JP2014079565A - 超音波検査装置、超音波検査方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の素子を備える探触子と、超音波ビームを焦点を形成するように複数の素子から検査対象物に送信させる送信部と、検査対象物からの超音波エコー信号を複数の素子を介して受信する受信部と、検査対象物内の音速値を決定する音速決定部と、その音速値を用いて受信部によって得られる2つ以上の第1の素子データから第1の素子データのいずれかに対応する第2の素子データを作成する素子データ処理部とを有し、音速決定部は、素子データ処理部において第2の素子データを作成する時に用いる音速値を最適化して最適な音速値として求めることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図2
Description
例えば、特許文献1には、送信用振動素子群を構成する複数個の振動素子から放射される送信超音波を送信集束点に集束させることにより仮想的な点音源を形成し、そして、この点音源から放射される送信超音波によって連続した複数の観測点から反射する受信超音波を、受信用振動素子群を構成する複数個の振動素子によって受信し、得られたチャンネル分の受信信号に対し観測点が受信集束点となるような受信整相加算を行う超音波診断装置が開示されている。更に、この超音波診断装置では、受信用振動素子群と振動素子の配列方向に順次シフトさせた送信用振動素子群の各々を用いて得られた受信信号に対しても同様の受信整相加算を行い、これら受信整相加算後の受信信号に対し各々の送信集束点から観測点までの伝搬距離の差異に起因した送信遅延を補正する送信整相加算を行う。
特に、特許文献1(その図5に示す実施例参照)には、図8に示すように、3つの送信用振動素子群がそれぞれの送信収束点(以下、焦点とする)Ft1〜Ft3で焦点を結び、各焦点を仮想的な点音源(以下、仮想点音源とする)と見なした場合に、各仮想点音源からの波面が同一の観測点(反射点)Pxの位置で反射することによって得られた反射波を受信用振動素子群で受信することが示されている。特許文献1では、これにより、1つの点を複数の異なる焦点で送信した信号を足し合わせることで、従来よりも信号の質を改善させることができるとしている。
また、特許文献1に開示の技術では、生体組織内の音速分布にムラがあると、各々の仮想点音源からの波面にずれが生じるため、精度が悪くなってしまうという問題があった。
また、音速決定部は、検査対象物内を複数の領域に分割したときの各領域における音速値を決定することが好ましい。
また、更に、2つ以上の第1の素子データを含む一部の第1の素子データ、あるいは全ての第1の素子データを保持する素子データ保持部を有することが好ましい。
また、送信部は、超音波ビームの送信を、中心となる素子を変更して、複数回、行うことが好ましい。
また、更に、素子データ処理部で生成された第2の素子データに基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有し、素子データ処理部は、画像生成部で生成されるべき超音波画像上の1ラインの第2の素子データを作成することが好ましい。
さらに、音速決定部よりも前段に、第1の素子データを用いて最適な音速値を算出する第2の音速決定部を有し、音速決定部は、第2の音速決定部で算出した音速値を初期値として用いることが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明の記録媒体は、上記記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
同図に示すように、超音波検査装置10は、超音波プローブ12と、超音波プローブ12に接続される送信部14及び受信部16と、A/D変換部18と、素子データ保持部20と、素子データ処理部22を備える音速補正部24と、画像生成部26と、表示制御部27と、表示部28と、制御部30と、操作部32と、格納部34とを有する。
探触子36は、1次元又は2次元アレイ状に配列された複数の素子、即ち超音波トランスデューサを有している。これらの超音波トランスデューサは、検査対象物(以下、被検体という)の超音波画像の撮像の際に、それぞれ送信部14から供給される駆動信号に従って超音波ビームを被検体に送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。本実施形態では、探触子36の複数の超音波トランスデューサの内の一組を成す所定数の超音波トランスデューサの各々は、1つの超音波ビームの各成分を発生し、一組の所定数の超音波トランスデューサは、被検体に送信する1つの超音波ビームを発生する。
A/D変換部18は、受信部16に接続され、受信部16から供給されたアナログ素子信号を、デジタル素子データに変換する。A/D変換部18は、A/D変換されたデジタル素子データを素子データ保持部20に供給する。
素子データ保持部20は、制御部30からの制御信号に応じて、2次元以上の位置座標上の対象領域において重なり合う少なくとも2つ以上の対象領域を検査する際に、この2つ以上の対象領域毎に受信部16で受信した超音波エコーから2つ以上の対象領域毎に生成された2以上の素子データを記憶保持するものであり、素子データ保持部20に記憶保持される素子データは、素子データ毎に受信した各素子における受信時間毎の受信データを含む、2つ以上の素子データである。即ち、素子データ保持部20は、2つ以上の素子データを含む一部の素子データ、あるいは全ての第1の素子データを保持する。
なお、素子データ処理部22及び音速補正部24の詳細については、後述する。
画像生成部26は、整相加算部38、検波処理部40、DSC42、画像作成部44、および、画像メモリ46を有する。
整相加算部38は、受信データを検波処理部40に供給する。
DSC(digital scan converter)42は、検波処理部40で生成されたBモード画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換(ラスター変換)する。
画像メモリ46は、画像作成部44で作成された検査用Bモード画像データを一旦格納する。画像メモリ46に格納された検査用Bモード画像データは、必要に応じて、表示部28で表示するために表示制御部27に読み出される。
表示部28は、例えば、LCD等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部27の制御の下で、超音波画像を表示する。
ここで、制御部30は、種々の情報、特に、音速補正部24で用いられる最適環境音速の算出に必要な情報、素子データ処理部22及び画像生成部26の整相加算部38で最適環境音速と共に用いられる遅延時間算出に必要な情報及び素子データ処理部22における素子データ処理に必要な情報が、操作者によって操作部32を介して入力された際に、かつ/又は格納部34から読み出された際に、操作部32から入力された、かつ/又は格納部34から読み出された上述の種々の情報を、必要に応じて、送信部14、受信部16、素子データ保持部20、素子データ処理部22、音速補正部24、画像生成部26及び表示制御部27等の各部に供給する。
また、操作部32は、操作者が必要に応じて各種の情報、特に上述の遅延時間算出に用いられるプローブ12の探触子36の複数の超音波素子、被検体の検査対象領域、その計算領域(計算座標X1〜Xend)、音速補正(最適環境音速決定)のための音速探索範囲(初期音速値Vst、最終音速値Vend、音速値変更幅(音速間隔)ΔV)、超音波ビームの焦点位置、探触子36の送信開口及び受信開口等に関する情報、並びに重ね合わせ素子データ数及び重ね合わせ処理方法等の素子データのマルチライン処理に関する情報等を入力操作するための入力装置を備えている。
なお、素子データ処理部22、音速補正部24、画像生成部26の整相加算部38、検波処理部40、DSC42並びに画像作成部44、及び表示制御部27は、CPUと、CPUに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。
図2は、図1に示す本発明の超音波検査装置の音速補正部の一例の詳細含む超音波検査装置の要部を処理フローに沿って示すブロック図である。
音速補正部24は、設定音速Vを検査対象領域内の音速として推定される所定音速範囲全域を所定音速値変更幅(音速間隔)で変化させて、例えば、人体等の生体を対象とする場合、具体的には、1400m/sから1650m/s又は1700m/sまで、1m/s〜50m/sの所定刻み(ステップ)、例えば、10m/s刻みで変化させて、検査対象領域内の画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標(画質評価指標)や音速の収束度合い等に基づいて網羅的に最適音速を求めるものである。
音速補正部24では、各設定音速Vでの超音波画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標を最適音速判定部84において比較して、例えば、得られた輝度値、鮮鋭度等の画質指標の値が最も高い設定音速Vを判定し、判定された設定音速Vを音速設定部86において最適な音速値(最適音速値)として設定する。
また、音速補正部24における音速値の変更及び最適音速の設定の際に、音速値を設定する領域や計算座標は、特に制限的ではなく、被写体全体や検査対象領域全体を同一の音速値として設定してもよいが、被写体や検査対象領域を微小領域ごとに区切って、微小領域ごとに音速値を設定してもよく、画素単位で1点ずつ音速値を設定しても良い。
同図に示すように、素子データ処理部22は、マルチライン処理を行うためのもので、遅延時間算出部48と、重ね合わせ処理部50とを有する。
なお、ここでは、素子データ処理部22でマルチライン処理を行う被検体の検査対象領域内の計算座標は、予め、初期計算座標設定部72によって初期計算座標X1に、又は計算座標更新部90によって更新された計算座標Xi(i=2〜end:以下、計算座標Xi(i=1〜end)で代表する)に設定されているものとし、その音速値は、初期音速値設定部76によって初期音速値Vstに、又は音速値更新部82によって更新された音速値V(以下、音速値Xで代表する)に予め設定されているものとする。また、素子データ処理部22におけるマルチライン処理に必要である、計算座標Xiに関わる未処理素子データは、素子データ保持部20から読み出されて、供給されているものとする。
まず、超音波プローブ12の探触子36の送信用超音波素子(以下、単に送信素子という)から超音波ビーム(以下、送信ビームという)を被検体に送信し、被検体との間の相互作用によって発生された超音波エコーを探触子36の受信用超音波素子(以下、単に受信素子という)で受信して素子データを得る場合において、送信素子からの送信ビームと受信素子で得られる素子データとの関係について説明する。
ここで、図5(a)のように、反射点54の真上にある素子52dを送信素子として送信ビーム64を送信した場合には、図4(a)の場合と同様に、送信ビーム64が幅広であっても、その焦点58は、素子54dと反射点54とを結ぶ一直線上にあり、送信ビーム64は、反射点54で反射され、超音波エコーが生成される。その結果、図4(a)の場合と同様に、反射点54からの超音波エコーは、所定角度に拡がる受信経路60を通って受信素子52a〜52gに受信され、受信素子52a〜52gによって、図5(b)に示すような真の素子データ66が得られることになる。
このようなゴーストの素子データ68は、素子データから生成される超音波画像の精度を低下させる原因となる。
真の反射超音波エコーの場合、図6(a)に示すように、送信素子52dと受信素子52d(受信素子52a〜52gの中心)とが一致し、その真下に、焦点58及び反射点54が配置されており、反射点54の真上の素子52dの位置をxy2次元座標上の座標(x0、0)とし、素子間隔をLe、焦点58の位置を座標(x0、df)、反射点54の位置を座標(x0、z)とする時、送信素子52dの位置も反射点54の真上の素子52dと同じく座標(x0、0)となり、送信素子52dから焦点58を経て反射点54に至る送信ビームの送信経路61の長さ(送信経路距離)Ltaは、及び、反射点54から受信素子52dに至る真の反射超音波エコーの受信経路60の長さ(受信経路距離)Lraは、Lta=Lra=zによって算出することができる。
したがって、真の反射超音波エコーの場合の超音波の伝播距離Luaは、Lua=Lta+Lra=2zとなる。
したがって、ゴーストの反射信号の場合の超音波の伝播距離Lubは、Lub=Ltb+Lrb=df+√{(z−df)2+Le2}+zとなる。
なお、図6(a)及び図6(b)の幾何学モデルでは、送信経路61が焦点58を経由したモデルになっているが、本発明はこれに限定されず、例えば、焦点58を経由せずに直接反射点54に至る経路であっても良い。
また、ステア送信の場合には、送信角度などの情報を考慮した幾何学モデル(図示せず)を用い、送信素子と反射点との位置関係から真の超音波エコーの素子データ及びその周辺のゴーストの素子データの遅延時間を算出することができる。
さらに、幾何学モデルよって遅延時間を算出する方法に限らず、あらかじめ装置の計測条件に合わせて高輝度反射点を計測した計測結果から、計測条件毎に遅延時間を求めておき、その遅延時間を装置内に記憶しておくことで、同じ計測条件の遅延時間を読み出すようにしておいてもよい。
なお、こうして、素子データ処理部22の遅延時間算出部48において算出された遅延時間を整相加算部38における遅延補正に用いることもできる。
重ね合わせ処理部50における重ね合わせ処理では、重ね合わせる時の重ね合わせ素子データ数と重ね合わせ処理方法の情報が必要になるが、これらは、予め、操作部32によって入力しておいても良いし、格納部34に格納しておいても良い。
なお、重ね合わせ処理部50において重ね合わせる時の重ね合わせ素子データの範囲は、計算領域設定部70で設定される音速補正計算の対象とする領域内にとどまる範囲にある素子データであることが望ましいが、計算領域設定部70で設定される領域によって制限されるものではない。例えば、重ね合わせる素子データが隣接する領域同士でオーバーラップするような範囲で重ね合わせてもよい。
図7(a)は、5つの素子データを横に並べて表示しており、素子データ毎に、超音波ビームを送信し、反射信号を受信した様子を表している。各素子データの横軸は、受信素子を表しており、それぞれの素子データにおいて超音波ビームの送信時における中心の素子を中心にして表示している。縦軸は、受信時間を表す。
5つの素子データのうち、真中の素子データでは、素子データの中心の素子(受信素子の中心の素子)、即ち、送信時における中心の素子(送信素子)の真下に反射点が存在しており、反射点からの反射信号が受信されている。つまり、この反射信号は真の信号であり、真中の素子データは、真の信号を表す。
重ね合わせ処理部50では、図7(b)に示す遅延時間を用いて、真中の素子データを注目素子の素子データとした場合に、注目素子の素子データを中心に、重ね合わせ素子データ数分、図示例では3素子データ分だけ遅延時間補正を行うと共に、各素子データを注目素子との素子位置の差(中心素子の位置の差)に応じて、図示例では両側に1素子分だけ横方向にシフトさせて、即ち位相を合わせて3素子データ分の未処理素子データを重ね合わせ、注目素子の素子データの1つの重ね合わせ処理済素子データとして求める。
図7(a)に示す注目素子の素子データは、真の信号の素子データであることから、注目素子の素子データの両側の隣接素子データの未処理素子データに遅延時間補正及び横方向のシフトを行って位相合わせを行うと、図7(c)に示すように、隣接素子データの未処理素子データと、注目素子の未処理素子データとは、位相が合うので高輝度位置で重なり合う。したがって、これらの素子データを、例えば加算すると素子データ値は大きな値(高輝度値)を示し、例えば、平均して平均値を求めても強調された値(高輝度値)を示す。
図7(e)は、図7(b)と同じものであり、図7(a)に示す5つの素子データのうちの真中の素子データに対する受信時間の遅延時間の一例を示す。即ち、図7(a)と図7(d)は同じ素子データであるので、図7(d)に示す5つの素子データの真中の素子データに対する受信時間の遅延時間とも同じである。
重ね合わせ処理部50では、図7(e)(即ち、図7(b)と同じ)に示す遅延時間を用いて、注目素子の素子データを中心に、重ね合わせ素子データ数分、図示例では3素子データ分だけ遅延時間補正を行うと共に、各素子データを注目素子との素子位置の差(中心素子の位置の差)に応じて、図示例では両側に1素子分だけ横方向にシフトさせて、3素子データ分の未処理素子データを重ね合わせ、注目素子の1つの重ね合わせ処理済素子データとして求める。
図7(d)に示す注目素子の素子データは、ゴーストの素子データであることから、注目素子の素子データの両側の隣接素子データの未処理素子データに遅延時間補正及び横方向のシフトを行って位相合わせを行っても、図7(f)に示すように、隣接素子データの各未処理素子データと注目素子の未処理素子データとは、それぞれ位相が合わないので重なり合わない。このため、これらの3つの素子データを、例えば加算しても、位相が合っていないために、位相が反転している信号などは信号が打ち消しあうため、加算値は大きくならず、例えば、平均して平均値を求めると小さな値を示すことになる。
図7(h)に示すように、図7(a)に示す送信素子と反射点との座標が一致している時の注目素子の素子データでは、真の信号の素子データが高輝度値を持つ重ね合わせ処理済素子データとして求められ、その両側の各2素子データの全4素子データでは、ゴーストの素子データは互いに位相が合わない素子データを加算し、又は平均するので、互いに打ち消し合うことになるため、ゴーストの重ね合わせ処理済素子データは、その値が真の信号の素子データである高輝度値を持つ重ね合わせ処理済素子データに対して小さくなり、真の信号の素子データに対してゴーストの素子データの影響を低減させることができ、又は、その影響を無視できる程、小さくすることができる。
そのため、処理済素子データに整相加算や検波処理を行って、受信データを生成して、超音波画像を生成することにより、同様に、ゴーストの影響を無くし、すなわち音線上の全ての点で焦点を結んだのに等しい素子データで超音波画像生成できるので、高輝度で、鮮鋭性に優れた、高画質な超音波画像を生成することができる。
なお、本発明においては、この処理済素子データの生成を、マルチライン処理と言う。
他方、開口数が偶数の場合には、方位方向の中央の素子のいずれかを中心素子とし、あるいは、方位方向の真中に素子が有ると仮定して、中心素子とする。すなわち、開口数が偶数の場合には、開口の真中のライン上に焦点が有るものとして計算を行ってもよい。
また、重ね合わせる素子データ数は、超音波ビームのビーム幅の広がり程度に合わせた方が望ましい。従って、深さによってビーム幅が変わる場合には、重ね合わせ素子データ数も深さによって変更してもよい。また、ビーム幅は送信開口数に依存することから、送信開口数に応じて重ね合わせ素子データ数を変更してもよい。或いは、画像の輝度値などの特徴量に基づいて重ね合わせ素子データ数を変更してもよいし、重ね合わせ素子データ数を複数パターン変えて作成した画像から最適な重ね合わせ素子データ数を選択してもよい。
重ね合わせた結果、上述したように、真の信号の素子データでは信号の位相が合うが、ゴーストでは信号の位相が合わないため、加算などの重ね合わせ処理の結果、様々な位相の信号がお互いに打ち消し合い、信号が弱くなる。結果的に、真の信号は、有効な値を持つ、例えば高輝度の素子データとして残り、ゴーストの信号は、減弱した値を持つ、例えば低輝度の素子データとして得ることができる。
本発明に用いられる素子データ処理部は、基本的に以上のように構成される。
図2に示す音速補正部24において、計算領域設定部70は、操作者による操作部32(図1参照)からの入力等に応じて、検査対象領域内の音速補正計算の対象とする領域、例えば、着目領域ROIを設定し、設定された領域のxy座標上の計算対象とする全ての点を抽出し、計算座標X1〜Xendとして設定する。ここで、計算座標X1〜Xendのそれぞれで表される各領域は、環境音速が同一であると考えられる領域であれば、特に制限的ではなく、被写体全体や検査対象領域全体であってもよいが、被写体や検査対象領域を区切った微小領域であってもよく、画素単位で1点ずつであっても良い。
初期計算座標設定部72は、計算座標Xiを、計算領域設定部70で設定された計算座標X1〜Xendの中の初期計算座標X1に設定する。初期計算座標設定部72で設定された計算座標X1のデータは、最適音速決定部23に送られる。
例えば、計算領域設定部70は、画像作成部44で生成された超音波画像において、隣接する画素同士の輝度値の差が所定の値以上となる位置(画素)を構造領域(組織や病変)の辺縁部(エッジ)と判定して、エッジに囲まれた領域、あるいは、エッジを多く含む領域を構造領域、即ち、対象部位Pと判定して抽出し、対象部位を含み、かつ、所定の形状、大きさとなる領域を、例えば着目領域ROIに設定し、計算領域に設定してもよい。
なお、超音波画像を解析して計算領域を設定する場合には、構造領域を1種類の領域とみなしても良く、あるいは、エッジの連続性や、輝度値のレベル等に応じて2種以上の領域とみなして、各領域を対象部位と判定して抽出し、対象部位毎に着目領域ROIを設定し、計算領域としても良い。
ここで、最適音速値とは、設定音速(設定環境音速)Vを種々変更し、それぞれの設定音速Vに基づいて、受信フォーカス処理をして超音波画像を形成した場合に、画像のコントラストおよび/またはシャープネスが最も高くなる設定音速Vの値であり、例えば、特開平8−317926号公報に記載のように、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散等に基づいて最適音速値の判定を行うことができる。
最適音速決定部23としては、上述したように、所定の音速探索範囲を網羅的に探索して最適音速値を設定するものを挙げることができ、音速探索範囲設定部74と、初期音速値設定部76と、素子データ処理部22と、整相加算部38aと、検波処理部40aと、画像作成部44aと、画質指標算出部78と、最終音速値判定部80と、最適音速判定部84と、音速値更新部82と、音速設定部86と、を有する。
初期音速値設定部76は、設定音速Vを音速探索範囲設定部74が設定した初期音速値Vstに設定するものである。上述の生体の場合、初期音速値設定部76は、設定音速Vを初期音速値Vstとして、1400m/sに設定する。初期音速値設定部76で設定された初期音速値Vstのデータは、後段の素子データ処理部22に送られる。
検波処理部40aは、検波処理部40aと全く同様の構成及び機能を有し、整相加算部38aで生成された音線信号に対して、包絡線検波処理等の処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像データを生成する。
画像作成部44aは、画像作成部44と全く同様の構成及び機能を有し、検波処理部40aで生成されたBモード画像データに画像処理を施して超音波画像を作成する。
最終音速値判定部80は、設定音速Vを最終音速値Vendと比較して、両者が等しいか否かの判定を行い、設定音速Vが最終音速値Vendに等しくない(V≠Vend)場合には、音速値更新部82に移行させ、設定音速Vが最終音速値Vendに等しい(V=Vend)場合には、最適音速判定部84に移行させる。
音速値更新部82は、現在の設定音速Vに音速変更幅ΔVを加算して新しい設定音速V(V=V+ΔV)を設定する。音速値更新部82で更新設定された設定音速V(V=V+ΔV)のデータは、前段の素子データ処理部22に送られる。
音速設定部86は、最適音速判定部84において生成された超音波画像の画質が最もよいと判定された設定音速Vを最適音速値として設定するものである。
なお、図2に示す最適音速決定部23では、設定音速Vの変更を繰り返して処理しているが、本発明はこれに限定されず、GPUなどのマルチスレッドを用いて、全探索音速値を並列計算し、一度に全ての音速値における画質指標を求めることも可能である。
最適音速決定部23は、音速設定部86において計算座標Xiに対応する最適音速値を設定した後、最終計算座標判定部88に移行する。
最適音速決定部23は、基本的に以上のように構成され、計算座標Xiに係る最適音速値を算出する。
計算座標更新部90は、現在の計算座標Xiを新しい次の計算座標Xi+1に更新する。計算座標更新部90で更新された新しい次の計算座標Xi+1のデータは、前段の最適音速決定部23の音速探索範囲設定部74に送られる。
なお、上述したように、本実施形態の超音波検査装置10の音速補正部24による音速補正における最適音速を探索するループの中にマルチライン処理を行う素子データ処理部22を組み込み、マルチライン処理時の遅延時間補正を計算する際の音速値に、音速補正部24で探索する音速値を用いることで、反射点(サンプリング点、観測点)から超音波プローブ12の探触子36の受信素子までの音速だけでなく、各々の仮想的な点音源を形成する探触子36の送信素子から反射点までの音速も含めて最適な環境音速値を求めることができる。
操作者が、図1に示す超音波プローブ12を被検体の表面(検査対象領域)に当接させて、測定を開始すると、送信部14から供給される駆動信号に従って探触子36の複数の素子から超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを、探触子36の複数の素子が受信し、受信信号としてアナログ素子信号を出力する。
受信部16は、アナログ素子信号を増幅してA/D変換部18に供給し、A/D変換部18は、アナログ素子信号をデジタル素子データに変換して素子データ保持部20に供給して、未処理素子データとして記憶保持させる。
続いて、初期音速値設定部76が、設定音速Vを初期音速値Vst(例えば、1400m/s)に設定して、素子データ処理部22に移行する。
素子データ処理部22は、こうして求めた処理済素子データを整相加算部38aに供給する。
次に、最終音速値判定部80は、設定音速Vを最終音速値Vendと比較して、両者が等しいか否かの判定を行う。最終音速値判定部80の判定において、設定音速Vが最終音速値Vendに等しい(V=Vend)場合には、最適音速判定部84に移行し、設定音速Vが最終音速値Vendに等しくない(V≠Vend)場合には、音速値更新部82に移行する。
この後、素子データ処理部22に戻り、新しい設定音速に基づいて素子データ処理部22によるマルチライン処理、整相加算部38aによる整相加算、検波処理部40aによる検波処理、画像作成部44aによる画像作成、画質指標算出部78による画質指標の算出及び保持、並びに最終音速値判定部80による判定が行われる。
最終音速値判定部80による判定結果がV≠Vend場合には、上述したように、音速値更新部82に移行し、音速値更新部82による新しい設定音速Vの設定、新しい設定音速Vに基づく素子データ処理部22によるマルチライン処理、整相加算部38aによる整相加算、検波処理部40aによる検波処理、画像作成部44aによる画像作成、画質指標算出部78による画質指標の算出及び保持、並びに最終音速値判定部80による判定が、V=Vendになるまで繰り返される。即ち、これらの処理を、音速範囲の終了の最終音速値Vendになるまで設定音速の値をΔVずつ変更しながら、例えば、設定音速Vを、1400m/sから1700m/sまで、10m/s刻みで変化させながら繰り返し行う。
こうして、最適音速決定部23は、計算座標Xi(X1)に対応する最適音速値を算出する。
最終計算座標判定部88では、計算座標Xiを最終計算座標Xendと比較して、両者が等しいか否かの判定を行う。その判定の結果、計算座標Xiが最終計算座標Xendに等しくない(X≠Xend)場合には、計算座標更新部90に移行する。
この後、計算座標更新部90では、現在の計算座標Xiを新しい次の計算座標Xi+1に更新し、前段の最適音速決定部23に移行する。
この後、最適音速決定部23では、上述した設定音速Vの網羅的な探索を行い、計算座標Xi+1に対応する最適音速値を算出し、再び、最終計算座標判定部88に移行して、最終計算座標Xendの判定が行われる。
最終計算座標判定部88による判定結果がXi≠Xend場合には、上述したように、計算座標更新部90に移行し、計算座標更新部90による新しい計算座標Xiの設定、最適音速決定部23における設定音速Vの網羅的な探索による計算座標Xiに対応する最適音速値の算出、最終計算座標判定部88の判定が、Xi=Xendになるまで繰り返される。
このように、本発明の超音波検査装置は、素子データ処理部でマルチライン処理され、ゴーストの信号が弱減され、真の信号が強調された処理済素子データを用いて作成した超音波画像を評価する画質指標を用いて最適な環境音速を求め、求められた最適な環境音速を用いてマルチライン処理された処理済素子データを用いて超音波画像を作成するので、生体組織内の音速ムラの影響を軽減させた高画質な超音波画像を得ることができ、また、幅広ビーム送信専用超音波プローブを使うことなく、かつ、従来と変わらないフレームレートのまま、送信ビームの幅に依存しない高解像度で、SN比が高く、最適な空間分解能を持つシャープな超音波画像を得ることができる。
図9は、本発明の実施例2に係る超音波検査装置の構成を概念的に示すブロック図であり、図10は、図9に示す超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。
なお、図9及び図10に示す超音波検査装置100は、図1及び図2に示す超音波検査装置10と、第2の音速補正部102を備えている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第2の音速補正部102が行う音速補正には、特に限定はないが、例えば、特開2011−92686号に記載の方法が利用できる。この方法は、複数の設定音速毎に未処理素子データに対して受信フォーカス処理を行って設定音速毎にフォーカス指標を算出し、このフォーカス指標に基づいて最適な音速値を決定するものである。すなわち、未処理素子データを最も適切に受信フォーカス処理できる設定音速を最適な音速値とする。
図10に示すように、第2の音速補正部102は、求めた音速値を音速補正部24の最適音速決定部23の音速探索範囲設定部74に供給する。
音速値更新部82は、初期音速値Vst及びこの前後の音速値(Vst±ΔV)を順次設定して、画質指標算出部78で画質指標を算出し、3つの音速値での結果に基づいて、次の設定音速Vを設定する。例えば、設定音速VがVst+ΔVの場合が最も良い結果であれば、音速値更新部82は、次の設定音速VとしてVst+2×ΔVを設定し、設定音速VがVstの場合が最も良い結果であれば、Vstを最適音速値として採用する。すなわち、最適音速決定部23は、第2の音速補正部102から供給された音速値を初期音速値として探索的に最適音速を求める。
第2の音速補正部102が未処理素子データを用いて音速補正を行い、音速補正部24での音速補正の初期値として用いる構成とすることにより、最適音速値の測定・演算にかかる時間を短縮することができる。
例えば、図1及び図2に示す各構成要素をハードウエアとして構成いても良いし、コンピュータ等で実行されるソフトウエアとして構成しても良い。
更に、本発明の各実施形態について説明した超音波検査装置の各機能に対応して、例えば、上述した音速補正部に含まれる素子データ処理部を始めとする各構成要素、及び画像生成部として機能するようにコンピュータを動作させる超音波検査ためのプログラムも、また、上記超音波検査方法の各ステップ、例えば、上述したマルチライン処理の各ステップを含む音速補正の各ステップ、及び画像生成の各ステップを手順としてコンピュータに実行させる超音波検査のためのプログラムも、本発明の実施の形態の1つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も、本発明の実施の形態の1つである。
12 超音波プローブ
14 送信部
16 受信部
18 A/D変換部
20 素子データ保持部
22 素子データ処理部
23 最適音速決定部
24 音速補正部
26 画像生成部
27 表示制御部
28 表示部
30 制御部
32 操作部
34 格納部
36 探触子
38、38a 整相加算部
40、40a 検波処理部
42 DSC
44、44a 画像作成部
46 画像メモリ
48 遅延時間算出部
50 重ね合わせ処理部
70 計算領域設定部
72 初期計算座標設定部
74 音速探索範囲設定部
76 初期音速値設定部
78 画質指標算出部
80 最終音速値判定部
82 音速値更新部
84 最適音速判定部
86 音速設定部
88 最終計算座標判定部
90 計算座標更新部
102 第2の音速補正部
Claims (15)
- 超音波ビームを用いて検査対象物を検査する超音波検査装置であって、
前記超音波ビームを送信し、かつ、前記検査対象物によって反射された超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーに応じたアナログ素子信号を出力する、複数の素子が配列された探触子と、
前記探触子に、複数の前記素子を用い、所定の送信焦点を形成するように前記超音波ビームを送信させることを、複数回、行わせる送信部と、
個々の前記超音波ビームの送信に対応して、複数の前記素子が出力したアナログ素子信号を受け、所定の処理を施す受信部と、
前記受信部が処理したアナログ素子信号をA/D変換して、デジタル素子信号である第1の素子データとするAD変換部と、
前記検査対象物内の音速値を決定する音速決定部と、
前記検査対象物内の音速値を用いて2つ以上の前記第1の素子データから、前記2つ以上の第1の素子データのいずれかに対応する第2の素子データを生成する素子データ処理部と、を有し、
前記音速決定部は、前記素子データ処理部において前記2つ以上の第1の素子データから前記第2の素子データを作成する時に用いる前記音速値を最適化して最適な音速値として求めることを特徴とする超音波検査装置。 - 前記音速決定部は、前記素子データ処理部を有し、前記素子データ処理部における前記2つ以上の第1の素子データの遅延時間補正計算に用いる前記音速値を最適化して最適な音速として求める請求項1に記載の超音波検査装置。
- 前記音速決定部は、前記検査対象物内を複数の領域に分割したときの各領域における音速値を決定する請求項1又は2に記載の超音波検査装置。
- 更に、前記2つ以上の第1の素子データを含む一部の第1の素子データ、あるいは全ての第1の素子データを保持する素子データ保持部を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記素子データ保持部は、前記送信部により、前記検査対象物内における少なくとも2つ以上の重なり合う対象領域毎において、前記超音波ビームを送信し、前記受信部により、前記超音波ビームによって前記検査対象物内における少なくとも2つ以上の重なり合う対象領域毎に発生した前記超音波エコー信号を受信して生成された、素子データ毎に受信した各素子における受信時間毎の受信データを含む前記2以上の第1の素子データを保持し、
前記素子データ処理部は、前記素子データ毎の前記超音波ビームを送信したときの素子の幾何学的な配置及び前記素子データ毎の前記受信データの各素子の幾何学的な配置に基づいて、前記2以上の第1の素子データから前記第2の素子データを生成する請求項4に記載の超音波検査装置。 - 前記送信部は、前記超音波ビームの送信を、中心となる素子を変更して、複数回、行う請求項5に記載の超音波診断装置。
- 前記素子データ処理部は、前記検査対象物内の音速値を用いて前記2つ以上の第1の素子データの各遅延時間を算出する遅延時間算出部と、前記2つ以上の第1の素子データを算出された各遅延時間及び受信された前記探触子の素子の位置に基づいて重ね合わせ、前記第2の素子データを生成する重ね合わせ処理部とを有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 更に、前記素子データ処理部で生成された前記第2の素子データに基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有し、
前記素子データ処理部は、前記画像生成部で生成されるべき超音波画像上の1ラインの前記第2の素子データを作成する請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 前記音速決定部は、
前記素子データ処理部と、
前記素子データ処理部における前記遅延時間算出に用いられる前記検査対象物の音速値を変更する音速変更部と、
前記音速変更部で変更された音速値を用いて前記第2の素子データを作成する前記素子データ処理部と、
前記素子データ処理部により作成された前記第2の素子データを、前記音速変更部で変更された音速値を用いて整相加算して音線信号を生成する整相加算部と、
前記整相加算部で生成された前記音線信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部で生成された前記超音波画像の画質指標を算出する画質指標算出部と、
前記画質指標算出部で算出された前記超音波画像の画質指標を判定する判定部と、
前記判定部による前記画質指標の判定結果に応じて前記最適な音速値を設定する音速設定部と、を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 前記音速決定部は、
前記音速変更部が、前記音速値を初期音速値から最終音速値まで所定音速間隔で変更する度毎に、前記素子データ処理部が変更された当該音速値を用いて前記第2の素子データを作成し、前記整相加算部が同じ当該音速値を用いて前記第2の素子データを整相加算して前記音線信号を生成し、前記画像生成部が前記音線信号に基づいて前記超音波画像を生成し、前記画質指標算出部が前記超音波画像の前記画質指標を算出することを繰り返して、前記音速変更部によって変更された全ての複数の前記音速値にそれぞれ対応する複数の前記画質指標を算出しておき、
前記判定部が、前記画質指標算出部で全ての複数の前記音速値毎に算出された複数の前記画質指標の中から最適な画質指標を判定し、前記音速設定部が、前記判定部で判定された前記最適な画質指標に対応する音速値を前記最適な音速値として設定する請求項9に記載の超音波検査装置。 - さらに、前記音速決定部よりも前段に、前記第1の素子データを用いて最適な音速値を算出する第2の音速決定部を有し、
前記音速決定部は、前記第2の音速決定部で算出した音速値を初期値として用いる請求項1〜10のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 超音波ビームを送信し、かつ、検査対象物によって反射された超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーに応じたアナログ素子信号を出力する、複数の素子が配列された探触子を用いて検査対象物を検査する超音波検査方法であって、
前記探触子によって、複数の前記素子を用い、所定の送信焦点を形成するように超音波ビームを送信させることを、複数回、行い、かつ、個々の前記超音波ビームの送信に対応して、複数の前記素子がアナログ素子信号を出力し、
このアナログ素子信号をA/D変換して、デジタル素子信号である第1の素子データとし、
前記検査対象物内の音速値を用いて、2つ以上の前記第1の素子データから、前記第1の素子データのいずれかに対応する第2の素子データを作成する時に用いる前記音速値を最適化して最適な音速値として決定することを特徴とする超音波検査方法。 - 前記最適な音速を決定するステップは、
前記音速値を初期音速値から最終音速値まで所定音速間隔で変更する毎に、変更された当該音速値を用いて前記第2の素子データを作成し、同じ当該音速値を用いて前記第2の素子データを整相加算して前記音線信号を生成し、生成された前記音線信号に基づいて前記超音波画像を生成し、前記画質指標算出部が前記超音波画像の前記画質指標を算出することを繰り返して、変更された全ての複数の前記音速値毎にそれぞれ対応する複数の前記画質指標を算出しておき、
全ての複数の前記音速値毎に算出された複数の前記画質指標の中から最適な画質指標を判定し、判定された前記最適な画質指標に対応する音速値を前記最適な音速値として設定する請求項12に記載の超音波検査方法。 - 超音波ビームを送信し、かつ、検査対象物によって反射された超音波エコーを受信して検査対象物を検査するために、複数の素子が配列された探触子によって、複数の前記素子を用い、所定の送信焦点を形成するように、超音波ビームを送信させることを、複数回、行い、かつ、個々の超音波ビームの送信に対応して、複数の前記素子がアナログ素子信号を出力し、このアナログ素子信号をA/D変換して、デジタル素子信号である第1の素子データを複数、取得するステップと、
前記検査対象物内の音速値を用いて、得られた2つ以上の前記第1の素子データから前記第1の素子データのいずれかに対応する第2の素子データを作成する時に用いる前記音速値を最適化して最適な音速値として決定するステップとを手順としてコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 請求項14に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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