(57)【要約】【課題】サンプルゲート位置に応じた適切な送信エネルギーで超音波を送受波してドプラ情報を取得する。【解決手段】送信波形生成部２０は、サンプルゲート設定部１８から出力されるゲート深さ信号に基づいて、サンプルゲートの深さに応じたエネルギーで超音波が送波されるように、送信パルスを設定する。送信パルスは、直線周波数変調処理や二値符号変調処理などの符号変調処理を施されている。符号復調部２２は、送信波形生成部２０において行われる符号変調処理に対応した復調処理を実行する。スペクトルドプラ処理部２８は、符号復調部２２から出力される受信データに対してＦＦＴ演算を実行してドプラ情報の周波数スペクトラムを解析する。【選択図】図１
2005040409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波して、サンプルゲート内からのドプラ情報を取得する超音波診断装置であって、
前記サンプルゲートの位置に応じた送信エネルギーに対応した送信パルス信号を送受波器へ出力する送信手段と、
前記送受波器から出力される受信信号を処理する受信処理手段と、
前記処理された受信信号から、前記サンプルゲート内のドプラ情報を抽出するドプラ処理手段と、
を有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であって、
前記送信エネルギーは、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど小さい、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記送信パルス信号は、直線周波数変調信号であり、
前記受信処理手段は、前記直線周波数変調信号に対応したパルス圧縮処理を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置であって、
前記直線周波数変調信号は、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど時間帯域積が小さい、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波診断装置であって、
前記直線周波数変調信号は、前記サンプルゲートの位置が深いものほど中心周波数が低い、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の超音波診断装置であって、
前記直線周波数変調信号は、予め記録された複数の直線周波数変調信号の中から、前記サンプルゲートの位置に基づいて選択される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波診断装置であって、
前記サンプルゲートの位置に基づいて、前記中心周波数に対応する検波用参照信号を発生する参照信号発生部をさらに有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記送信パルス信号は、符号変調処理が施された符号化信号であり、
前記受信処理手段は、前記符号変調処理に対応した復調処理を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断装置であって、
前記符号化信号は、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど符号長が短い、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波診断装置であって、
前記ドプラ処理手段は、前記ドプラ情報の周波数解析結果を時間軸上に表したＤモード画像を形成する、
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、超音波を送受波してサンプルゲート内からドプラ情報を取得する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
感度や分解能を改善するために、送波する超音波の深さに応じて送信符号または送信波形を変化させる超音波診断装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の超音波診断装置は、設定した深度に応じた超音波画像を形成するものである。つまり、設定深度を浅くした場合の画像や、設定深度を深くした場合の画像をそれぞれ別々に形成して表示している（例えば、特許文献１の第００３６段落参照）。
【０００３】
一方、サンプルゲート位置において取得されたドプラ情報の周波数解析結果を時間軸上に表したＤモード画像を形成する超音波診断装置が知られている。Ｄモード画像を形成する際、サンプルゲートを通過する方位に対して連続的にあるいは間欠的に超音波ビームが形成され、各超音波ビーム上のエコーデータの中でサンプルゲート内に相当するエコーデータが抽出されて、それらに対してドプラ解析（例えばＦＦＴ演算）が実行される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４５８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、送波する超音波の深さに応じて送信符号または送信波形を変化させる超音波診断装置が記載されているものの、Ｄモード画像を形成する超音波診断装置については触れられていない。
【０００６】
また、従来のＤモード画像を形成する超音波診断装置では、送波する超音波の深さとは無関係に送信エネルギーが一定に設定されており、送信エネルギーを適切に設定することが望まれていた。
【０００７】
そこで本発明は、適切な送信エネルギーでサンプルゲート内に超音波を送受波してドプラ情報を取得する超音波診断装置を提供することを目的とする。
【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、超音波を送受波して、サンプルゲート内からのドプラ情報を取得する超音波診断装置であって、前記サンプルゲートの位置に応じた送信エネルギーに対応した送信パルス信号を送受波器へ出力する送信手段と、前記送受波器から出力される受信信号を処理する受信処理手段と、前記処理された受信信号から、前記サンプルゲート内のドプラ情報を抽出するドプラ処理手段と、を有するものとする。上記構成によれば、サンプルゲートの位置に応じた送信エネルギーで超音波を送波することができる。
【０００９】
望ましくは、前記送信エネルギーは、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど小さいものとする。つまり、送受波器からサンプルゲートまでの距離が短いものほど送信エネルギーを小さくする。これにより、装置全体として省電力化を図ることが可能になる。また望ましくは、前記送信パルス信号は、直線周波数変調信号（チャープ信号）であり、前記受信処理手段は、前記直線周波数変調信号に対応したパルス圧縮処理を実行するものとする。
【００１０】
さらに望ましくは、前記直線周波数変調信号は、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど時間帯域積が小さいものとする。また望ましくは、前記直線周波数変調信号は、前記サンプルゲートの位置が深いものほど中心周波数が低いものとする。さらに望ましくは、前記直線周波数変調信号は、予め記録された複数の直線周波数変調信号の中から、前記サンプルゲートの位置に基づいて選択されるものとする。さらに望ましくは、前記サンプルゲートの位置に基づいて、前記中心周波数に対応する検波用参照信号を発生する参照信号発生部をさらに有するものとする。
【００１１】
望ましくは、前記送信パルス信号は、符号変調処理が施された符号化信号であり、前記受信処理手段は、前記符号変調処理に対応した復調処理を実行するものとする。さらに望ましくは、前記符号化信号は、前記サンプルゲートの位置が浅いものほど符号長が短いものとする。
【００１２】
望ましくは、前記ドプラ処理手段は、前記ドプラ情報の周波数解析結果を時間軸上に表したＤモード画像を形成するものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る超音波診断装置により、適切な送信エネルギーでサンプルゲート内に超音波を送受波してドプラ情報を取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
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。図１に示す超音波診断装置は、ドプラ情報の周波数解析結果を時間軸上に表示する機能（Ｄモード）を有している。
【００１６】
超音波探触子１０は、図示されていないアレイ振動子を有しており、そのアレイ振動子は複数の振動素子によって構成される。そのアレイ振動子を利用して超音波ビームが形成され、その超音波ビームを走査することによって走査面Ｓが形成される。この超音波探触子１０は生体の体表面上に当接して用いられる。もちろん、体腔内に挿入して用いられるものでもよい。
【００１７】
送信ビームフォーマ１２は、アレイ振動子を構成する複数の振動素子に対して送信信号を供給する回路である。送信ビームフォーマ１２は、後述する送信波形生成部２０から出力されるパルス波形情報に基づいて送信信号を形成する。受信ビームフォーマ１４は、アレイ振動子を構成する複数の振動素子からの複数の受信信号に対して整相加算処理を実行することにより、整相加算後の受信信号を出力する回路である。
【００１８】
走査制御部１６は、送信ビームフォーマ１２および受信ビームフォーマ１４を制御して、超音波ビームの走査順制御やステアリング制御を行いながら、時分割スキャンを実行する回路である。走査制御部１６は超音波ビームをステアリングして時分割スキャンを実行する。つまり、断層画像を形成するための走査面Ｓを形成する制御を実行するとともに、Ｄモード用に設定されたサンプルゲート３４の位置においてドプラ計測が行われるように、サンプルゲートを通過する超音波ビームを形成する制御を実行する。
【００１９】
サンプルゲート設定部１８は、Ｄモード用のサンプルゲート３４を設定する回路である。サンプルゲート３４は、例えば血管などに対してドプラ情報の抽出位置を特定するものであり、このサンプルゲート３４は、断層画像上においてユーザにより所望の位置に設定される。サンプルゲート設定部１８は、サンプルゲートの深さを示すゲート深さ信号を出力する。ここで、ゲート深さとは超音波探触子１０のアレイ振動子の位置からサンプルゲート３４までの距離である。
【００２０】
送信波形生成部２０は、送信ビームフォーマ１２で利用される送信パルスのパルス波形を形成する回路である。本実施の形態の超音波診断装置では、Ｄモード用に設定されたサンプルゲート３４へ超音波ビームを形成する際、サンプルゲート３４の深さに応じたエネルギーで超音波が送波されるように、送信パルスが設定される。送信パルスは、直線周波数変調処理や二値符号変調処理などの符号変調処理を施されている。この送信パルスのパルス波形については、後に図２から４を利用して詳述する。
【００２１】
符号復調部２２は、送信波形生成部２０において行われる符号変調処理に対応した復調処理を実行する回路であり、受信ビームフォーマ１４から出力される整相加算された受信信号に対して復調処理を実行する。例えば、送信波形生成部２０において、直線周波数変調処理が行われた場合、整相加算された受信信号をパルス圧縮フィルタでフィルタリング処理を実行する。これにより、時間分解能と符号強度とが改善された受信データが抽出される。
【００２２】
カラードプラ処理部２６は、符号復調部２２から出力される受信データに対してカラードプラ処理を実行する。カラードプラ処理とは、例えば血管の血流部分に相当する受信データから、ドプラ法により血流の各部分における流速を演算し、各部分それぞれに、流速に対応する表示色を設定する処理である。カラードプラ処理部２６から出力される血流の各部分の表示色情報は表示処理部３０に出力され、表示処理部３０において、断層画像形成部２４で形成される断層画像データ上に表示色情報が反映される。つまり、断層画像上において血管内の各部ごとの流速に応じた色付け処理が施されて、カラードプラ画像が形成される。
【００２３】
スペクトルドプラ処理部２８は、符号復調部２２から出力される受信データに対してＦＦＴ演算を実行し、ドプラ情報の周波数スペクトラムを解析する演算を実行する回路である。周波数スペクトラムの解析は、サンプルゲート内の受信データに対して実行される。周波数スペクトラムの解析結果に基づいて、横軸を時間軸、縦軸を周波数軸（速度軸）とするＤモード画像が形成される。Ｄモード画像は表示処理部３０に出力され、例えば、断層画像の隣にＤモード画像が配置されて表示部３２に表示される。
【００２４】
図２は、送信波形生成部２０（図１）において直線周波数変調処理により生成される送信パルスを説明するための図である。送信パルスは、サンプルゲートの深さに応じたエネルギーに対応するように形成される。
【００２５】
図２の（ａ）に示される近距離用送信パルスは、サンプルゲートが浅い位置の場合における送信パルスである。その波形は、周波数スイープの低域端周波数がｆ00、高域端周波数がｆ01、周波数スイープ時間がＴ0のチャープ波形（直線周波数変調波形）である。また、図２の（ｂ）に示される中距離用送信パルスは、サンプルゲートが、浅い位置と深い位置の中間の位置の場合における送信パルスである。その波形は、周波数スイープの低域端周波数がｆ10、高域端周波数がｆ11、周波数スイープ時間がＴ1のチャープ波形である。さらに、図２の（ｃ）に示される遠距離用送信パルスは、サンプルゲートが深い位置の場合における送信パルスである。その波形は、周波数スイープの低域端周波数がｆ20、高域端周波数がｆ21、周波数スイープ時間がＴ2のチャープ波形である。
【００２６】
本実施の形態では、サンプルゲートが浅い位置のものほど、チャープ波形の時間・帯域積を小さくして送信エネルギーを小さく設定する。時間・帯域積における時間とは、周波数スイープの時間長（上述のＴ0、Ｔ1またはＴ2に相当する）であり、帯域とは、チャープ波形の高域端周波数と低域端周波数との差である。超音波の減衰は送受信距離が小さければ比較的小さいため、サンプルゲートが浅い位置の送信において送信エネルギーを小さくすることで、装置全体として省電力化を図ることが可能になる。
【００２７】
チャープ波形の時間・帯域積を変化させるには、時間長のみを変化させたり、帯域幅のみを変化させたり、あるいは、時間長および帯域幅の両方を変化させる手法が考えられる。
【００２８】
図３は、チャープ波形の時間・帯域積の設定例を示す図である。図３には、図２における近距離用送信パルス、中距離用送信パルスおよび遠距離用送信パルスの各々の時間、帯域の設定例が示されており、図３の横軸は周波数スイープ時間を、縦軸は周波数を示している。
【００２９】
図３に示される近距離用送信パルス、中距離用送信パルスおよび遠距離用送信パルスは、共に、周波数スイープの低域端周波数がｆ0、高域端周波数がｆ1である。ただし、周波数スイープ時間はそれぞれ異なっている。近距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ0、中距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ1、遠距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ2であり、Ｔ0＜Ｔ1＜Ｔ2の関係を満たしている。つまり、図３に示す送信パルスの時間・帯域積の設定例では、時間長のみを変化させることで、送信焦点の深さが深いものほど、時間・帯域積を大きく設定している。
【００３０】
図３に示される各送信パルスは、送信波形生成部２０（図１）に予め記録されており、送信波形生成部２０はサンプルゲート設定部１８（図１）が出力するゲート深さ信号に基づいて、ゲート深さに対応する送信パルスを選択的に利用する。また、サンプルゲートの深さに応じてチャープ波形を変化させた場合、各深さに応じた復調処理が必要になる。そこで、符号復調部２２（図１）は、サンプルゲート設定部１８（図１）から出力されるゲート深さ信号に基づいて、各深さに応じた復調処理を選択的に実行する。チャープ波形に対する復調処理には、パルス圧縮フィルタが利用される。符号復調部２２（図１）は、ゲート深さに応じたフィルタ係数を選択して、パルス圧縮処理を実行する。
【００３１】
図４は、チャープ波形の時間・帯域積の別の設定例を示す図である。図４には、図３と同様に、近距離用送信パルス、中距離用送信パルスおよび遠距離用送信パルスの各々の時間、帯域の設定例が示されており、図４の横軸は周波数スイープ時間を、縦軸は周波数を示している。
【００３２】
図４に示される近距離用送信パルス、中距離用送信パルスおよび遠距離用送信パルスは、周波数スイープ時間については、図３のものと同じである。つまり、近距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ0、中距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ１、遠距離用送信パルスの周波数スイープ時間がＴ２であり、Ｔ0＜Ｔ1＜Ｔ2の関係を満たしている。ただし、各送信パルスの低域端周波数および高域端周波数が、図３のものとは異なっている。
【００３３】
図４に示される各送信パルスの低域端周波数を比較すると、近距離用送信パルスではｆ00、中距離用送信パルスではｆ10、遠距離用送信パルスではｆ20であり、ｆ20＜ｆ10＜ｆ00の関係を満たしている。また、各送信パルスの高域端周波数を比較すると、近距離用送信パルスではｆ01、中距離用送信パルスではｆ11、遠距離用送信パルスではｆ21であり、ｆ21＜ｆ11＜ｆ01の関係を満たしている。つまり、サンプルゲートの位置が深いものほど、チャープ波形の帯域が、低周波数方向にシフトし、その結果、中心周波数も低周波数方向にシフトしている。超音波は、その周波数が低いものほど減衰が少ないため、サンプルゲートが深い位置のものほど低周波数の送信パルスを利用する方が有利である。但し、サンプルゲートの深さに応じて、各送信パルスの中心周波数をシフトさせた場合、各深さに応じた参照信号による検波処理が必要になる。
【００３４】
図５は、スペクトルドプラ処理部２８（図１）における検波処理を説明するための図である。参照信号データ選択器４０は、サンプルゲート設定部１８（図１）から出力されるゲート深さ信号に基づいて、サンプルゲートの深さに応じたデータ選択信号を出力する。参照信号データメモリ４１には、サンプルゲートの各深さごとに参照信号に関するデータ（参照信号データ）が記録されており、データ選択信号に対応する参照信号データが直交検波器４２へ出力される。
【００３５】
直交検波器４２は、参照信号データに対応する参照信号により、符号復調部２２（図１）から出力されるパルス圧縮された受信信号に対して直交検波処理を実行する。つまり、サンプルゲートの深さに応じた参照信号により直交検波処理が実行される。直交検波処理により得られたＩ，Ｑの両信号は、レンジゲート４４およびウォールモーションフィルタ４６を介して周波数解析器４８に出力される。そして、周波数解析器４８において周波数スペクトラムの解析が行われる。
【００３６】
以上、直線周波数変調処理により生成される送信パルス（図２参照）を例に、本実施の形態の超音波診断装置を詳述したが、送信パルスの生成は直線周波数変調処理に限定されない。例えば、二値化符号変調処理を利用して送信パルスを生成してもよい。二値化符号変調処理としては、Ｍ系列符号、Ｂａｋｅｒ符号系列またはＧｏｌａｙ相補符号系列などを利用した変調処理が挙げられる。二値化符号変調処理を利用した場合においても、サンプルゲートの深さに応じたエネルギーで超音波が送波されるように、送信パルスが設定される。例えば、サンプルゲートが浅い位置のものほど、二値化符号変調処理における符号長（チップ数）を短くして送信エネルギーが小さく設定される。
【００３７】
また、スペクトルドプラ処理部２８（図１）で実行されるスペクトルドプラ処理において、スペクトラム解析に必要とされる受信データはサンプルゲート内の受信データであるため、サンプルゲート内においてのみ受信フォーカスを行う構成でもよい。つまり、受信ダイナミックフォーカス機能を持たない構成や、受信ダイナミックフォーカス機能を停止させる構成でもよい。
【００３８】
さらに、異なる２つの領域を測定対象とした２方向同時スペクトルドプラ処理を実行してもよい。この場合、各々の測定対象にサンプルゲートが設定され、各サンプルゲート位置に対応して、各サンプルゲートを通過する超音波ビームの送信エネルギーが設定される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】直線周波数変調処理により生成される送信パルスを説明するための図である。
【図３】チャープ波形の時間・帯域積の設定例を示す図である。
【図４】チャープ波形の時間・帯域積の別の設定例を示す図である。
【図５】検波処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１８  サンプルゲート設定部、２０  送信波形生成部、２２  符号復調部、２８  スペクトルドプラ処理部。
【図１】
2005040409.tif 000003
【図２】
2005040409.tif 000004
【図３】
2005040409.tif 000005
【図４】
2005040409.tif 000006
【図５】
2005040409.tif 000007