JP2009101145A - Ultrasonic diagnosis method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断方法及び装置に係り、特に、超音波を用いて被検者の断層画像を撮影し表示する超音波診断方法及び装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic method and apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic method and apparatus that captures and displays a tomographic image of a subject using ultrasonic waves.
従来より、超音波を用いて被検者の断層画像を取得して医療診断に供することが行われているが、超音波診断装置では複数の配列する探触子素子からの複数の受信信号に遅延時間分布を与えて、所定の方向に指向性を持つ超音波ビームを形成することにより被検者の断層画像を取得するようにしている。 Conventionally, a tomographic image of a subject is obtained using ultrasonic waves and used for medical diagnosis, but in an ultrasonic diagnostic apparatus, a plurality of received signals from a plurality of arrayed probe elements are received. A tomographic image of the subject is acquired by providing a delay time distribution and forming an ultrasonic beam having directivity in a predetermined direction.
このとき対象となる診断部位の代表的な音速を想定して（これを設定音速、あるいは仮定音速という）遅延時間を設定している。しかし、被検者の生体音速（実音速、あるいは最適音速という）は一様ではなく組織によって異なり、仮定音速と最適音速が異なると画質が劣化するという問題があった。 At this time, a delay time is set on the assumption of a typical sound speed of a target diagnostic region (this is called a set sound speed or an assumed sound speed). However, the subject's biological sound speed (actual sound speed or optimum sound speed) is not uniform but varies depending on the tissue, and there is a problem that the image quality deteriorates if the assumed sound speed and the optimum sound speed are different.
そこで、従来より、最適音速を設定する様々な方法が知られている。例えば、装置に設定された超音波音速値を補正可能としフォーカスを向上することができる超音波断層装置が知られている（例えば、特許文献１等参照）。 Therefore, conventionally, various methods for setting the optimum sound speed are known. For example, an ultrasonic tomographic apparatus that can correct an ultrasonic sound velocity value set in the apparatus and improve the focus is known (see, for example, Patent Document 1).
これは、操作者が入力した任意の超音波音速値に基づいてフォーカスが計算され、そのフォーカスで超音波の送受信が行われ、操作者が入力する超音波音速値を変えると、それに対応してフォーカスが変わり超音波画像の画質が変化するので、操作者が画像を見ながら最もフォーカスの合う超音波音速値を選ぶようにするものである。 This is because the focus is calculated based on an arbitrary ultrasonic sound velocity value input by the operator, ultrasonic waves are transmitted and received at that focus, and if the ultrasonic sound velocity value input by the operator is changed, Since the focus changes and the image quality of the ultrasonic image changes, the operator selects the ultrasonic sound velocity value that is most focused while viewing the image.
またこれは、超音波受信信号の振幅が最大となる場合の超音波音速値を求めることにより、あるいは超音波受信信号のビーム幅が最小となる場合の超音波音速値を求めることにより、さらには超音波受信信号の振幅について空間周波数の高周波成分又は分散が最大となる場合の超音波音速値を求めることによって、設定された超音波音速値を補正することでフォーカスを向上させるようにするものである。
しかしながら、上記従来技術では、何種類もの仮定音速（設定音速）の画像を作成する必要があり、その分のメモリや回路、また処理時間が必要となるという問題がある。 However, the above-described prior art has a problem that it is necessary to create images of various types of assumed sound speeds (set sound speeds), and that much memory, circuit, and processing time are required.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、メモリや回路、また処理時間を要することなく最適音速を求めることのできる超音波診断方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic method and apparatus capable of obtaining an optimum sound speed without requiring a memory, a circuit, and a processing time.
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させる手段と、前記仮定音速を変化させ、前記受信信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号により微小構造物の判定を行い、該微小構造物と判定されたＲＦ信号の位相情報から、被検者の超音波音速である最適音速を判定する最適音速判定手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
In order to achieve the object, the invention according to
これにより、微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 Thereby, the optimum sound speed can be obtained by using the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the minute structure signal.
また、請求項２に示すように、前記最適音速判定手段は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の振幅情報から前記最適音速を判定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means determines the optimum sound speed from amplitude information of an RF signal determined as the microstructure.
これにより、微小構造物信号の仮定音速に依る振幅変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 Thereby, the optimum sound speed can be obtained by utilizing the amplitude change characteristic depending on the assumed sound speed of the minute structure signal.
また、請求項３に示すように、前記最適音速判定手段は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記超音波プローブの素子の配列方向の位相変化から前記最適音速を判定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means determines the optimum sound speed from a phase change in an arrangement direction of elements of the ultrasonic probe of an RF signal determined to be the minute structure. Features.
また、請求項４に示すように、前記最適音速判定手段は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記仮定音速に依る位相変化から前記最適音速を判定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the optimum sound speed determining means determines the optimum sound speed from a phase change depending on the assumed sound speed of the RF signal determined to be the minute structure.
また、請求項５に示すように、前記最適音速判定手段は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記仮定音速による振幅変化から前記最適音速を判定することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means determines the optimum sound speed from an amplitude change due to the assumed sound speed of an RF signal determined to be the minute structure.
このように、いろいろな方法で最適音速を判定することが可能となる。 As described above, the optimum sound speed can be determined by various methods.
また、請求項６に示すように、前記最適音速判定手段は、１回の送信から複数の前記仮定音速を変化させて生成した信号を利用することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means uses a signal generated by changing a plurality of the assumed sound speeds from one transmission.
また、請求項７に示すように、前記最適音速判定手段は、複数フレームを利用することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means uses a plurality of frames.
これにより、各クレーム間でずれがなくなり、高フレームレートでの処理が可能となった。 As a result, there is no deviation between claims, and processing at a high frame rate is possible.
また、請求項８に示すように、前記複数フレームは、１回の送信でスキャン方向に２音線以上のＲＦデータが生成可能な装置で得られることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the plurality of frames are obtained by an apparatus capable of generating RF data of two sound lines or more in the scan direction by one transmission.
また、請求項９に示すように、前記最適音速判定手段は、前記超音波プローブの素子の配列方向に位相情報の分解能が該素子間隔以上のデータを利用することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means uses data in which the resolution of phase information is greater than or equal to the element interval in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic probe.
これにより、高ＳＮの判定が可能となる。 Thereby, determination of high SN is attained.
また、請求項１０に示すように、前記最適音速判定手段は、複数の各前記微小構造物と判定されたＲＦ信号毎に最適音速を得ることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means obtains an optimum sound speed for each RF signal determined to be a plurality of the fine structures.
また、請求項１１に示すように、請求項１〜１０のいずれかに記載の超音波診断装置であって、さらに、前記複数の各前記微小構造物と判定されたＲＦ信号毎に得られた複数の最適音速により生成された画像を単独で、又は複数表示する表示手段を有することを特徴とする。 Moreover, as shown in Claim 11, it is an ultrasound diagnosing device in any one of Claims 1-10, Comprising: It was obtained for every RF signal determined as each of the said several microstructures It has the display means which displays the image produced | generated by several optimal sound speed independently or multiple.
また、請求項１２に示すように、前記表示手段は、前記複数の最適音速により生成された画像を合成した画像を表示することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, the display unit displays an image obtained by combining the images generated at the plurality of optimum sound speeds.
また、請求項１３に示すように、請求項１１または１２に記載の超音波診断装置であって、さらに、前記表示手段の表示モードを通常表示モードと、複数の画像を重ねて又は並べて表示し、あるいは単独で又は複数表示する表示モードとを切り替えるモード切替手段を有することを特徴とする。
Further, as shown in claim 13, in the ultrasonic diagnostic apparatus according to
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させる手段と、前記仮定音速を変化させた時、所定の対象領域における前記受信信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号の前記素子の配列方向の位相変化から、前記被検者の超音波音速である最適音速を判定する最適音速判定手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
Similarly, in order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
このように、微小構造物に限定することなく所定の対象領域を設定することによりそこの位相変化から最適音速を得ることができる。 Thus, the optimum sound speed can be obtained from the phase change by setting a predetermined target region without being limited to the minute structure.
また、請求項１５に示すように、前記最適音速判定手段は、微小構造物における仮定音速に依る位相凹凸変化から最適音速を判定することを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means determines the optimum sound speed from a phase unevenness change depending on an assumed sound speed in a microstructure.
このように、所定の対象領域として特に微小構造物における位相凹凸変化から最適音速得ることができる。 As described above, the optimum sound speed can be obtained from the phase unevenness change particularly in the microstructure as the predetermined target region.
また、請求項１６に示すように、前記最適音速判定手段は、１回の送信から複数の前記仮定音速を変化させて生成した信号を利用することを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means uses a signal generated by changing a plurality of the assumed sound speeds from one transmission.
また、請求項１７に示すように、前記最適音速判定手段は、前記超音波プローブの素子の配列方向に位相情報の分解能が該素子間隔以上のデータを利用することを特徴とする。 Further, according to a seventeenth aspect of the present invention, the optimum sound speed determination means uses data in which the resolution of phase information is greater than or equal to the element interval in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic probe.
これにより、高ＳＮでの判定が可能となる。 Thereby, determination with high SN is attained.
また、請求項１８に示すように、前記最適音速判定手段は、複数の各対象領域毎に最適音速を得ることを特徴とする。
Further, as shown in
また、請求項１９に示すように、請求項１４〜１８のいずれかに記載の超音波診断装置であって、さらに、複数の前記各対象領域毎に得られた複数の最適音速により生成された画像を単独で、又は複数表示する表示手段を有することを特徴とする。 Moreover, as shown in Claim 19, it is an ultrasonic diagnostic apparatus in any one of Claims 14-18, Comprising: Furthermore, it produced | generated by the several optimal sound speed obtained for every said each object area | region. It has the display means which displays an image individually or in plural.
また、請求項２０に示すように、前記表示手段は、前記複数の最適音速により生成された画像を合成した画像を表示することを特徴とする。 According to a twentieth aspect of the present invention, the display unit displays an image obtained by synthesizing images generated at the plurality of optimum sound speeds.
また、請求項２１に示すように、請求項１９または２０に記載の超音波診断装置であって、さらに、前記表示手段の表示モードを通常表示モードと、複数の画像を重ねて又は並べて表示し、あるいは単独で又は複数表示する表示モードとを切り替えるモード切替手段を有することを特徴とする。
Further, as shown in claim 21, in the ultrasonic diagnostic apparatus according to
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２２に記載の発明は、複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させたときに、前記受信した信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号により微小構造物の判定を行い、該微小構造物と判定されたＲＦ信号の位相情報から、被検者の超音波音速である最適音速を判定することを特徴とする超音波診断方法を提供する。
Similarly, in order to achieve the object, the invention according to
これにより、微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 Thereby, the optimum sound speed can be obtained by using the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the minute structure signal.
また、請求項２３に示すように、前記最適音速の判定は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の振幅情報から前記最適音速を判定することによって行うことを特徴とする。 According to a twenty-third aspect of the present invention, the determination of the optimum sound speed is performed by determining the optimum sound speed from amplitude information of an RF signal determined as the microstructure.
これにより、微小構造物信号の仮定音速に依る振幅変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 Thereby, the optimum sound speed can be obtained by utilizing the amplitude change characteristic depending on the assumed sound speed of the minute structure signal.
また、請求項２４に示すように、前記最適音速の判定は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記超音波プローブの素子の配列方向の位相変化から前記最適音速を判定することによって行うことを特徴とする。 According to a twenty-fourth aspect of the present invention, the determination of the optimum sound speed is performed by determining the optimum sound speed from the phase change in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic probe of the RF signal determined to be the minute structure. It is characterized by performing.
また、請求項２５に示すように、前記最適音速の判定は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記仮定音速に依る位相変化から前記最適音速を判定することによって行うことを特徴とする。 In addition, as described in claim 25, the determination of the optimum sound speed is performed by determining the optimum sound speed from a phase change depending on the assumed sound speed of the RF signal determined to be the minute structure. To do.
また、請求項２６に示すように、前記最適音速の判定は、前記微小構造物と判定されたＲＦ信号の、前記仮定音速による振幅変化から前記最適音速を判定することによって行うことを特徴とする。 According to a twenty-sixth aspect of the present invention, the determination of the optimum sound speed is performed by determining the optimum sound speed from an amplitude change due to the assumed sound speed of the RF signal determined to be the minute structure. .
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２７に記載の発明は、複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させたときに、所定の対象領域から受信した信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号の前記素子の配列方向の位相変化から、前記被検者の超音波音速である最適音速を判定することを特徴とする超音波診断方法を提供する。 Similarly, in order to achieve the object, the invention according to claim 27 transmits an ultrasonic wave from an ultrasonic probe in which a plurality of elements are arranged toward the subject, and reflects from the subject. When the assumed sound speed set in advance is changed with respect to the actual sound speed of the ultrasonic wave transmitted to the subject, the assumption is made based on the signal received from the predetermined target area. Provided is an ultrasonic diagnostic method characterized in that an optimum sound speed, which is an ultrasonic sound speed of the subject, is determined from a phase change in an arrangement direction of the elements of an RF signal obtained by focusing with a delay based on a sound speed. .
また、請求項２８に示すように、前記所定の対象領域として特に微小構造物における仮定音速に依る位相凹凸変化から最適音速を判定することを特徴とする。 According to a twenty-eighth aspect of the present invention, the optimum sound speed is determined from the phase unevenness change depending on the assumed sound speed in the minute structure as the predetermined target region.
以上説明したように、本発明によれば、微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the optimum sound speed can be obtained using the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the minute structure signal.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断方法及び装置について詳細に説明する。 Hereinafter, an ultrasonic diagnostic method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明は、受信した超音波画像から判定画像を生成する際に設定する超音波音速（仮定音速）を変化させた時の信号の位相変化特性を利用して微小構造物を判定し、微小構造物と判定された信号の仮定音速に依る位相変化特性を利用して被検者の超音波音速である最適音速を求めるものである。 The present invention determines a microstructure using a phase change characteristic of a signal when an ultrasonic sound speed (assumed sound speed) set when generating a determination image from a received ultrasonic image is changed. The optimum sound speed, which is the ultrasonic sound speed of the subject, is obtained using the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the signal determined to be an object.
ここで、微小構造物とは、具体的には、例えば、被検者内の微小石灰化、気泡、あるいは造影剤などを言う。 Here, the micro structure specifically refers to, for example, micro calcification, bubbles, or contrast agent in the subject.
なお、上記設定する超音波音速を所定量ずつステップ刻みで複数変化させて判定画像を生成するに当たり、被検者に送信する実際の超音波音速（実音速あるいは最適音速）に対して、複数変化させて設定する超音波音速を以下の実施形態では設定音速あるいは仮定音速と言う。 When generating a judgment image by changing a plurality of ultrasonic sound speeds to be set in steps of a predetermined amount, a plurality of changes are made with respect to the actual ultrasonic sound speed (actual sound speed or optimum sound speed) transmitted to the subject. In the following embodiments, the ultrasonic sound speed set in this manner is referred to as a set sound speed or an assumed sound speed.
そして、本発明は、画像生成時の仮定音速を種々に変更して得られる信号の位相変化特性を利用して、最適音速を求めるものである。 The present invention obtains the optimum sound speed using the phase change characteristics of signals obtained by variously changing the assumed sound speed at the time of image generation.
具体的に、その位相変化特性とは、後で詳しく説明するが、簡単に言うと、以下のようなものである。 Specifically, the phase change characteristic will be described in detail later, but in brief, it is as follows.
すなわち、仮定音速が最適音速と異なる場合、微小構造物信号はスキャン方向（超音波プローブの素子（振動子）の配列方向）に特徴的な位相凹凸変化を示し、仮定音速を変化させた場合の、微小構造物信号、連続面・線信号及びスペックルの振幅・位相変化特性は異なっている。 That is, when the assumed sound speed is different from the optimum sound speed, the microstructure signal shows a characteristic phase unevenness change in the scan direction (array direction of the ultrasonic probe elements (vibrators)), and the assumed sound speed is changed. The amplitude / phase change characteristics of the microstructure signal, the continuous surface / line signal, and the speckle are different.
まず、微小構造物については、仮定音速が最適音速（実音速）より小さい（遅い）場合、スキャン方向に位相は凸型に変化し、その傾きは最適音速に近い程急峻になり、また仮定音速が最適音速より大きい（速い）場合、スキャン方向に位相は凹型に変化し、その傾きは最適音速に近い程急峻になる。なお、振幅については、最適音速に近い程、大きく、また形状は急峻になる。 First, for a microstructure, when the assumed sound speed is smaller (slower) than the optimum sound speed (actual sound speed), the phase changes in a convex shape in the scanning direction, and the slope becomes steeper as the optimum sound speed is approached. Is larger (faster) than the optimum sound speed, the phase changes in the scanning direction into a concave shape, and the inclination becomes steeper as it approaches the optimum sound speed. The amplitude is larger and the shape is steeper as the sound velocity is closer to the optimum sound speed.
次に、連続面・線の場合には、仮定音速によらず位相は一様であり、振幅については最適音速に近い程、大きくなる。 Next, in the case of a continuous surface / line, the phase is uniform regardless of the assumed sound speed, and the amplitude increases as the sound speed approaches the optimum sound speed.
また、スペックルの場合には、仮定音速に依って振幅も位相もランダムに変化する。 In the case of speckle, the amplitude and phase change randomly depending on the assumed sound speed.
図１は、本発明に係る超音波診断装置の一実施形態の概略構成を示すシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波を用いて被検者の診断部位について超音波画像を撮影して表示するものであり、超音波プローブ１０、送受信部１２、走査制御部１４、ＡＤ変換部１６、画像生成部１８、最適音速判定部２０、表示画像生成部２２、モニタ２４及びモード切替手段２６を有して構成されている。
As shown in FIG. 1, the ultrasound
超音波プローブ１０は、被検者の体内の診断部位に向けて超音波を送信するとともに体内で反射してきた超音波を受信するものである。本実施形態の超音波プローブ１０は、１次元の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサを備えており、各超音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ等の圧電素子の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。この電極は信号線によって送受信部１２と接続されている。各電極に電圧を印加すると振動子は超音波を発生する。また、振動子は反射してきた超音波を受信すると電気信号を発生し、これが受信信号として出力される。
The
送受信部１２は、超音波プローブ１０に超音波送信信号を与え振動子から超音波を発生させ、走査制御部１４から与えられた遅延に基づいて送波する。そして、反射した超音波を受信して超音波プローブ１０が出力した各素子の受信信号をそのまま（受波フォーカスをかけず）増幅する。
The transmission /
ＡＤ変換部１６は、送受信部１２から超音波受信信号を受け取りＡＤ変換して画像生成部１８に引き渡す。画像生成部１８はＡＤ変換部１６から受け取った受信データを保存する。画像生成部１８では、保存された各素子の受信データから、詳しくは後述するが、様々に設定される音速（これを上述したように被検者に送波する実際の音速（実音速）に対して仮定音速という。）に基づく遅延で受波フォーカスされ、各仮定音速に基づくＲＦデータが生成される。
The
最適画像判定部２０は、画像生成部１８で生成されたＲＦデータから微小構造物のスキャン方向の位相変化を見て最適音速を判定するものである。
The optimum
また、表示画像生成部２２は、画像生成部１８で生成された画像と、最適音速判定部２０で生成された判定画像による判定結果からモニタ２４に表示するための表示画像を生成するものである。モード切替手段２６は、モニタ２４への画像の表示モードを切り替えるものである。
The display
次に、上記超音波診断装置１の作用を説明する前に、仮定音速を変化させた時の位相変化特性について説明する。
図２〜９に、仮定音速を変化させた時の位相変化特性を表したグラフを示す。
Next, before explaining the operation of the ultrasonic
2 to 9 are graphs showing the phase change characteristics when the assumed sound speed is changed.
各グラフは、それぞれ仮定音速を大体１４００［ｍ／ｓ］から１６２０［ｍ／ｓ］まで４０［ｍ／ｓ］あるいは２０［ｍ／ｓ］刻みで変化させたときの位相変化特性を、横軸をスキャン方向（Ｘ位置）、縦軸を位相として表示したものである。 Each graph shows the phase change characteristic when the assumed sound speed is changed from 1400 [m / s] to 1620 [m / s] in steps of 40 [m / s] or 20 [m / s]. In the scan direction (X position) and the vertical axis as the phase.
図２は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図３は、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the microstructure signal at the assumed sound speed of 1400 [m / s] to 1500 [m / s], and FIG. 3 is the assumed sound speed of 1500 [m / s]. It is a graph which shows the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the microstructure signal in ˜1620 [m / s].
仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］の図２の場合には、Ｘ位置１００〜１２０付近において、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］のグラフは正の傾きを有し、その他の、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より小の（すなわち仮定音速がより遅い）グラフはいずれも右下がりで、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］に近い程その傾きが急峻であり、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より遅くなるにつれて傾きが緩やかになっている。
In the case of FIG. 2 where the assumed sound speed is 1400 [m / s] to 1500 [m / s], the graph of the assumed sound speed 1500 [m / s] has a positive slope in the vicinity of the
また、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］の図３の場合には、Ｘ位置１００〜１２０付近において、いずれも右上がりのグラフとなっている。そして、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］のときが最も傾きが大きく、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より大きくなる程傾きが緩やかになっている。 Further, in the case of FIG. 3 in which the assumed sound speed is 1500 [m / s] to 1620 [m / s], the graphs are all rising to the right in the vicinity of the X positions 100 to 120. The inclination is the largest when the assumed sound speed is 1500 [m / s], and the inclination becomes gentler as the assumed sound speed becomes larger than 1500 [m / s].
図２及び図３のこのようなグラフの形状は、Ｘ位置１００〜１２０付近に微小構造物が存在していることを示すものであると考えられる。 The shape of such a graph of FIG.2 and FIG.3 is considered to show that the micro structure exists in X position 100-120 vicinity.
図４は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図５は、仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the surface signal at the assumed sound speed of 1400 [m / s] to 1480 [m / s], and FIG. 5 is the assumed sound speed of 1540 [m / s] to 1620. It is a graph which shows the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the surface signal in [m / s].
図４及び図５からわかるように、いずれもＸ位置１００〜１３０及び１５０〜１８０付近において、仮定音速を変えても位相があまり変化していない。これはその部分に面（連続面）が存在することを示すものであると考えられる。 As can be seen from FIGS. 4 and 5, the phase does not change much even if the assumed sound speed is changed in the vicinity of the X positions 100 to 130 and 150 to 180. This is considered to indicate that a surface (continuous surface) exists in the portion.
図６は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図７は、仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。図６及び図７に示すように、スペックルの場合は仮定音速を変えると位相はランダムに変化する。 FIG. 6 is a graph showing the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of speckle at the assumed sound speed of 1400 [m / s] to 1480 [m / s], and FIG. 7 is the assumed sound speed of 1540 [m / s] to 1620. It is a graph which shows the phase change characteristic depending on the assumed sound speed of the speckle in [m / s]. As shown in FIGS. 6 and 7, in the case of speckle, the phase changes randomly when the assumed sound speed is changed.
また、図８は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフであり、図９は、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the amplitude change characteristic depending on the assumed sound speed of the microstructure at an assumed sound speed of 1400 [m / s] to 1500 [m / s], and FIG. 9 is an assumed sound speed of 1500 [m / s]. It is a graph which shows the amplitude change characteristic by the assumed sound speed of the microstructure signal in 1620 [m / s].
図８及び図９からわかるように、微小構造物の振幅の変化を示すグラフは、いずれもＸ位置１１０付近に頂上（最大値）を有する山型（上に凸）のグラフで、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］のとき振幅値が最大で、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］に近づく程最大振幅値が大きくなるとともに、形状も急峻となっている。
As can be seen from FIGS. 8 and 9, the graphs showing the change in the amplitude of the microstructure are both mountain-shaped (convex upward) graphs having a peak (maximum value) near the
次に、仮定音速を変化させたときの微小構造物の位相変化が図２、図３にグラフで示したような特性を有する理由を説明する。 Next, the reason why the phase change of the microstructure when the assumed sound speed is changed has the characteristics shown in the graphs of FIGS.
図１０において、点Ａ（０，ｚ０ )から音速Ｖ０で反射した超音波を、超音波プローブ１０における位置Ｘの素子（振動子）で、反射後の時刻ｔにおいて観測したとする。すると、この時刻ｔは次の（１）式のように算出される。
In FIG. 10, it is assumed that the ultrasonic wave reflected from the point A (0, z 0 ) at the sound velocity V 0 is observed by the element (vibrator) at the position X in the
ｔ＝sqrt(ｚ０ ２ +Ｘ２）／Ｖ０ ・・・（１）
なお、式（１）においてsqrt( ）は（ ）内の値の平方根をとることを意味する。
t = sqrt (z 0 2 + X 2 ) / V 0 (1)
In Equation (1), sqrt () means taking the square root of the value in ().
また、図１０において、点Ａ’（ｘ，ｚ）から音速Ｖで反射した超音波を、同じく超音波プローブ１０における位置Ｘの素子（振動子）で、反射後の時刻ｔにおいて観測したとする。上と同様にこの時刻ｔは、次の式（２）で表される。
Further, in FIG. 10, it is assumed that the ultrasonic wave reflected from the point A ′ (x, z) at the sound velocity V is observed at the time t after reflection by the element (vibrator) at the position X in the
ｔ＝sqrt｛ｚ２ +（Ｘ−ｘ）２｝／Ｖ ・・・（２）
それぞれ式（１）と式（２）で与えられる曲線が（Ｘ，ｔ）平面において接するときの点Ａ’の軌跡は次の式（３）で与えられる。
t = sqrt {z 2 + (X−x) 2 } / V ... (2)
The trajectory of the point A ′ when the curves given by the equations (1) and (2) touch each other in the (X, t) plane is given by the following equation (3).
ｚ２＝ｘ２×｛Ｖ２／（Ｖ０ ２−Ｖ２）｝＋ｚ０ ２Ｖ２／Ｖ０ ２ ・・・（３）
点Ａ’は、最適音速（実音速）に対して仮定音速Ｖとして位相を整合して加算した場合に信号が強くなる位置を示している。
z 2 = x 2 × {V 2 / (V 0 2 −V 2 )} + z 0 2 V 2 / V 0 2 (3)
Point A ′ indicates a position where the signal becomes stronger when the phase is matched and added as the assumed sound speed V with respect to the optimum sound speed (actual sound speed).
式（３）より点Ａ’（ｘ，ｚ）の軌跡は、Ｖ＞Ｖ０のときは、原点を中心とした楕円となり、Ｖ＜Ｖ０のときは、原点を中心とした双曲線となる。なお、Ｂモード画像においてはｚ軸の下方向を上としているので、Ｖ＞Ｖ０の場合の原点を中心とした楕円の軌跡を凹型、Ｖ＜Ｖ０の場合の原点を中心とした双曲線の軌跡を凸型とする。 From equation (3), the locus of the point A ′ (x, z) is an ellipse centered on the origin when V> V 0 , and a hyperbola centered on the origin when V <V 0 . In the B-mode image, since the downward direction of the z-axis is upward, the elliptical trajectory centered on the origin when V> V 0 is concave, and the hyperbola centered on the origin when V <V 0 is used. The locus is convex.
なお、図１１に、式（１）と式（２）で与えられる曲線が（Ｘ，ｔ）平面において接している様子を示す。図１１（ａ）はＶ＜Ｖ０の場合であり、実線Ｊは点Ａからの反射波を、破線Ｈ１は図１０のようにｚ軸より右側にある場合の点Ａ’からの反射波を表している。また、破線Ｈ２は図示は省略するが図１０のｚ軸より左側にある点からの反射波を表している。いまＶ＜Ｖ０の場合であるので、同じＸの位置に対しては点Ａ’からの反射波の方が時刻ｔが大きいため、破線Ｈ１（Ｈ２）が実線Ｊより上側に表れている。 FIG. 11 shows a state where the curves given by the equations (1) and (2) are in contact with each other on the (X, t) plane. FIG. 11A shows the case of V <V 0 , the solid line J shows the reflected wave from the point A, and the broken line H1 shows the reflected wave from the point A ′ when it is on the right side of the z axis as shown in FIG. Represents. A broken line H2 represents a reflected wave from a point on the left side of the z axis in FIG. Since V <V 0 at this time, the reflected wave from the point A ′ has a larger time t for the same X position, and therefore the broken line H1 (H2) appears above the solid line J.
また、図１１（ｂ）は、Ｖ＝Ｖ０の場合でり、図１１（ｃ）はＶ＞Ｖ０の場合である。ＶがＶ０に近づく場合には破線Ｈは実線Ｊに近づき、Ｖ＝Ｖ０の場合には、破線Ｈは実線Ｊと一致する。図１１（ｃ）の場合は、図１１（ａ）とは逆で破線が実線よりも下側に表れる。 FIG. 11B shows a case where V = V 0 , and FIG. 11C shows a case where V> V 0 . When V approaches V 0 , the broken line H approaches the solid line J, and when V = V 0 , the broken line H coincides with the solid line J. In the case of FIG. 11C, the broken line appears on the lower side of the solid line, contrary to FIG.
これらの図から、上記破線が上記実線に接するような点Ａ’（ｘ，ｚ）の軌跡は上で述べたような傾向を有することが直感的に理解できる。 From these figures, it can be intuitively understood that the locus of the point A ′ (x, z) where the broken line touches the solid line has the tendency as described above.
なお、ここで説明したモデルにおいては、観測された反射波を単純に線としたが、実際にはｔ方向に幅を持った波形である事や、Ｘ方向に強度差がある事なども考慮する必要がある。また、本モデルでは簡単のために、点Ａと点Ａ’からの反射を同時としたが、実際には、それぞれの点に超音波を送波してから反射する迄の時間も考慮する必要がある。 In the model described here, the observed reflected wave is simply a line. However, in reality, the waveform has a width in the t direction and there is a difference in intensity in the X direction. There is a need to. Moreover, in this model, for the sake of simplicity, reflection from point A and point A ′ is performed simultaneously, but actually, it is necessary to consider the time from when an ultrasonic wave is transmitted to each point to reflection. There is.
次に、図１の装置構成における画像生成部１８の作用を図１２のフローチャートに沿って説明する。
Next, the operation of the
画像生成部１８は、仮定音速を変化させていろいろな音速で得られたデータから画像を生成するものである。
The
まず図１２のステップＳ１００において、いろいろ変化させる仮定音速の初期値を設定する。この値は特に限定されるものではなく、適宜決めればよい。例えば、前述した図２等の例のように、１４００［ｍ／ｓ］のように決めればよい
そして設定された初期値により、走査制御部１４によって制御された送受信部１２から超音波プローブ１０に信号が送られ、その仮定音速初期値によるデータが取得され画像生成部１８に送られる。
First, in step S100 in FIG. 12, the initial value of the assumed sound speed to be changed in various ways is set. This value is not particularly limited and may be determined as appropriate. For example, as in the example of FIG. 2 and the like described above, it may be determined as 1400 [m / s]. From the transmission /
次にステップＳ１１０において、仮定音速を所定量１ステップ変更し、変更された仮定音速による超音波データが取得される。この１ステップの所定量は、特に限定されず、例えば図２等の例のように４０［ｍ／ｓ］でもよいし、１０［ｍ／ｓ］でも、２０［ｍ／ｓ］でもよく、所定量だけ仮定音速を変化させていく。 Next, in step S110, the assumed sound speed is changed by a predetermined amount by one step, and ultrasonic data based on the changed assumed sound speed is acquired. The predetermined amount of one step is not particularly limited, and may be 40 [m / s], 10 [m / s], 20 [m / s], as in the example of FIG. The assumed sound speed is changed by a fixed amount.
次にステップＳ１２０において、得られた各仮定音速によるデータを位相を整合して加算し、ＲＦ（Radio Frequency)データを生成する。このＲＦデータは、振幅情報と位相情報の両方を含むものである。このようにすべての仮定音速での画像でＲＦデータを作成する。 Next, in step S120, the obtained hypothetical sound speed data are added with their phases matched to generate RF (Radio Frequency) data. This RF data includes both amplitude information and phase information. In this way, RF data is created with images at all assumed sound speeds.
そしてステップＳ１３０において、画像生成が終了したか否か判断し、まだ終了していない場合にはステップＳ１１０に戻り、また仮定音速を１ステップ変更し画像生成を続行する。画像生成の終了は、すべての仮定音速についての処理が終了したか否かで判断する。それは例えば、仮定音速を何ステップ変更したら終了するかを予め決めておき、その回数をカウントして判断するようにすればよい。 In step S130, it is determined whether or not image generation has been completed. If it has not been completed, the process returns to step S110, and the assumed sound speed is changed by one step and image generation is continued. The end of image generation is determined by whether or not the processing for all assumed sound velocities has been completed. For example, it may be determined in advance by determining in advance how many steps the assumed sound velocity is to be terminated and counting the number of times.
次に、最適音速判定部２０の作用を説明する。
Next, the operation of the optimum sound
図１３は、最適音速判定部２０における最適音速判定処理の流れを示すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the optimum sound speed determination process in the optimum sound
まず図１３のステップＳ２００において、仮定音速の初期値を設定する。ただ、これはすでに画像生成部１８における処理で得られているデータを用いればよい。次に、ステップＳ２０２において、微小構造物判定画像及び音速判定画像の各画素の値を０として初期化する。
First, in step S200 of FIG. 13, an initial value of the assumed sound speed is set. However, it is only necessary to use data already obtained by the processing in the
次に、ステップＳ２０４において、仮定音速を１ステップ変更し、その音速でのデータを取得するが、これも画像生成部１８における処理で得られているデータを使用すればよい。
Next, in step S204, the assumed sound speed is changed by one step, and data at the sound speed is acquired. Data obtained by the processing in the
次に、ステップＳ２０６において、その仮定音速でのデータから位相スキャン方向の２次微分値を算出する。スキャン方向とは、超音波プローブ１０の振動子（素子）の配列方向と一致している。
Next, in step S206, a secondary differential value in the phase scan direction is calculated from the data at the assumed sound velocity. The scanning direction coincides with the arrangement direction of the transducers (elements) of the
次に、ステップＳ２０８において、所定サイズのカーネルで上記２次微分値を積分し、積分値を算出する。カーネルのサイズは、特に限定はされず、解像度に応じて、９×４や１６×８等のものが用いられる。 Next, in step S208, the secondary differential value is integrated with a kernel of a predetermined size to calculate an integral value. The size of the kernel is not particularly limited, and 9 × 4, 16 × 8, or the like is used depending on the resolution.
次に微小構造物判定画像及び音速判定画像の生成が並行して同時に行われる。 Next, the fine structure determination image and the sound speed determination image are generated simultaneously in parallel.
ステップＳ２１０において、上で算出した積分値の絶対値をとり、次のステップＳ２１２において、この積分値の絶対値を微小構造物判定画像に加算して行く。 In step S210, the absolute value of the integral value calculated above is taken, and in the next step S212, the absolute value of the integral value is added to the microstructure determination image.
このようにして、全ての仮定音速について２次微分値を積分した値を当初０に初期設定されていた微小構造物判定画像に足し合わせて行くことにより微小構造物判定画像が作成される。微小構造物の場合は、仮定音速が最適音速よりも速いときは２次微分値は正となり、仮定音速が最適音速よりも遅いときは２次微分値は負となるので、各仮定音速による２次微分値を所定のカーネルで積分すると微小構造物のところだけ信号が強くでる。 In this way, a microstructure determination image is created by adding the value obtained by integrating the secondary differential values for all assumed sound velocities to the microstructure determination image initially set to 0. In the case of a minute structure, the second derivative value is positive when the assumed sound speed is faster than the optimum sound speed, and the second derivative value is negative when the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed. When the second derivative is integrated with a predetermined kernel, the signal is strong only at the microstructure.
従って、これらを加算して生成された微小構造物判定画像は、微小構造物のところだけ信号が強く出た画像となっており、これにより微小構造物の判定が可能となる。 Therefore, the microstructure determination image generated by adding these is an image in which a signal is strong only at the microstructure, and thus the microstructure can be determined.
また、一方ステップＳ２１４において、指定された仮定音速用の音速判定画像に、所定サイズでのカーネルによる積分値を格納する。 On the other hand, in step S214, the integral value by the kernel at a predetermined size is stored in the designated sound velocity determination image for assumed sound velocity.
次のステップＳ２１６において、全ての仮定音速について上記処理が終了したか否か判断し、まだ終了していなければステップＳ２０４に戻り、仮定音速を１ステップ変更して次の仮定音速についての処理を繰り返す。また、全ての仮定音速についての処理が終了した場合には、次のステップＳ２１８において、微小構造物判定画像の所定以上の値となる位置を微小構造物位置として記録する。 In the next step S216, it is determined whether or not the above process has been completed for all the assumed sound speeds. If not yet completed, the process returns to step S204 to change the assumed sound speed by one step and repeat the process for the next assumed sound speed. . When the processes for all the assumed sound velocities are completed, in the next step S218, a position that is a predetermined value or more of the microstructure determination image is recorded as the microstructure position.
最後にステップＳ２２０において、各微小構造物位置について各仮定音速の音速判定画像の値の変化から最適音速を判定し、記録する。 Finally, in step S220, the optimum sound speed is determined and recorded from the change in the value of the sound speed determination image for each assumed sound speed for each microstructure position.
次に、最適音速の判定方法を詳しく説明する。 Next, a method for determining the optimum sound speed will be described in detail.
最適音速の判定に利用する仮定音速は１種類以上である。また、図１３のフローチャートでは、ステップＳ２０４からステップＳ２１４において、同じ仮定音速の下で微小構造物判定画像の処理と音速判定画像の処理を行っているように示されているが、微小構造物判定に利用する仮定音速と、最適音速判定に利用する仮定音速の種類や数は、必ずしも一致しなくても良い。 There are one or more hypothetical sound velocities used for determining the optimum sound speed. In the flowchart of FIG. 13, it is shown in steps S204 to S214 that the microstructure determination image processing and the sound speed determination image processing are performed under the same assumed sound speed. The assumed sound speed used in the above and the assumed sound speed used for determining the optimum sound speed do not necessarily match.
また、微小構造物の判定方法は、図１３のフローチャートのものには限定されず、他の方法でも良い。例えば、積分値の絶対値をとらずに、仮定音速が最適音速より遅い場合には符号を反転する方法でも良い。本発明はそもそも最適音速を求めるものであり、まだ最適音速はわからないのであるが、所定以上遅い仮定音速及び所定以上速い仮定音速を利用することでこの方法を利用することが可能となる。これにより、最適音速がわからなくてもそこから判定画像を生成することができる。 Further, the determination method of the minute structure is not limited to that in the flowchart of FIG. 13, and other methods may be used. For example, the sign may be reversed when the assumed sound speed is slower than the optimal sound speed without taking the absolute value of the integral value. In the present invention, the optimum sound speed is obtained in the first place, and the optimum sound speed is not yet known. However, this method can be used by using an assumed sound speed that is slower than a predetermined value and an assumed sound speed that is faster than a predetermined value. Thereby, even if the optimum sound speed is not known, the determination image can be generated therefrom.
その他、符号のみ積分する方法、２次微分値の分散や傾き等、一様性を数値化し指標にする方法、あるいは位相ずれに応じた凹凸形状フィルタを掛け、位相又は波形画像に対して相互相関をとって抽出する方法などを利用することもできる。 Other methods, such as integrating only the sign, a method of converting the uniformity of the second derivative value into a numerical value and using it as an index, or applying a concavo-convex filter according to the phase shift to cross-correlate the phase or waveform image It is also possible to use a method of extracting by extracting.
また、微小構造物判定は、ユーザが指定するようにしても良い。 The microstructure determination may be specified by the user.
図１４に、最適音速判定において、仮定音速と微小構造物位置における音速判定画像の値の関係を示す。 FIG. 14 shows the relationship between the assumed sound speed and the value of the sound speed determination image at the microstructure position in the optimum sound speed determination.
図１４に示すように、仮定音速が最適音速より遅いとすると音速判定画像の値は負の値として出て、仮定音速が最適音速より速いとすると音速判定画像の値は正の値として出る。さらに、いずれの場合も仮定音速が最適音速に近づく程、その傾きが急になるのでそれを積分した結果としての音速判定画像の値は、図に矢印で示したように、負の場合にはより小さな値となり、正の場合にはより大きな値となる。このように、音速判定画像の値は仮定音速が最適音速より速いか遅いか、又ずれ量によって略一意的に求まる。 As shown in FIG. 14, when the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed, the value of the sound speed determination image is a negative value, and when the assumed sound speed is faster than the optimum sound speed, the value of the sound speed determination image is a positive value. Further, in any case, as the assumed sound speed approaches the optimum sound speed, the slope becomes steeper, so the value of the sound speed determination image as a result of integrating it is negative as shown by the arrow in the figure. A smaller value, and a positive value is larger. As described above, the value of the sound speed determination image is determined approximately uniquely depending on whether the assumed sound speed is faster or slower than the optimum sound speed and the amount of deviation.
従って、最低１種類の仮定音速における値から最適音速が判定できる。その最適音速からのずれ量とその音速判定画像の値の関係は、予め実験的に求めてテーブルに持っても良いし、式で与えるようにしても良い。 Therefore, the optimum sound speed can be determined from the values at at least one assumed sound speed. The relationship between the amount of deviation from the optimum sound speed and the value of the sound speed determination image may be obtained experimentally in advance and stored in a table, or may be given by an equation.
また、２種類以上の仮定音速を利用する場合には、各仮定音速における値から求められる最適音速値の重み付け平均をとる方法でも良いし、最適音速値を仮定し、各仮定音速につきテーブルや式から求めた値と、実際の値の重み付け二乗誤差が最小となる最適音速値を採用する方法でも良い。 Further, when two or more types of assumed sound speeds are used, a method of taking a weighted average of optimum sound speed values obtained from values at each assumed sound speed may be used, or an optimum sound speed value is assumed, and a table or expression for each assumed sound speed is used. Alternatively, a method may be used that employs the optimum sound speed value that minimizes the weighted square error between the value obtained from the above and the actual value.
仮定音速と判定画像の値の関係が、テーブルや式から求められる値から所定以上ばらついてしまう位置を微小構造物とは見做さずに外すようにしても良い。 A position where the relationship between the assumed sound speed and the value of the determination image varies more than a predetermined value from a value obtained from a table or an expression may be removed without considering it as a microstructure.
最適音速を判定する他の方法として、２次微分値のカーネルでの積分値の代わりに、最大値、最小値を利用する方法や、各仮定音速での位相や波形画像と予め用意した凹凸形状フィルタとの相関をとり最適凹凸判定する方法でも良い。 Other methods for determining the optimum sound speed include a method of using the maximum and minimum values instead of the integral value in the second-order differential value kernel, a phase and waveform image at each assumed sound speed, and an uneven shape prepared in advance. A method of determining the optimum unevenness by correlating with the filter may be used.
また、図８、９に示したような振幅変化特性をも合わせて利用することで最適音速判定の精度を向上させることができる。 Further, the accuracy of the optimum sound speed determination can be improved by using the amplitude change characteristics as shown in FIGS.
図１５に、最適音速判定において、仮定音速と振幅を利用した音速判定画像の値の関係を示す。 FIG. 15 shows the relationship between the assumed sound speed and the value of the sound speed determination image using the amplitude in the optimal sound speed determination.
図１５に示すように、振幅情報を利用した判定画像値というのは、最適音速値をはさんで左右対称となる。この場合、前述したように、最適音速に近い程凸形状が急峻になるという特性から、上記のような位相利用と同様の方法をとることができる。ただし、振幅の凸形状変化は、最適音速より速くても遅くても同じであるため、単独では速いか遅いかの判定ができない。そこで、最適音速判定に複数フレームを利用するようにしてもよい。 As shown in FIG. 15, the determination image value using amplitude information is symmetrical with respect to the optimum sound speed value. In this case, as described above, since the convex shape becomes steeper as it approaches the optimum sound speed, a method similar to the above-described phase utilization can be taken. However, since the change in the convex shape of the amplitude is the same whether it is faster or slower than the optimum sound speed, it cannot be determined whether it is fast or slow alone. Therefore, a plurality of frames may be used for optimum sound speed determination.
最近のソフトウエアベースの超音波装置やアナログベースでも高性能な回路構成によって、同じ１回の送信から得られた受信信号から種々の仮定音速で画像生成することが可能となってきている。本装置構成においては、種々の仮定音速での画像をフレームずれ無しに得られるため、その結果、高精度に最適音速を判定することが可能となる。 With recent software-based ultrasonic devices and analog bases, it has become possible to generate images at various hypothetical sound speeds from received signals obtained from the same single transmission by means of a high-performance circuit configuration. In this apparatus configuration, images with various assumed sound speeds can be obtained without frame shift, and as a result, the optimum sound speed can be determined with high accuracy.
また、スキャン方向に高分解能な位相情報を利用することにより、より高精度に最適音速を判定することが可能となる。また、±１８０°の反転も起き難い。また、複数フレームを利用することで、より高精度に最適音速を判定することができる。また、同じ１回の送信から得られた受信データを利用することで、より高精度に最適音速の判定が可能である。 Further, by using phase information with high resolution in the scan direction, it is possible to determine the optimum sound speed with higher accuracy. In addition, ± 180 ° inversion is unlikely to occur. In addition, by using a plurality of frames, the optimum sound speed can be determined with higher accuracy. Further, by using the received data obtained from the same one-time transmission, it is possible to determine the optimum sound speed with higher accuracy.
また、ここでは微小構造物の位相変化特性をスキャン方向の凹凸変化で表現しているが、同じ位置における仮定音速に依る位相変化としても表現することができ、最適音速判定もどちらの特性として利用しても良い。 Also, here, the phase change characteristics of the microstructure are expressed as irregularities in the scanning direction, but can also be expressed as phase changes depending on the assumed sound speed at the same position, and the optimum sound speed judgment is used as either characteristic. You may do it.
図１６は、表示画像生成部２２における処理の流れを示すフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing the flow of processing in the display
まず、図１６のステップＳ３００において、各微小構造物位置と各位置における最適音速値を取得する。 First, in step S300 in FIG. 16, the position of each minute structure and the optimum sound speed value at each position are acquired.
次に、ステップＳ３１０において、各位置における各最適音速値に対応する振幅画像を取得する。 Next, in step S310, an amplitude image corresponding to each optimum sound speed value at each position is acquired.
次に、ステップＳ３２０において、各最適音速の振幅画像を各微小構造物位置を中心として合成する。合成方法は、各画像を各微小構造物位置を中心として他画像とオーバーラップするように長方形、円、あるいはユーザの指定や、輝度レベルで決められる任意形状の領域を設定し、オーバーラップする領域では各微小構造物位置からの距離に応じた割合で振幅画像を足し合わせるようにする。 Next, in step S320, the amplitude image of each optimum sound speed is synthesized around each microstructure position. The compositing method sets a rectangle, a circle, or an area of an arbitrary shape determined by the brightness level so that each image overlaps with other images centering on the position of each microstructure. Then, the amplitude images are added together at a rate corresponding to the distance from each microstructure position.
なお、ここでは複数の最適音速画像を合成する例を挙げたが、単に複数画像を並べても良いし、平均の音速の画像を選択しても良い。また、複数の微小構造物のうち、利用するものを限定するようにしても良い。 Here, an example in which a plurality of optimum sound speed images are combined has been described, but a plurality of images may be simply arranged, or an image having an average sound speed may be selected. Moreover, you may make it limit what to utilize among several microstructures.
次に、ステップＳ３３０において、その結果を対数圧縮し、ゲイン／ＤＲ（ダイナミックレンジ）／ＳＴＣ（深さ重み付け）／グレーマップ調整し、さらにスキャンコンバートして表示画像を生成する。 In step S330, the result is logarithmically compressed, gain / DR (dynamic range) / STC (depth weighting) / gray map adjustment, and scan-converted to generate a display image.
なお、画像の表示モードは、複数の最適音速により生成された画像を単独で表示しても良いし、複数表示しても良い。また、複数の最適音速により生成された画像を合成した画像を表示しても良い。 Note that, as the image display mode, an image generated at a plurality of optimum sound speeds may be displayed alone or a plurality of images may be displayed. In addition, an image obtained by combining images generated at a plurality of optimum sound speeds may be displayed.
さらに、モード切替手段２６によって、画像の表示モードを通常表示モードとその他の表示モードとで切り替えるようにしても良い。 Further, the image switching mode may be switched between the normal display mode and other display modes by the mode switching means 26.
以上説明したように、本実施形態によれば、微小構造物信号の仮定音速と位相の関係は、仮定音速が最適音速より速いか遅いか、あるいは、ずれ量によって略一意的に決まるため、最低１種類の仮定音速のデータがあれば、最適音速を求めることができ、その結果、少ないメモリや回路、また処理時間で最適音速を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the relationship between the assumed sound speed and the phase of the microstructure signal is almost uniquely determined by whether the assumed sound speed is faster or slower than the optimum sound speed, or the amount of deviation. If there is data of one type of assumed sound speed, the optimum sound speed can be obtained, and as a result, the optimum sound speed can be obtained with a small amount of memory, circuit, and processing time.
上で述べたように、本実施形態によれば、微小構造物の仮定音速による位相変化特性を利用して最適音速を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the optimum sound speed can be obtained by using the phase change characteristic of the microstructure with the assumed sound speed.
完全なスペックルの場合は、仮定音速によって位相がランダムに変化し、連続面の場合は仮定音速によらず一定となる。一方、微小構造物の位相はスキャン方向に凹凸変化を示し、また仮定音速によって凹凸形状が変化する。生体内においては、完全なスペックルや、表面が滑らかで各部分の反射が同じ完全な連続面ではなく、局所的に強い反射を含むようなスペックルで略構成されていると考えられる。 In the case of perfect speckles, the phase changes randomly depending on the assumed sound speed, and in the case of a continuous surface, it is constant regardless of the assumed sound speed. On the other hand, the phase of the microstructure shows unevenness change in the scanning direction, and the uneven shape changes depending on the assumed sound speed. In the living body, it is considered that the speckles are generally constituted by perfect speckles or speckles that have a smooth surface and the reflection of each part is not the same continuous continuous surface but includes locally strong reflections.
図１７にスペックルの仮定音速による位相変化を示す。図１７（ａ）は、最適音速より速い場合であり、図１７（ｂ）は最適音速より遅い場合である。図１７（ａ）に示すように、この場合には局所的に下に凸の凸形状３０（孤立点）が見られる。また図１７（ｂ）においては局所的に上に凸の凸形状３２（孤立点）が見られる。 FIG. 17 shows the phase change due to the assumed sound speed of speckle. FIG. 17A shows a case where the speed is faster than the optimum sound speed, and FIG. 17B shows a case where the speed is slower than the optimum sound speed. As shown in FIG. 17A, in this case, a convex shape 30 (isolated point) that protrudes downward locally is seen. Further, in FIG. 17B, a convex shape 32 (isolated point) that is locally upward is seen.
また、図１８は微小構造物における位相凹凸変化のヒストグラムをとったものであり、図１８（ａ）は仮定音速が最適音速より遅い場合、図１８（ｂ）は仮定音速が最適音速より速い場合である。またそれぞれ（１）は孤立点を、（２）は完全なスペックルを、（３）は局所的に高エコーが混在するスペックルを表している。 18 shows a histogram of phase unevenness change in a microstructure. FIG. 18A shows a case where the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed, and FIG. 18B shows a case where the assumed sound speed is faster than the optimum sound speed. It is. In addition, (1) indicates an isolated point, (2) indicates complete speckle, and (3) indicates speckle in which high echoes are locally mixed.
図１８（ａ）の（１）に示すように仮定音速が最適音速よりも遅い場合には、孤立点の位相凹凸値は負の側に現れ、また図１８（ｂ）の（１）に示すように仮定音速が最適音速よりも速い場合には、孤立点の位相凹凸値は正の側に現れる。 When the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed as shown in (1) of FIG. 18A, the phase unevenness value of the isolated point appears on the negative side, and also shown in (1) of FIG. 18B. Thus, when the assumed sound speed is faster than the optimum sound speed, the phase unevenness value of the isolated point appears on the positive side.
また、完全なスペックルの場合には、位相がランダムに変化するため、その位相凹凸値のヒストグラムをとると図１８（ａ）の（２）、及び図１８（ｂ）の（２）に示すように、略正規分布をなす。 In the case of perfect speckles, the phase changes randomly, and the histogram of the phase unevenness values is shown in (2) of FIG. 18 (a) and (2) of FIG. 18 (b). As shown in FIG.
また、局所的に高エコーが混在するスペックルの場合には、仮定音速が最適音速よりも遅い場合は図１８（ａ）の（３）に示すように位相凹凸値のヒストグラムは負の側にその分布が偏り、また一方仮定音速が最適音速よりも速い場合は図１８（ｂ）の（３）に示すように位相凹凸値のヒストグラムは正の側に分布が偏っている。このように位相凹凸変化の分布の偏りから最適音速を求めることができる。 Further, in the case of speckles in which high echoes are locally mixed, if the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed, the histogram of the phase unevenness value is on the negative side as shown in (3) of FIG. When the distribution is biased and the assumed sound speed is higher than the optimum sound speed, the histogram of the phase unevenness value is biased to the positive side as shown in (3) of FIG. Thus, the optimum sound speed can be obtained from the uneven distribution of the phase irregularities.
以下、ある対象領域における仮定音速の位相凹凸変化から最適音速を判定する例について説明する。 Hereinafter, an example of determining the optimum sound speed from the phase unevenness change of the assumed sound speed in a certain target region will be described.
図１９に、ある対象領域における仮定音速の位相凹凸変化から最適音速を判定する手順を示す。 FIG. 19 shows a procedure for determining the optimum sound speed from the phase unevenness change of the assumed sound speed in a certain target area.
まず図１９のステップＳ４００において、対象領域 （ＲＯＩ）を設定する。この各対象領域の設定はユーザが指定して行ってもよいし、全画面を所定サイズで分割した複数対象領域としてもよい。 First, in step S400 of FIG. 19, a target region (ROI) is set. Each target area may be set by the user, or may be a plurality of target areas obtained by dividing the entire screen by a predetermined size.
次にステップＳ４１０において、前述した図１２のステップＳ１００と同様に、いろいろ変化させる仮定音速の初期値を設定する。この値は特に限定されるものではなく、適宜決めればよい。例えば、図２に示した例のように、１４００［ｍ／ｓ］のように決めればよい。そして設定された初期値により、走査制御部１４によって制御された送受信部１２から超音波プローブ１０に信号が送られ、その仮定音速初期値によるデータが取得され画像生成部１８に送られる。
Next, in step S410, as in step S100 of FIG. 12 described above, initial values of assumed sound velocities to be variously changed are set. This value is not particularly limited and may be determined as appropriate. For example, as in the example shown in FIG. 2, it may be determined as 1400 [m / s]. A signal is sent from the transmission /
次にステップＳ４２０において、仮定音速を所定量１ステップ変更し、変更された仮定音速による超音波データが取得される。この１ステップの所定量は、特に限定されず、例えば図２等の例のように４０［ｍ／ｓ］でもよいし、１０［ｍ／ｓ］等他の値でもよく、所定量だけ仮定音速を変化させていく。 Next, in step S420, the assumed sound speed is changed by a predetermined amount by one step, and ultrasonic data based on the changed assumed sound speed is acquired. The predetermined amount of one step is not particularly limited, and may be 40 [m / s] as in the example of FIG. 2 or other values such as 10 [m / s]. Will change.
次にステップＳ４３０において、対象領域内のスキャン方向位相凹凸を数値化する。この位相凹凸の数値化も特に限定されるものではなく、例えば、２次微分値の積分値でもよいし、凹凸パターンとの相関値でもよく、あるいは凹凸に沿った波形加算でもよい。 Next, in step S430, the scanning direction phase unevenness in the target region is digitized. The quantification of the phase unevenness is not particularly limited, and may be, for example, an integral value of a secondary differential value, a correlation value with the uneven pattern, or a waveform addition along the unevenness.
次にステップＳ４４０において、全ての仮定音速についての処理が終了したか否か判断する。まだ、全ての仮定音速についての処理が終了していない場合には、ステップＳ４２０に戻り、仮定音速を１ステップ変更しながら上記処理を繰り返す。 Next, in step S440, it is determined whether or not processing for all assumed sound velocities has been completed. If the processes for all assumed sound speeds have not been completed yet, the process returns to step S420, and the above process is repeated while changing the assumed sound speed by one step.
また、全ての仮定音速についての処理が終了した場合には、次のステップＳ４５０において、各仮定音速において対象領域内の位相凹凸分布の偏りの変化から最適音速を判定する。 When the processes for all the assumed sound velocities are completed, in the next step S450, the optimum sound speed is determined from the change in the bias of the phase unevenness distribution in the target region at each assumed sound speed.
分布の偏りの評価は、位相凹凸の最大値と最小値の平均や所定個数の平均、または絶対値の差分などを用いておこなうことができる。 The evaluation of the distribution bias can be performed using the average of the maximum and minimum values of phase unevenness, the average of a predetermined number, or the difference between absolute values.
また、図２０に仮定音速による分布の偏りの変化を示す。図２０に示すように、偏りが最も０に近い仮定音速を最適音速と判定する。または、偏りが正負同程度の仮定音速の中間値としても良い。 FIG. 20 shows a change in the distribution bias due to the assumed sound velocity. As shown in FIG. 20, the assumed sound speed whose deviation is closest to 0 is determined as the optimum sound speed. Alternatively, it may be an intermediate value of the assumed sound speed with a bias that is approximately the same.
図２１は、前述した図１６と同様に表示画像生成部２２における処理の流れを示すフローチャートである。図２１に示すように、各対象領域の最適音速値から最適音速画像を生成しても良い。
FIG. 21 is a flowchart showing the flow of processing in the display
まず図２１のステップＳ５００において、各対象領域における最適音速値を取得する。次にステップＳ５１０において、各最適音速に対応する振幅画像を取得する。次にステップＳ５２０において、各最適音速の振幅画像を各対象領域位置を中心として合成する。 First, in step S500 of FIG. 21, the optimum sound speed value in each target area is acquired. Next, in step S510, an amplitude image corresponding to each optimum sound speed is acquired. Next, in step S520, the amplitude image of each optimum sound speed is synthesized around each target region position.
次にステップＳ５３０において、その結果を対数圧縮し、ゲイン／ＤＲ（ダイナミックレンジ）／ＳＴＣ（深さ重み付け）／グレーマップ調整し、さらにスキャンコンバートして表示画像を生成する。 In step S530, the result is logarithmically compressed, gain / DR (dynamic range) / STC (depth weighting) / gray map adjustment, and scan-converted to generate a display image.
また、画像の表示モードは複数の最適音速により生成された画像を単独で表示しても良いし、複数表示しても良い。また、複数の最適音速によって生成された画像を合成した画像を表示してもよい。 As the image display mode, an image generated at a plurality of optimum sound speeds may be displayed alone, or a plurality of images may be displayed. Moreover, you may display the image which synthesize | combined the image produced | generated by several optimal sound speed.
さらに、モード切替手段２６によって、画像の表示モードを通常表示モードとその他の表示モードとで切り替えるようにしても良い。 Further, the image switching mode may be switched between the normal display mode and other display modes by the mode switching means 26.
以上説明した例によれば、スペックルの位相凹凸変化の分布の偏りから、仮定音速が最適音速より速いか遅いか、またはどれだけずれているかが判定できるため、これから最適音速を判定することができる。 According to the example described above, it is possible to determine whether the assumed sound speed is faster or slower than the optimum sound speed or how much it deviates from the deviation of the distribution of speckle phase unevenness, so that the optimum sound speed can be determined from this. it can.
以上、本発明の超音波診断方法及び装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 The ultrasonic diagnostic method and apparatus of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Of course it is good.
１…超音波診断装置、１０…超音波プローブ、１２…送受信部、１４…走査制御部、１６…ＡＤ変換部、１８…画像生成部、２０…最適音速判定部、２２…表示画像生成部、２４…モニタ、２６…モード切替手段
DESCRIPTION OF
Claims (28)
前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させる手段と、
前記仮定音速を変化させ、前記受信信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号により微小構造物の判定を行い、該微小構造物と判定されたＲＦ信号の位相情報から、被検者の超音波音速である最適音速を判定する最適音速判定手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe in which a plurality of elements that transmit an ultrasonic wave toward the subject and output a reception signal by receiving an ultrasonic signal reflected from the subject are arranged;
Means for changing a presumed sound speed set in advance with respect to the actual sound speed of the ultrasonic wave transmitted toward the subject;
The assumed sound speed is changed, the microstructure is determined based on the RF signal obtained by focusing from the received signal with a delay based on the assumed sound speed, and the phase information of the RF signal determined to be the microstructure is detected. An optimum sound speed determination means for determining an optimal sound speed that is an ultrasonic sound speed of the examiner;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させる手段と、
前記仮定音速を変化させた時、所定の対象領域における前記受信信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号の前記素子の配列方向の位相変化から、前記被検者の超音波音速である最適音速を判定する最適音速判定手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe in which a plurality of elements that transmit an ultrasonic wave toward the subject and output a reception signal by receiving an ultrasonic signal reflected from the subject are arranged;
Means for changing a presumed sound speed set in advance with respect to the actual sound speed of the ultrasonic wave transmitted toward the subject;
When the assumed sound speed is changed, the ultrasonic wave of the subject is detected from the phase change in the arrangement direction of the elements of the RF signal obtained by focusing from the received signal in a predetermined target region with a delay based on the assumed sound speed. An optimum sound speed judging means for judging an optimum sound speed as a sound speed;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させたときに、前記受信した信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号により微小構造物の判定を行い、該微小構造物と判定されたＲＦ信号の位相情報から、被検者の超音波音速である最適音速を判定することを特徴とする超音波診断方法。 While transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic probe in which a plurality of elements are arranged toward the subject, receiving an ultrasonic signal reflected from the subject,
When an assumed sound speed set in advance is changed with respect to the actual sound speed of the ultrasonic wave transmitted to the subject, an RF signal obtained by focusing from the received signal with a delay based on the assumed sound speed An ultrasonic diagnostic method comprising: determining a microstructure and determining an optimum sound velocity that is an ultrasonic sound velocity of a subject from phase information of an RF signal determined to be the microstructure.
前記被検者に向けて送信する超音波の実音速に対して予め設定された仮定音速を変化させたときに、所定の対象領域から受信した信号から前記仮定音速に基づく遅延でフォーカスして得られるＲＦ信号の前記素子の配列方向の位相変化から、前記被検者の超音波音速である最適音速を判定することを特徴とする超音波診断方法。 While transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic probe in which a plurality of elements are arranged toward the subject, receiving an ultrasonic signal reflected from the subject,
Obtained by focusing with a delay based on the assumed sound speed from a signal received from a predetermined target area when an assumed sound speed set in advance is changed with respect to the actual sound speed of the ultrasonic wave transmitted to the subject. An ultrasonic diagnostic method comprising: determining an optimum sound speed that is an ultrasonic sound speed of the subject from a phase change in an arrangement direction of the elements of an RF signal to be detected.
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