(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡ，Ｂを高速フーリエ変換して直流を中心とする正負対称な周波数スペクトラムａ，ｂを得、前記周波数スペクトラムａの中心を直流からキャリア周波数ｆａにずらして周波数スペクトラムａ’を得、、前記周波数スペクトラムｂの中心を直流から前記キャリア周波数ｆａと１周波数刻み分だけ異なるキャリア周波数ｆｂにずらして周波数スペクトラムｂ’を得、前記周波数スペクトラムａ’，ｂ’の周波数刻みを半分にするように各スペクトルの間に１つずつゼロを挟み込んで周波数スペクトラムａ”，ｂ”を得、前記周波数スペクトラムａ”，ｂ”を合成して周波数スペクトラムｃを得、前記周波数スペクトラムｃを逆フーリエ変換して送信パルス信号Ｃを得ることを特徴とする送信パルス信号生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を送信することを特徴とする送信方法。
【請求項３】
請求項１に記載の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号に由来する受信信号γを受信し、前記受信信号γを高速フーリエ変換して周波数スペクトラムｒを得、前記周波数スペクトラムｒの奇数番目スペクトルから周波数スペクトラムｓを得、前記周波数スペクトラムｒの偶数番目スペクトルから周波数スペクトラムｔを得、前記周波数スペクトラムｓを逆フーリエ変換して受信信号αを得、前記周波数スペクトラムｔを逆フーリエ変換して受信信号βを得、一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡと前記受信信号αのコンボリューション積分を行い、ゴーレイコードＢと前記受信信号βのコンボリューション積分を行い、両コンボリューション積分の結果を足し合わせて受信データＺを得ることを特徴とする受信信号処理方法。
【請求項４】
超音波探触子と、請求項１に記載の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を前記超音波探触子より送信する送信部と、前記送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号に由来するエコー信号を前記超音波探触子で受信し受信信号γを出力する受信部と、前記受信信号γを高速フーリエ変換して周波数スペクトラムｒを得、前記周波数スペクトラムｒの奇数番目スペクトルから周波数スペクトラムｓを得、前記周波数スペクトラムｒの偶数番目スペクトルから周波数スペクトラムｔを得、前記周波数スペクトラムｓを逆フーリエ変換して受信信号αを得、前記周波数スペクトラムｔを逆フーリエ変換して受信信号βを得、一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡと前記受信信号αのコンボリューション積分を行い、ゴーレイコードＢと前記受信信号βのコンボリューション積分を行い、両コンボリューション積分の結果を足し合わせて受信データＺを得る信号処理部と、前記受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記超音波画像を表示する超音波画像表示手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信パルス信号生成方法、送信方法、受信信号処理方法および超音波診断装置に関し、さらに詳しくは、一対のゴーレイコード（Golay Code）を実質的に同時に送信できる送信パルス信号を生成する送信パルス信号生成方法、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信方法、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号に由来する受信信号を受信して処理するための受信信号処理方法、および、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号を送信すると共にそれに由来する受信信号を受信して処理する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の超音波診断装置５００の一例を示す構成図である。
この超音波診断装置５００は、超音波探触子１と、その超音波探触子１を駆動して送信パルス信号を被検体内へ送信する送信部２と、その送信部２を制御するスキャンコントローラ５３と、前記超音波探触子１で超音波エコーを受信し受信信号を出力する受信部４と、受信信号を処理して受信データを生成する信号処理部５５と、前記受信データから超音波画像を生成するスキャンコンバータ６と、前記超音波画像を表示するディスプレイ７とを具備して構成されている。
【０００３】
上記従来の超音波診断装置５００でゴーレイコード励起法（Golay Coded Excitation）を実施する場合は次のように行っている。
（１）一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡで搬送波を位相変調して送信パルス信号Ａを生成し、ゴーレイコードＢで搬送波を位相変調して送信パルス信号Ｂを生成する。なお、一対のゴーレイコードの例は多数知られている。図１５に、ゴーレイコードＡ，Ｂを模式的に示す。
（２）スキャンコントローラ５３，送信部２および超音波探触子１は、図１６に示すように、まず送信パルス信号Ａを送信し、インターバルＰをおいて、次に送信パルス信号Ｂを送信する。
（３）超音波探触子１および受信部４は、送信パルス信号Ａ，Ｂに由来するエコー信号を受信し、図１７に示すように、送信パルス信号Ａに対応する受信信号αおよび送信パルス信号Ｂに対応する受信信号βを出力する。
（４）信号処理部５５は、図１８に示すように、ゴーレイコードＡと受信信号αのコンボリューション積分を行い、ゴーレイコードＢと受信信号βのコンボリューション積分を行い、それぞれの結果を足し合わせて受信データＺを生成する。
（５）スキャンコンバータ６は、前記受信データＺから超音波画像を生成する。
（６）ディスプレイ７は、前記超音波画像を表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の超音波診断装置５００では、一対のゴーレイコードを利用することにより、サイドローブを消去している。
しかし、送信パルス信号Ａ，Ｂの送信時刻にずれがあるため、ドプラシフト（doppler shift），シンチレーション（scintillation），ドループ（droop）の影響に非常に弱い問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号を生成する送信パルス信号生成方法、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信方法、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号に由来する受信信号を受信して処理するための受信信号処理方法、および、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号を送信すると共にそれに由来する受信信号を受信して処理する超音波診断装置を提供ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡ，Ｂを高速フーリエ変換して直流を中心とする正負対称な周波数スペクトラムａ，ｂを得、前記周波数スペクトラムａの中心を直流からキャリア周波数ｆａにずらして周波数スペクトラムａ’を得、、前記周波数スペクトラムｂの中心を直流から前記キャリア周波数ｆａと１周波数刻み分だけ異なるキャリア周波数ｆｂにずらして周波数スペクトラムｂ’を得、前記周波数スペクトラムａ’，ｂ’の周波数刻みを半分にするように各スペクトルの間に１つずつゼロを挟み込んで周波数スペクトラムａ”，ｂ”を得、前記周波数スペクトラムａ”，ｂ”を合成して周波数スペクトラムｃを得、前記周波数スペクトラムｃを逆フーリエ変換して送信パルス信号Ｃを得ることを特徴とする送信パルス信号生成方法を提供する。
上記第１の観点による送信パルス信号生成方法では、一対のゴーレイコードＡ，Ｂを周波数領域で入れ子にしてから時間領域に戻して１つの送信パルス信号Ｃとしているため、この送信パルス信号Ｃを利用すれば、一対のゴーレイコードＡ，Ｂを実質的に同時に送信できる。よって、ドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響が一対のゴーレイコードＡ，Ｂに対して実質的に同一になるように出来る（ドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響が一対のゴーレイコードＡ，Ｂに対して実質的に同一なら、受信処理でキャンセルすることが出来る）。
【０００７】
なお、ゴーレイコードＡ，Ｂ間のキャリヤ周波数ｆａ，ｆｂの違い、つまり、ゼロパッド後の周波数刻みが、ゴーレイコード全体の占有する周波数帯域幅から見てなるべく小さい方がよい（例えば数十分の１以下）から、ゴーレイコード長として６４以上とすることが好ましい。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、上記構成の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を送信することを特徴とする送信方法を提供する。
上記第２の観点による送信方法では、上記第１の観点による送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を送信するため、ドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響が一対のゴーレイコードＡ，Ｂに対して実質的に同一になるように出来る（ドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響が一対のゴーレイコードＡ，Ｂに対して実質的に同一なら、受信処理でキャンセルすることが出来る）。
なお、上記第１の観点による送信パルス信号Ｃと等価な送信パルス信号は、例えば次のようにして生成できる。
一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡでキャリア周波数ｆａを位相変調し、位相変調した結果を高速フーリエ変換して周波数ｆａを中心とする周波数スペクトラムａ’を得、ゴーレイコードＢで前記キャリア周波数ｆａと１周波数刻み分だけ異なるキャリア周波数ｆｂを位相変調し、位相変調した結果を高速フーリエ変換して周波数ｆｂを中心とする周波数スペクトラムｂ’を得、前記周波数スペクトラムａ’，ｂ’の周波数刻みを半分にするように各スペクトルの間に１つずつゼロを挟み込んで周波数スペクトラムａ”，ｂ”を得、前記周波数スペクトラムａ”，ｂ”を合成して周波数スペクトラムｃを得、前記周波数スペクトラムｃを逆フーリエ変換して送信パルス信号Ｃを得る。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、上記構成の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号に由来する受信信号γを受信し、前記受信信号γを高速フーリエ変換して周波数スペクトラムｒを得、前記周波数スペクトラムｒの奇数番目スペクトルから周波数スペクトラムｓを得、前記周波数スペクトラムｒの偶数番目スペクトルから周波数スペクトラムｔを得、前記周波数スペクトラムｓを逆フーリエ変換して受信信号αを得、前記周波数スペクトラムｔを逆フーリエ変換して受信信号βを得、一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡと前記受信信号αのコンボリューション積分を行い、ゴーレイコードＢと前記受信信号βのコンボリューション積分を行い、両コンボリューション積分の結果を足し合わせて受信データＺを得ることを特徴とする受信信号処理方法を提供する。
上記第３の観点による受信信号処理方法では、一対のゴーレイコードＡ，Ｂを実質的に同時に送信する送信パルス信号に由来する受信信号γを周波数領域でゴーレイコードＡ，Ｂのそれぞれに対応する周波数スペクトラムに分離し、それらを時間領域に戻してゴーレイコードＡ，Ｂのそれぞれに対応する受信信号α，βを得ているため、その後は従来と同じ処理により受信データＺを得ることが出来、サイドローブを打ち消すことが出来る。そして、受信信号α，βに対するドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響は実質的に同一になるため、影響をキャンセルすることが出来る。
【００１０】
第４の観点では、本発明は、超音波探触子と、上記第１の観点の送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を前記超音波探触子より送信する送信部と、前記送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号に由来するエコー信号を前記超音波探触子で受信し受信信号γを出力する受信部と、前記受信信号γを高速フーリエ変換して周波数スペクトラムｒを得、前記周波数スペクトラムｒの奇数番目スペクトルから周波数スペクトラムｓを得、前記周波数スペクトラムｒの偶数番目スペクトルから周波数スペクトラムｔを得、前記周波数スペクトラムｓを逆フーリエ変換して受信信号αを得、前記周波数スペクトラムｔを逆フーリエ変換して受信信号βを得、一対のゴーレイコードをゴーレイコードＡ，Ｂとするとき、ゴーレイコードＡと前記受信信号αのコンボリューション積分を行い、ゴーレイコードＢと前記受信信号βのコンボリューション積分を行い、両コンボリューション積分の結果を足し合わせて受信データＺを得る信号処理部と、前記受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記超音波画像を表示する超音波画像表示手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第４の観点による超音波診断装置では、上記第２の観点による送信方法および上記第３の観点による受信信号処理方法を好適に実施できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置を示す構成図である。
この超音波診断装置１００は、超音波探触子１と、その超音波探触子１を駆動して送信パルス信号を被検体内へ送信する送信部２と、その送信部２を制御するスキャンコントローラ３と、前記超音波探触子１で超音波エコーを受信し受信信号を出力する受信部４と、受信信号を処理して受信データを生成する信号処理部５と、前記受信データから超音波画像を生成するスキャンコンバータ６と、前記超音波画像を表示するディスプレイ７とを具備して構成されている。
【００１３】
図２は、上記超音波診断装置１００で利用する送信パルス信号Ｃを生成するための送信パルス信号生成処理のフロー図である。
この送信パルス信号生成処理は、任意の計算機（例えばワークステーションであってもよいし、超音波診断装置１００自身であってもよい）で実行される。生成された送信パルス信号Ｃは、スキャンコントローラ３に記憶される。
【００１４】
ステップＳ１では、公知の一対のゴーレイコードの中から好きなゴーレイコードＡ，Ｂを選び、そのゴーレイコードＡ，Ｂを＋１と−１の列として定義する。
後述する“入れ子にする”段階でゴーレイコードＡ，Ｂ間の特性の違いが出てくるのを抑えるため、＋１および−１の数（以下、ビン数という）が６４以上の長さのゴーレイコードを選ぶのが好ましい。
図３に、ゴーレイコードＡ，ゴーレイコードＢを模式的に示す。
Ｔは、ゴーレイコードＡ，Ｂの長さである。
【００１５】
ステップＳ２では、ゴーレイコードＡ，Ｂを高速フーリエ変換で周波数ドメインに移す。なお、ゴーレイコードＡ，Ｂのビン数よりも十分多い点数（例えば４倍以上）の高速フーリエ変換を使う。この結果、直流を中心に正負対称な周波数スペクトラムａ，ｂが得られる。
図４に、周波数スペクトラムａ，周波数スペクトラムｂを模式的に示す。
【００１６】
ステップＳ３では、周波数スペクトラムａ，ｂの中心を直流から周波数ｆａ，ｆｂにそれぞれシフトし、周波数スペクトラムａ’，ｂ’とする。これは、ゴーレイコードＡ，Ｂで周波数ｆａ，ｆｂの搬送波を変調したことと等価である。なお、周波数ｆａ，ｆｂの一方を他方に対して１周波数刻みだけずらしておく。
図５に、周波数スペクトラムａ’，周波数スペクトラムｂ’を模式的に示す。
【００１７】
ステップＳ４では、周波数スペクトラムａ’，ｂ’の周波数刻みを半分にするように、各スペクトルの間に１つずつゼロを挟み込み（ゼロパッドという）、周波数スペクトルａ”，ｂ”とする。これは、時間軸上でゴーレイコードＡ，Ｂの全長を２倍に伸ばしたことに相当する。周波数ｆａ，ｆｂの一方を他方に対して１周波数刻みだけずらしておいたため、元々のスペクトルとゼロパッドされたゼロとが、周波数スペクトルａ”，ｂ”で、入れ子（ないし互い違い）になる。
図６に、周波数スペクトラムａ”，周波数スペクトラムｂ”を模式的に示す。
【００１８】
ステップＳ５では、周波数スペクトラムａ”，ｂ”を足し合わせて、周波数スペクトラムｃを得る。この周波数スペクトラムｃのスペクトルの偶数番目がゴーレイコードＡ由来ならば、奇数番目はゴーレイコードＢ由来ということになる。
図７に、周波数スペクトラムｃを模式的に示す。
【００１９】
なお、“変調されている”という主旨を生かすように、帯域制限、特に直流近くの低域や折り返しを生じそうな高域は取り除く（処理の結果取り除かれる場合もある）。また、各ビンの位相を意図的に一定のパターンで修正する（ひねる）ことも好ましい。そうすることで、下記の時間軸波形の自由度を増やすことが出来る。一種の暗号化である。
【００２０】
ステップＳ６では、周波数スペクトラムｃを逆フーリエ変換して時間軸領域に戻し、送信パルス信号Ｃを生成する。
図８に、送信パルス信号Ｃを模式的に示す。
この送信パルス信号Ｃを、観測系，通信系，記憶系を通すように送受信することで、ゴーレイコードＡ，Ｂを実質的に同時に送受信することと等価となる。
【００２１】
送信パルス信号Ｃは、元のゴーレイコードＡ，Ｂの倍の長さとなる（各ビンが半分に帯域制限されているので）。また、全体としては一種の周波数ドメイン直交マルチキャリヤシステム（ＯＦＤＭ）となっているが、系がリニヤである限り、ビン間の干渉は生じない。また、時間軸上でアポダイゼーションを行って、ビン同志のサイドローブ干渉を抑えることも好ましい。
【００２２】
上記超音波診断装置１００では、上記送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号をスキャンコントローラ３が記憶し、必要時に送信部２に伝える。
送信部２は、上記送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号を超音波探触子１より送信する。
受信部３は、超音波探触子１より上記送信パルス信号Ｃまたはそれと等価な送信パルス信号に由来するエコー信号を受信し、受信信号γを受信する。この時、伝搬遅延やエコー源が多数あっても、系がリニヤである限り、それらの成分間の、具体的にはエコー源間の干渉は生じない。
図９に、受信信号γを模式的に示す。
【００２３】
図１０は、上記超音波診断装置１００の信号処理部５で実行される受信信号処理のフロー図である。
【００２４】
ステップＲ１では、受信信号γを高速フーリエ変換して周波数スペクトラムｒを得る。
図１１に、周波数スペクトラムｒを模式的に示す。
【００２５】
ステップＲ２では、周波数スペクトラムｒの奇数番目スペクトルから周波数スペクトラムｓを得る。また、周波数スペクトラムｒの偶数番目スペクトルから周波数スペクトラムｔを得る。
図１２に、周波数スペクトラムｓ，周波数スペクトラムｔを模式的に示す。
【００２６】
ステップＲ３では、周波数スペクトラムｓを逆フーリエ変換して受信信号αを得る。また、周波数スペクトラムｔを逆フーリエ変換して受信信号βを得る。
図１３に、受信信号α，受信信号βを模式的に示す。
【００２７】
ステップＲ４では、ゴーレイコードＡと受信信号αの相関をとり（コンボリューション積分を行い）、ゴーレイコードＢと受信信号βの相関をとり（コンボリューション積分を行い）、結果を足し合わせて受信データＺを生成する。
【００２８】
なお、相関をとるのは、周波数領域での各々のスペクトル同志の乗算を意味し、更に具体的には、係数掛けと位相回転で行うことができるから、スペクトルの偶数奇数の並べ直しは、作業の手順上の問題であり、実質上の意味を持たない。
【００２９】
スキャンコンバータ６は、前記受信データＺから超音波画像を生成する。
また、ディスプレイ７は、前記超音波画像を表示する。
【００３０】
以上の超音波診断装置１００によれば、ゴーレイコードＡ，Ｂを用いるため、サイドローブを消去できる。そして、ゴーレイコードＡ，Ｂを実質的に同時に送信できるため、ドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響が一対のゴーレイコードＡ，Ｂに対して実質的に同一になり、その影響をキャンセルすることが出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の送信パルス信号生成方法によれば、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる送信パルス信号を生成することが出来る。
本発明の送信方法によれば、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信できる。
本発明の受信信号処理方法によれば、一対のゴーレイコードを実質的に同時に送信する送信パルス信号に由来する受信信号から受信データを得ることが出来る。
本発明の超音波診断装置によれば、超音波ビームのサイドローブを消去できると共にドプラシフト，シンチレーション，ドループの影響をキャンセルすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる超音波診断装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる送信パルス信号生成処理を示すフロー図である。
【図３】一対のゴーレイコードの模式図である。
【図４】一対のゴーレイコードから得た周波数スペクトラムの模式図である。
【図５】ある周波数にシフトした周波数スペクトラムの模式図である。
【図６】ゼロパッドした周波数スペクトラムの模式図である。
【図７】合成した周波数スペクトラムの模式図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる送信パルス信号の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる送信パルス信号に由来する受信信号の模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる受信信号処理を示すフロー図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる送信パルス信号に由来する受信信号から得た周波数スペクトラムの模式図である。
【図１２】図１１の周波数スペクトラムから分離した周波数スペクトラムの模式図である。
【図１３】図１２の周波数スペクトラムから得た受信信号の模式図である。
【図１４】従来の超音波診断装置の一例を示す構成図である。
【図１５】一対のゴーレイコードの模式図である。
【図１６】従来の超音波診断装置で送信する送信パルス信号を示す構成図である。
【図１７】従来の超音波診断装置で生成される受信信号を示す構成図である。
【図１８】従来の超音波診断装置による受信信号処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
１００，５００      超音波診断装置
１                  超音波探触子
２                  送信部
３，５３            スキャンコントローラ
４                  受信部
５                  信号処理部
６                  スキャンコンバータ
７                  ディスプレイ
【図１】
0004638999.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004638999.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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