(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の内部に第１の送波信号に基づく第１の超音波パルスを送波した後に前記第１の送波信号を時間軸について反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する超音波パルス送波手段と、前記第１の送波信号に対応する第１の超音波エコー信号および前記第２の送波信号に対応する第２の超音波エコー信号を受信する超音波エコー信号受信手段と、前記第１の超音波エコー信号および前記第２の超音波エコー信号に基づいて非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を抽出する非線形性／時変性成分抽出手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体の内部に第１の送波信号に基づく第１の超音波パルスを送波した後に前記第１の送波信号を極性および時間軸について反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する超音波パルス送波手段と、前記第１の送波信号に対応する第１の超音波エコー信号および前記第２の送波信号に対応する第２の超音波エコー信号を受信する超音波エコー信号受信手段と、前記第１の超音波エコー信号および前記第２の超音波エコー信号に基づいて非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を抽出する非線形性／時変性成分抽出手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置において、前記非線形性／時変性成分抽出手段は、前記第１の超音波エコー信号を前記第１の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算すると共に前記第２の超音波エコー信号を前記第２の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算するコンボリューション演算手段と、前記第１の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果および前記第２の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果の差成分を出力する差成分出力手段とを具備してなる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、超音波診断装置に関し、さらに詳しくは、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を精度よく抽出できる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開昭５４−４６０６７号公報、米国特許公報５，６３２，２７７号、米国特許５，７０６，８１９号に開示されている、超音波診断装置におけるパルス反転（pulse inversion）法は、被検体の内部に、図６の（ａ）に示す如き第１の送波信号Ｓ（ｔ）に基づく第１の超音波パルスを送波し、第１の超音波エコー信号を受信し、それから短い時間を隔てて、前記第１の送波信号Ｓ（ｔ）を極性について反転させた波形の、図６の（ｂ）に示す如き第２の送波信号−Ｓ（ｔ）に基づく第２の超音波パルスを送波し、第２の超音波エコー信号を受信し、前記第１の超音波エコー信号を前記第１の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算すると共に前記第２の超音波エコー信号を前記第２の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算するコンボリューション演算し、前記第１の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果および前記第２の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果の差成分を出力することで、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を抽出する技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
送波信号の変化に応じて超音波振動子が変形する速度すなわちスリューレート（slew rate）は送波信号の変化の極性により異なるため、上記パルス反転法のように、第１の送波信号Ｓ（ｔ）の極性を反転しただけの第２の送波信号−Ｓ（ｔ）を使ったのでは、第１の超音波パルスと第２の超音波パルスの対称性を十分に高くできず、線形性かつ非時変性の超音波エコー信号成分を十分に減殺できず、換言すれば、非線形性または時変性のある超音波エコー信号成分を精度良く抽出できない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を精度よく抽出できる超音波診断装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、被検体の内部に第１の送波信号に基づく第１の超音波パルスを送波した後に前記第１の送波信号を時間軸について反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する超音波パルス送波手段と、前記第１の送波信号に対応する第１の超音波エコー信号および前記第２の送波信号に対応する第２の超音波エコー信号を受信する超音波エコー信号受信手段と、前記第１の超音波エコー信号および前記第２の超音波エコー信号に基づいて非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を抽出する非線形性／時変性成分抽出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１の観点による超音波診断装置では、第１の送波信号を極性について反転した波形ではなく、時間軸について反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する。ここで、送波信号の変化に応じて超音波振動子が変形する速度（スリューレート）は、送波信号の変化の極性により異なるが、時間により異なることはないので、前記第１の超音波パルスと前記第２の超音波パルスの対称性を十分に高くできる。従って、前記第１の超音波パルスと前記第２の超音波パルスに基づいて、線形性または非時変性の超音波エコー信号成分を十分に相殺できる。換言すれば、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を精度よく抽出することが出来る。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、被検体の内部に第１の送波信号に基づく第１の超音波パルスを送波した後に前記第１の送波信号を極性および時間軸について反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する超音波パルス送波手段と、前記第１の送波信号に対応する第１の超音波エコー信号および前記第２の送波信号に対応する第２の超音波エコー信号を受信する超音波エコー信号受信手段と、前記第１の超音波エコー信号および前記第２の超音波エコー信号に基づいて非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を抽出する非線形性／時変性成分抽出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２の観点による超音波診断装置では、第１の送波信号を極性について反転しただけの波形ではなく、極性について反転すると共に時間軸についても反転した波形の第２の送波信号に基づく第２の超音波パルスを送波する。ここで、送波信号の変化に応じて超音波振動子が変形する速度（スリューレート）は、送波信号の変化の極性により異なるが、時間により異なることはないので、時間軸についても反転することにより、前記第１の超音波パルスと前記第２の超音波パルスの対称性を従来より高くできる。従って、前記第１の超音波パルスと前記第２の超音波パルスに基づいて、線形性または非時変性の超音波エコー信号成分を従来より相殺できる。換言すれば、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を従来より精度よく抽出できる。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、上記第１または第２の観点の超音波診断装置において、前記非線形性／時変性成分抽出手段は、前記第１の超音波エコー信号を前記第１の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算すると共に前記第２の超音波エコー信号を前記第２の送波信号（またはそれと等価な信号）でもってコンボリューション演算するコンボリューション演算手段と、前記第１の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果および前記第２の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果の差成分を出力する差成分出力手段とを具備してなることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第３の観点による超音波診断装置では、線形性または非時変性の超音波エコー信号成分は、第１の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果と前記第２の超音波エコー信号にかかるコンボリューション演算結果とで等しくなるため、前記差成分では相殺される。すなわち、出力される差成分は、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す発明の実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【０００８】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置１００を示す要部構成図である。
この超音波診断装置１００は、超音波パルスの基となるデジタルの送波信号Ｓを発生する送波信号発生器１と、前記送波信号Ｓを記憶する送波信号メモリ２と、前記送波信号Ｓをアナログに変換するＤ／Ａ変換器３と、前記送波信号Ｓを増幅する送波アンプ４と、送信／受信を高速に切り換える機能を有する送信／受信切換器５と、被検体Ｈの内部に超音波パルスを送信すると共に超音波エコー信号Ｅを受信する超音波探触子６と、超音波エコー信号Ｅを増幅する受波アンプ７と、前記超音波エコー信号Ｅをデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器８と、前記超音波エコー信号Ｅをその基となった送波信号Ｓでもってコンボリューション（convolution）演算しコンボリューション演算結果Ｃを出力するコンボルバ９と、前記コンボリューション演算結果Ｃを記憶するコンボリューション演算結果メモリ１０と、複数の超音波エコー信号Ｅにかかるコンボリューション演算結果Ｃの差成分Ｆを出力する処理用ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１とを具備して構成されている。
【０００９】
次に、この超音波診断装置１００の動作例について説明する。
（１）図２の（ａ）に示すように、送波信号発生器１は、信号レベルが正の一定値となる期間ｔ１と，信号レベルが負の一定値となる期間ｔ２とがこの順で続く波形を有する第１の送波信号Ｓ（ｔ）を発生する。前記第１の送波信号Ｓ（ｔ）は、Ｄ／Ａ変換器３と，送波アンプ４と，送信／受信切換器５を介して超音波探触子６へ送られる。これにより、超音波探触子６から第１の超音波パルスが送波される。
前記超音波探触子６は、前記第１の超音波パルスに対応する第１の超音波エコー信号Ｅ１を受信し、送信／受信切換器５と，受波アンプ７と，Ａ／Ｄ変換器８とを介して、コンボルバ９へ送る。前記コンボルバ９は、前記第１の超音波エコー信号Ｅ１を前記第１の送波信号Ｓ（ｔ）でもってコンボリューション演算し、そのコンボリューション演算結果Ｃ１をコンボリューション演算結果メモリ１０に格納する。
【００１０】
（２）図２の（ｂ）に示すように、送波信号発生器１は、前記第１の超音波パルスの送波から送受信シーケンスにより決まる短い時間（例えば１０ミリ秒〜１秒程度）を隔てて、前記送波信号Ｓ（ｔ）を時間軸について反転した波形、すなわち信号レベルが負の一定値となる期間ｔ２と，信号レベルが正の一定値となる期間ｔ１とがこの順で続く波形の第２の送波信号Ｓ（−ｔ）を発生する。これにより、第２の超音波パルスが送波される。
上記（１）と同様に、前記コンボルバ９は、前記第２の超音波パルスに対応する第２の超音波エコー信号Ｅ２を前記第２の送波信号Ｓ（−ｔ）でもってコンボリューション演算し、そのコンボリューション演算結果Ｃ２をコンボリューション演算結果メモリ１０に格納する。
【００１１】
（３）処理用ＤＳＰ１１は、前記コンボリューション演算結果Ｃ１，Ｃ２の差成分Ｆを後段の処理部（図示せず）へ出力する。線形性または非時変性の超音波エコー信号成分（例えば静止している生体内組織に対応する成分）は、前記コンボリューション演算結果Ｃ１と前記コンボリューション演算結果Ｃ２とで等しくなるため、前記差成分Ｆでは相殺される。すなわち、前記差成分Ｆは、非線形性または時変性の超音波エコー信号成分（例えば高周波歪成分や気泡化したコントラスト剤など瞬時正圧に対しては反応せず瞬時負圧に対してのみ反応する成分）となる。
【００１２】
前記後段の処理部は、上記（１）〜（３）の処理の反復により連続的に得られた差成分Ｆに基づいて、前記非線形性または時変性の超音波エコー信号成分を反映した超音波画像（例えばＡモード画像）を表示する。
【００１３】
図３は、前記送波信号発生器１が発生する送波信号Ｓ（ｔ），Ｓ（−ｔ）の別の波形例を示す。
図３の（ａ）に示すように、第１の送波信号Ｓ（ｔ）は、ＦＭチャープ変調された定振幅信号である。単調ＦＭチャープ変調を採用した場合、定振幅信号の周波数は、直線的に変化するか又は単調増加／減少関数に従って変化する（図示の波形例では、周波数が直線的に減少する）。
図３の（ｂ）に示すように、第２の送波信号Ｓ（−ｔ）は、前記第１の送波信号Ｓ（ｔ）を時間軸について反転した定振幅信号である。図示の波形例では、定振幅信号の周波数は、直線的に増加する。
上記ＦＭチャープ変調の如き分散圧縮方式を採用することで、超音波パルスのパワーの尖頭値を下げつつ、超音波エコー信号の検出感度を実質的に向上することが出来る。
【００１４】
以上の超音波診断装置１００によれば、第１の送波信号Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスと，第２の送波信号Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスとにおける波形の対称性を向上でき、超音波エコー信号同士の非相関成分を精度よく抽出することが出来る。
【００１５】
−第２の実施形態−
本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置２００では、第１の送波信号Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスを送波し、その送波から短い時間を隔てて前記第１の送波信号Ｓ（ｔ）を極性および時間軸について反転した波形の第２の送波信号−Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスを送波する。なお、超音波診断装置２００の構成自体は、図１の超音波診断装置１００と同様であるので、図示を省略する。
【００１６】
図４は、送波信号発生器１が発生する送波信号Ｓ（ｔ），−Ｓ（−ｔ）の波形例を示す
図４の（ａ）に示すように、第１の送波信号Ｓ（ｔ）は、信号レベルが正の一定値となる期間ｔ１と，信号レベルが負の一定値となる期間ｔ２とがこの順で続く波形である。
図４の（ｂ）に示すように、第２の送波信号−Ｓ（ｔ）は、信号レベルが正の一定値となる期間ｔ２と，信号レベルが負の一定値となる期間ｔ１がこの順で続く波形である（波形の状態を明確にするため、極性についてのみ反転した波形を点線で示す）。
【００１７】
以上の超音波診断装置２００によれば、第１の送波信号Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスを送波した後に、第１の送波信号Ｓ（ｔ）を極性と時間軸の両方について反転した波形の第２の送波信号−Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスを送波するので、第１の送波信号Ｓ（ｔ）を極性のみについて反転した波形の第２の送波信号−Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスを送波する場合に比べて、波形の対称性を向上でき、超音波エコー信号同士の非相関成分をより精度よく抽出することが出来る。
【００１８】
−他の実施形態−
図５の（ａ）に示す第１の送波信号Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスと、図５の（ｂ）に示す第２の送波信号−Ｓ（ｔ）に基づく超音波パルスと、図５の（ｃ）に示す第３の送波信号Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスと、図５の（ｄ）に示す第４の送波信号−Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスとを順に送波して超音波エコー信号を受信し、各超音波エコー信号のコンボリューション演算結果の差成分Ｆを出力してもよい。
また、送波信号Ｓ（ｔ），−Ｓ（ｔ），−Ｓ（−ｔ）、または、送波信号Ｓ（ｔ）Ｓ（−ｔ），−Ｓ（−ｔ）に基づく超音波パルスを送波して、各超音波エコー信号のコンボリューション演算結果の差成分Ｆを出力してもよい。
【００１９】
本発明は、変調された送波信号全般に対して適用することが出来る。変調方式には、例えば、ＭＦＭ（Modified Frequency Modulation）や，時間軸に対して振幅を変化させるアポダイゼーション（例えばコサイン自乗形アポダイゼーション）がある。
本発明は、コード化された送波信号全般に対し適用することが出来る。コード化には、例えばＭ系列や，その派生系列（反対称Ｍ系列，加算Ｍ系列，重み付きＭ系列，積Ｍ系列など）によるコード化や，ゴーレーコードなどの相補系列によるコード化，ＮＲＺ（NonReturn to Zero）方式やＮＲＺＩ（NonReturn to Zero Inverted）方式によるコード化がある。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、時間軸について反転した波形を持つ送波信号の組に基づく超音波パルスの組を送波するので、超音波パルスの波形の対称性を高めることができ、非線形のエコー源や時変性のエコー源を正確に検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置を示す要部構成図である。
【図２】第１の送波信号Ｓ（ｔ）と、第２の送波信号Ｓ（−ｔ）を示す波形図である。
【図３】第１の送波信号Ｓ（ｔ）と、第２の送波信号Ｓ（−ｔ）を示す別の波形図である。
【図４】第１の送波信号Ｓ（ｔ）と、第２の送波信号−Ｓ（−ｔ）を示す波形図である。
【図５】第１の送波信号Ｓ（ｔ）と、第２の送波信号−Ｓ（ｔ）と、第３の送波信号Ｓ（−ｔ）と、第４の送波信号−Ｓ（−ｔ）を示す波形図である。
【図６】第１の送波信号Ｓ（ｔ）と、第２の送波信号−Ｓ（ｔ）を示す波形図である。
【符号の説明】
１００  超音波診断装置
１      送波信号発生器
２      送波信号メモリ
３      Ｄ／Ａ変換器
４      送波アンプ
５      送信／受信切換器
６      超音波探触子
７      受波アンプ
８      Ａ／Ｄ変換器
９      コンボルバ
１０    コンボリューション演算結果メモリ
１１    処理用ＤＳＰ
Ｃ      コンボリューション演算結果
Ｅ      超音波エコー信号
Ｓ      送波信号
Ｈ      被検体
【図１】
0004150460.tif 000002
【図２】
0004150460.tif 000003
【図３】
0004150460.tif 000004
【図４】
0004150460.tif 000005
【図５】
0004150460.tif 000006
【図６】
0004150460.tif 000007