石原 千鶴枝, 田中 宏樹, 橋場 邦夫

Chizue ISHIHARA, Hiroki TANAKA, Kunio HASHIBA

株式会社日立製作所中央研究所

Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

キーワード :

【目的】
組織非線形イメージング（THI）では，非線形信号を抽出するために位相変調（PI）法や振幅変調（AM）法が用いられる．一般的にAM法では，同一部位に対して音圧振幅の異なる2回の送信を行う．例えば，2回目の振幅は1回目に対して小さく変調して（1/k（k＞0））送信する．音圧振幅が充分小さい場合，生体伝搬による非線形効果は小さく，信号成分のほとんどが基本波成分とみなせる．そこで，2回目の受信信号をk倍し，1回目の受信信号から差し引く信号処理を行うことで，1回目の送信で生成された非線形成分のみを抽出できる．しかし非線形効果で生じる成分は，エネルギー保存則より，もともと基本波成分が持っていたエネルギーから移行したものである．従って，厳密には1回目の送信における基本波帯域成分は非線形効果により減少しており，2回目の送信のk倍以下となる．この結果，AM法の信号処理では基本波帯域において残差が生じることになり，所謂PI法のような非線形効果で生成された成分のみを用いたイメージングとは異なってくる．本研究では，残った基本波帯域成分量を考慮したAM法が，原理的にTHIとして機能することを示し，その特性を明らかにする．
【方法】
超音波非線形伝搬シミュレーションを行う．中心周波数7.5 MHz，比帯域幅100％の超音波を仮定し，KZK方程式用いた周波数空間における差分法により，計算する．伝搬過程で生成した非線形成分と，減少した基本波成分のエネルギーが等価であることを確認し，PI法とAM法で得られる信号成分を比較する．更に，実機におけるファントム撮像画像を比較する．
【結論】
THIの高画質化は，送信音圧の2乗に比例して生成される成分の画像化により実現される．生成される非線形成分は，エネルギー保存則により，減少する基本波成分と同量である．つまり減少する基本波成分も非線形効果による変動分と言える．シミュレーションから，基本波帯域成分を含むAM法の信号は，PI法同様に送信音圧の2乗に比例して増加し，THIの機能を有することが確認された．一方，周波数成分を比較すると，PI法では基本波帯域成分や奇数次の高調波成分が信号処理過程で抑圧されるのに対し，AM法では基本波成分が残留することで広帯域となる（図1）．またファントム撮像画像より，PI法と同等以上の分解能となるなど，両手法の差異を明らかにした．