(57)【要約】【課題】連続波を利用して対象組織の位置情報を生成する超音波診断装置を提供する。【解決手段】ドプラ電力検出部４４は、周波数スペクトラムに変換された復調信号から、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出する。そして、抽出した各ドプラ信号の電力値を検出する。距離演算部４８は、検出された複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する。つまり、生体組織内の対象組織の体表面からの距離を算出する。さらに、表示処理部５２は、対象組織の距離や速度の演算結果に基づいて、例えばドプラ波形や、距離と速度の情報を含むグラフなどを形成し、形成したドプラ波形やグラフなどを表示部５４に表示させる。【選択図】図１
2006288974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波信号を変調波信号を用いて変調処理することにより、変調送信信号を生成する送信信号生成手段と、
前記変調送信信号の供給によって生体に対して超音波を送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号を前記変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）を含んだ復調信号を得る復調手段と、
前記復調信号から、前記複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出するドプラ信号抽出手段と、
前記抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて対象組織の位置情報を生成する位置情報生成手段と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記位置情報生成手段は、前記位置情報として対象組織の深さを算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記位置情報生成手段は、前記複数の第ｎ次波成分のうちの第０次波成分である直流成分と第１次波成分である基本波成分とｎが２以上の複数の高調波成分の各々から抽出される対象組織のドプラ信号を演算対象とし、これら複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記位置情報生成手段は、前記複数の第ｎ次波成分のうちの第１次波成分である基本波成分とｎが２以上の複数の高調波成分の各々から抽出される対象組織のドプラ信号を演算対象とし、これら複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の超音波診断装置において、
前記ドプラ信号抽出手段は、前記復調信号を周波数スペクトラムに変換するＦＦＴ回路を含み、変換された周波数スペクトラムを利用して前記ドプラ信号を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波診断装置において、
前記抽出された複数のドプラ信号のうちの少なくとも一つのドプラ信号の周波数に基づいて対象組織の速度情報を生成する速度情報生成手段を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
搬送波信号を周波数ｆm1の第一変調波信号を用いて変調処理することにより第一変調送信信号を生成し、さらに、搬送波信号を周波数ｆm2の第二変調波信号を用いて変調処理することにより第二変調送信信号を生成する送信信号生成手段と、
前記第一変調送信信号および第二変調送信信号の供給によって生体に対して超音波を送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号を前記第一変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記第一変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）を含んだ第一復調信号を取得し、さらに、前記受信信号を前記第二変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記第二変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ´次波成分（ｎ´は０以上の自然数）を含んだ第二復調信号を取得する復調手段と、
前記第一復調信号から、前記複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出し、さらに、前記第二復調信号から、前記複数の第ｎ´次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出するドプラ信号抽出手段と、
前記第一復調信号から抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて求められる指標値ｋm1と、前記第二復調信号から抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて求められる指標値ｋm2の二つの指標値に基づいて対象組織の位置情報を生成する位置情報生成手段と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に連続波（ＣＷ）ドプラ法における送受信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、連続波ドプラモードでは、数ＭＨｚの正弦波として構成される送信波が生体内へ連続的に放射され、生体内からの反射波が連続的に受波される。反射波には、生体内における運動体（例えば血流）によるドプラシフト情報が含まれる。そこで、その情報を取り出して周波数解析することによりドプラ情報が得られる。ところが、反射波には生体内の強反射体（主に静止体）からの情報（クラッタ）も含まれる。このため、そのクラッタをできる限り抑圧してドプラ情報だけを抽出することが望まれるが、特に低速の観測域においてはクラッタを十分に除去することが困難であった。
【０００３】
こうした背景において、本願の発明者らは、連続波ドプラ法の適用にあたってクラッタをできる限り抑圧しつつドプラ情報を感度良く観測できる技術を提案している（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】国田正徳、野田方和、「超音波ＦＭＣＷドップラー計測システムによるクラッタ低減効果」（電子情報通信学会論文誌（基礎・境界）ＶＯＬ．Ｊ８７−Ａ  Ｎｏ．１０（２００４年１０月１日、社団法人電子情報通信学会発行））
【特許文献１】特開平５−４０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載された技術は、変調波信号によってＦＭ変調された変調送信信号によって生体に対して超音波を送波し、生体から得られた受信信号を変調送信信号を用いて復調して復調信号を得るものである。そして、復調信号から、変調波信号を基本波とした場合における基本波成分および高調波成分のうちの少なくとも一つの成分からドプラ情報を抽出することによって、無変調の場合に直流成分付近に局在していたクラッタの影響が低減され、運動体の速度情報がさらに適切に抽出されるという画期的な技術である。
【０００６】
本願の発明者らは、この画期的な技術をさらに改良し、運動体の速度情報に限定されずに運動体の位置情報を取得する手法について研究を重ねてきた。
【０００７】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、連続波を利用して対象組織の位置情報を生成する超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、搬送波信号を変調波信号を用いて変調処理することにより、変調送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記変調送信信号の供給によって生体に対して超音波を送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号を前記変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）を含んだ復調信号を得る復調手段と、前記復調信号から、前記複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出するドプラ信号抽出手段と、前記抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて対象組織の位置情報を生成する位置情報生成手段と、を有することを特徴とする。上記構成において、変調波信号は、例えば、正弦波の変調波信号である。ただし、正弦波に限定されない。
【０００９】
望ましくは、前記位置情報生成手段は、前記位置情報として対象組織の深さを算出することを特徴とする。望ましくは、前記位置情報生成手段は、前記複数の第ｎ次波成分のうちの第０次波成分である直流成分と第１次波成分である基本波成分とｎが２以上の複数の高調波成分の各々から抽出される対象組織のドプラ信号を演算対象とし、これら複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する、ことを特徴とする。望ましくは、前記位置情報生成手段は、前記複数の第ｎ次波成分のうちの第１次波成分である基本波成分とｎが２以上の複数の高調波成分の各々から抽出される対象組織のドプラ信号を演算対象とし、これら複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましくは、前記ドプラ信号抽出手段は、前記復調信号を周波数スペクトラムに変換するＦＦＴ回路を含み、変換された周波数スペクトラムを利用して前記ドプラ信号を抽出する、ことを特徴とする。望ましくは、前記抽出された複数のドプラ信号のうちの少なくとも一つのドプラ信号の周波数に基づいて対象組織の速度情報を生成する速度情報生成手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、搬送波信号を周波数ｆm1の第一変調波信号を用いて変調処理することにより第一変調送信信号を生成し、さらに、搬送波信号を周波数ｆm2の第二変調波信号を用いて変調処理することにより第二変調送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記第一変調送信信号および第二変調送信信号の供給によって生体に対して超音波を送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号を前記第一変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記第一変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）を含んだ第一復調信号を取得し、さらに、前記受信信号を前記第二変調送信信号を用いて復調し、これにより、前記第二変調波信号を基本波とした場合における複数の第ｎ´次波成分（ｎ´は０以上の自然数）を含んだ第二復調信号を取得する復調手段と、前記第一復調信号から、前記複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出し、さらに、前記第二復調信号から、前記複数の第ｎ´次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出するドプラ信号抽出手段と、前記第一復調信号から抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて求められる指標値ｋm1と、前記第二復調信号から抽出された複数のドプラ信号の強度に基づいて求められる指標値ｋm2の二つの指標値に基づいて対象組織の位置情報を生成する位置情報生成手段と、を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、連続波を利用して対象組織の位置情報を得ることができる。例えば、連続波を利用して対象組織の速度情報と位置情報を同時に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
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。送信用振動子１０は生体内へ送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子１２は生体内からの反射波を連続的に受波する。このように、送信および受信がそれぞれ異なる振動子で行われて、いわゆる連続波ドプラ法による送受信が実行される。
【００１５】
送信制御部１４は、送信用振動子１０を制御して超音波の送信制御を行う。送信制御部１４には、例えば正弦波によるＦＭ変調処理が施されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ波）が入力され、このＦＭ連続波に対応する送信波が送信用振動子１０から送波される。ＦＭ変調器２０は、ＦＭ連続波を送信制御部１４に出力する。ＦＭ変調器２０は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、ＦＭ変調波発振器２４から供給される正弦波の変調波に基づいてＦＭ連続波を発生する。このＦＭ連続波の波形については後の原理説明で詳述する。
【００１６】
受信制御部１６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して増幅処理等の受信処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ３０へ出力する。受信ミキサ３０は、受信ＲＦ信号に対して直交検波を施して複素信号を生成する回路であり、２つのミキサ３２，３４で構成される。各ミキサは受信ＲＦ信号を所定の参照信号と混合する回路である。受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力される。つまり、ミキサ３２にはＦＭ変調器２０が出力するＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４にはＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。π／２シフト回路２６はＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらす回路である。この結果、２つのミキサ３２，３４の一方から同相信号成分（Ｉ信号成分）が出力され、他方から直交信号成分（Ｑ信号成分）が出力される。そして、受信ミキサ３０の後段に設けられるＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６，３８によって、同相信号成分および直交信号成分の各々の高周波数成分がカットされ、検波後の必要な帯域のみが抽出される。
【００１７】
後の原理説明で詳述するが、各ミキサで実行される受信ＲＦ信号と参照信号との混合処理の結果である受信ミキサ出力信号（復調信号）には、ＦＭ変調波発振器２４から供給される変調波の変調波周波数ｆmに関する複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）が含まれている。つまり、第０次波成分である直流成分、第１次波成分である基本波成分、さらに、ｎが２以上の複数の高調波成分が含まれている。つまり、これら複数の第ｎ次波成分を含んだ復調信号が、ＬＰＦ３６，３８の各々から出力される。
【００１８】
ＦＦＴ回路（高速フーリエ変換回路）４０，４２は、復調信号（同相信号成分および直交信号成分）の各々に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ回路４０，４２において復調信号が周波数スペクトラムに変換される。なお、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムは、回路の設定条件などにより周波数分解能δｆの周波数データとして出力される。ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムについては、後に図２を利用して詳述する。
【００１９】
ドプラ電力検出部４４は、周波数スペクトラムに変換された復調信号から、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出する。そして、抽出した各ドプラ信号の電力値を検出する。距離演算部４８は、検出された複数のドプラ信号の電力に基づいて対象組織の深さを算出する。つまり、生体組織内の対象組織の体表面からの距離を算出する。なお、ドプラ電力検出部４４による電力検出処理、距離演算部４８による距離演算については、後の原理説明において詳述する。
【００２０】
ドプラ周波数検出部４６は、周波数スペクトラムに変換された復調信号から、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出する。そして、抽出した各ドプラ信号の周波数（ドプラシフト）を検出する。速度演算部５０は、検出されたドプラ信号の周波数に基づいて対象組織の速度を算出する。
【００２１】
さらに、表示処理部５２は、対象組織の距離や速度の演算結果に基づいて、例えばドプラ波形や、距離と速度の情報を含むグラフなどを形成し、形成したドプラ波形やグラフなどを表示部５４に表示させる。
【００２２】
以上、概説したように、本実施形態では、連続波（ＣＷ）を変調波（例えば正弦波）でＦＭ変調した超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波し、変調波の変調波周波数に関する複数の第ｎ次波成分から対象組織に対応したドプラ信号が抽出されて、対象組織の位置情報が生成される。そこで、次に、位置情報が生成されるまでの原理について詳述する。
【００２３】
周波数ｆ0のＣＷに変調周波数ｆmの正弦波によりＦＭ変調を施したＦＭＣＷ送信波は次式のように表現できる。
【数１】
2006288974.tif 000003
数１において、Δｆは周波数変動幅の０−Ｐ値（ゼロピーク値）である。また、ドプラシフトを伴わない場合のＦＭＣＷ受信波は生体による減衰を無視すると次式で表現できる。
【数２】
2006288974.tif 000004
ＦＭＣＷ送信波の周波数スペクトラムは、数１を展開することで得られる。数１に示すＦＭＣＷ送信波は次式のように展開できる。
【数３】
2006288974.tif 000005
数３において、J0（β），J2n（β），J2n+1（β）は、第1種ベッセル関数である。各項の振幅は、変調指数βおよびそれに対応するベッセル関数によって決定される。
【００２４】
また、ドプラシフトを伴わない場合の受信波ｖR（ｔ）の周波数スペクトラムは、数２を展開することで得られる。数２に示すＦＭＣＷ受信波は次式のように展開できる。
【数４】
2006288974.tif 000006
数４に示されるように、受信波の周波数スペクトラムは送信波と同じ周波数成分を持っている。しかし受信波の各周波数成分の振幅は、位相差φ0とφmに応じて変化している。
【００２５】
さらに、ドプラシフトを伴う場合、数２のｖR（ｔ）は以下のように書き換えられる。
【数５】
2006288974.tif 000007
なお、数５においてｆmに対するドプラシフトは、ｆ0のシフト分ｆdに比較して小さいので無視している。
【００２６】
上述の数２や数５で表される受信波形は、超音波振動子が受信する信号波形（受信ＲＦ信号）である。超音波診断装置は受信ＲＦ信号に対して復調処理を実行する。ＦＭＣＷの受信ＲＦ信号を復調する場合、復調系ではＦＭＣＷ送信波を参照信号として受信波と乗算を行う。復調系における受信ミキサ出力は、ｖT（ｔ）とｖR（ｔ）を乗算した結果として次式のように算出される。
【数６】
2006288974.tif 000008
ここで、数３、数４、数６の算出にはベッセル関数に関する次の公式を利用する。
【数７】
2006288974.tif 000009
数７の公式を用いると、数６はさらに次式のように計算される。なお、数８では数６における係数１／２を省略する。
【数８】
2006288974.tif 000010
数８で表現される受信ミキサ出力の周波数スペクトラム、つまり、図１のＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムを図示すると図２のようになる。
【００２７】
図２は、復調信号の周波数スペクトラムを示す図である。数８にも示されるように、復調信号には、変調波周波数に関する複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）が含まれている。つまり、図２において、原点Ｏ付近に存在する第０次波成分である直流成分、第１次波成分である基本波成分（ｆm）、第２次波成分である第２高調波成分（２ｆm）、第３次波成分である第３高調波成分（３ｆm）が含まれている。なお、図示省略しているｎが４以上の高調波成分も存在する。そして、第ｎ次波成分の各々には、固定物エコー６０とドプラエコー６２が含まれている。
【００２８】
固定物エコー６０は、生体内の強反射体である静止体からのエコー（クラッタエコー）であり、ドプラ情報を観測する場合においては妨害要因となる。これに対し、ドプラエコー６２がドプラ信号に相当する。つまりドプラシフトを伴う場合、ドプラ信号の第ｎ次波成分の各々は、ＦＭ変調周波数が抑圧されたＤＳＢ−ＳＣ（Double  Sideband−Suppressed  Carrier）のスペクトルの形をしている。
【００２９】
本実施形態では、図２に示す周波数スペクトラムから対象組織に対応したドプラエコー６２が抽出され、ドプラエコー６２の電力に基づいて対象組織の距離（深さ）が算出され、また、ドプラエコー６２の周波数（ドプラシフト成分）に基づいて対象組織の速度が算出される。そこで、次に、対象組織の距離の算出原理について説明する。
【００３０】
第1種ベッセル関数には以下の関係がある。
【数９】
2006288974.tif 000011
【数１０】
2006288974.tif 000012
また、数８における第ｎ次波成分の電力を次式で表現する。
【数１１】
2006288974.tif 000013
数９と数１１から次式が導かれる。
【数１２】
2006288974.tif 000014
そして、数１０、数１１および数１２を用いると次式が導かれる。
【数１３】
2006288974.tif 000015
数１３は、変数ｋβと復調信号に含まれる複数の第ｎ次波成分の各成分ごとのドプラ信号の電力（Ｐ0，Ｐn）の関係を表している。そして、数１３の右辺は全電力によって規格化されているため左辺の（ｋβ）2は、受信電力に依存しない。そこで、数１３を利用してｋを算出し、これを指標値として次式の関係から距離（深さ）ｄが算出される。
【数１４】
2006288974.tif 000016
数１３の右辺は、復調信号の周波数スペクトラムから求めることができる。特定のドプラ周波数を持った信号のスペクトラムに着目して数１３の右辺の分母を求める。右辺分母は、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとのドプラ信号の電力（Ｐ0，Ｐn）の総和である。つまり、図２において、例えば、固定物エコー６０に隣接しているドプラ信号「１」について、その電力を、直流成分と基本波成分（ｆm）と第２高調波成分（２ｆm）と第３高調波成分（３ｆm）とに亘って全て加算することに相当する。なお、ドプラ信号の電力の総和を厳密に求めるためにはｎが４以上の高調波成分も考慮する必要がある。ただし、高次元の高調波成分が小さい場合などにおいては、有る程度の次数（例えば次数３）までの計算で総和を求めてもよい。なお、数１３の右辺の分子は、ｎが１以上の第ｎ次波成分の各成分ごとのドプラ信号の電力についてｎ2の重みをつけて加算することによって求めることができる。
【００３１】
こうして、数１３を用い、次式の演算により指標値ｋの絶対値が求められる。
【数１５】
2006288974.tif 000017
図３は、対象組織の深さｄと指標値ｋとの関係を説明するための図である。図３には、横軸を対象組織の深さｄとした場合における数１４の指標値ｋ、ｋの絶対値、ｋの二乗値がそれぞれ示されている。
【００３２】
図３に示されるように、対象組織が近距離の場合、つまりｄがｃ／４ｆm以下の場合、指標値ｋ、ｋの絶対値、ｋの二乗値の各々が単調に増加する関数であるため、数１４において指標値ｋから深さｄが一義的に求められる。
【００３３】
また、数１４と数１５から次式が導かれる。
【数１６】
2006288974.tif 000018
ｄが０以上でｃ／４ｆm以下の場合、図３に示すようにｋは０以上である。ｋが０以上である場合、数１６から次式が導かれる。
【数１７】
2006288974.tif 000019
つまり、ｄが０以上でｃ／４ｆm以下の近距離の場合、距離ｄが次式のようになる。
【数１８】
2006288974.tif 000020
数１８に示されるように、既知の値である変調周波数ｆmおよび変調指数β、復調信号の周波数スペクトラムから求めるドプラ信号の電力（Ｐ0，Ｐn）から、対象組織の深さｄを求めることができる。
【００３４】
図１のＦＦＴ回路４０，４２、ドプラ電力検出部４４および距離演算部４８は、上述した計算原理を利用している。つまり、ＦＦＴ回路４０，４２は、復調信号の各々に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、復調信号が図２に示すような周波数スペクトラムに変換される。ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムは、ＦＦＴ回路４０，４２の設定条件などにより周波数分解能δｆの周波数データとして出力される。
【００３５】
そして、ドプラ電力検出部４４は、図２に示す周波数スペクトラムから、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出してその電力Ｐnを検出する。例えば、図２において固定物エコー６０から最も遠い位置にあるドプラ信号「３」について、原点Ｏ付近に存在する直流成分におけるドプラ信号「３」の電力Ｐ0、基本波成分（ｆm）におけるドプラ信号「３」の電力Ｐ1、第２高調波成分（２ｆm）におけるドプラ信号「３」の電力Ｐ2、第３高調波成分（３ｆm）におけるドプラ信号「３」の電力Ｐ3、をそれぞれ検出する。
【００３６】
なお、ドプラ電力検出部４４は、バンドパスフィルタによってドプラ信号を抽出する。このバンドパスフィルタは、抽出されるドプラ信号の帯域を含み、且つ、雑音を効率よく除去できるような帯域に設定されることが望ましい。そこで、ドプラ信号を抽出するバンドパスフィルタの帯域は、例えば、ｎ×δｆに設定される。
【００３７】
また、ドプラ電力検出部４４は、対象組織ごとにドプラ信号の電力を検出する。つまり、図２において、ある対象組織に対応したドプラ信号「３」について各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnを検出し、さらに、速度の異なる別の対象組織に対応したドプラ信号「１」について各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnを検出し、また、別の対象組織に対応したドプラ信号「２」について各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnを検出する。
【００３８】
そして、距離演算部４８は、ドプラ電力検出部４４において検出されたドプラ信号の電力に基づいて数１８から対象組織の深さｄを算出する。なお、ドプラ信号の電力は、対象組織ごとに検出されているため、距離演算部４８は、対象組織ごとに深さｄを算出する。つまり、図２に示されるドプラ信号「１」が対象組織１のドプラ信号に相当する場合、距離演算部４８は、ドプラ信号「１」に関する各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnから数１８によって対象組織１の深さｄを算出する。また、図２に示されるドプラ信号「２」が対象組織２のドプラ信号に相当する場合、ドプラ信号「２」に関する各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnから数１８によって対象組織２の深さｄを算出する。さらに、図２に示されるドプラ信号「３」が対象組織３のドプラ信号に相当する場合、ドプラ信号「３」に関する各ｎ次波成分ごとの電力Ｐnから数１８によって対象組織３の深さｄを算出する。こうして、対象組織ごとにその深さｄが算出される。
【００３９】
なお、上述した計算原理では、原点Ｏ付近に存在する直流成分におけるドプラ信号の電力Ｐ0も利用して深さｄを求めているが、直流成分においては、送信回路系からのリークや固定組織からの反射（クラッタエコー）が非常に強いため、直流成分のドプラ信号がそれらの信号に埋もれてしまう場合がある。そこで、次に、直流成分のドプラ信号を利用せずに深さｄを演算する手法について説明する。
【００４０】
第1種ベッセル関数には以下の関係がある。
【数１９】
2006288974.tif 000021
数１９の二つの公式と数１１から次式が導かれる。
【数２０】
2006288974.tif 000022
数２０の二つの式からαを消去して整理すると次式が導かれる。
【数２１】
2006288974.tif 000023
数２１の右辺には、直流成分におけるドプラ信号の電力Ｐ0が含まれていないため、１次以上のｎ次波成分の電力Ｐnのみから左辺の（ｋβ）2が求められる。そこで、数２１を利用してｋを算出し、これを指標値として距離（深さ）ｄを算出することにより、直流成分のドプラ信号を利用せずに深さｄを求めることが可能になる。
【００４１】
以上のように、対象組織の距離（深さ）ｄが算出されるが、本実施形態では、対象組織の速度も算出される。つまり、ドプラ周波数検出部４６は、図２に示す周波数スペクトラムから、複数の第ｎ次波成分の各成分のうちの少なくとも一つから、対象組織に対応したドプラ信号を抽出してその周波数（ドプラシフト量）を検出する。例えば、図２において固定物エコー６０から最も遠い位置にあるドプラ信号「３」について、基本波成分（ｆm）におけるドプラ信号「３」の周波数、あるいは、第２高調波成分（２ｆm）におけるドプラ信号「３」の周波数を検出する。
【００４２】
また、ドプラ周波数検出部４６は、対象組織ごとにドプラ信号の周波数を検出する。つまり、図２において、ある対象組織に対応したドプラ信号「３」について、例えば第２高調波成分（２ｆm）におけるドプラ信号「３」の周波数を検出し、さらに、速度の異なる別の対象組織に対応したドプラ信号「１」について、例えば第２高調波成分（２ｆm）におけるドプラ信号「１」の周波数を検出する。
【００４３】
そして、速度演算部５０は、ドプラ周波数検出部４６において検出されたドプラ信号の周波数（ドプラシフト量）に基づいて、各対象組織ごとに速度を算出する。なお、ドプラ周波数から速度を算出する原理については、従来周知の手法が利用される。ただし、本実施形態においては、変調送信信号を用いて受信信号を復調して、図２に示すような復調信号を得ている。このため、無変調の搬送波信号の場合に搬送波信号の周波数付近に局在していた本来取り除くべき固定物からのエコー（クラッタ）が、変調波信号を基本波とした場合における基本波成分および高調波成分に分散される。したがって、例えば、高調波成分のうちの少なくとも一つの成分付近のドプラ信号を利用することにより、無変調の場合に局在していたクラッタの影響が低減され、結果として、クラッタの影響をできる限り抑圧しつつ速度情報を感度良く観測することができる。
【００４４】
以上のように、距離演算部４８において対象組織の距離（深さ）が算出され、速度演算部５０において対象組織の速度が算出される。そして、表示処理部５２は、これら算出された情報に基づいて表示画像を形成して表示部５４へ表示させる。そこで、図４から図６に表示処理部５２において形成される表示画像の例を示す。
【００４５】
図４は、深さ方向の各位置における移動組織の速度をリアルタイム表示した例である。つまり、移動組織（対象組織）の速度を示す軸、生体内における移動組織の深さを示す軸および時間軸の互いに直交した３つの軸からなるグラフを斜視表示したものである。
【００４６】
図４において、時間軸方向におけるグラフの変化は、時間の経過とともに、移動組織の位置（深さ）と速度が時々刻々変化する様子を示している。時間がt1,t2,t3,・・・と経過するにつれて、表示断面は図の手前側に変化する。各移動組織の速度を図の縦軸にとることが望ましいが、各移動組織からの復調電力を縦軸としてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、同じ深さに、速度が異なる移動組織が存在する場合でも、それらを区別することができるため、ある時刻におけるグラフの断面を断面Ｄのように表示してもよい。この場合、断面Ｄの縦軸が速度である。図４では、断面Ｄとして３種類の速度成分を表しているが、原理的には、何種類の速度成分でも表示可能である。また、各速度成分の区別は、図４に示すような等速線や領域で表現してもよいし、カラードプラのように色で区別した表現でもよい。
【００４８】
図５は、同じ深さに異なる速度の移動組織が存在する際に好適な表示例である。つまり、各速度成分の電力を縦軸にとり、底面内に移動組織の深さを示す軸と速度を示す軸をとった場合のグラフの斜視表示である。図５の表示では、同じ深さで異なる速度の移動組織が存在する場合でも、速度軸方向で異なる位置に山が表示されることになるため、速度の相違を読み取るのが容易である。なお、山の高さは各移動組織からの受信信号の電力に相当する。
【００４９】
図６は、対象組織の断層像と断層像内の各部の速度とを対応付けた表示である。つまり、底面に対象組織の断層像を対応させ、断層像内の二次元的な各位置における速度を縦軸としたグラフの斜視表示である。図６の表示では、山が高い場所ほど、その位置における組織の移動速度が大きいことを意味する。なお、断層像内の各位置における組織の電力を縦軸としてもよい。図４の表示例においては移動組織の位置が深さのみの一次元であるが、図６の表示例では断層像内の二次元の位置と速度の対応関係が表示される。なお、図６の画像にリアルタイム性を持たせるには、例えば、超音波ビーム（音線）を１秒間に約１０回以上スイープさせて、時々刻々表示すればよい。
【００５０】
上述した実施形態では、対象組織が近距離の場合、つまりｄが０以上でｃ／４ｆm以下の場合において距離ｄを算出しているが、測定可能な組織の深さを大きく広げることも可能である。以下、測定可能な組織の深さを大きく広げる第二実施形態について説明する。
【００５１】
図７には、本発明に係る超音波診断装置の好適な第二実施形態が示されており、図７はその全体構成を示すブロック図である。図７において、図１の実施形態における構成と機能が同じ部分には、図１における符号と同じ符号を付しており、これら機能が同じ部分については適宜説明を簡略化する。
【００５２】
図７の第二実施形態において、図１の実施形態と大きく異なる点は、ＦＭ変調波発振器２４から、変調波周波数ｆm1の正弦波による変調波と変調波周波数ｆm2の正弦波による変調波の互いに周波数が異なる二種類の変調波が出力されることである。二種類の変調波の切り替えタイミングは、変調波制御部２５によって制御される。
【００５３】
図８は、二種類の変調波の切り替えタイミングを説明するための図であり、ＦＭ変調波発振器２４からＦＭ変調器２０へ供給される正弦波による変調波を示している。ＦＭ変調波発振器２４は、変調波周波数ｆm1の正弦波による変調波と変調波周波数ｆm2の正弦波による変調波を切り替えて出力する。切り替えタイミングは、変調波制御部２５によって制御される。
【００５４】
つまり、変調波制御部２５は、図８に示すように、ｔ1の時間帯において変調波周波数ｆm1の変調波を出力させ、ｔ2の時間帯において変調波周波数ｆm2の変調波を出力させる。そして、ｔ1の時間帯とｔ2の時間帯を交互に切り替えている。その結果、ＦＭ変調波発振器２４からＦＭ変調器２０へ供給される変調波が、図８に示すように、変調波周波数ｆm1の変調波と変調波周波数ｆm2の変調波に交互に切り替えられて出力される。
【００５５】
図７に戻り、ＦＭ変調器２０は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、ＦＭ変調波発振器２４から供給される正弦波による変調波に基づいてＦＭ連続波を発生する。図８を利用して説明したように、ＦＭ変調波発振器２４からＦＭ変調器２０へ供給される変調波は、変調波周波数ｆm1の正弦波による変調波と変調波周波数ｆm2の正弦波による変調波が交互に切り替えられている。このため、ＦＭ変調器２０は、ｔ1の時間帯において変調波周波数ｆm1の変調波を利用してＦＭ連続波を発生させ、ｔ2の時間帯において変調波周波数ｆm2の変調波を利用してＦＭ連続波を発生させる。
【００５６】
送信制御部１４は、送信用振動子１０を制御して超音波の送信制御を行う。送信制御部１４には、ＦＭ変調処理が施されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ波）が入力され、このＦＭ連続波に対応する送信波が送信用振動子１０から送波される。
【００５７】
受信制御部１６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して増幅処理等の受信処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ３０へ出力する。受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力される。本第二実施形態では、変調波周波数ｆm1に対応する受信信号を検波する場合には、変調波周波数ｆm1に対応するＦＭ連続波が利用され、一方、変調波周波数ｆm2に対応する受信信号を検波する場合には、変調波周波数ｆm2に対応するＦＭ連続波が利用される。
【００５８】
このため、各ミキサで実行される受信ＲＦ信号と参照信号との混合処理の結果である受信ミキサ出力信号（復調信号）として、変調波周波数ｆm1に対応した第一復調信号と、変調波周波数ｆm2に対応した第二復調信号の二種類の復調信号が交互に得られる。また、第一復調信号には変調波周波数ｆm1に関する複数の第ｎ次波成分（ｎは０以上の自然数）が含まれ、第二復調信号の各々には、変調波周波数ｆm2に関する複数の第ｎ´次波成分（ｎ´は０以上の自然数）が含まれている。そして、第一復調信号および第二復調信号が、交互にＦＦＴ回路４０，４２へ供給される。
【００５９】
ＦＦＴ回路４０，４２は、第一復調信号および第二復調信号に対して交互にＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ回路４０，４２において第一復調信号および第二復調信号の各々が周波数スペクトラムに変換される。なお、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される第一復調信号および第二復調信号の各々の周波数スペクトラムは、図２に示したスペクトラム形状と同様である。
【００６０】
本第二実施形態において、ドプラ電力検出部４４は、周波数スペクトラムに変換された第一復調信号から、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出する。そして、抽出した各ドプラ信号の電力値を検出する。さらに、第二復調信号から、複数の第ｎ´次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出する。そして、抽出した各ドプラ信号の電力値を検出する。
【００６１】
指標値演算部４５は、第一復調信号および第二復調信号の各々について検出された複数のドプラ信号の電力に基づいて、指標値ｋm1と指標値ｋm2の二つの指標値を求める。さらに、距離演算部４８は、二つの指標値に基づいて対象組織の深さを算出する。そこで、本第二実施形態における対象組織の距離（深さ）の算出原理について説明する。
【００６２】
第二実施形態では、測定可能な組織の深さを大きく広げるために、二つの変調波周波数ｆm1，ｆm2を利用し、これらの各々に対応する二つの指標値ｋm1，ｋm2が求められる。指標値ｋm1，ｋm2は、数１３の式に基づき、二つの変調波周波数ｆm1，ｆm2について次式のように求めることができる。
【数２２】
2006288974.tif 000024
なお、数２２において、変調波周波数ｆm1に関するドプラ信号の電力Ｐnには、その右肩にｍ１の添え字を付しており、一方、変調波周波数ｆm2に関するドプラ信号の電力Ｐnには、その右肩にｍ２の添え字を付して区別している。
【００６３】
また、二つの変調波周波数ｆm1，ｆm2と指標値ｋm1，ｋm2との間には次式の関係がある。
【数２３】
2006288974.tif 000025
数２３の両式の差をとると次式が導かれる。
【数２４】
2006288974.tif 000026
そして、数２４の両辺の絶対値をとり整理すると次式のようになる。
【数２５】
2006288974.tif 000027
ここで、余弦項は次式のように求められる。
【数２６】
2006288974.tif 000028
ここで、変調波周波数ｆm1とｆm2の差が小さい場合、数２５の右辺の分母は次式のように整理される。
【数２７】
2006288974.tif 000029
そして、数２７の関係式を利用して数２５を整理すると次式が導かれる。
【数２８】
2006288974.tif 000030
図９は、深さｄを変数とした場合の数２８の式を示している。つまり、横軸を対象組織の深さｄとした場合の数２８の式の値が実線で示されている。なお、図９における破線の関数は、変調周波数がｆm1の単一変調周波数の場合、つまり、図１の実施形態の場合におけるｋ（数１４）の絶対値を示している。
【００６４】
数１４を満たす指標値ｋに対応した超音波の組織内波長λ0は次式で与えられる。
【数２９】
2006288974.tif 000031
図１の実施形態においては、ｄが０以上でｃ／４ｆm以下の近距離の場合に有効な深さ測定が可能であった。これを数２９の波長λ0で表現すると、ｄが０以上でλ0／４以下となる。
【００６５】
これに対し、数２８に対応した超音波の組織内波長λ12は次式で与えられる。
【数３０】
2006288974.tif 000032
したがって、組織内波長の比較から、図１の実施形態における測定可能距離と、図７の第二実施形態における測定可能距離の比率は次式のようになる。
【数３１】
2006288974.tif 000033
仮に、第二実施形態におけるｆm1，ｆm2の差をｆm1−ｆm2＝１／１０ｆmとすると、測定可能距離は次式のように５倍に拡大される。
【数３２】
2006288974.tif 000034
このように、二つの変調波周波数ｆm1，ｆm2を利用することにより、測定可能距離を拡大することができる。
【００６６】
図７のドプラ電力検出部４４、指標値演算部４５および距離演算部４８は、上述した計算原理を利用している。つまり、ドプラ電力検出部４４は、周波数スペクトラムに変換された第一復調信号から、複数の第ｎ次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出して、各ドプラ信号の電力値Ｐnm1を検出する。さらに、第二復調信号から、複数の第ｎ´次波成分の各成分ごとに、対象組織に対応したドプラ信号を抽出して、各ドプラ信号の電力値Ｐnm2を検出する。
【００６７】
指標値演算部４５は、数２２を利用して、ドプラ信号の電力値Ｐnm1から指標値ｋm1を算出し、ドプラ信号の電力値Ｐnm2から指標値ｋm2を算出する。そして、距離演算部４８は、数２８を利用して、指標値ｋm1，ｋm2と既知の周波数ｆm1，ｆm2から距離ｄを算出する。
【００６８】
このように、第二実施形態においても距離演算部４８で対象組織の距離（深さ）が算出され、また、図１の実施形態と同様にして速度演算部５０において対象組織の速度が算出される。そして、表示処理部５２は、これら算出された情報に基づいて表示画像を形成して表示部５４へ表示させる。第二実施形態においても、例えば、図４から図６に示される表示画像が形成される。
【００６９】
以上説明したように、本発明の実施形態（第二実施形態を含む）により、連続波を利用して対象組織の位置情報（深さ）と速度情報を同時に得ることができる。対象組織の位置情報を取得する手法としては、超音波パルス方式がよく知られている。
【００７０】
超音波パルスを用いた距離・速度の測定では、ＳＮＲを向上させるためには、超音波パルスの尖頭電力を大きくする必要がある。そして、超音波パルスの尖頭電力を大きくするためには、送信回路系の高耐圧化や送信パルスの受信回路系への漏洩防止対策などの対策が必要になる。また、超音波パルスの尖頭電力を大きくした場合には、ピーク音圧による生体への影響も考慮する必要があるなどの問題もある。
【００７１】
これに対し、本実施形態では、連続波を利用しているため、パルス方式に比べて超音波送信尖頭電力を非常に小さくでき、結果として、パルス方式が抱える上記問題を解決することができる。例えば、本実施形態では、送信回路系において高電圧回路が不要になるため回路構成が簡単となり送信回路の小型化が見込まれる。また、送信回路の低電力化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】復調信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図３】対象組織の深さｄと指標値ｋとの関係を説明するための図である。
【図４】深さ方向の各位置における移動組織の速度をリアルタイム表示した表示例である。
【図５】同じ深さに異なる速度の移動組織が存在する際に好適な表示例である。
【図６】対象組織の断層像と断層像内の各部の速度とを対応付けた表示例である。
【図７】本発明に係る超音波診断装置の第二実施形態を示すブロック図である。
【図８】二種類の変調波の切り替えタイミングを説明するための図である。
【図９】深さｄを変数とした場合の数２８式を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２０  ＦＭ変調器、２２  ＲＦ波発振器、２４  ＦＭ変調波発振器、４０，４２  ＦＦＴ回路、４４  ドプラ電力検出部、４６  ドプラ周波数検出部、４８  距離演算部、５０  速度演算部、５２  表示処理部。
【図１】
2006288974.tif 000035
【図２】
2006288974.tif 000036
【図３】
2006288974.tif 000037
【図４】
2006288974.tif 000038
【図５】
2006288974.tif 000039
【図６】
2006288974.tif 000040
【図７】
2006288974.tif 000041
【図８】
2006288974.tif 000042
【図９】
2006288974.tif 000043