JP2024000892A - Ultrasonic diagnostic device - Google Patents

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彩 袖山
Aya Sodeyama
千鶴枝 田中
Chizue Tanaka
美咲 丸山
Misaki Maruyama
貞一郎 池田
Teiichiro Ikeda
和宏 網野
Kazuhiro Amino
将則 久津
Masanori Kuzu
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine a beamforming parameter which may form a high-quality ultrasonic image, or reduce a calculation amount of decision processing of an imaging parameter.
SOLUTION: A characteristic data decision unit 34 decides characteristic data expressing a change amount from a current item value for each of image quality items about the image quality of an ultrasonic image on the basis of the signal characteristic of received frame data subjected to signal processing received from a signal processing unit 18 or the image characteristic of the ultrasonic image received from an image formation unit 20. A parameter decision unit 36 decides (changes) an imaging parameter on the basis of the characteristic data that is decided (or corrected) by the characteristic data decision unit 34. A transmission unit 14, a reception unit 16, the signal processing unit 18 and the image formation unit 20 acquire the received frame data by using the imaging parameter after the change, perform signal processing to the received frame data and generate the ultrasonic image on the basis of the received frame data.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本明細書は、超音波診断装置を開示する。 This specification discloses an ultrasonic diagnostic device.

超音波診断装置は、超音波プローブ上に配置された複数の振動素子から、送信ビームフォーミングにより生成された超音波ビームを被検体に送信し、被検体での伝搬過程で生じる反射波を複数の振動素子により受信して受信信号に変換する。その後、振動素子毎に得られた受信信号に所定の遅延値を与えつつ整相加算処理を行う。この処理を、送信位置を移動(走査)させながら繰り返し、撮像領域内の整相信号である受信フレームデータを得る(受信ビームフォーミング)。このように取得された受信フレームデータに対して、帯域整形などの受信フィルタ処理や検波処理を含む信号処理、あるいは、画像形成処理などが施されて超音波画像が形成される。 Ultrasonic diagnostic equipment transmits ultrasound beams generated by transmitting beamforming to a subject from multiple vibrating elements placed on an ultrasound probe, and transmits reflected waves generated during the propagation process in the subject into multiple waves. It is received by a vibrating element and converted into a received signal. Thereafter, phasing and addition processing is performed while giving a predetermined delay value to the received signal obtained for each vibrating element. This process is repeated while moving (scanning) the transmission position to obtain reception frame data, which is a phased signal within the imaging area (reception beamforming). The reception frame data acquired in this manner is subjected to signal processing including reception filter processing such as band shaping, detection processing, or image formation processing to form an ultrasound image.

超音波画像を形成するまでの間の各処理には、種々の撮像パラメータが関与する。撮像パラメータの一部は、医師などのユーザによって設定可能なものである。撮像パラメータには、例えば、超音波の送信ビームフォーミングに関する送信ビームフォーミングパラメータ、超音波の受信ビームフォーミングに関する受信ビームフォーミングパラメータ、受信フレームデータに対する信号処理に関する信号処理パラメータ、あるいは、超音波画像の形成処理に関する画像形成処理パラメータなどが含まれる。 Various imaging parameters are involved in each process up to forming an ultrasound image. Some of the imaging parameters can be set by a user such as a doctor. Imaging parameters include, for example, transmission beamforming parameters regarding ultrasound transmission beamforming, reception beamforming parameters regarding ultrasound reception beamforming, signal processing parameters regarding signal processing for reception frame data, or ultrasound image formation processing. This includes image forming processing parameters related to the image forming process.

上記各種パラメータは、形成される超音波画像の分解能やコントラストなどの画質に大きく影響する。したがって、高画質な超音波画像を得るためには、これらのパラメータを適切に設定することが望ましい。しかし、これらのパラメータの最適値は、撮像対象や被検体の生体特性などに応じて異なる得るため、特に、経験の浅いユーザにとっては、適切なパラメータを設定することが困難となることがある。 The above-mentioned various parameters greatly affect the image quality such as the resolution and contrast of the ultrasonic image that is formed. Therefore, in order to obtain high-quality ultrasound images, it is desirable to appropriately set these parameters. However, since the optimal values of these parameters may vary depending on the imaging target, the biological characteristics of the subject, etc., it may be difficult to set appropriate parameters, especially for inexperienced users.

上記を鑑み、超音波画像の画質向上を目的とした、パラメータの自動調整機能が提案されている。例えば、特許文献1には、被検体内における超音波の減衰に起因する超音波画像の画質劣化の抑制のために、所定の深度の受信信号の解析により得られる超音波ビームの深部到達度に基づいて、送信周波数および受信フィルタに関するパラメータを設定する技術が開示されている。 In view of the above, an automatic parameter adjustment function has been proposed for the purpose of improving the image quality of ultrasound images. For example, in Patent Document 1, in order to suppress deterioration in the image quality of ultrasound images due to attenuation of ultrasound waves within the subject, it is proposed to Based on this, a technique for setting parameters related to a transmission frequency and a reception filter is disclosed.

特開2021-83956号公報JP2021-83956A

特許文献1に記載された技術では、送信周波数および受信フィルタに関する適応的な設定方法が開示されている。しかしながら、特許文献1には、撮像パラメータのうちの限定的な部分を設定する方法のみ開示され、その他の撮像パラメータ、特に、送信ビームフォーミングパラメータ及び受信ビームフォーミングパラメータ(本明細書ではこれらを包括して単に「ビームフォーミングパラメータ」と記載する場合がある)を適切に設定する方法は示されていない。なお、送信周波数は、単に送信超音波の周波数であり、これは、超音波ビームを形成する送信ビームフォーミングに関するパラメータではない。また、超音波画像は、超音波ビームの送信タイミングに対してリアルタイムに形成(及び表示)されることが望まれる場合が多く、撮像パラメータの決定処理の処理時間を短縮すべく、撮像パラメータの決定処理の演算量を低減することも望まれる。 The technique described in Patent Document 1 discloses an adaptive setting method regarding transmission frequencies and reception filters. However, Patent Document 1 only discloses a method for setting a limited part of the imaging parameters, and other imaging parameters, particularly the transmission beamforming parameters and the reception beamforming parameters (hereinafter, these are not included). No method is shown to appropriately set the beamforming parameters (sometimes simply referred to as "beamforming parameters"). Note that the transmission frequency is simply the frequency of the transmitted ultrasound, and is not a parameter related to transmission beamforming that forms the ultrasound beam. In addition, in many cases, it is desired that ultrasound images be formed (and displayed) in real time relative to the transmission timing of ultrasound beams. It is also desirable to reduce the amount of processing calculations.

本明細書で開示される超音波診断装置の目的は、高画質な超音波画像を形成し得るビームフォーミングパラメータを決定することにある。あるいは、本明細書で開示される超音波診断装置の目的は、撮像パラメータの決定処理の演算量を低減することにある。 The purpose of the ultrasound diagnostic apparatus disclosed in this specification is to determine beamforming parameters that can form high-quality ultrasound images. Alternatively, the purpose of the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in this specification is to reduce the amount of calculation in the imaging parameter determination process.

本明細書で開示される超音波診断装置は、超音波を送受信することにより得られた受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波の送信ビームフォーミングに関する送信ビームフォーミングパラメータ、又は、超音波の受信ビームフォーミングに関する受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方を決定するパラメータ決定部と、を備えることを特徴とする。
また、前記送信ビームフォーミングパラメータには、超音波プローブが有する振動素子アレイのうちの超音波を送信する振動素子を示す送信開口、被検体に送信される超音波の送信焦点、前記送信開口に含まれる各前記振動素子から送信される超音波の振幅を示す送信アポダイゼーション、前記超音波プローブに供給される電気信号である送信信号の波形、前記送信開口に含まれる各前記振動素子からの超音波の送信タイミング、又は、被検体に送信される超音波の送信間隔、の少なくとも1つを決定するためのパラメータが含まれ、前記受信ビームフォーミングパラメータには、超音波プローブが有する振動素子アレイのうちの被検体からの反射波を受信する振動子を示す受信開口、前記反射波の受信焦点、前記受信開口に含まれる各前記振動素子に付され各前記振動素子が受信した反射波の重みを示す受信アポダイゼーション、前記反射波の受信間隔、又は、開口合成処理における合成重み係数、の少なくとも1つを決定するためのパラメータが含まれるとよい。
The ultrasound diagnostic apparatus disclosed in this specification is based on signal characteristics of received frame data obtained by transmitting and receiving ultrasound, or image characteristics of an ultrasound image formed based on the received frame data. The present invention is characterized by comprising a parameter determination unit that determines at least one of a transmission beamforming parameter regarding ultrasound transmission beamforming or a reception beamforming parameter regarding ultrasound reception beamforming.
In addition, the transmission beamforming parameters include a transmission aperture indicating a transducer element that transmits ultrasonic waves in the transducer array of the ultrasonic probe, a transmission focus of the ultrasonic wave to be transmitted to the subject, and a transmission aperture included in the transmission aperture. transmission apodization indicating the amplitude of the ultrasonic waves transmitted from each of the vibration elements included in the transmission aperture; a waveform of a transmission signal that is an electrical signal supplied to the ultrasound probe; A parameter for determining at least one of the transmission timing or the transmission interval of ultrasound transmitted to the subject is included, and the reception beamforming parameter includes a parameter for determining at least one of the transmission timing or the transmission interval of ultrasound transmitted to the subject, and the reception beamforming parameter includes a A receiving aperture indicating a transducer that receives a reflected wave from a subject, a receiving focus of the reflected wave, and a receiving area attached to each of the vibrating elements included in the receiving aperture and indicating the weight of the reflected wave received by each vibrating element. It is preferable that a parameter for determining at least one of apodization, a reception interval of the reflected waves, or a synthesis weighting coefficient in aperture synthesis processing is included.

当該構成によれば、受信フレームデータの信号特性又は超音波画像の画像特性に基づいて、送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方が決定(換言すれば自動調整)される。したがって、パラメータ決定部が決定した送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータを用いて超音波画像を形成することで、変更前の送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータを用いて形成された超音波画像に比して、高画質な超音波画像を形成することができる。 According to this configuration, at least one of the transmission beamforming parameter and the reception beamforming parameter is determined (in other words, automatically adjusted) based on the signal characteristics of the reception frame data or the image characteristics of the ultrasound image. Therefore, by forming an ultrasound image using the transmission beamforming parameters or reception beamforming parameters determined by the parameter determination unit, an ultrasound image formed using the transmission beamforming parameters or reception beamforming parameters before the change is created. It is possible to form a high-quality ultrasound image compared to the conventional method.

前記受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波画像の画質に関する複数の画質項目それぞれについての変化量を表す特性データを決定する特性データ決定部、をさらに備え、前記パラメータ決定部は、決定された前記特性データに基づいて、前記送信ビームフォーミングパラメータ又は前記受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方を決定するとよい。 Based on the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image formed based on the received frame data, characteristic data representing the amount of change for each of a plurality of image quality items regarding the image quality of the ultrasound image is generated. It is preferable that the apparatus further includes a characteristic data determining section for determining, and the parameter determining section determines at least one of the transmitting beamforming parameter or the receiving beamforming parameter based on the determined characteristic data.

当該構成によれば、パラメータ決定部は、特性データが示す各画質項目の変化量を指標として送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方を決定する処理を行うようにすることで、送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方の決定処理の演算量を低減することができる。 According to this configuration, the parameter determination unit determines at least one of the transmission beamforming parameter and the reception beamforming parameter using the amount of change in each image quality item indicated by the characteristic data as an index, thereby determining the transmission beamforming parameter. The amount of calculation for determining at least one of the forming parameter and the reception beamforming parameter can be reduced.

本明細書で開示される超音波診断装置は、超音波を送受信することにより得られた受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波画像の画質に関する複数の画質項目それぞれについての変化量を表す特性データを決定する特性データ決定部と、決定された前記特性データに基づいて、超音波の送受信から超音波画像の形成までの処理に関する撮像パラメータを決定するパラメータ決定部と、を備えることを特徴とする。
また、前記撮像パラメータには、超音波の送信ビームフォーミングに関する送信ビームフォーミングパラメータ、超音波の受信ビームフォーミングに関する受信ビームフォーミングパラメータ、受信フレームデータに対する信号処理に関する信号処理パラメータ、又は、超音波画像の形成処理に関する画像形成処理パラメータの少なくとも1つが含まれるとよい。
The ultrasound diagnostic apparatus disclosed in this specification is based on signal characteristics of received frame data obtained by transmitting and receiving ultrasound, or image characteristics of an ultrasound image formed based on the received frame data. a characteristic data determination unit that determines characteristic data representing the amount of change for each of a plurality of image quality items regarding the image quality of the ultrasound image, and formation of an ultrasound image from transmission and reception of ultrasound based on the determined characteristic data. and a parameter determination unit that determines imaging parameters related to the processing up to.
Further, the imaging parameters include transmission beamforming parameters regarding ultrasound transmission beamforming, reception beamforming parameters regarding ultrasound reception beamforming, signal processing parameters regarding signal processing for reception frame data, or formation of ultrasound images. It is preferable that at least one image forming processing parameter related to processing is included.

当該構成によれば、受信フレームデータの信号特性又は超音波画像の画像特性に基づいて、撮像パラメータが決定(換言すれば自動調整)される。したがって、パラメータ決定部が決定した撮像パラメータを用いて超音波画像を形成することで、変更前の撮像パラメータを用いて形成された超音波画像に比して、高画質な超音波画像を形成することができる。それと共に、当該構成によれば、特性データが示す各画質項目の変化量を指標として撮像パラメータを決定する処理を行うようにすることで、撮像パラメータの決定処理の演算量を低減することができる。 According to this configuration, the imaging parameters are determined (in other words, automatically adjusted) based on the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image. Therefore, by forming an ultrasound image using the imaging parameters determined by the parameter determination unit, a higher quality ultrasound image is formed compared to an ultrasound image formed using the imaging parameters before the change. be able to. At the same time, according to the configuration, by performing the process of determining the imaging parameters using the amount of change in each image quality item indicated by the characteristic data as an index, it is possible to reduce the amount of calculations in the process of determining the imaging parameters. .

前記パラメータ決定部は、前記特性データと前記撮像パラメータの変化量を示す情報との複数の組み合わせが記憶された撮像パラメータデータベースを参照し、前記撮像パラメータデータベースにおいて、前記特性データと同一又は類似する特性データに関連付けられた撮像パラメータの変化量を示す情報に基づいて前記撮像パラメータを決定するとよい。 The parameter determining unit refers to an imaging parameter database storing a plurality of combinations of the characteristic data and information indicating the amount of change in the imaging parameter, and selects a characteristic that is the same as or similar to the characteristic data in the imaging parameter database. The imaging parameter may be determined based on information indicating an amount of change in the imaging parameter associated with the data.

当該構成によれば、撮像パラメータデータベースを参照して撮像パラメータを決定することで、撮像パラメータの決定処理の演算量をより低減することができる。 According to this configuration, by determining the imaging parameters with reference to the imaging parameter database, it is possible to further reduce the amount of calculation in the imaging parameter determination process.

前記パラメータ決定部は、前記複数の画質項目のうちの注目画質項目を最適化する最適化処理によって前記撮像パラメータを決定するとよい。 It is preferable that the parameter determination unit determines the imaging parameters through an optimization process that optimizes an image quality item of interest among the plurality of image quality items.

当該構成によれば、撮像パラメータデータベースを予め用意しておく必要なく、撮像パラメータの決定処理を行うことができる。 According to this configuration, the imaging parameter determination process can be performed without the need to prepare an imaging parameter database in advance.

前記パラメータ決定部は、前記複数の画質項目のうち前記注目画質項目以外の画質項目に関する制約条件を課した前記最適化処理によって前記撮像パラメータを決定するとよい。 It is preferable that the parameter determination unit determines the imaging parameters through the optimization process that imposes constraints on image quality items other than the image quality item of interest among the plurality of image quality items.

当該構成によれば、注目画質項目以外の画質項目の劣化を抑制しつつ、注目画質項目が最適化された撮像パラメータを決定することができる。 According to this configuration, it is possible to determine imaging parameters in which the image quality item of interest is optimized while suppressing deterioration of image quality items other than the image quality item of interest.

前記受信フレームデータは、振動素子が2次元配列された2次元超音波プローブで得られたボリュームデータであるとよい。 The received frame data may be volume data obtained by a two-dimensional ultrasound probe in which vibrating elements are two-dimensionally arranged.

当該構成によれば、撮像パラメータの決定処理の演算量が特に大きくなる、受信フレームデータがボリュームデータである場合に、撮像パラメータの決定処理の演算量を低減することができる。 According to this configuration, when the received frame data is volume data, which requires a particularly large amount of calculation in the imaging parameter determination process, it is possible to reduce the calculation amount in the imaging parameter determination process.

本明細書で開示される超音波診断装置によれば、高画質な超音波画像を形成し得るビームフォーミングパラメータを決定することができる。あるいは、本明細書で開示される超音波診断装置によれば、撮像パラメータの決定処理の演算量を低減することができる。 According to the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in this specification, beamforming parameters that can form a high-quality ultrasonic image can be determined. Alternatively, according to the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in this specification, it is possible to reduce the amount of calculation in the imaging parameter determination process.

本実施形態に係る超音波診断装置の構成概略図である。1 is a schematic diagram of the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. 特定特性データの第1の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a first example of specific characteristic data. 特定特性データの第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of specific characteristic data. 特定特性データの第3の例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of specific characteristic data. 方位方向と深度方向における超音波ビームの信号強度の分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the distribution of signal intensity of an ultrasound beam in the azimuth direction and the depth direction. 所定深度における方位方向に対する超音波ビームの信号強度の分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the distribution of signal intensity of an ultrasound beam in the azimuth direction at a predetermined depth. 送信ビームフォーミングパラメータの変更に応じて、超音波ビームのS/N比が改善された様子を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing how the S/N ratio of an ultrasound beam is improved according to a change in a transmission beamforming parameter. 本実施形態に係る超音波診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of processing of the ultrasonic diagnostic device concerning this embodiment.

図1は、本実施形態に係る超音波診断装置10の構成概略図である。超音波診断装置10は、病院などの医療機関に設置され、超音波検査時に使用される医用装置である。 FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of an ultrasound diagnostic apparatus 10 according to this embodiment. The ultrasound diagnostic apparatus 10 is a medical device installed in a medical institution such as a hospital and used during ultrasound examinations.

超音波診断装置10は、Bモードを含む複数の動作モードで動作可能となっている。Bモードとは、超音波ビーム(送信ビーム)が走査されて得られた受信フレームデータに基づいて、走査面からの反射波の振幅強度が輝度に変換された超音波画像(Bモード画像)を生成して表示するモードである。 The ultrasonic diagnostic apparatus 10 can operate in multiple operation modes including B mode. B mode is an ultrasound image (B mode image) in which the amplitude intensity of the reflected wave from the scanning surface is converted into brightness based on the received frame data obtained by scanning the ultrasound beam (transmission beam). This is the mode to generate and display.

超音波プローブであるプローブ12は、超音波ビームの送信及び反射波の受信を行うデバイスである。具体的には、プローブ12は、被検体の体表に当接され、被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体内の組織において反射した反射波を受信する。プローブ12内には、複数の振動素子からなる振動素子アレイが設けられている。振動素子アレイに含まれる各振動素子には、後述の送信部14から電気信号である送信信号が供給され、これにより、超音波ビーム(送信ビーム)が生成される。本明細書では、送信信号に基づいて超音波ビームを生成する処理を送信ビームフォーミングと呼ぶ。また、振動素子アレイに含まれる各振動素子は、被検体からの反射波を受信し、反射波を電気信号である受信信号に変換して後述の受信部16に送信する。 The probe 12, which is an ultrasound probe, is a device that transmits ultrasound beams and receives reflected waves. Specifically, the probe 12 is brought into contact with the body surface of the subject, transmits an ultrasonic beam toward the subject, and receives reflected waves reflected from tissues within the subject. A vibrating element array consisting of a plurality of vibrating elements is provided within the probe 12. Each vibrating element included in the vibrating element array is supplied with a transmission signal, which is an electric signal, from a transmitter 14, which will be described later, and thereby an ultrasonic beam (transmission beam) is generated. In this specification, the process of generating an ultrasound beam based on a transmission signal is referred to as transmission beamforming. Further, each vibrating element included in the vibrating element array receives a reflected wave from the subject, converts the reflected wave into a received signal that is an electric signal, and transmits the received signal to a receiving unit 16, which will be described later.

プローブ12は、振動子アレイが1次元に配列された複数の振動素子から構成される1次元超音波プローブであってもよいし、振動子アレイが2次元に配列された複数の振動素子から構成される2次元超音波プローブであってもよい。 The probe 12 may be a one-dimensional ultrasound probe consisting of a plurality of transducer elements in which a transducer array is arranged in one dimension, or may be a one-dimensional ultrasonic probe in which a transducer array is composed of a plurality of transducer elements in which a transducer array is arranged in two dimensions. It may also be a two-dimensional ultrasonic probe.

送信部14は、超音波の送信時において、複数の送信信号をプローブ12(詳しくは振動素子アレイ)に対して並列的に供給する。これにより、送信ビームフォーミングが行われ、プローブ12から超音波ビームが送信される。 The transmitter 14 supplies a plurality of transmit signals to the probe 12 (specifically, the vibrating element array) in parallel when transmitting ultrasonic waves. As a result, transmission beam forming is performed, and an ultrasound beam is transmitted from the probe 12.

送信部14は、送信ビームフォーミングパラメータに基づいて、プローブ12へ供給する複数の送信信号を生成する。送信ビームフォーミングパラメータは、プローブ12が有する振動素子アレイのうちの超音波を送信する振動素子を示す送信開口、被検体に送信される超音波の送信焦点、送信開口に含まれる各振動素子から送信される超音波の振幅を示す送信アポダイゼーション、送信信号の波形、送信開口に含まれる各振動素子からの超音波の送信タイミング、又は、被検体に送信される超音波の送信間隔、の少なくとも1つを決定するためのパラメータを含む。 The transmitter 14 generates a plurality of transmit signals to be supplied to the probe 12 based on the transmit beamforming parameters. The transmission beamforming parameters include a transmission aperture indicating a transducer element that transmits ultrasonic waves in the transducer array of the probe 12, a transmission focal point of the ultrasonic waves to be transmitted to the subject, and a transmission beam from each transducer element included in the transmission aperture. at least one of transmission apodization indicating the amplitude of the ultrasound to be transmitted, the waveform of the transmission signal, the transmission timing of the ultrasound from each vibrating element included in the transmission aperture, or the transmission interval of the ultrasound to be transmitted to the subject. Contains parameters for determining.

送信部14が参照する送信ビームフォーミングパラメータは、超音波診断装置10において予め定められていて(デフォルト値であって)よい。また、送信部14が参照する送信ビームフォーミングパラメータは、後述の入力インターフェース26から入力された、医師などのユーザからの指示に基づいて決定されたものであってもよい。また、本実施形態では、送信部14が参照する送信ビームフォーミングパラメータは、後述のパラメータ決定部36が決定したものであってもよい。 The transmission beamforming parameters referred to by the transmitter 14 may be predetermined (default values) in the ultrasound diagnostic apparatus 10. Further, the transmission beamforming parameters referred to by the transmitter 14 may be determined based on instructions from a user such as a doctor, which are input from an input interface 26, which will be described later. Further, in the present embodiment, the transmission beamforming parameters referred to by the transmitting section 14 may be determined by a parameter determining section 36, which will be described later.

受信部16は、反射波の受信時において、プローブ12(詳しくは振動素子アレイ)からの複数の受信信号を並列的に受け取る。受信部16では、複数の受信信号に対する種々の処理が実施され、これにより受信フレームデータが生成される。本明細書では、複数の受信信号に基づいて受信フレームデータを生成する処理を受信ビームフォーミングと呼ぶ。 The receiver 16 receives a plurality of reception signals from the probe 12 (specifically, the transducer array) in parallel when receiving reflected waves. The receiving unit 16 performs various processes on the plurality of received signals, thereby generating received frame data. In this specification, the process of generating receive frame data based on a plurality of received signals is referred to as receive beamforming.

受信部16は、受信ビームフォーミングパラメータに基づいて、受信ビームフォーミングを行う。受信ビームフォーミングパラメータは、プローブ12が有する振動素子アレイのうちの被検体からの反射波を受信する振動子を示す受信開口、反射波の受信焦点、受信開口に含まれる各振動素子に付され各振動素子が受信した反射波の重みを示す受信アポダイゼーション、反射波の受信間隔、又は、開口合成処理における合成重み係数、の少なくとも1つを決定するためのパラメータを含む。 The receiving unit 16 performs receive beamforming based on the receive beamforming parameters. The reception beamforming parameters are assigned to each transducer element included in the reception aperture, the reception focus of the reflected wave, and the reception aperture that indicates the transducer that receives the reflected wave from the subject in the transducer array of the probe 12. It includes a parameter for determining at least one of reception apodization indicating the weight of reflected waves received by the vibrating element, a reception interval of reflected waves, or a synthesis weighting coefficient in aperture synthesis processing.

受信部16が参照する受信ビームフォーミングパラメータは、超音波診断装置10において予め定められていて(デフォルト値であって)よい。また、受信部16が参照する受信ビームフォーミングパラメータは、後述の入力インターフェース26から入力されたユーザ指示に基づいて決定されたものであってもよい。また、本実施形態では、受信部16が参照する受信ビームフォーミングパラメータは、後述のパラメータ決定部36が決定したものであってもよい。 The reception beamforming parameters referred to by the reception unit 16 may be predetermined (default values) in the ultrasound diagnostic apparatus 10. Further, the reception beamforming parameters referred to by the reception unit 16 may be determined based on user instructions input from the input interface 26, which will be described later. Further, in the present embodiment, the reception beamforming parameters referred to by the reception unit 16 may be determined by a parameter determination unit 36, which will be described later.

信号処理部18は、受信部16からの受信フレームデータに対して、フィルタ処理、ゲイン補正処理を含む各種信号処理を行う。信号処理部18は、受信フレームデータに対する信号処理に関する信号処理パラメータに基づいて、各種信号処理を行う。信号処理パラメータには、例えば、フィルタ処理に用いられるフィルタ(例えばバンドパスフィルタ)の係数や、ゲイン補正処理時に参照されるゲイン係数などが含まれる。 The signal processing unit 18 performs various signal processing, including filter processing and gain correction processing, on the received frame data from the reception unit 16. The signal processing unit 18 performs various signal processing based on signal processing parameters related to signal processing on received frame data. The signal processing parameters include, for example, coefficients of a filter (for example, a bandpass filter) used in filter processing, a gain coefficient referred to during gain correction processing, and the like.

信号処理部18が参照する信号処理パラメータは、超音波診断装置10において予め定められていて(デフォルト値であって)よい。また、信号処理部18が参照する信号処理パラメータは、後述の入力インターフェース26から入力されたユーザ指示に基づいて決定されたものであってもよい。また、本実施形態では、信号処理部18が参照する信号処理パラメータは、後述のパラメータ決定部36が決定したものであってもよい。 The signal processing parameters referred to by the signal processing unit 18 may be predetermined (default values) in the ultrasound diagnostic apparatus 10. Furthermore, the signal processing parameters referred to by the signal processing section 18 may be determined based on user instructions input from the input interface 26, which will be described later. Furthermore, in the present embodiment, the signal processing parameters referred to by the signal processing section 18 may be determined by a parameter determining section 36, which will be described later.

画像形成部20は、デジタルスキャンコンバータなどにより構成され、信号処理部18からの受信フレームデータに基づいて超音波画像(本実施形態ではBモード画像)を形成する画像形成処理を実行する。画像形成処理においては、超音波画像の形成処理に関する画像形成処理パラメータに基づいて、例えば、ゲイン補正処理、ノイズ除去処理、あるいはエッジ強調処理などの各種画像処理が行われる。画像形成処理パラメータには、例えば、ゲイン補正処理時に参照されるゲイン係数、並びに、ノイズ除去処理及びエッジ強調処理に関するパラメータなどが含まれる。 The image forming unit 20 includes a digital scan converter and the like, and executes image forming processing to form an ultrasound image (B-mode image in this embodiment) based on the received frame data from the signal processing unit 18. In the image forming process, various image processes such as gain correction processing, noise removal processing, or edge enhancement processing are performed based on image forming processing parameters related to the ultrasonic image forming process. The image forming processing parameters include, for example, a gain coefficient referred to during gain correction processing, parameters related to noise removal processing and edge enhancement processing, and the like.

画像形成部20が参照する画像形成処理パラメータは、超音波診断装置10において予め定められていて(デフォルト値であって)よい。また、画像形成部20が参照する画像形成処理パラメータは、後述の入力インターフェース26から入力されたユーザ指示に基づいて決定されたものであってもよい。また、本実施形態では、画像形成部20が参照する画像形成処理パラメータは、後述のパラメータ決定部36が決定したものであってもよい。 The image forming processing parameters referred to by the image forming unit 20 may be predetermined (default values) in the ultrasound diagnostic apparatus 10. Further, the image forming processing parameters referred to by the image forming section 20 may be determined based on user instructions input from the input interface 26, which will be described later. Further, in the present embodiment, the image forming processing parameters referred to by the image forming section 20 may be determined by a parameter determining section 36, which will be described later.

表示制御部22は、画像形成部20で生成された超音波画像を、例えば液晶パネルなどにより構成されるディスプレイ24に表示させる。 The display control unit 22 causes the ultrasound image generated by the image forming unit 20 to be displayed on a display 24 configured with, for example, a liquid crystal panel.

入力インターフェース26は、例えばボタン、トラックボール、あるいはタッチパネルなどから構成される。入力インターフェース26は、ユーザの指示を超音波診断装置10に入力するためのものである。 The input interface 26 includes, for example, buttons, a trackball, or a touch panel. The input interface 26 is for inputting user instructions to the ultrasound diagnostic apparatus 10.

メモリ28は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、eMMC(embedded Multi Media Card)、ROM(Read Only Memory)あるいはRAM(Random Access Memory)などを含んで構成される。メモリ28には、超音波診断装置10の各部を動作させるための超音波診断プログラムが記憶される。なお、超音波診断プログラムは、USB(Universal Serial Bus)メモリ又はCD-ROMなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体に格納することもできる。超音波診断装置10は、そのような記憶媒体から超音波診断プログラムを読み取って実行することができる。また、図1に示される通り、メモリ28には撮像パラメータDB(Data Base)30が記憶される。撮像パラメータDB30については後述する。 The memory 28 is configured to include an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), an eMMC (Embedded Multi Media Card), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The memory 28 stores an ultrasound diagnostic program for operating each part of the ultrasound diagnostic apparatus 10. Note that the ultrasound diagnostic program can also be stored in a computer-readable non-temporary storage medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or a CD-ROM. The ultrasound diagnostic apparatus 10 can read and execute an ultrasound diagnostic program from such a storage medium. Further, as shown in FIG. 1, an imaging parameter DB (Data Base) 30 is stored in the memory 28. The imaging parameter DB 30 will be described later.

制御部32は、汎用的なプロセッサ(例えばCPU(Central Processing Unit)など)、及び、専用のプロセッサ(例えばGPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、あるいは、プログラマブル論理デバイスなど)の少なくとも1つを含んで構成される。制御部32としては、1つの処理装置によるものではなく、物理的に離れた位置に存在する複数の処理装置の協働により構成されるものであってもよい。制御部32は、メモリ28に記憶された超音波診断プログラムに従って、超音波診断装置10の各部を制御する。 The control unit 32 includes a general-purpose processor (for example, a CPU (Central Processing Unit), etc.) and a dedicated processor (for example, a GPU (Graphics Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (Field-Programmable Gate Array)). , programmable logic device, etc.). The control unit 32 may be configured not by one processing device but by the cooperation of a plurality of processing devices located at physically separate locations. The control unit 32 controls each part of the ultrasound diagnostic apparatus 10 according to the ultrasound diagnostic program stored in the memory 28.

超音波診断装置10においては、信号処理部18によって信号処理された受信フレームデータの信号特性、又は、画像形成部20により形成された超音波画像の画像特性に基づいて、撮像パラメータを自動調整可能となっている。撮像パラメータには、送信部14が参照する送信ビームフォーミングパラメータ、受信部16が参照する受信ビームフォーミングパラメータ、信号処理部18が参照する信号処理パラメータ、及び、画像形成部20が参照する画像形成処理パラメータの少なくとも1つが含まれる。以下、特性データ決定部34及びパラメータ決定部36の詳細と共に、撮像パラメータの自動調整処理について説明する。 In the ultrasound diagnostic apparatus 10, imaging parameters can be automatically adjusted based on the signal characteristics of the received frame data signal-processed by the signal processing section 18 or the image characteristics of the ultrasound image formed by the image forming section 20. It becomes. The imaging parameters include transmission beamforming parameters referred to by the transmitter 14, reception beamforming parameters referred to by the receiver 16, signal processing parameters referred to by the signal processing unit 18, and image forming processing referred to by the image forming unit 20. At least one of the parameters is included. The details of the characteristic data determining section 34 and the parameter determining section 36 as well as the automatic adjustment process of the imaging parameters will be described below.

なお、送信部14、受信部16、信号処理部18、画像形成部20、表示制御部22、特性データ決定部34、及び、パラメータ決定部36の各部は、1又は複数のプロセッサ、チップ、電気回路などによって構成されている。これらの各部がハードウェアとソフトウエアとの協働により実現されてもよい。 Note that each of the transmitting section 14, receiving section 16, signal processing section 18, image forming section 20, display control section 22, characteristic data determining section 34, and parameter determining section 36 includes one or more processors, chips, electrical It is made up of circuits, etc. Each of these parts may be realized by cooperation between hardware and software.

特性データ決定部34は、信号処理部18から受け取った、信号処理された受信フレームデータの信号特性、又は、画像形成部20から受け取った超音波画像の画像特性に基づいて、超音波画像の画質に関する複数の画質項目それぞれについての現在の項目値からの変化量を表す特性データを決定する。 The characteristic data determining section 34 determines the image quality of the ultrasound image based on the signal characteristics of the signal-processed received frame data received from the signal processing section 18 or the image characteristics of the ultrasound image received from the image forming section 20. characteristic data representing the amount of change from the current item value for each of the plurality of image quality items is determined.

図2A~図2Cは、特定特性データの例を示す図である。ここでは、撮像データのうちの送信ビームフォーミングパラメータを調整する場合を例に説明する。この例では、特性データは、複数の画質項目として、「分解能(方位分解能)」、「S/N比」、及び、「感度」を有している。なお、特性データが有する複数の画質項目はこれらに限られるものではない。図2A~図2Cは、複数の画質項目それぞれについての項目値が三角形のレーダーチャートの形で表されている。 2A to 2C are diagrams showing examples of specific characteristic data. Here, an example will be described in which a transmission beamforming parameter of image data is adjusted. In this example, the characteristic data includes "resolution (azimuthal resolution)," "S/N ratio," and "sensitivity" as a plurality of image quality items. Note that the plurality of image quality items included in the characteristic data are not limited to these. In FIGS. 2A to 2C, item values for each of a plurality of image quality items are expressed in the form of a triangular radar chart.

特性データを説明する前に、画質項目である、「分解能(方位分解能)」、「S/N比」、及び、「感度」について説明する。図3は、方位方向X(超音波ビームの走査方向)と深度方向Zにおける超音波ビームの信号強度の分布を示す図であり、図4は、所定深度(図3のAで示される深度)における方位方向Xに対する超音波ビームの信号強度の分布を示す図である。 Before explaining the characteristic data, image quality items such as "resolution (azimuth resolution)", "S/N ratio", and "sensitivity" will be explained. FIG. 3 is a diagram showing the distribution of the signal intensity of the ultrasound beam in the azimuth direction X (scanning direction of the ultrasound beam) and the depth direction Z, and FIG. 4 is a diagram showing the distribution of the signal intensity of the ultrasound beam in the azimuth direction FIG. 3 is a diagram showing the distribution of signal intensity of an ultrasound beam in the azimuth direction X in FIG.

図4を参照し、感度は、方位方向Xにおける信号強度のピーク値Pmaxに基づいて決定される。分解能は、信号強度のピーク値Pmaxを構成する山(メインローブ)の幅(例えば半値幅)Wに基づいて決定される。S/N比は、メインローブの信号成分Eとサイドローブの信号成分Eとの比に基づいて決定される。 Referring to FIG. 4, the sensitivity is determined based on the peak value P max of signal strength in the azimuth direction X. The resolution is determined based on the width (for example, half width) W of the peak (main lobe) that constitutes the peak value P max of the signal intensity. The S/N ratio is determined based on the ratio between the main lobe signal component E S and the side lobe signal component E N.

図2A~図2Cの上側のレーダーチャートにおいては、現在の撮影パラメータにおける各画質項目の項目値が基準値として示されている。図2A~図2Cの下側のレーダーチャートにおいては、変化後の各画質項目の項目値が示され、また、各画質項目の基準値(現在の項目値)が破線で示されている。図2A~図2Cの下側のレーダーチャートが、各画質項目についての現在の項目値からの変化量を示す特性データである。 In the upper radar charts of FIGS. 2A to 2C, the item values of each image quality item in the current shooting parameters are shown as reference values. In the lower radar charts of FIGS. 2A to 2C, the item value of each image quality item after the change is shown, and the reference value (current item value) of each image quality item is shown with a broken line. The lower radar charts in FIGS. 2A to 2C are characteristic data indicating the amount of change from the current item value for each image quality item.

図2Aの例では、例えば、受信フレームデータの信号特性、又は、超音波画像の画像特性が、超音波の通りが悪く深部感度が低いという特性を示していたため、特性データ決定部34は、当該特性に応じて、感度を上げるような特性データを決定している。なお、図2Aの例では、特性データが分解能を下げることを示しているが、必ずしも分解能は下げる必要はない。 In the example of FIG. 2A, for example, the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image indicate that ultrasound waves have poor passage and deep sensitivity is low. Depending on the characteristics, characteristic data that increases sensitivity is determined. Note that in the example of FIG. 2A, the characteristic data indicates that the resolution is lowered, but the resolution does not necessarily need to be lowered.

図2Bの例では、例えば、受信フレームデータの信号特性、又は、超音波画像の画像特性が、深部まで十分な感度で描出されているという特性を示していたため、特性データ決定部34は、当該特性に応じて、分解能を上げるような特性データを決定している。なお、図2Bの例では、特性データが感度を下げることを示しているが、必ずしも感度は下げる必要はない。 In the example of FIG. 2B, for example, the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image indicate that deep parts are depicted with sufficient sensitivity, so the characteristic data determining unit 34 Depending on the characteristics, characteristic data that increases resolution is determined. Note that in the example of FIG. 2B, the characteristic data indicates that the sensitivity is lowered, but the sensitivity does not necessarily need to be lowered.

図2Cの例では、例えば、受信フレームデータの信号特性、又は、超音波画像の画像特性が、ノイズがかなり多いという特性を示していたため、特性データ決定部34は、当該特性に応じて、S/N比を上げるような特性データを決定している。なお、図2Cの例では、特性データが分解能を下げることを示しているが、必ずしも分解能は下げる必要はない。 In the example of FIG. 2C, for example, the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image indicate that there is a considerable amount of noise, so the characteristic data determining unit 34 determines the S Characteristic data that increases the /N ratio is determined. Note that in the example of FIG. 2C, the characteristic data indicates that the resolution is lowered, but the resolution does not necessarily need to be lowered.

上述のように、特性データ決定部34は、受信フレームデータの信号特性、又は、超音波画像の画像特性に基づいて特性データを自動的に決定するのであるが、特性データ決定部34は、決定した特性データをユーザに提示して、ユーザからの指示に基づいて決定した特定データを修正するようにしてもよい。 As described above, the characteristic data determining unit 34 automatically determines the characteristic data based on the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image. The determined characteristic data may be presented to the user, and the determined specific data may be modified based on instructions from the user.

パラメータ決定部36は、特性データ決定部34が決定(又は修正)した特性データに基づいて、撮像パラメータを決定(変更)する。図2A~図2Cの例であ、調整対象のパラメータは送信ビームフォーミングパラメータではあるが、上述のように、撮像パラメータには、送信ビームフォーミングパラメータ、受信ビームフォーミングパラメータ、信号処理パラメータ、及び、画像形成処理パラメータの少なくとも1つが含まれるため、パラメータ決定部36は、これらのパラメータの少なくとも1つを決定する。 The parameter determining unit 36 determines (changes) imaging parameters based on the characteristic data determined (or modified) by the characteristic data determining unit 34. In the examples of FIGS. 2A to 2C, the parameter to be adjusted is the transmit beamforming parameter, but as described above, the imaging parameters include the transmit beamforming parameter, the receive beamforming parameter, the signal processing parameter, and the image capture parameter. Since at least one of the forming process parameters is included, the parameter determining unit 36 determines at least one of these parameters.

例えば、特性データ決定部34が決定した特性データが感度を上げるようなもの(例えば図2Aで示したもの)である場合、パラメータ決定部36は、感度が上がるように、撮像パラメータを調整する。ここで、送信ビームパラメータとしては、複数のパラメータか構成され得、各パラメータが複数の画質項目に影響を及ぼす場合もある。また、特性データが有する画質項目によっては、撮像パラメータに含まれる複数のパラメータ種別(送信ビームフォーミングパラメータ、受信ビームフォーミングパラメータ、信号処理パラメータ、及び、画像形成処理パラメータ)が有する複数のパラメータが影響する場合も有り得る。したがって、パラメータ決定部36は、以下のような方法にて、撮像パラメータを決定する。 For example, if the characteristic data determined by the characteristic data determining section 34 is such as to increase the sensitivity (for example, as shown in FIG. 2A), the parameter determining section 36 adjusts the imaging parameters so that the sensitivity increases. Here, the transmission beam parameters may include a plurality of parameters, and each parameter may affect a plurality of image quality items. Also, depending on the image quality item included in the characteristic data, multiple parameters included in multiple parameter types (transmission beamforming parameters, reception beamforming parameters, signal processing parameters, and image forming processing parameters) included in the imaging parameters may be affected. There may be cases. Therefore, the parameter determining unit 36 determines the imaging parameters using the following method.

撮像パラメータを決定する第1の方法は、メモリ28に記憶された撮像パラメータDB30をLUT(Look Up Table)として参照する方法である。撮像パラメータDB30には、特性データ(上述のように、複数の画質項目それぞれについての現在の項目値からの変化量を表すもの)と、撮像パラメータ(に含まれる各パラメータ)の変化量を示す情報との複数の組み合わせが記憶されている。撮像パラメータDB30は、例えば超音波診断装置10の製造者や管理者などによって予め作成されてメモリ28に記憶される。パラメータ決定部36は、特性データ決定部34が決定した特定データをキーとして撮像パラメータDB30を検索し、当該特定データ(又はそれに類似する特定データ)に関連付けられている撮像パラメータの変化量を特定する。そして、現在の撮像パラメータに特定した変化量を適用することで、調整後の撮像パラメータを得る。 A first method for determining imaging parameters is to refer to the imaging parameter DB 30 stored in the memory 28 as an LUT (Look Up Table). The imaging parameter DB 30 includes characteristic data (as described above, representing the amount of change from the current item value for each of a plurality of image quality items) and information indicating the amount of change in the imaging parameter (each parameter included). Multiple combinations are stored. The imaging parameter DB 30 is created in advance by, for example, the manufacturer or administrator of the ultrasound diagnostic apparatus 10, and is stored in the memory 28. The parameter determining unit 36 searches the imaging parameter DB 30 using the specific data determined by the characteristic data determining unit 34 as a key, and identifies the amount of change in the imaging parameter associated with the specific data (or specific data similar thereto). . Then, by applying the specified change amount to the current imaging parameter, the adjusted imaging parameter is obtained.

撮像パラメータを決定する第2の方法は、撮像パラメータを変数とした、複数の画質項目のうちの注目画質項目に関する目的関数を生成し当該目的関数を最適化する最適化処理によって、特定データが示すように注目画質項目を増やす(又は減らす)撮像パラメータを決定する方法である。当該方法によれば、撮像パラメータDB30を予め用意しておく必要がない。例えば、注目画質項目をS/N比とし、S/N比を最小化するように送信ビームフォーミングパラメータに含まれる複数のパラメータを最適化する場合を例に説明する。 The second method for determining imaging parameters is to generate an objective function regarding the image quality item of interest among a plurality of image quality items using the imaging parameter as a variable, and to optimize the objective function. This is a method of determining imaging parameters that increase (or decrease) the number of image quality items of interest. According to this method, there is no need to prepare the imaging parameter DB 30 in advance. For example, a case will be described in which the image quality item of interest is the S/N ratio and a plurality of parameters included in the transmission beamforming parameters are optimized so as to minimize the S/N ratio.

ここでの目的関数は、

Figure 2024000892000002
となる。式1において、pは送信ビームフォーミングパラメータに含まれる複数のパラメータから成るパラメータベクトルp=(p、p、・・・、p)を表し、Eはサイドローブの信号成分を表し、Eはメインローブの信号成分を表す(図4参照)。パラメータ決定部36は、この目的関数を最小化するようなパラメータベクトルpを探索する。 The objective function here is
Figure 2024000892000002
becomes. In Equation 1, p represents a parameter vector p=(p 1 , p 2 , . . . , p n ) consisting of multiple parameters included in the transmit beamforming parameters, E N represents a sidelobe signal component, E S represents the main lobe signal component (see FIG. 4). The parameter determination unit 36 searches for a parameter vector p that minimizes this objective function.

まず、パラメータ決定部36は、以下の式2で表される、f(p)の勾配ベクトル∇f(p)を演算する。

Figure 2024000892000003
∇f(p)は、パラメータベクトルpを微量変化させたときにf(p)の変化量が最大となる方向を意味する。したがって、パラメータ決定部36は、演算した勾配ベクトル∇f(p)が示す方向とは反対方向、すなわち、-∇f(x)の方向にパラメータベクトルpの各成分を所定量(微量)変化させる。ここでの変化量は、予め定められていてよい。 First, the parameter determining unit 36 calculates the gradient vector ∇f(p) of f(p), which is expressed by the following equation 2.
Figure 2024000892000003
∇f(p) means the direction in which the amount of change in f(p) is maximum when the parameter vector p is slightly changed. Therefore, the parameter determining unit 36 changes each component of the parameter vector p by a predetermined amount (a small amount) in the opposite direction to the direction indicated by the calculated gradient vector ∇f(p), that is, in the direction of −∇f(x). . The amount of change here may be determined in advance.

パラメータ決定部36は、変化後のパラメータベクトルpについて、再度上記式(2)によって勾配ベクトル∇f(p)を演算し、-∇f(x)の方向にパラメータベクトルpの各成分を再度所定量変化させる。 The parameter determination unit 36 calculates the gradient vector ∇f(p) again using the above equation (2) for the parameter vector p after the change, and repositions each component of the parameter vector p in the direction of -∇f(x). Change quantitatively.

このような処理を繰り返していって、パラメータベクトルpを探索していき、f(p)が十分に小さいと判断された場合、例えば、勾配ベクトル∇f(x)の大きさが所定値未満となった場合のパラメータベクトルpを調整後の送信ビームフォーミングパラメータとする。 By repeating this process and searching for the parameter vector p, if f(p) is determined to be sufficiently small, for example, if the magnitude of the gradient vector ∇f(x) is less than a predetermined value. In this case, the parameter vector p is set as the adjusted transmission beamforming parameter.

上述のように、目的関数を最小化することで撮像パラメータを決定する場合、注目画質項目が最適化されても、他の画質項目の値が望まれないものとなってしまう場合がある。上述の例で言えば、S/N比を最小化した結果、分解能又は感度がかなり下がってしまうことは適切ではない。 As described above, when determining imaging parameters by minimizing the objective function, even if the image quality item of interest is optimized, the values of other image quality items may become undesirable. In the above example, it is not appropriate for minimizing the signal-to-noise ratio to result in a significant decrease in resolution or sensitivity.

したがって、パラメータ決定部36は、注目画質項目に関する目的関数において、複数の画質項目のうち注目画質項目以外の画質項目に関する制約条件を課した上で、当該目的関数を最小化することで撮像パラメータを決定するとよい。例えば、式1が目的関数である場合、
分解能についての制約条件:撮像範囲内の分解能の平均値>現在値×W
感度についての制約条件:撮像範囲内の感度の平均値>現在値×W
との制約条件を付すとよい。ここで、W及びWは重みであり、ユーザなどによって予め定められていてよい。
Therefore, the parameter determining unit 36 sets the imaging parameters by minimizing the objective function after imposing constraints on image quality items other than the image quality item of interest among the plurality of image quality items in the objective function regarding the image quality item of interest. It is good to decide. For example, if equation 1 is the objective function,
Constraints on resolution: average value of resolution within the imaging range > current value x W 1
Constraints on sensitivity: average value of sensitivity within the imaging range > current value x W 2
It is recommended to add a constraint condition such as: Here, W 1 and W 2 are weights, which may be predetermined by the user or the like.

上記制約条件によれば、注目画質項目を最適化するに当たり、注目画質項目以外の画質項目が所定値(詳しくは現在値×重み)以下となることを抑制することができる。制約条件を課した上での目的関数を最小化するための手法としては、例えば、逐次2次計画法、内点法、拡張ラグランジュ関数法などを用いることができる。 According to the above constraint conditions, when optimizing the image quality item of interest, it is possible to prevent image quality items other than the image quality item of interest from falling below a predetermined value (more specifically, current value x weight). As a method for minimizing the objective function with constraint conditions imposed, for example, sequential quadratic programming, interior point method, extended Lagrangian function method, etc. can be used.

上述のように、本実施形態では、特性データ決定部34が特性データを決定し、パラメータ決定部36は、特性データに基づいて撮像パラメータを決定している。しかしながら、パラメータ決定部36は、受信フレームデータの信号特性又は超音波画像の画像特性に基づいて、撮像パラメータ(特に送信ビームフォーミングパラメータ又は受信ビームフォーミングパラメータ)を直接決定することもできる。ただし、この場合、受信フレームデータの信号特性又は超音波画像の画像特性としては、膨大な数の特性項目に対する特性値を有し得るところ、特性データのような、最適化の指標無くして撮像パラメータを最適化しようとすると、その演算量が大きくなってしまう場合がある。特に、プローブ12が2次元超音波プローブであり、受信フレームデータがボリュームデータである場合には、特に演算量が大きくなってしまう。 As described above, in this embodiment, the characteristic data determining section 34 determines the characteristic data, and the parameter determining section 36 determines the imaging parameters based on the characteristic data. However, the parameter determining unit 36 can also directly determine the imaging parameters (particularly the transmit beamforming parameters or the receive beamforming parameters) based on the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image. However, in this case, the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasonic image may have characteristic values for a huge number of characteristic items. If you try to optimize it, the amount of calculations may become large. In particular, when the probe 12 is a two-dimensional ultrasound probe and the received frame data is volume data, the amount of calculation becomes particularly large.

したがって、特性データ決定部34が特性データを決定し、パラメータ決定部36は、特性データに基づいて撮像パラメータを決定するのが望ましい。すなわち、特性データを利用することで、撮像パラメータを決定するための演算量を低減することができるという効果を奏する。 Therefore, it is desirable that the characteristic data determination section 34 determine the characteristic data, and that the parameter determination section 36 determine the imaging parameters based on the characteristic data. That is, by using the characteristic data, it is possible to reduce the amount of calculation for determining the imaging parameters.

パラメータ決定部36は、決定(変更)した撮像パラメータを、送信部14、受信部16、信号処理部18、又は、画像形成部20の各部に送信する。変更された撮像パラメータを受けた上記各部は、変更後の撮像パラメータを用いて処理を行う。これにより、変更前の撮像パラメータを用いた場合に比して、高画質な超音波画像を形成し得る。 The parameter determining section 36 transmits the determined (changed) imaging parameters to each section of the transmitting section 14, the receiving section 16, the signal processing section 18, or the image forming section 20. Each of the above units that has received the changed imaging parameters performs processing using the changed imaging parameters. Thereby, a higher quality ultrasound image can be formed compared to the case where the imaging parameters before the change are used.

図5は、図4同様、所定深度における方位方向Xに対する超音波ビームの信号強度の分布を示す図である。図5においては、破線が、変更前の送信ビームフォーミングパラメータを用いて送信ビームフォーミングをしたときの超音波ビーム信号強度の分布を示し、実線が、変更後の送信ビームフォーミングパラメータを用いて送信ビームフォーミングをしたときの超音波ビーム信号強度の分布を示す。図5に示すように、送信ビームフォーミングパラメータの変更に応じて、超音波ビームのS/N比が改善されている。 Similar to FIG. 4, FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the signal intensity of the ultrasound beam in the azimuth direction X at a predetermined depth. In FIG. 5, the broken line shows the distribution of the ultrasound beam signal intensity when transmitting beamforming is performed using the transmitting beamforming parameters before the change, and the solid line shows the transmitting beam signal intensity distribution when transmitting beamforming is performed using the transmitting beamforming parameters after the change. It shows the distribution of ultrasound beam signal intensity when forming. As shown in FIG. 5, the S/N ratio of the ultrasound beam is improved according to changes in the transmit beamforming parameters.

以下、図6に示すフローチャートに従って、本実施形態に係る超音波診断装置10の処理の流れを説明する。 Hereinafter, the flow of processing of the ultrasound diagnostic apparatus 10 according to this embodiment will be explained according to the flowchart shown in FIG.

ステップS10において、送信部14は、現在の送信ビームフォーミングパラメータに基づく送信信号をプローブ12に送信する。これにより、プローブ12により送信ビームフォーミングが行われ、超音波ビームが被検体に送信される。そして、プローブ12は、被検体からの反射波を受信し、受信信号を受信部16へ送信する。受信部16は、現在の受信ビームフォーミングパラメータに基づく受信ビームフォーミングを行い、受信フレーム信号を生成する。 In step S10, the transmitter 14 transmits a transmit signal based on the current transmit beamforming parameters to the probe 12. As a result, transmission beam forming is performed by the probe 12, and an ultrasound beam is transmitted to the subject. Then, the probe 12 receives the reflected wave from the subject and transmits the received signal to the receiving section 16. The receiving unit 16 performs receive beamforming based on current receive beamforming parameters and generates a receive frame signal.

ステップS12において、信号処理部18は、現在の信号処理パラメータに基づく信号処理を行う。また、画像形成部20は、現在の画像形成パラメータに基づく画像形成処理を行って超音波画像を形成する。 In step S12, the signal processing unit 18 performs signal processing based on the current signal processing parameters. The image forming unit 20 also performs image forming processing based on current image forming parameters to form an ultrasound image.

ステップS14において、特性データ決定部34は、信号処理後の受信フレームデータの信号特性、又は、超音波画像の画像特性を解析する。 In step S14, the characteristic data determination unit 34 analyzes the signal characteristics of the received frame data after signal processing or the image characteristics of the ultrasound image.

ステップS16において、特性データ決定部34は、ステップS14における解析結果に基づいて、特性データ(図2A~図2C参照)を決定する。 In step S16, the characteristic data determination unit 34 determines characteristic data (see FIGS. 2A to 2C) based on the analysis result in step S14.

ステップS18において、パラメータ決定部36は、ステップS16で決定された特性データに基づいて、LUTを用いた方法又は目的関数を最適化する方法などによって、変更後の撮像パラメータを決定する。 In step S18, the parameter determination unit 36 determines the changed imaging parameters based on the characteristic data determined in step S16, by a method using an LUT, a method of optimizing an objective function, or the like.

ステップS20において、パラメータ決定部36は、ステップS18で決定した変更後の撮像パラメータを、送信部14、受信部16、信号処理部18、又は画像形成部20の少なくとも1つに送信する。 In step S20, the parameter determining unit 36 transmits the changed imaging parameters determined in step S18 to at least one of the transmitting unit 14, the receiving unit 16, the signal processing unit 18, or the image forming unit 20.

ステップS22において、送信部14、受信部16、信号処理部18、及び画像形成部20は、変更後の撮像パラメータを用いて、受信フレームデータを取得し、受信フレームデータに対する信号処理を行い、受信フレームデータに基づいて超音波画像を生成する。 In step S22, the transmitting unit 14, receiving unit 16, signal processing unit 18, and image forming unit 20 acquire received frame data using the changed imaging parameters, perform signal processing on the received frame data, and receive Generate ultrasound images based on frame data.

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

10 超音波診断装置、12 プローブ、14 送信部、16 受信部、18 信号処理部、20 画像生成部、22 表示制御部、24 ディスプレイ、26 入力インターフェース、28 メモリ、30 撮像パラメータDB、32 制御部、34 特性データ決定部、36 パラメータ決定部。
Reference Signs List 10 ultrasound diagnostic apparatus, 12 probe, 14 transmitter, 16 receiver, 18 signal processor, 20 image generator, 22 display controller, 24 display, 26 input interface, 28 memory, 30 imaging parameter DB, 32 controller , 34 characteristic data determination section, 36 parameter determination section.

Claims (9)

超音波を送受信することにより得られた受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波の送信ビームフォーミングに関する送信ビームフォーミングパラメータ、又は、超音波の受信ビームフォーミングに関する受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方を決定するパラメータ決定部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
Transmission beamforming parameters related to ultrasound transmission beamforming based on signal characteristics of reception frame data obtained by transmitting and receiving ultrasound or image characteristics of an ultrasound image formed based on the reception frame data. , or a parameter determination unit that determines at least one of reception beamforming parameters regarding ultrasound reception beamforming;
An ultrasonic diagnostic device comprising:
前記送信ビームフォーミングパラメータには、超音波プローブが有する振動素子アレイのうちの超音波を送信する振動素子を示す送信開口、被検体に送信される超音波の送信焦点、前記送信開口に含まれる各前記振動素子から送信される超音波の振幅を示す送信アポダイゼーション、前記超音波プローブに供給される電気信号である送信信号の波形、前記送信開口に含まれる各前記振動素子からの超音波の送信タイミング、又は、被検体に送信される超音波の送信間隔、の少なくとも1つを決定するためのパラメータが含まれ、
前記受信ビームフォーミングパラメータには、超音波プローブが有する振動素子アレイのうちの被検体からの反射波を受信する振動子を示す受信開口、前記反射波の受信焦点、前記受信開口に含まれる各前記振動素子に付され各前記振動素子が受信した反射波の重みを示す受信アポダイゼーション、前記反射波の受信間隔、又は、開口合成処理における合成重み係数、の少なくとも1つを決定するためのパラメータが含まれる、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
The transmission beamforming parameters include a transmission aperture indicating a transducer element that transmits ultrasonic waves out of the transducer array included in the ultrasound probe, a transmission focus of the ultrasonic wave to be transmitted to the subject, and each of the transmission apertures included in the transmission aperture. Transmission apodization indicating the amplitude of the ultrasonic waves transmitted from the transducer element, a waveform of a transmission signal that is an electric signal supplied to the ultrasonic probe, and transmission timing of the ultrasonic waves from each of the transducer elements included in the transmission aperture. , or a transmission interval of ultrasonic waves transmitted to the subject,
The reception beamforming parameters include a reception aperture indicating a transducer that receives reflected waves from the subject in the transducer array of the ultrasonic probe, a reception focus of the reflected waves, and each of the transducers included in the reception aperture. Includes a parameter for determining at least one of reception apodization that is attached to a vibrating element and indicates the weight of a reflected wave received by each vibrating element, a reception interval of the reflected waves, or a synthesis weighting coefficient in aperture synthesis processing. Become,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, characterized in that:
前記受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波画像の画質に関する複数の画質項目それぞれについての変化量を表す特性データを決定する特性データ決定部、
をさらに備え、
前記パラメータ決定部は、決定された前記特性データに基づいて、前記送信ビームフォーミングパラメータ又は前記受信ビームフォーミングパラメータの少なくとも一方を決定する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波診断装置。
Based on the signal characteristics of the received frame data or the image characteristics of the ultrasound image formed based on the received frame data, characteristic data representing the amount of change for each of a plurality of image quality items regarding the image quality of the ultrasound image is generated. a characteristic data determining unit to determine;
Furthermore,
The parameter determining unit determines at least one of the transmit beamforming parameter or the receive beamforming parameter based on the determined characteristic data.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that:
超音波を送受信することにより得られた受信フレームデータの信号特性、又は、前記受信フレームデータに基づいて形成される超音波画像の画像特性に基づいて、超音波画像の画質に関する複数の画質項目それぞれについての変化量を表す特性データを決定する特性データ決定部と、
決定された前記特性データに基づいて、超音波の送受信から超音波画像の形成までの処理に関する撮像パラメータを決定するパラメータ決定部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
Each of a plurality of image quality items related to the image quality of an ultrasound image is determined based on the signal characteristics of received frame data obtained by transmitting and receiving ultrasound, or the image characteristics of an ultrasound image formed based on the received frame data. a characteristic data determination unit that determines characteristic data representing the amount of change in;
a parameter determination unit that determines imaging parameters related to processing from transmission and reception of ultrasound to formation of ultrasound images based on the determined characteristic data;
An ultrasonic diagnostic device comprising:
前記撮像パラメータには、超音波の送信ビームフォーミングに関する送信ビームフォーミングパラメータ、超音波の受信ビームフォーミングに関する受信ビームフォーミングパラメータ、受信フレームデータに対する信号処理に関する信号処理パラメータ、又は、超音波画像の形成処理に関する画像形成処理パラメータの少なくとも1つが含まれる、
ことを特徴とする請求項4に記載の超音波診断装置。
The imaging parameters include transmission beamforming parameters related to ultrasound transmission beamforming, reception beamforming parameters related to ultrasound reception beamforming, signal processing parameters related to signal processing for received frame data, or signal processing parameters related to ultrasound image formation processing. at least one image forming processing parameter is included;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4, characterized in that:
前記パラメータ決定部は、前記特性データと前記撮像パラメータの変化量を示す情報との複数の組み合わせが記憶された撮像パラメータデータベースを参照し、前記撮像パラメータデータベースにおいて、前記特性データと同一又は類似する特性データに関連付けられた撮像パラメータの変化量を示す情報に基づいて前記撮像パラメータを決定する、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の超音波診断装置。
The parameter determining unit refers to an imaging parameter database storing a plurality of combinations of the characteristic data and information indicating the amount of change in the imaging parameter, and selects a characteristic that is the same as or similar to the characteristic data in the imaging parameter database. determining the imaging parameter based on information indicating the amount of change in the imaging parameter associated with data;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that:
前記パラメータ決定部は、前記複数の画質項目のうちの注目画質項目を最適化する最適化処理によって前記撮像パラメータを決定する、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の超音波診断装置。
The parameter determination unit determines the imaging parameters by an optimization process that optimizes a focused image quality item among the plurality of image quality items.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that:
前記パラメータ決定部は、前記複数の画質項目のうち前記注目画質項目以外の画質項目に関する制約条件を課した前記最適化処理によって前記撮像パラメータを決定する、
ことを特徴とする請求項7に記載の超音波診断装置。
The parameter determining unit determines the imaging parameters by the optimization process that imposes constraints on image quality items other than the image quality item of interest among the plurality of image quality items.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 7, characterized in that:
前記受信フレームデータは、振動素子が2次元配列された2次元超音波プローブで得られたボリュームデータである、
ことを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。
The received frame data is volume data obtained by a two-dimensional ultrasound probe in which vibrating elements are two-dimensionally arranged.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6, characterized in that:
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