超音波診断装置
【課題】パルス波に利用される新しいデジタル変調方式を提供する。
【解決手段】ＰＳＫ変調処理部２４は、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用して、搬送波に対してＰＳＫによるデジタル変調処理を施すことにより、ＰＳＫ変調処理されたパルス波の送信信号を発生する。圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＡに応じた復調処理を施し、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＢに応じた復調処理を施し、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。そして、合成処理部４０は、コードＡに関する圧縮処理後の復調信号とコードＢに関する圧縮処理後の復調信号とを合成処理する。これにより、圧縮処理後の復調信号に含まれるレンジサイドローブが低減される。
【解決手段】ＰＳＫ変調処理部２４は、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用して、搬送波に対してＰＳＫによるデジタル変調処理を施すことにより、ＰＳＫ変調処理されたパルス波の送信信号を発生する。圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＡに応じた復調処理を施し、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＢに応じた復調処理を施し、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。そして、合成処理部４０は、コードＡに関する圧縮処理後の復調信号とコードＢに関する圧縮処理後の復調信号とを合成処理する。これにより、圧縮処理後の復調信号に含まれるレンジサイドローブが低減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調処理されたパルス波を利用する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、変調処理されたパルス波を利用する技術として、パルス圧縮処理が知られている。パルス圧縮処理では、変調処理されたパルス波の超音波を送波して受信信号を受信し、変調処理に対応した復調処理により、受信信号を時間軸方向に圧縮処理する。このパルス圧縮処理においては、例えば、搬送波の周波数をアナログ変調方式により変化させたチャープ信号のパルス波や、搬送波の位相などをデジタル変調方式により変化させたデジタル変調信号のパルス波などが利用される（特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、従来のパルス圧縮処理においては、復調処理された（圧縮処理された）信号に含まれるレンジサイドローブの低減に関して、変調と復調に利用される信号処理の原理に伴う限界があった。レンジサイドローブの低減については、アナログ変調方式に比べてデジタル変調方式の方に有利な面があるものの、従来のデジタル変調方式では、レンジサイドローブを理論的にゼロにすることはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１３２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術的な状況を背景としつつ、本願の発明者は、例えばパルス圧縮処理などの変調と復調に利用される信号処理について研究開発を重ねてきた。特に、デジタル変調処理の改良について研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、パルス波に利用される新しいデジタル変調方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、互いに相補関係にある第１信号列と第２信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する送信信号処理部と、前記送信信号に対応した超音波を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、前記受信信号に対して前記デジタル変調処理に対応した復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、前記復調信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、符号長Ｎの第１符号列Ｎに対応した第１信号列と、符号長Ｎの第２符号列Ｎに対応した第２信号列と、に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。
【０００９】
望ましい具体例において、前記符号長Ｎは２の累乗であり、前記第１符合列Ｎと前記第２符合列Ｎの各々は、第１符合列Ｎ／２と第２符号列Ｎ／２に基づいて形成される、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい具体例において、前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、前記第２符合列Ｎは符号列ＢＮであり、符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮは、符号列ＡＮ／２と符号列−ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列−ＢＮ／２は、符号列ＢＮ／２の符号の値を反転させた符号列である、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮの各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、前記第２符合列Ｎは符号列ＢＮ´であり、符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ´は、符号列ＢＮ／２−１と符号列−ＡＮ／２−１を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ／２は、符号列ＡＮ／４と符号列−ＢＮ／４を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ／２−１は、符号列ＢＮ／２の符号の並び反転させた符号列であり、符号列−ＡＮ／２−１は、符号列ＡＮ／２の符号の値と並びを共に反転させた符号列であり、符号列−ＢＮ／４は、符号列ＢＮ／４の符号の値を反転させた符号列である、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮ´の各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、第１信号列に対応したパルス波の第１送信信号と第２信号列に対応したパルス波の第２送信信号を出力し、前記超音波送受部は、第１送信信号に対応した第１受信信号と第２送信信号に対応した第２受信信号を受信し、前記受信信号処理部は、前記第１信号列に応じた復調処理により第１受信信号を第１復調信号に復調し、前記第２信号列に応じた復調処理により第２受信信号を第２復調信号に復調し、前記画像形成部は、第１復調信号と第２復調信号を合成処理して得られる合成復調信号に基づいて超音波画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、第１信号列と第２信号列に基づいた位相シフトキーイングにより得られるパルス波の送信信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、パルス波に利用される新しいデジタル変調方式が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、互いに相補関係にある２つの信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波が利用され、レンジサイドローブの低減などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】コードＡ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図３】コードＢ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図４】コードＢ８´に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図５】コードＡのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。
【図６】コードＢのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。
【図７】汎用の位相検波器の特性を示す図である。
【図８】合成処理部における合成処理の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、パルス波の超音波を生体内へ送波し、生体内から得られる超音波の反射波を受波する。プローブ１０は、各々が超音波を送受する複数の振動素子を備えており、これら複数の振動素子が送信制御されて超音波の送信ビームが形成され、また、これら複数の振動素子により得られた信号が受信処理されて受信ビームが形成される。
【００１９】
送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）１４は、プローブ１０が備える複数の振動素子に対して送信信号を出力する。送信ビームフォーマ１４には、ＰＳＫ変調処理部２４からパルス波の送信信号が供給され、送信ビームフォーマ１４は、その送信信号に対して、各振動素子に応じた遅延処理を施して各振動素子に対応した送信信号を形成する。なお、送信ビームフォーマ１４において形成された各振動素子に対応した送信信号に対して、必要に応じて電力増幅処理が施されてもよい。こうして、超音波の送信ビームが形成される。
【００２０】
ＰＳＫ変調処理部２４は、搬送波発生部２０から得られる搬送波（ＲＦ波）に対して、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）によるデジタル変調処理を施すことにより、ＰＳＫ変調処理されたパルス波の送信信号を発生する。その位相シフトキーイングにおいて、互いに相補関係にある２つのコード（符号列）が利用される。つまり、コードＡ発生部２２Ａが発生するコードＡとコードＢ発生部２２Ｂが発生するコードＢが、時分割処理部２３を介して交互にＰＳＫ変調処理部２４へ出力され、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用してＰＳＫ変調処理部２４が位相シフトキーイングによるデジタル変調処理を施す。ＰＳＫ変調処理部２４により形成されるパルス波の送信信号については、後にさらに詳述する。
【００２１】
受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）１６は、プローブ１０が備える複数の振動素子から得られる複数の受波信号を整相加算処理して受信ビームを形成する。つまり、受信ビームフォーマ１６は、各振動素子から得られる受波信号に対してその振動素子に応じた遅延処理を施し、複数の振動素子から得られる複数の受波信号を加算処理することにより受信ビームを形成する。なお、各振動素子から得られる受波信号に対して低雑音増幅等の処理を施してから、受信ビームフォーマ１６に複数の受波信号が供給されてもよい。こうして受信ビームに沿った受信ＲＦ信号が得られる。
【００２２】
時分割処理部１８は、コードＡに対応した期間に得られる受信ＲＦ信号を圧縮処理部Ａ３０Ａへ出力し、コードＢに対応した期間に得られる受信ＲＦ信号を圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ出力する。
【００２３】
圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＡに応じた復調処理を施し、さらに、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。一方、圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＢに応じた復調処理を施し、さらに、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。
【００２４】
そして、合成処理部４０は、コードＡに関する圧縮処理後の復調信号とコードＢに関する圧縮処理後の復調信号とを合成処理する。これにより、圧縮処理後の復調信号に含まれるレンジサイドローブが低減される。望ましくは、レンジサイドローブがゼロになる。圧縮処理部Ａ３０Ａと圧縮処理部Ｂ３０Ｂと合成処理部４０における処理については、後にさらに詳述する。
【００２５】
画像形成部５２は、合成処理部４０において合成処理された復調信号に基づいて、超音波画像の画像データを形成する。例えば、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を走査して得られる信号に基づいて、生体内の断層画像（Ｂモード画像）や三次元画像の画像データが形成される。形成された画像データに対応した超音波画像は、表示部５４に表示される。なお、図１に示す超音波診断装置内の各部は、システム制御部６０によって制御される。つまり、システム制御部６０は、送信制御や受信制御や表示制御などを行う。
【００２６】
以上、概説したように、図１の超音波診断装置では、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用して得られるパルス波の送信信号を用いて超音波を送受することにより受信信号を得て、得られた受信信号を圧縮処理することにより、例えば、レンジサイドローブを低減させている。そこで、図１の超音波診断装置におけるＰＳＫ変調処理と、レンジサイドローブが低減される原理について詳述する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
【００２７】
図１の超音波診断装置では、互いに相補関係にある２つのコード（符号列）を用いて位相シフトキーイング（ＰＳＫ）による変調処理が行われる。つまり、コードＡ発生部２２Ａから出力されるコードＡとコードＢ発生部２２Ｂから出力されるコードＢが互いに相補関係にあり、コードＡとコードＢを利用してＰＳＫ変調処理部２４が位相シフトキーイングによるデジタル変調処理を施す。
【００２８】
まず、コードＡとコードＢの自己相関を数１式のように定義し、そして、数２式の条件を満足する具体的なコードを検討する。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
例えば、ｎ＝２の場合に、Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）が上述した条件を満足する。数１式と数２式に基づいた具体的な計算結果を数３式に示す。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ｎ＝２（２ビット）のコードを拡張したｎ＝４（４ビット）のコードは、数４式から得られる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）に基づいて得られるｎ＝４のコードは、数５式に示すとおりである。
【００３６】
【数５】
【００３７】
数５式に示すコードＡ４の自己相関（数１式参照）は、数６式に示すとおりとなる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
また、数５式に示すコードＢ４の自己相関は、数７式に示すとおりとなる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
数６式と数７式に示すように、コードＡ４とコードＢ４の両コード共に、自己相関の値は、コードのずれが０（ｉ＝０）のときに極大値４となる。また、両コードの相関値の和についても、コードのずれが０（ｉ＝０）のときに極大値８となる。
【００４２】
さらに、ｎ＝４（４ビット）のコードを拡張したｎ＝８（８ビット）のコードは、数８式から得られる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
数５式のＡ４，Ｂ４から得られるｎ＝８のコードは、数９式に示すとおりである。
【００４５】
【数９】
【００４６】
数９式に示すコードＡ８の自己相関（数１式参照）は、数１０式に示すとおりとなる。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
図２は、コードＡ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。極大値である８よりは小さいものの、τが３，５の場合には相関値が４であり０になっていない。
【００４９】
一方、数９式に示すコードＢ８の自己相関は、数１１式に示すとおりとなる。
【００５０】
【数１１】
【００５１】
図３は、コードＢ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が−４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。τが３，５の場合の相関値が−４であり、コードＡ８に関する自己相関の計算結果（図２）と比較すると、絶対値が等しく極性が逆になっている。
【００５２】
そのため、コードＡ８とコードＢ８の両コードの相関値の和を算出すると、コードのずれを示すτが０，８の場合、つまりコードのずれが無い場合に、相関値の和が極大値１６となり、τが他の値の場合、つまりコードのずれが有る場合に、相関値の和が常に０となる。このように、コードＡ８とコードＢ８は、コードがずれている場合に互いの相関値を打ち消し合う相補関係にある。
【００５３】
なお、互いに相補関係にあるｎ＝８のコードは、次の数１２式から得ることもできる。数１２式において、コードＢ４−１は、コードＢ４の符号の並び反転させたコードであり、コード−Ａ４−１は、コードＡ４の符号の値と並びを共に反転させたコードである。
【００５４】
【数１２】
【００５５】
数５式のＡ４，Ｂ４から、数１２式に基づいて得られるコードＡ８は、数９式の場合と同じであり、数１２式に基づいて得られるコードＢ８´は、数１３式に示すとおりとなる。
【００５６】
【数１３】
【００５７】
図４は、コードＢ８´に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が−４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。つまり、コードＢ８に関する自己相関の計算結果（図３）と同じ結果が得られており、コードＡ８とコードＢ８´の組み合わせも、互いに相補関係にあることがわかる。
【００５８】
さらに、ｎ＝８（８ビット）のコードを拡張したｎ＝１６（１６ビット）のコードは、数１４式または数１５式から得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
【数１５】
【００６１】
さらに、３２ビット、６４ビット、１２８ビット、２５６ビット等のコードも同様の法則を適用して拡張できる。数１４式に対応した一般式を示すと数１６式のようになり、数１５式に対応した一般式を示すと数１７式のようになる。数１６式と数１７式におけるＮは、コードに含まれるビット数（符号長）であり２の累乗となる。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
【数１７】
【００６４】
図１の超音波診断装置では、Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）から、数１６式または数１７式を利用して得られるコードＡＮとコードＢＮ（又はコードＢＮ´）が用いられる。つまり、コードＡ発生部２２ＡがコードＡＮを発生し、コードＢ発生部２２ＢがコードＢＮ（又はコードＢＮ´）を発生し、時分割処理部２３がコードＡＮとコードＢＮ（又はコードＢＮ´）を交互にＰＳＫ変調処理部２４へ出力する。
【００６５】
そして、ＰＳＫ変調処理部２４がコードＡＮに対応した送信信号と、コードＢＮ（又はコードＢＮ´）に対応した送信信号を交互に出力する。こうして、例えば、同一の走査方向に対して又は同一とみなせる走査方向に対して、コードＡＮに対応した送信ビームとコードＢＮに対応した送信ビームが交互に形成される。
【００６６】
さらに、受信系において、コードＡＮに対応した受信ビームとコードＢＮに対応した受信ビームが交互に形成され、時分割処理部１８を介して、コードＡＮに対応した受信ビームの受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ａ３０Ａへ出力され、コードＢＮに対応した受信ビームの受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ出力される。つまり、コードＡＮに対応したＰＳＫパルス波に関する送受信処理と、コードＢＮ（又はコードＢＮ´）に対応したＰＳＫパルス波に関する送受信処理が、時分割で実行される。そこで、各コードに対応したパルス波に関する送受信処理について説明する。
【００６７】
図５は、コードＡのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。図５には８ビットのコードＡ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施した例が図示されている。
【００６８】
ＰＳＫ変調処理部２４は、コードＡ８が供給されている期間において、コードＡ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施す。これにより図５に示すようにＰＳＫパルス波の位相が調整される。１つのＰＳＫパルス波の長さは、例えば５μｓｅｃ（マイクロ秒）程度である。そして、このＰＳＫパルス波に対応した超音波が送受され、このＰＳＫパルス波に対応した受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ａ３０Ａへ送られる。圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡ８に対応した復調処理を施す。図５には、圧縮処理部Ａ３０Ａにおける復調時の位相シフト量も示されている。
【００６９】
圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡ８に対応した８ビット長の遅延時間を備えたディレイラインを利用する。ディレイラインは、１ビット期間ごとに段階的に入力される受信信号（受信ＲＦ信号）を１ビット期間ずつ段階的にずらして遅延しつつ、８つのタップの各々から各ビット期間に対応した信号を出力する。図５には、ディレイラインの８つのタップから次々に出力される受信信号（φ１〜φ１５）が示されている。ディレイラインには、送信されたＰＳＫパルス波に対応した受信波形が入力され、その受信波形が１ビット期間ずつ段階的に遅延されてディレイラインから出力される。そのため、図５に示す受信信号（φ１〜φ１５）の位相は、図５の上段に示したＰＳＫパルス波を１ビットずつ段階的にずらした場合の位相に対応している。
【００７０】
さらに、圧縮処理部Ａ３０Ａは、ディレイラインの８つのタップの各々から出力される信号に対して、図５に示す復調時の位相シフト量だけ位相シフト処理を施す。図５には、受信信号（φ１〜φ１５）の各々に関する復調後（位相シフト処理後）の位相が図示されている。また、復調後の位相の下段に示す検波出力は、復調後の位相から、例えば、図７に示す汎用の位相検波器の特性に基づいて得られる電圧である。
【００７１】
そして、図５に示す合計は、８ビットの期間内における検波出力の合計値であり、圧縮処理部Ａ３０Ａが備える加算処理部において算出される。図５に示すように、受信信号（φ８）の場合に、検波出力が常に１となり合計値が極大値８となる。つまり、８ビットのＰＳＫパルス波が、８ビットの期間に対応したディレイラインに丁度収まった場合に、合計値が極大値８となる。これに対し、ディレイラインに丁度収まっていない他の受信信号の場合には、検波出力がランダムに変化するために合計値が比較的小さくなる。
【００７２】
そのため、例えば、８ビットの期間に対応した深さ方向の範囲（レンジ）から得られる信号のうち、その範囲の中心に対応した深さからの受信信号が選択的に圧縮処理されて合計値が極大となり、他の深さからの受信信号に関する合計値が比較的小さくなる。つまりレンジサイドローブが比較的小さくなる。
【００７３】
但し、図５に示すように、受信信号（φ８）に関する合計値（極大値８）よりは小さいものの、受信信号（φ１，φ３，φ７）などについても合計値が０にはならない。つまりレンジサイドローブが完全には除去しきれない。このレンジサイドローブを除去するために、コードＢに対応したＰＳＫパルス波が併用されている。
【００７４】
図６は、コードＢのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。図６には８ビットのコードＡ８と相補関係にある８ビットのコードＢ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施した例が図示されている。
【００７５】
ＰＳＫ変調処理部２４は、コードＢ８が供給されている期間において、コードＢ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施す。これにより図６に示すようにＰＳＫパルス波の位相が調整される。１つのＰＳＫパルス波の長さは、例えば５μｓｅｃ（マイクロ秒）程度である。そして、このＰＳＫパルス波に対応した超音波が送受され、このＰＳＫパルス波に対応した受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ送られる。圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢ８に対応した復調処理を施す。図６には、圧縮処理部Ｂ３０Ｂにおける復調時の位相シフト量も示されている。
【００７６】
圧縮処理部Ｂ３０Ｂも、圧縮処理部Ａ３０Ａと同様に、８ビット長の遅延時間を備えたディレイラインを利用する。ディレイラインには、送信されたＰＳＫパルス波に対応した受信波形が入力され、その受信波形が１ビット期間ずつ段階的に遅延されてディレイラインから出力される。そのため、図６に示す受信信号（φ１〜φ１５）の位相は、図６の上段に示したＰＳＫパルス波を１ビットずつ段階的にずらした場合の位相に対応している。
【００７７】
さらに、圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、ディレイラインの８つのタップの各々から出力される信号に対して、図６に示す復調時の位相シフト量だけ位相シフト処理を施す。図６には、受信信号（φ１〜φ１５）の各々に関する復調後（位相シフト処理後）の位相が図示されている。また、復調後の位相の下段に示す検波出力は、復調後の位相から、例えば、図７に示す汎用の位相検波器の特性に基づいて得られる電圧である。
【００７８】
そして、図６に示す合計は、８ビットの期間内における検波出力の合計値であり、圧縮処理部Ｂ３０Ｂが備える加算処理部において算出される。図６に示すように、受信信号（φ８）の場合に、検波出力が常に１となり合計値が極大値８となる。つまり、８ビットのＰＳＫパルス波が、８ビットの期間に対応したディレイラインに丁度収まった場合に、合計値が極大値８となる。これに対し、ディレイラインに丁度収まっていない他の受信信号の場合には、検波出力がランダムに変化するために合計値が比較的小さくなる。
【００７９】
図６に示すコードＢ８の場合においても、レンジサイドローブが完全には除去されていない。つまり、受信信号（φ１，φ３，φ７）などについても合計値が０にはならない。但し、合計値が０にならない受信信号（φ１，φ３，φ７）などについて、図６と図５を比較すると、互いに対応する受信信号に関する合計値の絶対値が等しく極性が逆になっている。
【００８０】
そのため、図５のコードＡ８に関する合計値と図６のコードＢ８に関する合計値の和を算出すると、受信信号（φ８）の場合に合計値の和が極大値１６となり、他の受信信号（φ１〜φ７，φ９〜φ１５）の場合に合計値の和が常に０となる。つまり、合計値同士を加算することにより、理論的にはレンジサイドローブを完全に除去することができる。この合計値同士の加算は、合成処理部４０において実行される。
【００８１】
なお、図５，６においては、８ビットのコードＡ８とコードＢ８を利用した具体例を説明したが、装置の具現化においては、コードに含まれるビット数（符号長）を適宜調整してもよいことは言うまでもない。例えば、ビット数を増やして１ビットの期間を小さくすることにより位置分解能を高めることができる。
【００８２】
図８は、合成処理部４０における合成処理の具体例を説明するための図である。（Ａ）は、圧縮処理部Ａ３０Ａから出力される信号を示している。つまり、ある深さｄに対応した圧縮パルス（圧縮処理後の復調信号）を示しており、図５に示した検波出力の合計値を時間軸方向に沿って並べた結果に対応している。一方（Ｂ）は、圧縮処理部Ｂ３０Ｂから出力される信号を示している。つまり、（Ａ）と同じ深さｄに対応した圧縮パルス（圧縮処理後の復調信号）を示しており、図６に示した検波出力の合計値を時間軸方向に沿って並べた結果に対応している。
【００８３】
同一の走査方向に対して、コードＡに対応した送信ビームとコードＢに対応した送信ビームが交互に形成され、それに応じて、コードＡに対応した受信ビームとコードＢに対応した受信ビームが交互に形成されると、（Ａ）と（Ｂ）に示すように、同一の深さｄに対応した信号がビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）だけ離れて交互に得られる。
【００８４】
そこで、合成処理部４０は、まず（Ｃ）に示すように（Ａ）の信号と（Ｂ）の信号をそのまま加算し、さらに（Ｄ）に示すように（Ｃ）の信号をビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）だけ遅延処理する。
【００８５】
そして、合成処理部４０は、（Ｅ）に示すように（Ｃ）の信号と（Ｄ）の信号を加算する。これにより、同一の深さｄから得られる（Ａ）の信号と（Ｂ）の信号が加算される。つまり、図５のコードＡ８に関する合計値と図６のコードＢ８に関する合計値の和に相当する処理が実行され、深さｄのメインローブに対応した信号値が極大となり、理論的にはレンジサイドローブが発生しない。
【００８６】
なお、図８には１つの深さｄに対応した圧縮パルスのみを図示しているが、パルス波を送信してから受信信号が圧縮処理されるまで（圧縮パルスが発生するまで）の時間は、その受信信号の深さに対応する。そのため、ビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）内で、刻々と得られる圧縮パルスを各深さに対応付けることにより、１本のビームに沿って複数の深さに亘って圧縮パルスを得ることができる。そして、複数の深さから得られる複数の圧縮パルスを時間軸方向に沿って並べた信号を対象として、（Ａ）から（Ｅ）に示した合成処理を行うことにより、レンジサイドローブを低減しつつ（理論的にはゼロとしつつ）１本のビームに沿って複数の深さに亘って圧縮パルス（加算後の圧縮パルス）を得ることが可能になる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００８８】
２２Ａ コードＡ発生部、２２Ｂ コードＢ発生部、２３ 時分割処理部、２４ ＰＳＫ変調処理部、３０Ａ 圧縮処理部Ａ、３０Ｂ 圧縮処理部Ｂ、４０ 合成処理部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調処理されたパルス波を利用する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、変調処理されたパルス波を利用する技術として、パルス圧縮処理が知られている。パルス圧縮処理では、変調処理されたパルス波の超音波を送波して受信信号を受信し、変調処理に対応した復調処理により、受信信号を時間軸方向に圧縮処理する。このパルス圧縮処理においては、例えば、搬送波の周波数をアナログ変調方式により変化させたチャープ信号のパルス波や、搬送波の位相などをデジタル変調方式により変化させたデジタル変調信号のパルス波などが利用される（特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、従来のパルス圧縮処理においては、復調処理された（圧縮処理された）信号に含まれるレンジサイドローブの低減に関して、変調と復調に利用される信号処理の原理に伴う限界があった。レンジサイドローブの低減については、アナログ変調方式に比べてデジタル変調方式の方に有利な面があるものの、従来のデジタル変調方式では、レンジサイドローブを理論的にゼロにすることはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１３２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術的な状況を背景としつつ、本願の発明者は、例えばパルス圧縮処理などの変調と復調に利用される信号処理について研究開発を重ねてきた。特に、デジタル変調処理の改良について研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、パルス波に利用される新しいデジタル変調方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、互いに相補関係にある第１信号列と第２信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する送信信号処理部と、前記送信信号に対応した超音波を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、前記受信信号に対して前記デジタル変調処理に対応した復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、前記復調信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、符号長Ｎの第１符号列Ｎに対応した第１信号列と、符号長Ｎの第２符号列Ｎに対応した第２信号列と、に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する、ことを特徴とする。
【０００９】
望ましい具体例において、前記符号長Ｎは２の累乗であり、前記第１符合列Ｎと前記第２符合列Ｎの各々は、第１符合列Ｎ／２と第２符号列Ｎ／２に基づいて形成される、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい具体例において、前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、前記第２符合列Ｎは符号列ＢＮであり、符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮは、符号列ＡＮ／２と符号列−ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列−ＢＮ／２は、符号列ＢＮ／２の符号の値を反転させた符号列である、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮの各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、前記第２符合列Ｎは符号列ＢＮ´であり、符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ´は、符号列ＢＮ／２−１と符号列−ＡＮ／２−１を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ／２は、符号列ＡＮ／４と符号列−ＢＮ／４を直列接続した符号列であり、符号列ＢＮ／２−１は、符号列ＢＮ／２の符号の並び反転させた符号列であり、符号列−ＡＮ／２−１は、符号列ＡＮ／２の符号の値と並びを共に反転させた符号列であり、符号列−ＢＮ／４は、符号列ＢＮ／４の符号の値を反転させた符号列である、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮ´の各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、第１信号列に対応したパルス波の第１送信信号と第２信号列に対応したパルス波の第２送信信号を出力し、前記超音波送受部は、第１送信信号に対応した第１受信信号と第２送信信号に対応した第２受信信号を受信し、前記受信信号処理部は、前記第１信号列に応じた復調処理により第１受信信号を第１復調信号に復調し、前記第２信号列に応じた復調処理により第２受信信号を第２復調信号に復調し、前記画像形成部は、第１復調信号と第２復調信号を合成処理して得られる合成復調信号に基づいて超音波画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい具体例において、前記送信信号処理部は、第１信号列と第２信号列に基づいた位相シフトキーイングにより得られるパルス波の送信信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、パルス波に利用される新しいデジタル変調方式が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、互いに相補関係にある２つの信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波が利用され、レンジサイドローブの低減などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】コードＡ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図３】コードＢ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図４】コードＢ８´に関する自己相関の計算結果を示す図である。
【図５】コードＡのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。
【図６】コードＢのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。
【図７】汎用の位相検波器の特性を示す図である。
【図８】合成処理部における合成処理の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、パルス波の超音波を生体内へ送波し、生体内から得られる超音波の反射波を受波する。プローブ１０は、各々が超音波を送受する複数の振動素子を備えており、これら複数の振動素子が送信制御されて超音波の送信ビームが形成され、また、これら複数の振動素子により得られた信号が受信処理されて受信ビームが形成される。
【００１９】
送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）１４は、プローブ１０が備える複数の振動素子に対して送信信号を出力する。送信ビームフォーマ１４には、ＰＳＫ変調処理部２４からパルス波の送信信号が供給され、送信ビームフォーマ１４は、その送信信号に対して、各振動素子に応じた遅延処理を施して各振動素子に対応した送信信号を形成する。なお、送信ビームフォーマ１４において形成された各振動素子に対応した送信信号に対して、必要に応じて電力増幅処理が施されてもよい。こうして、超音波の送信ビームが形成される。
【００２０】
ＰＳＫ変調処理部２４は、搬送波発生部２０から得られる搬送波（ＲＦ波）に対して、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）によるデジタル変調処理を施すことにより、ＰＳＫ変調処理されたパルス波の送信信号を発生する。その位相シフトキーイングにおいて、互いに相補関係にある２つのコード（符号列）が利用される。つまり、コードＡ発生部２２Ａが発生するコードＡとコードＢ発生部２２Ｂが発生するコードＢが、時分割処理部２３を介して交互にＰＳＫ変調処理部２４へ出力され、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用してＰＳＫ変調処理部２４が位相シフトキーイングによるデジタル変調処理を施す。ＰＳＫ変調処理部２４により形成されるパルス波の送信信号については、後にさらに詳述する。
【００２１】
受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）１６は、プローブ１０が備える複数の振動素子から得られる複数の受波信号を整相加算処理して受信ビームを形成する。つまり、受信ビームフォーマ１６は、各振動素子から得られる受波信号に対してその振動素子に応じた遅延処理を施し、複数の振動素子から得られる複数の受波信号を加算処理することにより受信ビームを形成する。なお、各振動素子から得られる受波信号に対して低雑音増幅等の処理を施してから、受信ビームフォーマ１６に複数の受波信号が供給されてもよい。こうして受信ビームに沿った受信ＲＦ信号が得られる。
【００２２】
時分割処理部１８は、コードＡに対応した期間に得られる受信ＲＦ信号を圧縮処理部Ａ３０Ａへ出力し、コードＢに対応した期間に得られる受信ＲＦ信号を圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ出力する。
【００２３】
圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＡに応じた復調処理を施し、さらに、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。一方、圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢに対応した受信ＲＦ信号に対してコードＢに応じた復調処理を施し、さらに、時間軸方向に広がっているパルス波を圧縮処理する。
【００２４】
そして、合成処理部４０は、コードＡに関する圧縮処理後の復調信号とコードＢに関する圧縮処理後の復調信号とを合成処理する。これにより、圧縮処理後の復調信号に含まれるレンジサイドローブが低減される。望ましくは、レンジサイドローブがゼロになる。圧縮処理部Ａ３０Ａと圧縮処理部Ｂ３０Ｂと合成処理部４０における処理については、後にさらに詳述する。
【００２５】
画像形成部５２は、合成処理部４０において合成処理された復調信号に基づいて、超音波画像の画像データを形成する。例えば、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を走査して得られる信号に基づいて、生体内の断層画像（Ｂモード画像）や三次元画像の画像データが形成される。形成された画像データに対応した超音波画像は、表示部５４に表示される。なお、図１に示す超音波診断装置内の各部は、システム制御部６０によって制御される。つまり、システム制御部６０は、送信制御や受信制御や表示制御などを行う。
【００２６】
以上、概説したように、図１の超音波診断装置では、互いに相補関係にあるコードＡとコードＢを利用して得られるパルス波の送信信号を用いて超音波を送受することにより受信信号を得て、得られた受信信号を圧縮処理することにより、例えば、レンジサイドローブを低減させている。そこで、図１の超音波診断装置におけるＰＳＫ変調処理と、レンジサイドローブが低減される原理について詳述する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
【００２７】
図１の超音波診断装置では、互いに相補関係にある２つのコード（符号列）を用いて位相シフトキーイング（ＰＳＫ）による変調処理が行われる。つまり、コードＡ発生部２２Ａから出力されるコードＡとコードＢ発生部２２Ｂから出力されるコードＢが互いに相補関係にあり、コードＡとコードＢを利用してＰＳＫ変調処理部２４が位相シフトキーイングによるデジタル変調処理を施す。
【００２８】
まず、コードＡとコードＢの自己相関を数１式のように定義し、そして、数２式の条件を満足する具体的なコードを検討する。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
例えば、ｎ＝２の場合に、Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）が上述した条件を満足する。数１式と数２式に基づいた具体的な計算結果を数３式に示す。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ｎ＝２（２ビット）のコードを拡張したｎ＝４（４ビット）のコードは、数４式から得られる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）に基づいて得られるｎ＝４のコードは、数５式に示すとおりである。
【００３６】
【数５】
【００３７】
数５式に示すコードＡ４の自己相関（数１式参照）は、数６式に示すとおりとなる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
また、数５式に示すコードＢ４の自己相関は、数７式に示すとおりとなる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
数６式と数７式に示すように、コードＡ４とコードＢ４の両コード共に、自己相関の値は、コードのずれが０（ｉ＝０）のときに極大値４となる。また、両コードの相関値の和についても、コードのずれが０（ｉ＝０）のときに極大値８となる。
【００４２】
さらに、ｎ＝４（４ビット）のコードを拡張したｎ＝８（８ビット）のコードは、数８式から得られる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
数５式のＡ４，Ｂ４から得られるｎ＝８のコードは、数９式に示すとおりである。
【００４５】
【数９】
【００４６】
数９式に示すコードＡ８の自己相関（数１式参照）は、数１０式に示すとおりとなる。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
図２は、コードＡ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。極大値である８よりは小さいものの、τが３，５の場合には相関値が４であり０になっていない。
【００４９】
一方、数９式に示すコードＢ８の自己相関は、数１１式に示すとおりとなる。
【００５０】
【数１１】
【００５１】
図３は、コードＢ８に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が−４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。τが３，５の場合の相関値が−４であり、コードＡ８に関する自己相関の計算結果（図２）と比較すると、絶対値が等しく極性が逆になっている。
【００５２】
そのため、コードＡ８とコードＢ８の両コードの相関値の和を算出すると、コードのずれを示すτが０，８の場合、つまりコードのずれが無い場合に、相関値の和が極大値１６となり、τが他の値の場合、つまりコードのずれが有る場合に、相関値の和が常に０となる。このように、コードＡ８とコードＢ８は、コードがずれている場合に互いの相関値を打ち消し合う相補関係にある。
【００５３】
なお、互いに相補関係にあるｎ＝８のコードは、次の数１２式から得ることもできる。数１２式において、コードＢ４−１は、コードＢ４の符号の並び反転させたコードであり、コード−Ａ４−１は、コードＡ４の符号の値と並びを共に反転させたコードである。
【００５４】
【数１２】
【００５５】
数５式のＡ４，Ｂ４から、数１２式に基づいて得られるコードＡ８は、数９式の場合と同じであり、数１２式に基づいて得られるコードＢ８´は、数１３式に示すとおりとなる。
【００５６】
【数１３】
【００５７】
図４は、コードＢ８´に関する自己相関の計算結果を示す図である。コードのずれを示すτ（＝ｉ）が１，２，４，６，７の場合に相関値が０となり、τが３，５の場合に相関値が−４となり、τが０，８の場合に相関値が８となっている。つまり、コードＢ８に関する自己相関の計算結果（図３）と同じ結果が得られており、コードＡ８とコードＢ８´の組み合わせも、互いに相補関係にあることがわかる。
【００５８】
さらに、ｎ＝８（８ビット）のコードを拡張したｎ＝１６（１６ビット）のコードは、数１４式または数１５式から得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
【数１５】
【００６１】
さらに、３２ビット、６４ビット、１２８ビット、２５６ビット等のコードも同様の法則を適用して拡張できる。数１４式に対応した一般式を示すと数１６式のようになり、数１５式に対応した一般式を示すと数１７式のようになる。数１６式と数１７式におけるＮは、コードに含まれるビット数（符号長）であり２の累乗となる。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
【数１７】
【００６４】
図１の超音波診断装置では、Ａ２＝（１，１）、Ｂ２＝（１，−１）から、数１６式または数１７式を利用して得られるコードＡＮとコードＢＮ（又はコードＢＮ´）が用いられる。つまり、コードＡ発生部２２ＡがコードＡＮを発生し、コードＢ発生部２２ＢがコードＢＮ（又はコードＢＮ´）を発生し、時分割処理部２３がコードＡＮとコードＢＮ（又はコードＢＮ´）を交互にＰＳＫ変調処理部２４へ出力する。
【００６５】
そして、ＰＳＫ変調処理部２４がコードＡＮに対応した送信信号と、コードＢＮ（又はコードＢＮ´）に対応した送信信号を交互に出力する。こうして、例えば、同一の走査方向に対して又は同一とみなせる走査方向に対して、コードＡＮに対応した送信ビームとコードＢＮに対応した送信ビームが交互に形成される。
【００６６】
さらに、受信系において、コードＡＮに対応した受信ビームとコードＢＮに対応した受信ビームが交互に形成され、時分割処理部１８を介して、コードＡＮに対応した受信ビームの受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ａ３０Ａへ出力され、コードＢＮに対応した受信ビームの受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ出力される。つまり、コードＡＮに対応したＰＳＫパルス波に関する送受信処理と、コードＢＮ（又はコードＢＮ´）に対応したＰＳＫパルス波に関する送受信処理が、時分割で実行される。そこで、各コードに対応したパルス波に関する送受信処理について説明する。
【００６７】
図５は、コードＡのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。図５には８ビットのコードＡ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施した例が図示されている。
【００６８】
ＰＳＫ変調処理部２４は、コードＡ８が供給されている期間において、コードＡ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施す。これにより図５に示すようにＰＳＫパルス波の位相が調整される。１つのＰＳＫパルス波の長さは、例えば５μｓｅｃ（マイクロ秒）程度である。そして、このＰＳＫパルス波に対応した超音波が送受され、このＰＳＫパルス波に対応した受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ａ３０Ａへ送られる。圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡ８に対応した復調処理を施す。図５には、圧縮処理部Ａ３０Ａにおける復調時の位相シフト量も示されている。
【００６９】
圧縮処理部Ａ３０Ａは、コードＡ８に対応した８ビット長の遅延時間を備えたディレイラインを利用する。ディレイラインは、１ビット期間ごとに段階的に入力される受信信号（受信ＲＦ信号）を１ビット期間ずつ段階的にずらして遅延しつつ、８つのタップの各々から各ビット期間に対応した信号を出力する。図５には、ディレイラインの８つのタップから次々に出力される受信信号（φ１〜φ１５）が示されている。ディレイラインには、送信されたＰＳＫパルス波に対応した受信波形が入力され、その受信波形が１ビット期間ずつ段階的に遅延されてディレイラインから出力される。そのため、図５に示す受信信号（φ１〜φ１５）の位相は、図５の上段に示したＰＳＫパルス波を１ビットずつ段階的にずらした場合の位相に対応している。
【００７０】
さらに、圧縮処理部Ａ３０Ａは、ディレイラインの８つのタップの各々から出力される信号に対して、図５に示す復調時の位相シフト量だけ位相シフト処理を施す。図５には、受信信号（φ１〜φ１５）の各々に関する復調後（位相シフト処理後）の位相が図示されている。また、復調後の位相の下段に示す検波出力は、復調後の位相から、例えば、図７に示す汎用の位相検波器の特性に基づいて得られる電圧である。
【００７１】
そして、図５に示す合計は、８ビットの期間内における検波出力の合計値であり、圧縮処理部Ａ３０Ａが備える加算処理部において算出される。図５に示すように、受信信号（φ８）の場合に、検波出力が常に１となり合計値が極大値８となる。つまり、８ビットのＰＳＫパルス波が、８ビットの期間に対応したディレイラインに丁度収まった場合に、合計値が極大値８となる。これに対し、ディレイラインに丁度収まっていない他の受信信号の場合には、検波出力がランダムに変化するために合計値が比較的小さくなる。
【００７２】
そのため、例えば、８ビットの期間に対応した深さ方向の範囲（レンジ）から得られる信号のうち、その範囲の中心に対応した深さからの受信信号が選択的に圧縮処理されて合計値が極大となり、他の深さからの受信信号に関する合計値が比較的小さくなる。つまりレンジサイドローブが比較的小さくなる。
【００７３】
但し、図５に示すように、受信信号（φ８）に関する合計値（極大値８）よりは小さいものの、受信信号（φ１，φ３，φ７）などについても合計値が０にはならない。つまりレンジサイドローブが完全には除去しきれない。このレンジサイドローブを除去するために、コードＢに対応したＰＳＫパルス波が併用されている。
【００７４】
図６は、コードＢのＰＳＫパルス波の送受信処理を説明するための図である。図６には８ビットのコードＡ８と相補関係にある８ビットのコードＢ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施した例が図示されている。
【００７５】
ＰＳＫ変調処理部２４は、コードＢ８が供給されている期間において、コードＢ８を用いて搬送波に対して２相の位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調処理を施す。これにより図６に示すようにＰＳＫパルス波の位相が調整される。１つのＰＳＫパルス波の長さは、例えば５μｓｅｃ（マイクロ秒）程度である。そして、このＰＳＫパルス波に対応した超音波が送受され、このＰＳＫパルス波に対応した受信ＲＦ信号が圧縮処理部Ｂ３０Ｂへ送られる。圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、コードＢ８に対応した復調処理を施す。図６には、圧縮処理部Ｂ３０Ｂにおける復調時の位相シフト量も示されている。
【００７６】
圧縮処理部Ｂ３０Ｂも、圧縮処理部Ａ３０Ａと同様に、８ビット長の遅延時間を備えたディレイラインを利用する。ディレイラインには、送信されたＰＳＫパルス波に対応した受信波形が入力され、その受信波形が１ビット期間ずつ段階的に遅延されてディレイラインから出力される。そのため、図６に示す受信信号（φ１〜φ１５）の位相は、図６の上段に示したＰＳＫパルス波を１ビットずつ段階的にずらした場合の位相に対応している。
【００７７】
さらに、圧縮処理部Ｂ３０Ｂは、ディレイラインの８つのタップの各々から出力される信号に対して、図６に示す復調時の位相シフト量だけ位相シフト処理を施す。図６には、受信信号（φ１〜φ１５）の各々に関する復調後（位相シフト処理後）の位相が図示されている。また、復調後の位相の下段に示す検波出力は、復調後の位相から、例えば、図７に示す汎用の位相検波器の特性に基づいて得られる電圧である。
【００７８】
そして、図６に示す合計は、８ビットの期間内における検波出力の合計値であり、圧縮処理部Ｂ３０Ｂが備える加算処理部において算出される。図６に示すように、受信信号（φ８）の場合に、検波出力が常に１となり合計値が極大値８となる。つまり、８ビットのＰＳＫパルス波が、８ビットの期間に対応したディレイラインに丁度収まった場合に、合計値が極大値８となる。これに対し、ディレイラインに丁度収まっていない他の受信信号の場合には、検波出力がランダムに変化するために合計値が比較的小さくなる。
【００７９】
図６に示すコードＢ８の場合においても、レンジサイドローブが完全には除去されていない。つまり、受信信号（φ１，φ３，φ７）などについても合計値が０にはならない。但し、合計値が０にならない受信信号（φ１，φ３，φ７）などについて、図６と図５を比較すると、互いに対応する受信信号に関する合計値の絶対値が等しく極性が逆になっている。
【００８０】
そのため、図５のコードＡ８に関する合計値と図６のコードＢ８に関する合計値の和を算出すると、受信信号（φ８）の場合に合計値の和が極大値１６となり、他の受信信号（φ１〜φ７，φ９〜φ１５）の場合に合計値の和が常に０となる。つまり、合計値同士を加算することにより、理論的にはレンジサイドローブを完全に除去することができる。この合計値同士の加算は、合成処理部４０において実行される。
【００８１】
なお、図５，６においては、８ビットのコードＡ８とコードＢ８を利用した具体例を説明したが、装置の具現化においては、コードに含まれるビット数（符号長）を適宜調整してもよいことは言うまでもない。例えば、ビット数を増やして１ビットの期間を小さくすることにより位置分解能を高めることができる。
【００８２】
図８は、合成処理部４０における合成処理の具体例を説明するための図である。（Ａ）は、圧縮処理部Ａ３０Ａから出力される信号を示している。つまり、ある深さｄに対応した圧縮パルス（圧縮処理後の復調信号）を示しており、図５に示した検波出力の合計値を時間軸方向に沿って並べた結果に対応している。一方（Ｂ）は、圧縮処理部Ｂ３０Ｂから出力される信号を示している。つまり、（Ａ）と同じ深さｄに対応した圧縮パルス（圧縮処理後の復調信号）を示しており、図６に示した検波出力の合計値を時間軸方向に沿って並べた結果に対応している。
【００８３】
同一の走査方向に対して、コードＡに対応した送信ビームとコードＢに対応した送信ビームが交互に形成され、それに応じて、コードＡに対応した受信ビームとコードＢに対応した受信ビームが交互に形成されると、（Ａ）と（Ｂ）に示すように、同一の深さｄに対応した信号がビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）だけ離れて交互に得られる。
【００８４】
そこで、合成処理部４０は、まず（Ｃ）に示すように（Ａ）の信号と（Ｂ）の信号をそのまま加算し、さらに（Ｄ）に示すように（Ｃ）の信号をビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）だけ遅延処理する。
【００８５】
そして、合成処理部４０は、（Ｅ）に示すように（Ｃ）の信号と（Ｄ）の信号を加算する。これにより、同一の深さｄから得られる（Ａ）の信号と（Ｂ）の信号が加算される。つまり、図５のコードＡ８に関する合計値と図６のコードＢ８に関する合計値の和に相当する処理が実行され、深さｄのメインローブに対応した信号値が極大となり、理論的にはレンジサイドローブが発生しない。
【００８６】
なお、図８には１つの深さｄに対応した圧縮パルスのみを図示しているが、パルス波を送信してから受信信号が圧縮処理されるまで（圧縮パルスが発生するまで）の時間は、その受信信号の深さに対応する。そのため、ビーム１本分の期間（１／ＰＲＦ）内で、刻々と得られる圧縮パルスを各深さに対応付けることにより、１本のビームに沿って複数の深さに亘って圧縮パルスを得ることができる。そして、複数の深さから得られる複数の圧縮パルスを時間軸方向に沿って並べた信号を対象として、（Ａ）から（Ｅ）に示した合成処理を行うことにより、レンジサイドローブを低減しつつ（理論的にはゼロとしつつ）１本のビームに沿って複数の深さに亘って圧縮パルス（加算後の圧縮パルス）を得ることが可能になる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００８８】
２２Ａ コードＡ発生部、２２Ｂ コードＢ発生部、２３ 時分割処理部、２４ ＰＳＫ変調処理部、３０Ａ 圧縮処理部Ａ、３０Ｂ 圧縮処理部Ｂ、４０ 合成処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相補関係にある第１信号列と第２信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する送信信号処理部と、
前記送信信号に対応した超音波を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、
前記受信信号に対して前記デジタル変調処理に対応した復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、
前記復調信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、符号長Ｎの第１符号列Ｎに対応した第１信号列と、符号長Ｎの第２符号列Ｎに対応した第２信号列と、に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記符号長Ｎは２の累乗であり、
前記第１符合列Ｎと前記第２符合列Ｎの各々は、第１符合列Ｎ／２と第２符号列Ｎ／２に基づいて形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、
前記第２符合列Ｎは、符号列ＢＮであり、
符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮは、符号列ＡＮ／２と符号列−ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列−ＢＮ／２は、符号列ＢＮ／２の符号の値を反転させた符号列である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮの各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、
前記第２符合列Ｎは、符号列ＢＮ´であり、
符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ´は、符号列ＢＮ／２−１と符号列−ＡＮ／２−１を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ／２は、符号列ＡＮ／４と符号列−ＢＮ／４を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ／２−１は、符号列ＢＮ／２の符号の並び反転させた符号列であり、
符号列−ＡＮ／２−１は、符号列ＡＮ／２の符号の値と並びを共に反転させた符号列であり、
符号列−ＢＮ／４は、符号列ＢＮ／４の符号の値を反転させた符号列である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮ´の各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、第１信号列に対応したパルス波の第１送信信号と第２信号列に対応したパルス波の第２送信信号を出力し、
前記超音波送受部は、第１送信信号に対応した第１受信信号と第２送信信号に対応した第２受信信号を受信し、
前記受信信号処理部は、前記第１信号列に応じた復調処理により第１受信信号を第１復調信号に復調し、前記第２信号列に応じた復調処理により第２受信信号を第２復調信号に復調し、
前記画像形成部は、第１復調信号と第２復調信号を合成処理して得られる合成復調信号に基づいて超音波画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、第１信号列と第２信号列に基づいた位相シフトキーイングにより得られるパルス波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
互いに相補関係にある第１信号列と第２信号列に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する送信信号処理部と、
前記送信信号に対応した超音波を生体に送波して当該生体から超音波を受波することにより受信信号を得る超音波送受部と、
前記受信信号に対して前記デジタル変調処理に対応した復調処理を施すことにより復調信号を得る受信信号処理部と、
前記復調信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、符号長Ｎの第１符号列Ｎに対応した第１信号列と、符号長Ｎの第２符号列Ｎに対応した第２信号列と、に基づいてデジタル変調処理されたパルス波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記符号長Ｎは２の累乗であり、
前記第１符合列Ｎと前記第２符合列Ｎの各々は、第１符合列Ｎ／２と第２符号列Ｎ／２に基づいて形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、
前記第２符合列Ｎは、符号列ＢＮであり、
符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮは、符号列ＡＮ／２と符号列−ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列−ＢＮ／２は、符号列ＢＮ／２の符号の値を反転させた符号列である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮの各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記第１符合列Ｎは、符号列ＡＮであり、
前記第２符合列Ｎは、符号列ＢＮ´であり、
符号列ＡＮは、符号列ＡＮ／２と符号列ＢＮ／２を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ´は、符号列ＢＮ／２−１と符号列−ＡＮ／２−１を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ／２は、符号列ＡＮ／４と符号列−ＢＮ／４を直列接続した符号列であり、
符号列ＢＮ／２−１は、符号列ＢＮ／２の符号の並び反転させた符号列であり、
符号列−ＡＮ／２−１は、符号列ＡＮ／２の符号の値と並びを共に反転させた符号列であり、
符号列−ＢＮ／４は、符号列ＢＮ／４の符号の値を反転させた符号列である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記符号列ＡＮと前記符号列ＢＮ´の各々は、符号長２の符号列Ａ２＝（１，１）と符号列Ｂ２＝（１，−１）から、前記直列接続を繰り返して形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、第１信号列に対応したパルス波の第１送信信号と第２信号列に対応したパルス波の第２送信信号を出力し、
前記超音波送受部は、第１送信信号に対応した第１受信信号と第２送信信号に対応した第２受信信号を受信し、
前記受信信号処理部は、前記第１信号列に応じた復調処理により第１受信信号を第１復調信号に復調し、前記第２信号列に応じた復調処理により第２受信信号を第２復調信号に復調し、
前記画像形成部は、第１復調信号と第２復調信号を合成処理して得られる合成復調信号に基づいて超音波画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信信号処理部は、第１信号列と第２信号列に基づいた位相シフトキーイングにより得られるパルス波の送信信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１８０４９（Ｐ２０１１−２１８０４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２５１７（Ｐ２０１０−９２５１７）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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