超聲波拍攝裝置以及超聲波拍攝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波拍攝裝置的拍攝(成像)技術，特別涉及非線性成像技術。
【背景技術】
[0002]使用了超聲波的成像根據(jù)向物體照射的超聲波的反射波(回波)，生成圖像數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)。超聲波一邊在物體中前進一邊在音響阻抗不同的邊界被一部分反射，產(chǎn)生與阻抗的差相關的強度的回波，因此能夠?qū)⒃撨吔缑骘@示為斷層圖像。這時，由于聲壓高的部分快速前進聲壓低的部分慢速前進這樣的聲波的特性，產(chǎn)生波形失真。
[0003]由此該波形失真，除了照射聲波的基波成分以外，生成由高次諧波、差頻波構成的非線性成分。與將還包含基波成分的全部回波用于圖像化的通常拍攝法相比，如果只將非線性成分用于圖像化，則能夠進一步強調(diào)成像的明暗的差，能夠得到分辨率高的圖像。將這樣的拍攝生物組織的非線性成分的成像稱為THI (Tissue harmonic imaging:組織諧波成像)。
[0004]在THI中，對于從回波抽出非線性成分的方法，有被稱為振幅調(diào)制法的方法(例如參照專利文獻I)。一般，基波成分與振幅成正比，作為波形失真成分生成的非線性成分與所發(fā)送的基波聲壓的振幅的平方成正比。振幅調(diào)制法是利用它抵消基波成分的方法。具體地說，使第二次發(fā)送的聲壓等級(振幅)為第一次發(fā)送的i/k(k為I以上的整數(shù))，使其回波為k倍，從第一次發(fā)送的回波中減去，由此得到除去了基波成分的接收信號(接收波束)。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2001-353155號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]解決問題的方案
[0008]在振幅調(diào)制法中，如上述那樣，以相同的波形發(fā)送聲壓等級(振幅)為k倍不同的2種超聲波，接收它們2個的回波，通過運算處理抽出非線性成分。在運算處理之前，將各回波變換為電信號(回波信號)，在模擬電路中通過前置放大器等放大。一般，放大器的保持輸出電壓相對于輸入電壓的線性的范圍(線性范圍)有限。因此，如果比線性范圍大的電壓的輸入信號通過前置放大器，則輸出信號的波形失真或飽和(clip)。
[0009]因此，當使用振幅調(diào)制法時，有時只有與振幅大的超聲波對應地得到的回波超過放大器的線性范圍，波形失真或飽和。如果通過模擬電路收到電氣失真，則通過前置放大器后的2個回波信號的振幅比不是發(fā)送時的振幅比。在振幅調(diào)制法的后級的運算處理中，以2個接收信號為發(fā)送時的振幅比為前提進行運算。因此，無法正確地進行運算，無法從最終得到的接收波束精度良好地抽出非線性成分。
[0010]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于:提供一種技術，其在使用了 THI的振幅調(diào)制法的超聲波拍攝中，高精度地只抽出非線性成分，得到高質(zhì)量的圖像。
[0011]解決問題的方案
[0012]在超聲波拍攝的THI的振幅調(diào)制法中，使因模擬放大造成的電氣失真對于聲壓等級不同的超聲波的回波信號的信號波形的影響大致相同，高精度地抽出非線性成分。
[0013]具體地說，提供一種超聲波拍攝裝置，其特征在于，具備:發(fā)送部，其經(jīng)由超聲波探頭向拍攝對象的預定位置多次發(fā)送超聲波波束；接收處理部，其經(jīng)由上述超聲波探頭按照預先確定的通道單位分別接收來自上述拍攝對象的上述超聲波波束的回波，在模擬放大后，抽出非線性成分；圖像處理部，其使用上述非線性成分構筑上述拍攝對象的圖像；控制部，其控制上述接收處理部和上述發(fā)送部，在上述多次發(fā)送中，包含一次以預先確定的設定振幅發(fā)送上述超聲波波束的非調(diào)制發(fā)送，上述控制部控制上述接收處理部，使得因上述模擬放大造成的對回波的影響在上述非調(diào)制發(fā)送的回波和該非調(diào)制發(fā)送以外的發(fā)送即調(diào)制發(fā)送的回波之間大致一致。
[0014]另外，提供一種超聲波拍攝方法，進行以預先設定的設定振幅向拍攝對象的預定位置發(fā)送超聲波波束的一次非調(diào)制發(fā)送以及以對上述設定振幅進行調(diào)制后得到的振幅向拍攝對象的預定位置發(fā)送上述超聲波波束的一次以上的調(diào)制發(fā)送，分別得到回波，使因模擬放大造成的電氣失真的影響在上述非調(diào)制發(fā)送的回波和上述調(diào)制發(fā)送的回波之間大致一致，從得到的結果中抽出非線性成分，由上述抽出的非線性成分構成上述拍攝對象的圖像。
[0015]發(fā)明效果
[0016]在使用了 THI的振幅調(diào)制法的超聲波拍攝中，能夠高精度地只抽出非線性成分，得到高質(zhì)量的圖像。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示第一實施方式的超聲波拍攝裝置的整體結構的框圖。
[0018]圖2(a)是用于說明第一實施方式的超聲波探頭108的說明圖，(b)是第一實施方式的信號處理部的框圖。
[0019]圖3是第一實施方式的接收部的框圖。
[0020]圖4(a)?(d)是用于說明第二次發(fā)送時的基于振幅調(diào)制法的THI的說明圖。
[0021]圖5是第一實施方式的THI的流程圖。
[0022]圖6是第二實施方式的接收部的框圖。
[0023]圖7是第二實施方式的THI的流程圖。
[0024]圖8是第三實施方式的接收部的框圖。
[0025]圖9是第四實施方式的接收部的框圖。
[0026]圖10是第五實施方式的接收部的框圖。
[0027]圖11(a)?(C)是用于說明本發(fā)明的實施方式的其他振幅調(diào)制方法的說明圖。
【具體實施方式】
[0028](第一實施方式)
[0029]說明應用本發(fā)明的第一實施方式。以下，在用于說明各實施方式的全部圖中，在沒有特別限定的情況下，基本上具有相同功能的部分附加相同符號，省略其重復的說明。
[0030]首先，說明本實施方式的超聲波拍攝裝置100的整體結構。圖1是表示本實施方式的超聲波拍攝裝置100的概要結構的框圖。本實施方式的超聲波拍攝裝置100具備收發(fā)切換部101、發(fā)送部(發(fā)送波束形成器)102、接收處理部105、圖像處理部107、超聲波探頭108。另外，作為接受來自用戶的指示、各種參數(shù)的輸入的接口，還具備用戶接口(UI) 121、顯示處理結果的顯示部122。
[0031]超聲波探頭108具備多個具有從電信號向聲波轉(zhuǎn)換、從聲波向電信號轉(zhuǎn)換的功能的電聲轉(zhuǎn)換元件(振子)。這些電聲轉(zhuǎn)換元件以預定的排列在超聲波探頭108上排列為一維或二維來構成超聲波收發(fā)面。超聲波探頭108被作成適合于使超聲波收發(fā)面與拍攝對象120接觸來使用的外形。
[0032]排列的多個電聲轉(zhuǎn)換元件如圖2(a)所示，虛擬或物理地分割為預先確定的多個通道801。各通道801由一個或多個電聲轉(zhuǎn)換元件構成。
[0033]發(fā)送部102向超聲波探頭108的多個電聲轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)交發(fā)送信號，以通道801為單位進行驅(qū)動，向拍攝對象120的預定位置發(fā)送超聲波波束。發(fā)送部102依照來自控制部106的指示，決定波形種類、每個通道801的延遲時間、振幅調(diào)制、加權等，生成發(fā)送波形(發(fā)送信號)，將其轉(zhuǎn)交給收發(fā)切換部101。此外，控制部106依照經(jīng)由UI121從用戶接收到的參數(shù)(發(fā)送頻率、波數(shù)、發(fā)送波焦點位置、振幅等)，發(fā)送指示。
[0034]由此，從發(fā)送部102針對每個通道801輸出具有與發(fā)送波焦點相符的延遲時間的發(fā)送信號，經(jīng)由收發(fā)切換部101發(fā)送到構成超聲波探頭108的各通道801的電聲轉(zhuǎn)換元件。
[0035]各電聲轉(zhuǎn)換元件將發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為聲波。通過從各電聲轉(zhuǎn)換元件發(fā)出聲波(發(fā)送脈沖)，在用戶設定的焦點位置形成將焦點連接起來的聲場(超聲波波束或發(fā)送波束)。
[0036]在本實施方式中，實現(xiàn)THI的振幅調(diào)制法。因此，本實施方式的發(fā)送部102經(jīng)由超聲波探頭108多次向拍攝對象的預定位置以相同的波形發(fā)送聲壓等級(振幅)不同的超聲波波束。
[0037]被拍攝對象120反射的超聲波波束(發(fā)送波束)的回波通過超聲波探頭108的各電聲轉(zhuǎn)換元件接收，轉(zhuǎn)換為電信號(接收信號)。將各個電聲轉(zhuǎn)換元件的接收信號經(jīng)由收發(fā)切換部101轉(zhuǎn)交給接收處理部105。
[0038]接收處理部105經(jīng)由超聲波探頭108以預先確定的通道801為單位，分別接收來自拍攝對象120的超聲波波束的回波，在進行模擬放大后，對該接收信號進行數(shù)字變換，由此得到數(shù)字數(shù)據(jù)，抽出在所得到的數(shù)字數(shù)據(jù)中包含的非線性成分。
[0039]本實施方式的接收處理部105如圖1所示，具備:接收部(接收波束形成器)103，其對每個通道801的數(shù)字數(shù)據(jù)進行整相相加而得到接收波束；信號處理部104，其對接收波束進行運算處理，抽出非線性成分。
[0040]接收部103在對通過超聲波探頭108的多個電聲轉(zhuǎn)換元件接收到的接收信號實施了模擬信號處理后，進行數(shù)字變換，生成接收波束。在模擬信號處理中進行信號放大。因此，接收部103如圖3所示，具備:模擬電路(放大部)310，其對接收到的回波進行模擬放大(或衰減)；模擬數(shù)字變換電路(模擬數(shù)字變換部、A/D變換部)320，其將模擬放大后的回波變換為數(shù)字數(shù)據(jù)；整相相加器330。整相相加器330分別對每個通道801的數(shù)字數(shù)據(jù)賦予與焦點對應的延遲時間并進行相加，由此生成接收波束。
[0041]在本實施方式中，對超聲波探頭108的每個通道設置放大部310和A/D變換部320。另外，在放大部310中例如具備LNA311、VGA312等放大器。根據(jù)來自控制部106的控制信號控制放大部310所具備的各放大器的放大率。放大部310例如只在從控制部106接收控制信號使其變更為預先確定的放大率的期間，將放大率變更為通過該控制信號指定的放大率。
[0042]信號處理部104對從接收部103接收到的信號(接收波束)進行放大處理、濾波處理、信號運算處理。因此，如圖2(b)所示，具備存儲器401、進行信號運算處理的運算處理部402、進行濾波處理的濾波處理部403。與用戶經(jīng)由用戶接口 121設定的TGC(Time GainCompensat1n:時間增益補償)或放大率等對應地進行放大處理。另外，根據(jù)需要，將接收波束暫時存儲在存儲器401中。將來自信號處理部104的輸出轉(zhuǎn)交給圖像處理部107。
[0043]圖像處理部107使用作為來自信號處理部104的輸出的非線性成分，構筑圖像數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)。將構筑的圖像數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)輸出到顯示部122來進行顯示。
[0044]控制部106控制發(fā)送部102、接收處理部105、圖像處理部107的動作。在本實施方式中，控制部106通過向這些各部發(fā)送控制信號來控制動作，實現(xiàn)THI。將在后面說明本實施方式的控制部106的控制的詳細內(nèi)容。
[0045]控制部106具備CPU、存儲器、存儲裝置，通過由CPU將存儲在存儲裝置中的程序加載到存儲器中來執(zhí)行程序，實現(xiàn)上述各功能。
[0046]可以將超聲波拍攝裝置100的除了超聲波探頭108以外的其他結構作為主體裝置安裝在與超聲波探頭108不同的機箱中。另外，也可以將一部分結構配置在超聲波探頭