(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アポダイズドチャープ信号の送波パルス信号に基づく送波パルスを被検体に送信すると共に被検体から超音波エコーを受信し該超音波エコーに基づく受信エコー信号を出力する超音波送受信手段と、
前記送波パルス信号の端の周波数成分に対応する補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記受信エコー信号に前記補正信号を加えて前記受信エコー信号を補正する受信エコー信号補正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】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記補正信号生成手段が、前記受信エコー信号を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、前記コンボリューション演算の結果の高レベル領域のみを抽出する高レベル領域抽出手段と、前記抽出した高レベル領域を逆コンボリューション演算する逆コンボリューション演算手段と、逆コンボリューション演算の結果を系の伝達関数の残余フィルタに通して補正信号を作成する補正信号作成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、送波パルス信号の端の周波数成分を減衰した如き送波パルスとなっても、メインローブの裾が広がってしまうことを防止できるようにした超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の超音波診断装置の送受信回路部の一例を示す要部構成図である。
この送受信回路部２’は、送波パルスの始端および終端に比べて中心での振幅が大きくなるように送波パルスの始端から終端までの振幅変化を規定する振幅窓関数Ｗａを発生する振幅窓関数発生部２２と、ＦＭ（Frequency Modulation）チャープ（chirp）変調すると共に前記振幅窓関数Ｗａで振幅変調したアポダイズド（apodized）チャープ信号の送波パルスを送信するための送波パルス信号Ｓｐを発生する送波パルス信号発生器２３と、前記送波パルス信号Ｓｐに基づいて超音波エレメント１ａを駆動して送波パルスｐを出力させる送波アンプ２４と、超音波エレメント１ａで受信した超音波エコーｅに基づく受信エコー信号Ｒｅを発生する受波アンプ２５と、前記受信エコー信号Ｒｅと前記送波パルス信号Ｓｐの相関演算を行うコンボルバ（convolver）２６と、複数の超音波振動素子１ａにかかる前記コンボルバ２６の出力信号Ｎｅを処理して音線信号を生成する受波ビームフォーマ２８とを有している。
【０００３】
図５は、前記送波パルス信号Ｓｐの一例を示す波形図である。
この送波パルス信号Ｓｐは、コサイン自乗形の振幅窓関数Ｗａを用いた例である。
図６は、前記送波パルス信号Ｓｐの周波数変化を示すグラフである。
リニアアップ形のＦＭチャープ変調を行う場合、周波数は、送波パルス信号Ｓｐの開始端の時刻ｔ１の周波数ｆ１から終了端の時刻ｔ２の周波数ｆ２まで直線的に増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
系の特性（送波アンプ２４，超音波振動素子１ａ，受波アンプ２５などの特性）に起因して送波パルス信号の周波数帯域が制限されるため、送波パルス信号Ｓｐの周波数帯域を広げても、図５，図６に示すように、送波パルス信号Ｓｐの開始端近傍αの周波数成分ｆ１〜ｆａおよび／または終了端近傍βの周波数成分ｆｂ〜ｆ２を減衰させたような結果となることがある。
しかし、このように送波パルス信号Ｓｐの端の周波数成分が減衰していると、図７の矢印Ｙ，Ｙ’に示すように、メインローブＭの裾が広がってしまう（タイムサイドローブ（time side-lobe）が実質的に増大する）問題点がある。そして、メインローブＭの裾が広がってしまうと、画面上では、“後光”が射すように高輝度領域の周囲に低輝度領域が環状または放射状に広がる“後光現象”を生じ、画像が見にくくなる。
なお、上記問題点は、「分散圧縮送受信におけるシステム固有の位相周波数特性の影響：竹内康人：信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE，US93-43（1993-09）：第１７頁〜第２３頁：社団法人電子情報通信学会」で指摘されている。
そこで、本発明の目的は、送波パルス信号の端の周波数成分が減衰したような送波パルスとなっても、メインローブの裾が広がってしまうことを防止できるようにした超音波診断装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、アポダイズドチャープ信号の送波パルス信号に基づく送波パルスを被検体に送信すると共に被検体から超音波エコーを受信し該超音波エコーに基づく受信エコー信号を出力する超音波送受信手段と、前記送波パルス信号の端の周波数成分に対応する補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記受信エコー信号に前記補正信号を加えて前記受信エコー信号を補正する受信エコー信号補正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、系の特性により減衰した蓋然性の高い周波数成分を補償するような補正信号を生成して受信エコー信号に加えるので、前記周波数成分が減衰しなかったときと等価となる。従って、メインローブの裾が広がってしまうことを防止でき、画面上の“後光現象”を低減することが出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記第１の観点の超音波診断装置において、前記補正信号生成手段が、前記受信エコー信号を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、前記コンボリューション演算の結果の高レベル領域のみを抽出する高レベル領域抽出手段と、前記抽出した高レベル領域を逆コンボリューション演算する逆コンボリューション演算手段と、逆コンボリューション演算の結果を系の伝達関数の残余フィルタに通して補正信号を作成する補正信号作成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２の観点による超音波診断装置では、コンボリューション演算の結果の高レベル領域のみを抽出する。これは、画像に影響を与えない低レベルの信号を無視することで、処理を軽減するためである。次に、抽出した高レベル領域を逆コンボリューション演算することで、受信エコー信号に戻す。次に、この受信エコー信号を、系の伝達関数を逆用してバンドストップフィルタとした残余フィルタ手段に通すことで、系の特性により通過した成分を除去し、減衰した成分を復元する。
このように、系の特性により減衰した成分を復元して補正信号とするから、これを受信エコー信号に加えれば、系の特性により減衰した周波数成分を補償できることとなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す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。
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、多数の超音波振動子１ａを配列した超音波探触子１と、前記超音波振動子１ａを駆動すると共に音線信号を出力する送受信回路部２と、前記音線信号からＢモード信号などを生成する信号処理部３と、前記Ｂモード信号などから画像データを生成するＤＳＣ４と、前記画像データからＢモード画像などを表示するＣＲＴディスプレイ５と、コマンドなどを入力するための入力部６と、超音波ビームのフォーカシングの指示やステアリングの指示などの制御を行う制御部７とを具備している。
【０００８】
図２は、前記送受信回路部２の要部構成図である。
この送受信回路部２は、送波パルスの始端および終端に比べて中心での振幅が大きくなるように送波パルスの始端から終端までの振幅変化を規定する振幅窓関数Ｗａを発生する振幅窓関数発生部２２と、ＦＭチャープ）変調すると共に前記振幅窓関数Ｗａで振幅変調したアポダイズドチャープ信号の送波パルスを送信するための送波パルス信号Ｓｐを発生する送波パルス信号発生器２３と、前記送波パルス信号Ｓｐに基づいて超音波エレメント１ａを駆動して送波パルスｐを出力させる送波アンプ２４と、超音波エレメント１ａで受信した超音波エコーｅに基づく受信エコー信号Ｒｅを発生する受波アンプ２５と、前記受信エコー信号Ｒｅの波形データを記憶するエコー波形メモリ３１と、そのエコー波形メモリ３１から読み出した受信エコー信号Ｒｅと前記送波パルス信号Ｓｐの相関演算を行うコンボルバ４１と、コンボリューション演算結果Ｃａのレベルが所定の閾値（図３の(ｂ)のＴｈ）以下の領域を切り捨てて高レベル成分Ｉを抽出する足切り部４２と、前記高レベル成分Ｉを逆コンボリューション演算し逆コンボリューション演算結果Ｒを出力する逆コンボルバ４３と、系の伝達関数をＦ(ω)とするときに“１−Ｆ(ω)”で表される伝達関数を持つ残余フィルタ４４と、前記逆コンボリューション演算結果Ｒを前記残余フィルタ４４に通すことで作成された補正信号Ｋの信号レベルを調整するレベル調整器３２と、前記エコー波形メモリ３１から読み出された受信エコー信号Ｒｅと前記レベル調整後の補正信号Ｋとを加算する加算器３３と、加算結果Ａと前記送波パルス信号Ｓｐの相関演算を行うコンバルバ２６と、複数の超音波振動素子１ａにかかる前記コンボルバ２６の出力信号Ｎｅを処理して音線信号を生成する受波ビームフォーマ２８とを有している。
【０００９】
前記振幅窓関数発生部２２と前記送波パルス信号発生器２３と前記送波アンプ２４と前記受波アンプ２５とが、超音波送受信手段に相当する。
前記コンボルバ４１と前記足切り部４２と前記逆コンボルバ４３と前記残余フィルタ４４とが、補正信号生成手段に相当する。
前記エコー波形メモリ３１と前記レベル調整器３２と前記加算器３３とが、受信エコー信号補正手段に相当する。
【００１０】
図３は、前記送受信回路部２の各部の波形図である。
（ａ）は、アポダイズドＦＭチャープ信号の送波パルス信号Ｓｐの例である。単調ＦＭチャープ変調を採用した場合、周波数ｆ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。送波パルス信号Ｓｐの端近傍α，βの周波数成分は系の特性で減衰してしまう。
（ｂ）は、コンボリューション演算結果Ｃａである。コンボリューション演算結果Ｃａのレベルが閾値Ｔｈ以上の領域が抽出され、高レベル成分Ｉとなる。
（ｃ）は、高レベル成分Ｉである。
【００１１】
以上の超音波診断装置１００によれば、系の特性により減衰した成分を復元して補正信号とし、これを受信エコー信号に加えるから、前記周波数成分が減衰しなかったときと等価となり、メインローブの裾が広がってしまうことを防止でき、画面上の“後光現象”を低減することが出来る。また、このような現象に影響を与えない低レベルの信号を無視することで、処理を軽減することが出来る。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、系の特性で減衰した成分を復元するように受信エコー信号を補正できるため、減衰がないときと等価となり、メインローブの裾が広がってしまうことを防止でき、画面上の“後光現象”を低減することが出来る。換言すれば、送波パルス信号の周波数帯域よりも系の特性が狭くても支障がないから、アンプや超音波振動素子などを広帯域化する必要がなくなり、低コスト化できる。
また、本発明の超音波診断装置によれば、画像に影響を与えない低レベルの信号を無視することで、処理を軽減することが出来る。
【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】図１の超音波診断装置における送受信回路部の要部構成図である。
【図３】図２の送受信回路部の各部の波形図である。
【図４】従来の超音波診断装置の送受信回路部の一例を示す要部構成図である。
【図５】送波パルス信号を示す波形図である。
【図６】リニアアップ形のＦＭチャープ変調を行う場合の周波数の変化を示すグラフである。
【図７】コンボリューション演算結果のスペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ          超音波振動素子
２２          紙服窓関数発生部
２３          送波パルス信号発生器
２４          送波アンプ
２５          受波アンプ
２６，４１    コンボルバ
３１          エコー波形メモリ
３２          レベル調整器
３３          加算器
４２          足切り部
４３          逆コンボルバ
４４          残余フィルタ
１００    超音波診断装置
【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】
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