(57)【要約】【課題】受信信号を各基本波に分離し、基本波ごとに相関をとることによって、圧縮性能の向上を図る。【解決手段】複数の基本波ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）の合成波を送信し、送信された超音波の反射波ｒ（ｔ）を受信すると、フーリエ変換２１０により、受信した反射波ｒ（ｔ）を周波数領域の表現Ｒ（ω）とする。周波数領域表現とした反射波Ｒ（ω）に対して、異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比から導きだされるＨ１（ω），Ｈ２（ω）で除算することで、周波数表現の基本波の反射波Ｒ１（ω），Ｒ１（ω）求める。逆フーリエ変換２３２，２３４で、周波数表現の基本波に対応した反射波Ｒ１（ω），Ｒ１（ω）から、基本波の反射波ｒ１（ｔ），ｒ２（ｔ）を求めた後、基本波との相関２４２，２４４により、この基本波の反射波ｒ１（ｔ），ｒ２（ｔ）から、圧縮受信信号ｗ１（ｔ），ｗ２（ｔ）を得る。【選択図】図１
2004147852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基本波を送信し、その反射波を受信し、圧縮して測定を行う超音波測定装置であって、
複数の基本波からなる超音波を送信する超音波送信手段と、
送信された超音波の反射波を受信する超音波受信手段と、
前記受信した反射波を周波数領域での表現とするフーリエ変換手段と、
前記周波数領域表現とした反射波から、異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比を用いて、周波数表現の基本波の反射波を求める分離手段と、
前記周波数表現の基本波に対応した反射波から、基本波の反射波を求める逆フーリエ変換手段と、
前記基本波の反射波から、圧縮受信信号を得る基本波との相関手段と
を備えることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波測定装置において、
前記複数の基本波をｓ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、その周波数領域の表現をＳ（ｊ）（ω）とし、受信した反射波をｒ（ｔ）、その周波数領域の表現をＲ（ω）、周波数領域の基本波の反射波をＲ（ｊ）（ω）としたとき、
前記異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比は、
【数１】
2004147852.tif 000021
であり、
前記分離手段は、Ｈ（ｊ）（ω）＝１＋Ｇ（ｊ）（ω）とすると、
【数２】
2004147852.tif 000022
により行うことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波測定装置において、
前記複数の基本波を初期位相の異なる複数のアップ／ダウンチャープとして階層的に用い、複数のアップチャープ信号をｓｕ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、複数のダウンチャープ信号をｓｄ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、その周波数領域の表現をＳｕ（ｊ）（ω），Ｓｄ（ｊ）（ω）とし、受信した反射波をｒ（ｔ）、その周波数領域の表現をＲ（ω）、周波数領域の基本波の反射波をＲｕ（ｊ）（ω），Ｒｄ（ｊ）（ω）としたとき、
前記異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比は、
【数３】
2004147852.tif 000023
および
【数４】
2004147852.tif 000024
（Ｇｕ，Ｇｄはｊに対して不変）であり、
前記分離手段は、Ｈｕ（ｊ）（ω）＝Ｇｕ（ｊ）（ω）＋１，Ｈｕ（ω）＝Ｇｕ（ω）＋１およびＨｄ（ｊ）（ω）＝Ｇｄ（ｊ）（ω）＋１，Ｈｄ（ω）＝Ｇｄ（ω）＋１とすると、
【数５】
2004147852.tif 000025
により行うことを特徴とする超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて計測を行う分野に関する。
【技術的背景】
超音波を送信し、その反射波を受信することにより、反射した物体の画像を表示することは、例えば、医療の分野でよく行われている。
超音波による画像化手法の１つである、パルス圧縮方式に基づく画像化法では、送信系の物理的条件や、スタンドオフ領域の制限、あるいはドップラ計測の実現などの理由により、時間幅が狭く、かつ情報量の多い送信信号を用いる必要がある。ただし、圧縮性能（圧縮後のパルス幅や、サイドローブレベル、ＳＮ比等）も重視されることから、性能の保証されている基本的な符号化波形を足し合わせて合成送信信号とすることが多い。ダウンチャープ信号とアップチャープ信号を用いたものとして、例えば、特許文献１がある。
【０００２】
さて、合成送信信号が周波数帯域の異なる基本波を足し合わせたものであれば、受信信号を各周波数帯域に基づいて容易に分離できる。しかし、例えば、アップチャープとダウンチャープ、あるいは位相の異なるチャープを足し合わせた合成送信信号を用いる場合は、周波数帯域に基づく受信信号の分離ができない。
この場合の圧縮処理として、合成送信信号が対象物体から反射されて戻ってくる受信信号に対して、合成送信信号による相関計算を行ったのでは、通常、単一の基本波を送信信号として用いたときよりも圧縮性能が劣化する。したがって、各基本波による圧縮処理を行い、得られる複数の圧縮信号に対して適切な処理を施すことによって、圧縮性能の向上を目指すことが考えられる。
【特許文献１】
特開２００２−１３６５２２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、超音波の合成送信信号を送信し、その反射波を受信するパルス圧縮方式の計測器において、受信信号を、各基本波に劣化することなく分離を行うことができるようにして、各基本波ごとの圧縮受信信号を得ることにより、計測精度を高めた計測器を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の基本波を送信し、その反射波を受信し、圧縮して測定を行う超音波測定装置であって、複数の基本波からなる超音波を送信する超音波送信手段と、送信された超音波の反射波を受信する超音波受信手段と、前記受信した反射波を周波数領域での表現とするフーリエ変換手段と、前記周波数領域表現とした反射波から、異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比を用いて、周波数表現の基本波の反射波を求める分離手段と、前記周波数表現の基本波に対応した反射波から、基本波の反射波を求める逆フーリエ変換手段と、前記基本波の反射波から、圧縮受信信号を得る基本波との相関手段とを備えることを特徴とする。
前記複数の基本波をｓ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、その周波数領域の表現をＳ（ｊ）（ω）とし、受信した反射波をｒ（ｔ）、その周波数領域の表現をＲ（ω）、周波数領域の基本波の反射波をＲ（ｊ）（ω）としたとき、
前記異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比は、
【数６】
2004147852.tif 000003
であり、
前記分離手段は、Ｈ（ｊ）（ω）＝１＋Ｇ（ｊ）（ω）とすると、
【数７】
2004147852.tif 000004
により行うことができる。
【０００５】
また、前記複数の基本波を初期位相の異なる複数のアップ／ダウンチャープとして階層的に用い、複数のアップチャープ信号をｓｕ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、複数のダウンチャープ信号をｓｄ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）、その周波数領域の表現をＳｕ（ｊ）（ω），Ｓｄ（ｊ）（ω）とし、受信した反射波をｒ（ｔ）、その周波数領域の表現をＲ（ω）、周波数領域の基本波の反射波をＲｕ（ｊ）（ω），Ｒｄ（ｊ）（ω）としたとき、
前記異なる基本波間の周波数領域のスペクトル比は、
【数８】
2004147852.tif 000005
および
【数９】
2004147852.tif 000006
（Ｇｕ，Ｇｄはｊに対して不変）であり、
前記分離手段は、Ｈｕ（ｊ）（ω）＝Ｇｕ（ｊ）（ω）＋１，Ｈｕ（ω）＝Ｇｕ（ω）＋１およびＨｄ（ｊ）（ω）＝Ｇｄ（ｊ）（ω）＋１，Ｈｄ（ω）＝Ｇｄ（ω）＋１とすると、
【数１０】
2004147852.tif 000007
により行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明では、パルス圧縮方式において、異なる基本波形間の周波数領域における比（スペクトル比）を利用して、周波数帯域による基本波成分の分離が困難な場合に、それを実現する方法を与える。
図１は、本発明の実施形態である超音波測定装置の構成を示すブロック図である。図１は計測器の特に受信部における分離圧縮フィルタ２００を示している。
図１において、今、基本信号発生器１１２，１１４からの２つの基本波ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）を合成器１２０により足し合わせて作成した、合成送信信号ｓ（ｔ）（パルス）を超音波振動子１３０から対象物１４０に対して送信する場合を考える。
【数１１】
2004147852.tif 000008
この関係を、フーリエ変換により周波数領域で表現すると
【数１２】
2004147852.tif 000009
となる。ここで、次の比を計算する。
【数１３】
2004147852.tif 000010
次に、反射体がＮ個存在するときの、式（１）の送信信号に対する反射（受信）信号ｒ（ｔ）を考えると、反射体１４２，１４４，１４６を区別する添字を  ｉとして
【数１４】
2004147852.tif 000011
となる。
【０００７】
図１の分離圧縮フィルタ２００において、受信信号ｒ（ｔ）をフーリエ変換器２１０で、周波数領域における表現にすると、
【数１５】
2004147852.tif 000012
となる。ここで、適当な基本波を用いると、以下の関係と成る。
【数１６】
2004147852.tif 000013
このとき、Ｈ１（ω）＝１＋Ｇ１（ω）とすると、式（５）は、
【数１７】
2004147852.tif 000014
と書ける。この関係から、Ｈ１（ω）が０となるωが測度ゼロの集合であれば、そのようなωでの成分はゼロとおき、それ以外の成分について
【数１８】
2004147852.tif 000015
と、除算器２２２によりＨ１（ω）で除算することで、基本波ｓ１（ｔ）に対応する周波数表現の反射波Ｒ１（ω）を求めることができる。これを逆フーリエ変換器２３２で時間表現のｒ１（ｔ）とし、基本波としてアップ／ダウンチャープ信号を用いた場合等の必要なときに相関器２４２で基本波ｓ１（ｔ）との相関をとると、圧縮受信信号ｗ１（ｔ）となる。
同様にＨ２（ω）を求めることにより、基本波ｓ２（ｔ）に対する圧縮受信信号ｗ２（ｔ）を求めることができる。
【０００８】
上述では、基本波を２つの場合で説明したが、一般的に複数の基本波を用いた場合でも適用することができる。
この場合、複数の基本波をｓ（ｊ）（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）とし、その周波数領域の表現をＳ（ｊ）（ω）とすると、上述の比であるＧ（ｊ）（ω）は、
【数１９】
2004147852.tif 000016
で求めることができる。これにより、Ｈ（ｊ）（ω）＝１＋Ｇ（ｊ）（ω）とすると、
【数２０】
2004147852.tif 000017
により、各基本波の受信信号を上述と同様に求めることができ、各基本波に対応する圧縮受信信号ｒ（ｊ）（ｔ）は、上述と同様に求めることができる。
【０００９】
また、階層的に、初期位相の異なる複数のアップ／ダウンチャープを足し合わせた送信信号を用いた場合でも適用可能である。図２（ａ）にアップチャープ信号、図２（ｂ）にダウンチャープ信号を示す。図２（ａ）に示すように、アップチャープ信号は時間Ｔの間に周波数ｆ１がΔｆ上昇してｆ２となる。図２（ｂ）に示すように、ダウンチャープ信号は時間Ｔの間に周波数ｆ２がΔｆ下降してｆ１となる。
アップとダウンを区別する添字をｕ，ｄ、初期位相を区別する添字をｊ（＝１，２，…，Ｍ）とすると、
【数２１】
2004147852.tif 000018
および
【数２２】
2004147852.tif 000019
（Ｇｕ，Ｇｄはｊに対して不変）から、Ｈｕ（ｊ），ＨｕおよびＨｄ（ｊ），Ｈｄを前述と同様に定義することで、
【数２３】
2004147852.tif 000020
として各成分を分離できる。
【００１０】
【実施例】
図３〜図５に、アップチャープ信号とダウンチャープ信号の２つの基本信号を送信した例を示す。図３は、合成送信信号ｓ（ｔ）（送信周波数１９〜２２ＭＨｚ，パルス幅１００μｓを、媒質内（媒質内音速１５００ｍ／ｓ）に距離をおいて設置している３つの反射体Ａ，Ｂ，Ｃ（反射率はそれぞれ、０．５，０．１，０．５）に対して送信し、各反射体からの反射波ｒ（ｔ）を受けていることを示している。
図４は、受けた反射波を示しており、図５（ａ），図５（ｂ）は、図１に示した構成で、上述のアップチャープ，ダウンチャープ信号の場合のように求めた圧縮受信信号ｗ１（ｔ），ｗ２（ｔ）を示している。図５（ａ），図５（ｂ）に示すように分離されて、圧縮受信信号ｗ１（ｔ），ｗ２（ｔ）が求められる。図５から分かるように、圧縮受信信号ｗ１（ｔ），ｗ２（ｔ）には、各反射体Ａ，Ｂ，Ｃからの反射が同じように明確に認められる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の分離圧縮フィルタの構成を用いることにより、周波数の重なった送信チャープ信号でも、明確に分離することができ、複数の送信信号を用いることにより、得られる情報量を増加させることで、Ｓ／Ｎ比を増加することができる。したがって、例えば、超音波の反射により画像を生成する場合でも、明瞭な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である超音波測定器の構成を示すブロック図である。
【図２】アップチャープ波、ダウンチャープ波を示す図である。
【図３】実施例における反射体等を示す図である。
【図４】実施例における反射波（受信波）を示す図である。
【図５】実施例における圧縮受信波を示す図である。
【符号の説明】
１１２，１１４  基本信号発生器
１２０  合成器
１３０  超音波振動子（超音波送受信器）
１４０  反射体（測定対象）
２００  分離圧縮フィルタ
２１０  フーリエ変換器
２２２，２２４  除算器
２３２，２３４  逆フーリエ変換器
２４２，２４４  相関器
【図１】
2004147852.tif 000026
【図２】
2004147852.tif 000027
【図３】
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【図４】
2004147852.tif 000029
【図５】
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