JP2004201864A - Ultrasonic imaging device and the ultrasonic imaging method - Google Patents

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    • G01S7/52085Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic imaging device or the like which can efficiently obtain an ultrasonic image of a good quality wherein effects by crosstalk are reduced. <P>SOLUTION: This ultrasonic imaging device has a probe 10 for ultrasonic waves including a plurality of ultrasonic transducers which act respectively conforming to a plurality of driving signals, and at the same time, outputs detection signals when receiving an ultrasonic wave, and a crosstalk judging unit 23 which grasps the location of a reflection source existing in a subject based on a detection signal obtained by pre-imaging, and at the same time, judges whether crosstalk is generated or not between a plurality of ultrasonic echoes. The ultrasonic imaging device also has a transmitting/receiving method setting unit 24 which sets a transmitting/receiving method to be used when respective ones of a plurality of imaging regions included in the subject are scanned based on the judgement result by the crosstalk judging unit, a firing timing controller 25 which provides a delay to a plurality of the driving signals conforming to the set transmitting/receiving method, and a phase matching/operation unit 22 which processes the detection signal according to the set transmitting/receiving method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用の超音波診断装置や工業用の探傷装置等として用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子(プローブ)が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波を合波して形成される超音波ビームによって被検体を走査させることにより、被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体の2次元又は3次元領域における超音波画像が再現される。このような超音波ビームを用いた走査方法の1つとして、被検体の扇状の2次元領域を角度方向に走査する、いわゆるセクタ走査が知られている。
【0003】
セクタ走査は、本来、人体の肋間から心臓を観察するための手法として開発されたものである。一般的に、セクタ走査においては、送信点から被検体の深さ方向に延びる超音波ビームが被検体内に扇状に順次送信され、この超音波ビームによって、被検体の扇状の2次元領域が等間隔の角度で走査される。ここで、各々の角度において、超音波ビームに沿って被検体の深さ方向に等間隔で分布する複数のサンプリング点に関する画像情報が、一定の時間間隔でサンプリングされる。サンプリングされた画像情報に基づいて得られた2次元又は3次元の超音波画像は、心臓については断層心エコー図と呼ばれている。
【0004】
近年においては、より高いサンプリングレートで超音波画像を得ることが検討されている。例えば、非特許文献1には、1つの送信ビームが被検体に反射されて生じた超音波エコーについて、複数の受信焦点を形成するように受信フォーカスを施すことにより、1回の超音波ビームの送受信によって被検体の複数の位置に関する画像情報を得ることが記載されている。しかしながら、この場合には、1つの受信焦点を形成する場合に比較して径の太い超音波ビームを送信しなくてはならないので、空間分解能が低下してしまうという問題点が存在する。そのため、このような送受信方式を、細部について詳細な画像情報を得る場合に適用することはできない。
【0005】
また、特許文献1には、リアルタイムで3次元超音波画像を形成するために2次元トランスデューサアレイを用いると共に、同時に複数の超音波ビームを送受信する方式を採用した超音波撮像システムにおいて、クロストークを除去する幾つかの技術が開示されている。クロストークを除去する技術としては、超音波ビームをコード化して送信したり、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信したり、超音波ビームの送信方向を離したり、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いることが挙げられている。
【0006】
しかしながら、超音波ビームをコード化しても、同時に送受信される超音波ビームの数が増加すると、コードにより超音波ビームを識別することが困難になる。また、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信しようとしても、生体内においては隣接ビームのサイドローブが完全にゼロとはならない。一方、超音波ビームの送信方向を離す場合には、同時に多数の超音波ビームを送受信することが困難である。また、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いる場合には、超音波トランスデューサの周波数帯域に限界があるため、同時に送受信される超音波ビームの数が制限される。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,179,780号明細書(アブストラクト、図7−図10)
【非特許文献1】
デビッドセン(R. E. Davidsen)、ジェンセン(J. A. Jensen)、スミス(S. W. Smith),「リアルタイムボルメトリックイメージングのための2次元ランダムアレイ(TWO-DIMENSIONAL RANDOM ARRAYS FOR REAL TIME VOLUMETRIC IMAGING)」,超音波画像(ULTRASONIC IMAGING) 16, p. 143-163, (1994)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、クロストークによる影響が低減された良質な超音波画像を効率良く得ることができる超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、事前撮像により得られた検出信号に基づいて、被検体内に存在する反射源の位置を把握すると共に、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、複数の送受信方式の中から該撮像領域を走査する際に用いられる送受信方式を選択して設定する送受信方式設定手段と、該送受信方式設定手段によって設定された送受信方式に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される1又は複数の超音波ビームによって被検体を走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を、送受信方式設定手段によって設定された送受信方式に応じて処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【0010】
また、本発明に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、少なくとも1つの超音波ビームによって被検体を走査させることにより、事前撮像を行うステップ(a)と、ステップ(a)において行われた事前撮像の結果に基づいて、被検体内に存在する反射源の位置を把握すると共に、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定するステップ(b)と、ステップ(b)における判定結果に基づいて、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、複数の送受信方式の中から該撮像領域を走査する際に用いられる送受信方式を選択して設定するステップ(c)と、ステップ(c)において設定された送受信方式に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される1つ又は複数の超音波ビームによって被検体を走査させるステップ(d)と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を、ステップ(c)において設定された送受信方式に応じて処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ(e)とを具備する。
【0011】
本発明によれば、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して個別に送受信方式を設定するので、クロストークによる影響が低減された良質な超音波画像を効率良く得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診察用の超音波診断装置や工業用の探傷装置として用いられる。
図1に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子10を有している。超音波用探触子10は、超音波の送受信機能を有する複数個(N×N=N2個)の超音波トランスデューサ11を含む、いわゆる2次元トランスデューサアレイである。超音波用探触子10においては、複数の超音波トランスデューサ11が、例えば、N行N列の2次元マトリックスに配列されている。超音波トランスデューサ11としては、例えば、PZT(Pb(lead) zirconate titanate:チタン酸ジルコン酸鉛)等のセラミック圧電材やPVDF(polyvinyl difluoride:ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電材を材料とする圧電素子が用いられる。
【0013】
本実施形態においては、1つの超音波トランスデューサが超音波の送信と受信の両方に用いられるが、超音波の送信と受信のために別々の超音波トランスデューサを備えるようにしても良い。例えば、超音波の送信素子として、上記の圧電素子を用い、超音波の受信素子として、微細な光ファイバーの先端にそれぞれ形成されたファブリーペロー共振器(FPRと略称)又はファイバーブラッググレーティング等を用い、これらを組み合わせて超音波用探触子10を構成しても良い。なお、本実施形態においては2次元トランスデューサアレイを用いているが、これ以外に、1次元、又は、1.5次元等のトランスデューサアレイを用いても良い。
【0014】
2個の超音波トランスデューサ11には、N2個のパルサ回路12、及び、レシーバ14がそれぞれ接続されている。
各パルサ回路12は、発火タイミングコントローラ25の出力信号に基づいて励振して、超音波用探触子10の対応する超音波トランスデューサ11に駆動信号を出力する。各超音波トランスデューサ11は、パルサ回路12から入力された駆動信号に基づいて超音波パルスを被検体に送信し、被検体から反射された超音波パルスを受信して検出信号を出力する。これらのパルサ回路としては、高い繰り返し周期(例えば、3MHz〜10MHz)で連続的に駆動信号を出力できる高速パルサ回路を用いることが望ましい。
【0015】
各レシーバ14は、プリアンプ15、TGC(time gain compensation:時間利得補償)増幅器16及びA/Dコンバータ17を備えている。各超音波トランスデューサ11から出力された検出信号は、対応するレシーバ14に含まれるプリアンプ15及びTGC増幅器16においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、A/Dコンバータ17の入力信号レベルに整合される。TGC増幅器16から出力されたアナログ信号は、A/Dコンバータ17によってそれぞれディジタル信号(データ)に変換される。
【0016】
また、この超音波撮像装置は、システム制御部20と、メモリ21と、位相整合演算部22と、表示画像演算部26と、発火タイミングコントローラ25とを含んでいる。システム制御部20は、この超音波撮像装置の各部を制御している。
【0017】
発火タイミングコントローラ25には、各パルサ回路12が接続されている。発火タイミングコントローラ25は、各パルサ回路12を励振するための信号を出力する。本実施形態においては、発火タイミングコントローラ25は、電子回路によって構成されているが、パターンジェネレータ等によって構成されても良い。発火タイミングコントローラ25の制御により、超音波用探触子10から送信された超音波ビームの最大撮像深度からのエコーの到達時間内に、複数方向に向けて超音波ビームを送信するための発火タイミングの管理が可能となる。また、発火タイミングコントローラ25の制御により、所望の径を有する超音波ビームを所望の方向に送信することが可能となる。
【0018】
メモリ21には、各レシーバ14が接続されている。メモリ21は、各レシーバ14のA/Dコンバータ17から出力された検出データを一時記憶する。
位相整合演算部22は、メモリ21に記憶されている検出データの位相を整合するために演算処理を行う。位相整合演算部22は、図1においては1個のブロックで示されているが、送信ビームの数、又は、形成される受信焦点の数に対応して複数の系統が設けられている。位相整合演算部22の各系統は、シフトレジスタ遅延線、ディジタル微小遅延器、若しくは、CPU(central processing unit:中央演算装置)とソフトウエア、又は、これらの組み合わせによって構成されている。
【0019】
ここで、位相整合演算部22による受信ビームフォーミングは次のように行われる。位相整合演算部22の各系統は、各超音波トランスデューサ11から出力される検出信号に基づいて得られた一連の検出データに所定の遅延を与える。これにより、複数の超音波トランスデューサ11を用いて得られた複数の検出データの位相が整合される。さらに、位相整合演算部22は、これらの検出データをディジタル加算する。このように、複数の系統を有する位相整合演算部22を用いることにより、被検体内の複数の方向に関する受信フォーカスを同時に達成することができる。
【0020】
表示画像演算部26は、位相整合演算部22から出力されたデータに対して、検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施し、さらに、走査フォーマットの変換を行う。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部26は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、3次元画像の表示を行うための演算を行う。
【0021】
表示画像演算部26には、画像表示部30が接続されている。画像表示部30は、表示画像演算部26で走査フォーマットが変換された画像データを、D/A変換によってアナログ信号に変換し、これらの信号に基づいて画像を表示する。
【0022】
さらに、本実施形態に係る超音波撮像装置には、クロストーク判定部23及び送受信方式設定部24が設けられている。クロストーク判定部23は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行った場合に、得られた画像情報に基づいて被検体に存在する反射源の位置を把握すると共に、異なる複数の方向に向けて複数の超音波ビームをそれぞれ送信した場合に、それぞれの方向から受信される超音波エコーが互いにクロストークを生じさせか否かを判定する。
【0023】
送受信方式設定部24は、クロストーク判定部23の判定結果に基づいて被検体を複数の撮像領域に分割し、それらの撮像領域の各々を走査する際に用いられる最適な送受信方式を選択する。また、送受信方式設定部24は、本格的に撮像を行う際に、選択された送受信方式に従って超音波ビームが送信されるように、発火タイミングコントローラ25に対して遅延時間の設定を行うと共に、選択された送受信方式に従って受信した超音波エコーの受信ビームフォーミングが行われるように、位相整合演算部22に対して遅延時間の設定を行う。
【0024】
ここで、本実施形態において行われる被検体を走査する際に用いられる送受信方式には、シングルビーム送受信方式、マルチビーム送受信方式、シングルビーム送信/マルチビーム受信方式がある。図2〜図4は、これらの方式を説明するための図である。図2〜図4には、複数の超音波トランスデューサ11を含む超音波用探触子10の断面が示されている。
【0025】
シングルビーム送受信方式とは、図2に示すように、1つの方向に向けて1つの超音波ビーム(送信ビーム)TB1を送信し、受信されたエコー信号について1つの受信焦点FP1を形成するように受信ビームフォーミングを施すことにより、1つの位置に関する画像情報を取得する方式のことである。この送受信方式によれば、径の細い超音波ビームを用いて、方位分解能が高い、良質な画像情報を得ることが可能になる。一方、被検体を広い範囲に渡って走査する場合には、多くの時間がかかってしまうという欠点がある。
【0026】
マルチビーム送受信方式とは、図3に示すように、同時に、又は、ほぼ同時に複数の方向に向けて複数の超音波ビームTB2、TB3をそれぞれ送信し、受信された複数のエコー信号について、送信ビームTB2、TB3にそれぞれ対応する複数の受信焦点FP2、FP3を形成するように受信ビームフォーミングを施すことにより、複数の位置に関する画像情報を取得する方式のことである。この方式によれば、径の細い超音波ビームを用いて、被検体を高速に走査することができるので、方位分解能及びサンプリングレートを高めることが可能になる。一方、被検体における反射源の配置によっては、異なる方向から受信される複数のエコー信号の間でクロストークが生じるおそれがある。ここで、1つの方向に送信された第1の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第2の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合にクロストークが問題となる。
【0027】
シングルビーム送信/マルチビーム受信方式とは、図4の(a)に示すように、1つの超音波ビームTB4を送信し、図4の(b)に示すように、受信された複数のエコー信号について、複数の受信焦点FP4、FP5、FP6を形成するように受信ビームフォーミングを施すことにより、複数の受信ビームRB4、RB5、RB6として受信する方式である。この送受信方式によれば、1回の超音波の送受信によって複数の位置に関する画像情報を取得することができるので、被検体を高速に走査することが可能である。一方、この方式において送信される超音波ビームの径は、受信ビームフォーミングにおいて形成される受信焦点の数に応じて規定されるので、所定の値より小さくすることができず、方位分解能を高くすることができない。そのため、この送受信方式は、反射率の変化が激しい領域を走査する場合には適当ではない。
【0028】
次に、本発明の第1の実施形態に係る超音波撮像装置の動作について、図1、図5〜図9を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【0029】
まず、ステップS1において、被検体をプリスキャンすることによって事前撮像を行う。図6に示すように、被検体内の3次元領域を構成する複数のセクタ領域をシングルビーム送受信方式によって走査することにより、事前撮像を行う。ここで、事前撮像においては時間がかかっても構わないので、シングルビーム送受信方式を用いている。
【0030】
図1に示すように、複数のパルサ回路12は、発火タイミングコントローラ25の制御に従って、複数の駆動信号をそれぞれ出力する。これらの駆動信号により、複数のパルサ回路12に接続されている複数の超音波トランスデューサ11がそれぞれ駆動され、複数の超音波パルスが送信される。その際に、N2個の超音波トランスデューサ11の全てから超音波パルスを送信してもよいし、これらN2個のうちのいくつかに限定して超音波パルスを送信してもよい。
【0031】
複数の超音波トランスデューサから送信された複数の超音波パルスは、1つの超音波ビームを形成する。この送信ビームは、送信方向に存在する反射源に反射され、超音波用探触子10に受信される。超音波用探触子10に含まれる複数の超音波トランスデューサ11は、受信した超音波エコーに基づいて検出信号を出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ14にそれぞれ入力され、プリアンプ15及びTGC増幅器16においてアナログ処理を施され、A/Dコンバータ17の入力信号レベルに整合される。次に、TGC増幅器16から出力されたアナログ信号は、A/Dコンバータ17によってディジタル信号に変換され、メモリ21で一旦記憶された後、位相整合演算部22に入力される。さらに、これらの検出データは、位相整合演算部22において、受信された超音波エコーが受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを施され、送信ビームに対応する検出データが生成される。
【0032】
再び、図6を参照すると、本実施形態に係る超音波撮像装置は、超音波ビームの送信方向をθ方向に変化させながら、1つのセクタ領域OABを走査する。次に、本実施形態に係る超音波撮像装置は、超音波ビームの送信方向をφ方向にずらし、再びθ方向に変化させながら異なるセクタ領域を走査する。このようにして、図6に示すように、被検体の3次元領域を構成する複数のセクタ領域に関する画像情報が得られる。これらの画像情報は、図1に示すクロストーク判定部23に入力される。以下において、説明の簡単のために、セクタ領域OABを撮像する場合について説明する。
【0033】
次に、ステップS2において、クロストーク判定部23は、事前撮像の結果に基づいて、マルチビーム送受信方式を用いた場合に、受信された複数の超音波エコーの間でクロストークを生じさせてしまうような反射源が存在するか否かを判定する。
【0034】
ここで、クロストーク判定部23には、クロストークを判定する際に用いられる「寄与率」が記憶されている。寄与率とは、図7に示すように、被検体内の互いに異なる方向TXA、TXB、TXC、…の等しい深度に、大きさ及び反射率の等しい反射源OBA、OBB、OBC、…がそれぞれ存在する場合に、1つの方向(例えば、TXA)を観察する際に、他の方向(例えば、TXC)において生じた超音波エコーが混入する程度のことを示す。そもそも、クロストークは、ほぼ同じ時刻に異なる方向から複数の超音波エコーを受信する場合に生じるが、クロストークの程度や、それが超音波画像に与える影響は、超音波ビームの送信方向、同時に送信される複数の超音波ビームの間隔、反射源の大きさや反射率等によって異なる。そのため、例えば、マルチビーム送受信方式において送信される複数の超音波ビームの間隔をΔθとする場合には、1つの方向TXAに対して、Δθ離れた他の方向TXCが与える寄与率αA、1つの方向TXBに対して、Δθ離れた他の方向TXDが与える寄与率αB、…を、各方向ごとに求めておいて、それらを実際のクロストーク判定の際に基準値として用いる。これらの寄与率は、計算機によるシミュレーションによって求められ、被検体の各方向に関連付けてクロストーク判定部23に記憶されている。
【0035】
なお、マルチビーム送受信方式において送信される複数の超音波ビームの間隔Δθを変更するときのために、各方向(例えば、TXA方向)に対して、複数の他の方向(例えば、TXB、TXC、TXD、…)がそれぞれ与える寄与率を求めておいても良い。
【0036】
次に、クロストーク判定部23は、事前撮像によって得られた画像情報に基づいて、図8の(a)に示すように、TX1〜TX6方向からそれぞれ受信されたRF受信信号波形RF1〜RF6を記憶する。なお、図8の(a)において、t1〜t6は、TX1〜TX6方向に向けて超音波ビームを送信したときの送信時刻を示している。これにより、図8の(b)に示すように、セクタ領域OABにおける反射源OB1、OB2の存在範囲が把握される。
【0037】
次に、クロストーク判定部23は、各々の観察方向について、予め見積もられた寄与率を用いて、クロストークの判定に用いられる合成信号波形を作成する。合成信号波形は、観察方向に関するRF受信信号波形に、マルチビーム送受信方式におおいて同時に送信される他の方向に関するRF受信信号波形に寄与率を積算したものを加算することによって作成される。
【0038】
例えば、図8の(b)に示すように、TX2方向について観察する場合に、マルチビーム送受信方式において同時に送信される他の方向は、TX2方向とΔθ離れたTX4方向である。従って、合成信号波形は、RF受信信号RF2と、TX2方向に関する寄与率α2と、TX4方向に関するRF受信信号波形RF4とを用いて、図9に示すように、合成信号RF2+α2×RF4と表される。その他の観察方向についても同様である。
【0039】
次に、クロストーク判定部23は、合成された信号の強度に基づいて、クロストークの判定を行う。判定の基準は、合成前から存在するRF受信信号の位置において、合成された信号の強度が、合成前の信号強度の2倍以上、即ち、6dB以上増加した場合に、クロストークが生じるものとする。例えば、図9に示す場合に、TX2方向については、ΔRF≧6dBであれば、クロストークが生じると判定される。また、TX5方向については、ΔRF≒0なので、クロストークは生じないと判断される。
【0040】
次に、ステップS3において、送受信方式設定部24は、セクタ領域OABに含まれる複数の領域の各々に対して送受信方式を設定する。
図10に示すように、送受信方式設定部24は、クロストーク判定部23から入力された情報に基づいて、セクタ領域OABを、例えば、次に示す6つの撮像領域に分割する。
(1)反射源が存在しない撮像領域OAC
(2)反射源OB1の両端を含む撮像領域OCD
(3)反射源が存在しない撮像領域ODE
(4)反射源OB2の一端を含む撮像領域OEF
(5)反射源OB2の中間部を含む撮像領域OFG
(6)反射源OB2の他端を含む撮像領域OGH
(7)反射源が存在しない撮像領域OHB
さらに、送受信方式設定部24は、シングルビーム送受信方式、マルチビーム送受信方式、シングルビーム送信/マルチビーム受信方式のうちのいずれか送受信方式を、上記(1)〜(7)の撮像領域に対してそれぞれ設定する。
【0041】
シングルビーム送受信方式は、近接する撮像領域にクロストークの原因となる反射源が存在するために、マルチビーム送信を行うことができない領域であると共に、反射源のエッジが存在したり、反射源が高い密度で存在する等、高い方位分解能を要求される領域に対して設定される。図10に示すように、本実施形態においては、撮像領域OCD及び撮像領域OEFが該当する。これらの撮像領域は、反射源OB1又は反射源OB2の端部を含んでいると共に、クロストーク判定の結果により、仮に、マルチビーム送受信方式によって走査すると、他方の反射源によってクロストークが生じてしまうからである。
【0042】
マルチビーム送受信方式は、反射源のエッジが存在する等、高い方位分解能を要求される領域であり、同時に撮像される領域にクロストークの原因となる反射源が存在しない場合に設定される。本実施形態においては、撮像領域ODEと撮像領域OGHとの組み合わせが該当する。撮像領域OGHには、反射源OB2の他端が含まれるので、その輪郭を高密度に走査する必要があるからである。一方、図11に示すように、撮像領域ODEには反射源が存在しないので、撮像領域ODE及び撮像領域OGHを、2つの送信ビームTB2、TB3を用いて並行して走査しても、クロストークが生じるおそれがない。
【0043】
シングルビーム送信/マルチビーム受信方式は、反射源が存在しないか、反射率の空間変化が緩やかな領域に対して設定される。この方式によれば、先の2方式に比較して方位分解能が低下するので、高密度に走査する必要のある領域には適当ではないからである。図10に示すように、本実施形態においては、反射源が存在しない撮像領域OAC及び撮像領域OHB、並びに、反射源OB2の中間部を含む撮像領域OFGが該当する。反射源OB2の中間部、即ち、端部以外の領域は、反射率の空間変化が少ないので、多少方位分解能の低い走査を行っても、画質に大きな影響を与えることはない。
【0044】
次に、ステップS4において、本格的な撮像を行う。即ち、発火タイミングコントローラ25は、送受信方式設定部24によって設定された送受信方式に従って、複数のパルサ回路12からそれぞれ出力される駆動信号の遅延時間を制御する。これにより、図10に示すように、上記(1)〜(7)の撮像領域が、各々に対して設定された送受信方式に基づいて走査される。即ち、まず、シングルビーム送信/マルチビーム受信方式により、比較的径の太い超音波ビームを用いてOA〜OCの範囲が走査される。次に、送受信方式がシングルビーム送受信方式に切換えられ、径の細い超音波ビームによってOC〜ODの範囲が走査される。さらに、マルチビーム送受信方式により、2つの超音波ビームを用いてOD〜OE及びOG〜OHの範囲が並行して走査される。次に、シングルビーム送受信方式により、OE〜OFの範囲が走査される。さらに、シングルビーム送信/マルチビーム受信方式により、OF〜OG及びOH〜OBの範囲が順次走査される。
【0045】
このような走査により、それぞれの撮像領域において生じた超音波エコーは、超音波用探触子10に含まれる複数の超音波トランスデューサ11に受信され、複数の超音波トランスデューサ11から複数の検出信号がそれぞれ出力される。これらの検出信号は、対応するレシーバ14にそれぞれ入力され、ステップS1におけるものと同様の信号処理を施され、メモリ21で一旦記憶された後、位相整合演算部22の各系統に並列に入力される。
【0046】
位相整合演算部22は、入力された検出信号に対して、送受信方式設定部24によって設定された送受信方式に応じて所定の受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを施す。さらに、位相整合演算部22において受信ビームフォーミングを施された検出データは、表示画像演算部26において検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施され、さらに、画像データの走査フォーマットが変換される。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部26は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、3次元画像の表示を行う演算も行う。表示画像演算部26の演算処理結果は、画像表示部30でアナログ信号に変換した後に画像表示される。
【0047】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、事前撮像の結果に基づいて、被検体内のセクタ領域を複数の撮像領域に分割し、それらの撮像領域の各々に対して最適な送受信方式を設定するので、クロストークの影響が抑制された良質な画像データを効率良く取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図2】シングルビーム送受信方式による超音波の送受信を説明するための図である。
【図3】マルチビーム送受信方式による超音波の送受信を説明するための図である。
【図4】シングルビーム送信/マルチビーム受信方式による超音波の送受信を説明するための図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る超音波撮像装置の動作を説明するための図である。
【図6】被検体内の3次元領域を示す図である。
【図7】クロストーク判定部において用いられる寄与率について説明するための図である。
【図8】クロストークの判定方法を説明するための図である。
【図9】クロストークの判定方法を説明するための図である。
【図10】送受信方式が設定されたセクタ領域における走査を説明するための図である。
【図11】マルチビーム送受信方式が設定された領域における走査を説明するための図である。
【符号の説明】
10 超音波用探触子
11 超音波トランスデューサ
12 パルサ回路
14 レシーバ
15 プリアンプ
16 TGC増幅器
17 A/Dコンバータ
20 システム制御部
21 メモリ
22 位相整合演算部
23 クロストーク判定部
24 送受信方式設定部
25 発火タイミングコントローラ
26 表示画像演算部
30 画像表示部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic imaging method used for performing diagnosis and non-destructive inspection of an in vivo organ by transmitting and receiving ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
In an ultrasonic imaging apparatus used as a medical ultrasonic diagnostic apparatus or an industrial flaw detection apparatus, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is usually used. Used. By using such an ultrasonic probe, the subject is scanned with an ultrasonic beam formed by combining ultrasonic waves transmitted from a plurality of ultrasonic transducers, so that image information about the subject is obtained. can get. Furthermore, an ultrasonic image in a two-dimensional or three-dimensional region of the subject is reproduced based on this image information. As one of scanning methods using such an ultrasonic beam, so-called sector scanning is known in which a fan-shaped two-dimensional region of a subject is scanned in an angular direction.
[0003]
Sector scanning was originally developed as a technique for observing the heart from the intercostal space of the human body. In general, in sector scanning, an ultrasonic beam extending in the depth direction of a subject from a transmission point is sequentially transmitted in a fan shape into the subject, and the fan-shaped two-dimensional region of the subject is equalized by this ultrasonic beam. Scanned at an interval angle. Here, at each angle, image information relating to a plurality of sampling points distributed at equal intervals along the ultrasonic beam along the ultrasonic beam is sampled at regular time intervals. A two-dimensional or three-dimensional ultrasound image obtained based on sampled image information is called a tomographic echocardiogram for the heart.
[0004]
In recent years, it has been studied to obtain an ultrasonic image at a higher sampling rate. For example, Non-Patent Document 1 discloses that an ultrasonic echo generated by reflecting one transmission beam on a subject is subjected to reception focus so as to form a plurality of reception focal points. It is described that image information relating to a plurality of positions of a subject is obtained by transmission and reception. However, in this case, there is a problem that the spatial resolution is lowered because an ultrasonic beam having a larger diameter must be transmitted as compared with the case of forming one reception focus. Therefore, such a transmission / reception method cannot be applied when obtaining detailed image information in detail.
[0005]
Patent Document 1 discloses crosstalk in an ultrasonic imaging system that uses a two-dimensional transducer array to form a three-dimensional ultrasonic image in real time and simultaneously transmits and receives a plurality of ultrasonic beams. Several techniques for removing are disclosed. As a technique for removing the crosstalk, the ultrasonic beam is encoded and transmitted, the main beam is transmitted in a direction in which the side lobe of the adjacent beam becomes zero, the transmission direction of the ultrasonic beam is separated, or a plurality of The use of different center frequencies between the ultrasound beams is mentioned.
[0006]
However, even if the ultrasonic beam is coded, if the number of ultrasonic beams simultaneously transmitted and received increases, it becomes difficult to identify the ultrasonic beam by the code. Further, even if the main beam is transmitted in a direction in which the side lobe of the adjacent beam becomes zero, the side lobe of the adjacent beam is not completely zero in the living body. On the other hand, when separating the transmission direction of the ultrasonic beam, it is difficult to simultaneously transmit and receive many ultrasonic beams. In addition, when using different center frequencies among a plurality of ultrasonic beams, the frequency band of the ultrasonic transducer is limited, and thus the number of ultrasonic beams that are simultaneously transmitted and received is limited.
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,179,780 (abstract, FIGS. 7-10)
[Non-Patent Document 1]
David David, Jensen, Smith, “TWO-DIMENSIONAL RANDOM ARRAYS FOR REAL TIME VOLUMETRIC IMAGING”, Ultrasound Image (ULTRASONIC) IMAGING) 16, p. 143-163, (1994)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, an object of the present invention is to provide an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic imaging method capable of efficiently obtaining a high-quality ultrasonic image in which the influence of crosstalk is reduced.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an ultrasonic imaging apparatus according to the present invention forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to a subject, and reflects from the subject. The position of the reflection source existing in the subject is grasped based on the ultrasonic probe that receives the ultrasonic echo to be detected and the detection signal obtained in advance, and each of the different reflection sources A determination unit that determines whether there are reflection sources that interfere with each other when a plurality of ultrasonic echoes generated by reflection are received by the ultrasonic probe, and a determination result of the determination unit Based on this, a transmission / reception method setting means for selecting and setting a transmission / reception method used when scanning the imaging region from among a plurality of transmission / reception methods for each of the plurality of imaging regions included in the subject. In accordance with the transmission / reception method set by the transmission / reception method setting means, by delaying a plurality of drive signals supplied to the ultrasonic probe, one or more ultrasonic signals transmitted from the ultrasonic probe are transmitted. A transmission-side signal processing unit that scans a subject with a sound beam, and a plurality of detection signals obtained by reception of ultrasonic echoes according to the transmission / reception method set by the transmission / reception method setting unit, Receiving-side signal processing means for obtaining image information.
[0010]
The ultrasonic imaging method according to the present invention also forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and transmits an ultrasonic echo reflected from the subject. An ultrasonic imaging method for imaging a subject using an ultrasonic probe to receive, wherein the subject is scanned by at least one ultrasonic beam to perform pre-imaging step (a); Based on the result of the pre-imaging performed in step (a), the position of the reflection source existing in the subject is grasped, and a plurality of ultrasonic echoes respectively reflected by a plurality of different reflection sources are super Step (b) for determining whether or not there are reflection sources that interfere with each other when received by the acoustic wave probe, and based on the determination result in step (b) (C) selecting and setting a transmission / reception method used when scanning the imaging region from among a plurality of transmission / reception methods for each of a plurality of imaging regions included in the subject; and step (c) In accordance with the transmission / reception method set in (1), the delay is applied to the plurality of drive signals supplied to the ultrasonic probe, so that the one or more ultrasonic beams transmitted from the ultrasonic probe are covered. A step of scanning the specimen (d) and a step of obtaining image information relating to the subject by processing a plurality of detection signals obtained by reception of the ultrasonic echo in accordance with the transmission / reception method set in step (c) (E).
[0011]
According to the present invention, since a transmission / reception method is individually set for each of a plurality of imaging regions included in a subject, it is possible to efficiently obtain a high-quality ultrasound image in which the influence of crosstalk is reduced.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. This ultrasonic imaging apparatus is used as, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus for medical examination of a human body or an industrial flaw detection apparatus.
As shown in FIG. 1, this ultrasonic imaging apparatus has an ultrasonic probe 10 used in contact with a subject. The ultrasonic probe 10 has a plurality (N × N = N) having an ultrasonic transmission / reception function. 2 This is a so-called two-dimensional transducer array including a plurality of ultrasonic transducers 11. In the ultrasonic probe 10, a plurality of ultrasonic transducers 11 are arranged in a two-dimensional matrix of N rows and N columns, for example. As the ultrasonic transducer 11, for example, a piezoelectric material made of a ceramic piezoelectric material such as PZT (Pb (lead) zirconate titanate) or a polymeric piezoelectric material such as PVDF (polyvinyl difluoride) is used. An element is used.
[0013]
In the present embodiment, one ultrasonic transducer is used for both transmission and reception of ultrasonic waves. However, separate ultrasonic transducers may be provided for transmission and reception of ultrasonic waves. For example, the piezoelectric element is used as an ultrasonic transmission element, and a Fabry-Perot resonator (abbreviated as FPR) or a fiber Bragg grating formed at the tip of a fine optical fiber is used as an ultrasonic reception element. The ultrasonic probe 10 may be configured by combining these. In the present embodiment, a two-dimensional transducer array is used, but in addition to this, a one-dimensional or 1.5-dimensional transducer array may be used.
[0014]
N 2 Each ultrasonic transducer 11 includes N 2 Each pulser circuit 12 and receiver 14 are connected.
Each pulser circuit 12 excites based on the output signal of the ignition timing controller 25 and outputs a drive signal to the corresponding ultrasonic transducer 11 of the ultrasonic probe 10. Each ultrasonic transducer 11 transmits an ultrasonic pulse to the subject based on the drive signal input from the pulsar circuit 12, receives the ultrasonic pulse reflected from the subject, and outputs a detection signal. As these pulser circuits, it is desirable to use a high-speed pulser circuit that can continuously output a drive signal at a high repetition period (for example, 3 MHz to 10 MHz).
[0015]
Each receiver 14 includes a preamplifier 15, a TGC (time gain compensation) amplifier 16, and an A / D converter 17. The detection signal output from each ultrasonic transducer 11 is subjected to analog processing in the preamplifier 15 and the TGC amplifier 16 included in the corresponding receiver 14. By this analog processing, the levels of these detection signals are matched with the input signal level of the A / D converter 17. The analog signals output from the TGC amplifier 16 are converted into digital signals (data) by the A / D converter 17, respectively.
[0016]
The ultrasonic imaging apparatus includes a system control unit 20, a memory 21, a phase matching calculation unit 22, a display image calculation unit 26, and an ignition timing controller 25. The system control unit 20 controls each unit of the ultrasonic imaging apparatus.
[0017]
Each pulser circuit 12 is connected to the ignition timing controller 25. The ignition timing controller 25 outputs a signal for exciting each pulser circuit 12. In the present embodiment, the ignition timing controller 25 is configured by an electronic circuit, but may be configured by a pattern generator or the like. The ignition timing for transmitting the ultrasonic beam in a plurality of directions within the arrival time of the echo from the maximum imaging depth of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic probe 10 by the control of the ignition timing controller 25. Can be managed. In addition, the control of the ignition timing controller 25 makes it possible to transmit an ultrasonic beam having a desired diameter in a desired direction.
[0018]
Each receiver 14 is connected to the memory 21. The memory 21 temporarily stores the detection data output from the A / D converter 17 of each receiver 14.
The phase matching calculation unit 22 performs calculation processing to match the phase of the detection data stored in the memory 21. Although the phase matching calculation unit 22 is shown as one block in FIG. 1, a plurality of systems are provided corresponding to the number of transmission beams or the number of reception focal points formed. Each system of the phase matching operation unit 22 is configured by a shift register delay line, a digital minute delay device, a CPU (central processing unit) and software, or a combination thereof.
[0019]
Here, reception beam forming by the phase matching calculation unit 22 is performed as follows. Each system of the phase matching calculation unit 22 gives a predetermined delay to a series of detection data obtained based on the detection signal output from each ultrasonic transducer 11. As a result, the phases of the plurality of detection data obtained using the plurality of ultrasonic transducers 11 are matched. Further, the phase matching calculation unit 22 digitally adds these detection data. In this way, by using the phase matching calculation unit 22 having a plurality of systems, it is possible to simultaneously achieve reception focus in a plurality of directions within the subject.
[0020]
The display image calculation unit 26 performs detection waveform detection, conversion to image data, predetermined image processing, and scanning format conversion on the data output from the phase matching calculation unit 22. Thereby, the image data in the sound ray data space is converted into image data in the physical space. Further, the display image calculation unit 26 generates voxel data that is data about a certain volume from a plurality of pieces of tomographic data, and performs a calculation for displaying a three-dimensional image.
[0021]
An image display unit 30 is connected to the display image calculation unit 26. The image display unit 30 converts the image data whose scanning format has been converted by the display image calculation unit 26 into analog signals by D / A conversion, and displays an image based on these signals.
[0022]
Furthermore, the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment is provided with a crosstalk determination unit 23 and a transmission / reception method setting unit 24. The crosstalk determination unit 23 grasps the position of the reflection source existing in the subject based on the obtained image information when pre-imaging is performed by pre-scanning the subject, and in a plurality of different directions. When a plurality of ultrasonic beams are transmitted respectively, it is determined whether or not the ultrasonic echoes received from the respective directions cause crosstalk.
[0023]
The transmission / reception method setting unit 24 divides the subject into a plurality of imaging regions based on the determination result of the crosstalk determination unit 23, and selects an optimal transmission / reception method used when scanning each of these imaging regions. In addition, the transmission / reception method setting unit 24 sets a delay time for the ignition timing controller 25 so that an ultrasonic beam is transmitted according to the selected transmission / reception method when full-scale imaging is performed, and the selection is performed. The delay time is set for the phase matching calculation unit 22 so that the reception beam forming of the ultrasonic echo received according to the transmitted / received scheme is performed.
[0024]
Here, the transmission / reception methods used when scanning the subject performed in the present embodiment include a single beam transmission / reception method, a multi-beam transmission / reception method, and a single beam transmission / multi-beam reception method. 2-4 is a figure for demonstrating these systems. 2 to 4 show a cross section of an ultrasonic probe 10 including a plurality of ultrasonic transducers 11.
[0025]
In the single beam transmission / reception system, as shown in FIG. 2, one ultrasonic beam (transmission beam) TB1 is transmitted in one direction, and one reception focal point FP1 is formed for the received echo signal. This is a method of acquiring image information related to one position by performing reception beam forming. According to this transmission / reception method, it is possible to obtain high-quality image information with high azimuth resolution using an ultrasonic beam with a small diameter. On the other hand, when the subject is scanned over a wide range, there is a disadvantage that it takes a lot of time.
[0026]
As shown in FIG. 3, the multi-beam transmission / reception method transmits a plurality of ultrasonic beams TB2 and TB3 in a plurality of directions simultaneously or substantially simultaneously, and transmits a plurality of received echo signals as transmission beams. This is a method of acquiring image information relating to a plurality of positions by performing reception beam forming so as to form a plurality of reception focal points FP2 and FP3 respectively corresponding to TB2 and TB3. According to this method, it is possible to scan the subject at high speed using an ultrasonic beam having a small diameter, so that it is possible to increase the azimuth resolution and the sampling rate. On the other hand, depending on the arrangement of the reflection sources in the subject, crosstalk may occur between a plurality of echo signals received from different directions. Here, when receiving the ultrasonic echo generated by the reflection of the first ultrasonic beam transmitted in one direction, the second ultrasonic beam transmitted in the other direction is transmitted to the reflection source. Crosstalk becomes a problem when ultrasonic echoes that are reflected are received simultaneously.
[0027]
The single beam transmission / multi-beam reception system transmits a single ultrasonic beam TB4 as shown in FIG. 4A, and a plurality of received echo signals as shown in FIG. 4B. Is received as a plurality of reception beams RB4, RB5, RB6 by performing reception beam forming so as to form a plurality of reception focal points FP4, FP5, FP6. According to this transmission / reception method, image information relating to a plurality of positions can be acquired by one-time transmission / reception of ultrasonic waves, so that the subject can be scanned at high speed. On the other hand, since the diameter of the ultrasonic beam transmitted in this method is defined according to the number of reception focal points formed in reception beam forming, it cannot be made smaller than a predetermined value and the azimuth resolution is increased. I can't. For this reason, this transmission / reception method is not appropriate when scanning a region where the change in reflectance is severe.
[0028]
Next, the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 5 to 9. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment.
[0029]
First, in step S1, pre-imaging is performed by pre-scanning the subject. As shown in FIG. 6, prior imaging is performed by scanning a plurality of sector regions constituting a three-dimensional region in the subject by a single beam transmission / reception method. Here, since the pre-imaging may take time, a single beam transmission / reception system is used.
[0030]
As shown in FIG. 1, the plurality of pulsar circuits 12 each output a plurality of drive signals according to the control of the ignition timing controller 25. With these drive signals, the plurality of ultrasonic transducers 11 connected to the plurality of pulser circuits 12 are respectively driven, and a plurality of ultrasonic pulses are transmitted. At that time, N 2 An ultrasonic pulse may be transmitted from all of the ultrasonic transducers 11 or these N 2 The ultrasonic pulse may be transmitted only to some of them.
[0031]
The plurality of ultrasonic pulses transmitted from the plurality of ultrasonic transducers forms one ultrasonic beam. This transmission beam is reflected by a reflection source existing in the transmission direction and received by the ultrasonic probe 10. The plurality of ultrasonic transducers 11 included in the ultrasonic probe 10 output detection signals based on the received ultrasonic echoes. These detection signals are respectively input to the corresponding receivers 14, subjected to analog processing in the preamplifier 15 and the TGC amplifier 16, and matched with the input signal level of the A / D converter 17. Next, the analog signal output from the TGC amplifier 16 is converted into a digital signal by the A / D converter 17, temporarily stored in the memory 21, and then input to the phase matching calculation unit 22. Further, these detection data are subjected to reception beam forming in the phase matching calculation unit 22 so that the received ultrasonic echoes form a reception focus, and detection data corresponding to the transmission beam is generated.
[0032]
Referring to FIG. 6 again, the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment scans one sector area OAB while changing the transmission direction of the ultrasonic beam in the θ direction. Next, the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment scans different sector regions while shifting the transmission direction of the ultrasonic beam in the φ direction and changing it in the θ direction again. In this way, as shown in FIG. 6, image information relating to a plurality of sector regions constituting the three-dimensional region of the subject is obtained. These pieces of image information are input to the crosstalk determination unit 23 shown in FIG. In the following, for the sake of simplicity, a case where the sector area OAB is imaged will be described.
[0033]
Next, in step S2, the crosstalk determination unit 23 causes crosstalk between a plurality of received ultrasonic echoes when the multi-beam transmission / reception method is used based on the result of the previous imaging. It is determined whether or not such a reflection source exists.
[0034]
Here, the crosstalk determining unit 23 stores “contribution rate” used when determining crosstalk. As shown in FIG. 7, the contribution rate is a direction TX different from each other in the subject. A , TX B , TX C ,..., Reflection sources OB of equal size and reflectivity A , OB B , OB C , ... each exists in one direction (eg TX A ) In other directions (eg TX C ) Indicates the degree to which the ultrasonic echo generated is mixed. In the first place, crosstalk occurs when multiple ultrasound echoes are received from different directions at approximately the same time. The degree of crosstalk and the effect it has on the ultrasound image are affected by the transmission direction of the ultrasound beam. It differs depending on the interval between a plurality of transmitted ultrasonic beams, the size of the reflection source, the reflectance, and the like. Therefore, for example, when the interval between a plurality of ultrasonic beams transmitted in the multi-beam transmission / reception method is Δθ, one direction TX A To other direction TX away by Δθ C Contribution rate α A One direction TX B To other direction TX away by Δθ D Contribution rate α B Are obtained for each direction and used as reference values in actual crosstalk determination. These contribution rates are obtained by computer simulation, and are stored in the crosstalk determination unit 23 in association with each direction of the subject.
[0035]
In addition, in order to change the interval Δθ between a plurality of ultrasonic beams transmitted in the multi-beam transmission / reception method, each direction (for example, TX A Direction) to multiple other directions (eg, TX B , TX C , TX D ,...) May be determined in advance.
[0036]
Next, based on the image information obtained by the pre-imaging, the crosstalk determination unit 23 uses the RF reception signal waveforms RF1 to RF6 received from the TX1 to TX6 directions, respectively, as shown in FIG. Remember. In FIG. 8A, t 1 ~ T 6 Indicates the transmission time when the ultrasonic beam is transmitted in the TX1 to TX6 directions. As a result, as shown in FIG. 8B, the existence ranges of the reflection sources OB1 and OB2 in the sector area OAB are grasped.
[0037]
Next, the crosstalk determination unit 23 creates a composite signal waveform used for determination of crosstalk, using the contribution rate estimated in advance for each observation direction. The composite signal waveform is created by adding the RF reception signal waveform related to the observation direction to the RF reception signal waveform related to the other direction that is simultaneously transmitted in the multi-beam transmission / reception method and the contribution rate integrated.
[0038]
For example, as shown in FIG. 8B, when observing the TX2 direction, the other direction simultaneously transmitted in the multi-beam transmission / reception system is the TX4 direction that is Δθ apart from the TX2 direction. Therefore, the synthesized signal waveform has an RF reception signal RF2 and a contribution rate α in the TX2 direction. 2 And the RF reception signal waveform RF4 in the TX4 direction, as shown in FIG. 9, the combined signal RF2 + α 2 × Represented as RF4. The same applies to the other observation directions.
[0039]
Next, the crosstalk determination unit 23 determines crosstalk based on the strength of the combined signal. The criterion for determination is that crosstalk occurs when the strength of the synthesized signal increases by more than twice the signal strength before synthesis, that is, 6 dB or more, at the position of the RF reception signal existing before synthesis. To do. For example, in the case shown in FIG. 9, in the TX2 direction, if ΔRF ≧ 6 dB, it is determined that crosstalk occurs. Further, in the TX5 direction, since ΔRF≈0, it is determined that no crosstalk occurs.
[0040]
Next, in step S3, the transmission / reception method setting unit 24 sets the transmission / reception method for each of a plurality of areas included in the sector area OAB.
As illustrated in FIG. 10, the transmission / reception method setting unit 24 divides the sector area OAB into, for example, the following six imaging areas based on the information input from the crosstalk determination unit 23.
(1) Imaging region OAC in which no reflection source exists
(2) Imaging region OCD including both ends of the reflection source OB1
(3) Imaging region ODE where no reflection source exists
(4) Imaging region OEF including one end of the reflection source OB2
(5) Imaging region OFG including the intermediate portion of the reflection source OB2
(6) Imaging region OGH including the other end of the reflection source OB2
(7) Imaging region OHB where no reflection source exists
Further, the transmission / reception method setting unit 24 applies any one of the transmission / reception methods among the single-beam transmission / reception method, the multi-beam transmission / reception method, and the single-beam transmission / multi-beam reception method to the imaging regions (1) to (7). Set each.
[0041]
In the single beam transmission / reception system, there is a reflection source that causes crosstalk in an adjacent imaging region, and therefore, it is an area where multi-beam transmission cannot be performed. It is set for an area that requires high azimuth resolution, such as being present at a high density. As shown in FIG. 10, in this embodiment, the imaging area OCD and the imaging area OEF correspond. These imaging areas include the ends of the reflection source OB1 or OB2, and if the result of the crosstalk determination is that scanning is performed by the multi-beam transmission / reception method, crosstalk occurs due to the other reflection source. Because.
[0042]
The multi-beam transmission / reception method is set in a region where a high azimuth resolution is required, such as the presence of an edge of the reflection source, and there is no reflection source causing crosstalk in the region to be imaged simultaneously. In the present embodiment, a combination of the imaging area ODE and the imaging area OGH corresponds. This is because the imaging region OGH includes the other end of the reflection source OB2, and thus it is necessary to scan the contour thereof with high density. On the other hand, as shown in FIG. 11, since there is no reflection source in the imaging region ODE, even if the imaging region ODE and the imaging region OGH are scanned in parallel using the two transmission beams TB2 and TB3, crosstalk There is no risk of occurrence.
[0043]
The single beam transmission / multi-beam reception method is set for a region where there is no reflection source or the spatial change of the reflectance is gradual. This is because, according to this method, the azimuth resolution is reduced as compared with the previous two methods, so that it is not suitable for an area that needs to be scanned at a high density. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the imaging region OAC and the imaging region OHB in which no reflection source exists, and the imaging region OFG including an intermediate portion of the reflection source OB2 are applicable. In the intermediate portion of the reflection source OB2, that is, the region other than the end portion, the spatial change of the reflectance is small. Therefore, even if scanning with a slightly low azimuth resolution is performed, the image quality is not greatly affected.
[0044]
Next, in step S4, full-scale imaging is performed. That is, the ignition timing controller 25 controls the delay times of the drive signals output from the plurality of pulsar circuits 12 according to the transmission / reception method set by the transmission / reception method setting unit 24. As a result, as shown in FIG. 10, the imaging regions (1) to (7) are scanned based on the transmission / reception method set for each. That is, first, the range of OA to OC is scanned using an ultrasonic beam having a relatively large diameter by the single beam transmission / multi-beam reception method. Next, the transmission / reception method is switched to the single beam transmission / reception method, and the range of OC to OD is scanned with an ultrasonic beam having a small diameter. Furthermore, the range of OD-OE and OG-OH is scanned in parallel using two ultrasonic beams by the multi-beam transmission / reception method. Next, the range of OE to OF is scanned by a single beam transmission / reception method. Further, the range of OF to OG and OH to OB is sequentially scanned by the single beam transmission / multi-beam reception method.
[0045]
By such scanning, ultrasonic echoes generated in the respective imaging regions are received by the plurality of ultrasonic transducers 11 included in the ultrasonic probe 10, and a plurality of detection signals are received from the plurality of ultrasonic transducers 11. Each is output. These detection signals are respectively input to the corresponding receivers 14, subjected to signal processing similar to that in step S <b> 1, temporarily stored in the memory 21, and then input in parallel to each system of the phase matching calculation unit 22. The
[0046]
The phase matching calculation unit 22 performs reception beam forming on the input detection signal so as to form a predetermined reception focus according to the transmission / reception method set by the transmission / reception method setting unit 24. Further, the detection data subjected to reception beam forming in the phase matching calculation unit 22 is subjected to detection waveform detection, conversion to image data, and predetermined image processing in the display image calculation unit 26. The scan format is converted. Thereby, the image data in the sound ray data space is converted into image data in the physical space. Further, the display image calculation unit 26 generates voxel data that is data about a certain volume from a plurality of pieces of tomographic data, and also performs a calculation for displaying a three-dimensional image. The calculation processing result of the display image calculation unit 26 is displayed as an image after being converted into an analog signal by the image display unit 30.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, based on the result of pre-imaging, the sector area in the subject is divided into a plurality of imaging areas, and an optimal transmission / reception method is set for each of these imaging areas. Therefore, it is possible to efficiently acquire high-quality image data in which the influence of crosstalk is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining transmission / reception of ultrasonic waves by a single beam transmission / reception method;
FIG. 3 is a diagram for explaining transmission / reception of ultrasonic waves by a multi-beam transmission / reception method;
FIG. 4 is a diagram for explaining transmission / reception of ultrasonic waves by a single beam transmission / multi-beam reception method;
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a three-dimensional region in a subject.
FIG. 7 is a diagram for describing a contribution rate used in a crosstalk determination unit.
FIG. 8 is a diagram for explaining a crosstalk determination method;
FIG. 9 is a diagram for explaining a crosstalk determination method;
FIG. 10 is a diagram for explaining scanning in a sector area in which a transmission / reception method is set.
FIG. 11 is a diagram for explaining scanning in an area where a multi-beam transmission / reception method is set.
[Explanation of symbols]
10 Ultrasonic probe
11 Ultrasonic transducer
12 Pulser circuit
14 Receiver
15 Preamplifier
16 TGC amplifier
17 A / D converter
20 System controller
21 memory
22 Phase matching calculator
23 Crosstalk judgment part
24 Transmission / reception method setting section
25 Firing timing controller
26 Display Image Calculation Unit
30 Image display section

Claims (6)

超音波撮像装置であって、
複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
事前撮像により得られた検出信号に基づいて、被検体内に存在する反射源の位置を把握すると共に、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、複数の送受信方式の中から該撮像領域を走査する際に用いられる送受信方式を選択して設定する送受信方式設定手段と、
前記送受信方式設定手段によって設定された送受信方式に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される1又は複数の超音波ビームによって被検体を走査させる送信側信号処理手段と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を、前記送受信方式設定手段によって設定された送受信方式に応じて処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段と、
を具備する超音波撮像装置。
An ultrasonic imaging device comprising:
An ultrasonic probe that forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and receives an ultrasonic echo reflected from the subject; and
Based on the detection signal obtained by the pre-imaging, the position of the reflection source existing in the subject is grasped, and a plurality of ultrasonic echoes respectively reflected by a plurality of different reflection sources are detected by the ultrasonic probe. Determining means for determining whether or not there are reflection sources that interfere with each other when received by the touch;
Based on the determination result of the determination unit, for each of a plurality of imaging regions included in the subject, a transmission / reception method used when scanning the imaging region is selected and set from among a plurality of transmission / reception methods. A transmission / reception method setting means;
In accordance with the transmission / reception method set by the transmission / reception method setting means, one or a plurality of signals transmitted from the ultrasonic probe are delayed by delaying the plurality of drive signals supplied to the ultrasonic probe. Transmission-side signal processing means for scanning the subject with an ultrasonic beam;
A plurality of detection signals obtained by reception of ultrasonic echoes according to a transmission / reception method set by the transmission / reception method setting unit, thereby obtaining image signal related to a subject;
An ultrasonic imaging apparatus comprising:
前記送受信方式設定手段が、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、(i)1つの超音波ビームを形成して送信し、反射源に反射されて生じた超音波エコーについて1つの受信焦点を形成する送受信方式と、(ii)複数の方向に向けて複数の超音波ビームをそれぞれ送信し、該複数の方向において反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーの各々について1つの受信焦点を形成する送受信方式と、(iii)1つの超音波ビームを形成して送信し、反射源に反射されて生じた超音波エコーについて複数の受信焦点を形成する送受信方式との内のいずれか1つを設定する、請求項1記載の超音波撮像装置。The transmission / reception method setting means (i) forms and transmits one ultrasonic beam to each of a plurality of imaging regions included in the subject, and 1 for ultrasonic echoes generated by reflection from the reflection source. (Ii) each of a plurality of ultrasonic echoes generated by transmitting a plurality of ultrasonic beams in a plurality of directions and being reflected by a reflection source in the plurality of directions, respectively. (Iii) a transmission / reception method for forming and transmitting a single ultrasonic beam and forming a plurality of reception focal points for an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflection source. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein any one of them is set. 前記複数の超音波トランスデューサが2次元に配置されている、請求項1又は2記載の超音波撮像装置。The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged. 複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
少なくとも1つの超音波ビームによって被検体を走査させることにより、事前撮像を行うステップ(a)と、
ステップ(a)において行われた事前撮像の結果に基づいて、被検体内に存在する反射源の位置を把握すると共に、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定するステップ(b)と、
ステップ(b)における判定結果に基づいて、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、複数の送受信方式の中から該撮像領域を走査する際に用いられる送受信方式を選択して設定するステップ(c)と、
ステップ(c)において設定された送受信方式に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される1つ又は複数の超音波ビームによって被検体を走査させるステップ(d)と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を、ステップ(c)において設定された送受信方式に応じて処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ(e)と、
を具備する超音波撮像方法。
Using an ultrasonic probe that forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and receives an ultrasonic echo reflected from the subject, An ultrasonic imaging method for imaging a subject,
Performing pre-imaging by scanning the subject with at least one ultrasound beam (a);
Based on the result of the pre-imaging performed in step (a), the position of the reflection source existing in the subject is grasped, and a plurality of ultrasonic echoes generated by being reflected by a plurality of different reflection sources are Determining whether there are reflection sources that interfere with each other when received by the ultrasound probe;
Based on the determination result in step (b), for each of a plurality of imaging regions included in the subject, a transmission / reception method used when scanning the imaging region is selected and set from among a plurality of transmission / reception methods. Performing step (c);
In accordance with the transmission / reception method set in step (c), one or a plurality of transmission signals transmitted from the ultrasonic probe are delayed by delaying the plurality of drive signals supplied to the ultrasonic probe. Scanning the subject with an ultrasonic beam (d);
A step (e) of obtaining image information relating to the subject by processing a plurality of detection signals obtained by reception of the ultrasonic echo in accordance with the transmission / reception method set in step (c);
An ultrasonic imaging method comprising:
ステップ(c)が、被検体に含まれる複数の撮像領域の各々に対して、(i)1つの超音波ビームを形成して送信し、反射源に反射されて生じた超音波エコーについて1つの受信焦点を形成する送受信方式と、(ii)複数の方向に向けて複数の超音波ビームをそれぞれ送信し、該複数の方向において反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーの各々について1つの受信焦点を形成する送受信方式と、(iii)1つの超音波ビームを形成して送信し、反射源に反射されて生じた超音波エコーについて複数の受信焦点を形成する送受信方式との内のいずれか1つを設定する、請求項4記載の超音波撮像方法。In step (c), for each of a plurality of imaging regions included in the subject, (i) one ultrasonic beam is formed and transmitted, and one ultrasonic echo is generated by being reflected by the reflection source. (Ii) For each of a plurality of ultrasonic echoes generated by transmitting a plurality of ultrasonic beams in a plurality of directions and being reflected by a reflection source in the plurality of directions, respectively. A transmission / reception method for forming one reception focus and (iii) a transmission / reception method for forming and transmitting one ultrasonic beam and forming a plurality of reception focal points for an ultrasonic echo generated by reflection from a reflection source. The ultrasonic imaging method according to claim 4, wherein any one of the above is set. ステップ(d)が、2次元に配置されている複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子を用いて超音波ビームを送信することを含む、請求項4又は5記載の超音波撮像方法。The ultrasonic imaging method according to claim 4 or 5, wherein step (d) includes transmitting an ultrasonic beam using an ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic transducers arranged in two dimensions. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110636799A (en) * 2017-03-16 2019-12-31 皇家飞利浦有限公司 Optimal scan plane selection for organ viewing

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