(57)【要約】【課題】正弦的な連続波を用いて送受信信号間の周波数差を抽出する具体的な技術を提供する。【解決手段】ＦＭ変調器１８は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、正弦波発振器２０から供給される正弦関数の変調波に基づいてＦＭ連続波を発生する。送信用振動子１０は生体内へ送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子１２は生体内からの反射波を連続的に受波する。受信ミキサ２８において、受信ＲＦ信号に対して送信用のＦＭ連続波による検波が行われ、ゲート設定部３０を経てバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２によって送受信信号間における周波数差信号が抽出される。ゲート設定部３０は、送信信号の周波数変化を示す正弦曲線のゼロクロス点を基準としてゲート期間を設定する。【選択図】図１
2009219783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦曲線に沿って周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、
前記送信信号に基づいて超音波を生体に送波して生体からの反射波を受波することにより受信信号を得る送受波部と、
前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用いて前記受信信号に対して復調処理を施すことにより、送信信号と受信信号の周波数差を示す周波数差信号を得る受信信号処理部と、
前記送信信号の周波数変化の特徴点を基準としてゲート期間を設定するゲート期間設定部と、
前記周波数差信号のうちの前記ゲート期間内の信号部分を利用して生体内組織の位置情報を抽出する位置情報抽出部と、
を有する、
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、
前記ゲート期間設定部は、前記送信信号の周波数変化を示す正弦曲線のゼロクロス点を基準としてゲート期間を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記ゲート期間設定部は、前記ゼロクロス点を中心位置としてゲート期間を設定する、
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において、
前記ゲート期間設定部は、前記正弦曲線のゼロクロス点における接線を基準直線とし、前記正弦曲線の基準直線からのずれ量に応じて前記ゲート期間の長さを決定する、
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、連続波を利用する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置の連続波を利用した技術として、連続波ドプラが知られている。連続波ドプラでは、例えば、数ＭＨｚの正弦波として構成される送信波が生体内へ連続的に放射され、生体内からの反射波が連続的に受波される。反射波には、生体内における運動体（例えば血流）によるドプラシフト情報が含まれる。そこで、その情報を取り出して周波数解析し、運動体の速度情報を反映したドプラ波形などが形成される。
【０００３】
連続波を利用した連続波ドプラは、パルス波を利用したパルスドプラに比べて、一般に高速の速度計測の面で優れている。ところが、連続波ドプラでは、連続波を利用していることにより位置計測が困難である。例えば、従来の一般的な連続波ドプラの装置では、位置計測を行うことができなかった。
【０００４】
こうした状況のもと、本願発明者は、生体内組織の速度に加えて、生体内組織の位置を計測することができる連続波ドプラの技術を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、連続波ドプラを基本とする技術でありながら、送受信信号間の周波数差を利用して位置を計測することができるという、画期的な技術であった。
【０００７】
そして、本願の発明者は、上記特許文献１に記載された画期的な技術の改良技術についてさらに研究を重ねてきた。特に、正弦曲線に沿って周波数を周期的に変化させた連続波（正弦的な連続波）に注目した。
【０００８】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、正弦的な連続波を用いて送受信信号間の周波数差を抽出する具体的な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、正弦曲線に沿って周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を出力する送信信号処理部と、前記送信信号に基づいて超音波を生体に送波して生体からの反射波を受波することにより受信信号を得る送受波部と、前記送信信号に実質的に等しい波形の参照信号を用いて前記受信信号に対して復調処理を施すことにより、送信信号と受信信号の周波数差を示す周波数差信号を得る受信信号処理部と、前記送信信号の周波数変化の特徴点を基準としてゲート期間を設定するゲート期間設定部と、前記周波数差信号のうちの前記ゲート期間内の信号部分を利用して生体内組織の位置情報を抽出する位置情報抽出部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記ゲート期間設定部は、前記送信信号の周波数変化を示す正弦曲線のゼロクロス点を基準としてゲート期間を設定することを特徴とする。
【００１１】
望ましい態様において、前記ゲート期間設定部は、前記ゼロクロス点を中心位置としてゲート期間を設定することを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記ゲート期間設定部は、前記正弦曲線のゼロクロス点における接線を基準直線とし、前記正弦曲線の基準直線からのずれ量に応じて前記ゲート期間の長さを決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、正弦的な連続波を用いて送受信信号間の周波数差を抽出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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機能ブロック図である。送信用振動子１０は生体内へ送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子１２は生体内からの反射波を連続的に受波する。このように、送信および受信が、それぞれ異なる振動子で連続的に実行される。なお、図１では、送信用振動子１０および受信用振動子１２をそれぞれ一つのブロックで示しているが、送信用振動子１０および受信用振動子１２は、それぞれ、複数の振動素子で形成されてもよい。
【００１５】
送信器１４は、送信用振動子１０へ送信信号を供給して超音波を送波させる。送信器１４には、ＦＭ変調されたＦＭ連続波（ＦＭＣＷ波）が入力され、このＦＭ連続波に対応する送信波が送信用振動子１０から送波される。
【００１６】
ＦＭ変調器１８は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、正弦波発振器２０から供給される正弦関数の変調波（後に詳述する図２（ｂ）の符号４０と同じ波形）に基づいてＦＭ連続波（後に詳述する図２（ａ）の送信信号）を発生する。そして、振幅制御部１６は、送信用振動子１０や受信用振動子１２の周波数特性を補償するように、ＦＭ変調器１８で生成されるＦＭ連続波の振幅を制御する。
【００１７】
前置増幅器２４および主増幅器２６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して増幅処理を施し、受信ＲＦ信号を形成して受信ミキサ２８へ出力する。受信ミキサ２８は、受信ＲＦ信号に対して検波を施す回路である。受信ミキサ２８に供給される参照信号は、ＦＭ変調器１８で生成されたＦＭ連続波である。ここで、振幅制御部１６で振幅制御されたＦＭ連続波を受信ミキサ２８に参照信号として供給するようにしてもよい。こうして、受信ミキサ２８において、受信ＲＦ信号に対して送信用のＦＭ連続波による検波が行われ、ゲート設定部３０を経てバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２によって送受信信号間における周波数差信号が抽出される。ゲート設定部３０においてゲート期間が設定されるため、周波数差信号のうちのゲート期間内の信号部分がバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２から抽出される。ゲート期間と周波数差信号については後に図２および図３を利用して詳述する。
【００１８】
なお、受信ミキサ２８は、受信ＲＦ信号に対して直交検波を施して複素信号を生成してもよい。直交検波の場合、振幅制御部１６から出力されるＦＭ連続波と、そのＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらした連続波とによる、二つの連続波を参照信号として検波を行い、同相成分と直交成分の二つの成分を出力すればよい。
【００１９】
ＢＰＦ３２によって抽出された周波数差信号は、位置演算部３４に供給される。位置演算部３４は周波数差信号に基づいて生体内組織の位置を演算する。位置演算部３４は、例えば、ＦＦＴ演算を行う演算器（ＣＰＵやＤＳＰなど）で構成される。位置演算部３４で得られた組織の位置情報は、表示部３６に出力され、例えば、位置情報に基づく生体内の断層画像などが表示部３６に表示される。
【００２０】
以上、概説したように、本実施形態では、正弦波でＦＭ変調した連続波による超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波し、組織の位置情報を取得する。そこで、次にその原理について詳述する。なお、以下において、図１に示した部分には図１の符号を付して説明する。
【００２１】
図２は、周波数差信号を説明するための図である。図２（ａ）は、送信用振動子１０へ供給される送信信号（ＦＭ連続波：ＦＭＣＷ波）を示している。図２（ｂ）は、送信信号４０および複数の受信信号４２ａ〜４２ｃについての周波数の時間変化を示している。複数の受信信号４２ａ〜４２ｃは、それぞれ、異なる深さに存在する対象組織からの受信信号に相当する。複数の受信信号４２ａ〜４２ｃは、それぞれ、対応する組織の深さに応じて送信信号４０に対して遅延を伴って受波される。
【００２２】
図２（ｃ）の波形は、送受信信号間の周波数差を示す周波数差信号である。図２（ｃ）には、図２（ｂ）の複数の受信信号４２ａ〜４２ｃの各々についての周波数差信号が図示されている。
【００２３】
送信信号４０は、正弦関数の変調波に基づいてＦＭ変調された信号であるため、その周波数変化が、図２（ｂ）に示すように正弦曲線となる。受信信号４２ａ〜４２ｃの各々の周波数変化も送信信号４０と同様に正弦曲線となる。送信信号４０の周波数変化と各受信信号４２の周波数変化が共に正弦曲線であることから、送信信号４０と各受信信号４２の周波数差も図２（ｃ）に示すように周期的な変動を示す。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、対象組織の深さに対応した周波数差を抽出するために、送信信号４０や各受信信号４２の周波数変化が直線的な変化とみなせるゲート期間を設定して、周波数差信号のうちのゲート期間内の信号部分を利用する。
【００２５】
図３は、ゲート期間を説明するための図である。図３（ａ）は、送信信号を示しており、図２（ａ）の送信信号の一部に対応している。図３（ｂ）と図３（ｃ）は、送信信号４０と受信信号４２の周波数変化を示している。図３（ｂ）は、対象組織の距離（深さ）が比較的小さい場合の周波数変化であり、図３（ｃ）は、対象組織の距離（深さ）が比較的大きい場合の周波数変化である。送信信号４０の周波数変化と受信信号４２の周波数変化は共に正弦曲線であるが、図３（ｂ）や図３（ｃ）に示すように、直線的な変化とみなせる部分が存在する。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、ゲート設定部３０が、正弦波発振器２０から得られる正弦関数の変調波に基づいて、正弦曲線のうちの直線的な変化とみなせる部分を抽出するためのゲート期間５０を設定する。ゲート設定部３０は、送信信号４０の周波数変化を示す正弦曲線のゼロクロス点Ｐを中心位置としてゲート期間５０を設定する。また、ゲート設定部３０は、ゼロクロス点Ｐにおける接線５２を基準直線とし、送信信号４０の正弦曲線についての接線５２からのずれ量に応じて、ゲート期間５０の長さを決定する。
【００２７】
ゼロクロス点Ｐから離れるにつれて、送信信号４０の正弦曲線は接線５２から大きくずれて行く。そこで、例えば、予めずれ量の限界値を設定しておき、ずれ量がその限界値の範囲内となるようにゲート期間５０の長さが決定される。ずれ量の限界値は、固定値であってもよいし、ユーザが変更できるようにしてもよい。
【００２８】
図１のゲート設定部３０は、ゲート期間５０を設定すると、受信ミキサ２８から出力される検波後の信号（周波数差信号を含んだ信号）のうちのゲート期間５０内の信号のみを抽出してＢＰＦ３２へ出力する。そして、ＢＰＦ３２において周波数差信号の信号部分、つまり、周波数差信号のうちのゲート期間５０内の信号部分が抽出されて位置演算部３４へ出力される。そして、位置演算部３４は、ゲート期間５０内における送信信号４０と受信信号４２の周波数差から、その受信信号４２に対応した対象組織の位置（深さ）を算出する。
【００２９】
送信用振動子１０から送波された超音波は、生体内を伝播して組織によって反射される。このため、往復伝播距離に応じた遅延を伴って受波される。つまり、受信信号４２は、往復伝播距離に応じた遅延時間τだけ、送信信号４０から遅れて取得される。
【００３０】
探触子から対象組織までの距離をＬ、音速をｃとすると、時間τは次式のようになる。
【００３１】
【数１】
2009219783.tif 000003
【００３２】
また、図３に示すように、ゲート期間５０内において送信信号４０の周波数は接線５２に沿って変化するとみなされるため、送信信号４０の単位時間当たりの周波数変化は、接線５２の傾きΔＦとなる。
【００３３】
このため、ゲート期間５０における送受信信号間の周波数差Δδは次式のようになる。  
【００３４】
【数２】
2009219783.tif 000004
【００３５】
時間τ＝２Ｌ／ｃであるため、ゲート期間５０内における送受信信号間の周波数差Δδを考えると、
【数３】
2009219783.tif 000005
となる。
【００３６】
したがって、ゲート期間５０内における送受信信号間の周波数差Δδを知ることで、既知の値であるΔＦとｃから、数３を利用して、探触子から対象組織までの距離Ｌを算出することができる。
【００３７】
なお、ゲート期間５０内における送受信信号間の周波数差Δδは、例えば、図３に示すゲート期間５０内の全域における周波数差の平均値として算出される。もちろん、特定の時刻、例えばゼロクロス点Ｐにおける周波数差を送受信信号間の周波数差Δδとしてもよい。
【００３８】
以上の原理に基づいて、位置演算部３４は受信信号４２に対応した対象組織の位置（深さ）を算出する。なお、超音波の計測においては、周波数に依存する減衰特定（ＦＤＡ）が知られている。本実施形態においてＦＤＡを補償する機能が追加されてもよい。
【００３９】
図４は、ＦＤＡの補償を説明するための図である。図４（ａ）は、反射率が等しい組織が超音波ビームに沿って散在する場合におけるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２の出力の周波数電力スペクトラムを示している。ＦＤＡ７０の影響により、深いほど、つまり周波数差（横軸方向の大きさ）が大きいほど、各組織から得られるスペクトラム６０の電力（縦軸方向の大きさ）が減少している。
【００４０】
そこで、図４（ｂ）に示すように、ＦＤＡ７０の逆の特性を備えた利得特性７２により、周波数電力スペクトラムに対して重み付け（利得の調整）を行う。これにより、ＦＤＡ７０による影響を補償することが可能になる。そのため、各組織からの反射率に応じた電力でスペクトラム６０を形成して表示することが可能になる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【００４２】
例えば、上述した実施形態においては、周波数を周期的に変化させる連続波の送信信号を形成するにあたって、搬送波信号（ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波）に対して周波数変調処理を施している。この周波数変調処理に換えて、周波数変調処理と同じ角度変調の方式として当業者において明らかな位相変調処理（ＰＭ処理）を利用してもよい。つまり、搬送波信号（ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波）に対して位相変調処理を施すことにより、ＦＭ変調器１８から出力されるＦＭ連続波と同じ波形あるいは同等な波形を形成してもよい。なお、周波数を周期的に変化させる連続波のデータをメモリなどに記憶しておき、このメモリから読み出されるデータに基づいて、当該連続波を生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】周波数差信号を説明するための図である。
【図３】ゲート期間を説明するための図である。
【図４】ＦＤＡの補償を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  送信用振動子、１２  受信用振動子、１６  振幅制御部、１８  ＦＭ変調器、２０  正弦波発振器、３０  ゲート設定部、３４  位置演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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