(57)【要約】【課題】簡単な構成で２次高調波成分を抽出し、２次高調波成分によるＢモード像を得る。【解決手段】駆動信号及びエコー信号を送受する送受切換器１０と非線形歪みが発生する音圧の超音波を発生させる第１の駆動信号を送信するモノポーラ型パルサ１３と、非線形歪みが発生しない音圧の超音波を発生させる第２の駆動信号を送信するモノポーラ型パルサ１４と、第１の駆動信号によるエコー信号を記憶する第１のメモリ１９と、第２の駆動信号によるエコー信号のゲインを調整するゲイン調整器２０と、ゲイン調整器２０でゲイン調整されたエコー信号を記憶する第２のメモリ２１と、第１のメモリ１９及び第２のメモリ２１に記憶されたエコー信号との差信号を形成する差信号形成器２２を有して構成される。【選択図】　図２
2004057702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子に駆動信号を送信すると共に前記超音波振動子からのエコー信号を受信する送受信部と、
前記送受信部からの出力信号に基づきＢモード像を生成する画像生成部と
を備え、
前記送受信部は、
第１の音圧の超音波を発生させる第１の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第１のモノポーラ型のパルサと、
前記第１の音圧と異なる第２の音圧の超音波を発生させる第２の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第２のモノポーラ型のパルサと、
前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号による異なる音圧の２種類の超音波の前記エコー信号をそれぞれ受信する受信部と、
前記受信部で受信した２つの前記エコー信号について送波音圧の相違に応じてゲインを調整するゲイン調整器と、
前記ゲイン調整器により調整済みの２つの前記エコー信号の差信号を形成し該差信号を前記出力信号として前記画像生成部に出力する差信号形成部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１の音圧の超音波は、非線形歪みを有する前記エコー信号を発生させる音圧の超音波であって、
前記第２の音圧の超音波は、非線形歪みを有しない前記エコー信号を発生させる音圧の超音波である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
被検体に対して超音波を送受波する超音波振動子に駆動信号を送信すると共に前記超音波振動子からのエコー信号を受信する超音波送受信回路において
第１の音圧の超音波を発生させる第１の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第１のモノポーラ型のパルサと、
前記第１の音圧と異なる第２の音圧の超音波を発生させる第２の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第２のモノポーラ型のパルサと、
前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号による異なる音圧の２種類の超音波の前記エコー信号をそれぞれ受信する受信部と、
前記受信部で受信した２つの前記エコー信号について送波音圧の相違に応じてゲインを調整するゲイン調整器と、
前記ゲイン調整器により調整済みの２つの前記エコー信号の差信号を形成する差信号形成部と
を備えたことを特徴とする超音波送受信回路。
【請求項４】
前記第１の音圧の超音波は、非線形歪みを有する前記エコー信号を発生させる音圧の超音波であって、
前記第２の音圧の超音波は、非線形歪みを有しない前記エコー信号を発生させる音圧の超音波である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波送受信回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波の伝搬にともなう非線形歪みを利用する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハーモニックイメージング機能を備えた超音波診断装置、すなわち超音波の非線形伝搬歪みにより発生した高調波、特に２次高調波を利用してＢモード像を表示する超音波診断装置が知られている。
【０００３】
２次高調波による超音波画像を得る方法の一つに、パルスインバージョン法と呼ばれる方法（米国特許５７０６８１９）がある。
【０００４】
この方法は位相を反転させた２つの超音波を、時間をずらして生体に向け送信する。そして、それらの反射波の受信信号を加算することで基本波成分を相殺するとともに高調波成分を抽出しＢモード像を得るというものである。
【０００５】
この方法を図８および、図９をもとにさらに詳細に説明する。図８に示す超音波診断装置は、パルス発生回路１０１と、制御回路１０２と、探触子１０３と、受信回路１０４と、検波器１０６と、走査変換器１０７と、表示部１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０９と、メモリ１１０と、加算器１１１とを備えている。図９は図８のパルス発生回路１０１の内部構成およびその動作を示したもので、パルス発生回路１０１はＦＥＴスイッチ１１２、１１３を備えている。
【０００６】
次に従来例の動作を説明する。制御回路１０２の制御信号に従って、パルス発生回路１０１より、電気パルスが発生し、探触子１０３において超音波パルスに変換され、図示されない体内に送信される。体内においては、非線形伝搬により、エネルギの一部が高調波に変換される。これら、基本波と高調波の混合したエコー信号を探触子１０３において電気信号に変換し、受信回路１０４で適当な振幅に整える。
【０００７】
従来例のシーケンスは、送受信２回を一組として行なわれる。制御回路１０２は、パルス発生回路１０１に制御信号を送るが、１回目の送信では、図９（ａ）のパルス発生回路１０１のＦＥＴスイッチ１１２がＦＥＴスイッチ１１３よりも先にＯＮし、そのタイミングは図９（ｂ）のようになる。
【０００８】
受信回路１０４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１０９においてディジタル信号に変換され、メモリ１１０に格納される。次に２回目の送受信が行なわれるが、２回目の送信では、図９（ｃ）のようなタイミングでＦＥＴスイッチ１１３はＦＥＴスイッチ１１２よりも先にＯＮする。この結果、２回目の送信パルスは１回目と逆相になる。
【０００９】
以上のような２回の送受信において得られたエコー信号を加算器１１１により加算すると、基本波成分は相殺されて消失し、２次の高調波のみが残る。
【００１０】
本従来例ではこのような方法により高調波を抽出する。この抽出した高調波成分を検波器１０６において検波し、走査変換器１０７を介して表示部１０８に表示する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルスインバージョン法においてはバイポーラ型パルサが必須となり、装置構成が複雑となるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で２次高調波成分を抽出し、２次高調波成分によるＢモード像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子に駆動信号を送信すると共に前記超音波振動子からのエコー信号を受信する送受信部と、前記送受信部からの出力信号に基づきＢモード像を生成する画像生成部とを備え、前記送受信部は、第１の音圧の超音波を発生させる第１の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第１のモノポーラ型のパルサと、前記第１の音圧と異なる第２の音圧の超音波を発生させる第２の駆動信号を前記超音波振動子に送信する第２のモノポーラ型のパルサと、前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号による異なる音圧の２種類の超音波の前記エコー信号をそれぞれ受信する受信部と、前記受信部で受信した２つの前記エコー信号について送波音圧の相違に応じてゲインを調整するゲイン調整器と、前記ゲイン調整器により調整済みの２つの前記エコー信号の差信号を形成し該差信号を前記出力信号として前記画像生成部に出力する差信号形成部とを備えて構成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１５】
図１ないし図７は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波診断装置の構成を示す構成図、図２は図１の送受信部の構成を示す構成図、図３は図１の超音波振動子が出射する超音波の音圧とエコー信号の第２高調波の関係を説明するグラフ、図４は図１の送受波方向制御部の作用を説明する図、図５は図２の第１のモノポーラ型パルサの駆動信号による超音波のエコー信号の波形を示す図、図６は図２の第２のモノポーラ型パルサの駆動信号による超音波のエコー信号の波形を示す図、図７は図２の差信号形成器の作用を説明する波形図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態の超音波診断装置１は、体腔内に挿入する内視鏡２と、内視鏡２の先端に設けられ超音波を送受波する超音波振動子３と、超音波振動子３が出射する超音波の送受波の方向を制御する送受波方向制御部４と、超音波振動子３に駆動信号を送信すると共に前記超音波振動子からのエコー信号を受信する送受信部５と、前記送受信部からの出力信号に基づきＢモード像を生成し表示部６にＢモード像を表示させる画像生成部７と、各部を制御する制御部８とを備えて構成される。
【００１７】
送受信部５は、図２に示すように、駆動信号及びエコー信号を送受する送受切換器１０と、送波タイミング信号を周期的に発生する送波タイミング発生部１１と、切り換えスイッチ１２を介して前記送波タイミング信号を入力し非線形歪みが発生する音圧の超音波を発生させる第１の駆動信号を送受切換器１０に送信する第１のモノポーラ型パルサ１３と、切り換えスイッチ１２を介して非線形歪みが発生しない音圧の超音波を発生させる第２の駆動信号を送受切換器１０に送信する第２のモノポーラ型パルサ１４と、送受切換器１０が受信した第１の駆動信号及び第２の駆動信号による異なる音圧の２種類の超音波のエコー信号を増幅する受信アンプ１６と、受信アンプ１６を介したしたエコー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１７と、切り換えスイッチ１８を介してＡ／Ｄ変換器１７によりデジタル化された第１の駆動信号によるエコー信号を記憶する第１のメモリ１９と、切り換えスイッチ１８を介してＡ／Ｄ変換器１７によりデジタル化された第２の駆動信号によるエコー信号のゲインを調整するゲイン調整器２０と、ゲイン調整器２０でゲイン調整されたエコー信号を記憶する第２のメモリ２１と、第１のメモリ１９に記憶されたエコー信号と第２のメモリ２１に記憶されたエコー信号との差信号を形成し出力信号として画像生成部７に出力する差信号形成器２２を有して構成される。
【００１８】
次に、このように構成された本実施の形態の超音波診断装置１の作用につて説明する。
【００１９】
（送波時）
送波タイミング発生部１１は、送波タイミング信号を周期的に発生し、切り換えスイッチ１２に送る。送波タイミング信号は切り換えスイッチ１２によって第１のモノポーラ型パルサ１３又は第２のモノポーラ型パルサ１４に入力される。
【００２０】
切り換えスイッチ１２は制御部８によって制御され、送波タイミング信号の１周期ごとに、第１のモノポーラ型パルサ１３側と第２のモノポーラ型パルサ１４側に交互に切り替わる。
【００２１】
送波タイミング信号が入力された第１のモノポーラ型パルサ１３又は第２のモノポーラ型パルサ１４は、入力信号を増幅して送受切換器１０に出力する。
【００２２】
第１のモノポーラ型パルサ１３の増幅率は第２のモノポーラ型パルサ１４の増幅率より大きくなっている。よって、第１のモノポーラ型パルサ１３の駆動信号は第２のモノポーラ型パルサ１４の駆動信号よりも大きい。
【００２３】
送受切換器１０は、超音波振動子を駆動する駆動信号を超音波振動子３に出力するが、超音波振動子３が発生する超音波の音圧は、第１のモノポーラ型パルサ１３の駆動信号で駆動されたときのほうが、第２のモノポーラ型パルサ１４の駆動信号で駆動されたときよりも高くなる。
【００２４】
生体の内部における超音波伝搬の非線形性により、超音波の音圧がある値を超えると、超音波の伝搬の過程で波形に歪みを生じ、それにともなって２次高調波成分が発生する。
【００２５】
音圧と２次高調波含有率の間には、図３に概念的に示すような関係があり、音圧が所定値Ｐｘを超えると２次高調波含有率が急増し、所定値Ｐｘを超えない範囲においては２次高調波成分は無視できる程度となる。図３において、横軸は音圧を、そして縦軸は２次高調波の割合を示す。
【００２６】
そこで、第１のモノポーラ型パルサ１３の駆動信号は音圧Ｐｘを超える超音波を発生させる振幅Ｐａを有する駆動信号とし、第２のモノポーラ型パルサ１４の出力信号は音圧Ｐｘを超えない超音波を発生させる振幅Ｐｂを有する駆動信号とする。
【００２７】
ここで、一般的にＫＺＫ方程式と呼ばれる、媒質の非線形性を考慮した波動方程式を解くことで振動子の焦点近傍における所定値Ｐｘを求めると、例えばＰｘ＝１０４（パスカル）となる。
【００２８】
そして、例えば超音波振動子３を直径：６ｍｍ、曲率半径：３０ｍｍ、周波数：７．５ＭＨｚとしたとき、例えば振幅Ｐａは８×１０４（パスカル）程度の音圧を発生させる振幅を、そして例えば振幅Ｐｂは８×１０３（パスカル）程度の音圧を発生させる振幅とする。
【００２９】
また、送受波方向制御部４は、送波タイミング信号の２周期ごとに送波方向を変更する。すなわち、引き続く２周期間は同一の送波方向を保つ。
【００３０】
超音波の送波は、送波タイミング発生部１１が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。送波タイミングの２周期ごとに、送受波方向制御部によって音線の方向が所定量ずつ変更される。本実施の形態での所定量は図４に示すように角度θである。
【００３１】
上記により、同一の音線につき２回ずつ超音波の送受信を行う。すなわち、１回目は第１のモノポーラ型パルサ１３の駆動信号によって高い音圧の超音波の送波とそのエコー受信を行い、２回目は第２のモノポーラ型パルサ１４の駆動信号による低い音圧の超音波の送波とそのエコー受信を行う。
【００３２】
（受波時）
送受切換器１０は、超音波振動子３が受波したエコー信号を受信アンプ１６に出力する。受信アンプ１６の出力信号すなわち１音線分のエコー信号はＡ／Ｄ変換器１７でデジタル化され、切り換えスイッチ１８を通じて第１のメモリ１９側または第２のメモリ２１側に入力される。
【００３３】
第１のモノポーラ型パルサ１３の駆動信号による１回目の超音波の送受信で得たエコー信号は、図５に示すように基本波成分と２次高調波成分を含み、第２のモノポーラ型パルサ１４の駆動信号による２回目の超音波の送受信で得たエコー信号は、図５に示すように基本波成分のみであり２次高調波成分を含まない。
【００３４】
本実施の形態においては、第２のメモリ２１の前段にゲイン調整器２０を設けられており、基本波エコー信号のレベルを１回目と２回目で同じになるように調整している。この場合、ゲイン調整器２０のゲインは、例えば第１のモノポーラ型パルサ１３、第２のモノポーラ型パルサ１４の駆動信号の振幅比相当にしている。
【００３５】
切り換えスイッチ１８は制御部８によって制御され、送波タイミングの１周期ごとに、第１のメモリ１９側と第２のメモリ２１側に交互に切り替わる。これによって１音線分のエコー信号が交互に記憶される。
【００３６】
第１のメモリ１９、第２のメモリ２１に記憶されたエコー信号は、制御部８による制御下で読み出され、差信号形成器２２で両者の差が求められる。
【００３７】
すなわち、第１のメモリ１９、第２のメモリ２１にそれぞれ記憶したこれらのエコー信号について、差信号形成器２２で両者の差を求めることにより、図７に示すように、両者に共通に含まれる基本波成分を相殺して２次高調波成分を得ることができる。
【００３８】
差信号形成器２２は画像生成部７に接続され、差信号形成器２２から出力される音線ごとの２次高調波受信信号は、画像生成部７に出力される。画像生成部７では入力された２次高調波受信信号によりＢモード画像データを形成し、表示部６にＢモード画像データを出力することで、Ｂモード画像を表示部５に表示させる。
【００３９】
なお、画像生成部７は、図示しない対数増幅器と包結線検波器を備えており、対数増幅器でエコー受信信号を対数増幅し、包絡綿検波器で包結綿検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号を得て、この信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値としてＢモード画像信号を形成する。
【００４０】
このように本実施の形態の超音波診断装置１では、非線形歪みを発生する音圧の超音波に対するエコー信号と、非線形歪みを起こさない音圧の超音波に対するエコー信号との差を求めるので、両者に共通に含まれる基本波成分を相殺して２次高調波成分のみを抽出できる。そして抽出した２次高調波成分によるＢモード像を得ることができる。
【００４１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で２次高調波成分を抽出し、２次高調波成分によるＢモード像を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図
【図２】図１の送受信部の構成を示す構成図
【図３】図１の超音波振動子が出射する超音波の音圧とエコー信号の第２高調波の関係を説明するグラフ
【図４】図１の送受波方向制御部の作用を説明する図
【図５】図２の第１のモノポーラ型パルサの駆動信号による超音波のエコー信号の波形を示す図
【図６】図２の第２のモノポーラ型パルサの駆動信号による超音波のエコー信号の波形を示す図
【図７】図２の差信号形成器の作用を説明する波形図
【図８】従来の超音波診断装置の構成を示す構成図
【図９】図８のパルス発生回路の動作を説明する説明図
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…内視鏡
３…超音波振動子
４…送受波方向制御部
５…送受信部
６…表示部
７…画像生成部
８…制御部
１０…送受切換器
１１…送波タイミング発生部
１２，１８…切り換えスイッチ
１３…第１のモノポーラ型パルサ
１４…第２のモノポーラ型パルサ
１６…受信アンプ
１７…Ａ／Ｄ変換器
１９…第１のメモリ
２０…ゲイン調整器
２１…第２のメモリ
２２…差信号形成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004057702.tif 000009
【図８】
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【図９】
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