專利名稱：超聲波診斷裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及超聲波診斷裝置，尤其涉及對注入生物體內(nèi)的超聲波造影劑進行圖像化的超聲波診斷裝置。
背景技術(shù)：
超聲波診斷裝置是從超聲波探頭將超聲波脈沖發(fā)送到生物體內(nèi)，并且通過超聲波探頭接收在生物體內(nèi)散射或反射的超聲波回波，對接收的超聲波回波進行各種信號處理，據(jù)此得到生物體組織斷層像或血流圖像等的裝置，廣泛用于醫(yī)療診斷。作為該超聲波診斷裝置的攝像法之一，有使用超聲波造影劑的超聲波造影法。超聲波造影法是將用某種方法使微米數(shù)量級大小的微小氣泡(微泡)穩(wěn)定化后得到的制劑作為超聲波造影劑預先靜脈注射到生物體內(nèi)，進行超聲波攝像的方法，廣泛用于惡性腫瘤或梗塞這樣的反映于血管系統(tǒng)的疾病的診斷中。對于超聲波診斷中主要使用的數(shù)MHz的超聲波，該微氣泡系列的超聲波造影劑表現(xiàn)出非常強的非線性響應。因此，超聲波造影法中的超聲波回波的非線性成分中，較多地包含來自超聲波造影劑的超聲波回波，已經(jīng)嘗試通過提取該非線性成分的超聲波回波并進行圖像化，描繪出血管結(jié)構(gòu)等。使用圖2以及圖3詳細說明該以往技術(shù)。圖2是一并顯示上述以往技術(shù)中的超聲波的發(fā)送脈沖以及接收回波的頻帶、和超聲波探頭的靈敏度區(qū)域的頻譜圖。從探頭靈敏度區(qū)域10的超聲波探頭對發(fā)送脈沖200進行發(fā)送，進行基于超聲波造影法的攝像后，線性組織回波成分300、非線性組織回波成分400以及500、和造影回波成分600包含在接收回波中被接收。此處，線性組織回波成分300是基于發(fā)送脈沖200的基波成分的來自組織的接收回波。另外，非線性組織回波400是基于發(fā)送脈沖200在生物體內(nèi)傳播的過程中產(chǎn)生的二次諧波成分(發(fā)送脈沖200中包含的基波的頻率成分的和音)的來自組織的接收回波。非線性組織回波成分500與非線性組織回波成分400同樣，是基于發(fā)送脈沖200在生物體內(nèi)傳播的過程中產(chǎn)生的非線性成分的來自組織的接收回波，是基于發(fā)送脈沖200中包含的基波的頻率成分的差音的接收回波。造影回波成分600通過造影劑的較強的非線性響應，在探頭靈敏度區(qū)域10的頻率范圍內(nèi)以較高的強度廣泛分布，而非線性組織回波成分400以及500是由生物體組織的聲音非線性效果(波形失真或其積累)產(chǎn)生的成分，因此相對于線性組織回波成分300的強度的比率較小。對此，通過用由通過頻帶40表示的濾波器等對非線性組織回波成分400分布的頻帶進行處理，能夠提取僅造影回波成分600的強度較大的頻率成分，用以此方式提取的頻率成分的信號進行圖像化。據(jù)此，能夠描繪出相對而言不埋沒于來自組織的信號的血管圖像。在該以往技術(shù)中，線性組織回波成分300分布的頻帶與非線性組織回波成分400分布的頻帶需要足夠分離，在圖像化中必然不使用探頭靈敏度區(qū)域10的低頻側(cè)的頻帶。接著，使用圖3說明其他的現(xiàn)有技術(shù)。圖3說明了如下方法，即進行由第一發(fā)送脈沖210得到的接收回波R1、與由使第一發(fā)送脈沖210正負反轉(zhuǎn)并與第一發(fā)送脈沖210在同一掃描線上發(fā)送的第二發(fā)送脈沖211得到的接收回波R2的加法運算，據(jù)此除去基于發(fā)送脈沖的基波成分的來自組織的反射回波，這種方法被稱為脈沖反轉(zhuǎn)法。來自第一發(fā)送脈沖210的接收回波Rl中，包含基于發(fā)送脈沖210的基波成分的來自組織的線性組織回波成分310、基于第一發(fā)送脈沖210在生物體內(nèi)傳播的過程中產(chǎn)生的和音及差音的非線性成分的來自組織的非線性組織回波成分410及510、以及造影回波成分610。另外，來自第二發(fā)送脈沖211的接收回波R2中，包含基于發(fā)送脈沖211的基波成分的來自組織的線性組織回波成分311、基于第一發(fā)送脈沖211在生物體內(nèi)傳播的過程中產(chǎn)生的和音及差音的非線性成分的來自組織的非線性組織回波成分411及511、以及造影回波成分611。通過對接收回波Rl與接收回波R2進行加法運算，線性組織回波成分310及311由于為線性過程所以被除去，最終提取出造影回波成分610及611相加得到的造影回波成分612、和音的非線性組織回波成分410及411相加得到的和音的非線性組織回波成分412、以 及差音的非線性組織回波成分510及511相加得到的差音的非線性組織回波成分512。根據(jù)該脈沖反轉(zhuǎn)法，和音以及差音的非線性組織回波成分412以及512的強度比除去的對于基波的線性組織回波成分310以及311的強度小，能夠使用在探頭靈敏度區(qū)域10中廣泛圍地包含的造影回波成分612的信號成分進行圖像化，能夠用寬頻帶并且相對而言不埋沒于來自組織的信號的造影回波來構(gòu)筑血管圖像。如上所述，在超聲波造影法中，重要的是提高來自超聲波造影劑的回波與來自生物體組織的回波的強度比(Contrast-to-Tissue Ratio,或者稱為CTR),除了上述以往技術(shù)以外，以下所示的高CTR化方法是眾所周知的。例如，專利文獻I中公開了分別在發(fā)送與接收中對同一掃描線進行三次以上的振幅與相位得到控制的收發(fā)序列，以抑制組織回波成分的方法。根據(jù)該技術(shù)，作為三次收發(fā)序列的例子，第一次進行基于振幅為I、相位為O度的發(fā)送脈沖Pl的收發(fā)，第二次進行基于振幅為2、相位為180度的發(fā)送脈沖P2的收發(fā)，第三次進行基于振幅為I、相位為O度的發(fā)送脈沖P3的收發(fā)，使三次的接收回波的權(quán)重為I : I : I進行加法運算。其結(jié)果是，組織回波的線性成分得到抑制，而來自造影劑的回波由于對發(fā)送脈沖的振幅、相位表現(xiàn)出非線性的響應，所以即使進行上述加法運算也不會被抑制。由此實現(xiàn)造影回波與組織回波的分離，與上述使用圖2、圖3說明的以往技術(shù)的較大差異在于，積極地使用對發(fā)送脈沖的基波成分的造影回波成分實現(xiàn)高CTR化。作為另一高CTR化方法的例子，專利文獻2中公開了利用和音的非線性組織回波成分的頻帶產(chǎn)生于探頭靈敏度區(qū)域以外這樣的發(fā)送脈沖，對同一掃描線進行兩次以上發(fā)送，積極地使用對發(fā)送脈沖的基波成分的造影回波成分實現(xiàn)高CTR化的方法。上述兩次以上的各發(fā)送脈沖在振幅、相位或極性中的至少一個方面實施不同的調(diào)制，抑制線性組織回波成分與和音的非線性組織回波成分，由此實現(xiàn)高CTR化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :美國專利6494841號專利文獻2 JP特表2004-504911號發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
上述以往技術(shù)中的高CTR化方法根據(jù)圖像化主要使用的造影回波的頻率成分，大致分為兩種。一種方法使用由圖2以及圖3說明的造影劑的二次諧波區(qū)域中的響應，另一種方法使用專利文獻I以及專利文獻2中所示的造影劑的基波區(qū)域中的響應。
對于前者而言，所使用的造影回波成分的區(qū)域中存在和音的非線性組織回波成分。另外，若使用寬頻帶的發(fā)送脈沖，則差音的非線性組織回波成分也進入探頭靈敏度區(qū)域。因此，以CTR來看，存在T的成分相對于C的成分變得較大的問題。。
對于后者而言，主要使用造影劑的基波區(qū)域的響應，但在專利文獻I公開的技術(shù)中，非線性組織回波成分也包含在探頭靈敏度區(qū)域中。以CTR來看，通過提高C的成分實現(xiàn)高CTR化，但在發(fā)送脈沖的音壓較大的情況下，存在T的成分以較大的比例產(chǎn)生的問題。
另外，在專利文獻2公開的技術(shù)中，非線性組織回波成分中，雖然和音的非線性組織回波成分在探頭靈敏度區(qū)域外產(chǎn)生，但是差音的非線性組織回波成分在探頭靈敏度區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，若使用發(fā)送脈沖的音壓較大、頻帶較寬的發(fā)送脈沖，則差音的非線性組織回波成分達到不可忽略的水平，存在導致CTR的降低的問題。
用于解決問題的手段
本發(fā)明鑒于以上以往技術(shù)的問題點而作，提供通過基本抑制或基本排除和音與差音雙方的非線性組織回波成分，描繪高CTR的超聲波造影圖像的超聲波診斷裝置。
S卩，本發(fā)明的超聲波診斷裝置是一種將發(fā)送脈沖發(fā)送到被檢體，通過超聲波探頭接收來自注入所述被檢體的超聲波造影劑的反射回波，并進行圖像化的超聲波診斷裝置， 以如下方式發(fā)送所述發(fā)送脈沖由于所述被檢體的聲音非線性性質(zhì)，所述發(fā)送脈沖在所述被檢體中傳播的過程中，由構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的非線性相互作用產(chǎn)生的和音成分與差音成分中的一者或者兩者被排除在所述超聲波探頭的靈敏度區(qū)域外。此處，所謂探頭的靈敏度區(qū)域，是指探頭能夠收發(fā)的超聲波的頻帶。
另外，本發(fā)明的超聲波診斷裝置是一種將發(fā)送脈沖發(fā)送到被檢體，通過超聲波探頭接收來自注入所述被檢體的超聲波造影劑的反射回波，并進行圖像化的超聲波診斷裝置，以如下方式發(fā)送所述發(fā)送脈沖由于所述被檢體的聲音非線性性質(zhì)，所述發(fā)送脈沖在所述被檢體中傳播的過程中，由構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的非線性相互作用產(chǎn)生的和音成分與差音成分中的一者或者兩者被排除在所述發(fā)送脈沖的頻帶外，該超聲波診斷裝置包括提取由所述超聲波探頭接收的回波中的、與所述發(fā)送脈沖的頻帶相當?shù)念l帶成分的單J Li ο
圖像化所使用的造影回波主要是對所述發(fā)送脈沖的基波成分的區(qū)域的響應，為了抑制對基波成分的組織回波，如脈沖反轉(zhuǎn)法那樣對同一掃描線進行兩次收發(fā)。對于兩次收發(fā)，實施調(diào)幅、極性反轉(zhuǎn)，進行抑制對基波成分的組織回波的收發(fā)序列處理。
根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，從具有中心頻率為fp。和分數(shù)帶寬為Bp的頻率靈敏度區(qū)域的超聲波探頭發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl，并接收第一接收回波 Rl，從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送第二發(fā)送脈沖P2，并接收第二接收回波R2，根據(jù)第一接收回波Rl與第二接收回波R2取得所述掃描線上的接收回波R0此時，第一發(fā)送脈沖Pl設定為具有與所述中心頻率fp。大致相同的中心頻率和(2-Bp)/2 以下的分數(shù)帶寬的脈沖，第二發(fā)送脈沖P2設定為使第一超聲波脈沖Pl的振幅為I/η倍(η >0)的脈沖。此外，對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’ 進行減法運算，以得到接收回波R，由此能夠取得抑制了組織回波成分的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，從具有中心頻率為fp。和分數(shù)帶寬為Bp的頻率靈敏度區(qū)域的超聲波探頭發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl，并接收第一接收回波 Rl，從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送第二發(fā)送脈沖P2，并接收第二接收回波R2，根據(jù)第一接收回波Rl與第二接收回波R2取得所述掃描線上的接收回波 R0此時，第一發(fā)送脈沖Pl設定為具有與所述中心頻率fp。大致相同的中心頻率和(2-Bp)/2 以下的分數(shù)帶寬的脈沖，第二發(fā)送脈沖P2設定為使第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為I/η倍(n> O)并且反轉(zhuǎn)了正負的脈沖。此外，對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’進行加法運算，以得到接收回波R，由此能夠取得抑制了組織回波成分的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，從具有分數(shù)帶寬為2/3以上的頻率靈敏度區(qū)域的超聲波探頭發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl，并接收第一接收回波Rl，從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送第二發(fā)送脈沖Ρ2，并接收第二接收回波R2，根據(jù)第一接收回波Rl與第二接收回波R2取得所述掃描線上的接收回波R。此時， 第一發(fā)送脈沖Pl是具有分數(shù)帶寬為2/3以下的頻帶的脈沖，第二發(fā)送脈沖 Ρ2設定為使第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為I/η倍(η > O)的脈沖。此外，使對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’進行減法運算后得到的接收回波，通過具有與第一或第二發(fā)送脈沖Pl或Ρ2大致相同的頻帶的頻帶限制濾波器，以得到接收回波R，由此能夠取得抑制了組織回波成分的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，從具有分數(shù)帶寬為2/3以上的頻率靈敏度區(qū)域的超聲波探頭發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl，并接收第一接收回波Rl，從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送第二發(fā)送脈沖Ρ2，并接收第二接收回波R2，根據(jù)第一接收回波Rl與第二接收回波R2取得所述掃描線上的接收回波R。此時， 第一發(fā)送脈沖Pl是具有分數(shù)帶寬為2/3以下的頻帶的脈沖，第二發(fā)送脈沖Ρ2設定為使第一超聲波脈沖Pl的振幅為I/η倍(η > O)并且反轉(zhuǎn)了正負的脈沖。此外，使對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’進行加法運算后得到的接收回波， 通過具有與第一或第二發(fā)送脈沖Pl或Ρ2大致相同的頻帶的頻帶限制濾波器，以得到接收回波R，由此能夠取得抑制了組織回波成分的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的第五方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，在第三以及第四方式中， 能夠使所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域的下限側(cè)頻率與所述第一發(fā)送脈沖Pi的頻帶的下限側(cè)頻率大致相同。據(jù)此，能夠提高被檢體的深部的造影回波的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的第六方式，提供如下超聲波診斷裝置。即，在第三以及第四方式中， 能夠使所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域的上限側(cè)頻率與所述第一發(fā)送脈沖Pi的頻帶的上限側(cè)頻率大致相同。據(jù)此，能夠取得高分辨率的造影圖像。
表示第一超聲波脈沖Pl的振幅與第二超聲波脈沖Ρ2的振幅比率的η能夠用2的 m次方表示，其中m為整數(shù)。由此能夠降低計算成本。
另外，較為理想的是，將上述η設定為2 (使上述m為I)。由此，能夠有效地進行組織回波的抑制和造影回波的提取。
在本發(fā)明的超聲波診斷裝置中，還能夠采用具有接收單元的結(jié)構(gòu)，該接收單元從用戶接收進行所述發(fā)送脈沖Pl的振幅、中心頻率以及分數(shù)帶寬、所述發(fā)送脈沖P2的振幅、 中心頻率以及分數(shù)帶寬、所述接收回波Rl的振幅以及相位、所述接收回波R2的振幅以及相位、或者所述η或所述m的參數(shù)中的至少一個參數(shù)的修正或調(diào)整的指示。在此情況下,具有根據(jù)所述接收單元接收的參數(shù)增減量進行相應參數(shù)的增減的修正單元或調(diào)整單元。此外， 所述超聲波探頭具有由多個通道構(gòu)成的陣列結(jié)構(gòu)，所述修正單元或調(diào)整單元可以對每個所述通道進行設置而構(gòu)成。
另外，還能夠采用如下結(jié)構(gòu)。一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元，產(chǎn)生發(fā)送信號；超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波； 以及接收部，進行所述接收的反射回波的信號處理，其中，所述超聲波探頭具有分數(shù)帶寬為 2/3以上的頻率靈敏度區(qū)域，接收發(fā)送作為具有分數(shù)帶寬為2/3以下的頻帶的脈沖的第一發(fā)送脈沖Pl，并接收的第一接收回波Rl ；以及從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送作為使第一超聲波脈沖Pl的振幅為I/η倍(η > O)的脈沖的第二發(fā)送脈沖 Ρ2，并接收的第二接收回波R2，所述接收部包括信號處理單元，該信號處理單元使對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’進行減法運算后得到的接收回波，通過具有與第一或第二發(fā)送脈沖Pl或Ρ2大致相同的頻帶的頻帶限制濾波器，由此得到接收回波R。
一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元， 產(chǎn)生發(fā)送信號；超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波；以及接收部，進行所述接收的反射回波的信號處理，其中，所述超聲波探頭具有分數(shù)帶寬為2/3以上的頻率靈敏度區(qū)域，接收發(fā)送作為具有分數(shù)帶寬為2/3以下的頻帶的脈沖的第一發(fā)送脈沖Ρ1，并接收的第一接收回波Rl ;以及在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送作為使第一超聲波脈沖Pl 的振幅為I/η倍(η > O)且反轉(zhuǎn)了正負的脈沖的第二發(fā)送脈沖Ρ2，并接收的第二接收回波 R2，包括信號處理單元，該信號處理單元使對第一接收回波Rl和使第二接收回波R2變?yōu)棣?倍后的接收回波R2’進行加法運算后得到的接收回波，通過具有與第一或第二發(fā)送脈沖Pl 或Ρ2大致相同的頻帶的頻帶限制濾波器，由此得到接收回波R。
發(fā)明效果
根據(jù)以上的本發(fā)明，以不從超聲波探頭接收和音成分或差音成分的方式產(chǎn)生發(fā)送波信號，因而能夠用基本除去了在超聲波造影圖像中成為噪音成分的對基波成分的組織回波成分、以及和音與差音雙方的非線性組織回波成分的接收信號進行圖像化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)較高的CTR，取得高畫質(zhì)的超聲波造影圖像。


圖I是表示本發(fā)明的超聲波診斷裝置的一個實施例的裝置結(jié)構(gòu)模塊圖。
圖2是表示以往技術(shù)的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖3是表示另一以往技術(shù)的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第一及第二方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)序列的信號處理流程圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)序列的信號處理流程圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第三及第四方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第五方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的第六方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的超聲波發(fā)送時的陣列口徑振幅權(quán)重的概要圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的超聲波發(fā)送時的另一陣列口徑振幅權(quán)重的概要圖。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的一個實施例的操作示意圖。
圖13是表示根據(jù)仿真的造影回波成分的頻率特性圖。
圖14是表示根據(jù)仿真的非線性組織回波成分的頻率特性圖。
圖15是匯總了仿真結(jié)果得到的CTR比較表。
具體實施方式
以下使用附圖詳細說明用于實施本發(fā)明的方式。
本實施方式是將發(fā)送脈沖發(fā)送到被檢體，用超聲波探頭接收來自注入所述被檢體的超聲波造影劑的反射回波，并進行圖像化的超聲波診斷裝置，包括用于有效排除如下成分的結(jié)構(gòu)對所述發(fā)送脈沖的基波成分的線性組織回波成分；以及由于所述被檢體的聲音非線性性質(zhì)，在所述發(fā)送脈沖在所述被檢體中傳播的過程中，由于構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的非線性相互作用而產(chǎn)生的和音成分與差音成分，即非線性組織回波成分。據(jù)此，能夠大幅改善表示超聲波造影圖像的畫質(zhì)的重要指標的、來自超聲波造影劑的回波與來自生物體組織的回波的強度比(Contrast-to-TissueRatio,或者稱為CTR)。
首先使用圖I說明本實施方式的超聲波診斷裝置。
超聲波診斷裝置I具備探頭20、裝置主體100、外部接口 2、以及圖像顯示部3。
探頭20在發(fā)送時將來自裝置主體100的發(fā)送信號變換為發(fā)送聲信號，向被檢體30 發(fā)送超聲波之后，將來自被檢體30的反射回波信號變換為接收電信號，并傳送到裝置主體 100。被檢體30內(nèi)部的血管31中預先靜脈注射有超聲波造影劑32。探頭20通常形成一維或二維的陣列結(jié)構(gòu)，成為能夠使發(fā)送波束以及接收波束聚束或偏向的結(jié)構(gòu)。
裝置主體100具備產(chǎn)生從探頭20發(fā)送的發(fā)送波形的波形產(chǎn)生單元112 ;放大來自波形產(chǎn)生單元112的發(fā)送波形的發(fā)送放大器111 ;放大來自探頭20的接收信號的接收放大器114 ;在發(fā)送時將發(fā)送放大器111與探頭20電氣連接，在接收時將接收放大器114與探頭20電氣連接的收發(fā)分離(T/R)開關113 ;將由接收放大器114放大的模擬信號變換為數(shù)字信號的A/D變換器115 ;對所述接收信號提供指定的延遲，形成接收波束的接收延遲電路部116 ;用于對所述接收波束實施如下詳細記述的信號處理的信號處理部117 ;根據(jù)信號處理部117的輸出構(gòu)筑圖像數(shù)據(jù)的圖像處理部118 ;以及對于以上主體構(gòu)成要素110，控制收發(fā)時機、發(fā)送波形、接收放大器增益、延遲量、信號處理等的控制部120。
來自圖像處理部118的輸出由圖像顯示部3作為二維斷層像或三維圖像等影像進行顯示。構(gòu)成為操作者從外部接口 2經(jīng)由控制部120進行對裝置主體100的上述結(jié)構(gòu)要素的控制、圖像顯示部3的控制。此外，在未附加外部接口 2的情況下，也能夠用預先確定的控制條件進行攝像。
接下來，使用圖5以及圖6說明本發(fā)明的超聲波診斷裝置中的脈沖收發(fā)動作以及信號處理部117中的處理序列。
在本發(fā)明的超聲波診斷裝置中，如圖5或圖6所示，通過至少兩次( > 一卜)的收發(fā)得到一個接收數(shù)據(jù)。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)序列，圖6表示根據(jù)本發(fā)明的第二方式的超聲波診斷裝置的超聲波造影時的收發(fā)序列。此外，關于作為本發(fā)明的特征的發(fā)送脈沖的頻帶，在后面詳細進行說明。
首先，在波形產(chǎn)生單元112中，由控制部120形成指定的發(fā)送脈沖波形，經(jīng)由發(fā)送放大器111、收發(fā)分離開關113,從探頭20向被檢體30照射第一發(fā)送脈沖Pl。第一發(fā)送脈沖Pl在被檢體30內(nèi)由于組織的聲音非線性效果產(chǎn)生波形失真，同時在聲阻抗不同的部分處反復反射、透射而傳播。另外，由于血管31內(nèi)部存在的超聲波造影劑的存在，第一發(fā)送脈沖Pl產(chǎn)生基于超聲波造影劑32的反射和散射。此外，超聲波造影劑32中由第一發(fā)送脈沖 Pl激勵非線性振動。
從探頭20照射第一發(fā)送脈沖Pl后，根據(jù)來自控制部120的指示，收發(fā)分離開關 113將接收放大器114與探頭20電氣連接。來自被檢體30的反射回波從接近探頭20的地方起依次作為第一接收回波Rl連續(xù)到達探頭20，在經(jīng)過了視為來自攝像區(qū)域最深部的第一接收回波Rl返回的時間之后，完成第一次的收發(fā)。第一接收回波Rl經(jīng)過收發(fā)分離開關 113、接收放大器114、A/D變換器115、以及接收延遲電路116，傳送到信號處理部117，暫時存儲在信號處理部117內(nèi)設置的未圖示的暫時存儲器等中。
在完成第一次的收發(fā)之后，由收發(fā)分離開關113再次將發(fā)送放大器111與探頭20 電氣連接。接下來，在波形產(chǎn)生單元112中形成另一發(fā)送脈沖波形，經(jīng)由發(fā)送放大器111、收發(fā)分離開關113傳送到探頭20，從探頭20向被檢體30照射第二發(fā)送脈沖P2。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置中，如圖5所示，第二發(fā)送脈沖P2是使第一發(fā)送脈沖Pl的波形的振幅為l/n(n > O)的大小的波形。另外，在根據(jù)本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置中，如圖6所示，第二發(fā)送脈沖P2是使第一發(fā)送脈沖Pl的波形的正負大致反轉(zhuǎn)，并且使第一發(fā)送脈沖Pl的波形的振幅為l/n(n > O)的大小的波形。此外， 波形產(chǎn)生單元112最好具備除去依賴于例如由發(fā)送放大器111產(chǎn)生的電氣失真、探頭20的頻率特性的相位旋轉(zhuǎn)的影響，調(diào)整第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2中的至少一者的波形的單元。
第二發(fā)送脈沖P2在被檢體30內(nèi)，由于組織的聲音非線性效果產(chǎn)生波形失真，同時在聲阻抗不同的部分處反復反射、透射而傳播。另外，由于血管31內(nèi)部存在的超聲波造影劑32的存在，第二發(fā)送脈沖P2產(chǎn)生基于超聲波造影劑32的反射和散射。此外，超聲波造影劑32中由第二發(fā)送脈沖P2激勵非線性振動。
從探頭20照射第二發(fā)送脈沖P2后，根據(jù)來自控制部120的指示，收發(fā)分離開關 113將接收放大器114與探頭20電氣連接。來自被檢體30的反射回波從接近探頭20的地方起依次作為第二接收回波R2連續(xù)到達探頭20，在經(jīng)過了視為來自攝像區(qū)域最深部的第二接收回波R2返回的時間之后，完成第二次的收發(fā)。第二接收回波R2經(jīng)過收發(fā)分離開關 113、接收放大器114、A/D變換器115、以及接收延遲電路116，傳送到信號處理部117，暫時存儲在信號處理部117內(nèi)設置的未圖示的暫時存儲器等中。
在信號處理部117中，使用上述暫時存儲器中存儲的第一接收回波Rl與第二接收回波R2，進行以下信號處理。即，在根據(jù)本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置中，如圖5所示，通過對第一接收回波Rl和第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮牡诙邮栈夭≧2’進行減法運算，得到接收回波R。另外，在根據(jù)本發(fā)明的第二方式的超聲波診斷裝置中，如圖6所示，通過對第一接收回波Rl和第二接收回波R2變?yōu)棣潜逗蟮牡诙邮栈夭≧2’進行加法運算， 得到接收回波R。
上述第一接收回波Rl是對第一發(fā)送脈沖Pl的來自被檢體30的反射回波，該反射回波成分包括來自構(gòu)成被檢體30的生物體組織或血管的對第一發(fā)送脈沖Pl的線性組織回波成分；第一發(fā)送脈沖Pl在被檢體30中傳播過程中產(chǎn)生的非線性組織回波成分；由第一發(fā)送脈沖Pl激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第一發(fā)送脈沖Pl被超聲波造影劑32 反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分。另外，上述第二接收回波R2是對第二發(fā)送脈沖Ρ2 的來自被檢體30的反射回波，該反射回波成分包括來自構(gòu)成被檢體30的生物體組織或血管的對第二發(fā)送脈沖Ρ2的線性組織回波成分；第二發(fā)送脈沖Ρ2在被檢體30中傳播過程中產(chǎn)生的非線性組織回波成分；由第二發(fā)送脈沖Ρ2激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第二發(fā)送脈沖Ρ2被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分。其中的線性組織回波成分對波形的反轉(zhuǎn)或波形振幅的η倍化等表現(xiàn)出線性行為。因此，通過圖5或圖6 所示的處理序列，接收回波R中線性組織回波成分被除去。
此外，若上述η為2的m次方(m為整數(shù))，則η倍化的數(shù)字處理能夠通過位移來進行，能夠?qū)崿F(xiàn)運算成本的減少和處理速度的提高。另外，第二接收回波R2的η倍化的目的在于通過對第一接收回波Rl和第二接收回波R2’的減法運算或者加法運算，除去線性組織回波成分，第二接收回波R2的η倍化在通過了 A/D變換器115之后進行，因此可以將第二接收回波R2的η倍化的η調(diào)整為最佳值，從而包含量化誤差在內(nèi)最大地除去線性組織回波成分。
接下來，使用圖4詳細說明作為本發(fā)明特征的第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖 Ρ2的頻帶。
在本實施方式中，作為第一次的第一發(fā)送脈沖Pl以及第二次的第二發(fā)送脈沖Ρ2 的基波成分，分別具有頻率成分220以及頻率成分221的頻帶。由探頭20接收的對前一個第一發(fā)送脈沖Pl的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分320 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成 分220在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分420 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分220在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分520 ;以及由第一發(fā)送脈沖Pl激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第一發(fā)送脈沖Pl被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分620。另外，由探頭20接收的對前一個第二發(fā)送脈沖P2的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分321 ;構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分221在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分421 ;構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分221在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分521 ;以及由第二發(fā)送脈沖P2激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第二發(fā)送脈沖P2被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分621。
為了取得高CTR的超聲波造影圖像，應有效捕捉造影回波成分620及621，有效抑制或排除線性組織回波成分220及221、非線性組織回波成分420、520、421、521，而本發(fā)明的最大特征在于，通過探頭20的探頭靈敏度區(qū)域10來抑制無法由脈沖反轉(zhuǎn)法這樣的線性運算除去的非線性組織回波成分420、520、421、521。S卩，以將和音的非線性組織回波成分 420及421排除在探頭靈敏度區(qū)域10的高頻域側(cè)頻帶外，將差音的期望的非線性組織回波成分520及521排除在探頭靈敏度區(qū)域10的低頻域側(cè)頻帶外的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl 以及第二發(fā)送脈沖P2。
由于對第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖P2的基波成分的線性組織回波320及 321對波形反轉(zhuǎn)、波形振幅的η倍化等表現(xiàn)出線性行為，所以如上所述，通過第一接收回波 Rl和第二接收回波R2的線性運算能夠除去這些回波成分。與此相對，和音的非線性組織回波成分420及421、差音的非線性組織回波成分520及521無法通過η倍化或減法、加法運算處理等除去，假使沒有基于探頭20的探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制，即使進行第一接收回波Rl和η倍的第二接收回波R2的減法或加法運算，也作為和音的非線性組織回波成分 422以及差音的非線性組織回波成分522殘留下來。但是，在本發(fā)明中，以將和音、差音的非線性組織回波成分均排除在探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶以外的方式，形成第一發(fā)送脈沖Pl 以及第二發(fā)送脈沖Ρ2，因此能夠通過由探頭20接收來除去這些非線性組織回波成分。
除了上述的探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制以外，為了進一步進行非線性組織回波成分的抑制，在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2中，可以設定為振幅、相位的關系進一步相等。非線性組織回波表現(xiàn)為與被檢體30內(nèi)組織中的非線性聲音傳播相伴隨的波形失真，差音與和音均基于基波發(fā)送脈沖的相位關系產(chǎn)生。例如，由和音表不的二次諧波成分與基波發(fā)送脈沖以同相位產(chǎn)生、傳播，并且積累波形失真。波形失真的失真量尤其依賴于音壓的大小，音壓越大，則向非線性成分的能量變換越顯著地產(chǎn)生，波形失真量變得越大。因此，在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2中，使相位相等、兩者的振幅比率η接近1，則產(chǎn)生的非線性組織回波的相位、大小也相等。在此情況下，通過第一接收回波Rl與第二接收回波R2’的減法運算，由于第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2的相位相等，所以接收后的處理序列進行圖5所示的減法運算處理。通過這種收發(fā)序列，除了探頭靈敏度區(qū)域10以外， 通過接收后的減法運算處理也能夠抑制非線性組織回波，增大CTR。
此外，如上所述，為了減少運算成本和提高處理速度，可以使η為2的m次方(m為整數(shù))。這樣考慮后，作為最接近I的n，最好使η = 2。即，若第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為Po，則可以使第二發(fā)送脈沖P2的振幅為Pc/2。一般而言，超聲波診斷裝置中使用的探頭20 采用壓電元件等電氣聲音變換元件以多通道排列的陣列結(jié)構(gòu)，發(fā)送以及接收時在期望的掃描線方向上對超聲波波束進行聚束，以提高收發(fā)信號的S/N。在這種情況下，上述的使第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為Ptl，第二發(fā)送脈沖P2的振幅為匕/2的條件可以是進行了發(fā)送聚束的基于第一發(fā)送脈沖Pl的超聲波波束與基于第二發(fā)送脈沖P2的超聲波波束的音壓的振幅比率為2。使用圖10以及圖11說明從采用這種陣列結(jié)構(gòu)的探頭20產(chǎn)生第一發(fā)送脈沖Pl和第二發(fā)送脈沖P2的方法。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的超聲波發(fā)送時的陣列口徑振幅權(quán)重的概要圖。探頭20中，壓電元件等聲電變換元件21a 21z如圖10所示例如排列為一維狀。波形產(chǎn)生單元112具有對聲電變換元件21a 21z的每個通道選擇性地改變施加電壓和延遲時間的功能，經(jīng)由發(fā)送放大器111與收發(fā)分離開關113對各通道提供施加電壓。如圖 10所示，首先，在第一次中，從用于發(fā)送波束聚束的聲電變換元件21a 21z發(fā)送音壓振幅為Ptl的第一發(fā)送脈沖P1。接著，在第二次中，從用于發(fā)送波束聚束的聲電變換元件21a 21z發(fā)送音壓振幅為匕/2的第二發(fā)送脈沖P2。通過這種發(fā) 送序列，能夠使基于第一發(fā)送脈沖Pl的超聲波波束與基于第二發(fā)送脈沖P2的超聲波波束的音壓的振幅比率為2。此外，波形產(chǎn)生單元112可以具備對聲電變換元件21a 21z的發(fā)送靈敏度偏差或脈沖形狀(發(fā)送脈沖的中心頻率或分數(shù)帶寬等)進行修正或調(diào)整的單元，也可以進行修正或者調(diào)整，從而作為進行第一接收回波Rl與第二接收回波R2’的減法運算處理的結(jié)果，線性組織回波得到最大抑制。這種靈敏度、中心頻率、分數(shù)帶寬的修正或者調(diào)整可以在第一接收回波Rl或第二接收回波R2的級別進行，例如，形成接收波束的接收延遲電路部116中可以具備修正或者調(diào)整功能。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的超聲波發(fā)送時的另一陣列口徑振幅權(quán)重的概要圖。在圖11中，為了使基于第一發(fā)送脈沖Pi的超聲波波束與基于第二發(fā)送脈沖P2的超聲波波束的音壓的振幅比率為2，在第一次和第二次中改變發(fā)送面積。S卩，第一次的第一發(fā)送脈沖Pl從全部聲電變換元件21a 21z以音壓振幅Ptl發(fā)送，第二次的第二發(fā)送脈沖P2的音壓振幅對每個通道反復變?yōu)樨啊?從而發(fā)送。通過這種發(fā)送序列，基于第二發(fā)送脈沖P2的超聲波波束的發(fā)送面積相對于第一次變?yōu)橐话?，因此能夠在超聲波波束的級別使發(fā)送音壓的振幅比率為2。在此情況下，波形產(chǎn)生單元112也可以具有對聲電變換元件21a 21z的每個通道選擇性地改變施加電壓和延遲時間的功能，采用經(jīng)由發(fā)送放大器111與收發(fā)分離開關113對各通道提供施加電壓的結(jié)構(gòu)。通過這種發(fā)送序列，在第一次與第二次中，對要發(fā)送聲波的聲電變換元件施加相同條件的電壓，因而能夠除去所述聲音變換元件21a 21z、發(fā)送放大器111的依賴于電壓的波形失真的影響等。此外，波形產(chǎn)生單元112可以具備對聲電變換元件21a 21z的收發(fā)靈敏度偏差進行修正的單元，也可以進行所述收發(fā)靈敏度偏差修正，從而作為進行第一接收回波Rl與第二接收回波R2’的減法運算處理的結(jié)果，線性組織回波得到最大抑制。這種靈敏度、中心頻率、分數(shù)帶寬的修正或者調(diào)整可以在第一接收回波Rl或第二接收回波R2的級別進行，例如，形成接收波束的接收延遲電路部116中可以具備修正或者調(diào)整功能。
另一方面，超聲波造影劑32具有內(nèi)部為空的微囊的結(jié)構(gòu)，對來自周圍的超聲波激勵表現(xiàn)出非線性響應(膨脹與收縮)。該非線性性質(zhì)是對周圍的超聲波的音壓或相位的非線性性質(zhì)，對第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2的各自的造影回波成分620以及621基本上振幅、相位的關系不同。此外，即使例如第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2為完全相同的發(fā)送脈沖，由于第一次與第二次中收發(fā)時機在時間上錯開，所以超聲波造影劑32的集合體在第一發(fā)送脈沖Pl的收發(fā)時與第二發(fā)送脈沖P2的收發(fā)時也不相同。因此，基于來自超聲波造影劑32的集合體的反射波、散射波的造影回波成分在第一次與第二次中也不相同。據(jù)此，即使對造影回波成分620和η倍的造影回波成分621進行減法運算或者加法運算，造影回波成分622也作為信號殘留下來。因此，即使受到基于探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制，尤其是對發(fā)送脈沖的基波成分的響應也能夠作為主要的造影回波成分進行捕捉。
如上所述，在本發(fā)明的超聲波診斷裝置中，從造影回波成分622通過探頭靈敏度區(qū)域10取得造影信號，通過第一次中取得的線性組織回波成分320與第二次中取得的線性組織回波成分321的線性運算處理抑制對基波的線性組織回波成分，差音或和音的非線性組織回波成分主要由基于探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制除去，因此能夠取得高CTR的超聲波造影圖像。
接著，詳細說明用于使和音的非線性組織回波成分420、421和差音的非線性組織回波成分520、521在探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶外產(chǎn)生的發(fā)送脈沖條件。
首先，假設探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶為(fpl fp2)，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶為(ftl ft2)。此外，所謂頻帶，通常用_6dB帶寬等定義，但在本發(fā)明中，是對最終的超聲波造影圖像能夠產(chǎn)生影響的靈敏度或強度的頻帶寬度，并不限定于_6dB帶寬。
頻帶為(ftl ft2)的第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2通過進行非線性聲音傳播生成的發(fā)送和音成分的頻帶由形成第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2的所有頻率成分的和音決定，為(2ftl 2ft2)。另外，頻帶為(ftl ft2)的第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2通過進行非線性聲音傳播生成的發(fā)送差音成分的頻帶由形成第一發(fā)送脈沖Pl 或者第二發(fā)送脈沖P2的所有頻率成分的差音決定，為(DC ft2-ftl)。對第一發(fā)送脈沖Pl 的和音及差音的非線性組織回波成分420、520或者對第二發(fā)送脈沖P2的和音及差音的非線性組織回波成分421、521是對上述發(fā)送和音成分及發(fā)送差音成分的反射回波成分，因而和音的非線性組織回波成分420以及421的頻帶是(2ftl 2ft2)，差音的非線性組織回波成分520以及521的頻帶是(DC ft2-ftl)。因此，用于使和音的非線性組織回波成分420 及421、以及差音的非線性組織回波成分520及521在探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶外產(chǎn)生的條件如下。
fpl 彡 ft2-ftlfp2 ( 2ftl
因此，作為用于取得高分辨率圖像的條件，為了取得具有最大頻帶的第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2，可以采用頻帶為(fp2/2 fpl+fp2/2)的第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2。
此處，用中心頻率和分數(shù)帶寬表示探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶條件(fpl fp2)，用中心頻率fp。、分數(shù)帶寬Bp表示后，如下關系式成立。
fpl = ((2-Bp)/2)fpc
fp2 = ((2+Bp)/2)fpc
使用這些關系式改寫上述第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶條件(fp2/2 fpl+fp2/2)后成為
(fp2/2 fpl+fp2/2) — ((2+Bp) fpc/4 (6_Bp) fpc/4)
此外，用中心頻率fte( = (ftl+ft2)/2)和分數(shù)帶寬Bt(= (ft2-ftl)/ftc)改寫第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶條件(ftl ft2)后，首先，關于中心頻率ft。，得到如下關系式。
ftc= (ftl+ft2)/2
= ((2+Bp)fpc/4+(6-Bp)fpc/4)/2
= fpc
即，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的中心頻率ft。可以與探頭靈敏度區(qū)域10 的中心頻率fp。相等。接下來，關于分數(shù)帶寬Bt，得到如下關系式。
Bt = (ft2-ftl) Zftc
= ((6-Bp) fpc/4- (2+Bp) fpc/4) /fpc
= (2-Bp) /2
根據(jù)上式，例如在探頭20的分數(shù)帶寬Bp為80%的情況下，第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2的分數(shù)帶寬可以為60%，在探頭20的分數(shù)帶寬Bp為100%的情況下，第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2的分數(shù)帶寬可以為50%。通常，分數(shù)帶寬Bp與分數(shù)帶寬Bt 存在Bp ^ Bt的關系，因此根據(jù)與上式的關系可得Bp ^ 2/3，探頭靈敏度區(qū)域10最好具有 67%以上的分數(shù)帶寬。作為上述發(fā)送脈沖P，例如考慮如下的100%調(diào)幅波。
P = P’ (1+cos (2 Ti fst)) sin (2 π fpct)
在上式中，P’是發(fā)送脈沖P的振幅，fs是發(fā)送脈沖P的調(diào)制頻率，表示為fs = (2-Bp)fpc/4。
決定要使用的探頭20后，就決定了探頭20的探頭靈敏度區(qū)域10，確定了中心頻率fp。和分數(shù)帶寬Bp，因此確定了本發(fā)明的超聲波診斷裝置中的第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的條件。在波形產(chǎn)生單元112中進行波形整形，從而使得經(jīng)由發(fā)送放大器111和收發(fā)分離開關113從探頭20發(fā)送的脈沖成為中心頻率為fp。并且分數(shù)帶寬為(2-Bp)/2的發(fā)送脈沖。通過以此方式發(fā)送的第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2，能夠使和音的非線性組織回波成分420、421和差音的非線性組織回波成分520、521在探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶以外產(chǎn)生。
如圖5所示，在本發(fā)明的第一方式的超聲波診斷裝置中，第一發(fā)送脈沖Pl的振幅 ΡΓ與第二發(fā)送脈沖P2的振幅P2’的比率為η ( = ΡΓ /Ρ2’ > O)，從探頭20發(fā)送各發(fā)送脈沖的波形整形由波形產(chǎn)生單元112進行，在第一次中接收對第一發(fā)送脈沖Pl的第一接收回波R1，在第二次中接收對第二發(fā)送脈沖Ρ2的第二接收回波R2。第一接收回波Rl與第二接收回波R2存儲在設置于信號處理部117內(nèi)的未圖示的暫時存儲器中，在第一次與第二次的收發(fā)完成后，進行第一接收回波Rl與對第二接收回波R2進行了 η倍化的第二接收回波 R2’的減法運算處理，得到接收回波R。
另外，如圖6所示，在本發(fā)明的第二方式的超聲波診斷裝置中，第一發(fā)送脈沖Pl的振幅ΡΓ與第二發(fā)送脈沖Ρ2的振幅Ρ2’的比率為η ( = ΡΓ /Ρ2’ > O)。并且第二發(fā)送脈沖Ρ2是對第一發(fā)送脈沖Pl進行了反轉(zhuǎn)后的波形。從中接收對第二發(fā)送脈沖P2的第二接收回波R2。第一接收回波Rl與第二接收回波R2存儲在設置于信號處理部117內(nèi)的未圖示的暫時存儲器中，在第一次與第二次的收發(fā)完成后， 進行第一接收回波Rl與對第二接收回波R2進行了 η倍化的第二接收回波R2’的加法運算處理，得到接收回波R。
此外，在上述第一方式及第二方式的超聲波診斷裝置中，使第二接收回波R2變?yōu)?η倍，但該運算操作的目的在于使對第一發(fā)送脈沖Pl的響應與對第二發(fā)送脈沖Ρ2的響應的強度比率為I : 1，從而抑制對基波的線性組織回波成分，例如也可以是使第一接收回波Rl 變?yōu)镮/η倍等使強度比率為I : I的運算操作，并不限定于上述方式中的例子。
在本發(fā)明的第一方式或第二方式的超聲波診斷裝置中，如上所述取得的接收回波 R進一步由信號處理部117實施檢波處理等，其輸出被傳送到圖像處理部118。圖像處理部 118根據(jù)來自信號處理部117的輸出構(gòu)筑圖像數(shù)據(jù)，來自圖像處理部118的輸出由圖像顯示部3作為二維斷層像或三維圖像等影像進行顯示。
以上述方式得到的影像中，組織回波成分基本上受到抑制，因此在超聲波造影圖像中得到高CTR的圖像，清楚地描繪出血管結(jié)構(gòu)，能夠提供臨床價值高的超聲波診斷圖像。
在上述實施方式中，通過探頭靈敏度區(qū)域10除去差音以及和音的非線性組織回波成分，但也可以如圖7 圖9所示，根據(jù)發(fā)送脈沖的頻帶，通過與濾波器的組合進行除去。 即，可以以不是排除在探頭靈敏度區(qū)域外，而是排除在發(fā)送脈沖的頻帶外的方式產(chǎn)生和音或差音的非線性組織回波，通過設置于信號處理部117的未圖示的與所述發(fā)送脈沖的頻帶相同的通過頻帶的濾波器，對接收回波R進行濾波。以下，說明用于以排除在發(fā)送脈沖的頻帶外的方式產(chǎn)生和音或差音的非線性組織回波的發(fā)送脈沖條件。
如前所述，頻帶為(ftl ft2)的第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2通過進行非線性聲音傳播生成的和音成分的頻帶由形成第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2的所有頻率成分的和音決定，為(2ftl 2ft2)。另外，頻帶為(ftl ft2)的第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2通過進行非線性聲音傳播生成的發(fā)送差音成分的頻帶由形成第一發(fā)送脈沖Pl或者第二發(fā)送脈沖P2的所有頻率成分的差音決定，為(DC ft2-ftl)。因此，用于在發(fā)送脈沖的頻帶外產(chǎn)生和音或差音的非線性組織回波的發(fā)送脈沖條件如下。
ftl 彡 ft2_ftlft2 < 2fti
根據(jù)這些關系式，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶最大為(ftl 2ftl)， 只要(ftl 2ftl)的頻帶與探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶重疊，中心頻率不受限制。若將其用發(fā)送脈沖的分數(shù)帶寬Bt表示，則為
Bt= (ft2-ftl) Zftc = (2ftl-ftl) / ((ftl+2ftl) /2) = 2/3
S卩，可以將分數(shù)帶寬為2/3 (約67% )的發(fā)送脈沖作為第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2。以下，使用圖7 圖9說明上述以排除在發(fā)送脈沖的頻帶外的方式產(chǎn)生和音或差音的非線性組織回波的、本發(fā)明的另外三個實施方式中的第一發(fā)送脈沖Pl及第二發(fā)送脈沖P2的頻帶。
(發(fā)送脈沖的中心頻率與探頭靈敏度區(qū)域的中心頻率大致相等的情況)
圖7是表示本發(fā)明的第三及第四方式的超聲波診斷裝置的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。在本實施方式中，第一發(fā)送脈沖Pi或第二發(fā)送脈沖 P2的中心頻率與探頭靈敏度區(qū)域的中心頻率大致相等，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的分數(shù)帶寬為2/3 (約67% )。
作為第一次的第一發(fā)送脈沖Pl以及第二次的第二發(fā)送脈沖P2的基波成分，分別具有頻率成分230及頻率成分231的頻帶。由探頭靈敏度區(qū)域10的探頭20接收的對前一個第一發(fā)送脈沖Pl的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分330 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分230在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分430 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分230在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分530;以及由第一發(fā)送脈沖Pl激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第一發(fā)送脈沖Pl被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分630。另外，由探頭20接收的對前一個第二發(fā)送脈沖P2的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分331 ;構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分231在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分431 ； 構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分231在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分531 ;以及由第二發(fā)送脈沖P2激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第二發(fā)送脈沖P2被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分631。
為了取得高CTR的超聲波造影圖像，應有效捕捉造影回波成分630及631，有效抑制或排除線性組織回波成分230及231、非線性組織回波成分430、530、431、531，在本實施方式中，以無法由脈沖反轉(zhuǎn)法這樣的線性運算除去的非線性組織回波成分430、530、431、 531與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶230或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶231不重疊的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2，通過具有與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶230或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶231相同的頻帶41的帶通濾波器對接收信號進行濾波。即，以在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶230或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶231的高頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生和音的非線性組織回波成分430及431，并且在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶230或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶231的低頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生差音的期望的非線性組織回波成分530及531的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖P2，通過濾波從得到的接收回波R中除去和音或差音的非線性組織回波成分。
在本發(fā)明的第三方式的超聲波診斷裝置中，第二發(fā)送脈沖P2等于使振幅為第一發(fā)送脈沖Pl的振幅的ι/n倍(η > O)而得到的發(fā)送脈沖，如圖5所示，通過第一接收回波 Rl與第二接收回波R2’的減法運算處理得到接收回波R。另外，在本發(fā)明的第四方式的超聲波診斷裝置中，第二發(fā)送脈沖Ρ2等于反轉(zhuǎn)第一發(fā)送脈沖Pl (將相位旋轉(zhuǎn)180度)，并且使振幅為第一發(fā)送脈沖Pl的振幅的I/η倍(η > O)而得到的發(fā)送脈沖，如圖6所示，通過第一接收回波Rl與第二接收回波R2’的加法運算處理得到接收回波R。
在以此方式得到的接收回波R中，均通過線性運算除去線性組織回波成分330及 331，由用探頭靈敏度區(qū)域10對和音的非線性組織回波成分432、差音的非線性組織回波成分532、以及造影回波成分632進行濾波后的成分構(gòu)成，但在對應于第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖Ρ2的頻帶230或231的頻帶部分中，僅存在造影回波成分632。通過用具有信號通過頻帶41的帶通濾波器對其進行濾波，得到高CTR的接收信號，并且在探頭靈敏度區(qū)域10內(nèi)也施加基于所述帶通濾波器的頻帶限制，因此還同時進行電氣噪聲等的抑制，能夠得到對電氣噪聲的SN比也較大的、高CTR的超聲波造影圖像。
(發(fā)送脈沖的下限頻率與探頭靈敏度區(qū)域的下限頻率大致相等的情況)
圖8是表示本發(fā)明的第五方式的超聲波診斷裝置的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。在本實施方式中，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的下限頻率與探頭靈敏度區(qū)域的下限頻率大致相等，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的分數(shù)帶寬為2/3 (約67% )。
作為第一次的第一發(fā)送脈沖Pl以及第二次的第二發(fā)送脈沖P2的基波成分，分別具有頻率成分240及頻率成分241的頻帶。由探頭靈敏度區(qū)域10的探頭20接收的對前一個第一發(fā)送脈沖Pl的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分340 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分240在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分440 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分240在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分540;以及由第一發(fā)送脈沖Pl激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第一發(fā)送脈沖Pl被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分640。另外，由探頭20接收的對前一個第二發(fā)送脈沖P2的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分341 ;構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分241在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分441 ； 構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分241在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分541 ；以及由第二發(fā)送脈沖P2激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第二發(fā)送脈沖P2被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分641。
為了取得高CTR的超聲波造影圖像，應有效捕捉造影回波成分640及641，有效抑制或排除線性組織回波成分240及241、非線性組織回波成分440、540、441、541，在本實施方式中，以無法由脈沖反轉(zhuǎn)法這樣的線性運算除去的非線性組織回波成分440、540、441、 541與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶240或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶241不重疊的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2，通過以第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶240或第二發(fā)送脈沖P2 的頻帶241的上限側(cè)頻率為截止頻率的、具有信號通過頻帶42的低通濾波器對接收信號進行濾波。即，以在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶240或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶241的高頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生和音的非線性組織回波成分440及441，并且在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶240或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶241的低頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生差音的期望的非線性組織回波成分540 及541的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖P2，通過濾波和基于探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制從得到的接收回波R中除去和音或差音的非線性組織回波成分。此外，也可以代替上述低通濾波器，使用具有與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶240或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶241相同的信號通過頻帶的帶通濾波器進行濾波。
在本發(fā)明的第五方式的超聲波診斷裝置中，第二發(fā)送脈沖P2等于使振幅為第一發(fā)送脈沖Pl的振幅的ι/n倍(Π > O)而得到的發(fā)送脈沖，與本發(fā)明的第三方式或第四方式同樣，在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2同相位的情況下，對第一接收回波Rl與第二接收回波R2’進行減法運算處理，另外在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2逆相位的情況下，對第一接收回波Rl與第二接收回波R2’進行加法運算處理，得到接收回波R。
在以此方式得到的接收回波R中，均通過線性運算除去線性組織回波成分340及 341，差音的非線性組織回波成分542通過探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制除去。因此，接收回波R由用探頭靈敏度區(qū)域10對和音的非線性組織回波成分442、以及造影回波成分642 進行濾波后的成分構(gòu)成，但在對應于第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖Ρ2的頻帶240或241的頻帶部分中，僅存在造影回波成分64 2。通過用具有信號通過頻帶42的低通濾波器對其進行濾波，得到高CTR的接收信號，并且在探頭靈敏度區(qū)域10內(nèi)也施加基于所述低通濾波器的頻帶限制，因此還同時進行電氣噪聲等的抑制，能夠得到對電氣噪聲的SN比也較大的、高CTR的超聲波造影圖像。此外，在探頭靈敏度區(qū)域10的低頻帶側(cè)取得造影回波信號， 因此能夠取得深部靈敏度也良好的超聲波造影圖像。
(發(fā)送脈沖的上限頻率與探頭靈敏度區(qū)域的上限頻率大致相等的情況)
圖9是表示本發(fā)明的第六方式的超聲波診斷裝置的收發(fā)脈沖頻帶以及超聲波探頭靈敏度區(qū)域的關系的頻譜圖。在本實施方式中，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的上限頻率與探頭靈敏度區(qū)域10的上限頻率大致相等，第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2 的分數(shù)帶寬為2/3(約67%)。
作為第一次的第一發(fā)送脈沖Pl以及第二次的第二發(fā)送脈沖P2的基波成分，分別具有頻率成分250及頻率成分251的頻帶。由探頭靈敏度區(qū)域10的探頭20接收的對前一個第一發(fā)送脈沖Pl的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分350 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分250在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分450 ;構(gòu)成第一發(fā)送脈沖Pl的頻率成分250在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分550 ;以及由第一發(fā)送脈沖Pl激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第一發(fā)送脈沖Pl被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分650。另外，由探頭20接收的對前一個第二發(fā)送脈沖P2的接收回波的頻率成分由以下成分構(gòu)成對基波成分的線性組織回波成分351 ;構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分251在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的和音的非線性組織回波成分451 ； 構(gòu)成第二發(fā)送脈沖P2的頻率成分251在被檢體30內(nèi)的非線性相互作用所產(chǎn)生的差音的非線性組織回波成分551 ;以及由第二發(fā)送脈沖P2激勵的超聲波造影劑32的非線性振動、第二發(fā)送脈沖P2被超聲波造影劑32反射、散射，由此而產(chǎn)生的造影回波成分651。
為了取得高CTR的超聲波造影圖像，應有效捕捉造影回波成分660及661，有效抑制或排除線性組織回波成分250及251、非線性組織回波成分450、550、451、551，在本實施方式中，以無法由脈沖反轉(zhuǎn)法這樣的線性運算除去的非線性組織回波成分450、550、451、 551與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶250或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶251不重疊的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2，通過以第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶250或第二發(fā)送脈沖P2 的頻帶251的下限側(cè)頻率為截止頻率的、具有信號通過頻帶43的高通濾波器對接收信號進行濾波。即，以在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶250或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶251的高頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生和音的非線性組織回波成分450及451，并且在第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶250或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶251的低頻域側(cè)頻帶外產(chǎn)生差音的期望的非線性組織回波成分550 及551的方式，發(fā)送第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖P2，通過濾波和基于探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制從得到的接收回波R中除去和音或差音的非線性組織回波成分。此外，也可以代替上述高通濾波器，使用具有與第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶250或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶251相同的信號通過頻帶的帶通濾波器進行濾波。
在本發(fā)明的第六方式的超聲波診斷裝置中，第二發(fā)送脈沖P2等于使振幅為第一發(fā)送脈沖Pl的振幅的ι/n倍(Π > O)而得到的發(fā)送脈沖，與本發(fā)明的第三方式或第四方式同樣，在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖Ρ2同相位的情況下，對第一接收回波Rl與第二接收回波R2’進行減法運算處理，另外在第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2逆相位的情況下，對第一接收回波Rl與第二接收回波R2’進行加法運算處理，得到接收回波R。
在以此方式得到的接收回波R中，均通過線性運算除去線性組織回波成分350及 351，和音的非線性組織回波成分452通過探頭靈敏度區(qū)域10的頻帶限制除去。因此，接收回波R由用探頭靈敏度區(qū)域10對差音的非線性組織回波成分552、以及造影回波成分652 進行濾波后的成分構(gòu)成，但在對應于第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的頻帶250或251 的頻帶部分中，僅存在造影回波成分652。通過用具有信號通過頻帶43的高通濾波器對其進行濾波，得到高CTR的接收信號，并且在探頭靈敏度區(qū)域10內(nèi)也施加基于所述高通濾波器的頻帶限制，因此還同時進行電氣噪聲等的抑制，能夠得到對電氣噪聲的SN比也較大的、高CTR的超聲波造影圖像。此外，在探頭靈敏度區(qū)域10的高頻帶側(cè)取得造影回波信號， 因此能夠取得空間分辨率也良好的超聲波造影圖像。
為了確認上述的本發(fā)明的超聲波診斷裝置的高CTR效果，進行考慮了周圍流體壓縮性的基于Keller-Miksis的方 程式的超聲波造影劑的超聲波脈沖響應仿真、以及基于 KZK的式子(Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov equation)的非線性聲音傳播仿真，通過前者進行由造影回波表示的信號成分的評價，通過后者進行由組織回波表示的噪聲成分的評價，進行了圖3所示的以往方法與圖4所示的基于本發(fā)明的方法的CTR比較。以下說明其結(jié)果。
首先，探頭靈敏度區(qū)域假定中心頻率為3 (MHz)、分數(shù)帶寬為100%的頻帶，制成利用漢寧(Hanning)窗的濾波器，以此為要領進行定義。另外，作為以往方法中的發(fā)送脈沖條件，假定中心頻率為2 (MHz)，波數(shù)為4波的漢寧權(quán)重(分數(shù)帶寬50% )，并且最大音壓振幅為212 (kPa)，作為基于本發(fā)明的方法中的發(fā)送脈沖條件，假定中心頻率為3 (MHz)，波數(shù)為4 波的漢寧權(quán)重(分數(shù)帶寬50% )，第一發(fā)送脈沖Pl的最大音壓振幅為520(kPa)，第二發(fā)送脈沖P2的最大音壓振幅為260 (kPa)，并且第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2的相位相等。作為生物體對超聲波的安全性指標使用的機械系數(shù)(MI)的值在以往方法與基于本發(fā)明的方法中相等，以此方式假定上述條件。即，根據(jù)發(fā)送脈沖的中心頻率f。(MHz)和負壓的最大音壓振幅Ptl(MPa),MI用MI = PcZvrfe定義，在上述條件中，以往方法和基于本發(fā)明的方法均為MI = O. 3的條件。
作為超聲波造影劑,假定為Sonazoid,半徑為1(μηι),膜厚度為10(nm),膜剪斷彈性系數(shù)為50 (MPa)，膜粘性系數(shù)為O. 8 (Pa · s)，關于造影劑內(nèi)的氣體，密度為I. 61 (kg/m3)， 熱傳導率為26. 2X 10_3(W/mK)，熱容量為1007(J/kgK)，比熱比為I. 4。周圍的流體假定為血液(密度為1025 (kg/m3)，粘性系數(shù)為4 X 10_3 (Pa· S)，音速為1570 (m/s))?；谶@種條件， 對以往方法而言，對于第一發(fā)送脈沖Pl和第二發(fā)送脈沖P2，分別通過仿真求出每個超聲波造影劑的響應，進行對第一發(fā)送脈沖Pl的響應波形和對第二發(fā)送脈沖P2的響應波形的加法運算處理后，按照上述探頭靈敏度區(qū)域的條件進行濾波，得到造影回波成分。另外，對基于本發(fā)明的方法而言，對于第一發(fā)送脈沖Pl和第二發(fā)送脈沖P2，分別通過仿真求出每個超聲波造影劑的響應，進行對第一發(fā)送脈沖Pl的響應波形和使對第二發(fā)送脈沖P2的響應波形變?yōu)?倍后的波形的減法運算處理后，按照上述探頭靈敏度區(qū)域的條件進行濾波，得到造影回波成分。
另外，在非線性聲音傳播仿真中，假定與生物體的物性接近的普通的聲音介質(zhì)，音速為1540 (m/s)，密度為1000 (kg/m3)，非線性參數(shù)B/A為7，依賴于頻率的吸收系數(shù)為 0.7(dB/cm/MHz)。在本非線性聲音傳播仿真中，假定該聲音介質(zhì)的二維平面，探頭的口徑為 10 (mm)，聚束距離為80 (mm)，通過仿真求出聚束點處的音壓波形。此外，對于基于本發(fā)明的方法而言，第一發(fā)送脈沖Pl與第二發(fā)送脈沖P2的口徑振幅權(quán)重如圖10所示使用全口徑， 相對于第一發(fā)送脈沖Pl的音壓，第二發(fā)送脈沖P2的音壓為1/2?；谶@種條件，對于以往方法而言，對于第一發(fā)送脈沖Pl和第二發(fā)送脈沖P2，分別通過仿真求出非線性聲音傳播波形，進行對第一發(fā)送脈沖Pl的波形和對第二發(fā)送脈沖P2的波形的加法運算處理后，按照上述探頭靈敏度區(qū)域的條件進行濾波，得到非線性組織回波成分。另外，對基于本發(fā)明的方法而言，進行對第一發(fā)送脈沖Pl的波形和使對第二發(fā)送脈沖P2的波形變?yōu)?倍后的波形的減法運算處理后，按照上述探頭靈敏度區(qū)域的條件進行濾波，得到非線性組織回波成分。
以下說明仿真的結(jié)果。
首先使用圖13說明超聲波造影劑的響應。圖13是表示對以往方法和基于本發(fā)明的方法的超聲波造影劑的造影回波成分的頻率特性圖。圖13中，一并示出對應于探頭靈敏度區(qū)域的頻帶(用最大靈敏度進行標準化)、和以往方法及基于本發(fā)明的方法中分別對應于第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶(用各自的最大強度進行標準化)。此外，每個超聲波造影劑對響應的音壓水平非常小，因此為了便于顯示，將超聲波造影劑對響應的音壓水平提高140dB 進行顯示。根據(jù)本結(jié)果可知，對于基于本發(fā)明的方法的造影回波成分雖然與對于以往方法的造影回波成分相比，音壓水平有些變小，但在整個探頭靈敏度區(qū)域中產(chǎn)生，特別是向低頻側(cè)的信號擴展顯著，成為非常寬頻帶的信號。即，根據(jù)基于本發(fā)明的方法，造影回波成分得到寬頻帶化，能夠提高超聲波造影圖像的空間分辨率和深部靈敏度。
接著，使用圖14說明由非線性聲音傳播仿真取得的非線性組織回波成分。圖14是表示對以往方法和基于本發(fā)明的方法的非線性組織回波成分的頻率特性圖。圖14中，一并示出對應于探頭靈敏度區(qū)域的頻帶(用最大靈敏度進行標準化)、和以往方法及基于本發(fā)明的方法中分別對應于第一發(fā)送脈沖Pl的頻帶(用各自的最大強度進行標準化)。根據(jù)本結(jié)果可知，對于基于本發(fā)明的方法的非線性組織回波成分與對于以往方法的非線性組織回波成分相比，音壓水平被抑制得非常小。即，在以往方法中，在圖像化中使用相當于發(fā)送脈沖的二次諧波的區(qū)域，因此二次諧波區(qū)域的非線性組織回波成分必然較大，而在基于本發(fā)明的方法中，對第一發(fā)送脈沖Pl以及第二發(fā)送脈沖P2進行整形，從而使得相當于二次諧波 (和音)的區(qū)域在探頭靈敏度區(qū)域的高頻側(cè)帶域外產(chǎn)生，并且差音的產(chǎn)生區(qū)域在探頭靈敏度區(qū)域的低頻側(cè)帶域外產(chǎn)生，因此能夠作為整體除去非線性組織回波成分，能夠取得高CTR 的超聲波造影圖像。
為了調(diào)查基于本發(fā)明的方法相對于以往方法的對CTR的效果，根據(jù)上述仿真結(jié)果，對于以往方法和基于本發(fā)明的方法，分別比較對各方法的造影回波成分的波形的包絡線最大振幅和非線性組織回波成分的波形的包絡線最大振幅，比較結(jié)果為圖15。如圖15所示，關于造影回波成分，對以往方法和基于本發(fā)明的方法進行比較，對于各自的包絡線最大振幅而言，以往方法為-157. 36dB，基于本發(fā)明的方法為-162. 06dB，在超聲波造影圖像中成為信號的造影回波成分在基于本發(fā)明的方法中小4. 7dB。另一方面，關于非線性組織回波成分進行同樣的比較，以往方法為-25. 65dB，基于本發(fā)明的方法為-46. 38dB，在超聲波造影圖像中成為噪聲的非線性組織回波成分在基于本發(fā)明的方法中小20. 7dB。因此，根據(jù)信號和噪音這雙方的相對比較進行CTR的比較后，基于本發(fā)明的方法取得了如下程度的CTR改善
-4. 7dB-(-20. 7dB) = 16. OdB
確認了基于本發(fā)明的方法的高CTR化的效果。
使用

基于以上結(jié)構(gòu)以及控制進行的超聲波造影診斷時的操作的具體例。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的一個實施例的操作示意圖。超聲波診斷裝置I由裝置主體100、電纜22、探頭20、圖像顯示部3、以及用于由用戶輸入攝像條件的操作面板101構(gòu)成。在靜脈注射超聲波造影劑之前，將探頭20放于被檢體30上后，圖像顯示部3的顯示畫面701中映出攝影圖像702。此時，所述代表性區(qū)域用標記703表示其位置，用戶能夠通過操作面板101做出操作以進行選擇。顯示畫面701中，數(shù)值顯示部704中顯示攝像圖像702的由標記703所示的所述代表性區(qū)域中的亮度信息。操作面板101中， 能夠操作用于調(diào)整第一發(fā)送脈沖Pl或第二發(fā)送脈沖P2的中心頻率或分數(shù)帶寬的發(fā)送波形調(diào)整部103以及104，以變更發(fā)送脈沖波形。操作面板101中，還可以設置第一接收回波Rl 與第二接收回波R2的振幅比率η的調(diào)整部。
用戶首先對于靜脈注射超聲波造影劑之前的被檢體30的攝影圖像，通過軌跡球 102操作標記703，使數(shù)值顯示部704中顯示組織回波的亮度。在組織回波未被充分抑制的情況下，操作發(fā)送波形調(diào)整部103以及104，調(diào)整發(fā)送脈沖，從而使得數(shù)值顯示部704中顯示的亮度變得較小。通過采用此方式，能夠在超聲波造影圖像取得之前，設定能夠充分抑制或排除組織回波的、對被檢體30最佳的發(fā)送脈沖條件。在決定了充分抑制組織回波的條件之后，將超聲波造影劑靜脈注射到被檢體30中，對超聲波造影圖像進行攝像。此外，在超聲波造影圖像攝像時，也能夠操作發(fā)送波形調(diào)整部103以及104，以搜索更佳的攝像條件。
通過上述的超聲波診斷裝置的操作，能夠取得最佳的CTR的超聲波造影圖像，在患者依賴性較強等情況下也能夠通過調(diào)整設定條件來得到高畫質(zhì)的診斷圖像。
符號說明
I超聲波診斷裝置
2外部接口
3圖像顯示部
10探頭靈敏度區(qū)域
20探頭
21a 2Iz 聲電變換兀件
22電纜
30被檢體
31血管
32超聲波造影劑
41帶通濾波器信號通過頻帶
42低通濾波器信號通過頻帶
43高通濾波器信號通過頻帶
100裝置主體
101操作面板
102軌跡球
103、104發(fā)送波形調(diào)整部
110主體構(gòu)成要素
111發(fā)送放大器
112波形產(chǎn)生單元
113收發(fā)分離(T/R)開關
114接收放大器
115A/D變換器
116接收延遲電路部
117信號處理部
118圖像處理部
120控制部
200、210、211、220、221、230、231、240、241、250、251 發(fā)送脈沖的頻率成分
300、310、311、320、321、330、331線性組織回波成分
400,410 412、420 422、430 432、440 442、450 452和音的非線性組織回波成分
500,510 512、520 522、530 532、540 542、550 552差音的非線性組織回波成分
600,610 612、620 622、630 632、640 642、650 652造影回波成分
701顯示畫面
702攝像圖像
703標記
704數(shù)值顯示部
權(quán)利要求
1.一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括 發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元，產(chǎn)生發(fā)送信號； 超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波；以及接收部，進行所接收的反射回波的信號處理， 其中，所述發(fā)送部以如下方式產(chǎn)生所述發(fā)送信號將由于構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的聲波的非線性相互作用而在所述被檢體內(nèi)產(chǎn)生的和音成分或差音成分排除在所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域之外。
2.一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括 發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元，產(chǎn)生發(fā)送信號； 超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波；以及接收部，進行所接收的反射回波的信號處理， 其中，所述發(fā)送部以如下方式產(chǎn)生所述發(fā)送信號將由于構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的聲波的非線性相互作用而在所述被檢體內(nèi)產(chǎn)生的和音成分與差音成分排除在所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域之外。
3.一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括 發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元，產(chǎn)生發(fā)送信號； 超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波；以及接收部，進行所接收的反射回波的信號處理， 其中，所述發(fā)送部以如下方式產(chǎn)生所述發(fā)送信號將由于構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的聲波的非線性相互作用而在所述被檢體內(nèi)產(chǎn)生的和音成分與差音成分排除在所述發(fā)送脈沖的頻帶之外， 所述接收部包括從由所述超聲波探頭接收到的反射回波中提取與所述發(fā)送脈沖的頻帶相當?shù)念l帶成分的單元。
4.一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括 發(fā)送部，具備波形產(chǎn)生單元和放大單元，產(chǎn)生發(fā)送信號； 超聲波探頭，將從所述發(fā)送部產(chǎn)生的所述發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲信號以向被檢體發(fā)送超聲波的發(fā)送脈沖，并接收來自所述被檢體的反射回波，具有中心頻率為fp。和分數(shù)帶寬為Bp的頻率靈敏度區(qū)域；以及 接收部，進行所接收的反射回波的信號處理， 其中，所述超聲波探頭接收 發(fā)送具有與所述中心頻率fp。大致相同的中心頻率和(2-Bp)/2以下的分數(shù)帶寬的脈沖即第一發(fā)送脈沖Pl而接收的第一接收回波Rl ；以及 從所述超聲波探頭在與第一發(fā)送脈沖Pl相同的掃描線上發(fā)送使第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為I/η倍(η > O)的脈沖即第二發(fā)送脈沖Ρ2而接收的第二接收回波R2， 所述接收部對第一接收回波Rl和將第二接收回波R2的振幅變?yōu)棣潜逗蟮慕邮栈夭≧2’進行減法運算，以得到所述掃描線上的接收回波R。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域是所述超聲波探頭能夠收發(fā)的超聲波的頻帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域是所述超聲波探頭能夠收發(fā)的超聲波的頻帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述發(fā)送脈沖的分數(shù)帶寬為2/3以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域是所述超聲波探頭能夠收發(fā)的超聲波的頻帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述η用2的m次方表示，其中m為整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述m為I,所述η為2。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述第一發(fā)送脈沖Pl的振幅為Ptl時，所述第二發(fā)送脈沖Ρ2的振幅為h/2。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 所述第一發(fā)送脈沖Pl以及所述第二發(fā)送脈沖P2的條件，基于根據(jù)所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域求出的所述中心頻率fp。與所述分數(shù)帶寬Bp來確定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在超聲波造影圖像中描繪出高CTR的圖像的超聲波診斷裝置。在超聲波診斷裝置中，將發(fā)送脈沖發(fā)送到被檢體，通過超聲波探頭接收來自注入所述被檢體的超聲波造影劑的反射回波，并進行圖像化，以如下方式發(fā)送所述發(fā)送脈沖由于所述被檢體的聲音非線性性質(zhì)，所述發(fā)送脈沖在所述被檢體中傳播的過程中，由構(gòu)成所述發(fā)送脈沖的頻率成分的非線性相互作用產(chǎn)生的和音成分與差音成分在所述超聲波探頭的頻率靈敏度區(qū)域中不產(chǎn)生。
文檔編號A61B8/00GK102933154SQ20118002736
公開日2013年2月13日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者橋場邦夫, 吉川秀樹, 林達也 申請人:株式會社日立醫(yī)療器械