CN107204020A - 图像生成装置以及图像生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像生成装置以及图像生成方法。该图像生成装置具备根据发送接收了超声波的各扫描所涉及的接收信号生成超声波图像的运算处理部，所述运算处理部执行：针对所述各扫描设定包含该扫描的方向的所述接收信号的选择范围；基于所述选择范围内的所述接收信号，算出用于波束形成处理的权重；以及基于所述权重，进行所述波束形成处理，生成该扫描所涉及的图像。

Description

图像生成装置以及图像生成方法
关联申请的交叉引用
于2016年3月18日提交的日本专利申请No.2016-054944其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及生成超声波图像的图像生成装置以及图像生成方法。
背景技术
在现有技术中，已知有采用排列有多个超声波元件(超声波振子)的探头对超声波束进行扫描、使生物体内部的状况图像化的图像生成装置。在进行图像化时，进行从受检体的体表向生物体内发送超声波，并对其反射波的接收信号进行求和的波束形成处理。但是，由于在单纯的波束形成处理中图像的分辨率低，因此，开发了用于获得更高分辨率的图像的技术。例如，专利文献1所记载的MVB(Minimum Variance Beamforming：最小方差波束成形)处理也是其中之一。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-71028号公报
发明内容
根据以MVB处理为代表的现有技术，可以获得一定程度的分辨率。但是，在超声波图像中，分辨率越高越好。从而期待实现在无需提高超声波元件的数量或频率的情况下，可以提高超声波图像的分辨率。于是，本发明的目的在于提供一种可以实现更高分辨率化的波束形成处理的新方法。
用于解决上述技术问题的第一发明是一种图像生成装置，其具备根据发送接收了超声波的各扫描所涉及的接收信号生成超声波图像的运算处理部，所述运算处理部执行：针对所述各扫描设定包括该扫描的方向的所述接收信号的选择范围；基于所述选择范围内的所述接收信号，算出用于波束形成处理的权重；以及基于所述权重进行所述波束形成处理，生成该扫描所涉及的图像。
此外，作为其它发明，也可以构成一种图像生成方法，其根据发送接收了超声波的各扫描所涉及的接收信号生成超声波图像，所述图像生成方法包括：针对所述各扫描，设定包括该扫描的方向的所述接收信号的选择范围；基于所述选择范围内的所述接收信号，算出用于波束形成处理的权重；以及基于所述权重进行所述波束形成处理，生成该扫描所涉及的图像。
根据第一发明等，在生成超声波图像时，可以基于包含超声波的扫描的方向的选择范围内的多个发送接收信号，算出用于波束形成处理的权重。并且，可以基于算出的权重进行自适应的波束形成处理，因此，与现有技术相比，可以获得更高分辨率的超声波图像。
第二发明为第一发明的图像生成装置，其中，设定所述选择范围包括：根据与所述扫描相关的驱动条件设定所述选择范围。
根据第二发明，可以根据与超声波的扫描相关的驱动条件设定选择范围。
第三发明为第二发明的图像生成装置，其中，根据所述驱动条件的所述选择范围的设定包括：所述超声波的发送频率越高、则将所述选择范围设定得越窄。
根据第三发明，可以设定为超声波的发送频率越高、则选择范围越窄。
第四发明是第二或第三发明的图像生成装置，其中，根据所述驱动条件的所述选择范围的设定包括：所述扫描涉及的驱动元件的开口宽度越宽、则将所述选择范围设定得越窄。
根据第四发明，可以设定为驱动元件的开口宽度越宽、则选择范围越窄。
第五发明是第一～第四任一发明的图像生成装置，其中，关于生成所述图像，能够切换在生成所述扫描涉及的图像时是否进行规定的谐波成像处理，设定所述选择范围包括在进行所述谐波成像处理时，与不进行所述谐波成像处理时相比，将所述选择范围设定得更窄。
根据第五发明，在进行谐波成像处理时，与不进行时相比，可以将选择范围设定得更窄。
附图说明
图1是示出图像生成装置的系统构成例的图。
图2是用于说明超声波图像的图。
图3是用于说明现有的空间平均处理的概要的图。
图4是示出模拟条件(1)、(2)的图。
图5是示出基于模拟条件(1)所获得的超声波图像的图。
图6是示出基于模拟条件(1)所获得的其它超声波图像的图。
图7是示出基于模拟条件(1)所获得的其它超声波图像的图。
图8是示出基于模拟条件(1)所获得的其它超声波图像的图。
图9是示出基于模拟条件(2)所获得的超声波图像的图。
图10是示出基于模拟条件(2)所获得的其它超声波图像的图。
图11是示出基于模拟条件(2)所获得的其它超声波图像的图。
图12是示出基于模拟条件(2)所获得的其它超声波图像的图。
图13是示出选择了谐波模式(harmonic mode)的实机数据取得条件的图。
图14是示出在谐波条件下获得的超声波图像的图。
图15是示出在基波条件下获得的超声波图像的图。
图16是将高次谐波条件下的信号强度和基波条件下的信号强度图表化了的图。
图17是示出图像生成装置的功能构成例的框图。
图18是示出参数设定表的数据构成例的图。
图19是示出超声波图像生成处理的流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。需要注意的是，并不是通过下面说明的实施方式来限定本发明，能够适用本发明的方式也不限于下面的实施方式。此外，在附图的记载中，对于相同的部分标注相同的符号。
图1是示出本实施方式中的图像生成装置10的系统构成例的图。图像生成装置10具备触摸面板12、用于进行操作输入的键盘14、超声波探测器(探头)16以及处理装置30，其利用超声波测定来取得受检体2的生物体信息，其中，触摸面板12兼做用于对测定结果、操作信息进行图像显示的单元以及用于操作输入的单元。
在处理装置30中搭载有控制基板31，其以能够进行信号收发的方式连接于触摸面板12、键盘14、超声波探测器16等装置各部。在控制基板31上除了搭载有CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)32、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种集成电路之外，还搭载有诸如IC(Integrated Circuit：集成电路)存储器、硬盘等的存储介质33、以及实现和外部装置的数据通信的通信IC34。该处理装置30通过CPU32等执行存储介质33中存储的程序，来进行以超声波测定为首的取得生物体信息所需的处理。
具体而言，图像生成装置10在处理装置30的控制下从超声波探测器16向受检体2发送超声波束，并接收其反射波来进行超声波测定。并且，通过对反射波的接收信号进行放大、信号处理，从而生成受检体2的生物体内构造的位置信息、老化等的反射波数据。超声波测定以规定周期而反复进行。将该规定周期中的测定单位称为“帧”。需要注意的是，超声波探测器16触碰的测定部位不限于图示的颈部，可以是手腕、手臂、腹部等对应测定目的的受检体2的部位。
反射波数据中包括所谓的A模式、B模式、M模式、彩色多普勒模式的各模式的图像。A模式是将第一轴作为始于规定的体表位置的深度方向的距离、将第二轴作为反射波的接收信号强度来显示反射波的振幅(A模式图像)的模式。此外，B模式是显示通过将反射波振幅(A模式图像)转换为亮度值而实现了可视化的、生物体内构造的二维的超声波图像(B模式图像)的模式，该反射波振幅是在规定的探测器扫描范围(扫描角)内扫描超声波束时所获得的。
(原理)
图2是用于说明超声波图像的图，简略示出了将超声波探测器16触碰于受检体2的测定部位(体表)来进行超声波测定时的状态。
超声波探测器16内置有排列为一列或多列的驱动元件、即多个超声波元件(超声波振子)161。在本实施方式中，以超声波探测器16通过所谓的扇形扫描方式进行超声波测定来进行说明，在该扇形扫描方式中，边按规定角度(扫描角间距(scan angle interval))地改变入射角度，边沿以规定的体表位置作为基点P的多条扫描线L呈放射状地发送接收超声波束，扇形地扫描作为扫描角的规定的角度范围。图像生成装置10基于各扫描线L的扫描所涉及的各超声波元件161的接收信号，按各条扫描线L生成各扫描所涉及的图像，获得超声波图像。
在生成各扫描所涉及的图像时，进行对该扫描所涉及的各超声波元件(下面，也简称为“元件”)161的接收信号进行求和的波束形成处理。下面，着眼于某扫描线(例如图2的扫描线L11)，对本实施方式的波束形成处理进行说明。
这里，在发送超声波束时使各元件161具有延迟时间，从而以目标扫描线L(例如着眼的目标扫描线L11)的方向的声压变高的方式来发送超声波束(图2中标注阴影示出的主瓣)。但实际上，与该主瓣(main robe)一并地在从目标扫描线L11的方向偏离的斜向上也发射灵敏度低的超声波束(副瓣(side robe))。此外，超声波具有球面状扩散的特性，因此，主瓣自身也具有一定程度的宽度(下面称为“主瓣宽度”)θm。为此，接收信号中不仅可能包含来自于目标扫描线L11上的反射体的反射波(所需波)，而且还可能包含来自存在于从该方向偏离的位置上的反射体的反射波(无用波)。这样，由于超声波束对于来自于目标扫描线L11之外的方向的无用波也具有灵敏度，因此，在直接对各元件161的接收信号进行求和的情况下，存在分辨率变差的问题。需要注意的是，为了易于理解，放大示出了图2中的主瓣，这与实际情况不同。
作为用于解决该问题的技术，在现有技术中，已知有也被称为自适应型波束形成的MVB处理。根据该MVB处理，以仅对所需波具有灵敏度、而对无用波不具有灵敏度的方式，对方向施加限制来进行波束形成处理，从而来实现分辨率的提高。
对MVB处理的概要进行简单的说明。在MVB处理中，首先进行对各元件161的接收信号施加预定的延迟时间的延迟的相位调整(整相)处理。
然后，算出并采用相关矩阵来算出权重。在计算该相关矩阵时，为了降低所需波和无用波的相关性，而采用空间平均法(空间平均处理)。图3是用于说明空间平均处理的概要的图，简化示出了构成超声波探测器16的多个超声波元件161的元件排列。元件排列的整体宽度(元件开口)A2也称为开口宽度。
空间平均处理是着眼于所需波和干涉所需波的无用波(干涉波)相关这一点，作为用于抑制干涉波的影响的处理而安装的。该空间平均处理是如下所述的处理：即、根据由构成超声波探测器16的各元件161中的部分元件161构成的部分的元件开口(子阵列)A21～A26所获得的接收信号来算出相关矩阵，对所获得的各子阵列A21～A26的相关矩阵进行平均来求得整个开口宽度A2的相关矩阵。由于边选择性地使子阵列A21～A26横向地错开边求得相关矩阵，从而可以通过该平均化效果降低所需波和干涉波的相关性。
然后，采用基于目标扫描线L11的方向所规定的导向矢量aθ，根据所获得的相关矩阵求得权重。之后，采用算出的权重，对相位调整处理后的各元件161的接收信号进行加权求和。
但是，在该MVB处理中，在计算相关矩阵时应用空间平均法这一点存在以下这样的问题。即、空间平均处理是以元件开口比实际的开口宽度A2窄的子阵列A21～A26为单位来计算出相关矩阵，求得权重，因此，关于采用了计算出的权重的加权求和，也是以子阵列A21～A26为单位来进行的。为此，其结果是缩窄元件开口来对各元件161的接收信号进行求和，因此，分辨率的提高自然有限。换言之，如果可以同时实现抑制干涉波的影响以及以开口宽度A2为单位来进行加权求和，则可以实现进一步的高分辨率化。
于是，在本实施方式中，采用了在计算权重时，利用包含所需波的方向的多条扫描线L的扫描所涉及的各元件161的接收信号的新方法。由于处理内容的一部分和MVB处理近似，因此，在本实施方式中，称为“多波束MVB处理”。下面，将用于权重的计算的扫描线的选择范围称为“扫描线选择范围”，将该扫描线选择范围内的扫描线称为“范围内扫描线”。扫描线选择范围是将中心设为目标扫描线L11的方向(即、所需波的方向)的角度范围，范围内扫描线L至少包括目标扫描线L11。
在多波束MVB处理中，首先，按各范围内扫描线L进行和MVB处理同样的相位调整处理。
然后，计算出导向矢量aθ。导向矢量aθ通过下面的式(1)表示。在式(1)中，θ表示相移角度。该相移角度θ相当于符合的范围内扫描线L的角度(后述的扫描线角度χ)。M表示元件数(超声波元件161的数量)。需要注意的是，上述的MVB处理中采用的导向矢量aθ被固定为aθ＝1(θ＝0)。
aθ＝(1 e-jπsin(θ) e-j2πsin(θ) … e-j(M-1)πsin(θ))…(1)
针对范围内扫描线L各自算出该导向矢量aθ，得到下式(2)所示的A[n]。A[n]是M×K矩阵，K表示范围内扫描线L的扫描线编号。
然后，进行相移处理。通过按照下式(3)，求得相位调整处理后的每条范围内扫描线L的各元件161的接收信号X[n]与利用式(2)求得的A[n]的Hadamard乘积X～[n]来进行相移处理。需要注意的是，X～对应于在“X”之上标有“～”的式(3)的符号。
式(3)的X[n]通过下面的式(4)来表示，其是和A[n]相同的M×K矩阵。xi[n](i＝1、2、…、K)表示扫描线编号i的范围内扫描线L的扫描所涉及的相位调整处理后的各元件161的接收信号。
X[n]＝[x1[n] x2[n] …xK[n]]…(4)
然后，利用相移处理后的每条范围内扫描线L的各元件161的接收信号X～[n]，根据下式(5)计算出相关矩阵R＾[n]。需要说明的是，R＾对应于在“R”之上标了“＾”的式(5)的符号。
然后，解答下式(6)、(7)所示的最小化问题，算出各元件161的权重w。
然后，按照下式(8)，基于所求得的各元件161的权重w，对相移处理后的目标扫描线L11的扫描所涉及的各元件161的接收信号xt～[n]进行加权求和。式(8)的下标t表示目标扫描线L11的扫描线编号。需要说明的是，xt～对应于在“xt”之上标了“～”的式(8)的符号。
在以上说明了的多波束MVB处理中，除了目标扫描线L11(观察线)之外，也有效利用在目标扫描线L11之外的发送波束角度所获得的接收信号来降低所需波和干涉波的相关性。因此，无需像现有的MVB处理那样缩窄元件开口即可以开口宽度A2为单位实现抑制了干涉波的影响的加权求和。不过，在这种情况下，范围内扫描线L的选出(如何设定扫描线选择范围)则成为了问题。至少选择信号强度与目标扫描线L11为同程度、且强度偏差小的扫描线L较好。于是，将主瓣宽度θm用作扫描线选择范围的基准，使扫描线选择范围相对于主瓣宽度θm进行变宽变窄的变化，进行多次模拟，验证了分辨率。
首先，主瓣宽度θm例如通过下式(9)来表示。该主瓣宽度θm在发送频率f高的情况下变窄，即使开口宽度D长也会变窄。在式(9)中，f表示发送频率，D表示开口宽度，c表示介质声速，λ表示波长。
θ＝asin{1.02*c/(f.D)}…(9)
因此，如果将扫描线L的角度(扫描线角度)设为χ，则该扫描线L的扫描所涉及的主瓣宽度θm的角度范围为χ-θ/2至χ+θ/2。因此，如果通过下式(10)来表示各扫描线L的扫描线角度χ，则可以通过按下式(11)来提取式(10)的元素(elements)，从而确定在其主瓣的内侧的扫描线L。在式(10)中，α是扫描角，是扫描角间距(scan angle interval)。这里所述的角度是方位角，例如，是以入射角度为0°的方向为基准而确定的。
χ-θ/2＜A＜χ+θ/2…(11)
需要说明的是，主瓣宽度θm的计算式并不限定于式(9)。主瓣宽度θm会由于超声波元件161的元件形状、有无切趾(apodization)、距聚焦位置的距离等而发生变动，因此，优选考虑这些因素来确定主瓣宽度θm。
然后，作为实际确定主瓣宽度θm的式(9)的参数之一的发送频率是关系到超声波束的收发的超声波探测器16的驱动条件之一，根据观察对象(也称为关注区域)的深度(距超声波探测器16的距离)等而变更设定。具体而言，发送频率被设定为观察接近体表的浅的位置时发送频率高，观察深的位置时发送频率低。由于在生物体内传播的超声波容易与发送频率成比例地衰减，从而通过驱动条件的设定进行了观察深部时采用难以受到衰减的影响的低频、而观察浅的位置(浅部)时采用频率的性质上能够获得高分辨率的高频这样的设定。
于是，在图4所示的两个模拟条件下进行了模拟。首先，关于模拟条件(1)，设想在测定部位观察接近体表的浅的位置的情况，将发送频率设为5.0MHz。开口宽度固定为19.2mm、扫描角间距固定为0.05°。此外，作为观察对象，在深度50mm的深度位置上按0.5mm间隔配置散射体，进行超声波测定并生成了超声波图像。
然后，关于模拟条件(2)，设想在测定部位观察深部的情况，将发送频率设为2.5MHz。开口宽度和扫描角间距固定为和模拟条件(1)相同的值。此外，作为观察对象，在深度100mm的深度位置上按3mm间隔配置散射体，进行超声波测定并生成了超声波图像。
通过采用对式(11)进行了变形的下式(12)将校正系数C设定为可变，从而进行了模拟中的扫描线选择范围的变更(范围内扫描线L的选出)。如果设C＝1.0，则扫描线选择范围与主瓣宽度θm一致。如果将C设为小于1.0，则扫描线选择范围比主瓣宽度θm窄，如果将C设为大于1.0，则扫描线选择范围比主瓣宽度θm宽。例如，在图2的例子中，就目标扫描线L11来看，设为C＝1.0时，选出在主瓣内侧的包括目标扫描线L11的三条扫描线L11、L13、L15。
χ-C*θ/2＜A＜χ+C*θ/2…(12)
图5～图8是示出基于模拟条件(1)所获得的超声波图像的图，图5是校正系数C＝0.6时的超声波图像，图6是C＝0.8时的超声波图像，图7是C＝1.0时的超声波图像，图8是C＝1.2时的超声波图像。此外，图9～图12是示出基于模拟条件(2)所获得的超声波图像的图，图9是校正系数C＝0.6时的超声波图像，图10是C＝0.8时的超声波图像，图11是C＝1.0时的超声波图像，图12是C＝1.2时的超声波图像。
不管是在模拟条件(1)的情况下还是在模拟条件(2)的情况下，通过将C设定为1.0以下、即通过将扫描线选择范围设为主瓣宽度θm以下，均可以获得能够视觉识别散射体间的边界的图像，分辨率良好。与此相对地，在扫描线选择范围为比主瓣宽度θm宽的C＝1.2的情况下，则难以视觉识别散射体间的边界部分，导致左右两个散射体可能被判断为一体的分辨率低的结果。
此外，如果对模拟条件(1)的结果和模拟条件(2)的结果进行比较，则模拟条件(1)的发送频率(5.0MHz)为模拟条件(2)的发送频率(2.5MHz)的两倍，因此，在图8所示的模拟条件(1)下C＝1.2时和在图9所示的模拟条件(2)下C＝0.6时，扫描线选择范围为大致相同程度的角度范围。如果对该图8和图9的图像进行比较，则可以得知：在图9的图像中，由于扫描线选择范围为主瓣宽度θm以下，从而分辨率良好，与此相反，在图8的图像中，扫描线选择范围比主瓣宽度θm宽，因此与其它条件相比分辨率低。即、可以说，在扫描线选择范围相同的情况下，发送频率低时分辨率提高效果会升高，因此，为了维持分辨率提高效果，在提高发送频率的情况下，需要相对地将扫描线选择范围设定得较窄。
此外，在超声波探测器16进行的超声波测定中，作为其测定模式之一，有谐波模式。谐波模式是进行提取谐波成分(高次谐波成分(harmonic wave component))的谐波成像处理而生成超声波图像的模式。根据谐波成像处理，可以使在超声波于生物体内传播的过程中产生的谐波成分图像化，可以提高分辨率、对比度。于是，对谐波模式中的扫描线选择范围的设定所带来的效果也进行了验证。
图13示出实机数据取得条件。这里，谐波成像处理例如是通过频率滤波器(高通滤波器)对基波成分和谐波成分进行分离，提取出二次谐波成分来进行的。为此，在计算主瓣宽度θm时代入式(9)的发送频率f不是实际的发送频率的2.6MHz，而是两倍的5.2MHz。此外，作为本实机验证的比较例，使代入式(9)的发送频率f为实际的发送频率的2.6MHz，生成了超声波图像。观察对象是在深度50mm的深度位置上按0.5mm间隔配置的分辨率评价模型(线(wire)模)。
图14是示出在实机谐波成像处理中，在多波束MVB处理中以频率f＝5.2MHz、C＝1.0的条件所获得的超声波图像的图，图15是示出在之前的多波束MVB处理中以频率f＝2.6MHz、C＝1.0的条件(基波条件)所获得的超声波图像的图。如果将这些图像进行比较，从分辨率评价模型(线(wire)模)间的边界的清晰度来看，与图15的图像(基波条件)相比，图14的图像(谐波条件)可获得更高分辨率。此外，图16是将谐波条件下获得的信号强度和基波条件下获得的信号强度一起图表化了的图。分辨率评价模型(线(wire)模)间的边界位于方位角0°的方向上。如果对方位角0°前后的信号强度的变化进行比较，则可以得知：与基波条件相比，在谐波条件时，信号强度的峰更加尖锐，可以获得更高分辨率的图像。
因此，在谐波模式的情况下，将提取的谐波成分的频率用作基准，该频率越高，将扫描线选择范围设定得越窄较好。
(功能构成)
图17是示出图像生成装置10的功能构成例的框图。图像生成装置10具备处理装置30以及超声波探测器16，处理装置30具备操作输入部310、显示部320、通信部340、作为运算处理部的处理部350、以及存储部500。
超声波探测器16具备多个超声波元件161，以从处理装置30(更具体地说，是处理部350的超声波测定控制部351)输出的脉冲电压来发送超声波。并且，接收发送的超声波的反射波，将接收信号向超声波测定控制部351输出。
操作输入部310接收用户的各种操作输入，将与操作输入相应的操作输入信号向处理部350输出。可以通过按钮开关、杠杆开关、拨号盘式开关、触控板(trackpad)、鼠标等来实现。在图1中，触摸面板12、键盘14相当于该操作输入部310。
该操作输入部310包括：用于输入发送频率的指示值的发送频率刻度盘311、以及用于选择性地切换普通模式以及谐波模式的测定模式切换按钮313。需要注意的是，发送频率刻度盘311以及测定模式切换按钮313不限于通过拨号盘式开关、按钮开关等物理性的开关来实现的情况，也可以通过采用了兼用作显示部320的触摸面板的基于软件的按键开关等来实现。在这种情况下，用户触摸操作触摸面板，输入观察深度的指示值，或者对测定模式(普通模式或谐波模式)进行切换。
显示部320通过LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等显示装置来实现，进行基于来自于处理部350的显示信号的各种显示。在图1中，触摸面板12相当于该显示部320。
通信部340是用于在处理部350的控制下，与外部之间发送接收数据的通信装置。作为该通信部340的通信方式，可以适用通过符合规定的通信标准的缆线进行有线连接的形式、通过与被称为座充(cradle)等的充电器兼用的中间装置进行连接的形式、利用无线通信进行无线连接的形式等各种方式。在图1中，通信IC34相当于该通信部340。
处理部350例如由CPU或GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等微处理器、ASIC、FPGA、IC存储器等电子部件来实现。并且，处理部350与各功能部之间进行数据的输入输出控制，基于规定的程序或数据、来自于操作输入部310的操作输入信号、来自于超声波探测器16的各元件161的接收信号等执行各种运算处理，取得受检体2的生物体信息。在图1中，CPU32相当于该处理部350。需要注意的是，构成处理部350的各部也可以通过专用的模块电路等硬件来构成。
该处理部350包括超声波测定控制部351以及图像生成部400。
超声波测定控制部351和超声波探测器16一起构成超声波测定部20，通过该超声波测定部20来进行超声波测定。超声波测定控制部351控制超声波探测器16对超声波脉冲的发送定时，在发送定时，产生脉冲电压，并向超声波探测器16输出。此时，进行发送延迟处理，进行对各元件161的脉冲电压的输出定时的调整。此外，进行从超声波探测器16输入的各元件161的接收信号的滤波处理等，将处理后的各元件161的接收信号(测定结果)向图像生成部400输出。
图像生成部400基于从超声波测定控制部351输入的各元件161的接收信号生成超声波图像。该图像生成部400具备参数设定部410、谐波处理部420以及波束形成处理部440的功能部。这些功能部既可以是通过处理部350执行图像生成程序510而软件性地实现的构成，也可以是具备专用的电子电路来构成。在本实施方式中，以前者为例进行说明。
参数设定部410基于发送频率刻度盘311的刻度位置以及测定模式切换按钮313的选择状态，对驱动条件信息550和扫描线选择数560进行设定。
谐波处理部420进行从自超声波测定控制部351输入的各元件161的接收信号提取出谐波成分(高調波成分(harmonic wave components))的谐波成像处理。
波束形成处理部440是进行多波束MVB处理的功能部。该波束形成处理部440可以和上述的多波束MVB处理的各工序分别对应地分为选出在扫描线选择范围内的范围内扫描线的范围内扫描线选出部441、进行相位调整处理的相位调整处理部442、计算导向矢量的导向矢量计算部443、进行相移处理的相移处理部444、计算相关矩阵的相关矩阵计算部445、计算权重的权重计算部446、以及采用权重对各元件161的接收信号进行加权求和的加权求和部447的各功能部，按各扫描线进行波束形成处理。这些各功能部也可以分别通过专用的电子电路来构成。
存储部500通过IC存储器、硬盘、光盘等存储介质来实现。在存储部500中事先存储、或者在每次处理时暂时存储用于使图像生成装置10动作而实现图像生成装置10所具备的各种功能的程序、该程序的执行中所使用的数据等。在图1中，搭载于控制基板31的存储介质33相当于该存储部500。需要注意的是，处理部350和存储部500的连接不限于通过装置内的内部总线电路的连接，也可以通过LAN(Local Area Network：局域网)、英特网等通信线路来实现。在这种情况下，存储部500也可以通过与图像生成装置10分开的其它的外部存储装置来实现。
在该存储部500中存储图像生成程序510、参数设定表520、接收信号数据530、反射波数据540、驱动条件信息550以及扫描线选择数560。
处理部350通过读出并执行图像生成程序510，来实现超声波测定控制部351、图像生成部400等的功能。需要注意的是，在通过电子电路等硬件来实现这些功能部时，可以省略用于实现该功能的程序的一部分。
参数设定表520在参数设定部410设定驱动条件信息550以及扫描线选择数560时被参照，发送频率、选择扫描线范围以及扫描线数的各值基于上述的发送频率与扫描线选择范围的关系而预先设定。该参数设定表520准备了普通模式用521和谐波模式用523。各自的表结构相同，图18所示的表中的上下的数值的大小趋势也相同，预先设定适合于各测定模式的值。
图18是示出参数设定表520的数据构成例的图。如图18所示，参数设定表520是设定了发送频率刻度盘311的各刻度位置所指示的指示值(发送频率刻度指示值)、选择扫描线范围与扫描线数的对应关系的数据表。
对于选择扫描线范围，越是对应的发送频率高的上段，将各值设定得越窄，对于扫描线数，基于扫描角间距设定在对应的选择扫描线范围内的扫描线数。更加详细地说，作为前提，设定于普通模式用521的选择扫描线范围中的各值为通过代入对应的发送频率以及开口宽度(在本实施方式中为固定)而求得的主瓣宽度以下的值。另一方面，设定于谐波模式用523的选择扫描线范围中的各值为通过代入基于对应的发送频率所确定的谐波成分的频率(例如如果是提取二次谐波成分的情况，则为发送频率的两倍的值)以及固定的开口宽度而求得的主瓣宽度以下的值。
在本实施方式中，参数设定部410参照参数设定表520，将通过发送频率刻度盘311而选择中的发送频率刻度指示值的发送频率设定为发送频率信息553，并将该发送频率刻度指示值所对应的扫描线数设定为扫描线选择数560。并且，范围内扫描线选出部441将在波束形成处理时以处理对象的扫描线为中心的扫描线选择数560的扫描线选择为范围内扫描线，从而来进行扫描线选择范围的设定。
接收信号数据530存储作为超声波测定的结果而获得的、各扫描线的扫描所涉及的各元件161的接收信号。
反射波数据540存储通过按每帧反复进行的超声波测定而获得的反射波数据。该反射波数据540包括作为超声波图像的每帧的B模式像的数据。
驱动条件信息550存储测定模式信息551、发送频率信息553以及开口宽度信息555。测定模式信息551表示通过测定模式切换按钮313而选择中的测定模式是普通模式还是谐波模式。如上所述，通过参数设定部410在发送频率信息553中设定通过发送频率刻度盘311而选择中的发送频率刻度指示值。超声波探测器16的开口宽度A2(参照图3)预先作为固定值而设定于开口宽度信息555中。
扫描线选择数560存储在扫描线选择范围内的范围内扫描线的条数。该扫描线选择数560是在超声波测定之前，通过参数设定部410而与驱动条件信息550一起被设定的。
(处理的流程)
图19是示出本实施方式中的超声波图像生成处理的流程的流程图。这里说明的处理可以通过处理部350从存储部500读出并执行图像生成程序510而使图像生成装置10的各部进行动作来实现。在测定之前，用户将超声波探测器16触碰于受检体2的体表。
首先，接收用户通过操作输入部310进行的操作输入。这里，接收发送频率刻度盘311以及测定模式切换按钮313的操作(步骤S1)，并成为待机状态，直至输入规定的测定开始操作(步骤S3：否)。
然后，如果输入了测定开始操作(步骤S3：是)，参数设定部410首先取得测定模式切换按钮313的选择状态，设定测定模式信息551(步骤S5)。然后，参数设定部410基于发送频率刻度盘311的刻度位置，将其发送频率刻度指示值设定为发送频率信息553(步骤S7)。此外，参数设定部410从参数设定表520读出发送频率刻度盘311的发送频率刻度指示值所对应的扫描线数，设定扫描线选择数560(步骤S9)。在测定模式为普通模式的情况下，作为参数设定表520，参照普通模式用521，在谐波模式的情况下，参照谐波模式用523来进行这些发送频率信息553以及扫描线选择数560的设定。
如果设定了驱动条件信息550以及扫描线选择数560，则超声波测定部20按照驱动条件信息550来进行超声波测定(步骤S11)。通过这里的处理，在接收信号数据530中存储一帧的数据。
然后，判断测定模式，在谐波模式的情况下(步骤S13：是)，谐波处理部420进行通过步骤S11的超声波测定所获得的接收信号的谐波成像处理(步骤S15)。
然后，波束形成处理部440按各扫描线反复进行循环A的处理，进行多波束MVB处理(步骤S17～步骤S33)。首先，波束形成处理部440将以处理对象的扫描线为中心的扫描线选择数560的扫描线选出作为范围内扫描线(步骤S19)。
如果选出了范围内扫描线，则相位调整处理部442进行对各范围内扫描线的扫描所涉及的各元件161的接收信号施加延迟时间的延迟的相位调整处理(步骤S21)。此时，在谐波模式的情况下，将步骤S15中的谐波成像处理后的各元件的接收信号作为对象进行相位调整处理。
然后，导向矢量计算部443根据式(2)，对应于每条范围内扫描线算出由式(1)规定的导向矢量(步骤S23)。然后，相移处理部444采用导向矢量，根据式(3)、(4)进行相位调整处理后的每条范围内扫描线的各元件161的接收信号的相移处理(步骤S25)。然后，相关矩阵计算部445根据式(5)，基于相移处理后的每条范围内扫描线的各元件161的接收信号算出相关矩阵(步骤S27)。然后，权重计算部446根据式(6)、(7)，采用导向矢量和相关矩阵算出权重(步骤S29)。之后，加权求和部447采用在步骤S29中求得的权重，对相移处理后的处理对象的扫描线的各元件161的接收信号进行加权求和(步骤S31)。
如果将所有的扫描线作为处理对象进行了循环A的处理，则对所获得的各扫描所涉及的图像进行必要的处理而生成超声波图像(步骤S35)，结束一帧的处理。所生成的超声波图像被显示部320适当地进行显示控制。
如以上说明的，根据本实施方式，可以对应于每条扫描线选择、采用选择扫描线范围内的范围内扫描线，进行多波束MVB处理。此时，可以发送频率越高，则将选择扫描线范围设定得越窄，可以实现超声波图像的高分辨率。关于该选择扫描线范围的设定，例如在超声波测定之前，将发送频率越高则条数越少的扫描线数设定为扫描线选择数560。并且，在对应于每条扫描线进行波束形成处理时，可以将以处理对象的扫描线为中心的扫描线选择数560的扫描线选择为范围内扫描线。
此外，在谐波模式中，可以将提取的谐波成分的频率作为基准，设定为该频率越高、则选择扫描线范围越窄(减少范围内扫描线的数量)。因此，可以进一步提高分辨率，获得高清晰的超声波图像。
需要注意的是，在上述实施方式中，举例示出了扇形扫描方式作为超声波探测器16的扫描方式，但例如在采用线性扫描方式等其它扫描方式的情况下，也可以同样地适用。这里，在线性扫描方式中，边沿超声波元件161的排列方向错开超声波束的入射位置，边沿彼此平行的多条扫描线收发超声波束。为此，也可以根据需要变更开口宽度(驱动开口)的设定。因此，在采用线性扫描方式的情况下，也可以根据开口宽度来进行扫描线选择范围的设定(范围内扫描线的选出)。在这种情况下，开口宽度越宽，则将选择扫描线范围设定得越窄(选出条数少的范围内扫描线)即可，能够获得高分辨率。
此外，在如上述实施方式那样采用扇形扫描方式的情况下，也可以考虑将超声波探测器16变更为不同开口宽度来进行超声波测定的情况。设想这样的情况，也可以和采用线性扫描方式时同样地设定为开口宽度越宽、则选择扫描线范围越窄(选出条数少的范围内扫描线)。这例如可以通过对应于每个开口宽度准备参数设定表来实现。具体而言，在比较相同发送频率刻度指示值所对应的值时，以越是宽的开口宽度用的参数设定表，则选择扫描线范围越窄，扫描线数越少的方式来设定各值。由此，可以进一步提高分辨率。
此外，在上述实施方式中，以扫描角间距为一定的情况来进行了说明，但也有进行在扫描角的中心附近使扫描角间距变细、而在扫描角的端部附近使其变粗等的控制的情况。在这种情况下，根据实际的扫描角间距来设定式(10)的元素即可。由此，在进行波束形成处理时，可以根据处理对象的扫描线与相邻的扫描线的扫描角间距来设定选择扫描线范围。
此外，超声波图像的生成步骤并不限于参照图19所说明的那样，先进行一帧的超声波测定，然后再依次生成各扫描所涉及的图像的步骤，也可以和步骤S11的超声波测定并行地进行循环A的多波束MVB处理。在这种情况下，在至少结束了步骤S9中设定的扫描线选择数560的扫描之后开始循环A的处理即可。由此，只要能够确保可设定为扫描线选择数560的扫描线数对应的接收数据的存储区域即可，无需事先存储一帧对应的所有的接收数据，因此，可以通过少的存储器来进行多波束MVB处理。
此外，本发明的图像生成装置不限于上述实施方式那样的进行受检体2的超声波测定的超声波诊断装置，也可以适用于声呐、无创检查用的超声波探伤机等。

Claims (6)

1.一种图像生成装置，其特征在于，
具备根据发送接收了超声波的各扫描所涉及的接收信号生成超声波图像的运算处理部，
所述运算处理部执行：
针对各所述扫描设定包括所述扫描的方向的所述接收信号的选择范围；
基于所述选择范围内的所述接收信号，算出用于波束形成处理的权重；以及
基于所述权重进行所述波束形成处理，生成所述扫描所涉及的图像。
2.根据权利要求1所述的图像生成装置，其特征在于，
设定所述选择范围包括：根据与所述扫描相关的驱动条件设定所述选择范围。
3.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于，
根据所述驱动条件的所述选择范围的设定包括：所述超声波的发送频率越高、则将所述选择范围设定得越窄。
4.根据权利要求2或3所述的图像生成装置，其特征在于，
根据所述驱动条件的所述选择范围的设定包括：所述扫描涉及的驱动元件的开口宽度越宽、则将所述选择范围设定得越窄。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，
关于生成所述超声波图像，能够切换在生成所述扫描涉及的图像时是否进行规定的谐波成像处理，
设定所述选择范围包括在进行所述谐波成像处理时，与不进行所述谐波成像处理时相比，将所述选择范围设定得更窄。
6.一种图像生成方法，其特征在于，
根据发送接收了超声波的各扫描所涉及的接收信号生成超声波图像，
所述图像生成方法包括：
针对各所述扫描，设定包括所述扫描的方向的所述接收信号的选择范围；
基于所述选择范围内的所述接收信号，算出用于波束形成处理的权重；以及
基于所述权重进行所述波束形成处理，生成所述扫描所涉及的图像。
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