(57)【要約】【課題】周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を用いる超音波診断装置において、装置内で処理される信号についての劣化特性を補償する。【解決手段】対称三角波によるＦＭ変調処理が施されたＦＭ連続波に対応する超音波が送受波され、受信ミキサ３０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、ＬＰＦ３６，３８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。ＦＦＴ回路４０，４２において周波数差信号が周波数スペクトラムに変換される。周波数補償部１７，１８は、受信ＲＦ信号に対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う周波数方向に関する減衰特性の補償処理を施す。スペクトラム補償部４４，４６は、周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う深さ方向に関する減衰特性の補償処理を施す。【選択図】図１
2009261827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記送受波部へ供給される送信信号と前記送受波部から得られる受信信号のうちの少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施す信号補償部と、
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、
前記周波数差信号に対して信号処理を施すことにより周波数差信号の周波数スペクトラムを得るスペクトラム演算部と、
前記周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施すスペクトラム補償部と、
補償処理された周波数スペクトラムに基づいて生体内組織の位置情報と速度情報のうちの少なくとも一方の情報を得る組織情報取得部と、
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、
前記信号補償部は、前記少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う周波数方向に関する減衰特性の補償処理を施す、
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２に記載の超音波診断装置において、
前記スペクトラム補償部は、前記周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う深さ方向に関する減衰特性の補償処理を施す、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記信号補償部は、前記少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理に加えて、前記送受波部における周波数特性の補償処理を施す、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記組織情報取得部は、周波数スペクトラムから移動目標に対応した複数のスペクトラム成分を抽出し、前記送信信号の周波数を全体的に増加または減少させることに伴う各スペクトラム成分の周波数軸上における挙動に基づいて、同一の移動目標から得られる両側帯波に対応したスペクトラム成分のペアを抽出する、
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、装置内で処理される信号についての劣化特性を補償する技術に注目した。
【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、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を用いる超音波診断装置において、装置内で処理される信号についての劣化特性を補償する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、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、前記送受波部へ供給される送信信号と前記送受波部から得られる受信信号のうちの少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施す信号補償部と、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、前記周波数差信号に対して信号処理を施すことにより周波数差信号の周波数スペクトラムを得るスペクトラム演算部と、前記周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施すスペクトラム補償部と、補償処理された周波数スペクトラムに基づいて生体内組織の位置情報と速度情報のうちの少なくとも一方の情報を得る組織情報取得部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記信号補償部は、前記少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う周波数方向に関する減衰特性の補償処理を施す、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい態様において、前記スペクトラム補償部は、前記周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰に伴う深さ方向に関する減衰特性の補償処理を施す、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記信号補償部は、前記少なくとも一方の信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理に加えて、前記送受波部における周波数特性の補償処理を施す、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記組織情報取得部は、周波数スペクトラムから移動目標に対応した複数のスペクトラム成分を抽出し、前記送信信号の周波数を全体的に増加または減少させることに伴う各スペクトラム成分の周波数軸上における挙動に基づいて、同一の移動目標から得られる両側帯波に対応したスペクトラム成分のペアを抽出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、周波数を周期的に変化させた連続波の送信信号を用いる超音波診断装置において、生体内の周波数依存性減衰が補償される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１６】
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行われて、いわゆる連続波ドプラ法による送受信が実行される。
【００１７】
電力増幅器１４は、送信用振動子１０を制御して超音波の送信制御を行う。電力増幅器１４には、例えば対称三角波によるＦＭ変調処理が施された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。ＦＭ連続波は、ＦＭ変調器２０において形成されてプリエンファシス１５を介して電力増幅器１４に供給される。
【００１８】
ＦＭ変調器２０は、ＲＦ波発振器２２から供給されるＲＦ波、および、ＦＭ変調波発振器２４から供給される対称三角波の変調波に基づいてＦＭ連続波を発生する。ＦＭ連続波の周波数変化については後に図５を利用して説明する。また、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波は、プリエンファシス１５において、送信用振動子１０および受信用振動子１２の周波数特性の補償処理を施される。この補償処理については、後に図４を利用して説明する。
【００１９】
受信増幅器１６は、受信用振動子１２から供給される受波信号に対して、増幅処理等の受信処理を施して受信ＲＦ信号を形成する。周波数補償部１７，１８は、受信増幅器１６から出力される受信ＲＦ信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施す。この補償処理については、後に図４を利用して説明する。補償処理を施された受信ＲＦ信号は、受信ミキサ３０へ供給される。
【００２０】
受信ミキサ３０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する回路であり、２つのミキサ３２，３４で構成される。各ミキサは受信ＲＦ信号を所定の参照信号と混合する回路である。受信ミキサ３０の各ミキサに供給される参照信号は、ＦＭ変調器２０から出力される。
【００２１】
つまり、ミキサ３２にはＦＭ変調器２０が出力するＦＭ連続波が直接供給され、一方、ミキサ３４にはＦＭ連続波がπ／２シフト回路２６を経由して供給される。π／２シフト回路２６はＦＭ連続波の位相をπ／２だけずらす回路である。この結果、２つのミキサ３２，３４の一方から同相信号成分（Ｉ信号成分）が出力され、他方から直交信号成分（Ｑ信号成分）が出力される。そして、受信ミキサ３０の後段に設けられるＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６，３８によって、同相信号成分および直交信号成分の各々の高周波数成分がカットされ、送受信信号間における周波数差信号の同相信号成分および直交信号成分が抽出される。周波数差信号については後に図５を利用して説明する。
【００２２】
ＦＦＴ回路（高速フーリエ変換回路）４０，４２は、周波数差信号（同相信号成分および直交信号成分）の各々に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ回路４０，４２において周波数差信号が周波数スペクトラムに変換される。なお、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムは、回路の設定条件などにより周波数分解能δｆの周波数データとして出力される。
【００２３】
スペクトラム補償部４４，４６は、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムに対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理を施す。この補償処理については、後に図６を利用して説明する。補償処理を施された周波数スペクトラムは、移動目標抽出部４８と固定目標抽出部５０へ供給される。
【００２４】
移動目標抽出部４８は、周波数差信号の周波数スペクトラムから、例えば血流などの移動組織に対応した複数のスペクトラム成分を抽出する。また、移動目標抽出部４８は、ＦＭ連続波の搬送波（ＲＦ波発振器２２が出力するＲＦ波）の周波数を変化させることに伴う各スペクトラム成分の周波数軸上における挙動に基づいて、同一の移動組織から得られる両側帯波に対応したスペクトラム成分のペアを抽出する。
【００２５】
そして、速度演算部５２において、同一の移動組織から得られる両側帯波の二つのスペクトラム成分を利用して、当該二つのスペクトラム成分の間の周波数軸上における周波数差から当該移動組織の速度が算出される。また、固定目標抽出部５０は、例えば血管壁などの固定組織に対応した複数のスペクトラム成分を抽出する。
【００２６】
表示処理部５４は、移動目標抽出部４８と固定目標抽出部５０により抽出される周波数軸に沿って並んだ移動組織と固定組織の複数のスペクトラム成分に基づいて、周波数軸を超音波の深さ方向に対応付けて、さらに、移動組織と固定組織を互いに異なる表示態様として、超音波の深さ方向に沿って並んだ移動組織と固定組織を表示する表示画像を形成し、形成した表示画像が表示部５６に表示される。
【００２７】
以上、概説したように、本実施形態では、対称三角波でＦＭ変調した連続波による超音波（ＦＭＣＷ波）を送受波し、これにより得られる周波数差信号の周波数スペクトラムから、移動組織と固定組織の情報を取得する。また、装置内で処理される信号に対して、生体内における周波数依存性減衰の補償処理が施される。そこで、次に、本実施形態による信号処理の原理について詳述する。なお、図１に示した部分については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
【００２８】
図２は、生体内における周波数依存性減衰を説明するための図である。図２（Ａ）には、周波数依存減衰特性の曲線が図示されており、横軸は体表からの距離（深さ）であり縦軸は電力である。また、図２（Ｂ）には、周波数依存減衰補償特性の曲線が図示されており、横軸は体表からの距離（深さ）であり縦軸は電力である。
【００２９】
超音波が生体内を伝播する際の減衰特性は、周波数依存性減衰（ＦＤＡ：Frequency dependent attenuation）と呼ばれ、生体内の軟部組織では、ほぼ周波数と伝搬距離に比例することが知られている。図２（Ａ）において、横軸が伝搬距離に対応しており、超音波の周波数をパラメータとして変化させた場合の複数の曲線が図示されている。
【００３０】
この特性は、送受信される超音波の周波数スペクトラムの形に影響を与える。そのため、図２（Ａ）に示す周波数依存減衰特性を補償するように、図２（Ｂ）に示す周波数依存減衰補償特性を用いて、装置内の信号に対して補償処理を施すことが望ましい。
【００３１】
図３は、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波の周波数スペクトラムを説明するための図であり、図３（Ａ）〜（Ｃ）には、ＦＭ変調器２０における変調度βを変化させた場合のＦＭ連続波の周波数スペクトラムが図示されている。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）の各々において、横軸は周波数であり縦軸は電力スペクトラム（スペクトラムの電力）である。
【００３２】
ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波は、図３に示すように、ＲＦ波発振器２２から供給される搬送波（ＲＦ波）の中心周波数ｆ0を中心として周波数軸方向に対称な形をしている。ＦＭ連続波の帯域は、変調度βが増加するにしたがって広くなるので、その帯域が広がったＦＭ連続波に対応した超音波が生体内を伝搬すると、ＦＤＡの影響が大きくなる。
【００３３】
図４は、ＦＭ連続波に関する周波数方向への減衰の影響と補償を説明するための図である。図４（Ａ）〜（Ｄ）の各々には、図３のＦＭ連続波に対応した周波数スペクトラムが図示されている。なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）の各々において、横軸は周波数であり縦軸は電力スペクトラム（スペクトラムの電力）である。
【００３４】
図４（Ａ）は、ＦＭ連続波に対する周波数依存減衰の影響を示している。ＦＭ連続波に対応した超音波が生体内を伝播することにより、図４（Ａ）に示すように、低域の周波数成分に比べて高域の周波数成分が大きく減衰する周波数依存減衰特性の影響を受け、周波数軸方向の対称性が崩れてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態では、図１の周波数補償部１７，１８において、周波数依存減衰特性の周波数軸方向への影響が補償される。つまり、周波数補償部１７，１８は、受信増幅器１６から出力される受信ＲＦ信号に対して、図４（Ｂ）に示す生体組織減衰特性の補償曲線に対応した補償処理を施す。図４（Ｂ）の補償曲線は、図４（Ａ）の周波数依存減衰特性の逆の特性となっている。これにより、生体内におけるＦＤＡの影響で図４（Ａ）のように崩れたＦＭ連続波のスペクトラムが、図４（Ｂ）に示すような対称性を備えた元の形に回復され、生体内におけるＦＤＡの影響が低減される。
【００３６】
なお、ＦＭ連続波に関する周波数方向への減衰の影響は、ＦＤＡのみとは限らない。例えば、超音波プローブ（送信用振動子１０，受信用振動子１２）は、通常、帯域通過型濾波器（バンドパスフィルタ）のような周波数特性を持っている。したがって、ＦＭ連続波は、ＦＤＡに加えて、超音波プローブの周波数特性の影響を受け、図４（Ｃ）に示すような周波数スペクトラムに崩れてしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態では、図１のプリエンファシス１５において、超音波プローブの周波数特性の影響が補償される。つまり、プリエンファシス１５は、ＦＭ変調器２０から出力されるＦＭ連続波に対して、超音波プローブの周波数特性に関する逆特性の補償曲線に対応した補償処理を施す。その結果、プリエンファシス１５による補償と周波数補償部１７，１８による補償により、図４（Ｄ）に示すような対称性を備えた元の形に回復され、生体内におけるＦＤＡの影響に加えて超音波プローブの周波数特性の影響も低減される。
【００３８】
なお、超音波プローブの周波数特性は、超音波プローブの種類などに応じて異なる特性となるため、例えば、複数の補償曲線のうちから、診断に利用する超音波プローブに対応した補償曲線を選択するようにしてもよい。
【００３９】
図４（Ｄ）には、周波数依存減衰特性と超音波プローブを考慮した補償曲線が図示されている。この補償曲線は、プリエンファシス１５における補償曲線と周波数補償部１７，１８における補償曲線を重畳した特性を備えている。そこで、例えば、プリエンファシス１５において、図４（Ｄ）に示す重畳された補償曲線を用いて補償処理を施し、周波数補償部１７，１８における補償処理を省略してもよい。逆に、周波数補償部１７，１８において、図４（Ｄ）に示す重畳された補償曲線を用いて補償処理を施し、プリエンファシス１５における補償処理を省略してもよい。
【００４０】
以上のようにして、本実施形態では、装置内で処理される信号に対して、生体内における周波数依存性減衰などの補償処理が施される。そして、本実施形態においては、周波数差信号の周波数スペクトラムから、移動組織と固定組織の情報が取得される。
【００４１】
図５は、送受信信号間における周波数差信号を説明するための図である。図５は、対象組織が一つの場合の例を示している。
【００４２】
図５（Ａ）は、送信信号６０（実線）と固定組織から得られる受信信号６２（破線）の各々の周波数変化を示している。図５（Ａ）は、横軸を時間軸として縦軸に周波数を示すことにより、送信信号６０と受信信号６２の瞬時周波数が変化する様子を示している。
【００４３】
先に説明したように、本実施形態では、対称三角波を用いた変調処理によって形成されるＦＭ連続波を送波している。そのため、図５（Ａ）に示すように、送信信号６０は、周波数が直線的に増加する増加時間帯と周波数が直線的に減少する減少時間帯とを含んでおり、送信信号６０の波形は二等辺三角形となっている。そして、時間Ｔｍごとに同じ波形が周期的に繰り返されて、連続波としての送信信号６０が形成されている。
【００４４】
図５（Ａ）の送信信号６０は、送信用振動子１０から生体内へ送波される送信波に対応しており、送信用振動子１０から送波された後、生体内を深さ方向へ向かって伝播する。一方、図５（Ａ）の受信信号６２は、受信用振動子１２によって取得される受波信号に対応しており、ある深さ（位置）に存在する一つの固定組織から反射された信号を示している。そのため、送信信号６０と受信信号６２との間には、対象組織の位置に応じた遅延時間が存在する。その遅延時間は、送信信号６０と受信信号６２との間の周波数差となって現れる。
【００４５】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の送信信号６０と受信信号６２との間の周波数差を示す周波数差信号である。図５（Ｂ）の横軸に示す時間軸は、図５（Ａ）の時間軸に揃えられており、図５（Ｂ）の縦軸が周波数差を示している。
【００４６】
図５（Ａ）の送信信号６０と受信信号６２との間には、図５（Ｂ）に示すように、位置（深さ）に伴う周波数差ｆｂが存在する。つまり、対象組織の位置に応じた遅延によって送信信号６０と受信信号６２との間に時間的なずれ（受信信号６２の遅延）が生じることにより、同時刻の送信信号６０と受信信号６２との間に周波数差ｆｂが現れる。周波数差ｆｂは、送信信号６０の増加時間帯と減少時間帯の各々において同じ量だけ現れている。
【００４７】
このように、対象組織が固定組織の場合、位置に対応した周波数差ｆｂが現れる。これに対し、移動組織の場合には、移動に伴うドプラシフトの影響を考慮する必要がある。
【００４８】
図５（Ｃ）は、送信信号６０（実線）と移動組織から得られる受信信号６２（破線）の各々の周波数変化を示している。つまり、図５（Ａ）と同様に、図５（Ｃ）は、横軸を時間軸として縦軸に周波数を示すことにより、送信信号６０と受信信号６２の瞬時周波数が変化する様子を示している。
【００４９】
移動組織の場合にも、その位置に応じて、送信信号６０と受信信号６２との間に時間的なずれ（受信信号６２の遅延）が生じることにより、同時刻の送信信号６０と受信信号６２との間に周波数差ｆｂが現れる。移動組織の場合には、さらに、組織の移動に伴うドプラシフトｆｄが現れる。つまり、図５（Ｃ）では、ドプラシフトｆｄの影響により、送信信号６０に対して受信信号６２が縦軸方向にずれている。
【００５０】
図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）の送信信号６０と受信信号６２との間の周波数差を示す周波数差信号である。図５（Ｄ）の横軸に示す時間軸は、図５（Ｃ）の時間軸に揃えられており、図５（Ｄ）の縦軸が周波数差を示している。
【００５１】
図５（Ｃ）の送信信号６０と受信信号６２との間には、図５（Ｄ）に示すように、位置（深さ）に伴う周波数差ｆｂに加え、対象組織の移動に伴うドプラシフトｆｄが現れる。そして、ドプラシフトｆｄによる影響は、送信信号６０の増加時間帯と減少時間帯で互いに異なっている。つまり、ドプラシフトｆｄを考慮した周波数差は、送信信号６０の増加時間帯で（ｆｂ−ｆｄ）となり、減少時間帯で（ｆｂ＋ｆｄ）となる。このように、ＬＰＦ３６，３８から出力される周波数差信号は、目標組織の位置に比例した周波数情報と速度に比例したドプラ情報を含んでいる。
【００５２】
図６は、周波数差信号の周波数スペクトラムを説明するための図である。図６（Ａ）には、生体内における周波数依存減衰特性の影響を受けた周波数スペクトラムが示されており、周波数軸方向に沿って複数のスペクトラム成分が並んでいる。つまり、複数の固定組織成分７０と複数の移動組織成分７２が含まれている。なお、図５を利用して説明したように、周波数（周波数差）が大きいほど、より深い位置の成分に対応している。
【００５３】
図２を利用して説明したように、周波数依存性減衰（ＦＤＡ）は周波数と伝搬距離に依存している。つまり、深い位置から得られる信号ほど減衰されやすい。そのため、周波数差信号の周波数スペクトラムについても、図６（Ａ）に示すように、深い位置のスペクトル成分ほど、つまり周波数（周波数差）が大きいスペクトル成分ほど減衰が激しい。
【００５４】
そこで、本実施形態では、図１のスペクトラム補償部４４，４６において、周波数依存減衰特性の深さ方向への影響が補償される。つまり、スペクトラム補償部４４，４６は、ＦＦＴ回路４０，４２から出力される周波数スペクトラムに対して、図６（Ｂ）に示す周波数依存減衰特性の補償曲線に対応した補償処理を施す。図６（Ｂ）の補償曲線は、図６（Ａ）の周波数依存減衰特性の逆の特性となっている。これにより、生体内におけるＦＤＡの影響で深い位置の成分ほど大きな減衰を受けた図６（Ａ）の周波数スペクトラムが、図６（Ｂ）に示すように復元される。各スペクトラム成分の大きさがその深さにおける信号の反射電力に対応しているため、図６（Ｂ）の周波数スペクトラムから、各深さにおける信号の反射電力の相対的な大きさを把握することができる。例えば、各スペクトラム成分の大きさを輝度値に対応付けた画像を形成してもよい。
【００５５】
さらに、本実施形態では、移動目標抽出部４８において移動組織に対応した複数のスペクトラム成分が抽出され、固定目標抽出部５０において固定組織に対応した複数のスペクトラム成分が抽出される。
【００５６】
図７は、スペクトラム成分の抽出処理を説明するための図である。図７（ａ）には、周波数差信号の同相信号成分（Ｉチャネル）についての周波数スペクトラムが示されており、周波数軸方向に沿って複数のスペクトラム成分が並んでいる。図７（ａ）の周波数スペクトラムは、スペクトラム補償部４４から出力される周波数スペクトラムに相当する。周波数差信号には目標組織の位置（深さ）に比例した周波数情報が含まれている。図７（ａ）において、周波数軸に沿って並んだ複数の固定組織成分７０は、互いに異なる深さに位置する複数の固定組織から得られるスペクトラム成分である。周波数が大きいほど、より深い位置から得られたものである。
【００５７】
図７（ａ）には、さらに、複数の移動組織成分７２が示されている。複数の移動組織成分７２は、互いに異なる深さに位置する複数の移動組織から得られるスペクトラム成分である。周波数が大きいほど、より深い位置から得られたものである。移動組織の場合には、位置（深さ）に応じた周波数情報に加えて、速度に比例したドプラ情報が含まれている。ドプラ情報は、ＦＭ変調波発振器２４から出力される変調波およびその変調波の高調波の両側帯波として出現する。つまり、同一の移動組織から得られるスペクトラムが、二つのスペクトラム成分からなるペアとして出現する。このようなスペクトラムの形状を両側帯波搬送波除去変調（Double-Sideband Suppressed-Carrier：DSB-SC）と呼ぶ場合もある。なお、固定組織と移動組織が同じ位置（深さ）に存在する場合には、固定組織成分７０の両側近傍に移動組織成分７２が出現する。
【００５８】
図７（ｂ）には、周波数差信号の直交信号成分（Ｑチャネル）についての周波数スペクトラムが示されており、図７（ａ）の同相信号成分に対応した複数のスペクトラム成分が示されている。図７（ｂ）の周波数スペクトラムは、スペクトラム補償部４６から出力される周波数スペクトラムに相当する。ちなみに、各スペクトラム成分の電力は、各スペクトラム成分の同相信号成分の大きさと直交信号成分の大きさの２乗和から得られる。また、その２乗和の平方根により各スペクトラム成分の振幅が得られる。
【００５９】
移動組織から得られるスペクトラム成分と固定組織から得られるスペクトラム成分は、スペクトラム成分の位相が時間とともに変化するか否かによって判別することができる。
【００６０】
図８は、周波数差信号の周波数スペクトラムの時間変化を説明するための図である。図８は、周波数スペクトラムを周波数軸と時間軸によって二次元的に表現したものである。したがって、図８においても、所定周波数におけるスペクトラムは、その周波数に対応する深さからの反射波に相当する。なお、図８において、周波数スペクトラムは、振幅成分と位相成分とを含む複素振幅で表現されており、図８において棒状に表現された各スペクトラムの棒の長さが振幅に相当し、棒の傾きが位相に相当する。
【００６１】
対象組織が固定していれば、その対象組織から得られる周波数スペクトラムは時間に関係なく一定となる。つまり、図８で、固定された組織に相当する周波数のスペクトラムは、時間に関係なくその棒の長さや傾きが一定となる。一方、対象組織が移動していると、その対象組織から得られる周波数スペクトラムは時間と共に変化する。つまり、図８で、移動組織に相当する周波数のスペクトラムは、時間と共に、その棒の長さや傾きが変化する。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、移動目標抽出部４８が、周波数スペクトラムに含まれる複数のスペクトラム成分のうち、時間の経過に伴って位相が変化するスペクトラム成分を移動組織に対応したスペクトラム成分として抽出する。また、固定目標抽出部５０が、周波数スペクトラムに含まれる複数のスペクトラム成分のうち、時間の経過に伴って位相が変化しないスペクトラム成分を固定組織に対応したスペクトラム成分として抽出する。
【００６３】
図７に戻り、図７（ｃ）は、移動目標抽出部４８により、図７（ａ）（ｂ）の周波数スペクトラムから、移動組織のスペクトラム成分のみが抽出された周波数スペクトラムを示している。また、図７（ｄ）は、固定目標抽出部５０により、図７（ａ）（ｂ）の周波数スペクトラムから、固定組織のスペクトラム成分のみが抽出された周波数スペクトラムを示している。例えば、表示処理部５４において、図７（ｃ）（ｄ）の周波数スペクトラムについての表示画像が形成されて表示部５６に表示される。
【００６４】
なお、図７（ｃ）の周波数スペクトラムを表示する際に、移動組織の移動方向（極性）を色などにより表現してもよい。移動組織のドプラ信号の極性（例えば血流が流れている方向）は、Ｉ，Ｑチャンネル間で、ドプラ複素周波数スペクトラムの位相のどちらが進んでいるかにより判断することができる。例えば、従来から知られているＰＷドプラやＣＷドプラで用いられている手法と同じ手法で極性を判断することができる。極性（方向）が識別された結果を周波数スペクトラムに反映させる場合には、例えば、振動子に向かってくる方向を青で表現し、振動子から遠ざかる方向を赤で表現する。もちろん、識別結果の色表示は赤、青に限定されず、他の色の組み合わせを利用してもよいし、色に換えて他の表示態様としてもよい。
【００６５】
また、移動組織と固定組織のスペクトラム成分を同時に表示した図７（ｅ）の周波数スペクトラムが表示部５６に表示されてもよい。この場合には、移動組織と固定組織とを互いに区別できるように、例えば、移動組織と固定組織を互いに異なる色などの表示態様により表現してもよい。
【００６６】
例えば血流などの移動組織からの周波数スペクトラムは、前述したように、２つの周波数スペクトラム成分に分離された両側帯波として出現する。この両側帯波の電力スペクトラムの離れ具合は、血流の速度に比例している。即ち、速度が大きいと、大きく分離した状態で出現するのが特徴である。その血流の実際の位置は、分離された２つのスペクトラムの中央部に対応している。したがって、実際に血管が存在する位置に対応した周波数にドプラスペクトラムが生じるのではなくて、その両側に、いわば偽の周波数帯にドプラスペクトラムが生じていることとなる。しかし、ドプラシフトが極端に大きくない通常の場合は、このシフト量は、位置分解能に比べ無視できるほど十分に小さい。したがって、両側帯波で表現されるドプラ信号を固定組織と同時に表示しても、２つのスペクトラムで表示される１組のドプラ信号はほとんど重なって表示される。したがって、両側帯波で表現されるドプラ信号を固定組織と同じ座標上に図７（ｅ）のように表示することは、実用上の価値を十分に期待できる。
【００６７】
さらに、本実施形態においては、ＦＭ連続波の周波数を全体的に増加または減少させることに伴う各スペクトラム成分の周波数軸上における挙動に基づいて、移動目標抽出部４８によって、同一の移動組織から得られる両側帯波に対応したスペクトラム成分のペアが抽出される。例えば、ＲＦ波発振器２２から出力されるＲＦ波（搬送波）の周波数をわずかに変化させ、変化前後の移動組織に関するスペクトラム成分が比較される。
【００６８】
ドプラ周波数ｆd、移動組織の速さｖ、音速ｃ、超音波ビームと移動方向の角度θ、超音波の周波数ｆ0との間には、ｆd＝ｆ0×（２×ｖ×ｃｏｓθ）／ｃの関係が成立する。したがって、ＲＦ波の周波数が増加して超音波の周波数ｆ0が増加すると、ドプラ周波数ｆdも大きくなる。
【００６９】
そこで、本実施形態においては、ＦＭ連続波の周波数を全体的に増加または減少させることに伴い、周波数軸上において互いに逆方向に移動する二つのスペクトラム成分を両側帯波に対応したスペクトラム成分のペアとして抽出する。例えば、ＲＦ波の周波数をわずかに増加させると、図７（ｆ）のように、各ペアの周波数差がわずかに大きくなる。図７（ｆ）の場合、互いに隣り合うスペクトラム成分同士のうち、スペクトラム成分同士の間の周波数差が大きくなる成分同士の組み合わせが両側帯波のペアとなる。他方、周波数差が小さくなるのは誤ったペアである。この関係を用いて、両側帯波の正しいペアを決定し、そのペアの間の周波数差２ｆdから、そのスペクトラム成分に対応した移動組織、例えば各血流の速度を算出することができる。なお、ＲＦ波の周波数をわずかに減少させると、各ペアの周波数差がわずかに小さくなるため、この関係を利用して両側帯波のペアを抽出してもよい。
【００７０】
複数の移動組織が近接して存在する場合には、互いに隣り合うスペクトラム成分同士が両側帯波のペアとならない場合も発生する。例えば、図７（ｇ）の（１）ように、ペアＰＡの二つのスペクトラム成分の間に、ペアＰＢの一方のスペクトラム成分が入り込んでしまう場合や、図７（ｇ）の（２）ように、ペアＰＡの二つのスペクトラム成分の間に、ペアＰＢの二つのスペクトラム成分が入り込んでしまう場合などが考えられる。このような場合には、互いに隣り合うスペクトラム成分同士を比較するだけでなく、近傍の他のスペクトラム成分との比較も考慮すればよい。なお、図７（ｇ）に示すようなケースは、理論上における可能性であり、実用上における発生頻度は極めて低いことが予想される。
【００７１】
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。
【００７２】
例えば、上述した実施形態においては、対称三角波によるＦＭ変調処理によりＦＭ連続波を形成しているが、対称三角波に換えて鋸歯状波を用いてもよい。また、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、搬送波信号に対して位相変調処理を施すことにより、ＦＭ変調器２０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】
【００７３】
【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】生体内における周波数依存性減衰を説明するための図である。
【図３】ＦＭ連続波の周波数スペクトラムを説明するための図である。
【図４】周波数方向への減衰の影響と補償を説明するための図である。
【図５】送受信信号間における周波数差信号を説明するための図である。
【図６】周波数差信号の周波数スペクトラムを説明するための図である。
【図７】スペクトラム成分の抽出処理を説明するための図である。
【図８】周波数スペクトラムの時間変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  送信用振動子、１２  受信用振動子、１５  プリエンファシス、１７，１８  周波数補償部、２０  ＦＭ変調器、２４  ＦＭ変調波発振器、４４，４６  スペクトラム補償部、４８  移動目標抽出部、５０  固定目標抽出部、５２  速度演算部、５４  表示処理部。
【図１】
2009261827.tif 000003
【図２】
2009261827.tif 000004
【図３】
2009261827.tif 000005
【図４】
2009261827.tif 000006
【図５】
2009261827.tif 000007
【図６】
2009261827.tif 000008
【図７】
2009261827.tif 000009
【図８】
2009261827.tif 000010