JP4931910B2 - 超音波画像装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様として、以下のような超音波画像装置を提供する。すなわち、対象に向かって超音波を送信する送信手段と、前記対象から到来する超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有する。受信手段は、第1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有する。送信手段が送信する超音波は、1つの帯域から形成されるパルス波を含み、パルス波の周波数帯域は、下限値が第1周波数以上、上限値が第1周波数の3倍以上に設定されている。
本実施の形態は、非線形成分を利用する超音波画像装置であり、プローブ感度域内に差音成分と和音成分とを同時に生じさせるための構造を備えるものである。これにより、非線形成分の多くをプローブで検出することが可能になるため、エネルギー利用効率を高め、ペネトレーションを向上させることができる。
プローブ11は、送信時には装置本体20からの送信電気信号を送信音響信号に変換し、図示しない被検体へ超音波を送信した後、被検体からの反射エコー信号を受信電気信号に変換して、装置本体20へ伝送する。プローブ11は、通常、1次元や2次元のアレイ構造をなしており、送信ビーム及び受信ビームをフォーカスしたり、偏向したりすることができる構造となっている。
本発明の超音波診断装置では、図1に示すように、少なくとも2レートの送受信で一つの画像データを得るパルス・インバージョン法を用いる。なお、本発明の特徴となる送信パルスの基本波成分の周波数帯域については、後で詳しく説明する。
本実施の形態では、第1基本波パルス30および第2基本波パルス33の基本波成分71として、図3に示すように、1つの周波数ピークをもつ単パルス波を用いる。基本波成分71のピーク周波数はfc、帯域幅は2fsである。よって、基本波成分の帯域はfc−fs〜fc+fsである。この周波数fcおよびfsを図3のように適切に設定してない場合には、差音成分72と和音成分73の多くがプローブ感度域74の外側に生じるため検出することができないが、本実施の形態では、周波数fcおよびfsを、図4に示すようにプローブ感度域f1〜f2との関係において所定の値に設定する。これにより、図4のように、差音成分72と和音成分73の多くをプローブ感度域f1〜f2内に生じさせることができる。なお、プローブ感度域の下限周波数f1とは、一般によく使われている−6dB帯域幅によって定義されるものではなく、プローブ通過後の受信エコー信号成分において、画像信号として利用可能な信号成分の下限周波数のことを言う。
プローブ感度域74を送信周波数帯域、受信周波数帯域共にf1〜f2(f1<f2)とする。基本波成分71は、上述してきたように、搬送周波数がfc、変調の周波数がfsの振幅変調波である。基本波成分71の周波数帯域はfc−fs〜fc+fsであるので、まず、これがプローブ感度域74に入るようにfc−fs≧f1、fc+fs≦f2の条件を満たさなければならない。
数2で表される非線形成分は、振幅変調波p(t)=p0(1+mcos2πfst)cos2πfctを基本波としたものである。搬送波成分fc及び変調成分fsのそれぞれについて、正弦波である場合と余弦波である場合とについて同様の計算を行い、それぞれの場合における前記7つの非線形成分のt=0における位相を示すと、図6のようにまとめられる。
高分解能化のために広い帯域で大きな振幅を持った非線形成分を発生させるためには、上述したように、フーリエ級数成分が余弦波成分のみから成り立っていることが望ましい。そこで、変調度m=1の振幅変調波p(t)=p0(1+cos2πfst)cos2πfctを基本波とした。また、上述した基本波成分71の設定条件から、変調周波数fsをプローブの送受信帯域の下限周波数である1MHzとし、搬送周波数fcをfsの2倍の2MHzに設定した。さらに、図5(a)、(b)、(c)から明らかなように、非線形成分の広帯域化のためには、送信する基本波のパルス幅が短い方がよいので、ここでは変調の周波数fsの1波長長さ1/fsをパルス幅とした。送信する基本波パルスの−6dBの帯域は1MHz〜3MHzであり、仮定したプローブ感度域に含まれる。
ペネトレーション向上を優先的に考え、エネルギー的に大きな非線形成分を発生させるためには、上述したようにフーリエ級数成分が正弦波成分のみから成り立っていることが望ましい。そこで、変調度m=1の振幅変調波p(t)=p0(1+cos2πfst)sin2πfctを基本波とする。上述した基本波の条件から、変調の周波数fsをプローブの送受信帯域の下限周波数である1MHzとし、搬送周波数fcをfsの2倍の2MHzとする。非線形成分は基本波パルスの存在する領域での非線形相互作用によって発生するので、分解能を高くするにはパルス幅を短くすればよい。そこで、ここでは変調の周波数fsの1波長長さ1/fsをパルス幅とした。送信する基本波パルスの−6dBの帯域は1MHz〜3MHzであり、仮定したプローブ感度域74に含まれる。
11 プローブ
12 外部インターフェイス
13 画像表示部
20 装置本体
21 送受分離スイッチ
22 送信アンプ
23 波形発生手段
24 受信アンプ
25 A/D変換器
26 受信遅延回路
27 信号処理部
28 画像処理部
29 制御部
30 第1基本波パルス
31 第1受信エコー
32 第1受信信号
33 第2基本波パルス
34 第2受信エコー
35 第2受信信号
40、41 一時メモリ
42 加算部
43 直交検波処理部
44 フィルタ処理部
45 Bモード処理部
46 ドップラ処理部
Claims (21)
- 被検体に向かって超音波パルスを送信する送信手段と、前記被検体からの超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、
前記受信手段は、所定の受信帯域を有し、
前記送信手段の送信する超音波パルスは、1つの周波数帯域のパルスであり、かつ、当該帯域の上限周波数および下限周波数は、前記超音波パルスにより生じる和音成分と差音成分を前記所定の受信帯域内に生じさせる値に設定され、
前記信号処理部は、前記受信手段が受信した、前記和音成分と前記差音成分とを含む非線形成分を用いて前記画像データを生成することを特徴とする超音波画像装置。 - 前記超音波パルスの前記上限周波数および下限周波数は、前記差音成分の高周波側帯域と前記和音成分の低周波側帯域とが重なり合う値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波画像装置。
- 前記超音波パルスの前記上限周波数および下限周波数は、前記超音波パルスにより生じる和音成分の少なくとも一部および差音成分の少なくとも一部を前記1つの周波数帯域に重畳させる値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波画像装置。
- 前記送信手段は、前記超音波パルスとして、前記周波数帯域の第1の超音波と、前記周波数帯域であって前記第1の超音波の波形を反転させた第2の超音波とを送信し、
前記信号処理部は、前記第1の超音波に由来して前記被検体から到来した超音波を前記受信手段が受信して得た第1の受信信号と、前記第2の超音波に由来して前記被検体から到来した超音波を前記受信手段が受信して得た第2の受信信号とを加算し、加算後の信号を用いて前記画像データを生成することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の超音波画像装置。 - 対象に向かって超音波を送信する送信手段と、前記対象から到来する超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、
前記受信手段は、第1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有し、
前記送信手段が送信する超音波は、1つの帯域から形成されるパルス波を含み、前記パルス波の周波数帯域は、下限値が前記第1周波数以上、上限値が前記第1周波数の3倍以上に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。 - 請求項5に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項5に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項5に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、搬送波成分と、これを振幅について変調する変調波成分とを含み、前記搬送波成分は、余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項5に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、搬送波成分と、これを振幅について変調する変調波成分とを含み、前記搬送波成分は、正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項5に記載の超音波画像装置において、前記送信手段が送信する超音波は、搬送波成分とこれを変調する変調波成分とを含み、前記搬送波の周波数は、前記第1周波数の2倍、前記変調波の周波数は、前記第1周波数に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項10に記載の超音波画像装置において、前記変調波の周波数を、前記第1周波数を中心に増減する指示をユーザから受け付ける受け付け手段を有し、前記送信手段は、前記受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、前記変調波の周波数を増減する周波数調整手段を備えることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項5ないし11のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記受信手段の前記受信帯域の上限周波数は、第2周波数f2であり、
前記送信手段が送信する超音波は、搬送波とこれを変調する変調波とを含み、前記搬送波の周波数fcおよび変調波の周波数fsは、前記第2周波数f2との関係において、2fc+2fs≦f2を満たすことを特徴とする超音波画像装置。 - 請求項5ないし12のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段は、前記超音波として、前記周波数帯域の第1の超音波と、前記周波数帯域であって前記第1の超音波の波形を反転させた第2の超音波とを送信し、
前記信号処理部は、前記第1の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第1の受信信号と、前記第2の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第2の受信信号とを加算し、加算後の信号を用いて前記画像データを生成することを特徴とする超音波画像装置。 - 請求項5ないし13のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記画像データを表示する表示手段を有することを特徴とする超音波画像装置。
- 対象に向かって超音波を送信する送信手段と、前記対象からの超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、
前記受信手段は、第1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有し、
前記送信手段が送信する超音波は、1つの帯域から形成されるパルス波を含み、前記パルス波の搬送波の周波数は、前記第1周波数の2倍以上、前記変調波の周波数は、前記第1周波数以上に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。 - 請求項15に記載の超音波画像装置において、前記搬送波の周波数は、前記第1周波数の2倍、前記変調波の周波数は、前記第1周波数に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項15または16に記載の超音波画像装置において、前記受信手段の前記受信帯域の上限周波数は、第2周波数f2であり、
前記搬送波の周波数fcおよび変調波の周波数fsは、前記第2周波数f2との関係において、2fc+2fs≦f2を満たすことを特徴とする超音波画像装置。 - 請求項15ないし17のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項15ないし17のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項15ないし19のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記変調波の周波数を、前記第1周波数を中心に増減する指示をユーザから受け付ける受け付け手段を有し、前記送信手段は、前記受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、前記変調波の周波数を増減する周波数調整手段を備えることを特徴とする超音波画像装置。
- 請求項15ないし20のいずれか1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段は、前記超音波として、第1の超音波と、前記第1の超音波の波形を反転させた第2の超音波とを送信し、
前記信号処理部は、前記第1の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第1の受信信号と、前記第2の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第2の受信信号とを加算し、加算後の信号を用いて前記画像データを生成することを特徴とする超音波画像装置。
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