JP4473388B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に周波数コンパウンド法が適用される超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波診断装置において表示されるBモード画像(白黒断層画像)には、生体内の構造物と直接は関係なく、超音波の波面の干渉により発生する粒状模様のスペックルというアーティファクトが存在する。これを低減する方法として、以下のような文献に記載されている周波数コンパウンド法が知られている。
【0003】
1)G.E.Trahey,J.W.Allison,S.W.Smith,and O.T.von Ramm,A Quantitative Approach to Speckle Reduction via Frequency Compounding,Ultrasonic Imaging 8151-164(1986)
2)Steve M.Gehlbach,F.Graham Sommer,Frequency Diversity Speckle Processing, Ultrasonic Imaging 9,92-105(1987)
3)吉田、中島、油田、超音波断層像におけるスペックルノイズの実時間軽減法,Jpn J Med Ultrasonics Vol.13,No.5,305-314,(1986)
この周波数コンパウンド法は、受信信号を複数の帯域に分割し、各帯域で独立に検波した後、その結果を重ね合わせることでスペックルノイズを低減する方法である。つまり、干渉条件を帯域ごとに変化させてスペックルノズルを目立たなくするものである。
【0004】
従来手法では、複数の帯域分割に当たって、複数の帯域通過フィルタ(BPF)が利用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の周波数コンパウンド法によると、スペックルノイズは低減されるものの、距離分解能が低下し、このため画像がぼやけてしまうというという画質劣化の問題がある。
【0006】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、スペックルノイズの低減を行いつつも距離分解能の低下を改善可能な超音波診断装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う個別帯域抽出手段と、前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する広帯域抽出手段と、前記複数の周波数帯域ごとの信号成分及び前記広帯域の信号成分を加算する加算手段と、を含むことを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、個別帯域抽出手段によって抽出された狭帯域の複数の信号成分と、広帯域抽出手段によって抽出された広帯域の信号成分と、を加算することによって、スペックル低減効果を得ると同時に、距離方向(深さ方向)の空間分解能が向上可能である。
【0009】
望ましくは、前記加算手段は重み付け加算を行う。各重み付け係数はスペックル低減を強調するか空間分解能を強調するか等によって適宜調整可能である。例えば、診断部位、体質などの要因に基づいて人為的に又は自動的に重み付け係数の切換設定を行うようにしてもよい。
【0010】
望ましくは、前記個別帯域抽出手段は各帯域ごとに並列に設けられた複数のバンドパスフィルタで構成され、前記広帯域抽出手段は前記広帯域に対応したバンドパスフィルタで構成される。望ましくは、前記各バンドパスフィルタの特性が診断距離に応じて可変設定される。エコーの周波数特性は深さに応じて変化するため、それ応じてバンドパスフィルタの特性を可変すれば、より適切な効果を発揮させることができる。
【0011】
望ましくは、前記個別抽出手段は、各帯域ごとに並列に設けられた複数の第1直交検波器及び複数の狭帯域ローパスフィルタで構成され、前記広帯域抽出手段は前記広帯域に対応した第2直交検波器及び広帯域ローパスフィルタで構成される。このように直交検波方式を利用しても所望の帯域成分の抽出を行える。
【0012】
望ましくは、前記複数の第1直交検波器に対して、前記各帯域に対応した互いに異なる周波数をもった複数の第1参照信号を供給する第1参照信号出力部と、前記第2直交検波器に対して、前記広帯域に対応した周波数をもった第2参照信号を供給する第2参照信号出力部と、を含む。望ましくは、前記第1参照信号及び前記第2参照信号の各周波数が診断距離に応じて可変設定される。
【0013】
(2)なお、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う個別帯域抽出手段と、前記複数の周波数帯域ごとの信号成分及び前記受信信号を重み付け加算する加算手段と、を設けることもできる。
【0014】
この構成によれば、事実上の広帯域信号を重み付け加算して、スペックル低減効果と空間分解能向上の効果とを得ることが可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【0016】
図1には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示すブロック図である。
【0017】
プローブ10は、体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられる超音波探触子である。プローブ10内にはアレイ振動子が収容され、そのアレイ振動子に対して電子リニア走査や電子セクタ走査を適用することによって二次元データ取込領域である走査面を形成可能である。送信器12は、プローブ10に対して送信信号を供給する回路である。
【0018】
プローブ10から出力される受信信号(具体的には各振動素子から出力される複数の受信信号)は、受信アンプ14によってそれぞれ増幅された後、AD変換器16に入力され、そこでアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された複数の受信信号は整相加算器18に入力され、そこで受信ビーム形成のための整相加算を実行することにより、整相加算後の受信信号が生成される。その受信信号はスペックル低減回路20に入力されている。このスペックル低減回路20は、互いに並列接続されたn個の狭帯域通過フィルタ221〜22nと、それらの各狭帯域通過フィルタ221〜22nごとに設けられたn個の包絡線検出器261〜26nと、広帯域通過フィルタ24と、その後段に設けられた包絡線検出器28と、各包絡線検出器261〜26n及び28から出力される検波後の受信信号を重み付け加算する加算器30と、で構成されている。ここで、図3には、各帯域通過フィルタの周波数特性が示されている。ちなみに、図2には従来におけるスペックル低減回路に含まれる各帯域通過フィルタの周波数特性が示されている。
【0019】
従来においては、受信信号を100のスペクトルに対して互いにできるだけオーバーラップしないように複数の狭帯域102〜108が設定され、それぞれの狭帯域ごとの信号成分を加算する処理が行われていた。
【0020】
これに対し、本実施形態においては、図3に示すように、複数の狭帯域102〜108は従来同様に設定されるが、更に、それらをカバーする広帯域110が設定される。ここで、各狭帯域102〜108は、図1に示した狭帯域通過フィルタ221〜22nの周波数特性に相当するものであり、広帯域110は図1に示した広帯域通過フィルタ24の周波数特性に相当している。
【0021】
したがって、従来例においては、確かにスペックルが低減されるものの距離方向の空間分解能の低下という問題があったが、本実施形態によれば、広帯域成分を補って信号加算を行うことができるので、そのような距離方向における空間分解能の低下を低減できるという利点がある。
【0022】
ちなみに、図6には、一般論として、フィルタにおける帯域幅と距離方向の空間分解能との関係が示されており、図示されるように帯域幅が狭くなればなるほど距離方向の空間分解能が劣化する。
【0023】
ちなみに、図3に示したフィルタ特性において、できるだけ各帯域の信号の相互相関値を小さくした方がスペックル低減効果が高くなるため、隣り合う狭帯域は互いにオーバーラップしないように設定しておくのが望ましい。
【0024】
上記のように、各包絡線検出器261〜26n及び28から出力される検波後の受信信号は加算器30において重み付け加算される。ここで各重み付け係数は任意に設定することが可能であり、例えばスペックル低減効果をより優先させるならば、複数の狭帯域に対応する受信信号成分に対してより大きな重み付け値を与えればよく、また、距離方向の時間分解能を優先させるならば、広帯域の受信信号成分に対してより大きな重み付け値を与えればよい。
【0025】
スペックル低減回路20から出力される処理後の受信信号は、従来同様に、信号圧縮器32に入力され、そこで対数圧縮が行われた後、低域通過フィルタ34にて低域成分のみが抽出される。そして、その低域成分を有する受信信号は、スキャン変換器36に入力される。ここで、スキャン変換器36はデジタルスキャンコンバータ(DSC)として構成されるものであり、従来同様にスキャン変換器36において座標変換や補間処理などが行われ、それにより形成された超音波画像が表示器38に表示される。
【0026】
ところで、本実施形態においては、図示されていない帯域制御部によって、狭帯域通過フィルタ221〜22nと広帯域通過フィルタ24の周波数特性が可変設定されている。具体的には、図4に示すような深さとの関数において帯域通過フィルタの中心周波数が連続的に可変設定されている。具体的に見ると、符号202は広帯域通過フィルタ24の中心周波数を表しており、符号200,201,203,204は、それぞれ狭帯域通過フィルタ221〜22nの中心周波数を表している。周知のように、超音波のエコーはその深さが深くなるにしたがって高域成分が低減することが知られており、図4に示すような中心周波数の連続可変によれば、そのような超音波の特有の性質に合致して適切なフィルタリングを行えるという利点がある。
【0027】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、超音波画像に生ずる特有のスペックルという現象を低減できるとともに、そのスペックル低減に伴う距離方向分解能の低下という問題に対処することが可能となる。よって、超音波画像の画質を著しく向上できるという利点がある。
【0028】
図5には、他の実施形態が示されている。この図5に示すスペックル低減回路20Aは図1に示すスペックル低減回路20に相当するものである。このスペックル低減回路20Aにおいては、複数の直交検波部39が設けられている。具体的には、複数の狭帯域ごとに直交検波部が設けられ、また広帯域に対応して1つの直交検波部が設けられている。ここで、図5において、符号40,42は、受信信号に対して参照信号を混合するミキサを表しており、それぞれのミキサ40,42には、位相シフタ41の作用によって互いに90度位相の異なる参照信号が供給されている。2つのミキサ40,42から出力される受信信号は、ローパスフィルタ(LPF)44,46を介して演算器48に入力されている。ローパスフィルタ44,46はベースバンド領域の信号成分を抽出する回路である。ローパスフィルタ44,46は狭帯域のローパスフィルタであり、後述するローパスフィルタ64,66が広帯域のローパスフィルタである。
【0029】
演算器48は、各ローパスフィルタから出力される受信信号、具体的には複素信号に対して所定の演算を実行する回路であり、実数部の二乗と虚数部の二乗を加算し、さらに加算結果に対して平方根を演算することによって、受信信号の振幅を演算する回路である。その振幅情報は重み付け回路50によって重み付けが行われた後、加算器52に出力されている。
【0030】
一方、広帯域処理に対しては、上記同様に受信信号に対してミキサ60,62において互いに位相の異なる2つの参照信号が混合される。ここで、符号61は位相シフタを表している。上記のように広帯域用のローパスフィルタ64,66を介して出力された受信信号は演算器68に入力され、上記演算器48と同様の演算を実行することによって広帯域成分の振幅が演算される。その情報は重み付け回路70によって重み付けされた後、加算器52に送られる。
【0031】
加算器52は各信号成分に対する加算を実行し、その加算結果を演算器54に出力する。ここで、その演算器54は重み付け値の総数で加算結果を割ることにより規格化を行うものである。ちなみに、図5において各信号成分に乗算される重み付け値はa1〜an及びawで表されている。
【0032】
図5に示すスペックル低減回路20Aにおいても複数の狭帯域及び広帯域の中心周波数をエコーの深さに応じて連続的に可変するのが望ましく、その場合においては図4に示すような特性にしたがって中心周波数の可変設定が行われる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波画像特有のスペックルを低減しつつ距離方向分解能を改善できるという利点がある。また、本発明によれば、帯域の中心周波数を連続可変することにより、深さ方向にわたってより良好な画質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図2】 従来における周波数コンパウンド方式に従う帯域設定を説明するための図である。
【図3】 本実施形態に係る周波数コンパウンド方式に従う帯域設定を説明するための図である。
【図4】 帯域通過フィルタの中心周波数の連続可変を説明するための図である。
【図5】 他の実施形態に係るスペックル低減回路の構成例を示す図である。
【図6】 帯域幅と距離方向空間分解能との関係を示す図である。
【符号の説明】
10 プローブ、12 送信器、14 受信アンプ、16 AD変換器、18整相加算器、20 スペックル低減回路、32 信号圧縮器、34 低域通過フィルタ、36 スキャン変換器、38 表示器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus to which a frequency compound method is applied.
[0002]
[Prior art]
In the B-mode image (black and white tomographic image) displayed in the ultrasonic diagnostic apparatus, there is an artifact called speckle with a granular pattern generated by interference of the wavefront of the ultrasonic wave regardless of the structure in the living body. As a method for reducing this, a frequency compound method described in the following literature is known.
[0003]
1) GETrahey, JW Allison, SWSmith, and OTvon Ramm, A Quantitative Approach to Speckle Reduction via Frequency Compounding, Ultrasonic Imaging 8151-164 (1986)
2) Steve M. Gehlbach, F. Graham Sommer, Frequency Diversity Speckle Processing, Ultrasonic Imaging 9,92-105 (1987)
3) Yoshida, Nakajima, Oilfield, Real time reduction method of speckle noise in ultrasonic tomogram, Jpn J Med Ultrasonics Vol.13, No.5, 305-314, (1986)
This frequency compound method is a method of reducing speckle noise by dividing a received signal into a plurality of bands, independently detecting each band, and then superimposing the results. That is, the speckle nozzle is made inconspicuous by changing the interference condition for each band.
[0004]
In the conventional method, a plurality of band pass filters (BPF) are used for dividing a plurality of bands.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional frequency compound method, although speckle noise is reduced, there is a problem in image quality deterioration that the distance resolution is lowered and the image is blurred.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of improving a decrease in distance resolution while reducing speckle noise.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above-described object, the present invention provides transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves and outputting a reception signal, and separating signal components from the reception signal for a plurality of different frequency bands. An individual band extracting unit that performs extraction; a wideband extracting unit that extracts a wideband signal component covering the plurality of frequency bands from the received signal; and a signal component for each of the plurality of frequency bands and the wideband signal component. Adding means for adding.
[0008]
According to the above configuration, the speckle reduction effect can be obtained simultaneously by adding the plurality of narrowband signal components extracted by the individual band extraction unit and the wideband signal component extracted by the wideband extraction unit. The spatial resolution in the distance direction (depth direction) can be improved.
[0009]
Preferably, the adding means performs weighted addition. Each weighting factor can be appropriately adjusted depending on whether the speckle reduction is emphasized or the spatial resolution is emphasized. For example, the weighting coefficient switching setting may be performed artificially or automatically based on factors such as a diagnosis part and a constitution.
[0010]
Preferably, the individual band extracting unit includes a plurality of band pass filters provided in parallel for each band, and the wide band extracting unit includes a band pass filter corresponding to the wide band. Preferably, the characteristic of each bandpass filter is variably set according to the diagnostic distance. Since the frequency characteristics of the echo change according to the depth, if the characteristics of the bandpass filter are varied accordingly, a more appropriate effect can be exhibited.
[0011]
Preferably, the individual extraction means includes a plurality of first quadrature detectors and a plurality of narrowband lowpass filters provided in parallel for each band, and the wideband extraction means is a second quadrature detection corresponding to the wideband. And a broadband low-pass filter. As described above, a desired band component can be extracted even if the quadrature detection method is used.
[0012]
Preferably, a first reference signal output unit that supplies a plurality of first reference signals having different frequencies corresponding to the respective bands to the plurality of first quadrature detectors, and the second quadrature detector. And a second reference signal output unit for supplying a second reference signal having a frequency corresponding to the broadband. Preferably, each frequency of the first reference signal and the second reference signal is variably set according to a diagnostic distance.
[0013]
(2) Note that transmission / reception means for transmitting and receiving ultrasonic waves and outputting a reception signal, individual band extraction means for separating and extracting signal components for each of a plurality of different frequency bands from the reception signal, It is also possible to provide a signal component for each of a plurality of frequency bands and an adding means for weighted addition of the received signals .
[0014]
According to this configuration, it is possible to obtain a speckle reduction effect and a spatial resolution improvement effect by weighting and adding the actual wideband signal.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof.
[0017]
The
[0018]
Received signals output from the probe 10 (specifically, a plurality of received signals output from the respective vibration elements) are respectively amplified by the
[0019]
Conventionally, a plurality of
[0020]
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the plurality of
[0021]
Therefore, in the conventional example, although speckle is surely reduced, there is a problem of a decrease in spatial resolution in the distance direction. However, according to the present embodiment, signal addition can be performed by compensating for a broadband component. There is an advantage that a decrease in the spatial resolution in the distance direction can be reduced.
[0022]
Incidentally, FIG. 6 shows, as a general theory, the relationship between the bandwidth of the filter and the spatial resolution in the distance direction, and the spatial resolution in the distance direction deteriorates as the bandwidth becomes narrower as shown in the figure. .
[0023]
Incidentally, in the filter characteristics shown in FIG. 3, the effect of reducing speckles is enhanced by reducing the cross-correlation value of signals in each band as much as possible. Therefore, adjacent narrow bands should be set so as not to overlap each other. Is desirable.
[0024]
As described above, the detected received signals output from the envelope detectors 26 1 to 26 n and 28 are weighted and added in the
[0025]
The processed received signal output from the
[0026]
Incidentally, in the present embodiment, the frequency characteristics of the narrow band pass filters 22 1 to 22 n and the wide
[0027]
As described above, according to the above-described embodiment, it is possible to reduce the phenomenon of specific speckles that occur in an ultrasonic image, and to deal with the problem of a decrease in resolution in the distance direction due to the speckle reduction. Become. Therefore, there is an advantage that the image quality of the ultrasonic image can be remarkably improved.
[0028]
FIG. 5 shows another embodiment. The
[0029]
The
[0030]
On the other hand, for wideband processing, two reference signals having different phases from each other are mixed in the
[0031]
The
[0032]
Also in the
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an advantage that the resolution in the distance direction can be improved while reducing speckle peculiar to an ultrasonic image. Further, according to the present invention, it is possible to obtain better image quality in the depth direction by continuously varying the center frequency of the band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining band setting according to a conventional frequency compound method.
FIG. 3 is a diagram for explaining band setting according to a frequency compound system according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining continuous variation of the center frequency of the band-pass filter.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a speckle reduction circuit according to another embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between bandwidth and spatial resolution in the distance direction.
[Explanation of symbols]
10 probes, 12 transmitters, 14 reception amplifiers, 16 AD converters, 18 phasing adders, 20 speckle reduction circuits, 32 signal compressors, 34 low-pass filters, 36 scan converters, 38 displays.
Claims (2)
前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域について各周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う手段であって、前記複数の周波数帯域に対応して設けられた複数の個別帯域抽出用バンドパスフィルタで構成された個別帯域抽出手段と、
前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する手段であって、前記広帯域に対応した広帯域抽出用バンドパスフィルタで構成された広帯域抽出手段と、
前記複数の周波数帯域についての複数の信号成分及び前記広帯域の信号成分を重み付け加算する加算手段と、
前記個別帯域抽出手段を構成する複数の個別帯域抽出用バンドバスフィルタの特性を診断距離に応じて可変設定すると共に前記広帯域抽出手段を構成する広帯域抽出用バンドパスフィルタの特性を診断距離に応じて可変設定する帯域制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。A transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves and outputting a reception signal;
A means for separating and extracting signal components for each frequency band from a plurality of different frequency bands from the received signal, and a plurality of bandpass filters for individual band extraction provided corresponding to the plurality of frequency bands An individual band extraction means comprising:
Means for extracting a wideband signal component covering the plurality of frequency bands from the received signal, the wideband extraction means comprising a wideband extraction bandpass filter corresponding to the wideband ;
Adding means for weighted addition of a plurality of signal components for the plurality of frequency bands and the wideband signal components;
The characteristics of the plurality of bandpass filters for individual band extraction constituting the individual band extraction means are variably set according to the diagnostic distance, and the characteristics of the bandpass filter for wideband extraction constituting the wideband extraction means are set according to the diagnostic distance. A bandwidth control unit to variably set;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域について各周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う手段であって、前記複数の周波数帯域に対応して設けられた複数の第1直交検波器及び複数の狭帯域ローパスフィルタで構成された個別帯域抽出手段と、
前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する手段であって、前記広帯域に対応した第2直交検波器及び広帯域ローパスフィルタで構成された広帯域抽出手段と、
前記複数の周波数帯域についての複数の信号成分及び前記広帯域の信号成分を重み付け加算する加算手段と、
前記複数の第1直交検波器に対して、前記複数の周波数帯域に対応した互いに異なる周波数をもった複数の第1参照信号を供給する第1参照信号出力部と、
前記第2直交検波器に対して、前記広帯域に対応した周波数をもった第2参照信号を供給する第2参照信号出力部と、
前記複数の第1参照信号の周波数を診断距離に応じて可変設定すると共に前記第2参照信号の周波数を診断距離に応じて可変設定する帯域制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。A transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves and outputting a reception signal;
A means for separating and extracting signal components for each frequency band from a plurality of different frequency bands from the received signal, the plurality of first orthogonal detectors provided corresponding to the plurality of frequency bands, and a plurality of Individual band extraction means composed of a narrow band low pass filter,
Means for extracting a wideband signal component covering the plurality of frequency bands from the received signal, the wideband extraction means comprising a second quadrature detector corresponding to the wideband and a wideband low-pass filter;
Adding means for weighted addition of a plurality of signal components for the plurality of frequency bands and the wideband signal components;
A first reference signal output unit that supplies a plurality of first reference signals having different frequencies corresponding to the plurality of frequency bands to the plurality of first quadrature detectors;
A second reference signal output unit for supplying a second reference signal having a frequency corresponding to the wide band to the second quadrature detector;
A bandwidth control unit that variably set in accordance with the diagnostic distance frequency of the second reference signal with variably set in accordance with the frequency of the plurality of first reference signal to the diagnostic distance,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
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