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JP4787683B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description

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。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus using a continuous wave.

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。   A continuous wave Doppler is known as a technique using a continuous wave of an ultrasonic diagnostic apparatus. In continuous wave Doppler, for example, a transmission wave configured as a sine wave of several MHz is continuously radiated into the living body, and a reflected wave from the living body is continuously received. The reflected wave includes Doppler shift information due to a moving body (for example, blood flow) in the living body. Therefore, the information is taken out and subjected to frequency analysis, and a Doppler waveform reflecting the velocity information of the moving body is formed.

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。   Continuous wave Doppler using a continuous wave is generally superior in terms of high-speed velocity measurement compared to pulse Doppler using a pulse wave. However, in continuous wave Doppler, position measurement is difficult due to the use of continuous waves. For example, position measurement cannot be performed with a conventional general continuous wave Doppler device.

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)。   Under such circumstances, the inventor of the present application has proposed a technique of continuous wave Doppler that can measure the position of the in vivo tissue in addition to the speed of the in vivo tissue (see Patent Document 1).

特開2006−14916号公報JP 2006-14916 A

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、組織などの速度に加えて位置も計測することができるという、画期的な技術であった。   The technique described in Patent Document 1 is an epoch-making technique that is capable of measuring a position in addition to a velocity of a tissue or the like while being a technique based on continuous wave Doppler.

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。   The inventor of the present application has further studied the innovative technique for improving the technique described in Patent Document 1.

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、連続波を利用して速度情報と位置情報とを取得する超音波診断装置に関する改良技術を提供することにある。   The present invention has been made in such a background, and an object thereof is to provide an improved technique related to an ultrasonic diagnostic apparatus that acquires velocity information and position information using a continuous wave.

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、搬送波信号に対して変調信号を用いて周波数変調処理を施すことにより変調送信信号を生成する送信信号処理部と、生成された変調送信信号に対応した超音波を生体に送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を取得する送受波部と、取得された受信信号に対して変調送信信号を用いて復調処理を施すことにより、送受信信号間における周波数差を反映させた周波数差信号を得る受信信号処理部と、周波数差信号の周波数スペクトラムを求めるスペクトラム演算部と、周波数差信号の周波数スペクトラムに基づいて生体内組織の位置と速度を求める位置速度演算部と、を有し、前記変調信号は、周波数を増加させる信号部分と周波数を減少させる信号部分とを含み、これにより、周波数が増加する増加時間帯と周波数が減少する減少時間帯とを含んだ変調送信信号が生成され、前記スペクトラム演算部は、増加時間帯と減少時間帯を共に含んだ複合時間帯に対応した周波数スペクトラムである複合時間帯スペクトラムと、増加時間帯に対応した周波数スペクトラムである増加時間帯スペクトラムと、減少時間帯に対応した周波数スペクトラムである減少時間帯スペクトラムと、を求め、前記位置速度演算部は、複合時間帯スペクトラムと増加時間帯スペクトラムと減少時間帯スペクトラムとに基づいて生体内組織の位置と速度を求める、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a preferred aspect of the present invention includes a transmission signal processing unit that generates a modulated transmission signal by performing frequency modulation processing on a carrier wave signal using a modulation signal. A transmission / reception unit for transmitting an ultrasonic wave corresponding to the generated modulated transmission signal to a living body, receiving a reflected wave from the living body to acquire a received signal, and a modulated transmission signal for the acquired received signal The received signal processing unit that obtains the frequency difference signal reflecting the frequency difference between the transmission and reception signals, the spectrum calculation unit that obtains the frequency spectrum of the frequency difference signal, and the frequency spectrum of the frequency difference signal A position / velocity calculation unit that obtains the position and velocity of the tissue in the living body based on the signal, and the modulation signal includes a signal part that increases the frequency and a signal part that decreases the frequency. As a result, a modulated transmission signal including an increase time zone in which the frequency increases and a decrease time zone in which the frequency decreases is generated, and the spectrum calculation unit includes a composite time zone including both the increase time zone and the decrease time zone. A complex time zone spectrum that is a frequency spectrum corresponding to the frequency spectrum, an increasing time zone spectrum that is a frequency spectrum corresponding to the increasing time zone, and a decreasing time zone spectrum that is a frequency spectrum corresponding to the decreasing time zone. The speed calculation unit is characterized in that the position and speed of the tissue in the living body are obtained based on the composite time zone spectrum, the increase time zone spectrum, and the decrease time zone spectrum.

望ましい態様において、前記位置速度演算部は、複合時間帯スペクトラムと増加時間帯スペクトラムとの差分である第1差分スペクトラムと、複合時間帯スペクトラムと減少時間帯スペクトラムとの差分である第2差分スペクトラムと、を求め、第1差分スペクトラムと第2差分スペクトラムとに基づいて生体内組織の速度を求める、ことを特徴とする。   In a preferred aspect, the position / velocity calculation unit includes a first difference spectrum that is a difference between the composite time zone spectrum and the increase time zone spectrum, and a second difference spectrum that is a difference between the composite time zone spectrum and the decrease time zone spectrum; , And the speed of the tissue in the living body is obtained based on the first difference spectrum and the second difference spectrum.

望ましい態様において、前記位置速度演算部は、第1差分スペクトラムと第2差分スペクトラムとを合成することにより速度スペクトラムを求め、速度スペクトラム内において互いに複素共役の関係にある第1差分スペクトラム成分と第2差分スペクトラム成分との間の周波数差から生体内組織の速度を求める、ことを特徴とする。   In a preferred aspect, the position / velocity calculation unit obtains a velocity spectrum by synthesizing the first difference spectrum and the second difference spectrum, and the first difference spectrum component and the second difference spectrum component that are complex conjugate to each other in the velocity spectrum. The speed of the tissue in the living body is obtained from the frequency difference with the difference spectrum component.

望ましい態様において、前記位置速度演算部は、速度スペクトラム内において互いに複素共役の関係にある第1差分スペクトラム成分と第2差分スペクトラム成分との間の中間点の周波数から生体内組織の位置を求める、ことを特徴とする。   In a preferred aspect, the position / velocity calculation unit obtains the position of the in-vivo tissue from the frequency of the intermediate point between the first difference spectrum component and the second difference spectrum component that are in a complex conjugate relationship with each other in the velocity spectrum. It is characterized by that.

望ましい態様において、前記変調信号は、周波数を直線的に増加させる信号部分と周波数を直線的に減少させる信号部分とを含んだ対称三角波である、ことを特徴とする。   In a preferred aspect, the modulation signal is a symmetric triangular wave including a signal portion that linearly increases the frequency and a signal portion that linearly decreases the frequency.

本発明により、連続波を利用して速度情報と位置情報とを取得する超音波診断装置に関する改良技術が提供される。   According to the present invention, an improved technique related to an ultrasonic diagnostic apparatus that acquires velocity information and position information using a continuous wave is provided.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

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。送信用振動子20は生体内へ超音波の送信波を連続的に送波し、また、受信用振動子22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、送信用振動子20および受信用振動子22は、それぞれ、複数の振動素子で形成されてもよい。そして、複数の振動素子を利用してビームフォーミングを行うことにより、送信用振動子20によって送信ビームを形成し、受信用振動子22によって受信ビームを形成してもよい。   FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof. The transmitting vibrator 20 continuously transmits ultrasonic transmission waves into the living body, and the receiving vibrator 22 continuously receives reflected waves from within the living body. In this way, transmission and reception are continuously executed by different vibrators. Note that the transmission vibrator 20 and the reception vibrator 22 may each be formed of a plurality of vibration elements. Then, by performing beam forming using a plurality of vibration elements, a transmission beam may be formed by the transmission vibrator 20 and a reception beam may be formed by the reception vibrator 22.

送信器18は、送信用振動子20へ送信信号を供給して超音波を送波させる。送信器18には、FM変調処理が施されたFM連続波(FMCW波)信号が入力され、送信器18がFM連続波信号に対応した送信信号を送信用振動子20へ供給することにより、FM連続波が送信用振動子20から送波される。   The transmitter 18 supplies a transmission signal to the transmission transducer 20 to transmit an ultrasonic wave. An FM continuous wave (FMCW wave) signal subjected to FM modulation processing is input to the transmitter 18, and the transmitter 18 supplies a transmission signal corresponding to the FM continuous wave signal to the transmission transducer 20. An FM continuous wave is transmitted from the transmitting transducer 20.

FM変調器14は、RF波発振器16から供給されるRF波に対して対称三角波に基づいて変調処理を施すことにより、FM連続波信号を発生する。対称三角波は、対称三角波発生器12からFM変調器14へ供給される。対称三角波は、周波数を直線的に増加させる信号増加部分と周波数を直線的に減少させる信号減少部分とを含んでおり、対称三角波の波形は、信号増加部分と信号減少部分とが互いに対称的な二等辺三角形となる。対称三角波発生器12は、制御部10の制御に応じて対称三角波をFM変調器14へ供給する。   The FM modulator 14 modulates the RF wave supplied from the RF wave oscillator 16 based on a symmetrical triangular wave, thereby generating an FM continuous wave signal. The symmetric triangular wave is supplied from the symmetric triangular wave generator 12 to the FM modulator 14. The symmetric triangular wave includes a signal increasing portion that linearly increases the frequency and a signal decreasing portion that linearly decreases the frequency. The waveform of the symmetric triangular wave is symmetrical with the signal increasing portion and the signal decreasing portion. It is an isosceles triangle. The symmetric triangular wave generator 12 supplies a symmetric triangular wave to the FM modulator 14 under the control of the control unit 10.

受信用振動子22によって生体内からの反射波が連続的に受波されると、前置増幅器24および主増幅器26は、受信用振動子22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(受信信号)を形成してミキサ28へ出力する。ミキサ28は、受信RF信号に対して検波を施す回路である。ミキサ28に供給される参照信号は、FM変調器14から出力されるFM連続波信号である。   When the reflected wave from the living body is continuously received by the receiving vibrator 22, the preamplifier 24 and the main amplifier 26 amplify the received signal supplied from the receiving vibrator 22. The received RF signal (received signal) is formed and output to the mixer 28. The mixer 28 is a circuit that detects a received RF signal. The reference signal supplied to the mixer 28 is an FM continuous wave signal output from the FM modulator 14.

こうして、ミキサ28において、受信RF信号(受信信号)に対してFM連続波信号(送信信号)による検波、つまり受信RF信号とFM連続波信号の乗算処理が行われ、ローパスフィルタ(LPF)30によって高周波数成分が除去されることにより、送受信信号間の周波数差信号が抽出される。   Thus, the mixer 28 detects the received RF signal (received signal) using the FM continuous wave signal (transmitted signal), that is, multiplies the received RF signal and the FM continuous wave signal by the low pass filter (LPF) 30. By removing the high frequency component, a frequency difference signal between the transmission and reception signals is extracted.

なお、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、FM変調器14から出力されるFM連続波信号と、そのFM連続波信号の位相をπ/2だけずらした信号とによる、二つの信号を参照信号として検波が行われて、同相成分と直交成分の二つの成分が出力される。   Note that the mixer 28 may generate a complex signal by performing quadrature detection on the received RF signal. In the case of quadrature detection, detection is performed using two signals as reference signals, which are an FM continuous wave signal output from the FM modulator 14 and a signal obtained by shifting the phase of the FM continuous wave signal by π / 2. Two components, an in-phase component and a quadrature component, are output.

LPF30によって抽出された周波数差信号はスペクトラム演算部34に供給される。スペクトラム演算部34は、例えば、FFT演算を行う演算器(CPUやDSPなど)で構成され、周波数差信号に関する周波数スペクトラムを求める。なお、スペクトラム演算部34は、ゲート設定部32によって設定されるゲート期間に応じて、周波数スペクトラムを求める。また、スペクトラム演算部34で求められた周波数スペクトラムに対して、後段の各部によって適宜処理が実行されることにより、生体内組織の速度情報や位置情報が求められる。   The frequency difference signal extracted by the LPF 30 is supplied to the spectrum calculation unit 34. The spectrum calculation unit 34 is composed of, for example, a calculator (such as a CPU or DSP) that performs an FFT calculation, and obtains a frequency spectrum related to the frequency difference signal. The spectrum calculation unit 34 obtains a frequency spectrum according to the gate period set by the gate setting unit 32. In addition, the frequency information obtained by the spectrum calculation unit 34 is appropriately processed by each unit in the subsequent stage, whereby the velocity information and the position information of the in vivo tissue are obtained.

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、組織の位置情報や速度情報を取得する。そこで、次に、本実施形態による位置情報や速度情報の取得の原理について詳述する。なお、以下において、図1に示した構成(部分)には図1の符号を付して説明する。   As described above, in this embodiment, ultrasonic waves (FMCW waves) of continuous waves that are FM-modulated with symmetric triangular waves are transmitted and received, and tissue position information and velocity information are acquired. Then, the principle of acquisition of position information and speed information according to the present embodiment will be described in detail. In the following description, the configuration (portion) shown in FIG.

図2は、生体内組織の速度情報や位置情報が周波数差信号に反映される様子を説明するための図である。図2は、対象組織が一つの場合の例を示している。   FIG. 2 is a diagram for explaining how velocity information and position information of a tissue in a living body are reflected in a frequency difference signal. FIG. 2 shows an example in which there is one target organization.

図2(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2(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。   FIG. 2A shows frequency changes of the transmission signal 60 (solid line) and the reception signal 62 (broken line) obtained from the fixed tissue. FIG. 2A shows how the instantaneous frequency of the transmission signal 60 and the reception signal 62 changes by indicating the frequency on the vertical axis with the horizontal axis as the time axis.

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2(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。   As described above, in this embodiment, an FM continuous wave formed by a modulation process using a symmetric triangular wave is transmitted. Therefore, as shown in FIG. 2A, the transmission signal 60 includes an increase time zone in which the frequency increases linearly and a decrease time zone in which the frequency decreases linearly, and the waveform of the transmission signal 60 is It is an isosceles triangle. And the same waveform is periodically repeated for every time Tm, and the transmission signal 60 as a continuous wave is formed.

図2(A)の送信信号60は、送信用振動子20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20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2(A)の受信信号62は、受信用振動子22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。   A transmission signal 60 in FIG. 2A corresponds to a transmission wave transmitted from the transmitting transducer 20 into the living body, and after being transmitted from the transmitting transducer 20, the living body travels in the depth direction. Propagate towards. On the other hand, the received signal 62 in FIG. 2A corresponds to the received signal acquired by the receiving transducer 22, and a signal reflected from one fixed tissue existing at a certain depth (position) is obtained. Show. Therefore, a delay time according to the position of the target tissue exists between the transmission signal 60 and the reception signal 62. The delay time appears as a frequency difference between the transmission signal 60 and the reception signal 62.

図2(B)は、図2(A)の送信信号60と受信信号62との間の周波数差を示している。図2(B)の横軸に示す時間軸は、図2(A)の時間軸に揃えられており、図2(B)の縦軸が周波数差を示している。   FIG. 2B shows a frequency difference between the transmission signal 60 and the reception signal 62 shown in FIG. The time axis shown on the horizontal axis of FIG. 2B is aligned with the time axis of FIG. 2A, and the vertical axis of FIG. 2B shows the frequency difference.

図2(A)の送信信号60と受信信号62との間には、図2(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。   As shown in FIG. 2B, there is a frequency difference fb associated with the position (depth) between the transmission signal 60 and the reception signal 62 in FIG. That is, a time lag (delay of the reception signal 62) occurs between the transmission signal 60 and the reception signal 62 due to a delay according to the position of the target tissue, so that the transmission signal 60 and the reception signal 62 at the same time A frequency difference fb appears between them. The frequency difference fb appears in the same amount in each of the increase time zone and the decrease time zone of the transmission signal 60.

この周波数差fbから対象組織の位置(深さ)Lを算出することができる。その算出原理に関しては、特許文献1(特開2006−14916号公報)に詳述されている。その原理を本実施形態に応用すると次のようになる。   The position (depth) L of the target tissue can be calculated from this frequency difference fb. The calculation principle is described in detail in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-14916). The principle is applied to this embodiment as follows.

本実施形態において、送信信号60の周波数が増加する時間Tm/2の間に周波数が0からΔfまで増加すると、単位時間当たりの周波数変化は2Δf/Tmとなる。また、送信用振動子20から送波された超音波が、対象組織までの距離Lだけ伝播し、その位置から反射されて受信用振動子22に戻ってくるまでの伝播時間τはτ=2L/cとなる。cは組織内の音速である。   In the present embodiment, if the frequency increases from 0 to Δf during the time Tm / 2 when the frequency of the transmission signal 60 increases, the frequency change per unit time becomes 2Δf / Tm. The propagation time τ from when the ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer 20 propagates by the distance L to the target tissue, reflected from the position and returned to the receiving transducer 22 is τ = 2L. / C. c is the speed of sound in the tissue.

そのため、送信信号60と受信信号62との間の周波数差fbは、単位時間当たりの周波数変化と伝播時間とを乗算することにより、fb=(2Δf/Tm)×(2L/c)と求めることができる。したがって、周波数差fbを計測することにより、既知の値であるΔf,Tm,cを利用して、対象組織の位置(深さ)Lを算出することができる。   Therefore, the frequency difference fb between the transmission signal 60 and the reception signal 62 is obtained as fb = (2Δf / Tm) × (2L / c) by multiplying the frequency change per unit time by the propagation time. Can do. Therefore, by measuring the frequency difference fb, the position (depth) L of the target tissue can be calculated using Δf, Tm, c which are known values.

このように、対象組織が固定組織の場合、位置Lは、周波数差fbから比較的容易に算出することができる。ところが、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。   Thus, when the target tissue is a fixed tissue, the position L can be calculated relatively easily from the frequency difference fb. However, in the case of a mobile tissue, it is necessary to consider the influence of Doppler shift accompanying the movement.

図2(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2(A)と同様に、図2(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。   FIG. 2C shows frequency changes of the transmission signal 60 (solid line) and the reception signal 62 (broken line) obtained from the moving tissue. That is, like FIG. 2A, FIG. 2C shows how the instantaneous frequency of the transmission signal 60 and the reception signal 62 changes by showing the frequency on the vertical axis with the horizontal axis as the time axis. Yes.

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2(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。   Also in the case of a mobile tissue, a time lag (delay of the reception signal 62) occurs between the transmission signal 60 and the reception signal 62 according to the position thereof, so that the transmission signal 60 and the reception signal 62 at the same time are generated. A frequency difference fb appears between In the case of a moving tissue, a Doppler shift fd accompanying the movement of the tissue further appears. That is, in FIG. 2C, the reception signal 62 is shifted in the vertical axis direction with respect to the transmission signal 60 due to the influence of the Doppler shift fd.

図2(D)は、図2(C)の送信信号60と受信信号62との間の周波数差を示している。図2(D)の横軸に示す時間軸は、図2(C)の時間軸に揃えられており、図2(D)の縦軸が周波数差を示している。   FIG. 2D shows the frequency difference between the transmission signal 60 and the reception signal 62 in FIG. The time axis shown on the horizontal axis of FIG. 2D is aligned with the time axis of FIG. 2C, and the vertical axis of FIG. 2D shows the frequency difference.

図2(C)の送信信号60と受信信号62との間には、図2(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。   Between the transmission signal 60 and the reception signal 62 in FIG. 2C, as shown in FIG. 2D, in addition to the frequency difference fb associated with the position (depth), the Doppler shift fd associated with the movement of the target tissue. Appears. The influence of the Doppler shift fd is different between the increase time zone and the decrease time zone of the transmission signal 60. That is, the frequency difference considering the Doppler shift fd is (fb−fd) in the increase time zone of the transmission signal 60 and (fb + fd) in the decrease time zone.

図2は、対象組織が一つの場合の例を示しており、この場合には、図2(D)に示す増加時間帯の周波数差と減少時間帯の周波数差を加算することによりドプラシフトfdをキャンセルすることができ、また、増加時間帯の周波数差と減少時間帯の周波数差の差を求めることにより位置に伴う周波数差fbをキャンセルすることができる。ところが、生体内から得られる反射波には、複数の組織部分から得られる複数の反射波が含まれている。   FIG. 2 shows an example in which there is one target tissue. In this case, the Doppler shift fd is calculated by adding the frequency difference in the increase time zone and the frequency difference in the decrease time zone shown in FIG. The frequency difference fb accompanying the position can be canceled by obtaining the difference between the frequency difference in the increase time zone and the frequency difference in the decrease time zone. However, the reflected wave obtained from the living body includes a plurality of reflected waves obtained from a plurality of tissue portions.

図3は、複数の組織部分から得られる複数の反射波が周波数差信号に反映される様子を説明するための図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining how a plurality of reflected waves obtained from a plurality of tissue portions are reflected in a frequency difference signal.

図3(A)は、送信信号60の波形と、複数の反射波に対応した複数の受信信号62の各波形を示している。つまり、図2(A)などと同様に、図3(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。なお、図3(A)において、複数の受信信号62は、互いに異なる位置(深さ)から得られる信号に対応している。そのため、送信信号60と各受信信号62との間には、組織部分の位置に応じた遅延量が存在する。その遅延量は、各受信信号62ごとに異なっている。   FIG. 3A shows the waveforms of the transmission signal 60 and the waveforms of a plurality of reception signals 62 corresponding to a plurality of reflected waves. That is, like FIG. 2A and the like, FIG. 3A shows how the instantaneous frequency of the transmission signal 60 and the reception signal 62 changes by indicating the frequency on the vertical axis with the horizontal axis as the time axis. ing. In FIG. 3A, the plurality of received signals 62 correspond to signals obtained from different positions (depths). Therefore, a delay amount corresponding to the position of the tissue portion exists between the transmission signal 60 and each reception signal 62. The amount of delay differs for each received signal 62.

図3(B)は、図3(A)の送信信号60と各受信信号62との間の周波数差を示している。図3(B)の横軸に示す時間軸は、図3(A)の時間軸に揃えられており、図3(B)の縦軸が周波数差を示している。   FIG. 3B shows a frequency difference between the transmission signal 60 and each reception signal 62 in FIG. The time axis shown on the horizontal axis of FIG. 3B is aligned with the time axis of FIG. 3A, and the vertical axis of FIG. 3B shows the frequency difference.

図3(A)の送信信号60と各受信信号62との間には、図3(B)に示すように、組織部分の位置に応じた周波数差が存在する。周波数差は、各受信信号62ごとに異なっている。そのため、図3(B)に示す波形内には複数の周波数差が現れており、図2(B)に示す周波数差が一つだけ現れる場合に比べて、波形が複雑であることがわかる。   As shown in FIG. 3B, there is a frequency difference according to the position of the tissue portion between the transmission signal 60 and the reception signals 62 in FIG. The frequency difference is different for each received signal 62. For this reason, a plurality of frequency differences appear in the waveform shown in FIG. 3B, and it can be seen that the waveform is more complex than when only one frequency difference shown in FIG. 2B appears.

図3では、ドプラシフトの影響を無視しているが、ドプラシフトを伴う場合には、図3(B)に示す各波形にドプラシフトが反映され、さらに複雑な波形となる。本実施形態では、こうした複雑な波形内から、複数の組織部分の速度情報と位置情報が抽出される。以下にその原理を説明する。   In FIG. 3, the influence of the Doppler shift is ignored. However, when the Doppler shift is involved, the Doppler shift is reflected in each waveform shown in FIG. 3B, resulting in a more complicated waveform. In the present embodiment, speed information and position information of a plurality of tissue portions are extracted from such a complicated waveform. The principle will be described below.

図4は、スペクトラム演算部によって求められる周波数スペクトラムを説明するための図である。スペクトラム演算部34は、周波数差信号に対してFFT演算などを施して、周波数差信号の周波数スペクトラムを求める。周波数差信号は、図3(B)を利用して説明したように、組織部分の位置に応じた周波数差成分を含んでいる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the frequency spectrum obtained by the spectrum calculation unit. The spectrum calculation unit 34 performs an FFT calculation or the like on the frequency difference signal to obtain a frequency spectrum of the frequency difference signal. As described with reference to FIG. 3B, the frequency difference signal includes a frequency difference component corresponding to the position of the tissue portion.

図4(a)は、周波数差信号の周波数スペクトラムを示している。周波数差信号は、組織部分の位置に応じた周波数差成分を含んでいるため、図4(a)に示す周波数スペクトラムには、周波数軸方向に沿って、複数の周波数差成分のスペクトラムが現れている。深い位置(遠い位置)に存在する組織部分ほど周波数差が大きくなる。つまり、図4(a)の横軸の右方向(周波数が大きくなる方向)に存在するスペクトラムほど、より深い位置の組織部分から得られたスペクトラムに相当する。   FIG. 4A shows the frequency spectrum of the frequency difference signal. Since the frequency difference signal includes a frequency difference component corresponding to the position of the tissue portion, a spectrum of a plurality of frequency difference components appears in the frequency spectrum shown in FIG. 4A along the frequency axis direction. Yes. The frequency difference becomes larger as the tissue portion exists at a deeper position (far position). That is, the spectrum that exists in the right direction (the direction in which the frequency increases) of the horizontal axis in FIG. 4A corresponds to the spectrum obtained from the tissue portion at a deeper position.

図4には、縦軸に対して平行な6本の破線上に、固定組織から得られたスペクトラムが示されている。6本の破線は、互いに異なる位置および周波数に対応している。従って、図4(a)に示された各破線に対応する固定組織のスペクトラムは、互いに異なる位置に存在する6つの固定組織から得られたものに相当する。そして、周波数が大きいものほど、深い位置に存在する組織から得られたものとなる。   In FIG. 4, the spectrum obtained from the fixed tissue is shown on six broken lines parallel to the vertical axis. The six broken lines correspond to different positions and frequencies. Accordingly, the spectrum of the fixed tissue corresponding to each broken line shown in FIG. 4A corresponds to that obtained from six fixed tissues existing at different positions. The higher the frequency is, the more the tissue is obtained from the tissue existing in the deep position.

図4(a)には、さらに、移動組織から得られたスペクトラムも示されている。図2,図3を利用して説明したように、移動組織から得られる周波数差信号は、移動組織の位置に応じた成分と、移動組織の移動に伴うドプラシフト成分とを含んでいる。そして、ドプラシフト成分は、図2(D)に示したように、周波数が増加する増加時間帯と周波数が減少する減少時間帯とにおいて、周波数差に与える影響が異なっている。つまり、ドプラシフト成分(fd)が加算される場合と減算される場合がある。   FIG. 4 (a) also shows a spectrum obtained from the moving tissue. As described with reference to FIGS. 2 and 3, the frequency difference signal obtained from the moving tissue includes a component corresponding to the position of the moving tissue and a Doppler shift component accompanying the movement of the moving tissue. As shown in FIG. 2D, the Doppler shift component has different influences on the frequency difference between the increase time zone in which the frequency increases and the decrease time zone in which the frequency decreases. That is, the Doppler shift component (fd) may be added or subtracted.

そのため、図4(a)において、移動組織から得られるスペクトラムは、その移動組織の位置に対応した周波数(図2におけるfbに相当する)の前後にドプラシフト成分(図2におけるfdに相当する)だけずれた周波数位置に現れている。   Therefore, in FIG. 4A, the spectrum obtained from the moving tissue is only the Doppler shift component (corresponding to fd in FIG. 2) before and after the frequency (corresponding to fb in FIG. 2) corresponding to the position of the moving tissue. It appears at a shifted frequency position.

なお、図4(a)では、各移動組織の位置に固定組織が存在している。つまり、図4(a)は、6つの固定組織の各々に対応して6つの移動組織が存在する場合を示しており、互いに対応する固定組織と移動組織がほぼ同じ位置に存在する状態に相当する。図4(a)の周波数スペクトラムは、例えば、互いに異なる深さに存在する6本の血管などから得られる。その場合、固定組織が血管壁などに対応し、移動組織が血管内を流れる血流に対応する。なお、本実施形態の超音波診断装置の計測対象は、血管に限定されない。   In FIG. 4A, a fixed tissue exists at the position of each moving tissue. That is, FIG. 4A shows a case where there are six moving tissues corresponding to each of the six fixed tissues, which corresponds to a state where the fixed tissue and the moving tissue corresponding to each other exist at substantially the same position. To do. The frequency spectrum of FIG. 4A is obtained from, for example, six blood vessels existing at different depths. In that case, the fixed tissue corresponds to the blood vessel wall and the like, and the moving tissue corresponds to the blood flow flowing in the blood vessel. Note that the measurement target of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment is not limited to blood vessels.

図4(a)において、各固定組織のスペクトラムの前後に対称的に現れる同一移動組織から得られるスペクトラムは、互いに複素共役の関係にある。つまり、複素共役のうちの一方のスペクトラムは縦軸の正方向側に現れており、複素共役のうちの他方のスペクトラムは縦軸の負方向側に現れている。   In FIG. 4A, the spectra obtained from the same moving tissue appearing symmetrically before and after the spectrum of each fixed tissue are in a complex conjugate relationship with each other. That is, one spectrum of the complex conjugate appears on the positive direction side of the vertical axis, and the other spectrum of the complex conjugate appears on the negative direction side of the vertical axis.

同一移動組織から得られるスペクトラムが、互いに複素共役の関係にある二つのスペクトラムを含むのは、ドプラシフト成分が増加時間帯と減少時間帯とにおいて、周波数差に与える影響が異なっていることに起因している。   The spectrum obtained from the same mobile tissue includes two spectra that are complex conjugate to each other because the influence of the Doppler shift component on the frequency difference is different between the increase time period and the decrease time period. ing.

図4(b)は、送信信号の周波数が直線的に増加する増加時間帯に対応した周波数スペクトラム(増加時間帯スペクトラム)を示している。図4(a)との比較から明らかなように、図4(b)に示す周波数スペクトラムでは、移動組織のスペクトラムが固定組織の上側(周波数の大きい側)にのみ現れている。一方、図4(c)は、送信信号の周波数が直線的に減少する減少時間帯に対応した周波数スペクトラム(減少時間帯スペクトラム)を示している。図4(c)に示す周波数スペクトラムでは、移動組織のスペクトラムが固定組織の下側(周波数の小さい側)にのみ現れている。   FIG. 4B shows a frequency spectrum (increase time zone spectrum) corresponding to an increase time zone in which the frequency of the transmission signal increases linearly. As is clear from comparison with FIG. 4A, in the frequency spectrum shown in FIG. 4B, the spectrum of the mobile tissue appears only on the upper side (the higher frequency side) of the fixed tissue. On the other hand, FIG. 4C shows a frequency spectrum (decrease time band spectrum) corresponding to a decrease time period in which the frequency of the transmission signal decreases linearly. In the frequency spectrum shown in FIG. 4C, the spectrum of the moving tissue appears only on the lower side of the fixed tissue (the smaller frequency side).

このように、増加時間帯と減少時間帯に分離してスペクトラムを求めることにより、同一移動組織から得られる互いに複素共役の関係にある二つのスペクトラムのうちの一方のみを抽出することができる。   Thus, by obtaining the spectrum separately in the increase time zone and the decrease time zone, it is possible to extract only one of the two spectra having a complex conjugate relationship obtained from the same mobile tissue.

図4(a)〜(c)に示すスペクトラムは、スペクトラム演算部34によって求められる。スペクトラム演算部34は、ゲート設定部32によって設定されるゲート期間に対応したスペクトラムを求める。ゲート設定部32は、送信信号の周波数が増加する増加時間帯に対応したゲート期間と、送信信号の周波数が減少する減少時間帯に対応したゲート期間を、送信側で発生させる対称三角波に同期させて設定する。   The spectrum shown in FIGS. 4A to 4C is obtained by the spectrum calculation unit 34. The spectrum calculation unit 34 obtains a spectrum corresponding to the gate period set by the gate setting unit 32. The gate setting unit 32 synchronizes the gate period corresponding to the increased time period in which the frequency of the transmission signal increases and the gate period corresponding to the decreased time period in which the frequency of the transmission signal decreases with the symmetrical triangular wave generated on the transmission side. To set.

そして、スペクトラム演算部34は、増加時間帯に対応したゲート期間内の周波数差信号から増加時間帯スペクトラム(図4(b))を求め、減少時間帯に対応したゲート期間内の周波数差信号から減少時間帯スペクトラム(図4(c))を求める。さらに、スペクトラム演算部34は、ゲート期間が設定されていない周波数差信号から、増加時間帯と減少時間帯とを共に含んだ複合時間帯に対応した複合時間帯スペクトラム(図4(a))を求める。このようにして求められた各種スペクトラムは、スペクトラム演算部34の後段の各部に出力される。   Then, the spectrum calculation unit 34 obtains an increase time band spectrum (FIG. 4B) from the frequency difference signal in the gate period corresponding to the increase time period, and calculates from the frequency difference signal in the gate period corresponding to the decrease time period. Decrease time zone spectrum (FIG. 4C) is obtained. Further, the spectrum calculation unit 34 calculates a composite time zone spectrum (FIG. 4A) corresponding to a composite time zone including both an increase time zone and a reduction time zone from a frequency difference signal for which no gate period is set. Ask. The various spectra obtained in this way are output to the subsequent sections of the spectrum calculation section 34.

図5は、スペクトラム演算部によって求められた周波数スペクトラムに対する演算を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the calculation for the frequency spectrum obtained by the spectrum calculation unit.

図5(d)は、図4(a)の複合時間帯スペクトラムと、図4(b)の増加時間帯スペクトラムとの差分を示している。複合時間帯スペクトラムから増加時間帯スペクトラムを減算した結果、図5(d)では、固定組織の下側(周波数の小さい側)に現れる移動組織のスペクトラムのみが抽出されている。なお、複合時間帯スペクトラムから増加時間帯スペクトラムを減算する処理は、減算部36によって実行される。   FIG. 5 (d) shows the difference between the composite time zone spectrum of FIG. 4 (a) and the increased time zone spectrum of FIG. 4 (b). As a result of subtracting the increased time zone spectrum from the composite time zone spectrum, in FIG. 5D, only the spectrum of the mobile tissue that appears below the fixed tissue (the side with the lower frequency) is extracted. Note that the process of subtracting the increased time zone spectrum from the composite time zone spectrum is executed by the subtractor 36.

図5(e)は、図4(a)の複合時間帯スペクトラムと、図4(c)の減少時間帯スペクトラムとの差分を示している。複合時間帯スペクトラムから減少時間帯スペクトラムを減算した結果、図5(e)では、固定組織の上側(周波数の大きい側)に現れる移動組織のスペクトラムのみが抽出されている。なお、複合時間帯スペクトラムから減少時間帯スペクトラムを減算する処理は、減算部38によって実行される。   FIG. 5 (e) shows the difference between the complex time zone spectrum of FIG. 4 (a) and the reduced time zone spectrum of FIG. 4 (c). As a result of subtracting the reduced time zone spectrum from the composite time zone spectrum, in FIG. 5E, only the spectrum of the mobile tissue that appears above the fixed tissue (the side with the higher frequency) is extracted. Note that the process of subtracting the reduced time zone spectrum from the composite time zone spectrum is executed by the subtractor 38.

図5(f)は、図5(d)のスペクトラムと図5(e)のスペクトラムを加算したスペクトラムを示しており、図5(f)のスペクトラムは、加算部40で求められる。図4(a)との比較において、図5(f)には、固定組織に対応したスペクトラムが除去され、6つの移動組織に対応したスペクトラムのみが残されている。先に説明したように、同一移動組織から得られるスペクトラムは、互いに複素共役の関係にある。そして、互いに複素共役の関係にあるスペクトラム間の周波数軸上における距離(周波数の差)は、各移動組織の移動速度に比例したドプラシフト(図2におけるfdの2倍)に相当する。   FIG. 5 (f) shows a spectrum obtained by adding the spectrum of FIG. 5 (d) and the spectrum of FIG. 5 (e), and the spectrum of FIG. In comparison with FIG. 4A, in FIG. 5F, the spectrum corresponding to the fixed tissue is removed, and only the spectrum corresponding to the six mobile tissues is left. As described above, the spectra obtained from the same mobile tissue are in a complex conjugate relationship with each other. The distance on the frequency axis (frequency difference) between the spectra having a complex conjugate relationship with each other corresponds to a Doppler shift (twice fd in FIG. 2) proportional to the moving speed of each moving tissue.

図6は、移動組織のスペクトラムから移動組織の速度と位置を求める処理を説明するための図である。図6(g)は、図5(f)に示される各移動組織のスペクトラムのピーク周波数(スペクトラムがピークとなる周波数軸上の位置)とスペクトラムの極性を示した波形である。図6(g)に示す波形は、ピーク検出部42によって求められる。   FIG. 6 is a diagram for explaining processing for obtaining the velocity and position of the moving tissue from the spectrum of the moving tissue. FIG. 6G is a waveform showing the spectrum peak frequency (position on the frequency axis at which the spectrum peaks) and the spectrum polarity of each mobile tissue shown in FIG. The waveform shown in FIG. 6G is obtained by the peak detector 42.

ピーク検出部42は、図5(f)の各スペクトラムのピークを検出してピークとなる周波数を求める。さらに、ピーク検出部42は、各スペクトラムの極性、つまり図5(f)の縦軸の正方向側に現れるスペクトラムか負方向側に現れるスペクトラムか、を判断し、スペクトラムの極性に応じて、図6(g)の各ピーク波形を求める。これにより、各ピーク波形は、対応するスペクトラムのピーク位置と極性を示す波形となる。なお、各ピーク波形の振幅は規格化される。例えば、正方向のピークの振幅を「+1」、負方向のピークの振幅を「−1」とすることによりデジタル信号で表現することができる。   The peak detection unit 42 detects the peak of each spectrum in FIG. Further, the peak detector 42 determines the polarity of each spectrum, that is, whether the spectrum appears on the positive direction side or the negative direction side of the vertical axis in FIG. Each peak waveform of 6 (g) is obtained. Thereby, each peak waveform becomes a waveform indicating the peak position and polarity of the corresponding spectrum. Note that the amplitude of each peak waveform is normalized. For example, it can be expressed as a digital signal by setting the amplitude of the peak in the positive direction to “+1” and the amplitude of the peak in the negative direction to “−1”.

本実施形態では、図6(g)のように求められた複数のピーク波形について、隣り合うピーク波形同士を加算することにより、同一移動組織から得られるピーク波形の組を導き出す。隣り合うピーク波形同士を加算すると、各ピーク波形が「+1」または「−1」に規格化されているため、隣同士の組み合わせ方により、大別して2通りの加算結果が得られる。例えば、図6(g)に示すように、隣り合うピーク波形同士の加算結果が全て「0」になる組み合わせ方と、隣り合うピーク波形同士の加算結果が「0,+2,−2,0,+2」になる組み合わせ方が存在する。   In the present embodiment, a set of peak waveforms obtained from the same moving tissue is derived by adding adjacent peak waveforms to a plurality of peak waveforms obtained as shown in FIG. When adjacent peak waveforms are added, each peak waveform is normalized to “+1” or “−1”, so that two types of addition results can be obtained depending on how the adjacent peak waveforms are combined. For example, as shown in FIG. 6G, the combination result in which the addition results of adjacent peak waveforms are all “0” and the addition result of adjacent peak waveforms are “0, +2, −2, 0, There is a combination that becomes “+2”.

同一移動組織から得られるスペクトラムは、互いに複素共役の関係にあるため、同一移動組織に対応した二つのピーク波形は、互いに極性が異なり、それら二つのピーク波形同士の加算結果は「0」となる。そこで、隣接ピーク決定部44は、隣り合うピーク波形同士の加算結果が全て「0」になる組み合わせ方を選び出す。   Since the spectrum obtained from the same mobile tissue is in a complex conjugate relationship, the two peak waveforms corresponding to the same mobile tissue have different polarities, and the addition result of these two peak waveforms is “0”. . Therefore, the adjacent peak determination unit 44 selects a combination method in which the addition results of adjacent peak waveforms are all “0”.

隣接ピーク決定部44は、例えば、隣り合うピーク波形の組の加算結果の絶対値を各組ごとに求め、全ての組の絶対値を合計した場合に、その合計値が「0」となる組み合わせ方を選択する。あるいは、その合計値が他の組み合わせに対して小さい方を選択する。例えば、図6(g)に示す例では、隣り合うピーク波形同士の加算結果が全て「0」になる組み合わせ方の場合に絶対値の合計値が「0」となり、隣り合うピーク波形同士の加算結果が「0,+2,−2,0,+2」になる組み合わせ方の場合には絶対値の合計値が「6」となる。   For example, the adjacent peak determination unit 44 obtains the absolute value of the addition result of the pair of adjacent peak waveforms for each pair, and when the absolute values of all the pairs are summed, the combination whose sum is “0”. Select the direction. Alternatively, the one whose total value is smaller than other combinations is selected. For example, in the example shown in FIG. 6G, the sum of absolute values is “0” in the case of a combination method in which the addition results of adjacent peak waveforms are all “0”, and addition of adjacent peak waveforms is performed. In the case of a combination method that results in “0, +2, −2, 0, +2”, the total absolute value is “6”.

図6(h)は、同一移動組織から得られるピーク波形の組を導き出した結果を示している。図6(h)において、周波数軸上に示される波線は、隣り合うピーク波形同士の組み合わせ方を示すものであり、波線で分断されていないピーク波形同士が、同一移動組織から得られるピーク波形の組となる。同一移動組織から得られるピーク波形の組が決定されると、その組を構成する二つのピーク波形の周波数軸上における中間位置が求められる。   FIG. 6 (h) shows the result of deriving a set of peak waveforms obtained from the same mobile tissue. In FIG. 6 (h), the wavy line shown on the frequency axis indicates how to combine adjacent peak waveforms, and the peak waveforms that are not separated by the wavy line are peak waveforms obtained from the same moving tissue. Become a pair. When a set of peak waveforms obtained from the same moving tissue is determined, an intermediate position on the frequency axis of two peak waveforms constituting the set is obtained.

図6(i)は、ピーク波形の組ごとに中間位置が求められた結果を示しており、各組の中間位置が周波数軸上の菱形によって示されている。菱形が示す周波数は、各移動組織の位置(深さ)に伴う周波数(図2における周波数差fb)に相当する。したがって、図6(i)に示す菱形の部分の周波数、つまり二つのピーク波形の中間位置から、各移動組織の位置を求めることができる。なお、移動組織の位置に伴う周波数から移動組織の位置を求める際には、先に説明したとおり、特許文献1に記載された原理が利用される。   FIG. 6 (i) shows the result of obtaining the intermediate position for each pair of peak waveforms, and the intermediate position of each group is indicated by a diamond on the frequency axis. The frequency indicated by the rhombus corresponds to the frequency (frequency difference fb in FIG. 2) associated with the position (depth) of each moving tissue. Therefore, the position of each moving tissue can be obtained from the frequency of the diamond-shaped portion shown in FIG. 6 (i), that is, the intermediate position between the two peak waveforms. In addition, when calculating | requiring the position of a moving tissue from the frequency accompanying the position of a moving tissue, the principle described in patent document 1 is utilized as demonstrated previously.

また、二つのピーク波形間の周波数軸上における距離(周波数の差)は、それらピーク波形の組に対応する移動組織の移動速度に比例したドプラシフト(図2におけるfdの2倍)に相当する。したがって、二つのピーク波形間の周波数軸上における距離から、それらのピーク波形に対応した移動組織の移動速度を求めることができる。ドプラシフト成分から速度を求める技術については、従来から公知の技術が利用される。なお、本実施形態において、移動組織の位置と速度は、位置速度情報算出部46によって求められる。   The distance on the frequency axis (frequency difference) between the two peak waveforms corresponds to a Doppler shift (twice fd in FIG. 2) proportional to the moving speed of the moving tissue corresponding to the set of peak waveforms. Therefore, from the distance on the frequency axis between the two peak waveforms, the moving speed of the moving tissue corresponding to those peak waveforms can be obtained. As a technique for obtaining the speed from the Doppler shift component, a conventionally known technique is used. In the present embodiment, the position and speed of the moving tissue are obtained by the position / velocity information calculation unit 46.

隣接ピーク合成部48は、隣接するピーク波形に対応したスペクトラム成分を合成する。つまり、図5(f)に示した、同一移動組織から得られる互いに複素共役の関係にあるスペクトラム同士を合成し、その移動組織から得られる反射電力に比例した合成スペクトラムを求める。求められた合成スペクトラムは、移動組織の位置に対応した周波数にシフトされる。隣接ピーク合成部48は、各移動組織ごとに合成スペクトラムを求めて、画像形成部50へ出力する。   The adjacent peak synthesizing unit 48 synthesizes spectrum components corresponding to adjacent peak waveforms. That is, the spectra shown in FIG. 5F obtained from the same moving tissue and having a complex conjugate relationship with each other are synthesized, and a synthesized spectrum proportional to the reflected power obtained from the moving tissue is obtained. The obtained composite spectrum is shifted to a frequency corresponding to the position of the moving tissue. The adjacent peak combining unit 48 obtains a combined spectrum for each moving tissue and outputs it to the image forming unit 50.

図7は、画像形成部50によって形成される速度位置画像を説明するための図である。図7に示される各スペクトラム表示は、各移動組織から得られる合成スペクトラムに対応している。つまり、図4(a)に示した6つの移動組織の各々から合成スペクトラムが求められ、求められた各合成スペクトラムを対応する移動組織の位置(周波数軸上の位置)にシフトして表示したものである。合成スペクトラムは、移動組織から得られる反射電力に比例しており、従って、図7に示される各スペクトラム表示は、その位置(周波数軸上の位置)に存在する移動組織の反射電力の大きさを示すことになる。   FIG. 7 is a diagram for explaining a velocity position image formed by the image forming unit 50. Each spectrum display shown in FIG. 7 corresponds to a composite spectrum obtained from each mobile tissue. That is, a composite spectrum is obtained from each of the six mobile tissues shown in FIG. 4A, and each obtained composite spectrum is displayed by shifting to the corresponding position (position on the frequency axis) of the mobile tissue. It is. The combined spectrum is proportional to the reflected power obtained from the mobile tissue. Therefore, each spectrum display shown in FIG. 7 shows the magnitude of the reflected power of the mobile tissue existing at that position (position on the frequency axis). Will show.

また、図7の各スペクトラム表示上には、各移動組織の速度の大きさとその方向を示す矢印の表示態様が設けられている。つまり、各移動組織の速度の大きさが矢印の長さで表現され、速度の方向が矢印の向きで表現されている。図7に示す速度位置画像は、例えば、モニタに表示され、ユーザはモニタに表示される速度位置画像から、移動組織の位置と速度を視覚的に確認することができる。   Moreover, on each spectrum display of FIG. 7, the display mode of the arrow which shows the magnitude | size and direction of the speed | velocity | rate of each moving tissue is provided. That is, the speed of each moving tissue is represented by the length of the arrow, and the direction of the speed is represented by the direction of the arrow. The speed position image shown in FIG. 7 is displayed on a monitor, for example, and the user can visually confirm the position and speed of the moving tissue from the speed position image displayed on the monitor.

なお、超音波ビームを2次元平面内で走査させ、走査によって得られる複数の超音波ビームの各々から、図7に示す各スペクトラム表示(合成スペクトラム)を求めることにより、移動組織の位置と速度を2次元断層上で表現することも可能である。例えば、各移動組織の合成スペクトラムが移動組織から得られる反射電力に比例していることから、合成スペクトラムに応じて断層画像上の輝度を設定することにより、Bモード画像に相当する画像を形成することが可能になる。   The position and velocity of the moving tissue are determined by scanning the ultrasonic beam in a two-dimensional plane and obtaining each spectrum display (synthetic spectrum) shown in FIG. 7 from each of the plurality of ultrasonic beams obtained by the scanning. It is also possible to express on a two-dimensional fault. For example, since the combined spectrum of each moving tissue is proportional to the reflected power obtained from the moving tissue, an image corresponding to the B-mode image is formed by setting the luminance on the tomographic image according to the combined spectrum. It becomes possible.

さらに、スペクトラム演算部34において求められる図4(a)のスペクトラムと、加算部40において求められる図5(f)のスペクトラムの差分を減算部52で求めることにより、各固定組織に対応したスペクトラムのみを抽出することができる。そして、位置情報算出部54において、各固定組織に対応したスペクトラムから各固定組織の位置(深さ)を求めて、画像形成部50で形成される速度位置画像に固定組織の位置情報を反映させてもよい。また、断層面に対する速度の極性を色で表示してもよい。例えば、断層面を手前から奥に向う血流を青、奥から手前に向う血流を赤で表示してもよい。   Further, the subtractor 52 obtains the difference between the spectrum shown in FIG. 4A obtained by the spectrum calculator 34 and the spectrum shown in FIG. 5F obtained by the adder 40, so that only the spectrum corresponding to each fixed tissue is obtained. Can be extracted. Then, the position information calculation unit 54 obtains the position (depth) of each fixed tissue from the spectrum corresponding to each fixed tissue, and reflects the position information of the fixed tissue in the velocity position image formed by the image forming unit 50. May be. Also, the polarity of the velocity with respect to the tomographic plane may be displayed in color. For example, the blood flow from the front to the back of the tomographic plane may be displayed in blue, and the blood flow from the back to the front may be displayed in red.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本実施形態は、例えば次のような利点を有している。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this embodiment has the following advantages, for example.

一般に、パルス波を利用する場合(パルス方式の場合)、SNRを向上させるためには、超音波パルスの尖頭値電力を大きくしなければならない。超音波パルスの尖頭値電力を大きくするためには、送信部の回路の高耐圧化や受信側への漏れ防止対策などが必要になるなど、回路構成が複雑になる。もちろん、超音波パルスの尖頭値電力を大きくした場合、ピーク音圧による生体への影響も考慮する必要がある。また、パルス方式で距離分解能を確保する場合、パルスの立ち上がり、立ち下り時間を小さくするために、受信系を広帯域に保つ必要がある。   Generally, when a pulse wave is used (in the case of a pulse method), the peak power of an ultrasonic pulse must be increased in order to improve the SNR. In order to increase the peak power of the ultrasonic pulse, the circuit configuration becomes complicated, for example, it is necessary to increase the breakdown voltage of the circuit of the transmission unit and to take measures to prevent leakage to the reception side. Of course, when the peak power of the ultrasonic pulse is increased, it is necessary to consider the influence of the peak sound pressure on the living body. Further, when the distance resolution is ensured by the pulse method, it is necessary to keep the receiving system in a wide band in order to reduce the rise time and fall time of the pulse.

本実施形態では、連続波を利用しているため、復調したベースバンド信号の周波数スペクトラム帯域を狭帯域化することができ、パルス方式に比べて信号対ノイズ比(SNR)の向上が期待できる。しかも、距離分解能をパルス方式と同等に保つことができる。また、本実施形態では、パルス方式の場合に比べて、高耐圧化が不要となるので回路構成を簡単にすることができ、さらに、装置の小型化や低消費電力化にも有利である。   In this embodiment, since a continuous wave is used, the frequency spectrum band of the demodulated baseband signal can be narrowed, and an improvement in signal-to-noise ratio (SNR) can be expected compared to the pulse method. Moreover, the distance resolution can be kept equal to the pulse method. Further, in the present embodiment, compared with the pulse system, it is not necessary to increase the breakdown voltage, so that the circuit configuration can be simplified, and further, it is advantageous for downsizing of the apparatus and low power consumption.

また、本実施形態では、連続波を利用しているにも関わらず、対象組織の速度を測定することに加えて、対象組織の位置を測定することができる。さらに、測定速度の上限は、変調周波数によって制限されない。そして、超音波ビーム上に散在する複数の移動組織の速度計測において、従来のパルス方式や従来の連続波ドプラでは測定できなかった低速度の測定も可能になる。   In the present embodiment, in addition to measuring the velocity of the target tissue, the position of the target tissue can be measured in spite of using the continuous wave. Furthermore, the upper limit of the measurement speed is not limited by the modulation frequency. Further, in the velocity measurement of a plurality of moving tissues scattered on the ultrasonic beam, it becomes possible to measure at a low velocity that could not be measured by the conventional pulse method or the conventional continuous wave Doppler.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、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。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention.

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。1 is a block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 生体内組織の速度情報や位置情報が周波数差信号に反映される様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that the speed information and position information of a biological tissue are reflected in a frequency difference signal. 複数の組織部分から得られる複数の反射波が周波数差信号に反映される様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that the some reflected wave obtained from a some tissue part is reflected in a frequency difference signal. スペクトラム演算部によって求められる周波数スペクトラムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency spectrum calculated | required by the spectrum calculating part. スペクトラム演算部によって求められた周波数スペクトラムに対する演算を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation with respect to the frequency spectrum calculated | required by the spectrum calculating part. 移動組織のスペクトラムから移動組織の速度と位置を求める処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which calculates | requires the speed and position of a mobile tissue from the spectrum of a mobile tissue. 画像形成部によって形成される速度位置画像を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the speed position image formed by the image formation part.

符号の説明Explanation of symbols

12 対称三角波発生器、14 FM変調器、34 スペクトラム演算部、46 位置速度情報算出部、50 画像形成部。   12 symmetrical triangle wave generator, 14 FM modulator, 34 spectrum calculation unit, 46 position velocity information calculation unit, 50 image forming unit.

Claims (5)

搬送波信号に対して変調信号を用いて周波数変調処理を施すことにより変調送信信号を生成する送信信号処理部と、
生成された変調送信信号に対応した超音波を生体に送波し、生体からの反射波を受波して受信信号を取得する送受波部と、
取得された受信信号に対して変調送信信号を用いて復調処理を施すことにより、送受信信号間における周波数差を反映させた周波数差信号を得る受信信号処理部と、
周波数差信号の周波数スペクトラムを求めるスペクトラム演算部と、
周波数差信号の周波数スペクトラムに基づいて生体内組織の位置と速度を求める位置速度演算部と、
を有し、
前記変調信号は、周波数を増加させる信号部分と周波数を減少させる信号部分とを含み、これにより、周波数が増加する増加時間帯と周波数が減少する減少時間帯とを含んだ変調送信信号が生成され、
前記スペクトラム演算部は、増加時間帯と減少時間帯とを含んだ複合時間帯に対応した周波数スペクトラムである複合時間帯スペクトラムと、増加時間帯に対応した周波数スペクトラムである増加時間帯スペクトラムと、減少時間帯に対応した周波数スペクトラムである減少時間帯スペクトラムと、を求め、
前記位置速度演算部は、複合時間帯スペクトラムと増加時間帯スペクトラムと減少時間帯スペクトラムとに基づいて生体内組織の位置と速度を求める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
A transmission signal processing unit that generates a modulated transmission signal by performing frequency modulation processing on the carrier wave signal using the modulation signal;
A transmission / reception unit for transmitting an ultrasonic wave corresponding to the generated modulated transmission signal to a living body, receiving a reflected wave from the living body and acquiring a reception signal;
A reception signal processing unit that obtains a frequency difference signal reflecting a frequency difference between transmission and reception signals by performing demodulation processing on the acquired reception signal using a modulated transmission signal;
A spectrum calculation unit for obtaining a frequency spectrum of the frequency difference signal;
A position / velocity calculation unit for obtaining the position and velocity of the tissue in the living body based on the frequency spectrum of the frequency difference signal;
Have
The modulated signal includes a signal portion that increases the frequency and a signal portion that decreases the frequency, thereby generating a modulated transmission signal including an increase time zone in which the frequency increases and a decrease time zone in which the frequency decreases. ,
The spectrum calculation unit includes a composite time zone spectrum that is a frequency spectrum corresponding to a composite time zone including an increase time zone and a reduction time zone, an increase time zone spectrum that is a frequency spectrum corresponding to the increase time zone, and a decrease. Find the reduced time zone spectrum, which is the frequency spectrum corresponding to the time zone,
The position velocity calculation unit obtains the position and velocity of the in vivo tissue based on the composite time zone spectrum, the increase time zone spectrum, and the decrease time zone spectrum,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項1に記載の超音波診断装置において、
前記位置速度演算部は、複合時間帯スペクトラムと増加時間帯スペクトラムとの差分である第1差分スペクトラムと、複合時間帯スペクトラムと減少時間帯スペクトラムとの差分である第2差分スペクトラムと、を求め、第1差分スペクトラムと第2差分スペクトラムとに基づいて生体内組織の速度を求める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The position velocity calculation unit obtains a first difference spectrum that is a difference between a composite time zone spectrum and an increase time zone spectrum, and a second difference spectrum that is a difference between the composite time zone spectrum and the decrease time zone spectrum; Obtaining the velocity of the tissue in the living body based on the first difference spectrum and the second difference spectrum;
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項2に記載の超音波診断装置において、
前記位置速度演算部は、第1差分スペクトラムと第2差分スペクトラムとを合成することにより速度スペクトラムを求め、速度スペクトラム内において互いに複素共役の関係にある第1差分スペクトラム成分と第2差分スペクトラム成分との間の周波数差から生体内組織の速度を求める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
The position velocity calculation unit obtains a velocity spectrum by synthesizing the first difference spectrum and the second difference spectrum, and includes a first difference spectrum component and a second difference spectrum component that are in a complex conjugate relationship with each other in the velocity spectrum. Find the speed of tissue in vivo from the frequency difference between
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項3に記載の超音波診断装置において、
前記位置速度演算部は、速度スペクトラム内において互いに複素共役の関係にある第1差分スペクトラム成分と第2差分スペクトラム成分との間の中間点の周波数から生体内組織の位置を求める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
The position / velocity calculation unit obtains the position of the tissue in the living body from the frequency of the intermediate point between the first difference spectrum component and the second difference spectrum component that are in a complex conjugate relationship with each other in the velocity spectrum.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項4に記載の超音波診断装置において、
前記変調信号は、周波数を直線的に増加させる信号部分と周波数を直線的に減少させる信号部分とを含んだ対称三角波である、
ことを特徴とする超音波診断装置。

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4,
The modulation signal is a symmetrical triangular wave including a signal portion that linearly increases the frequency and a signal portion that linearly decreases the frequency.
An ultrasonic diagnostic apparatus.

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