JP5854929B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus, method for determining reliability of set sound speed, and program - Google Patents
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本発明は、超音波の送受信によって被検体の断層画像を生成する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that generates a tomographic image of a subject by transmitting and receiving ultrasonic waves.
超音波プローブから被検体に超音波を送信し、被検体内部からの反射波に基づいて被検体の断層画像を生成する超音波診断装置が知られている。電子スキャン方式の超音波診断装置においては、超音波画像の方位分解能を向上させるために、超音波を送信する際には超音波プローブの各電気音響変換素子に各電気音響変換素子の配置に応じた遅延時間差を有する駆動パルス信号を供給して素子間で超音波の送信タイミングをずらす送信フォーカスが行われる。一方、反射波を受信する際には、各電気音響変換素子において生成された受信信号の各々に対して各電気音響変換素子の配置に応じた遅延時間を与えて各受信信号の時相を揃える受信フォーカスが行われている。 2. Description of the Related Art An ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves from an ultrasonic probe to a subject and generates a tomographic image of the subject based on a reflected wave from the inside of the subject is known. In an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus, in order to improve the azimuth resolution of an ultrasonic image, when transmitting an ultrasonic wave, each electroacoustic transducer is arranged in accordance with the arrangement of each electroacoustic transducer in the ultrasonic probe. Transmission focus for shifting the transmission timing of ultrasonic waves between elements by supplying a drive pulse signal having a difference in delay time is performed. On the other hand, when receiving a reflected wave, a delay time corresponding to the arrangement of each electroacoustic transducer is given to each of the received signals generated in each electroacoustic transducer to align the time phases of the received signals. Receive focus is performed.
超音波の送信および受信の際に各信号に与えられる遅延時間は、各電気音響変換素子から焦点までの距離と伝搬媒質の音速に基づいて設定される。伝搬媒質の音速として通常、仮定した仮定音速を用いる。しかし、伝搬媒質となる生体組織はその部位によって音速が異なるので、遅延時間を設定するために用いた仮定音速と実際の音速との間に誤差が生じると送信および受信の双方において適切に焦点を形成できずに画質劣化を招来することとなる。この課題に対して、下記の特許文献には、受信信号に基づいて実際の音速を推定して超音波画像の画質を向上させる技術が開示されている。 The delay time given to each signal during transmission and reception of ultrasonic waves is set based on the distance from each electroacoustic transducer to the focal point and the sound speed of the propagation medium. The assumed hypothetical sound speed is usually used as the sound speed of the propagation medium. However, the biological tissue that is the propagation medium has different sound speeds depending on the site, so if there is an error between the assumed sound speed used to set the delay time and the actual sound speed, the focus will be appropriately focused on both transmission and reception. The image cannot be formed, resulting in image quality degradation. In response to this problem, the following patent document discloses a technique for improving the image quality of an ultrasonic image by estimating an actual sound speed based on a received signal.
例えば、特開2002−143153号公報には、ある設定音速に基づく遅延時間で受信信号を整相した後、隣接する2つのチャンネルの受信信号間の位相差を検出し、検出した位相差から遅延誤差ΔDを求め、遅延誤差ΔDと設定遅延時間Dとを加算して得られる適応遅延時間DAを求め、複数の異なる媒質音速に対応する参照遅延時間のうち、適応遅延時間DAに最も近いものを選択し、選択された参照遅延時間に対応する媒質音速を生体音速として選択することが記載されている。また、この文献には、各計測領域について得られた複数の媒質音速の推定値の確からしさを、適応遅延時間の分散によって評価し、最も評価値の高い媒質音速推定値を複数の領域に対する共通の設定音速として設定することが記載されている。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-143153, after phasing a received signal with a delay time based on a certain set sound velocity, a phase difference between the received signals of two adjacent channels is detected, and a delay is detected from the detected phase difference. An error ΔD is obtained, an adaptive delay time DA obtained by adding the delay error ΔD and the set delay time D is obtained, and a reference delay time corresponding to a plurality of different medium sound velocities is closest to the adaptive delay time DA. It is described that the medium sound speed corresponding to the selected reference delay time is selected as the biological sound speed. This document also evaluates the accuracy of the estimated values of the medium sound velocities obtained for each measurement area by the dispersion of the adaptive delay time, and the medium sound speed estimated value with the highest evaluation value is common to the multiple areas. Is set as the set sound speed.
上記の特許文献1に記載の技術においては、ある設定音速に基づいて整相した各チャンネルの受信信号間の位相差に対応する遅延時間誤差ΔDを演算により求めている。しかしながら、チャンネル間における遅延時間誤差ΔDの測定を安定的に行うことは容易ではない。すなわち、生体内に送信された超音波が干渉することによって受信信号に強度低下や波形歪みが生じると、遅延時間誤差ΔDの測定精度が著しく低下する。その結果、生体内における実際の音速の計算精度が低下してしまうことになる。また、上記の特許文献1に記載の技術においては、適応遅延時間の分散によって媒質音速の推定値の確からしさを評価しているが、上記のとおり遅延時間誤差ΔDの測定を安定的に行うことは容易ではないため、確からしさの判定を適切に行うことが困難となる場合がある。 In the technique described in Patent Document 1, the delay time error ΔD corresponding to the phase difference between the reception signals of the respective channels phased based on a certain set sound speed is obtained by calculation. However, it is not easy to stably measure the delay time error ΔD between channels. That is, when the intensity of the received signal is reduced or the waveform distortion is caused by the interference of the ultrasonic wave transmitted into the living body, the measurement accuracy of the delay time error ΔD is significantly reduced. As a result, the calculation accuracy of the actual sound speed in the living body is lowered. Further, in the technique described in Patent Document 1, the accuracy of the estimated value of the medium sound speed is evaluated by the dispersion of the adaptive delay time. However, as described above, the delay time error ΔD is stably measured. Since it is not easy, it may be difficult to appropriately determine the probability.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、被検体内の音速の推定値の信頼性を安定的に判定することができる超音波診断装置、設定音速の信頼性判定方法およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an ultrasonic diagnostic apparatus, a set sound speed reliability determination method, and a program capable of stably determining the reliability of an estimated sound speed value in a subject The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、被検体内に送信された超音波の反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々によって生成された受信信号を取得する受信信号取得手段と、複数の設定音速に基づいて導出された前記受信信号の各々の時間領域における前記受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出する最適設定音速導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出する信頼度導出手段と、を含む。
In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention acquires a reception signal generated by each of a plurality of electroacoustic transducer elements in accordance with an ultrasonic reflected wave transmitted into a subject. a reception signal obtaining means, a similarity indicating the similarity between the received signal mutual at each of the time domain of said received signal derived on the basis of a plurality of set sound velocities, is derived for each of the plurality of set sound velocities similar to Degree derivation means;
Optimum set sound speed deriving means for deriving an estimated value of sound speed in the subject as the optimum set sound speed based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity degree deriving means;
Reliability deriving means for deriving reliability indicating reliability of the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity deriving means; including.
上記の超音波診断装置は、前記複数の電気音響変換素子内の複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号を、複数の設定音速毎に整相する整相手段を更に含み、前記類似度算出手段は、前記整相手段によって整相された受信信号相互間の類似度を導出してもよい。
Upper Symbol of the ultrasonic diagnostic apparatus, a plurality of received signals generated at each of a plurality of electroacoustic transducer elements of said plurality of electroacoustic transducer elements, further phasing means for phasing for each of the plurality of set sound velocities The similarity calculation unit may derive a similarity between the received signals phased by the phase adjusting unit.
前記類似度導出手段は、比較基準となるテンプレート信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との比較によって前記類似度を導出してもよい。 The similarity deriving unit may derive the similarity by comparing a template signal serving as a reference for comparison with each of the received signals phased by the phase adjusting unit.
例えば、前記類似度導出手段は、前記テンプレート信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との相関値に基づいて前記類似度を導出してもよい。 For example, the similarity deriving unit may derive the similarity based on a correlation value between the template signal and each received signal phased by the phase adjusting unit.
前記テンプレート信号は、前記整相手段によって整相された受信信号の各々を積算した整相加算信号とすることができる。 The template signal may be a phasing addition signal obtained by integrating the received signals phased by the phasing means.
前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の比較によって前記類似度を導出してもよい。 The similarity deriving unit may derive the similarity by comparing adjacent received signals phased by the phase adjusting unit.
前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の相関値に基づいて前記類似度を導出してもよい。 The similarity deriving unit may derive the similarity based on a correlation value between adjacent reception signals phased by the phase adjusting unit.
前記最適設定音速導出手段は、前記類似度が最大となる設定音速を前記最適設定音速として導出してもよい。 The optimum set sound speed deriving unit may derive a set sound speed that maximizes the similarity as the optimum set sound speed.
前記最適設定音速導出手段は、前記類似度で前記設定音速の各々を重み付けして得られる重み付け平均値を前記最適設定音速として導出してもよい。 The optimum set sound speed deriving means may derive a weighted average value obtained by weighting each of the set sound speeds with the similarity as the optimum set sound speed.
前記信頼度導出手段は、前記最適設定音速に基づいて整相された受信信号間の類似度を当該最適設定音速の信頼度として導出してもよい。 The reliability deriving means may derive the similarity between the received signals phased based on the optimum set sound speed as the reliability of the optimum set sound speed.
前記受信信号取得手段は、前記被検体内の複数箇所に送信された超音波の反射波の各々に対応する複数ラインの受信信号を取得してもよい。この場合、前記整相手段は、複数の設定音速の各々に基づいて算出した各遅延時間を前記複数ラインの受信信号の各々に与えて前記設定音速毎に前記複数ラインの受信信号の各々を整相してもよい。前記類似度導出手段は、前記整相手段によって前記設定音速毎に整相された複数ラインの受信信号の各々における受信信号間の類似度を、前記受信信号の時間軸方向に沿った複数の演算対象領域毎に導出してもよい。前記最適設定音速導出手段は、前記複数ラインの受信信号の各々の各演算対象領域における受信信号間の類似度に基づいて、前記被検体内の複数の部位の各々における最適設定音速を導出してもよい。前記信頼度導出手段は、前記複数ラインの受信信号の各々の各演算対象領域における受信信号間の類似度を、前記被検体内の対応する部位の各々における最適設定音速の信頼度として導出してもよい。 The reception signal acquisition means may acquire a plurality of lines of reception signals corresponding to each of reflected ultrasonic waves transmitted to a plurality of locations in the subject. In this case, the phasing means gives each delay time calculated based on each of the plurality of set sound velocities to each of the plurality of lines of received signals, and adjusts each of the plurality of lines of received signals for each set sound speed. May be compatible. The similarity deriving means calculates a similarity between the received signals in each of the plurality of lines of received signals phased for each set sound speed by the phasing means, and performs a plurality of calculations along the time axis direction of the received signals. You may derive for every object field. The optimum set sound speed deriving means derives the optimum set sound speed at each of the plurality of parts in the subject based on the similarity between the reception signals in each calculation target region of each of the plurality of lines of reception signals. Also good. The reliability deriving means derives the similarity between the reception signals in each calculation target region of each of the reception signals of the plurality of lines as the reliability of the optimum set sound speed in each of the corresponding parts in the subject. Also good.
上記の超音波診断装置は、前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速の信頼度が所定の閾値よりも低い部位における最適設定音速を、前記閾値よりも高い信頼度の最適設定音速を用いた補間処理によって再設定する再設定手段を更に含んでいてもよい。 The ultrasonic diagnostic apparatus is configured to obtain an optimum set sound speed at a site where the reliability of the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving unit is lower than a predetermined threshold, and an optimum set sound speed having a reliability higher than the threshold. It may further include resetting means for resetting by the interpolation processing used.
上記の超音波診断装置は、前記整相手段が、前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速および前記再設定手段によって再設定された最適設定音速に基づいて算出した各遅延時間を前記受信信号の各々に与えて前記受信信号を整相し、加算手段が、前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々を積算して整相加算信号を生成し、画像生成手段が、前記整相加算信号に応じた画像を生成するように構成されていてもよい。 In the above ultrasonic diagnostic apparatus, the delay time calculated by the phasing means based on the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means and the optimum set sound speed reset by the resetting means Each of the received signals is phased with the received signal, and an adding unit generates a phasing addition signal by integrating each of the received signals phased by the phasing unit, and an image generating unit, The image may be generated according to the phasing addition signal.
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る設定音速の信頼性判定方法は、被検体内に送信された超音波の反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々によって生成された受信信号を取得するステップと、複数の設定音速の各々について算出した遅延時間の各々を前記受信信号の各々に与えて前記受信信号の各々を、前記複数の設定音速毎に整相するステップと、前記複数の設定音速毎に整相された前記受信信号の各々の時間領域における前記受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出するステップと、前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出するステップと、前記複数の設定音速毎に導出された類似度に基づいて前記最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出するステップと、を含む。
In order to achieve the above object, the reliability determination method for the set sound speed according to the present invention is generated by each of the plurality of electroacoustic transducers according to the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted into the subject. obtaining a received signal, comprising the steps of phasing the respective delay time calculated for each of the plurality of set sound velocities to each of the received signal given to each of the received signals, for each of the plurality of set sound velocities , a similarity indicating the similarity between the received signal mutual at each of the time domain of the plurality of set sound velocities phasing has been the received signal for each, and deriving for each of the plurality of set sound velocities, the plurality of Deriving an estimated value of sound speed in the subject as an optimal set sound speed based on the similarity for each set sound speed , and reliability of the optimal set sound speed based on the similarity derived for each of the plurality of set sound speeds Show Including the step of deriving the reliability, the.
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、複数の設定音速の各々について算出した遅延時間の各々を、電気音響変換素子の各々によって生成された受信信号の各々に与えて前記受信信号を前記複数の設定音速毎に整相する整相手段と、前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々の時間領域における受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出する最適設定音速導出手段と、前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出する信頼度導出手段と、として機能させるためのプログラムである。 In order to achieve the above object, a program according to the present invention, computer, each of the delay time calculated for each of the plurality of set sound velocities, the received signals generated by each of the electroacoustic transducer a phasing means for giving to each phasing the received signal for each of the plurality of set sound velocities of the similarity between the received signals mutually in each of the time domain of the phasing has been said received signal by said phase adjusting means the similarity degree indicating the similarity deriving means for deriving for each of the plurality of set sound velocities, the estimate of the sound speed within a subject based on the similarity of each of the plurality of set sound velocities derived by the similarity deriving means and the optimal set sound velocity deriving means for deriving a optimum set sound velocity, the outermost derived by the optimum set sound velocity derivation means based on the plurality of set sound velocities for each of the similarity derived by the similarity deriving means A reliability deriving means for deriving a reliability indicating the reliability of the set sound velocity is a program for functioning as a.
本発明に係る超音波診断装置、音速導出方法およびプログラムによれば、被検体内の音速の推定値の信頼性を安定的に判定することが可能となる。 According to the ultrasonic diagnostic apparatus, the sound speed derivation method, and the program according to the present invention, it is possible to stably determine the reliability of the estimated value of the sound speed in the subject.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、実質的に同一又は等価な構成要素又は部分には同一の参照符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, substantially the same or equivalent components or parts are denoted by the same reference numerals.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波診断装置1の概略構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
超音波プローブ10は、被検体の診断部位に向けて超音波を送信するとともに被検体の内部で反射した超音波を受信するものである。超音波プローブ10は、直線状に配列された電気音響変換素子としてのm個の圧電素子10aを含んでいる。超音波の1回の送受信は、m個の圧電素子10aの中から選択された隣接するn個(m>n)の圧電素子群を使用して行われる。超音波の送受信に使用されるn個の圧電素子群を順次シフトさせることにより被検体内の診断部位が超音波ビームによってスキャンされる。なお、超音波プローブ10は、リニア型、コンベックス型、セクタ型等のいずれの走査方式を有するものであってもよい。圧電素子10aの各々は、mチャンネルの信号線を介してマルチプレクサ11に接続されている。圧電素子10aの各々は、送信制御部12からマルチプレクサ11を介して供給される駆動パルス信号に応じて超音波を発生させる。また、圧電素子10aの各々は、被検体内で反射された超音波を受信して電気信号である受信信号を生成し、これをマルチプレクサ11を介して受信信号処理部16に供給する。
The
マルチプレクサ11は、主制御部30から供給される制御信号に応じて、超音波プローブ10のm個の圧電素子10aの中から超音波の送受信に使用する隣接するn個の圧電素子群を選択する電子スイッチである。マルチプレクサ11は、nチャンネルの信号線を介して送信制御部12および受信信号処理部16に接続されている。
The multiplexer 11 selects adjacent n piezoelectric element groups to be used for transmission / reception of ultrasonic waves from the m
送信制御部12は、主制御部30から供給される制御信号に応じて、nチャンネル分の駆動パルス信号を生成する。また、送信制御部12は、主制御部30によって指定された着目領域の深さ位置に超音波ビームを収束させる送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に遅延時間を与える。送信制御部12において生成された駆動パルス信号は、マルチプレクサ11によって選択されたn個の圧電素子10aの各々に供給される。
The
受信信号処理部16は、チャンネル毎に設けられた増幅器およびA/D変換器を有する。マルチプレクサ11によって選択されたn個の圧電素子10aにおいて生成された受信信号の各々は、増幅器において増幅され、A/D変換器によってデジタル信号に変換される。
The reception
受信信号メモリ17は、受信信号処理部16によってデジタル信号に変換された各チャンネルの受信信号を受信データとして記憶する記憶媒体である。
The
整相処理部18は、主制御部30から供給される設定音速に基づいて受信遅延時間を算出する。そして、整相処理部18は、受信信号処理部16または受信信号メモリ17から供給されるチャンネル毎の受信信号に、算出した受信遅延時間を与えることによりチャンネル毎の受信信号の時相を揃える整相処理、すなわち受信フォーカス処理を行う。被検体内のある点で反射された超音波が各圧電素子10aに入射するタイミングは一致しない。これは、反射点から各圧電素子10aに至る超音波の伝搬距離が圧電素子毎に相違するからである。整相処理部18は、反射点までの距離が比較的短い位置に配置された圧電素子が生成する受波信号に対して比較的長い遅延時間を与えると共に反射点までの距離が比較的長い位置に配置された圧電素子が生成する受信信号に対して比較的短い遅延時間を与えることにより、各チャンネルの受信信号の時相を揃える受信フォーカス処理を行う。
The phasing
加算処理部20は、整相処理部18によって整相された各チャンネルの受信信号を積算して整相加算信号を生成する。
The
画像生成部21は、加算処理部20から供給される整相加算信号に対してフィルタリング処理、Log圧縮処理、包絡線検波処理、STC(Sensitivity Time Control)処理、補間処理、走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換した所謂Bモード画像を構築するための画像信号を生成する。
The
モニタ22は、画像生成部21によって生成された画像信号に基づいて診断部位における断層画像等を表示する液晶表示パネル等の表示装置である。
The
類似度導出部23は、整相処理部18が設定音速に基づいて整相したチャンネル毎の受信信号間の類似性を示す指標値(以下、類似度と称する)を導出する。類似度導出部23は、例えば、受信信号の時間軸方向(すなわち、撮像領域における深さ方向)において分割された複数の演算対象領域の各々において、後述する比較基準となるテンプレート信号St(t)とチャンネル毎の受信信号S1(t)〜Sn(t)(共に図3参照)との相互相関値を算出し、算出した相関値に基づいて演算対象領域毎(深さ領域毎)に各チャンネルの受信信号間の類似度を導出する。比較基準となるテンプレート信号は、例えば、各チャンネルの受信信号を整相加算したものを用いることができる。
The
整相処理部18が各チャンネルの受信信号を整相する際に用いる設定音速が被検体内の実際の音速と略一致している場合には、各チャンネルの受信信号の時相が揃うので類似度導出部23において導出される類似度の値は高くなる。整相処理部18が各チャンネルの受信信号を整相する際に用いた設定音速と被検体内の実際の音速との差が大きくなるに従って、受信信号間で時相のずれが大きくなるので、類似度導出部23において導出される類似度の値は低くなる。一方、着目領域からの反射に対する周囲散乱の干渉や、伝播過程における収差などの影響により各チャンネルの受信信号には歪みを生じ、この場合にも類似度は低くなる。すなわち、類似度導出部23において導出される類似度は、それから被検体内の実際の音速を推定できる情報であると共に、その推定値または受信信号の信頼性を示す評価値(信頼度)となり得る。
When the set sound speed used when the
最適設定音速導出部24は、類似度導出部23において複数の設定音速の各々について導出された受信信号間の類似度に基づいて、被検体内における実際の音速の推定値である最適設定音速を、上記した類似度の演算対象領域に対応する撮像領域内の単位領域毎に導出する。最適設定音速導出部24は、例えば、受信信号間の類似度が最も高くなる設定音速を当該単位領域における最適設定音速として導出することとしてもよい。また、最適設定音速導出部24は、導出した最適設定音速に対応する類似度、すなわち、導出した最適設定音速で受信信号を整相したときの受信信号間の類似度を、当該最適設定音速の信頼性の評価値(信頼度)として設定する。干渉や収差などの影響による受信信号の歪みが全く無い場合、最適設定音速で整相した各チャンネルの受信信号の時相は完全に一致し、結果、受信信号間の類似度(相互相関値)は1となる。逆に、受信信号の歪みが有る場合、各チャンネルの受信信号を最適設定音速で整相したとしても、その時相は完全には一致せず、結果、受信信号間の類似度は1より小さい値となる。この様に、最適設定音速に対応する類似度は各チャンネル受信信号の歪みの程度を示し、ひいては各チャンネル受信信号や推定した最適設定音速値の信頼性を示す評価値(信頼度)となる。最適設定音速導出部24は、導出した最適設定音速に対応付けて、その最適設定音速の信頼性の評価値(信頼度)を自身に備えるメモリ(図示せず)に記憶する。なお、最適設定音速導出部24は、本発明における最適設定音速導出手段および信頼度導出手段に対応する。
The optimum set sound
主制御部30は、マルチプレクサ11、送信制御部12および整相処理部18に制御信号を与えることにより超音波の送受信処理を統括的に制御する。
The
操作入力部40は、ユーザによる各種の操作入力を受け付けるものであり、例えば、マウスなどのポインティングデバイスやキーボードによって構成されるものである。
The
なお、送信制御部12、受信信号処理部16、整相処理部18、加算処理部20、画像生成部21、類似度導出部23、最適設定音速導出部24および主制御部30は、図2に示される後述の最適設定音速導出処理ルーチンにおける各処理を記述したプログラムを格納したROMと、このプログラムを実行するためのCPUと、CPUにおける処理内容を一時的に記憶しておくためのRAM等を備えたコンピュータで構成され得る。
The
次に、本実施形態に係る超音波診断装置1が、被検体内の最適設定音速を導出するとともに、導出された最適設定音速の信頼度(確からしさ)を示す評価値(信頼度)を導出する処理について図2に示すフローチャートを参照しつつ説明する。 Next, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment derives the optimum set sound speed in the subject and derives an evaluation value (reliability) indicating the reliability (probability) of the derived optimum set sound speed. The processing to be performed will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップS1において、ユーザが操作入力部40から被検体内における最適設定音速の導出処理を開始させる操作を行うと、主制御部30はこれを受信し、送信制御部12およびマルチプレクサ11に超音波の送信を開始させるための制御信号を供給する。
In step S <b> 1, when the user performs an operation for starting the derivation process of the optimum set sound speed in the subject from the
ステップS2において、送信制御部12は、主制御部30から供給される制御信号に応じて各チャンネル毎に駆動パルス信号を生成する。送信制御部12は、被検体内の着目領域に送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に適宜遅延時間を与える。送信制御部12によって生成された駆動パルス信号の各々は、マルチプレクサ11によって選択されたn個の圧電素子10aにそれぞれ供給される。これにより、超音波プローブ10の隣接するn個の圧電素子10aから被検体内に向けて超音波ビームが送信される。
In step S <b> 2, the
超音波プローブ10の各圧電素子10aから送信された超音波の反射によるエコーは、マルチプレクサ11によって選択されたn個の圧電素子10aによって受信される。各圧電素子10aは、反射エコーから電気信号である受信信号を生成してこれをマルチプレクサ11を介して受信信号処理部16に出力する。受信信号処理部16は、各受信信号に対して増幅およびA/D変換を含む信号処理を施し、信号処理を施した受信信号を1ライン分の受信データとして当該ラインの識別ナンバーと対応付けて受信信号メモリ17に格納する。
The echo by reflection of the ultrasonic wave transmitted from each
その後、マルチプレクサ11は、主制御部30から供給される制御信号に応じて選択対象となる圧電素子の切り替えを行ない、超音波の送受信を行う圧電素子10aを例えば圧電素子1つ分シフトさせる。その後、上記と同様に超音波の送受信が行われる。マルチプレクサ11が超音波の送受信を行う圧電素子10aを順次シフトさせることにより、被検体内における撮像領域が順次送信される超音波ビームによってスキャンされる。これにより、各送信に対応する複数ライン(L[1]、L[2]、L[3]・・・)の受信信号が取得され、各ラインの受信信号が当該ラインの識別ナンバーと対応付けられて受信信号メモリ17に格納される。
Thereafter, the multiplexer 11 switches the piezoelectric element to be selected in accordance with the control signal supplied from the
ステップS3において、主制御部30は、受信信号メモリ17に格納された各ラインの受信信号のうち、類似度導出部23による類似度の導出処理対象となるラインL[i](iはラインの識別ナンバーであり正の整数)の受信信号を選択する。主制御部30は、初めにラインL[1]を選択する。これにより、第1回目の超音波の送信によって取得された第1ライン目の受信信号が類似度導出の対象とされる。
In step S <b> 3, the
ステップS4において、主制御部30は、整相処理部18において行われる受信信号の整相処理に使用される設定音速C[j](jは設定音速の識別ナンバーであり正の整数)を、予め定められた複数の設定音速の中からから1つ選択する。すなわち、主制御部30は、例えば、1400m/s〜1650m/sの範囲において10m/sステップで設定された複数の設定音速C[1]、C[2]、C[3]、・・・を当該設定音速の識別ナンバーに対応付けて自身に備えるメモリ(図示せず)に予め保持しており、その中から1の設定音速を選択する。主制御部30は、初めに設定音速C[1]を選択する。これにより整相処理に使用される設定音速値として1400m/sが選択される。なお、設定音速の範囲やステップの幅は、上記したものに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
In step S4, the
ステップS5において、整相処理部18は、主制御部30から供給される制御信号に基づいてステップS3において主制御部30によって選択されたラインL[i]に対応する受信信号を受信信号メモリ17から読み出す。次に、整相処理部18は、主制御部30から供給される制御信号に基づいてステップS4において主制御部30によって選択された設定音速C[j]から各チャンネル毎の受信遅延時間を算出し、受信信号メモリ17から読み出した各チャンネルの受信信号に算出した受信遅延時間を与えることにより整相する。整相処理部18は、整相処理された受信信号を類似度導出部23に供給する。
In step S <b> 5, the
ステップS6において、類似度導出部23は、整相された各チャンネルの受信信号について類似度導出を行う演算対象領域を設定する。演算対象領域は、受信信号をある時間幅(深さ範囲)で切り出すことにより設定される(図3参照)。
In step S <b> 6, the
ステップS7において、類似度導出部23は、ステップS6において設定された演算対象領域においてチャンネル毎の受信信号間の類似性の指標値である類似度を導出し、導出した類似度を自身に備えるメモリ(図示せず)に記憶する。図3は、類似度導出部23によって行われる類似度導出処理の内容を説明するための図である。
In step S7, the
図3において、整相処理部18において整相処理された各チャンネルの受信信号S1(t)〜Sn(t)が示されている。類似度導出部23は、受信信号S1(t)〜Sn(t)相互間の類似度を導出するための比較基準となるテンプレート信号St(t)を生成する。類似度導出部23は、当該設定音速にて整相した受信信号S1(t)〜Sn(t)を同一時間毎に積算することにより得られる整相加算信号をテンプレート信号St(t)として用いることとしてもよい。
In FIG. 3, the received signals S 1 (t) to S n (t) of each channel subjected to the phasing process in the
類似度導出部23は、図3において破線で囲まれた演算対象領域において、テンプレート信号St(t)と受信信号S1(t)との相互相関値Rを下記の式(1)に従って導出する。式(1)において、分母は、演算対象領域内におけるテンプレート信号St(t)の各点の値の2乗の積算値の平方根と、演算対象領域内における受信信号S1(t)の各点の値の2乗の積算値の平方根とを乗算した値であり、分子は、演算対象領域内におけるテンプレート信号St(t)の各点の値と受信信号S1(t)の各点の値とを乗算した値の積算値である。
The similarity
類似度導出部23は、受信信号S2(t)、S3(t)、・・・Sn(t)についても同様にテンプレート信号St(t)との間で相互相関値Rを算出する。そして、類似度導出部23は、各チャンネルの受信信号S1(t)〜Sn(t)について算出した相互相関値Rの絶対値の総和を受信信号S1(t)〜Sn(t)相互間の類似性を示す指標値、すなわち類似度として導出する。このようにして導出される類似度は、設定音速が被検体内の実際の音速に近いほど高い値となる。
The
なお、上記の例では、テンプレート信号St(t)と各チャンネルの受信信号S1(t)〜Sn(t)との間で相互相関値Rを算出して類似度Rを求める方法を示したが、互いに隣接する受信信号間(例えば受信信号S1(t)とS2(t)、受信信号S2(t)とS3(t)等)で、相互相関値をそれぞれ求めて、それらの絶対値の総和を類似度として導出することとしてもよい。この場合、テンプレート信号St(t)を生成することを要しないので、演算処理の高速化が可能となる。 Note that the above example shows a method for calculating the similarity R by calculating the cross-correlation value R between the template signal S t (t) and the received signals S 1 (t) to Sn (t) of each channel. However, cross-correlation values are obtained between received signals adjacent to each other (for example, received signals S 1 (t) and S 2 (t), received signals S 2 (t) and S3 (t), etc.) It is good also as deriving the sum total of the absolute value of as a similarity. In this case, since it is not necessary to generate the template signal S t (t), it is possible to speed up the arithmetic processing.
ステップS8において、類似度導出部23は、受信信号の全深さ範囲(全時間範囲)について類似度導出が完了したか否かを判定し、完了していない場合には、ステップS6に戻り、演算対象領域を時間軸方向(深さ方向)にシフトさせ、新たな演算対象領域を設定して当該演算対象領域について上記と同様に類似度を導出する。類似度導出部23は、受信信号の全時間範囲(全深さ範囲)について類似度導出が完了するまでステップS6〜S8の処理を繰り返す。
In step S8, the
ステップS9において、主制御部30は、設定音速C[j]の識別ナンバーjを1つインクリメントする。ステップS10において、主制御部30は、インクリメントされた数値jと設定音速の識別ナンバーjの最大値jmaxとを比較することにより、全ての設定音速について類似度の導出が完了したか否かを判定する。ステップS10において、全ての設定音速について類似度の導出が完了していないと判定された場合、処理はステップS4に戻され、新たな設定音速が設定され、ステップS5〜S10の処理が同様に行われる。主制御部30が設定音速C[j]の識別ナンバーjを順次インクリメントすることにより、1400m/s〜1650m/sの範囲内における各設定音速に基づいて整相された受信信号の各々について上記と同様に類似度が導出される。
In step S9, the
ステップS11において、主制御部30は、超音波の各送信に対応する受信信号のラインL[i]の識別ナンバーiを1つインクリメントする。ステップS12において、主制御部30は、インクリメントされた数値iと識別ナンバーiの最大値を示す数値imaxとを比較することにより、全てのラインについて類似度の導出が完了したか否かを判定する。ステップS12において、全てのラインについて類似度の導出が完了していないと判定された場合、処理はステップS3に戻され、類似度の導出対象となる新たなラインが選択され、ステップS4〜S12の処理が同様に行われる。主制御部30がラインL[i]の識別ナンバーiを順次インクリメントすることにより、各ラインの受信信号について、上記と同様に設定音速毎および演算対象領域毎に類似度が導出される。
In step S11, the
類似度導出部23は、上記の各処理を経ることにより導出した受信信号間の類似度の各々を図4に示すような形態で自身に備えるメモリ(図示せず)に記憶する。図4に示されるα111、α112、α113、・・・は、設定音速毎に導出された各ラインの各演算対象領域(各深さ位置)における類似度である。図4に示すように、類似度導出部23は、撮像領域を各ラインおよび各深さ位置で分割した単位領域における類似度を、各設定音速C[1]、C[2]、C[3]・・・が設定された場合の各々について導出する。
The similarity
ステップS13において、最適設定音速導出部24は、類似度導出部23によって導出された受信信号間の類似度を類似度導出部23内のメモリから読み出し、読み出した類似度に基づいて被検体内の最適設定音速を導出する。例えば、最適設定音速導出部24は、各ラインの各深さについて導出された受信信号間の類似度が最大となる設定音速をそのラインのその深さ位置における最適設定音速として導出する。また、最適設定音速導出部24は、各ラインの各深さについて導出された最適設定音速に対応する類似度(すなわち、最適設定音速にて整相したときの受信信号間の類似度)を当該最適設定音速の信頼性(確からしさ)の評価値(信頼度)として設定する。最適設定音速導出部24は、図5に示すように、撮像領域内の各ラインの各演算対象領域(各深さ位置)について導出した最適設定音速を、当該最適設定音速の信頼度としての類似度と共に自身に備えるメモリ(図示せず)に記憶する。
In step S13, the optimum set sound
最適設定音速導出部24は、このようにして撮像領域内の各部位毎に導出された最適設定音速およびその信頼性の評価値(信頼度)を主制御部30に供給して本ルーチンが終了する。
The optimum set sound
以下に、撮像領域内の各部位毎に導出された最適設定音速およびその信頼性の評価値(信頼度)を利用した画像生成処理の一例について図6に示すフローチャートを参照しつつ説明する。 Hereinafter, an example of image generation processing using the optimally set sound speed derived for each part in the imaging region and the reliability evaluation value (reliability) will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップS21において、主制御部30は、例えば、ユーザによる操作入力部40からの操作入力に応じて、最適設定音速導出部24によって導出された各ラインの各深さ位置における最適設定音速およびその信頼度を整相処理部18に供給し、整相処理部18はこれを受信する。
In step S21, the
ステップS22において、整相処理部18は、ラインL[i]の深さ位置D[k]における最適設定音速およびその信頼度を抽出する。
In step S22, the
ステップS23において、整相処理部18は、ステップS22において抽出した点における最適設定音速の信頼度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。
In step S23, the phasing
ステップS23において、肯定判定がなされた場合にはステップS24に移行し、否定判定がなされた場合には、ステップS29に移行する。ステップS29に移行した場合には、後述するステップS28において肯定判定がなされるまで処理が保留される。 If an affirmative determination is made in step S23, the process proceeds to step S24, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S29. When the process proceeds to step S29, the process is suspended until an affirmative determination is made in step S28 described later.
ステップS22において抽出した点における最適設定音速の信頼度が所定の閾値よりも高い場合、ステップS24において、整相処理部18は、その点の最適設定音速をそのまま採用する。すなわち、最適設定音速導出部24によって導出された音速値が、そのままその点における最適設定音速として設定される。
When the reliability of the optimum set sound speed at the point extracted in step S22 is higher than a predetermined threshold, in step S24, the
ステップS25において、整相処理部18は、深さ位置D[k]の識別ナンバーkを1つインクリメントする。ステップS26において、整相処理部18は、インクリメントされた数値kと識別ナンバーの最大値を示す数値kmaxとを比較することにより、全ての深さ位置について上記した最適設定音速の採用可否判定が完了したか否かを判定する。ステップS26において、全ての深さ位置について最適設定音速の採用可否判定が完了していないと判定された場合、処理はステップS22に戻され、同ラインの新たな深さ位置の点が抽出され、ステップS23〜S26の処理が同様に行われる。整相処理部18が深さ位置D[k]の識別ナンバーkを順次インクリメントすることにより、同ラインの各深さ位置における最適設定音速の採用可否判定が上記と同様に行われ、最適設定音速の信頼度が閾値よりも大きいと判定された各点については、最適設定音速導出部24によって導出された最適設定音速がそのまま採用される。
In step S25, the phasing
ステップS27において、整相処理部18は、ラインL[i]の識別ナンバーiを1つインクリメントする。ステップS28において、整相処理部18は、インクリメントされた数値iと識別ナンバーの最大値を示す数値imaxとを比較することにより、全てのラインについて最適設定音速の採用可否判定が完了したか否かを判定する。ステップS28において、全てのラインについての最適設定音速の採用可否判定が完了していないと判定された場合、処理はステップS22に戻され、新たなラインにおける各深さ位置の点が順次抽出され、ステップS23〜S26の処理が同様に行われる。整相処理部18がラインL[i]の識別ナンバーiを順次インクリメントすることにより、各ラインの各深さ位置における最適設定音速の採用可否判定が上記と同様に行われ、最適設定音速の信頼度が閾値よりも大きいと判定された各点については、最適設定音速導出部24によって導出された最適設定音速がそのまま採用される。
In step S27, the phasing
ステップS28において、全てのラインについて最適設定音速の採用可否判定が完了したと判定されると、ステップS30の処理が開始される。 If it is determined in step S28 that the determination of whether or not the optimum set sound speed can be adopted is completed for all the lines, the process of step S30 is started.
ステップS30において、整相処理部18は、最適設定音速の信頼度が閾値よりも低い各点について、それらの点の周囲に存在する、最適設定音速の信頼度が閾値よりも高い各点における音速値を用いた補間処理によって最適設定音速を再設定する。例えば、図7に示すように、最適設定音速の信頼度が閾値よりも低いと判定された点pの周囲に最適設定音速の信頼度が閾値よりも高いと判定された点q1〜q8が存在しているものとする。かかる場合において、整相処理部18は、例えば、点q1〜q8の各点における最適設定音速の平均値を点pにおける最適設定音速として導出することとしてもよい。また、点q1〜q8の各点における最適設定音速をそれぞれの信頼度で重み付けした重み付け平均値を点pにおける最適設定音速として導出することとしてもよい。
In step S <b> 30, the
ステップS31において、整相処理部18は、受信信号メモリ17から各ラインの受信信号を読み出す。
In step S <b> 31, the
ステップS32において、整相処理部18は、上記の処理を経ることによって取得した各点における最適設定音速に基づいて、各点における受信遅延時間を導出し、受信信号メモリ17から読み出した受信信号に導出した受信遅延時間を与えて整相処理を行う。整相処理部18は、整相した受信信号を加算処理部20に供給する。
In step S <b> 32, the
ステップS33において、加算処理部20は、整相処理部18によって整相された各チャンネルの受信信号を積算して整相加算信号を生成し、これを画像生成部21に供給する。
In step S <b> 33, the
ステップS34において、画像生成部21は、加算処理部20から供給された整相加算信号に対してフィルタリング処理、Log圧縮処理、包絡線検波処理、STC処理、補間処理、走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換した所謂Bモード画像を構築するための画像信号を生成する。画像生成部21は、生成した画像信号をモニタ22に供給する。
In step S34, the
ステップS35において、モニタ22は、画像生成部21によって生成された画像信号に応じた画像を表示する。
In step S <b> 35, the
以上の各処理を経ることにより、本画像生成処理ルーチンが終了する。 Through the above processes, the image generation process routine ends.
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る超音波診断装置1は、各設定音速値で整相された各チャンネルの受信信号間の類似度を導出し、導出された類似度に基づいて最適設定音速を導出する。また、超音波診断装置1は、導出された最適設定音速にて整相された受信信号間の類似度を当該最適設定音速の信頼性の評価値(信頼度)として設定する。このように、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、受信信号間の類似性に基づいて最適設定音速を導出するので、被検体内における超音波の干渉などに起因して受信信号の強度低下や波形歪みが生じた場合でも、類似度自体が大きく変動しないので、比較的安定的に最適設定音速を導出することが可能となり、最適設定音速の導出精度を高めることが可能となる。また、受信信号間の類似度を最適設定音速の信頼性の評価値としているので、被検体内における超音波の干渉などに起因して受信信号の強度低下や波形歪みが生じた場合でも、最適設定音速の信頼性の判定精度が著しく低下することはない。 As is clear from the above description, the ultrasound diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment derives the similarity between the received signals of the respective channels phased at each set sound velocity value, and based on the derived similarity To derive the optimal sound speed. In addition, the ultrasound diagnostic apparatus 1 sets the similarity between the received signals phased at the derived optimum set sound speed as the reliability evaluation value (reliability) of the optimum set sound speed. As described above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment, the optimum set sound speed is derived based on the similarity between the received signals, so that the received signal is caused by ultrasonic interference in the subject. Even when the intensity decreases or the waveform distortion occurs, the similarity itself does not fluctuate greatly, so that the optimum set sound speed can be derived relatively stably, and the accuracy of deriving the optimum set sound speed can be improved. . In addition, since the similarity between the received signals is used as an evaluation value for the reliability of the optimal sound speed, even if there is a decrease in received signal strength or waveform distortion due to ultrasonic interference in the subject, etc. The determination accuracy of the reliability of the set sound speed is not significantly reduced.
また、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、最適設定音速の信頼度が高い点においては、最適設定音速導出部24によって導出された最適設定音速が採用され、最低設定音速の信頼度が低い点においては、信頼度の高い最適設定音速を用いた補間処理によって最適設定音速が再設定される。このように信頼度に基づいて最適設定音速の再設定がなされるので、歪みの少ないシャープな画像を構築することが可能となる。
Further, according to the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment, the optimum set sound speed derived by the optimum set sound
なお、上記の実施形態においては、最適設定音速導出部24が受信信号間の類似度に基づいて導出した最適設定音速についてその信頼度を導出こととしたが、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、他の手段または他の装置等で導出された最適設定音速についてその信頼度を導出することも可能である。この場合、整相処理部18は、何らかの手段によって導出された最適設定音速に基づいて、受信遅延時間を算出し、算出された受信遅延時間を受信信号メモリ17から読み出した受信信号に与えることにより整相処理を行う。類似度導出部23は、整相処理された受信信号間の類似度を上記と同様に導出する。最適設定音速導出部24は、類似度導出部23によって導出された類似度を当該最適設定音速の信頼度として導出する。また、本実施形態に係る超音波診断装置によれば、なんらかの手段によって求められた最適設定音速のみならず、仮定や推定などに基づくあらゆる設定音速についてその信頼度を導出することが可能である。
In the above embodiment, the optimum set sound
また、上記の実施形態においては、各ラインの各深さ位置について最適設定音速および最適設定音速の信頼性の評価値を導出することとしたがこれに限定されるものではない。すなわち、最適設定音速導出部24は、複数ラインの複数深さ位置からなる各ブロックにおいて、当該ブロック内における各ラインの各深さ位置の受信信号の類似度の総和αSUMを算出し、αSUMの値が最も大きくなる設定音速を当該ブロックにおける最適設定音速として算出するとともに、当該最適設定音速に対応するαSUMを信頼性の評価値(信頼度)に設定することとしてもよい。
In the above embodiment, the optimum set sound speed and the evaluation value of the reliability of the optimum set sound speed are derived for each depth position of each line. However, the present invention is not limited to this. That is, the optimum set sound
また、上記の実施形態においては、最適設定音速で整相した場合における受信信号間の類似度を当該最適設定音速の信頼性の評価値としたが、各設定音速に対応する類似度の最大値(当該最適設定音速に対応する類似度)と最小値との差分を当該最適設定音速の信頼性の評価値としてもよい。または当該最適設定音速に対応する類似度(最大値)の所定比(1以下)となる類似度値に対応する設定音速の幅を信頼性の評価値としてもよい。つまり、類似度が最適設定音速にて最大となり、それより低い設定音速および高い設定音速にて低くなる事から、最大類似度値の所定比(1以下)の類似度となる設定音速が最適設定音速の低い側と高い側に存在する事を踏まえ、それぞれの設定音速値の差分を信頼性の評価値としてもよい。 In the above embodiment, the similarity between the received signals when phasing at the optimal set sound speed is used as the reliability evaluation value of the optimal set sound speed, but the maximum value of the similarity corresponding to each set sound speed is used. A difference between the (similarity corresponding to the optimum set sound speed) and the minimum value may be used as an evaluation value of the reliability of the optimum set sound speed. Alternatively, the range of the set sound speed corresponding to the similarity value that is a predetermined ratio (1 or less) of the similarity (maximum value) corresponding to the optimum set sound speed may be used as the reliability evaluation value. In other words, the similarity is maximized at the optimum set sound speed, and becomes lower at a lower set sound speed and a higher set sound speed. Therefore, the set sound speed at which the degree of similarity is a predetermined ratio (1 or less) of the maximum similarity value is optimally set. Considering that the sound velocity exists on the low and high sound speed sides, the difference between the set sound velocity values may be used as the reliability evaluation value.
また、上記の実施形態においては、類似度導出部23がテンプレート信号と各チャンネルの受信信号との間で1次元の相互相関値を算出する場合を例示したが、テンプレート信号を圧電素子の方向と時間軸方向(深さ方向)の2次元信号に展開して2次元の相互相関値を算出することとしてもよい。つまり、テンプレート信号St(t)を各チャンネルの受信信号に対応して並べた2次元的なテンプレート信号St1(t)、St2(t)、・・・、 Stn(t)を生成し(ここでSt1(t)=St2(t)=・・・=Stn(t))、これと各チャンネルの受信信号S1(t)〜Sn(t)との間で下記の式(2)に従って2次元的な相互相関値Rを算出しても良い。ここでΣはt(時間軸方向)とi(圧電素子の方向)に関する積算を示す。また、3次元プローブを用いる場合には、3次元の相互相関値を算出することとしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
また、上記の実施形態においては、テンプレート信号St(t)と各受信信号S1(t)〜Sn(t)との相互相関値に基づいて各チャネルの受信信号の類似度を導出することとしたが、類似度導出部23は、テンプレート信号St(t)と各受信信号S1(t)〜Sn(t)との相互相関演算をそれぞれ行い、求められた相互相関関数のピーク値の存在する位置からテンプレート信号St(t)に対する各受信信号S1(t)〜Sn(t)の位相ずれ量を求め、各受信信号S1(t)〜Sn(t)について求めた位相ずれ量の絶対値または分散を受信信号間の類似性の指標値として導出することとしてもよい。この場合、受信信号間の類似性が高くなるほど、導出される値は小さくなる。
Further, in the above embodiment, the similarity of the received signal of each channel is derived based on the cross-correlation value between the template signal S t (t) and each of the received signals S 1 (t) to S n (t). However, the
また、上記の実施形態では、類似度が最大となる当該部位における設定音速を最適設定音速とすることとしたが、最適設定音速導出部24は、各設定音速を各部位における類似度で重み付けした重み付け平均値を当該部位における最適設定音速として導出することとしてもよい。
In the above embodiment, the set sound speed at the part where the degree of similarity is maximized is set as the optimum set sound speed. However, the optimum set sound
また、例えば、特開2010−99452に開示されているように、複数の異なる点における最適設定音速に基づき局所的な音速を求める技術において、本実施形態に係る手法によって最適設定音速およびその信頼度を導出し、信頼度が閾値よりも高い最適設定音速を用いて局所音速を求めてもよいし、信頼度で重み付け平均した最適設定音速を用いて局所音速を求めることとしてもよい。 Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-99452, in a technique for obtaining a local sound speed based on optimal sound speeds at a plurality of different points, the optimal sound speed and its reliability are determined by the method according to the present embodiment. And the local sound speed may be obtained by using the optimum set sound speed whose reliability is higher than the threshold, or the local sound speed may be obtained by using the optimum set sound speed weighted and averaged by the reliability.
特開2010−99452では、以下のようにして局所音速を求めている。図8は、特開2010−99452に開示された局所音速値の演算処理の内容を模式的に示した図である。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-99452, the local sound speed is obtained as follows. FIG. 8 is a diagram schematically showing the content of the local sound speed value calculation process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-99452.
被検体OBJ内の着目領域ROIを代表する格子点をXROI、格子点XROIよりも浅い位置にXY方向に等間隔で配置された格子点をA1,A2,…とし、少なくとも格子点XROIと各格子点A1,A2,…との間の音速はそれぞれ一定と仮定する。
格子点A1,A2,…からの受信波(それぞれWA1,WA2,…)の圧電素子に到達するまでの経過時間T及び遅延時間ΔTが既知として、格子点XROIと格子点A1,A2,…の位置関係から格子点XROIにおける局所音速値を求める。具体的には、ホイヘンスの原理により、格子点XROIからの受信波WXと格子点A1,A2,…からの受信波を仮想的に合成した受信波WSUMが一致することを利用する。
The grid points representing the region of interest ROI in the subject OBJ are X ROI , and the grid points arranged at equal intervals in the XY direction at positions shallower than the grid point X ROI are A1, A2 ,. And the lattice points A1, A2,.
Assuming that the elapsed time T and delay time ΔT of the received waves from the lattice points A1, A2,... (WA1, WA2,...) Reach the piezoelectric element are known, the lattice point XROI and the lattice points A1, A2,. The local sound velocity value at the lattice point X ROI is obtained from the positional relationship of. Specifically, the fact that the received wave WSUM from the lattice point XROI and the received wave WSUM virtually combining the received waves from the lattice points A1, A2 ,.
具体的には、図9に示すように、事前に被検体OBJ内に設定されたすべての格子点における最適音速値を判定する(ステップS40)。ここで、最適音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子における実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。ステップS10における最適音速値の判定方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから判定する方法(例えば、特開平8-317926号公報)を適用することができる。ここで、本実施形態に係る手法によって各格子点における最適設定音速を導出して最適音速値とし、同時にその信頼度を導出してもよい。 Specifically, as shown in FIG. 9, optimum sound velocity values at all lattice points set in advance in the subject OBJ are determined (step S40). Here, the optimum sound speed value is a sound speed value at which the contrast and sharpness of the image are the highest, and does not necessarily match the actual local sound speed value in each lattice. As a method for determining the optimum sound speed value in step S10, for example, a method for determining from the contrast of the image, the spatial frequency in the scanning direction, dispersion, and the like (for example, JP-A-8-317926) can be applied. Here, by using the method according to the present embodiment, the optimum set sound speed at each lattice point may be derived to obtain the optimum sound speed value, and the reliability thereof may be derived at the same time.
次に、各格子点における最適音速値に基づいて、各格子における局所音速値を判定する(ステップS42)。ここで、各格子点における最適音速値として、各格子点における最適音速値を信頼度で重み付け平均した最適音速値で置き換えて用いても良いし、信頼度が閾値よりも高い格子点のみを用いてもよい。 Next, based on the optimum sound speed value at each lattice point, the local sound speed value at each lattice is determined (step S42). Here, as the optimum sound speed value at each lattice point, the optimum sound speed value at each lattice point may be replaced with the optimum sound speed value obtained by weighted averaging with the reliability, or only the lattice point having a reliability higher than the threshold value may be used. May be.
最適音速値に基づいて局所音速値を判定する方法は以下の通りである。まず、図10に示すように、格子点XROIにおける最適音速値に基づいて、格子点XROIを反射点とした時の仮想的な受信波WXの波形が算出される(ステップS50)。 The method for determining the local sound speed value based on the optimum sound speed value is as follows. First, as shown in FIG. 10, based on the optimum sound speed value at the lattice point X ROI, the waveform of the virtual receiving wave WX when the lattice point X ROI and the reflection point is calculated (step S50).
次に、格子点XROIにおける仮定音速の初期値が設定される(ステップS52)。そして、仮定音速が1ステップ変更されて(ステップS54)、仮想的な合成受信波WSUMが算出される(ステップS56)。格子点XROIにおける局所音速値をVと仮定すると、格子点XROIから伝播した超音波が格子点A1,A2,…に到達するまでの時間はXROIA1/V,XROIA2/V,…となる。ここで、XROIA1,XROIA2,…は、それぞれ格子点A1,A2,…と格子点XROIとの間の距離である。格子点A1,A2,…における最適音速値はステップS40により既知のため、各格子点A1,A2,…からの受信波は予め求めることができる。従って、格子点A1,A2,…からそれぞれ遅延XROIA1/V,XROIA2/V,…で発した反射波(超音波エコー)を合成することにより、仮想合成受信波WSUMを求めることができる。 Next, an initial value of the assumed sound speed at the lattice point X ROI is set (step S52). Then, the assumed sound speed is changed by one step (step S54), and a virtual combined received wave WSUM is calculated (step S56). When the local sound speed value at the lattice point X ROI is assumed by V, ultrasound lattice points having propagated from the lattice point X ROI A1, A2, the time to reach ... to X ROI A1 / V, X ROI A2 / V, ... Here, X ROI A1, X ROI A2,... Are the distances between the lattice points A1, A2 ,. Since the optimum sound speed values at the lattice points A1, A2,... Are known at step S40, the received waves from the lattice points A1, A2,. Therefore, the virtual composite received wave WSUM is obtained by synthesizing the reflected waves (ultrasonic echoes) emitted from the lattice points A1, A2,... With the delays XROI A1 / V, XROI A2 / V ,. Can do.
なお、実際には、素子データ(RF信号)上で上記処理を行うため、格子点XROIから格子点A1,A2,…に到達するまでの時間(それぞれT1,T2,…)は下記の式(2)により表される。ここで、XA1,XA2,…は、それぞれ格子点A1,A2,…と格子点Xとの間のスキャン方向(X方向)の距離である。また、Δtは格子点のY方向時間間隔である。 Actually, since the above processing is performed on the element data (RF signal), the time (T1, T2,...) From the lattice point XROI to the lattice points A1, A2,. It is represented by (2). Here, X A1 , X A2 ,... Are distances in the scanning direction (X direction) between the lattice points A 1, A 2,. Δt is a time interval in the Y direction of the lattice points.
上記T1,T2,…に、格子点XROIと同音線の格子点Anから格子点XROIに到達するまでの時間(Δt/2)を足した遅延で各格子点A1,A2,…からの受信波を合成することにより、仮想合成受信波WSUMを求めることができる。 The T1, T2, ..., the lattice point X ROI and same sound ray from the lattice point An Time to reach the grid point X ROI (Δt / 2) each grid point in the delay plus A1, A2, ... from By synthesizing the received wave, a virtual synthesized received wave WSUM can be obtained.
ここで、格子点をY方向に時間軸で等間隔(Δt)に設定する場合、空間上での間隔は必ずしも等間隔にはならない。従って、各格子点に超音波が到達するまでの時間を計算するときに、式(2)においてΔt/2の代わりに補正したΔt/2を用いてもよい。ここで、補正したΔt/2は、例えば、格子点XROIと同音線の格子点Anに比べたA1,A2,…の深さ(Y方向の距離)の差をVで除算した値をΔt/2から加算・減算した値である。各格子点A1,A2,…の深さはそれより浅い格子点において局所音速が既知であることから求められる。 Here, when the lattice points are set at equal intervals (Δt) on the time axis in the Y direction, the intervals in the space are not necessarily equal. Therefore, when calculating the time until the ultrasonic wave reaches each lattice point, Δt / 2 corrected in Equation (2) instead of Δt / 2 may be used. Here, the corrected Δt / 2 is, for example, a value obtained by dividing the difference in depth (distance in the Y direction) of A1, A2,... Compared with the lattice point X ROI and the lattice point An of the same sound line by V. A value obtained by adding / subtracting from / 2. The depth of each lattice point A1, A2,... Is obtained because the local sound speed is known at a lattice point shallower than that.
また、仮想合成受信波WSUMの算出は、実際に格子点A1,A2,…から遅延XROIA1/V,XROIA2/V,…で発した既定のパルス波(それぞれWA1,WA2,…)を重ね合わせることにより行う。 Further, the virtual composite received wave WSUM is calculated from predetermined pulse waves (WA1, WA2,..., Respectively) actually emitted from the lattice points A1, A2,... With delays XROI A1 / V, XROI A2 / V,. ).
次に、仮想受信波WXと仮想合成受信波WSUMの誤差が算出される(ステップS58)。仮想受信波WXと仮想合成受信波WSUMの誤差は、互いの相互相関をとる方法、仮想受信波WXに仮想合成受信波WSUMから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、又は逆に仮想合成受信波WSUMに仮想受信波WXから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法により算出される。ここで、仮想受信波WXから遅延を得るには、格子点XROIを反射点とし、音速Vで伝播した超音波が各素子に到着する時刻を遅延とすればよい。また、仮想合成受信波WSUMから遅延を得るには、隣り合う素子間での合成受信波の位相差から等位相線を抽出し、その等位相線を遅延とするか、又は単に各素子の合成受信波の最大(ピーク)位置の位相差を遅延としてもよい。また、各素子からの合成受信波の相互相関ピーク位置を遅延としてもよい。位相整合加算時の誤差は、整合加算後の波形のpeak to peakとする方法、又は包絡線検波した後の振幅の最大値とする方法により求められる。
次に、ステップS54からS60が繰り返されて、全ての仮定音速の値での演算が終了すると(ステップS60のYes)、格子点XROIにおける局所音速値が判定される(ステップS62)。ホイヘンスの原理を厳密に適用した場合、上記ステップS56において求めた仮想合成受信波WSUMの波形は、格子点XROIにおける局所音速値をVと仮定した場合の仮想受信波(反射波)WXの波形と等しくなる。ステップS52では、仮想受信波WXと仮想合成受信波WSUMとの差が最小になる仮定音速の値を格子点XROIにおける局所音速値と判定する。
Next, an error between the virtual received wave WX and the virtual combined received wave WSUM is calculated (step S58). Error of the virtual receiving wave WX and the virtual synthesized receiving wave W SUM is a method of cross-correlating with each other, a method of phase matching addition is multiplied by the delay obtained from the assumed resultant received wave W SUM to the virtual receiving wave WX, or conversely is calculated by the method of phase matching addition is multiplied by the delay obtained assumed resultant received wave W SUM from the virtual receiving wave WX. Here, in order to obtain a delay from the virtual received wave WX, the lattice point XROI is used as a reflection point, and the time at which the ultrasonic wave propagated at the sound velocity V arrives at each element may be set as the delay. Further, in order to obtain a delay from the virtual combined received wave WSUM , an equiphase line is extracted from the phase difference of the combined received wave between adjacent elements, and the equal phase line is used as a delay, or simply, The phase difference of the maximum (peak) position of the combined received wave may be used as the delay. Further, the cross-correlation peak position of the combined received wave from each element may be set as a delay. The error at the time of phase matching addition is obtained by a method of setting the peak to peak of the waveform after the matching addition or a method of setting the maximum value of the amplitude after the envelope detection.
Next, Steps S54 to S60 are repeated, and when the calculation with all the assumed sound speed values is completed (Yes in Step S60), the local sound speed value at the lattice point XROI is determined (Step S62). If strictly apply the principle of Huygens, the assumed resultant received wave W SUM obtained in the step S56 waveforms virtual reception wave when the local sound speed value at the lattice point X ROI is assumed as V (reflected wave) of WX It becomes equal to the waveform. In step S52, the assumed sound speed value at which the difference between the virtual received wave WX and the virtual synthesized received wave WSUM is minimized is determined as the local sound speed value at the lattice point XROI .
なお、上記の実施形態では、整相処理を施した後の受信信号を用いて類似度を導出することとしたがこれに限定されるものではなく、設定音速に基づいて各チャンネルの受信信号に対して算出された受信遅延時間を中心とする演算対象領域を各チャンネルの受信信号について求め、各演算対象領域内における受信信号間の類似度を導出してもよい。 In the above embodiment, the similarity is derived using the received signal after the phasing process. However, the present invention is not limited to this, and the received signal of each channel is determined based on the set sound speed. On the other hand, a calculation target region centered on the reception delay time calculated for the received signal of each channel may be obtained, and the similarity between the reception signals in each calculation target region may be derived.
1 超音波診断装置
10 超音波プローブ
10a 圧電素子
12 送信制御部
16 受信信号処理部
17 受信信号メモリ
18 整相処理部
20 加算処理部
21 画像生成部
23 類似度導出部
24 最適設定音速導出部
30 主制御部
40 操作入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic
Claims (15)
複数の設定音速に基づいて導出された前記受信信号の各々の時間領域における前記受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出する最適設定音速導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出する信頼度導出手段と、
を含む超音波診断装置。 A reception signal acquisition means for acquiring a reception signal generated by each of the plurality of electroacoustic transducers according to the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted into the subject;
A similarity indicating the similarity between the received signal mutual at each of the time domain of said received signal derived on the basis of a plurality of set sound velocities, and similarity deriving means for deriving for each of the plurality of set sound velocities,
Optimum set sound speed deriving means for deriving an estimated value of sound speed in the subject as the optimum set sound speed based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity degree deriving means;
Reliability deriving means for deriving reliability indicating reliability of the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity deriving means;
An ultrasonic diagnostic apparatus including:
前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された受信信号相互間の類似度を導出する請求項1に記載の超音波診断装置。 A plurality of reception signals generated at each of a plurality of electroacoustic transducer elements of said plurality of electroacoustic transducer elements further comprises a phasing unit for phasing for each of the plurality of set sound velocities,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 , wherein the similarity deriving unit derives a similarity between reception signals phased by the phase adjusting unit.
請求項2に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 , wherein the similarity deriving unit derives the similarity by comparing a template signal serving as a comparison reference with each of the reception signals phased by the phase adjusting unit.
請求項3に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3 , wherein the similarity deriving unit derives the similarity based on a correlation value between the template signal and each of the reception signals phased by the phase adjusting unit.
請求項2に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 , wherein the similarity deriving unit derives the similarity by comparing adjacent reception signals phased by the phase adjusting unit.
請求項6に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6 , wherein the similarity deriving unit derives the similarity based on a correlation value between adjacent reception signals phased by the phase adjusting unit.
請求項1に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 , wherein the optimum set sound speed deriving unit derives a weighted average value obtained by weighting each of the set sound speeds with the similarity as the optimum set sound speed.
請求項2に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 , wherein the reliability deriving unit derives a similarity between received signals phased based on the optimum set sound speed as a reliability of the optimum set sound speed.
前記整相手段は、複数の設定音速の各々に基づいて算出した各遅延時間を前記複数ラインの受信信号の各々に与えて前記設定音速毎に前記複数ラインの受信信号の各々を整相し、
前記類似度導出手段は、前記整相手段によって前記設定音速毎に整相された複数ラインの受信信号の各々における受信信号間の類似度を、前記受信信号の時間軸方向に沿った複数の演算対象領域毎に導出し、
前記最適設定音速導出手段は、前記複数ラインの受信信号の各々の各演算対象領域における受信信号間の類似度に基づいて、前記被検体内の複数の部位の各々における最適設定音速を導出し、
前記信頼度導出手段は、前記複数ラインの受信信号の各々の各演算対象領域における受信信号間の類似度を、前記被検体内の対応する部位の各々における最適設定音速の信頼度として導出する
請求項2に記載の超音波診断装置。 The reception signal acquisition means acquires a plurality of lines of reception signals corresponding to each of reflected ultrasonic waves transmitted to a plurality of locations in the subject,
The phasing means gives each delay time calculated based on each of a plurality of set sound speeds to each of the plurality of lines of received signals to phase each of the plurality of lines of received signals for each set sound speed,
The similarity deriving means calculates a similarity between the received signals in each of the plurality of lines of received signals phased for each set sound speed by the phasing means, and performs a plurality of calculations along the time axis direction of the received signals. Derived for each target area,
The optimum set sound speed deriving means derives the optimum set sound speed in each of the plurality of parts in the subject based on the similarity between the received signals in each calculation target region of each of the plurality of lines of received signals,
The reliability deriving unit derives the similarity between the reception signals in each calculation target region of each of the reception signals of the plurality of lines as the reliability of the optimum set sound speed in each of the corresponding parts in the subject. Item 3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to Item 2 .
請求項11に記載の超音波診断装置。 The optimum set sound speed in a region where the reliability of the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means is lower than a predetermined threshold is reset by interpolation processing using the optimum set sound speed having a reliability higher than the threshold. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 11 , further comprising resetting means.
加算手段が、前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々を積算して整相加算信号を生成し、
画像生成手段が、前記整相加算信号に応じた画像を生成する
請求項12に記載の超音波診断装置。 The phasing means gives each of the received signals each delay time calculated based on the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means and the optimum set sound speed reset by the resetting means. Phase the received signal,
An adding means integrates each of the received signals phased by the phasing means to generate a phasing addition signal,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 12 , wherein an image generation unit generates an image according to the phasing addition signal.
複数の設定音速の各々について算出した遅延時間の各々を前記受信信号の各々に与えて前記受信信号の各々を、前記複数の設定音速毎に整相するステップと、
前記複数の設定音速毎に整相された前記受信信号の各々の時間領域における前記受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出するステップと、
前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出するステップと、
前記複数の設定音速毎に導出された類似度に基づいて前記最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出するステップと、
を含む設定音速の信頼性判定方法。 Obtaining a reception signal generated by each of a plurality of electroacoustic transducers according to the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted into the subject;
A step of phasing each of the delay time calculated for each of the plurality of set sound velocities to each of the received signal given to each of the received signals, for each of the plurality of set sound velocities,
A step of similarity indicating the similarity between the received signal mutual at each of the time domain of the phasing has been the received signal for each of the plurality of set sound velocities, is derived for each of the plurality of set sound velocities,
Deriving an estimated value of sound speed in the subject as an optimal set sound speed based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds;
Deriving a reliability indicating the reliability of the optimum set sound speed based on the similarity derived for each of the plurality of set sound speeds ;
Reliability determination method for set sound speed including
複数の設定音速の各々について算出した遅延時間の各々を、電気音響変換素子の各々によって生成された受信信号の各々に与えて前記受信信号を前記複数の設定音速毎に整相する整相手段と、
前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々の時間領域における受信信号相互間の類似性を示す類似度を、前記複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて被検体内の音速の推定値を最適設定音速として導出する最適設定音速導出手段と、
前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の類似度に基づいて前記最適設定音速導出手段によって導出された最適設定音速の信頼性を示す信頼度を導出する信頼度導出手段と、として機能させるためのプログラム。
Computer
Phasing for phasing each of the plurality of set sound velocities each delay time calculated for the, the received signal is given to each of the received signals generated by each of the electro-acoustic transducer for each of the plurality of set sound velocities Means,
A similarity deriving means for similarity is derived for each of the plurality of set sound velocities indicating the similarity between the received signals mutually in each of the time domain of the phasing has been said received signal by said phase adjusting means,
Optimal setting sound speed deriving means for deriving an estimated value of sound speed in the subject as the optimal setting sound speed based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity deriving means;
Reliability deriving means for deriving reliability indicating reliability of the optimum set sound speed derived by the optimum set sound speed deriving means based on the similarity for each of the plurality of set sound speeds derived by the similarity deriving means; Program to function as.
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