corrected transmission signal is expressed as follows.
[0053]
S ′ (ω) = S (ω) / {D _T (ω) D _R (ω)} (17)
On the other hand, when the frequency characteristics of the ultrasonic transducer are different at the time of transmission and at the time of reception, the above equation (2) is expressed as follows.
[0054]
X (ω) = S ′ (ω) D _T (ω) A (ω) D _R (ω) (18)
Therefore, by substituting equation (17) into equation (18), equation (14) can be obtained. That is, the influence of the frequency characteristics of the ultrasonic transducer can be eliminated from the reception signal input to the pulse compression processing unit.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to adapt the frequency characteristics of a received signal to be subjected to pulse compression processing to the pulse compression processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration for measuring frequency characteristics of an ultrasonic diagnostic apparatus.
FIG. 3 is a diagram showing another configuration for measuring frequency characteristics of an ultrasonic transducer.
[Explanation of symbols]
8 control unit, 10 ultrasonic probe, 12 transmission circuit, 14 transmission signal generator, 16 reception circuit, 18 reference signal generator, 20 pulse compression processing unit, 22 echo processing unit, 24 image processing unit, 26 display .

Claims

所定コードをもった波形を有する信号又はチャープ波信号としてのコード化送信信号を生成するメモリからなる送信信号発生器と、
前記送信信号発生器からのコード化送信信号を入力し、所定の送信処理を経たコード化送信信号を出力する送信回路と、
前記送信回路からのコード化送信信号を入力して生体内へ超音波を送波し、生体内からの反射波を受波して受信信号を出力する超音波振動子と、
前記超音波振動子からの受信信号を入力し、所定の受信処理を経た受信信号を出力する受信回路と、
前記受信回路からの受信信号に対し、参照信号を用いてコード送信に対応するパルス圧縮処理を実行するパルス圧縮処理部と、
前記パルス圧縮処理後の受信信号に基づいて、超音波画像を形成する画像処理部と、
を含み、
前記送信信号発生器としてのメモリから生成されるコード化送信信号は、コード化されたコード化理想送信信号を前記超音波振動子の周波数特性に基づいて事前に補正した信号であり、
前記メモリ内のコード化送信信号の周波数特性を事前に補正されたものとしておくことにより、前記パルス圧縮処理部に入力される受信信号の周波数特性を前記パルス圧縮処理に適合させることを特徴とする超音波診断装置。 A transmission signal generator comprising a memory for generating a coded transmission signal as a signal having a waveform having a predetermined code or a chirp wave signal ;
A transmission circuit that inputs a coded transmission signal from the transmission signal generator and outputs a coded transmission signal that has undergone predetermined transmission processing;
An ultrasonic transducer that inputs an encoded transmission signal from the transmission circuit and transmits an ultrasonic wave into a living body, receives a reflected wave from the living body, and outputs a reception signal;
A reception circuit that inputs a reception signal from the ultrasonic transducer and outputs a reception signal that has undergone a predetermined reception process;
A pulse compression processing unit that performs pulse compression processing corresponding to code transmission using a reference signal for the reception signal from the reception circuit;
An image processing unit that forms an ultrasonic image based on the received signal after the pulse compression processing;
Including
The coded transmission signal generated from the memory as the transmission signal generator is a signal obtained by correcting the coded coded ideal transmission signal in advance based on the frequency characteristics of the ultrasonic transducer,
The frequency characteristic of the reception signal input to the pulse compression processing unit is adapted to the pulse compression processing by preliminarily correcting the frequency characteristic of the coded transmission signal in the memory. Ultrasound diagnostic device.

請求項１記載の装置において、
前記超音波探触子の送信時の周波数特性をＤ_T（ω）とし、前記超音波探触子の受信時の周波数特性をＤ_R（ω）とし、前記コード化理想送信信号の周波数特性をＳ（ω）とし、前記送信信号発生器で生成されるコード化送信信号の周波数特性をＳ’（ω）とした場合に、Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）｝の関係が満たされることを特徴とする超音波診断装置。The apparatus of claim 1.
The frequency characteristic at the time of transmission of the ultrasonic probe is D _T (ω), the frequency characteristic at the time of reception of the ultrasonic probe is D _R (ω), and the frequency characteristic of the coded ideal transmission signal is S ′ (ω) = S (ω) / {D _T (ω) where S (ω) and the frequency characteristic of the coded transmission signal generated by the transmission signal generator is S ′ (ω). An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by satisfying the relationship of D _R (ω)}.

請求項２記載の装置において、
選択された超音波振動子に応じて、前記送信信号発生器で発生されるコード化送信信号を選択する手段を含み、
前記超音波振動子の交換にかかわらず、前記Ｓ’（ω）＝Ｓ（ω）／｛Ｄ_T（ω）Ｄ_R（ω）｝の関係が満たされることを特徴とする超音波診断装置。The apparatus of claim 2.
Means for selecting a coded transmission signal generated by the transmission signal generator in response to the selected ultrasonic transducer;
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the relationship of S ′ (ω) = S (ω) / {D _T (ω) D _R (ω)} is satisfied regardless of replacement of the ultrasonic transducer.

超音波診断装置におけるコード化送信信号を設計するために実施される送信信号設計方法であって、
前記超音波診断装置は、
前記コード化送信信号を生成する送信信号発生器と、
前記送信信号発生器からのコード化送信信号を入力し、所定の送信処理を経たコード化送信信号を出力する送信回路と、
前記送信回路からのコード化送信信号を入力して生体内へ超音波を送波し、生体内からの反射波を受波して受信信号を出力する超音波振動子と、
前記超音波振動子からの受信信号を入力し、所定の受信処理を経た受信信号を出力する受信回路と、
前記受信回路からの受信信号に対し、パルス圧縮処理を実行するパルス圧縮処理部と、
前記パルス圧縮処理後の受信信号に基づいて、超音波画像を形成する画像処理部と、
を含み、
前記パルス圧縮処理部に入力される受信信号の周波数特性を前記パルス圧縮処理に適合させるために、前記送信信号発生器で生成されるコード化送信信号が、コード化されたコード化理想送信信号を前記超音波振動子の周波数特性に基づいて事前に補正した信号であり、
当該送信信号設計方法は、
前記送信回路で前記コード化理想送信信号を発生させ、前記超音波振動子から水槽内に超音波を送波する工程と、
前記水槽内に配置された受波器により前記送波された超音波を受波する工程と、
前記超音波の受波により得られた測定信号を周波数解析して前記超音波振動子の送信時の周波数特性を求め、また、前記超音波振動子の受信時の周波数特性を前記送信時の周波数特性と同一であるとみなす工程と、
前記超音波振動子の送信時の周波数特性及び受信時の周波数特性に基づいて前記コード化理想送信信号を補正する工程と、
を含むことを特徴とする送信信号設計方法。A transmission signal design method implemented to design the signal signal transmission coding that put the ultrasonic diagnostic apparatus,
The ultrasonic diagnostic apparatus comprises:
A transmission signal generator for generating the encoded transmission signal;
A transmission circuit that inputs a coded transmission signal from the transmission signal generator and outputs a coded transmission signal that has undergone predetermined transmission processing;
An ultrasonic transducer that inputs an encoded transmission signal from the transmission circuit and transmits an ultrasonic wave into a living body, receives a reflected wave from the living body, and outputs a reception signal;
A reception circuit that inputs a reception signal from the ultrasonic transducer and outputs a reception signal that has undergone a predetermined reception process;
A pulse compression processing unit that performs a pulse compression process on the received signal from the receiving circuit;
An image processing unit that forms an ultrasonic image based on the received signal after the pulse compression processing;
Including
In order to adapt the frequency characteristics of the received signal input to the pulse compression processing unit to the pulse compression processing, the coded transmission signal generated by the transmission signal generator is encoded coded ideal transmission signal. It is a signal corrected in advance based on the frequency characteristics of the ultrasonic transducer,
The transmission signal design method is as follows:
Generating the coded ideal transmission signal in the transmission circuit, and transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic transducer into a water tank;
Receiving the transmitted ultrasonic wave by a receiver disposed in the water tank;
The frequency characteristic at the time of transmission of the ultrasonic transducer is obtained by frequency analysis of the measurement signal obtained by receiving the ultrasonic wave, and the frequency characteristic at the time of reception of the ultrasonic transducer is determined as the frequency at the time of transmission. A process that is considered identical to the property;
Correcting the coded ideal transmission signal based on frequency characteristics at the time of transmission of the ultrasonic transducer and frequency characteristics at the time of reception;
A transmission signal design method.

請求項１記載の超音波診断装置における前記コード化送信信号を設計するために実施される方法であって、
前記送信回路で前記コード化理想送信信号を発生させ、前記超音波振動子からファントム内に超音波を送波する工程と、
前記ファントムからの反射波を前記超音波振動子で受波する工程と、
前記反射波の受波により得られた測定信号を周波数解析して前記超音波振動子の周波数特性を求める工程と、
前記超音波振動子の周波数特性に基づいて前記コード化理想送信信号を補正する工程と、
を含むことを特徴とする送信信号設計方法。A method implemented for designing the coded transmission signal in the ultrasound diagnostic apparatus of claim 1, comprising:
Generating the coded ideal transmission signal in the transmission circuit, and transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic transducer into a phantom;
Receiving the reflected wave from the phantom by the ultrasonic transducer;
Obtaining a frequency characteristic of the ultrasonic transducer by frequency analysis of a measurement signal obtained by receiving the reflected wave; and
Correcting the coded ideal transmission signal based on the frequency characteristics of the ultrasonic transducer;
A transmission signal design method.