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JP2014083360A - Ultrasonograph - Google Patents

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JP2014083360A
JP2014083360A JP2012236554A JP2012236554A JP2014083360A JP 2014083360 A JP2014083360 A JP 2014083360A JP 2012236554 A JP2012236554 A JP 2012236554A JP 2012236554 A JP2012236554 A JP 2012236554A JP 2014083360 A JP2014083360 A JP 2014083360A
Authority
JP
Japan
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ultrasonic
frequency
unit
wave
transmission
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012236554A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Baba
達朗 馬場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Canon Medical Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Medical Systems Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to US13/755,160 priority patent/US20130197365A1/en
Priority to CN201310039572.6A priority patent/CN103222883B/en
Publication of JP2014083360A publication Critical patent/JP2014083360A/en
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Abstract

【課題】超音波診断においてCWD法を利用した計測を行う場合において、方位方向及び深さ方向への同時計測を可能とする超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】異なる中心周波数を有する複数の第1の送信波を周波数変調し合成することで第2の送信波を生成し、第2の送信波を連続的に送信し、周波数変調された第2の送信波に対応する反射波を受信し、当該反射波に基づく第1の受信信号を発生し、周波数変調に関する帯域幅に対応し中心周波数毎に設けられたバンドパスフィルタを用いて、第1の受信信号から複数の方位方向に対応する複数の第2の受信信号を抽出し、各第2の受信信号を復調し、復調された各第2の受信信号を周波数解析し、各方位方向の深さ方向に関する距離情報を算出し、各方位方向の深さ方向に関する距離情報に基づいて超音波画像を生成し表示する。
【選択図】図7
An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of simultaneous measurement in an azimuth direction and a depth direction when performing measurement using a CWD method in ultrasonic diagnosis.
A plurality of first transmission waves having different center frequencies are frequency-modulated and combined to generate a second transmission wave, the second transmission wave is continuously transmitted, and the frequency-modulated first Receiving a reflected wave corresponding to the second transmitted wave, generating a first received signal based on the reflected wave, and using a bandpass filter provided for each center frequency corresponding to the bandwidth related to frequency modulation, A plurality of second received signals corresponding to a plurality of azimuth directions are extracted from one received signal, each second received signal is demodulated, each demodulated second received signal is subjected to frequency analysis, and each azimuth direction is extracted. The distance information regarding the depth direction of each is calculated, and an ultrasonic image is generated and displayed based on the distance information regarding the depth direction of each azimuth direction.
[Selection] Figure 7

Description

連続超音波(CW:continuous wave)を用いた連続波ドプラ(CWD:continuous wave Doppler)計測を実施する場合に、方位方向及び深さ方向への同時計測を可能とする超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that enables simultaneous measurement in the azimuth direction and the depth direction when performing continuous wave Doppler (CWD) measurement using continuous ultrasonic waves (CW).

超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記振動子により受信して生体情報を収集するものである。超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で画像データのリアルタイム表示が可能であり、例えば、心臓等、動きのある対象物を観察出来るため、循環器領域、各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。   The ultrasonic diagnostic apparatus radiates an ultrasonic pulse generated from a vibrator provided in an ultrasonic probe into a subject and receives an ultrasonic reflected wave generated by a difference in acoustic impedance of the subject tissue by the vibrator. To collect biological information. Real-time display of image data is possible with a simple operation by simply bringing an ultrasonic probe into contact with the body surface. For example, moving objects such as the heart can be observed. Widely used for functional diagnosis.

この様な超音波診断装置を用いた超音波診断において、CWD法と呼ばれる血流速度の計測方法がある。この手法は、連続波の超音波を用いてドプライメージングを行うことにより、血流速度を計測するものであり、一般的に深部の高速血流の計測に用いられている。   In ultrasonic diagnosis using such an ultrasonic diagnostic apparatus, there is a blood flow velocity measuring method called CWD method. This method measures blood flow velocity by performing Doppler imaging using continuous wave ultrasonic waves, and is generally used for measurement of high-speed blood flow in the deep part.

特開2008−63829号公報JP 2008-63829 A 特開2005−23391号公報JP 2005-23391 A

従来のCWD法は、PWD法と異なり距離分解能がない。また、複数ビームの同時収集もできない。前者は最近FMCW技術が検討され対応できる可能性が大きいが、後者は連続波送信しながらビームを揺動するといった原理的な問題があり解決困難である。   Unlike the PWD method, the conventional CWD method has no distance resolution. Also, multiple beams cannot be collected simultaneously. The former is likely to be able to cope with the recent study of the FMCW technology, but the latter is difficult to solve because of the fundamental problem that the beam is fluctuated during continuous wave transmission.

上記事情を鑑みてなされたもので、超音波診断においてCWD法を利用した計測を行う場合において、方位方向及び深さ方向(距離方向)への分解能を持った同時計測を可能とする超音波診断装置を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an ultrasonic diagnosis that enables simultaneous measurement with resolution in the azimuth direction and depth direction (distance direction) when performing measurement using the CWD method in ultrasonic diagnosis. The object is to provide a device.

一実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブを介して、異なる中心周波数を有する複数の第1の送信波を周波数変調し合成することで第2の送信波を生成し、前記第2の送信波を連続的に送信する送信ユニットと、前記超音波プローブを介して前記周波数変調された第2の送信波に対応する反射波を受信し、当該反射波に基づく第1の受信信号を発生する受信ユニットと、前記周波数変調に関する帯域幅に対応し前記中心周波数毎に設けられたバンドパスフィルタを用いて、前記第1の受信信号から複数の方位方向に対応する複数の第2の受信信号を抽出するフィルタユニットと、前記各第2の受信信号を復調する復調ユニットと、前記復調された各第2の受信信号を周波数解析し、各方位方向の深さ方向に関する距離情報を算出する解析ユニットと、前記各方位方向の深さ方向に関する距離情報に基づいて超音波画像を生成する画像生成ユニットと、前記超音波画像を表示する表示ユニットと、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。   An ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment generates a second transmission wave by frequency-modulating and synthesizing a plurality of first transmission waves having different center frequencies via an ultrasonic probe, and generating the second transmission wave. And a reflected unit corresponding to the second modulated wave modulated by the frequency probe via the ultrasonic probe and a first received signal based on the reflected wave. A plurality of second receptions corresponding to a plurality of azimuth directions from the first reception signal using a receiving unit that generates and a band-pass filter provided for each of the center frequencies corresponding to a bandwidth related to the frequency modulation. A filter unit that extracts a signal; a demodulation unit that demodulates each second received signal; and a frequency analysis of each demodulated second received signal to calculate distance information about the depth direction in each azimuth direction An ultrasonic unit comprising: an analysis unit; an image generation unit that generates an ultrasonic image based on distance information about the depth direction of each azimuth direction; and a display unit that displays the ultrasonic image. It is a diagnostic device.

以上本発明によれば、超音波診断においてCWD法を利用した計測を行う場合において、方位方向及び深さ方向(距離方向)への分解能を持った同時計測を可能とする超音波診断装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, an ultrasonic diagnostic apparatus capable of simultaneous measurement with resolution in the azimuth direction and depth direction (distance direction) is realized when performing measurement using the CWD method in ultrasonic diagnosis. can do.

図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1のブロック構成図を示している。FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to this embodiment. 図2は、周波数分割したFMCWD機能を実現する超音波送信ユニット21の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the ultrasonic transmission unit 21 that realizes the frequency-divided FMCWD function. 図3は、周波数分割したFMCWD機能に従う送信処理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a transmission process according to the frequency-divided FMCWD function. 図4は、周波数分割したFMCWD機能に従う送信処理を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining transmission processing according to the frequency-divided FMCWD function. 図5は、周波数分割したFMCWD機能に従う送信ビームを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a transmission beam according to the frequency-divided FMCWD function. 図6は、本周波数分割したFMCWD機能を実現する超音波受信ユニット22の構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the ultrasonic wave receiving unit 22 that realizes the frequency-divided FMCWD function. 図7は、周波数分割したFMCWD機能に従う受信処理を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining reception processing according to the frequency-divided FMCWD function. 図8は、本応用例に係る復調処理を説明するための概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining demodulation processing according to this application example. 図9(a),(b)は、応用例に係る復調処理の効果を説明するための図である。FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining the effect of the demodulation processing according to the application example. 図10は、応用例に係る復調処理の効果を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the demodulation processing according to the application example.

以下、実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置1は、超音波プローブ12、入力装置13、モニター14、超音波送信ユニット21、超音波受信ユニット22、Bモード処理ユニット23、ドプラ・血流検出ユニット24、画像生成ユニット25、画像メモリ26、表示処理ユニット27、制御プロセッサ(CPU)28、記憶ユニット29、インタフェースユニット30を具備している。以下、個々の構成要素の機能について説明する。   FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to this embodiment. As shown in the figure, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an ultrasonic probe 12, an input device 13, a monitor 14, an ultrasonic transmission unit 21, an ultrasonic reception unit 22, a B-mode processing unit 23, a Doppler / blood flow detection. A unit 24, an image generation unit 25, an image memory 26, a display processing unit 27, a control processor (CPU) 28, a storage unit 29, and an interface unit 30 are provided. Hereinafter, the function of each component will be described.

超音波プローブ12は、被検体に対して超音波を送信し、当該送信した超音波に基づく被検体からの反射波を受信するデバイス(探触子)であり、その先端に複数の超音波振動子、整合層、バッキング材等を有している。超音波振動子は、超音波送信ユニット21からの駆動信号に基づきスキャン領域内の所望の方向に超音波を送信し、当該被検体からの反射波を電気信号に変換する。整合層は、当該超音波振動子に設けられ、超音波エネルギーを効率良く伝播させるための中間層である。バッキング材は、当該超音波振動子から後方への超音波の伝播を防止する。当該超音波プローブ12から被検体Pに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ12に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送受信方向の速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。   The ultrasonic probe 12 is a device (probe) that transmits an ultrasonic wave to a subject and receives a reflected wave from the subject based on the transmitted ultrasonic wave. And a backing layer. The ultrasonic transducer transmits an ultrasonic wave in a desired direction within the scan region based on a drive signal from the ultrasonic transmission unit 21 and converts a reflected wave from the subject into an electric signal. The matching layer is an intermediate layer provided in the ultrasonic transducer for efficiently propagating ultrasonic energy. The backing material prevents ultrasonic waves from propagating backward from the ultrasonic transducer. When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 12 to the subject P, the transmitted ultrasonic waves are successively reflected by the discontinuous surface of the acoustic impedance of the body tissue and received by the ultrasonic probe 12 as an echo signal. . The amplitude of this echo signal depends on the difference in acoustic impedance at the discontinuous surface that is to be reflected. Further, the echo when the transmitted ultrasonic pulse is reflected by the moving bloodstream undergoes a frequency shift due to the Doppler effect depending on the velocity component in the ultrasonic transmission / reception direction of the moving body.

なお、本超音波プローブ12は、CWD送受信が可能な帯域を有するものである。また、複数の超音波振動子が一次元に配列された一次元アレイプローブ、複数の超音波振動子が二次元に配列された二次元アレイプローブのいずれであってもよい。   The ultrasonic probe 12 has a band in which CWD transmission / reception is possible. Further, it may be either a one-dimensional array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged one-dimensionally or a two-dimensional array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged two-dimensionally.

入力装置13は、装置本体11に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域(ROI)の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体11にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。   The input device 13 is connected to the device main body 11, and various switches, buttons, and tracks for incorporating various instructions, conditions, region of interest (ROI) setting instructions, various image quality condition setting instructions, etc. from the operator into the device main body 11. It has a ball, mouse, keyboard, etc.

モニター14は、表示処理ユニット27からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報、各方位方向毎のドプラ波形等を表示する。   Based on the video signal from the display processing unit 27, the monitor 14 displays in-vivo morphological information, blood flow information, Doppler waveform for each azimuth direction, and the like.

超音波送信ユニット21及び超音波受信ユニット22は、後述する周波数分割したFMCWD機能を実現するための送信、受信を実行する。超音波送信ユニット21及び超音波受信ユニット22の構成・動作については、後で詳しく説明する。   The ultrasonic transmission unit 21 and the ultrasonic reception unit 22 execute transmission and reception for realizing a frequency-divided FMCWD function described later. The configurations and operations of the ultrasonic transmission unit 21 and the ultrasonic reception unit 22 will be described in detail later.

Bモード処理ユニット23は、受信ユニット22からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。   The B-mode processing unit 23 receives the echo signal from the receiving unit 22, performs logarithmic amplification, envelope detection processing, and the like, and generates data in which the signal intensity is expressed by brightness.

ドプラ・血流検出ユニット24は、受信ユニット22から受け取ったエコー信号から血流信号を抽出・解析し、ドプラ波形、血流データとしての平均速度、分散、パワー等の血流情報を求める。また、ドプラ・血流検出ユニット24は、後述する同時多方向CWD機能に従って各方位方向毎のドプラ偏移周波数を検出し、各方位方向毎のドプラ波形、血流データとしての平均速度、分散、パワー等の血流情報を求める。   The Doppler / blood flow detection unit 24 extracts and analyzes a blood flow signal from the echo signal received from the reception unit 22 to obtain blood flow information such as a Doppler waveform, average velocity, blood flow data, dispersion, and power. Further, the Doppler / blood flow detection unit 24 detects the Doppler shift frequency for each azimuth direction according to the simultaneous multi-directional CWD function described later, the Doppler waveform for each azimuth direction, the average velocity as blood flow data, the variance, Obtain blood flow information such as power.

画像生成ユニット25は、Bモード処理ユニット23、画像メモリ26から受け取った二次元的或いは三次元的なRAWデータをRAW−ピクセル変換(或いはボクセル変換)を実行することにより、二次元或いは三次元画像データを生成する。また、画像生成ユニット25は、生成した画像データに対して、ボリュームレンダリング、多断面変換表示(MPR:multi planar reconstruction)、最大値投影表示(MIP:maximum intensity projection)等の所定の画像処理を行う。なお、ノイズ低減や画像の繋がりを良くすることを目的として、画像生成ユニット25の後に二次元的なフィルタを挿入し、空間的なスムージングを行うようにしてもよい。   The image generation unit 25 performs a RAW-pixel conversion (or voxel conversion) on the two-dimensional or three-dimensional RAW data received from the B-mode processing unit 23 and the image memory 26, thereby obtaining a two-dimensional or three-dimensional image. Generate data. Further, the image generation unit 25 performs predetermined image processing such as volume rendering, multi-planar reconstruction display (MPR), maximum value projection display (MIP) on the generated image data. . Note that a spatial smoothing may be performed by inserting a two-dimensional filter after the image generation unit 25 for the purpose of noise reduction and image connection.

画像メモリ26は、例えばBモード処理ユニット23から受け取った複数のBモードデータを用いて、二次元的或いは三次元的なBモードRAWデータを生成する。   The image memory 26 generates two-dimensional or three-dimensional B-mode RAW data using a plurality of B-mode data received from the B-mode processing unit 23, for example.

表示処理ユニット27は、画像生成ユニット25において生成・処理された各種画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度(ブライトネス)、コントラスト、γカーブ補正、RGB変換等の各種を実行する。   The display processing unit 27 executes various types such as dynamic range, brightness (brightness), contrast, γ curve correction, and RGB conversion on various image data generated and processed by the image generation unit 25.

制御プロセッサ28は、情報処理装置(計算機)としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を制御する。制御プロセッサ29は、記憶ユニット31から後述する周波数分割したFMCWD機能を実現するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、同時多方向CWDに関する制御、同機能によって得られた各方位方向に関するドプラ信号を用いた計算(コンパウンド、信号強度の空間分布、自動角度補正、血流速度の血管内分布、診断指標値等の計算)を実行する。   The control processor 28 has a function as an information processing apparatus (computer) and controls the operation of the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus. The control processor 29 reads out a control program for realizing a frequency-divided FMCWD function, which will be described later, from the storage unit 31 and develops it on its own memory, and controls the simultaneous multidirectional CWD, and each direction obtained by the function. Calculations using direction-related Doppler signals (compound, spatial distribution of signal intensity, automatic angle correction, intravascular distribution of blood flow velocity, diagnosis index value, etc.) are executed.

記憶ユニット29は、後述する周波数分割したFMCWD機能を実現するための制御プログラムや、診断情報(患者ID、医師の所見等)、診断プロトコル、送受信条件、スペックル除去機能を実現するためのプログラム、ボディマーク生成プログラム、映像化に用いるカラーデータの範囲を診断部位毎に予め設定する変換テーブル、その他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、図示しない画像メモリ中の画像の保管などにも使用される。記憶ユニット29のデータは、インタフェースユニット30を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。   The storage unit 29 is a control program for realizing a frequency-divided FMCWD function, which will be described later, a diagnostic information (patient ID, doctor's findings, etc.), a diagnostic protocol, transmission / reception conditions, a program for realizing a speckle removal function, A body mark generation program, a conversion table for presetting the range of color data used for imaging for each diagnostic part, and other data groups are stored. Further, it is also used for storing images in an image memory (not shown) as required. Data in the storage unit 29 can be transferred to an external peripheral device via the interface unit 30.

インタフェースユニット30は、入力装置13、ネットワーク、新たな外部記憶装置(図示せず)に関するインタフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インタフェースユニット30よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。   The interface unit 30 is an interface related to the input device 13, a network, and a new external storage device (not shown). Data such as ultrasonic images and analysis results obtained by the apparatus can be transferred by the interface unit 30 to another apparatus via a network.

(周波数分割したFMCWD機能)
次に、本超音波診断装置1が具備する周波数分割したFMCWD機能について説明する。当該機能は、方位方向及び距離方向(深さ方向)の双方に分解能をもつCWDを実現する技術である。すなわち、CWD法によって血流計測を行う場合において、超音波ビームの方位方向毎に異なる基本周波数を割り当てた多重波(マルチ周波数送信波)を、各超音波振動子から帯域毎に周波数変調しながら送信する。また、当該周波数変調された多重波によって得られる反射波から各基本周波数のドプラ偏移周波数を検出することで、各方位方向からの反射波を弁別すると共に、弁別された方位方向毎の反射波を復調することで、距離方向についての分解能を実現するものである。
(Frequency-divided FMCWD function)
Next, the frequency-divided FMCWD function of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 will be described. This function is a technique for realizing CWD having resolution in both the azimuth direction and the distance direction (depth direction). That is, when blood flow measurement is performed by the CWD method, multiple waves (multi-frequency transmission waves) to which different fundamental frequencies are assigned for each azimuth direction of the ultrasonic beam are frequency-modulated for each band from each ultrasonic transducer. Send. In addition, by detecting the Doppler shift frequency of each fundamental frequency from the reflected wave obtained by the frequency-modulated multiplexed wave, the reflected wave from each azimuth direction is discriminated and the reflected wave for each discriminated azimuth direction is discriminated. To achieve resolution in the distance direction.

図2は、本周波数分割したFMCWD機能を実現する超音波送信ユニット21の構成を示した図である。超音波送信ユニット21は、原振発生部21a、送信分周部21b、チャープ波発生部21c、波形合成部21d等を有している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the ultrasonic transmission unit 21 that realizes the frequency-divided FMCWD function. The ultrasonic transmission unit 21 includes an original vibration generation unit 21a, a transmission frequency division unit 21b, a chirp wave generation unit 21c, a waveform synthesis unit 21d, and the like.

原振発生部21aは、所定の周波数fr Hz(周期;1/fr秒)を有する原振波形を繰り返し発生する。送信分周部21bは、原振波形を分周し、方位方向に応じて異なる基本周波数f1、f2、・・・fNが割り当てられた基本波形を発生する。   The original vibration generating unit 21a repeatedly generates an original vibration waveform having a predetermined frequency fr Hz (period: 1 / fr second). The transmission frequency divider 21b divides the original vibration waveform and generates a basic waveform to which different basic frequencies f1, f2,... FN are assigned according to the azimuth direction.

チャープ波発生部21cは、各基本周波数に対応するチャープ発生器21c−1〜21c−Nを有する。各チャープ発生器21c−1〜21c−Nには、それぞれ送信分周部21bから対応する基本周波数を有する基本波形を逐次入力する。各チャープ発生器21c−1〜21c−Nは、入力する基本波形に基づいて、各基本周波数f1、f2、・・・fNを中心周波数とし、それぞれが帯域幅をΔf1〜ΔfNとするチャープ波を発生する。これにより、図3、図4に示すようにそれぞれがfi±Δfi(ただし、iは1≦i≦Nを満たす2以上の自然数)の帯域を有するチャープ波iによって帯域分割し、N方位方向に対応するN個のビームを確保する。   The chirp wave generator 21c includes chirp generators 21c-1 to 21c-N corresponding to the respective fundamental frequencies. Each of the chirp generators 21c-1 to 21c-N is sequentially input with a fundamental waveform having a corresponding fundamental frequency from the transmission frequency divider 21b. Each of the chirp generators 21c-1 to 21c-N generates chirp waves having the fundamental frequencies f1, f2,... FN as the center frequencies and the bandwidths Δf1 to ΔfN based on the input basic waveforms. Occur. As a result, as shown in FIGS. 3 and 4, each band is divided by a chirp wave i having a band of fi ± Δfi (where i is a natural number of 2 or more that satisfies 1 ≦ i ≦ N), and is arranged in the N direction. Secure corresponding N beams.

波形合成部21dは、図4に示すように、各チャープ発生器21c−1〜21c−Nからチャープ波を受け取り加算することで送信ビームフォーミングを行い、各チャープ波が多重化された送信波形VMを発生する。波形合成部21dは、発生した送信波形VMに超音波振動子毎に異なる位相遅延(φ、φ、φ、・・・、φ)を与え、各超音波振動子に供給する。その結果、図5に示すように、方位方向θ1に対応するチャープ波1、方位方向θ2に対応するチャープ波2、・・・、方位方向θNに対応するチャープ波Nが多重化された送信ビームが超音波プローブ12から連続的に送信されることになる。なお、図5の例では、中心偏向角をθとする送信ビームの例を示した。 As shown in FIG. 4, the waveform synthesizer 21d receives the chirp waves from each of the chirp generators 21c-1 to 21c-N to perform transmission beam forming, and a transmission waveform VM in which each chirp wave is multiplexed. Is generated. The waveform synthesizing unit 21d gives different phase delays (φ 1 , φ 2 , φ 3 ,..., Φ N ) to the generated transmission waveform VM for each ultrasonic transducer, and supplies them to each ultrasonic transducer. As a result, as shown in FIG. 5, a chirp wave 1 corresponding to the azimuth direction θ1, a chirp wave 2 corresponding to the azimuth direction θ2,..., A transmission beam in which a chirp wave N corresponding to the azimuth direction θN is multiplexed. Are continuously transmitted from the ultrasonic probe 12. In the example of FIG. 5, an example of a transmission beam having a center deflection angle θ is shown.

送信された送信ビームは、被検体の体内において反射され、反射波として各超音波振動子に受信される。受信ユニット22は、当該超音波振動子毎に受信された各反射波に対して、以下に述べる周波数分割したFMCWD機能に従う受信処理を実行する。   The transmitted transmission beam is reflected in the body of the subject and is received by each ultrasonic transducer as a reflected wave. The receiving unit 22 executes a receiving process according to the frequency-divided FMCWD function described below for each reflected wave received for each ultrasonic transducer.

図6は、本周波数分割したFMCWD機能を実現する超音波受信ユニット22の構成を示した図である。超音波受信ユニット22は、バンドパスフィルタアレイ22a、復調部22b、周波数解析部22c等を有している。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the ultrasonic wave receiving unit 22 that realizes the frequency-divided FMCWD function. The ultrasonic receiving unit 22 includes a bandpass filter array 22a, a demodulator 22b, a frequency analyzer 22c, and the like.

バンドパスフィルタアレイ22aは、各周波数帯域f1±Δf1〜fN±ΔfNに対応するバンドパスフィルタ22a−1〜22a−Nを有している。各バンドパスフィルタ22a−1〜22a−Nは、超音波プローブ12を介して受け取った受信信号から、それぞれ対応する周波数帯域の信号を抽出する。これにより、N個の方位方向に対応するN個のチャープ波1〜Nが分離されることになる。   The bandpass filter array 22a includes bandpass filters 22a-1 to 22a-N corresponding to the frequency bands f1 ± Δf1 to fN ± ΔfN. Each band-pass filter 22a-1 to 22a-N extracts a signal in a corresponding frequency band from the received signal received via the ultrasonic probe 12. Thereby, N chirp waves 1 to N corresponding to N azimuth directions are separated.

復調部22bは、各周波数帯域に対応する複数の復調器22b−1〜22b−Nを有する。各復調器22b−1〜22b−Nは、対応する周波数帯域を有するチャープ波1〜Nに対して復調処理を実行する。これにより、図7に示す様に、f1±Δf1〜fN±ΔfNに帯域分割されたN個の方位方向に対応するN個の受信ビームのパワースペクトラムが検出されることになる。   The demodulator 22b includes a plurality of demodulators 22b-1 to 22b-N corresponding to each frequency band. Each demodulator 22b-1 to 22b-N executes a demodulation process on the chirp waves 1 to N having a corresponding frequency band. As a result, as shown in FIG. 7, the power spectrum of N received beams corresponding to the N azimuth directions divided into f1 ± Δf1 to fN ± ΔfN is detected.

周波数解析部22cは、周波数帯域f1±Δf1〜fN±ΔfNに対応するN個の周波数解析器22c−1〜22c−Nを有する。各周波数解析器22c−1〜22c−Nは、各復調器22b−1〜22b−Nから出力された復調信号を離散フーリエ変換することで、周波数情報を距離情報に変換する。これにより、各方位方向(すなわち送受信ビーム1〜N毎)について距離情報が検出されることになる。   The frequency analysis unit 22c includes N frequency analyzers 22c-1 to 22c-N corresponding to the frequency bands f1 ± Δf1 to fN ± ΔfN. Each frequency analyzer 22c-1 to 22c-N converts the frequency information into distance information by performing a discrete Fourier transform on the demodulated signal output from each demodulator 22b-1 to 22b-N. Thereby, distance information is detected for each azimuth direction (that is, for each of the transmitted and received beams 1 to N).

画像生成ユニット25は、各方位方向について距離情報を用いて、各方位方向の各深さについてのドプラ情報がマッピングされた超音波画像を生成する。生成された超音波画像は、表示処理ユニット27において所定の表示処理を受けた後、モニター14に所定の形態で表示される。   The image generation unit 25 uses the distance information for each azimuth direction to generate an ultrasonic image in which Doppler information for each depth in each azimuth direction is mapped. The generated ultrasonic image is displayed on the monitor 14 in a predetermined form after being subjected to a predetermined display process in the display processing unit 27.

(応用例)
各復調器22b−1〜22b−Nにおいて実行される復調処理は、どの様なものであってもよい。本応用例では、各バンドパスフィルタ22a−1〜22a−Nからの出力であるチャープ波1〜Nに対して、送信時において生成された各周波数帯域に対応するチャープ波の複素共役波形を積算する復調処理について説明する。
(Application examples)
Any demodulation process may be performed in each demodulator 22b-1 to 22b-N. In this application example, the complex conjugate waveform of the chirp wave corresponding to each frequency band generated at the time of transmission is added to the chirp waves 1 to N output from the band pass filters 22a-1 to 22a-N. The demodulation processing to be performed will be described.

図8は、本応用例に係る復調処理を説明するための概念図である。同図に示すように、本応用例に係る復調処理では、復調部22bの各周波数帯域に対応する各復調器22b−1〜22b−Nにおいて、波形合成部21dにおいて合成する前の各チャープ波60のアップ(或いはダウン)の変調区間に応じて、超音波伝播速度から換算される距離方向観測区間に対応した逆向き(すなわち、合成前のチャープ波がアップの場合にはダウン、合成前のチャープ波がダウンの場合にはアップ)の受信リファレンスチャープ波63(すなわち、チャープ波60の複素共役波形)を積算することで復調を行う。   FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining demodulation processing according to this application example. As shown in the figure, in the demodulation processing according to this application example, in each demodulator 22b-1 to 22b-N corresponding to each frequency band of the demodulator 22b, each chirp wave before being synthesized by the waveform synthesizer 21d. According to the 60 up (or down) modulation interval, the reverse direction corresponding to the distance direction observation interval converted from the ultrasonic propagation velocity (that is, when the chirp wave before synthesis is up, down, before synthesis) Demodulation is performed by integrating the received reference chirp wave 63 (that is, the complex conjugate waveform of the chirp wave 60) of the chirp wave is up).

一般的に、1回のチャープ送信60(アップまたはダウン)と単一受信検波器(τ=0)の検波出力の中に、対応する距離方向観測区間の反射体強度情報61が全て含まれている。当該検出出力を用いた1回の周波数解析(離散的フーリエ変換:DFT)等を全観測区間に対して行うことにより、距離方向反射強度分布を、周波数スペクトラムとして検出することができる。この信号処理により、ハードウェア/ソフトウェアの大幅な規模削減が可能である。同時に、パルス圧縮の効果が得られるため、パルス法に比べて波形の尾引き等が少なく、良好な距離分解能を得ることができる。   In general, all the reflector intensity information 61 of the corresponding distance direction observation section is included in the detection output of one chirp transmission 60 (up or down) and the single reception detector (τ = 0). Yes. By performing one frequency analysis (discrete Fourier transform: DFT) or the like using the detection output for all observation sections, the distance direction reflection intensity distribution can be detected as a frequency spectrum. This signal processing can greatly reduce the hardware / software scale. At the same time, since the effect of pulse compression is obtained, there is less waveform tailing compared to the pulse method, and a good distance resolution can be obtained.

図9(a)は、多位相復調のレンジを0mmに固定し30mm位置と60mm位置のピンターゲットからの反射信号を復調した波形を示したものであり、横軸(時間軸)の単位は1μsであり、縦軸はフルスィングで0.1Vppである。なお、受信波は複素復調しているため、波形AはI−phase信号、波形BはQ−phase信号である。また、図9(b)は、図9(a)の波形を周波数解析した結果にHamming窓をかけ、128点FFT後パワースペクトラムを計算し対数圧縮して得られた±500kHzレンジでの深さの異なるスペクトラムである。すなわち、スペクトラムCはプローブ表面(体表0mm)での反射に由来する成分であり、スペクトラムDは30mm位置のピンターゲットからの反射成分であり、スペクトラムEは60mm位置のピンターゲットからの反射成分である。なお、縦軸はパワーのdBそのものに対応し、横軸はFFT出力の並べ替え補正していないので、左端が0Hzで中央に進むにつれ周波数が高くなり、中央部で500kHz、右半分は中央から−500kHzとなり負の絶対値が減少し右端で0Hzとなる。   FIG. 9A shows a waveform obtained by demodulating the reflected signal from the pin target at the 30 mm position and the 60 mm position with the multi-phase demodulation range fixed at 0 mm, and the unit of the horizontal axis (time axis) is 1 μs. The vertical axis is 0.1 Vpp in full swing. Since the received wave is complex demodulated, waveform A is an I-phase signal and waveform B is a Q-phase signal. FIG. 9B shows the depth in the ± 500 kHz range obtained by applying a Hamming window to the frequency analysis result of the waveform of FIG. 9A, calculating the power spectrum after 128-point FFT, and logarithmically compressing. Is a different spectrum. That is, spectrum C is a component derived from reflection on the probe surface (body surface 0 mm), spectrum D is a reflection component from the pin target at the 30 mm position, and spectrum E is a reflection component from the pin target at the 60 mm position. is there. The vertical axis corresponds to the power dB itself, and the horizontal axis does not correct the FFT output rearrangement, so the frequency increases as the left end goes to the center at 0 Hz, the center is 500 kHz, and the right half is from the center. Negative absolute value decreases and becomes 0 Hz at the right end.

図10は、図9(b)に示すスペクトラムに従うBモード像から比較プロファイルを作成し、FMCWのAモード(FFT点数はそのままで、帯域を1/2にして3章解析より感度を高めた)に、ピーク位置基準に合わせたものである。水中30mmと40mmのピンターゲットの画像信号Pは、通常のパルス法による反射エコーパワーをSTC補正(距離に応じたゲイン補正)をかけて表示用に対数圧縮したものである。一方、FMCW法による反射エコーパワーを対数圧縮したスペクトラムFには、STC補正はかかっていないが、30mm位置のピンターゲットと40mm位置のピンターゲットを良好に分離できていることがわかる。同図から、FMCW法では、パルス圧縮効果によって固定体後方の尾引きがないこと、連続波ペンシルプローブ(2MHz)なのに距離分解能が良いことが確認できる。   FIG. 10 shows a comparison profile created from a B-mode image according to the spectrum shown in FIG. 9B, and FMCW A-mode (the number of FFT points is kept as it is, the band is halved and the sensitivity is higher than that in Chapter 3 analysis). Furthermore, it is adapted to the peak position standard. The underwater 30 mm and 40 mm pin target image signals P are obtained by logarithmically compressing the reflected echo power by the normal pulse method for STC correction (gain correction according to distance) for display. On the other hand, the spectrum F obtained by logarithmically compressing the reflected echo power by the FMCW method is not subjected to STC correction, but it can be seen that the pin target at the 30 mm position and the pin target at the 40 mm position can be well separated. From this figure, it can be confirmed that the FMCW method has no tail behind the fixed body due to the pulse compression effect, and that the distance resolution is good despite the continuous wave pencil probe (2 MHz).

また、本実施例では図2、図4、図5、図6などでアナログ回路(BPFなど)を用いて説明しているが、アナログ信号とディジタル信号を変換するDA変換器やAD変換器のサンプリング周波数が充分に高ければ、ディジタル処理やソフトウェアによる波形の合成分離も可能である。   In this embodiment, the analog circuit (BPF or the like) is described in FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, etc., but a DA converter or AD converter that converts an analog signal and a digital signal is used. If the sampling frequency is sufficiently high, waveform synthesis / separation by digital processing or software is possible.

(効果)
本超音波診断装置によれば、CWD法によって血流計測を行う場合において、超音波ビームの方位方向毎に異なる基本周波数を割り当てたマルチ周波数送信波を、各超音波振動子から帯域毎に周波数変調しながら送信する。また、当該周波数変調されたマルチ周波数送信波によって得られる反射波から各基本周波数のドプラ偏移周波数を検出することで、各方位方向からの反射波を弁別すると共に、弁別された方位方向毎の反射波を復調することで、周波数情報を距離情報に変換する。これにより、CDW法においても、各方位方向(すなわち送受信ビーム1〜N毎)について深さ毎のドプラ情報を取得することができる。
(effect)
According to this ultrasonic diagnostic apparatus, when blood flow measurement is performed by the CWD method, a multi-frequency transmission wave to which a different fundamental frequency is assigned for each azimuth direction of an ultrasonic beam is transmitted from each ultrasonic transducer for each band. Transmit while modulating. In addition, by detecting the Doppler shift frequency of each fundamental frequency from the reflected wave obtained by the frequency-modulated multi-frequency transmission wave, the reflected wave from each azimuth direction is discriminated and each discriminated azimuth direction is discriminated. By demodulating the reflected wave, the frequency information is converted into distance information. Thereby, also in CDW method, the Doppler information for every depth can be acquired about each azimuth | direction direction (namely, every transmission-and-reception beam 1-N).

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1…超音波診断装置、12…超音波プローブ、13…入力装置、14…モニター、21…超音波送信ユニット、22…超音波受信ユニット、23…Bモード処理ユニット、24…ドプラ・血流検出ユニット、25…画像生成ユニット、26…画像メモリ、27…表示処理ユニット、28…制御プロセッサ、29…記憶ユニット、30…インタフェースユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic diagnostic apparatus, 12 ... Ultrasonic probe, 13 ... Input device, 14 ... Monitor, 21 ... Ultrasonic transmission unit, 22 ... Ultrasonic reception unit, 23 ... B mode processing unit, 24 ... Doppler / blood flow detection Unit: 25 ... Image generation unit, 26 ... Image memory, 27 ... Display processing unit, 28 ... Control processor, 29 ... Storage unit, 30 ... Interface unit

Claims (3)

超音波プローブを介して、異なる中心周波数を有する複数の第1の送信波を周波数変調し合成することで第2の送信波を生成し、前記第2の送信波を連続的に送信する送信ユニットと、
前記超音波プローブを介して前記周波数変調された第2の送信波に対応する反射波を受信し、当該反射波に基づく第1の受信信号を発生する受信ユニットと、
前記周波数変調に関する帯域幅に対応し前記中心周波数毎に設けられたバンドパスフィルタを用いて、前記第1の受信信号から複数の方位方向に対応する複数の第2の受信信号を抽出するフィルタユニットと、
前記各第2の受信信号を復調する復調ユニットと、
前記復調された各第2の受信信号を周波数解析し、各方位方向の深さ方向に関する距離情報を算出する解析ユニットと、
前記各方位方向の深さ方向に関する距離情報に基づいて超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記超音波画像を表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
A transmission unit that generates a second transmission wave by frequency-modulating and synthesizing a plurality of first transmission waves having different center frequencies via an ultrasonic probe, and continuously transmits the second transmission wave When,
A receiving unit that receives a reflected wave corresponding to the second modulated wave that has been frequency-modulated via the ultrasonic probe and generates a first received signal based on the reflected wave;
A filter unit that extracts a plurality of second received signals corresponding to a plurality of azimuth directions from the first received signal using a bandpass filter provided for each of the center frequencies corresponding to the bandwidth related to the frequency modulation. When,
A demodulation unit for demodulating each second received signal;
An analysis unit for performing frequency analysis on each demodulated second received signal and calculating distance information regarding a depth direction in each azimuth direction;
An image generation unit that generates an ultrasonic image based on distance information regarding the depth direction of each azimuth direction;
A display unit for displaying the ultrasonic image;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記復調ユニットは、前記複数の第1の送信波の複素共役波形を用いて前記各第2の受信信号を復調することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。   2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the demodulation unit demodulates each of the second reception signals using a complex conjugate waveform of the plurality of first transmission waves. 前記復調ユニットは、複数の第1の送信波の変調区間に応じて、超音波伝播速度から換算される距離方向観測区間に対応した逆向きの復調を行い、
前記画像生成ユニットは、全観測区間に相当する周波数解析により得られたスペクトラムの周波数分布が距離方向反射強度分布に対応する前記超音波画像を生成すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の超音波診断装置。
The demodulation unit performs reverse demodulation corresponding to the distance direction observation section converted from the ultrasonic wave propagation speed according to the modulation sections of the plurality of first transmission waves,
The image generation unit generates the ultrasonic image in which a frequency distribution of a spectrum obtained by frequency analysis corresponding to all observation sections corresponds to a distance direction reflection intensity distribution;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2.
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