CN103097908A - 对象信息获取装置和对象信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明的超声波成像装置包括：探头(302)，具有接收在对象内传播的弹性波并且将接收的弹性波转换为接收信号的以阵列布置的多个元件(301)；第一信号处理单元(10,410,810)，使用由元件输出的接收信号来计算与来自目标位置的弹性波对应的第一输出信号；第二信号处理单元(20,420,820)，使用目标位置的第一输出信号来计算与来自目标位置的弹性波对应的第二输出信号；以及图像处理单元(412)，使用第二输出信号来生成用于在图像显示设备(413)上显示的图像数据。第一信号处理单元(10,410,810)和第二信号处理单元(20,420,820)中的至少一个使用自适应信号处理来计算第一输出信号或第二输出信号。还公开了与超声波成像装置对应的超声波成像方法。

Description

对象信息获取装置和对象信息获取方法

技术领域

本发明涉及对象信息获取装置。具体地，本发明涉及接收弹性波并获取对象信息作为图像数据的对象信息获取装置。

背景技术

已知通过发送作为弹性波的超声波来诊断乳癌、接收由对象的内部反射的波并获取超声回波图像的装置。PTL1公开了一种机械地扫描探头并生成三维图像数据的方法，该探头一维地具有交换超声波的元件。

另一方面，例如在雷达领域开发了自适应信号处理。作为自适应信号处理的一种方法的约束功率最小化（CMP）通过固定对于一个方向的灵敏度使得在利用多个元件接收无线电波时的信号功率最小化。根据该自适应信号处理，处理参数随着方向而自适应改变。这种自适应信号处理方法有利地可以提高空间分辨率，尤其是方位方向上的分辨率。NPL1公开了一种为了更高的分辨率而使用这样的自适应信号处理方法来生成超声回波图像数据的方法。

将基于例如CMP描述当将自适应信号处理应用于超声接收信号时要执行的处理。首先，将描述直到从接收信号计算相关矩阵以前的处理。首先对从多个元件输出的接收信号执行希尔伯特(hilbert)变换，即，取决于目标位置的延迟处理电路。由此获取复数表示的接收信号。当通过处理来自第k个元件的接收信号而获取的信号的第s个样本为x_k[s]时，第s个样本的输入矢量X[s]可以被定义为：

[数学式1]

X[s]＝[x₁[s]，x₂[s]，…，x_M[s]]^T

其中，M是元件的数量。

输入矢量X[s]被用于计算相关矩阵Rxx。

[数学式2]

表达式中的右上角的“H”表示复共轭转置，右上角的“＊”表示复共轭。E[]表示计算时间平均值的处理，并且表示样本编号（这里为“s”）被改变以计算平均值。

接下来，为了防止从目标位置之外的位置到达探头的相关干涉波的影响，将空间平均方法应用于相关矩阵Rxx以获取平均相关矩阵R’xx。

[数学式3]

${R^{\′}}_{\mathrm{xx}}=\underset{n=1}{\overset{M-K+1}{\mathrm{\Σ}}}{z}_n{R}_{\mathrm{xx}}^n$

Rⁿxx表示相关矩阵Rxx的子矩阵并且在Rxx的对角分量上移动。Rⁿxx具有K＊K的尺寸，以Rxx的(n,n)分量作为第一对角分量。Zn是用于计算子矩阵的系数并且被调整以使得Zn的总和可以等于1。

根据CMP，获取用于使约束条件下的输出功率最小化的权重。该权重是由复数矢量表示的权重。当对于来自目标位置的超声接收信号的灵敏度被约束为1时，用于使输出功率最小化的最优权重W_opt可以通过以下表达式在CMP中获得。

[数学式4]

$W_{\mathrm{opt}}=\mathrm{\γ}{R}_{\mathrm{xx}}^{\′-1}C,\mathrm{\γ}=\frac{1}{C^H{R}_{\mathrm{xx}}^{\′-1}C}$

C是约束矢量并且根据元件的位置和目标位置而变化。然而，当对接收信号执行延迟处理电路时，在平均相关矩阵的尺寸（在该情况下为K）中，C的所有值可以是1。通过使用权重W_opt计算的功率Pmin可以被获取如下：

[数学式5]

$P_{\min }=\frac{1}{2}\frac{1}{C^H{R}_{\mathrm{xx}}^{\′-1}C}$

这样，根据CMP，根据接收信号获取了相关矩阵并且甚至是平均相关矩阵。可以使用逆矩阵来计算权重以及当使用权重时的功率。权重或者使用权重时的功率是当根据目标位置的对于超声信号的灵敏度被定义为1以抑制来自其他位置的超声信号时的权重或功率。换言之，CMP允许来自目标位置的超声信号的选择性提取，产生更高的空间分辨率。可注意到，代替逆矩阵的直接计算，还可以通过QR分解和回代处理(back substitution processing)来计算功率。

[引用列表]

[专利文献]

[PTL1]

日本专利公开No.2009-028366

[非专利文献]

[NPL1]

Proc.Acoustics,Speech Signal Process.,pp.489-492(2005年3月)

发明内容

然而，当为了更高的空间分辨率而对使用一维或二维阵列探头来产生三维图像数据的配置使用自适应信号处理时，处理尺寸可能是个问题。

自适应信号处理可以对于具有根据接收信号数量的尺寸的矩阵获取逆矩阵计算、QR分解或特征值计算等。已知这样的处理的计算尺寸与矩阵尺寸的立方成比例地增加。例如，考虑这样的情况：其中在与阵列方向正交的方向上移动一维阵列探头（其以64元件开口接收信号）以获取32片的信号，然后对其执行自适应信号处理。该情况等同于这样的情况：其中64＊32=2048CH(通道)的信号被获取并且同时被二维地处理。因使用（2048CH）输入信号（接收信号），所以对于自适应信号处理可能需要大量的处理，并且可能增加电路的处理时间和/或尺寸。

考虑上述问题作出本发明，并且本发明减少了当自适应信号处理被应用以获取具有高空间分辨率的图像数据时的自适应信号处理的工作负荷。

本发明的对象信息获取装置包括：探头，具有接收在对象内传播的弹性波并且将接收的弹性波转换为接收信号的以阵列布置的多个元件；第一信号处理单元，使用由元件输出的接收信号来计算第一输出信号作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；第二信号处理单元，使用针对目标位置的第一输出信号来计算第二输出信号，作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；以及图像处理单元，使用第二输出信号来生成用于显示的图像数据。在这种情况下，第一信号处理单元和第二信号处理单元中的至少一个使用自适应信号处理来计算第一输出信号或第二输出信号。

本发明的对象信息获取方法利用多个元件接收在对象内传播的弹性波、将接收的弹性波转换为接收信号、并且使用接收信号来生成图像数据，该方法包括：第一信号处理步骤，使用由元件输出的接收信号来计算第一输出信号，作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；第二信号处理步骤，使用针对目标位置的第一输出信号来计算第二输出信号，作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；以及图像处理步骤，使用第二输出信号来生成用于显示的图像数据，其中，第一信号处理步骤和第二信号处理步骤中的至少一个使用自适应信号处理来计算第一输出信号或者第二输出信号。

根据本发明，当应用自适应信号处理来获取具有高空间分辨率的图像数据时，可以减小自适应性信号处理的工作负荷。

附图说明

图1是示出本发明的信号处理的概述的示意系统图。

图2是示出通过自适应信号处理以及延迟与求和而处理的信号的绘图的曲线图。

图3是当探头机械地扫描时的概念图。

图4是用于描述第一实施例的示意系统图。

图5是示出在探头的位置和用于获取扫描线信号的位置之间的关系的示意图。

图6是示出扫描线信号获取定时和第二信号处理单元的操作定时的示意图。

图7A是图像的模拟结果。

图7B是图像的模拟结果。

图8是示出第二实施例的示意系统图。

图9是示出第一信号处理单元的处理流程的流程图。

图10是示出第二信号处理单元的处理流程的流程图。

具体实施方式

根据本发明，弹性波包括称为音波、超声波、声波和光声波的波。利用探头接收对象内传播的弹性波。换言之，根据本发明的对象信息获取装置包括使用超声回波技术的装置，该装置将超声波发射到对象、接收来自对象内部的反射波（反射的超声波）并且获取对象信息作为图像数据，以及根据本发明的对象信息获取装置包括使用光声效应的装置，该装置将光（电磁波）照射到对象，接收在对象内发生的声波（典型地，超声波），并且获取对象信息作为图像数据。根据使用超声回波技术的前一装置，要获取的对象信息是反映对象内的组织之间的声学阻抗的差异的信息。根据使用光声效应的后一装置，要获取的对象信息是关于通过光照射引起的声波的源分布、对象内的初始压力分布、从初始压力分布导出的光能量吸收强度分布、吸收系数分布或者组织内包含的物质的浓度分布的信息。物质的浓度分布可以是例如氧饱和度分布或者氧化/降低的色红蛋白浓度分布。

在描述本发明的信号处理单元的概述以及为什么该处理方法成立的原因之前，当通过自适应信号处理方法处理所有二维输入的接收信号时首先检查处理尺寸。以下描述是关于这样的示例：其中具有多个元件的一维阵列的探头（以下也称为“一维阵列探头”）在与阵列方向正交的方向上被机械地扫描以二维地获取接收信号。然而，本发明也可以通过使用具有多个元件的二维阵列的探头（以下也称为“二维阵列探头”）来应用。在对于本发明的描述中，探头机械地扫描的方向称为机械扫描方向。与探头的阵列方向正交的方向称为竖直方向(elevation direction)。在以下描述中，探头例如在竖直方向上扫描。

当阵列方向上的元件的输入端的数目为NL，竖直方向上的输入端的数目为NE时，作为接收信号的输入信号X的总数为NL＊NE(=Ntotal)。从X计算的相关矩阵Rxx是具有Ntotal＊Ntotal的尺寸的矩阵。当空间平均方法被应用来抑制相关干涉波的影响并且空间平均数为Ntotal的一半时，平均相关矩阵R'xx具有(Ntotal/2)＊(Ntotal/2)的尺寸。通过使用从平均相关矩阵计算的逆矩阵，计算对应的权重和使用该权重的功率。在自适应信号处理中，计算逆矩阵的步骤占据了工作负荷的大部分。计算逆矩阵的步骤的工作负荷与矩阵的尺寸(Ntotal/2)的立方成比例。

例如，在使用用于接收信号的阵列方向上的输入端的数目为64个元件（NL）并且用于接收信号的竖直方向上的输入端的数目为32个（NE）的自适应信号处理中，输入CH的数目（Ntotal）等于2048通道。用于计算逆矩阵的矩阵的尺寸等于1024＊1024，这产生大的处理尺寸并且增加电路的尺寸。

[信号处理的概述]

接下来，将参照图1和图9描述本发明的信号处理的概述。假定第一信号计算单元和第二信号计算单元例如采用自适应信号处理。然而，根据本发明，可能要求第一信号计算单元和第二信号计算单元中的至少一个来使用自适应信号处理以获取更高空间分辨率的效果。第一信号计算单元和第二信号计算单元之一可以使用自适应信号处理。

为了测量超声回波，将超声波发送到对象，并且通过一维对齐的元件接收反射波。元件中的每一个将所述波转换为接收信号并且将其输出到第一信号计算单元。下面将描述要由第一信号计算单元10对接收信号执行的处理的第一阶段。根据本发明，由第一信号计算单元计算的与来自目标位置的弹性波对应的信号将被称为第一输出信号。

[第一信号计算单元]

延迟处理电路101对于来自探头（输入端数目NL）的元件的接收信号执行根据目标位置的延迟处理，并通过希尔伯特变换将接收的信号转换为复数信号。复数信号被输出作为第s个样本的输入矢量X[s]（步骤S1）。

接下来，平均相关矩阵计算单元102从以预定时间间隔更新的输入矢量中提取用于时间平均数（如10个样本）的信号（步骤S2），并且计算提取的信号的相关矩阵Rxx（步骤S3）。对部分相关矩阵求平均以获取并输出平均相关矩阵R'xx（步骤S4）。如果平均相关矩阵R'xx是相关矩阵Rxx的一半尺寸，则输出的平均相关矩阵R'xx的尺寸等于(NL/2)＊(NL/2)。权重计算电路103获取输入平均相关矩阵R'xx的逆矩阵并且输出权重W_opt（步骤S6）。

第一输出计算单元104使用输入权重W_opt以及用于计算相关矩阵的输入矢量，以计算第s个样本的扫描线信号y[s]作为第一输出信号（步骤S7）。第s个样本的扫描线信号y[s]是与来自发送的超声线（扫描线）上的一点（目标位置）的超声波（反射波）对应的信号。扫描线信号y[s]被存储在存储器105中（步骤S8）。

通过沿着超声波发送的方向（扫描线方向）改变目标位置并且改变要提取的输入矢量，重复从步骤S2到步骤S8的处理。典型地，从最近接收的时间起提取输入矢量。换言之，第s个样本的扫描线信号y[s]的计算后面跟随着第(s+1)个样本的扫描线信号y[s+1]的计算。对于扫描线方向上的目标位置的数量重复该处理提供扫描线信号。

在对于预设测量范围（如对象的深度方向上的范围）内的目标位置的处理结束之后，对由于下一次发送（如在线性扫描中由相邻的64个元件进行的发送）而接收的反射波的接收信号执行从步骤S1到S8的处理。

由于输入矢量X[s]和权重W_opt根据用于空间平均化的信号而具有不同的信号数目，所以从输入矢量X[s]的中央提取NL/2个元素所得到的信号X'[s]被用于例如如以下表达式中的计算。然而，具有通过输入矢量X[s]的移动平均而获得的NL/2个元素的信号。

[数学式6]

$y\left[s\right]=W_{\mathrm{opt}}^H{X}^{\′}\left[s\right]$

权重指的是以复数矢量表示的权重。X'[s]也是复数表示的信号。通过自适应信号处理获取其内积是指对根据目标位置来改变（调整）相位之后的通道的接收信号（或者从元件输出的接收信号）进行求和。换言之，当权重随着目标位置移动而变化时，关于通道的接收信号的相位变化量也变化。

图2是示出通过对一个接收信号执行自适应信号处理而算出的信号（第一输出信号）以及通过通常的延迟和求和而算出的信号的绘图的曲线图。在图2中，实线表示进行了自适应信号处理的信号的绘图，虚线表示进行了延迟和求和的信号的绘图。横轴表示接收样本数目，纵轴表示无量纲的值并且与声压成比例。图2中的自适应信号处理针对每10个样本来重新计算和改变权重。因此，信号波形的相位表现为在样本7000和样本7010的位置处偏移且不连续。

[第二信号计算单元]

下面，将参照图1和图10描述第二信号计算单元20进行的处理。第二信号计算单元20对接收信号执行处理的第二阶段，包括例如对输入信号执行自适应信号处理，所述输入信号为通过探头的扫描在不同位置处计算的多个扫描线信号（第一输出信号）。根据本发明，由第二信号计算单元计算的与来自目标位置的弹性波对应的信号被称为第二输出信号。

从存储器105读取沿着探头的竖直方向的多个扫描线信号（步骤S9）。延迟处理电路106根据目标位置对多个扫描线信号（输入数目：NE）执行延迟处理，并且输出由第一信号计算单元计算的第一输出信号，输入矢量X[s]（步骤S10）。如果第一信号计算单元已经应用了自适应信号处理，则第一输入信号已经是复数信号。这去除了新Hilbert变换处理的必要性，并且进行了延迟处理的复数信号被直接输出为输入矢量X[s]。

接下来，平均相关矩阵计算电路107从以预定时间间隔更新的输入矢量中提取用于时间平均数的复数信号（步骤S11）并且计算提取的信号的相关矩阵Rxx（步骤S12）。

对部分相关矩阵求平均，以获取并输出平均相关矩阵R'xx（步骤S13）。如果平均相关矩阵R'xx是相关矩阵Rxx的一半尺寸，则输出的平均相关矩阵R'xx的尺寸等于(NE/2)＊(NE/2)。权重计算电路108获取输入的平均相关矩阵R'xx的逆矩阵（S14），并且计算和输出权重Wopt（步骤S15）。

第二输出计算电路109使用输入权重W_opt和用于计算相关矩阵的输入矢量，来计算合成扫描线信号y[s]作为第二输出信号（步骤S16）。之后，图像处理单元（图1中未示出）使用合成扫描线信号来计算包络或执行对数(log)压缩，并且生成所得的对象信息作为显示图像数据。

在第二阶段信号处理中，不发送超声波，但是作为第一阶段中的信号处理单元的输出的扫描线信号（第一输出信号）被用于处理。在该情况下，通过假设从已经算出扫描线信号的探头的位置到目标位置发送超声波并且在探头的位置处接收到反射波，由信号处理单元优选地在第二阶段中在延迟处理中计算延迟量。然而，使用光声效应的装置，即，将光或电磁波照射到对象并且对所得声波（典型地，超声波）执行处理的装置，可以使用算出扫描线信号的探头的位置和目标位置之间的距离来计算延迟量。

通过改变目标位置并且改变要提取的输入矢量来重复从步骤S11到步骤S16的处理。在对于预设测量范围内的目标位置的处理结束之后，通过改变要使用的扫描线信号来再次执行从步骤S9起的处理。

[为什么上面的处理方法成立的原因]

当如上所述在第二阶段中执行自适应信号处理时，通过第一信号处理单元10获取的扫描线信号的相位可被用于该处理。这可能需要保持与扫描线信号中包括的来自目标位置的超声波对应的信号的相位。即使当在第二阶段中执行简单的合成开口处理时，扫描线信号的相位也可用于该处理，这可能需要保持与来自目标位置的超声波对应的信号的相位。换言之，如图2中所示，可以考虑在表现为具有根据权重的更新而偏移的相位的扫描线信号的情况下，第二阶段中的信号处理不成立。

关注自适应信号处理中的约束矢量C，这里将再次检查与来自目标位置的超声波对应的信号的相位。CMP是用于获取用于使约束条件下的输出功率最小化的权重或者输出功率的方法。约束条件通常由以下表达式表示。

[数学式7]

C^TW^*＝H

在这种情况下，C是约束矩阵（其例如定义目标方向），W是要获取的权重，并且H定义对于约束矩阵（如目标方向）的响应矢量。在该约束条件下，用于获取满足以下表达式的W的处理为CMP。

[数学式8]

$\underset{w}{\min }(P_{\mathrm{out}}=\frac{1}{2}{W}^H{R}_{\mathrm{xx}}W)$

当在这种情况下集中于一个方向或一个位置时，可以通过将对于约束条件的响应H定义为1并且C不是矩阵而是约束矢量，来执行计算。

[数学式9]

C^TW^*＝1

在该表达式中，C是以复数表示的矢量。权重W也是以复数表示的矢量。矢量的内积等于1的事实，即，内积不包括虚数分量的事实，使得即使当来自由约束矢量表示的方向或位置的信号乘以权重W时相位也不改变。

即，当用于通道的以复数表示的接收信号乘以由复数表示的权重时，通道的接收信号的相位改变。然后，对接收信号求和，与来自由约束矢量表示的目标位置的超声波对应的信号的相位不变。这意味着来自焦点方向或者目标位置的超声信号的相位被保持。

以这种方式，虽然扫描线信号的相位表现为没有在图2中保存，但是来自实际需要的目标位置的信号的相位被保持。为此，如在本发明中，在第二信号处理单元中，执行使用相位的处理的处理方法成立。

[处理尺寸]

接下来，将描述如上所述的第一信号处理单元和第二信号处理单元执行自适应信号处理的情况下的处理尺寸。

在第一信号处理单元中，平均相关矩阵的尺寸为(NL/2)＊(NL/2)。在第二信号处理单元中，平均相关矩阵的尺寸为(NE/2)＊(NE/2)。因为各个逆矩阵被独立地计算，所以处理的总量与尺寸((NE/2)和(NL/2))的立方成比例。

例如，将描述这样的自适应信号处理，其使用对于一维阵列探头的阵列方向上的64个元件（NL）和对于竖直方向上的32片（NE）的接收信号。用于计算逆矩阵的矩阵的尺寸在第一信号处理单元中等于32＊32，并且在第二信号处理单元中等于16＊16。它们在矩阵尺寸方面比如上所述的在所有二维输入上要执行的自适应信号处理的1024×1024小。因为逆矩阵的工作负荷与矩阵尺寸的立方成比例，所以本发明的配置的处理量与同时要在所有二维输入上执行的处理量的比率为(32^3+16^3):(1024^3)=9:64^3，这将工作负荷减少到大约1/29000。由此，能够以减小的处理尺寸应用自适应信号处理。然而，根据本发明，第一信号处理单元或第二信号处理单元中的用于执行自适应信号处理的输入的数目（或者NL或NE的数目）可以是等于或大于3的期望的（多个）数目。第一信号处理单元或第二信号处理单元中的用于执行延迟和求和或者合成开口处理的输入的数目（或者NL或NE的数目）可以为等于或大于2的期望的（多个）数目。

已经描述了用于直接获取逆矩阵的处理方法，由于工作负荷与矩阵尺寸的立方成比例，所以可以通过对于平均相关矩阵的利用QR分解和回代处理的线性联立方程的求解，提供相同的效果。

已经描述了一维阵列探头的机械扫描的方向与探头的阵列方向（竖直方向上的扫描）垂直，但是本发明的机械扫描的方向可以是除了与阵列方向垂直的方向以外的任何方向。本发明通过监测探头的移动的量和方向、掌握计算扫描线信号的探头位置并且通过使用位置信息操作第二信号处理单元，能够应用于具有高自由度的探头的移动。

要在探头中布置的元件的数量可以为等于或大于2的任何复数（plural number，多个数量），并且可以提供任意期望数量的元件。进一步描述了扫描一维探头来获取超声波的方法，但是本方法也可应用于通过二维地具有元件的二维阵列探头同时获取的超声接收信号。从二维阵列探头输入的接收信号可以被分割为一维阵列方向和与该一维阵列方向垂直的方向这两个方向，并且第一信号处理单元和第二信号处理单元可以被用于这些方向。

以上描述了对于通过发送超声波并且接收反射波获取的接收信号的处理，但是本发明不限于该形式。例如，可以通过对将光（电磁波）照射到对象并且接收由光声效应引起的声波而获取的接收信号执行相同的处理，来获得本发明的效果。然而，用于计算第一和/或第二输出信号的方向可以与使用超声回波的情况不同。在使用超声回波的情况下，如上所述，可以沿着扫描线方向计算第一输出信号和/或第二输出信号来获取在与对象的深度方向对应的线（扫描线）上的第一输出信号和/或第二输出信号。然而，在使用光声效应的情况下，可以通过在与对象的深度方向正交的方向上执行计算，来实时地处理第一输出信号和/或第二输出信号。但是，可以以任意顺序计算存储器中存储的信号。

以这种方式，当应用自适应信号处理来获取具有高空间分辨率的图像数据时，本发明可以减少自适应信号处理的处理尺寸。将参照附图描述本发明的实施例。

[第一实施例]

根据本实施例的装置机械地扫描一维阵列探头，并且同时对于第一信号处理单元使用延迟和求和并对于第二信号处理单元使用自适应信号处理。图3是当从位置303到位置305机械扫描一维地具有多个元件301的探头302时的概念图。阵列方向308指的是元件301的阵列的方向，机械扫描方向307指的是通过机械扫描移动探头302的方向。

将参照图4描述当探头302处于位置303时的操作。图4是使用超声回波的装置的示意系统图，该装置是根据本实施例的对象信息获取装置。

首先将描述发送操作。根据发送方向的信息被从系统控制单元401输入到发送电路402。发送电路402根据探头的元件的阵列计算延时并且将电压波形输出到开关电路403。开关电路403有选择地连接探头302的要使用的部分中的元件和发送电路。对于线性扫描，例如，256通道的元件的阵列的连续64个元件被选择并且连接到发送电路。超声波从探头302发送到对象的内部。

接下来，将描述第一信号处理单元的操作。根据对象内的声阻抗分布而反射的超声波被元件接收并且被转换为作为电信号的接收信号。随后，由每个元件得到的接收信号被通过开关电路403输入到第一信号处理单元410。延迟及求和处理电路404使用通过开关电路403输入的接收信号和从系统控制单元401输入的目标位置信息以执行所谓的延迟和求和，其中，在对于与来自目标位置的超声波对应的接收信号的相位执行延迟处理来使其均衡之后，对它们求和。如上所述计算的针对每个目标位置的扫描线信号（第一输出信号）被存储在存储器405中。

通过改变要由开关电路403连接的元件301（例如，通过在阵列方向上逐个移动要连接的元件）来重复发送和接收周期。由第一信号处理单元410计算的扫描线信号被存储在存储器405中。

接下来，将参照图5描述探头的移动。图5对应于图3的顶视图并且示出探头的位置与获取的扫描线信号之间的位置关系。系统控制单元401将控制信号发送到台架控制电路414并且将探头302移动到位置304。与在位置303处类似，同样，在位置304处，由第一信号处理单元410计算的扫描线信号被存储在存储器405中。

通过重复该操作，如图5所示，获取对于位置303和位置304中的每一个的三个扫描线信号（501到506）。探头302进一步被移动到位置305，并且与在位置303和304处的处理相同的处理被执行，以计算扫描线信号307并且将其存储在存储器405中。

返回参照图4，将描述第二信号处理单元中的信号流。在存储器405中，存储扫描线信号501到扫描线信号507。从扫描线信号中选择扫描线信号501、扫描线信号504以及扫描线信号507，并且第二信号处理单元420对其执行处理。

延迟处理电路406从第二信号处理单元中的存储器405接收扫描线信号501、扫描线信号504以及扫描线信号507，并且从系统控制单元401接收目标位置信息和探头位置信息。基于接收的目标位置信息和当获取扫描线信号时的探头位置信息，对扫描线信号执行延迟处理。在延迟处理中，参照从超声波从探头位置的发送到通过目标位置返回到原始探头位置的时间段（或者参照往返所需的时间），计算延迟时间。对扫描线信号执行Hilbert变换，并且输出以复数表示的信号。

以这种方式，将进行了延迟处理的扫描线信号输入到部分相关矩阵计算电路407。部分相关矩阵计算电路407从输入的扫描线信号提取对于计算相关矩阵所需的样本数（如对于10个样本）的信号，生成相关矩阵，并且对子矩阵求平均以计算平均相关矩阵。部分相关矩阵计算电路407对于输入的扫描线信号连续地计算平均相关矩阵。换言之，随着扫描线信号的变化，平均相关矩阵被更新并且被输出。

权重计算电路408计算输入的平均相关矩阵的逆矩阵并且使用计算权重所需要的从系统控制单元401输入的约束矢量。权重根据平均相关矩阵的更新而改变。合成扫描线信号计算电路409使用扫描线信号以及从扫描线信号计算的权重来计算合成扫描线信号（第二输出信号），并且将其输出到信号滤波电路411。

这样，第二信号处理单元应用自适应信号处理来计算并输出合成扫描线信号。例如，信号滤波电路411可对于输入的合成扫描线信号根据需要执行处理如带通滤波等，并且获取信号的包络。根据来自系统控制单元的指令，信号滤波电路411输出对数压缩的信号强度。图像处理单元412可以根据需要执行图像滤波（如边缘强调和平滑），并且进一步执行根据由系统控制单元401指示的显示方法（如截面片显示和3D渲染）的处理，以生成用于显示的三维图像数据。该三维图像数据被发送到图像显示器件413，并且图像显示器件413显示三维图像。

图6是示出扫描线信号获取定时与第二信号处理单元420的操作定时之间的关系的示意图。图6的上部表示当探头302处于位置303、304和305时要执行的超声波发送和接收处理定时。根据本实施例，重复发送处理定时604和接收处理定时605。在每一个接收处理定时605中，第一信号处理单元执行根据本实施例的信号处理（延迟和求和）610，以计算扫描线信号501到509，扫描线信号501到509然后被存储在存储器中。当提供扫描线信号501、504和507时，第二信号处理单元开始通过第二信号处理单元的信号处理（根据本实施例的自适应信号处理）620，并且输出合成扫描线信号601。当提供扫描线信号502、505和508时，开始下一处理，并且输出合成扫描线信号602。在该方式中，当提供所需的扫描线信号时，第二信号处理单元开始用于计算合成扫描线信号的处理。

图7A和7B示出作为对与一维阵列探头的阵列方向平行的五个导线的情况进行模拟的结果的图像。图7A和7B是包括机械扫描方向和要观察的深度方向的截面图。图7A示出作为在阵列方向上的延迟和求和以及在机械扫描方向上的合成开口处理的结果的图像。图7B示出根据本实施例的作为第一信号处理单元中的延迟和求和以及第二信号处理单元中的自适应信号处理的结果的图像。作为本实施例的处理的结果，在图7B中的图像上改进空间分辨率。

通过该方式，根据本实施例，第二信号处理单元中的自适应信号处理的应用可以提供以下装置：该装置能够减小自适应信号处理的尺寸并且特别地提供在机械扫描方向上的高空间分辨率。

根据本实施例，通过机械扫描来移动探头。然而，在其位置获取扫描线信号的位置信息是利用位置传感器或者通过图像处理而被掌握的。由此，本发明可以应用于自由移动的探头，从而提供提高的空间分辨率。

与探头自由移动的情况相比，当通过使用台架来机械扫描探头时，可以精确地掌握获取扫描线信号的位置与目标位置之间的相对位置。这允许高精度的延迟处理电路并且可以提供更高的空间分辨率。

根据本实施例，探头在位置303、304和305保持静止以获取数据。然而，实际上，即使探头连续移动也可以以相同方式执行信号处理，并且可以提供相同效果。

[第二实施例]

根据本实施例，一维阵列探头机械地扫描，并且同时，第一信号处理单元和第二信号处理单元都使用自适应信号处理。

由于扫描定时以及第一信号处理单元和第二信号处理单元的操作定时是相同的，所以将省略描述。将仅描述信号处理部分。

图8是根据本实施例的装置的示意性系统图。首先，将描述发送操作。在发送操作中，根据发送方向的信息被从系统控制单元401输入到发送电路402。发送电路402根据探头的元件阵列计算延迟时间，并且将电压波形输出到开关电路403。开关电路403选择性地连接探头302中的要被使用的部分中的元件和发送电路402。对于线性扫描，例如，256通道的元件阵列的连续64个元件被选择，并且连接到发送电路402。超声波被从探头302发送到对象内部。

接下来，将描述由第一信号处理单元通过使用自适应信号处理的操作。根据对象内的声阻抗分布而被反射的超声波被超声波转换器转换为作为电信号的接收信号。随后，接收信号被通过开关电路403输入到第一信号处理单元810。第一信号处理单元中的延迟处理电路801接收来自元件的接收信号，并且从系统控制单元401接收目标位置信息。延迟处理电路801使用输入的目标位置信息来执行延迟处理，以均衡与来自目标位置的超声波对应的接收信号的相位。对扫描线信号执行希尔伯特变换，并且输出以复数表示的信号。

部分相关矩阵计算电路802从输入的扫描线信号提取对于计算相关矩阵所需的样本数目的信号，生成相关矩阵，并且对子矩阵求平均以计算平均相关矩阵。部分相关矩阵计算电路802对于输入的接收信号连续地计算平均相关矩阵。换言之，随着接收信号的变化，平均相关矩阵被更新并且被输出。

权重计算电路803计算输入的平均相关矩阵的逆矩阵，并且根据需要使用从系统控制单元401输入的约束矢量来计算权重。权重根据平均相关矩阵的更新而变化。

扫描线信号计算电路804使用输入的接收信号以及从接收信号计算的权重来计算输出信号，并且将其输出为扫描线信号（第一输出信号）。如上所述，这里所得的扫描线信号保持来自目标位置的接收信号的相位。输出的扫描线信号被存储在存储器805中。

随后，切换开关电路403，并且通过用于改变要在阵列方向上使用的元件的操作以及探头的移动来从多个不同位置获取扫描线信号，并且扫描线信号被存储在存储器805中。该操作与实施例1相同。

接下来，将描述第二信号处理单元。当处理所需的扫描线信号被提供时，第二信号处理单元820开始处理。第二信号处理单元中的延迟处理电路806接收来自存储器405的扫描线信号、来自系统控制单元401的目标位置信息以及关于探头的位置信息。根据输入的目标位置信息以及当获取扫描线信号时的关于探头的位置信息，对扫描线信号执行延迟处理。相位延迟的扫描线信号被输入到部分相关矩阵计算电路807。

部分相关矩阵计算电路807从输入的扫描线信号提取对于计算相关矩阵所需的样本数目的信号，生成相关矩阵，并且对子矩阵求平均以计算平均相关矩阵。部分相关矩阵计算电路807对于输入的扫描线信号连续计算平均相关矩阵。换言之，随着扫描线信号的改变，平均相关矩阵被更新并且被输出。

合成扫描线功率计算电路808计算输入的平均相关矩阵的逆矩阵，并且根据需要使用从系统控制单元401输入的约束矢量来计算权重。合成扫描线功率被输出为第二输出信号。第二输出信号是合成扫描线功率（没有正/负值，只有正值）。合成扫描线功率根据平均相关矩阵的更新而改变。

以此方式，通过第二信号处理单元计算合成扫描线功率，并将合成扫描线功率输出到信号滤波电路411。对于输入的合成扫描线功率，信号滤波电路411根据来自系统控制单元401的指令输出对数压缩的信号强度。图像处理单元412可以根据需要执行图像过滤（如边缘强调和平滑），并且进一步执行与由系统控制单元401指示的显示方法（如截面片显示和3D渲染）对应的处理以生成用于显示的三维图像数据。图像显示设备413基于从图像处理单元412发送的三维图像数据来显示三维图像。

根据本实施例，第二信号处理单元根据平均相关矩阵计算直接功率。通过该方式，第二信号处理单元的输出可能不需要保持与来自目标位置的超声波对应的信号的相位。因此，可以计算并输出直接功率。

根据本实施例，第一信号处理单元和第二信号处理单元应用自适应信号处理。通过获取能够保持与来自目标位置的超声波对应的信号的相位与接收信号的内积，来计算第一信号处理单元的输出。由此，允许第二信号处理单元应用自适应信号处理。因此，可以提供能够减小信号处理单元的尺寸并且在元件阵列的方向和机械扫描的方向上具有高空间分辨率的装置。

根据本实施例，第一信号处理单元和第二信号处理单元应用自适应信号处理。然而，第二信号处理单元可以通过基于能够保持来自目标位置的超声信号的相位的权重与接收信号的内积获取第一信号处理单元的输出，来应用包括延迟处理和求和处理的合成开口处理。在该情况下，可以提供在阵列方向上具有高空间分辨率的装置。

即使当使用二维阵列探头时，也可以通过由第一信号处理单元计算扫描线信号来提供本发明的效果。

[第三实施例]

本发明可以通过执行以下处理来实现。即，将实现上述实施例的功能的软件（程序）通过网络或存储介质提供给系统或装置。系统或装置中的计算机（如CPU或MPU）读取并执行程序。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

本申请要求2010年9月16日提交的日本专利申请No.2010-207894的权益，这里通过引用并入其全部内容。

[附图标记列表]

10 第一信号处理单元

20 第二信号处理单元

101 延迟处理电路

102 平均相关矩阵计算电路

103 权重计算电路

104 第一输出计算电路

105 存储器

106 延迟处理电路

107 平均相关矩阵计算电路

108 权重计算电路

109 第二输出计算电路

301 元件

302 探头

401 系统控制单元

402 发送电路

403 开关电路

404 延迟和求和处理电路

405 存储器

406 延迟处理电路

407 部分相关矩阵计算电路

408 权重计算电路

409 合成扫描线信号计算电路

410 第一信号处理单元

411 信号滤波电路

412 图像处理单元

413 图像显示设备

414 台架控制电路

420 第二信号处理单元

501到509 扫描线信号

601、602、603 合成扫描线信号

Claims (10)

1.一种对象信息获取装置，包括：

探头，具有接收在对象内传播的弹性波并且将接收的弹性波转换为接收信号的以阵列布置的多个元件；

第一信号处理单元，使用由元件输出的接收信号来计算第一输出信号作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；

第二信号处理单元，使用针对目标位置的第一输出信号来计算第二输出信号作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；以及

图像处理单元，使用第二输出信号来生成用于显示的图像数据，

其中，第一信号处理单元和第二信号处理单元中的至少一个使用自适应信号处理来计算第一输出信号或第二输出信号。

2.根据权利要求1所述的对象信息获取装置，其中：

第一信号处理单元使用通过自适应信号处理计算的权重和通过元件的接收信号来计算针对目标位置的第一输出信号，并且

第二信号处理单元使用针对目标位置的第一输出信号来执行合成开口处理并且计算第二输出信号。

3.根据权利要求1所述的对象信息获取装置，其中：

第一信号处理单元使用通过元件的接收信号来执行延迟和求和，并且计算针对目标位置的第一输出信号；并且

第二信号处理单元使用针对目标位置的第一输出信号来执行自适应信号处理并计算第二输出信号。

4.根据权利要求1所述的对象信息获取装置，其中：

第一信号处理单元使用通过自适应信号处理计算的权重和通过元件的接收信号，来计算针对目标位置的第一输出信号；并且

第二信号处理单元使用针对目标位置的第一输出信号来执行自适应信号处理并计算第二输出信号。

5.根据权利要求1到4中任一项的对象信息获取装置，还包括被配置为移动探头的台架。

6.一种对象信息获取方法，用于利用多个元件来接收在对象内传播的弹性波、将接收的弹性波转换为接收信号、并且使用接收信号来生成图像数据，所述方法包括：

第一信号处理步骤，使用由元件输出的接收信号来计算第一输出信号作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；

第二信号处理步骤，使用针对目标位置的第一输出信号来计算第二输出信号作为与来自目标位置的弹性波对应的信号；以及

图像处理步骤，使用第二输出信号来生成用于显示的图像数据，

其中，第一信号处理步骤和第二信号处理步骤中的至少一个使用自适应信号处理来计算第一输出信号或者第二输出信号。

7.根据权利要求6所述的对象信息获取方法，其中：

第一信号处理步骤使用通过自适应信号处理计算的权重和通过元件的接收信号来计算针对目标位置的第一输出信号，并且

第二信号处理步骤使用针对目标位置的第一输出信号来执行合成开口处理并且计算第二输出信号。

8.根据权利要求6所述的对象信息获取方法，其中：

第一信号处理步骤使用通过元件的接收信号来执行延迟和求和，并且计算针对目标位置的第一输出信号；并且

第二信号处理步骤使用针对目标位置的第一输出信号来执行自适应信号处理并计算第二输出信号。

9.根据权利要求6所述的对象信息获取方法，其中：

第一信号处理步骤使用通过自适应信号处理计算的权重和通过元件的接收信号，来计算针对目标位置的第一输出信号；并且

第二信号处理步骤使用针对目标位置的第一输出信号来执行自适应信号处理并计算第二输出信号。

10.一种用于使计算机执行根据权利要求6到9中任一项的对象信息获取方法的程序。

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