JP2015051037A - 超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法 - Google Patents

超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低消費電力と高分解能とを両立することができる。
【解決手段】超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信し、通常モードを示す情報が取得されたときは、送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を第一の個数のチャンネルから取得し、低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得する。通常モードを示す情報が取得されたときは、第一の個数のチャンネルの各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、第二の個数のチャンネルの各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う。
【選択図】図9

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法に関する。
特許文献1には、制御部から通知される装置の動作条件に応じて動作停止可能な又は動作制限可能なユニットを判定し、その判定されたユニットの特質に基づいて、電源のオフ、クロックのオフ、クロック周波数のダウン、スリープモードへの切り換えなどを含む複数のパワーセーブ方式の中からパワーセーブ方式を選択し、その選択されたパワーセーブ方式でパワーセーブのための動作制限制御を実行する超音波診断装置が記載されている。
特許文献2には、超音波を送受信する超音波探触子と、超音波探触子に信号を与えて超音波ビームを形成させる送信部と、超音波ビームの被検体への送信によって得られる受信信号を受信する受信部と、受信信号に基づいて超音波画像を形成する信号処理部と、超音波画像を表示する表示部と、送信部、受信部、信号処理部、及び表示部を制御する制御部を備え、送信部の動作モードを低消費電力動作モード又は高空間分解能動作モードに設定する超音波診断装置が記載されている。
特開2003−175035号公報 国際公開第2010/53008号
特許文献1に記載の発明では、送信部、受信部等の回路モジュール単位で電源、クロックをオフすることで超音波診断装置の低消費電力化を行っている。例えば、受信タイミングにおいて動作の必要がない送信モジュールは、受信期間中に電源供給を止めている。したがって、特許文献1に記載の発明では、画像生成時の消費電力を低減することはできないという問題がある。
特許文献2に記載の発明では、低消費電力モードでは、線形送波増幅回路の線形動作を犠牲にして消費電力を少なくするため、低消費電力モードにおいて空間分解能が悪化するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低消費電力と高分解能とを両立することができる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、超音波測定装置であって、超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信する送信処理部と、通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するチャンネル選択部と、前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力する受信処理部と、前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う画像処理部と、を備えたことを特徴とする。
第一の態様によれば、超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信し、通常モードを示す情報が取得されたときは、送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を第一の個数のチャンネルから取得し、低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得する。第一の個数のチャンネル又は第二の個数のチャンネルから取得された送信した超音波に対する超音波エコーの受信波を受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力する。通常モードを示す情報が取得されたときは、受信信号を予め算出していた重みで加算し、低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う。これにより、低消費電力モードを示す情報が取得されたときには、チャンネル数を減らし、低消費電力化することができる。また、低消費電力モードを示す情報が取得されたときには、受信信号を受信信号に応じた重みで加算することで高分解能化することができる。すなわち、低消費電力と高分解能とを両立することができる。
ここで、前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第一の個数のチャンネルの中央部に位置する前記第二の個数のチャンネルを選択してもよい。これにより、特に周波数が高い場合に、グレーティングローブの発生を抑えることができる。
ここで、前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第二の個数のチャンネルにおける隣接するチャンネル間の間隔が前記送信した超音波の波長の半分より小さいという条件を満たす最大の間隔となるように、前記第二の個数のチャンネルを選択してもよい。これにより、特に周波数が低い場合に、グレーティングローブの発生を抑えることができる。
ここで、前記チャンネル選択部は、前記送信した超音波の周波数と前記第二の個数のチャンネルとの関係を示す情報を取得し、当該取得した情報に基づいて前記第二の個数のチャンネルを選択してもよい。これにより、周波数に応じて第二の個数のチャンネルを適切に選択することができる。
ここで、前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第一の個数のチャンネルのうちの複数のチャンネルを加算して1つのチャンネルとすることで前記第二の個数のチャンネルを選択してもよい。これにより、信号の音圧を保ったまま、チャンネル数を減らすことができる。
ここで、前記画像処理部は、前記第2の個数のチャンネルにおける前記各チャンネルの受信信号に応じた重みを、当該各チャンネルの受信信号に応じた重みと、前記対象物から前記各チャンネルまでの直線距離に応じた遅延時間後における前記第2の個数のチャンネルにおける前記各チャンネルの出力信号と、を乗算した結果の分散が最小となるように求めてもよい。これにより、各チャンネルの重み(ウェイト)を到来波に応じて変えることができる。
ここで、前記画像処理部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第二の個数のチャンネルで構成される開口から、複数のサブ開口を取り出し、それぞれ平均をとる処理を行ってから、前記各チャンネルの重みを求めてもよい。これにより、相関性のある干渉波の影響により方位推定精度が悪くなることを防止することができる。
上記の課題を解決するための本発明の第二の態様は、超音波画像装置であって、超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信する送信処理部と、通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するチャンネル選択部と、前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーを受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力する受信処理部と、前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う画像処理部と、前記生成された画像を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。これにより、低消費電力と高分解能とを両立することができる。
上記の課題を解決するための本発明の第三の態様は、超音波測定方法であって、超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信するステップと、通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するステップと、前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーを受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力するステップと、前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行うステップと、を有することを特徴とする。これにより、低消費電力と高分解能とを両立することができる。
本発明の第1の実施形態に係る超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。 超音波トランスデューサー素子の概略構成の一例を示す図である。 超音波トランスデューサーデバイス(素子チップ)の構成例を示す図である。 超音波トランスデューサー素子群UG(UG1〜UG64)の例を示す図であり、(A)は素子列数が4列の場合を示し、(B)は素子列数が1列の場合を示す。 制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 各チャンネルに届く信号の遅延を説明する図である。 空間平均法におけるサブ開口を説明する図である。 制御部22の概略構成の一例を示す図である。 超音波測定装置1の全体の処理の流れを示すフローチャートである。 超音波測定装置1の通常モードにおける処理の流れを示すフローチャートである。 超音波測定装置1の低消費電力モードにおける処理の流れを示すフローチャートである。 各チャンネルの使用形態を説明する図であり、(A)は通常モードの場合を示し、(B)は低消費電力モードの場合を示す。 各チャンネルの使用形態を説明する図であり、(A)は通常モードの場合を示し、(B)は低消費電力モードの場合を示す。 周波数と、使用するチャンネルとの関係を示すチャンネル選択テーブルの一例を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る超音波測定装置2における制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 超音波測定装置2の低消費電力モードにおける処理の流れを示すフローチャートである。 各チャンネルの使用形態を説明する図であり、(A)は通常モードの場合を示し、(B)は低消費電力モードの場合を示す。
本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波測定装置1の概観を示す図である。超音波測定装置1は、例えばハンディタイプの超音波測定装置である。超音波測定装置1は、主として、超音波プローブ10と、超音波測定装置本体20とを有し、超音波プローブ10と超音波測定装置本体20とはケーブル15により接続される。なお、超音波測定装置1は、ハンディタイプには限定されず、例えば据え置きタイプでもよいし、超音波プローブが本体に内蔵された一体型でもよい。
また、超音波測定装置1は、リニアスキャン及びセクタスキャンが可能な超音波素子アレイを使用しており、電子フォーカスを採用している。リニアスキャンの場合には、開口を分割し、分割した開口で送受信を行い、ラインを生成していく。また、セクタスキャンの場合は、全開口における各チャンネルの送信タイミング(遅延時間)を変え、ビームの方向を変えながらラインを生成していく。以下、超音波測定装置1がリニアスキャンを行う場合を例に説明する。
超音波プローブ10は、超音波トランスデューサーデバイス11を有する。超音波トランスデューサーデバイス11は、走査面に沿って対象物をスキャンしながら、対象物に対して超音波ビームを送信すると共に、超音波ビームによる超音波エコーを受信する。
圧電素子を用いるタイプを例にとれば、超音波トランスデューサーデバイス11は、複数の超音波トランスデューサー素子12(超音波素子アレイ、図2等参照)と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。
図2は、超音波トランスデューサーデバイス11の超音波トランスデューサー素子12の構成例を示す。本実施の形態では、超音波トランスデューサー素子12として、薄手の圧電素子と金属板(振動膜)とを張り合わせたモノモルフ(ユニモルフ)構造を採用する。
図2(A)〜(C)に、超音波トランスデューサーデバイス11の超音波トランスデューサー素子12の構成溝成例を示す。図2(A)は、基板(シリコン基板)60に形成された超音波トランスデューサー素子12の、素子形成面側の基板60に垂直な方向から見た平面図である。図2(B)は、図2(A)のA−A’に沿った断面を示す断面図である。図2(C)は、図2(A)のB−B’沿った断面を示す断面図である。
超音波トランスデューサー素子12は、圧電素子部と、振動膜(メンブレン、支持部材)50とを有する。圧電素子部は、主として、圧電体層(圧電体膜)30と、第1電極層(下部電極)31と、第2電極層(上部電極)32とを有する。
圧電体層30は、例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)薄膜により形成され、第1電極層31の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層30の材料は、PZTに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛(PbTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)などを用いてもよい。
第1電極層31は、振動膜50の上層に、例えば金属薄膜で形成される。この第1電極層31は、図2(A)に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子12に接続される配線であってもよい。
第2電極層32は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層30の少なくともー部を覆うように設けられる。この第2電極層32は、図2(A)に示すように、素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子12に接続される配線であってもよい。
超音波トランスデューサー素子12の下部電極は、第1電極層31により形成され、上部電極は、第2電極層32により形成される。具体的には、第1電極層31のうちの圧電体層30に覆われた部分が下部電極を形成し、第2電極層32のうちの圧電体層30を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層30は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
開口40は、基板60の裏面(素子が形成されない面)側から反応性イオンエッチング(RIE)等によりエッチングすることで形成される。この開口40のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層30側(図2(A)において紙面奥から手前方向)に放射される。
振動膜50は、例えばSiO薄膜とZrO薄膜との2層構造により開口40を塞ぐように設けられる。この振動膜50は、圧電体層30及び第1、第2電極層31、32を支持すると共に、圧電体層30の伸縮に従って振動し、超音波を発生させる。
図3に、超音波トランスデューサーデバイス(素子チップ)の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイスは、複数の超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64、駆動電極線DL1〜DL64(広義には第1〜第mの駆動電極線。mは2以上の整数)、コモン電極線CL1〜CL8(広義には第1〜第nのコモン電極線。nは2以上の整数)を含む。なお、駆動電極線の本数(m)やコモン電極線の本数(n)は、図3に示す本数には限定されない。
複数の超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64は、第2の方向D2(スキャン方向)に沿って64列に配置される。UG1〜UG64の各超音波卜ランスデューサー素子群は、第1の方向D1(スライス方向)に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。
図4(A)に、超音波トランスデューサー素子群UG(UG1〜UG64)の例を示す。図4(A)では、超音波トランスデューサー素子群UGは第1〜第4の素子列により構成される。第1の素子列は、第1の方向D1に沿って配置される超音波トランスデューサー素子UE11〜UE18により構成され、第2の素子列は、第1の方向D1に沿って配置される超音波トランスデューサー素子UE21〜UE28により構成される。第3の素子列(UE31〜UE38)、第4の素子列(UE41〜UE48)も同様である。これらの第1〜第4の素子列には、駆動電極線DL(DL1〜DL64)が共通接続される。また、第1〜第4の素子列の超音波卜ランスデューサー素子にはコモン電極線CL1〜CL8が接続される。
そして図4(A)の超音波トランスデューサー素子群UGが、超音波トランスデューサーデバイスの1チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線DLが1チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの1チャンネルの送信信号は駆動電極線DLに入力される。また駆動電極線DLらの1チャンネルの受信信号は駆動電極線DLから出力される。なお、1チャンネルを構成する素子列数は図4(A)に示すような4列には限定されず、4列よりも少なくてもよいし、4列よりも多くてもよい。例えば図4(B)に示すように、素子列数は1列であってもよい。
図3の説明に戻る。駆動電極線DL1〜DL64(第1〜第mの駆動電極線)は、第1の方向D1に沿って配線される。駆動電極線DL1〜DL64のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の駆動電極線DLiは、第iの超音波トランスデューサー素子群UGiの超音波トランスデューサー素子UEが有する下部電極に接続される。
超音波を出射する送信期間には、送信信号VT1〜VT64が駆動電極線DL1〜DL64を介して超音波トランスデューサー素子UEに供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子UEからの受信信号VR1〜VR64が駆動電極線DL1〜DL64を介して出力される。
コモン電極線CL1〜CL8(第1〜第nのコモン電極線)は、第2の方向D2に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子UEが有する第2の電極は、コモン電極線CL1〜CL8のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図3に示すように、コモン電極線CL1〜CL8のうちの第j(jは1≦j≦mである整数)のコモン電極線CLjは、第j行に配置される超音波トランスデユ一サー素子が有する上部電極に接続される。
コモン電極線CL1〜CL8には、コモン電圧VCOMが供給される。このコモン電圧VCOMはー定の直流電圧であればよく、0V、即ちグランド電位(接地電位)でなくてもよい。
そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子UEに印加され、所定の周波数の超音波が放射される。
なお、超音波トランスデューサー素子UEの配置は、図3に示すマトリックス配置に限定されず、隣接する2列の素子が互い違いにジグザグに配置されるいわゆる千烏配置等であってもよい。また図4(A)、(B)では、1つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。
また、超音波トランスデューサー素子12は、圧電素子を用いる形態に限定されない。例えば、c−MUT(Capacitive Micro−machined Ultrasonic Transducers)等の容量性素子を用いるトランスデューサーを採用してもよいし、バルクタイプのトランスデューサーを採用してもよい。
図1の説明に戻る。超音波測定装置本体20には、表示部21が設けられる。表示部21は、制御部22(図5参照)により生成された表示用画像データを表示する。表示部21は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、電子ペーパー等を用いることができる。
図5は、超音波測定装置本体20内に設けられた制御部22の機能構成の一例を示すブロック図である。制御部22は、送信処理部110と、受信処理部120と、画像処理部130と、送信受信切り替えスイッチ140と、DSC(Digital Scan Converter)150と、制御回路160と、チャンネル選択部170と、を含む。なお、本実施の形態では、制御部22は超音波測定装置本体20に設けられているが、超音波プローブ10内に設けられていてもよい。
送信処理部110は、対象物に対して超音波を送信する処理を行う。送信処理部110は、送信パルス発生器111と、送信遅延回路113とを含む。
送信パルス発生器111は、送信パルス電圧を印加して超音波プローブ10を駆動させる。
送信遅延回路113は、送波フォーカシング制御を行い、超音波プローブ10が生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する。そのために、送信遅延回路113は、送信パルス電圧の印加タイミングに関して、チャンネル間で時間差を与え、複数の振動素子から発生した超音波を集束させる。このように、遅延時間を変化させることにより、焦点距離を任意に変化させることが可能である。
リニアスキャンの場合、全開口(図3に示す例では、64チャンネル)を分割し、分割した開口(使用開口)で送受信を行い、ラインを生成していく。全開口の64個のチャンネルのうちの使用開口の8個の素子は、図示しないマルチプレクサ(MUX)により切り替えられる。具体的には、マルチプレクサ(MUX)により、1〜8番目、2〜9番目、3〜10番目・・・57〜64番目のチャンネルが、送信処理部110と順次接続される。そして、1〜8番目、2〜9番目、3〜10番目・・・57〜64番目のチャンネルにより、それぞれ1ラインが形成される。本実施の形態では、64(全チャンネル数)−8(使用開口のチャンネル数)+1=57個のラインが形成される。
本実施の形態では、送信処理部110は、使用開口の全チャンネル(例えば、8個)を使用して超音波を送信する。使用開口が大きいほど、ビーム幅が狭くなり、方位分解能が上がるためである。使用開口の全チャンネルは、本発明の第一の個数のチャンネルに相当する。(なお、送信時と異なり、受信時においては、使用開口の8個のチャンネルのうちの少なくとも一部を使用する。これについては、後に詳述する。)
送信受信切り替えスイッチ140は、超音波の送受信の切り替え処理を行う。送信受信切り替えスイッチ140は、送信時の振幅パルスが受信処理部120に入力されないように保護し、受信時の信号を受信処理部120に通す。
受信処理部120は、超音波プローブ10で受信された送信した超音波に対する超音披エコーの受信波(以下、受信波という)を取得して受信処理を行う。受信処理部120は、受信遅延回路121と、フィルター回路123と、メモリー125とを含む。
受信回路121は、チャンネル毎の受信波(アナログ信号)を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路123に出力する。なお、受信波のフォーカシング処理は、後述の画像処理部130にて行われる。
フィルター回路123は、受信信号に対して帯域通過フィルターによりフィルター処理を行い、雑音を除去する。
メモリー125は、フィルター回路123から出力された受信信号を記憶するもので、その機能はRAM等のメモリーやHDD等により実現できる。
受信処理部120の機能は、例えば、LNA(低雑音増幅器)、PGA(プログラマブルゲインアンプ)、フィルター部、A/D変換器(アナログ/デジタルコンバーター)等により構成されるAFE(アナログフロントエンド)により実現できる。
なお、受信処理部120の構成は、図示した例に限られない。例えば、フィルター回路123を、画像処理部130(後に詳述)の内部かつMVB処理部131(後に詳述)の直前に設けるようにしてもよい。また、フィルターの機能は、ソフトウェアで実現するようにしてもよい。
画像処理部130は、受信処理部120から出力された受信信号に対して処理を行う。画像処理部130は、主として、MVB(Minimum Variance Beamforming)処理部131と、検波処理部136と、対数変換処理部137と、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部138と、STC(Sensitivity Time Control)139とを含む。
MVB処理部131は、方向に拘束を付けた適応型ビームフォーミングであるMVB処理を行う。適応型ビームフォーミングとは、各チャンネルのウェイト(重み)を到来波に応じて変えることで、動的に感度特性を変化させ、不要波に関して感度を持たないようにする処理である。正面の音圧が強くなるような超音波ビームを送信しても、超音波は球面状に広がる特性を持つため、正面以外にある反射体にも超音波が届いてしまう。ターゲット以外の反射体で反射した不要波を受信してしまうと、不要波の影響により方位分解能が悪化してしまう。それに対し、適応型ビームフォーミングは、方向に拘束をつけ、不要波に関して感度を持たないようにするため、不要波による方位分解能の低下という問題を改善することができる。
MVB処理部131は、主として、受信フォーカス処理部132と、空間平均法処理部133と、ウェイト計算部134と、重みづけ加算部135と、を含む。
受信フォーカス処理部132は、受信波のフォーカシング処理を行う。具体的には、受信フォーカス処理部132は、各チャンネルで受信した信号の位相がそろうように、各チャンネルで受信した信号にディレイ時間(遅延時間)Dを与え、ディレイ時間後における各チャンネルの出力信号を算出する。ある反射体からの反射波は球面上に広がるため、受信回路121、各振動子に到達する時間が同じになるように遅延時間を与え、遅延時間を考慮して反射波を加算する。
チャンネルの総数がM個である場合に、m番目のチャンネルの出力信号Xmは数式(1)で求められる。また、各チャンネルの出力信号をベクトル表記で表すと、式(2)のようになる。ここで、xmはm番目のチャンネルの受信信号であり、nはサンプル番号(すなわち、画像における深さ)を示す。
Figure 2015051037
図6に示すように、超音波トランスデューサーデバイス11から深さ方向Zにある反射物(対象物)から反射した超音波は、球面波となって各チャンネルに到達する。従って、反射信号が各チャンネルの素子に到達する時間は、反射物から各チャンネルまでの直線距離qで決まり、反射物から遠い素子ほど超音波が遅延して届く。ディレイ時間Dは、対象物から使用開口の各チャンネルまでの直線距離に応じた値であり、式(3)に示すように幾何学的に決定される。pは超音波トランスデューサー素子12の位置であり、Zは深さ距離であり、cは音速(固定値)である。
Figure 2015051037
なお、受信フォーカス処理は、通常モードの場合も、低消費電力モードの場合も同一である(通常モード、低消費電力モードについてはのちに詳述)。受信フォーカス処理部132で算出された出力信号は、空間平均法処理部133に出力される。
空間平均法処理部133は、M個のチャンネルで構成される開口から、複数のサブ開口を取り出し、それぞれ平均をとる処理である空間平均法という処理を行う。空間平均法は、各チャンネルの値をそのまま用いたときに、相関性のある干渉波の影響により方位推定精度が悪くなることを防止するために行う処理である。
例えば、図7に示すように、チャンネルの総数がMの開口から、チャンネルの数がSのサブ開口をK個(K=M−S+1)取り出す場合を考える。この場合、各サブ開口の入力ベクトルは、数式(4)のように表せる。
Figure 2015051037
なお、空間平均法に変えて、各チャンネルの時間方向に平均をとる時間平均法という処理を行うようにしてもよい。空間平均法処理部133により処理が行われた信号は、ウェイト計算部134又は重みづけ加算部135に出力される。
なお、空間平均法処理部133は必須の構成ではない。空間平均法という処理を行わない場合には、受信フォーカス処理部132により処理が行われた信号を、ウェイト計算部134又は重みづけ加算部135に出力するようにすればよい。
ウェイト計算部134は、MVB処理を適用する場合に、各チャンネルの出力にかけるウェイト(重み)を算出する。ここで、ウェイトの算出について説明する。
まず、空間平均法を用いない場合について説明する。重みづけ加算部135により出力される出力zは、各チャンネルのウェイトwと、受信フォーカス処理部132から出力される各チャンネルのディレイ処理後の信号xとを乗算して足し合わせた結果であり、式(5)で表わされる。
Figure 2015051037
これをベクトル表記で表すと、数式(6)、(7)のようになる。Hは複素共役転値であり、*は複素共役である。
Figure 2015051037
相関行列Rは数式(8)、(9)で与えられる。
Figure 2015051037
数式(8)、(9)においてz[N]の分散を最小化するようなウェイトを算出するため、数式(10)、(11)に示すような条件付き最小化問題を解くと、数式(12)に示すようにウェイトが求められる。
Figure 2015051037
ここで、aはステアリングベクトルである。本実施の形態では、すでに整相されているため、方向は0度である。したがって、aを1とすればよい。
次に、空間平均法を用いる場合について説明する。相関行列は、数式(13)のように表せる。
Figure 2015051037
このとき、最適なウェイトは、式(14)で求められる。
Figure 2015051037
重みづけ加算部135は、ウェイト計算部134でウェイトが算出された場合には算出されたウェイトを用いて、ウェイト計算部134でウェイトが算出されなかった場合にはあらかじめ算出していたウェイトを用いて、各チャンネルの信号を加算する。すなわち、式(15)による演算を行って、出力zを得る。重みづけ加算部135で加算された信号は、検波処理部136に出力される。なお、予め算出していたウェイトは、固定値でもよいし、走査線数や対象物からチャンネルまでの距離等に応じた重みでもよい。ただし、このウェイトは、受信信号の大きさによって変わるものではない。
Figure 2015051037
検波処理部136は、絶対値(整流)処理を行い、その後低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する。
対数変換処理部137は、抽出された非変調信号に対しLog圧縮を行い、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に碓認しやすいように、表現形式を変換する。
ゲイン・ダイナミックレンジ調整部138は、信号強度及び関心領域を調整する。具体的に、ゲイン調整処理では、Log圧縮後の入力信号に対して、直流成分を加える。また、ダイナミックレンジ調整処理では、Log圧縮後の入力信号に対して、任意の数を乗算する。
STC139は、深さに応じて増幅度(明るさ)を補正し、画面全体で一様な明るさの画像を取得する。
なお、画像処理部130の機能は、各種プロセッサー(CPU等)、ASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
DSC150は、Bモード画像データに走査変換処理を行う。例えば、DSC150は、バイリニアなどの補間処理により、ライン信号を画像信号に変換する。そして、DSC150は、Bモード画像データに走査変換処理を行う。DSC150は、画像信号を表示部21に出力する。これにより、画像が表示部21に表示される。
制御回路160は、送信パルス発生器111と、送信遅延回路113と、受信遅延回路121と、送信受信切り替えスイッチ140と、MVB処理部131との制御を行う。
また、超音波測定装置本体20には、モード切替部23(図5参照)が設けられる。モード切替部23は、例えば図示しない入力手段を介して、超音波測定装置1の動作モード(通常モード又は低消費電力モード、後に詳述)を示す情報が入力されると、これを受け付けて、動作モードを示す情報を制御回路160に入力する。ここで、動作モードを示す情報とは、通常モードか、低消費電力モードかを示す情報である。
チャンネル選択部170は、制御回路160から動作モードを示す情報を取得し、これに基づいて超音波エコーの受信に使用するチャンネルを選択する。チャンネル選択部170は、通常モードを示す情報が取得されたときは、受信波を使用開口の全チャンネルから取得し、低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、受信波を使用開口の全チャンネルのうちの少なくとも一部から取得するように、使用するチャンネルを選択する。チャンネル選択部170については、後に詳述する。
以上の超音波測定装置1の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。超音波測定装置1の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、1つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。
図8は、制御部22の少なくとも一部の概略構成の一例を示すブロック図である。図示するように、制御部22は、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)221と、揮発性の記憶装置であるRAM(Random Access Memory)222と、不揮発性の記憶装置であるROM(Read Only Memory)223と、ハードディスクドライブ(HDD)224と、制御部22と他のユニットを接続するインターフェイス(I/F)回路225と、外部の装置と通信を行う通信装置226と、これらを互いに接続するバス227と、を備える。
上記の各機能部は、例えば、CPU221がROM223に格納された所定のプログラムをRAM222に読み出して実行することにより実現される。なお、所定のプログラムは、例えば、予めROM223にインストールされてもよいし、通信装置226を介してネットワークからダウンロードされてインストール又は更新されてもよい。
次に、本実施形態における、上記構成からなる超音波測定装置1の処理について説明する。超音波測定装置1は、モードに応じて使用するチャンネル数や、ビームフォーミング処理を異ならせる点に特徴がある。
図9は、現在の超音波測定装置1を判断する処理を示すフローチャートである。制御回路160は、モード切替部23から入力された動作モードを示す情報に基づいて、低消費電力モードが有効かどうかを判断する(ステップS100)。
ここで、本実施の形態における動作モードについて説明する。本実施の形態では、使用開口のチャンネル全てを用いる通常の処理を行う通常モード(図12、13(A)参照、後に詳述)と、使用開口のチャンネルのうちの少なくとも一部を用いて処理を行う低消費電力モード(図12、13(B)参照、後に詳述)とが設定可能である。
デジタル処理による超音波診断装置の場合には、アナログ信号をデジタル信号へと処理するAFE(受信処理部120に相当)の消費電力が高いという課題がある。したがって、低消費電力モードにおいては、AFEに入力される信号数を減らすことにより、消費電力を減らす。
しかしながら、単にAFEに入力される信号数、すなわちチャンネル数を減らすだけでは、画質が低下するという問題がある。したがって、本実施の形態では、低消費電力モードにおいては、MVB処理をおこなうことにより、画質を向上させる。
低消費電力モードが有効でない場合(ステップS100でNO)、すなわちモード切替部23から入力された動作モードを示す情報が通常モードを示す情報である場合は、制御回路160は、使用開口の全てのチャンネルの信号を用いて受信フォーカスを行う通常モードで処理を行う(ステップS102)。
低消費電力モードが有効である場合(ステップS100でYES)、すなわちモード切替部23から入力された動作モードを示す情報が低消費電力モードを示す情報である場合には、制御回路160は、使用開口の少なくとも一部のチャンネルの信号を用いて受信フォーカスを行い、MVB処理を行う低消費電力モードで処理を行う(ステップS104)。
制御回路160は、図示しない入力部等を介して処理の終了指示が入力されたか否かを判断する(ステップS106)。処理の終了指示が入力されていない場合(ステップS106でNO)にはステップS100に戻り、処理の終了指示が入力された場合(ステップS106でYES)には処理を終了する。
次に、通常モード、低消費電力モードのそれぞれの場合における画像生成処理について説明する。図10は、通常モードにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
制御回路160は、画像を生成するラインを示す番号である走査線番号lを1に初期設定(l=1)する(ステップS110)。走査線番号lは、図3に示すような超音波トランスデューサーデバイスを構成する超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64のうちのどの素子群であるかを示す番号である。例えば、任意の端に設けられた素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群UG1の走査線番号lを1とする。また、走査線番号1の素子群に隣接する素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群UG2の走査線番号lを2とする。このようにして、全ての素子群に走査線番号lを付与する。超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64と走査線番号lとの関係は、ROM等のメモリーに記憶しておけばよい。
制御回路160は、ステップS110で初期設定された走査線番号l又は後述するステップS148で更新された走査線番号lのチャンネルに対応する使用開口の全チャンネルから超音波パルスの送信を行う(ステップS112〜ステップS116)。例えば、走査線番号1のときのチャンネルは、超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG8であり、走査線番号2のときのチャンネルは、超音波トランスデューサー素子群UG2〜UG9である。
具体的には、送信パルス発生器111は、周波数f(fは任意の値をとり得る)の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する(ステップS112)。送信遅延回路113は、送波フォーカシング制御を行い(ステップS114)、超音波プローブ10は、ステップS112で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する(ステップS116)。
次に、制御回路160は、送信受信切り替えスイッチ140を介して送受信の切り替え処理を行う。超音波プローブ10は、出射した超音波ビームが対象物で反射し、帰ってきた受信波を使用開口の全チャンネルで受信して、受信した信号を受信処理部120に通す。そして、受信回路121は、チャンネル毎の受信波(アナログ信号)を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路123に出力する(ステップS118)。
フィルター回路123は、受信信号に対してバンドパスフィルター処理を行う(ステップS120)。制御回路160は、フィルター回路123から出力された信号をメモリー125に保存する(ステップS122)。
MVB処理部131は、メモリー125に保存された信号に対して整流加算処理を行う(ステップS124)。具体的には、受信フォーカス処理部132は、対象物から使用開口の各チャンネルまでの直線距離に応じたディレイ時間後における各チャンネルの出力信号を求め、空間平均法処理部133は、受信フォーカス処理部132が求めた各チャンネルの出力信号に対して空間平均法という処理を行う。そして、重みづけ加算部135は、あらかじめ設定されたウェイトを用いて、各超音波トランスデューサー素子12の信号を加算する。
対数変換処理部137は、使用開口の各チャンネルの信号を加算した結果に対して対数変換処理を行う(ステップS140)。ゲイン・ダイナミックレンジ調整部138は、信号強度及び関心領域を調整する(ステップS142)。STC139は、深さに応じて増幅度(明るさ)を補正する(ステップS144)。
制御回路160は、画像を生成するラインを示す走査線番号lが、走査線数Lより小さいか否かを判断する(ステップS146)。走査線数Lは、図3に示すような超音波トランスデューサーデバイス11を構成する超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64の数であり、図3に示す例ではLは64である。
走査線番号lが、走査線数Lより小さい場合(ステップS146でYES)は、制御回路160は、現在の走査線番号lに1を追加して、走査線番号lを更新し、ステップS112に処理を戻す(ステップS148)。
走査線番号lが、走査線数Lより小さくない場合(ステップS146でNO)は、走査線番号lが走査線数Lと一致する場合、すなわちすべてのラインにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。この場合には、DSC150は、走査変換処理を行ってBモード画像データ(表示用画像データ)を生成して表示部21に出力する(ステップS150)。表示部21は、生成された表示用画像データを表示する(ステップS152)。これにより、図10に示す処理を終了する。
図11は、低消費電力モードにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。なお、図10に示す処理と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
制御回路160は、走査線番号lを1に初期設定(l=1)する(ステップS110)。
制御回路160は、ステップS110で初期設定された走査線番号l又は後述するステップS148で更新された走査線番号lのチャンネルに対応する使用開口の全チャンネルから超音波パルスの送信を行う(ステップS112〜ステップS116)。
次に、チャンネル選択部170は、ステップS112〜ステップS116で超音波パルスを送信した使用開口の全チャンネルのなかから、対象物で反射した超音波エコーの受信に使用するチャンネルを選択する(ステップS130)。なお、チャンネル選択部170により選択されたチャンネルは、本発明の第二の個数のチャンネルに相当する。以下、チャンネルの選択について、詳細に説明する。
図12、13は、使用開口に含まれる各チャンネルの使用形態を説明する図であり、(A)は通常モードの場合を示し、(B)は低消費電力モードの場合を示す。通常モードの場合は、全てのチャンネルを用いる。それに対し、低消費電力モードの場合は、消費電力を減らすため、AFEに入力される信号数、すなわちチャンネル数を減らす。
図14は、隣接するチャンネル間の距離(素子ピッチ)の間隔が300μmであるときの周波数と、使用するチャンネルとの関係を示すチャンネル選択テーブルである。このテーブルは、例えばROM223に記憶されている。チャンネル選択部170は、送信する超音波の波長と、ROM223に記憶されたチャンネル選択テーブルとに基づいて、使用するチャンネルを選択する。
超音波測定装置1においては、送信周波数を変えて使用する事が多い。周波数が高いほど、分解能は高くなるが、観察深度は浅くなる。したがって、超音波測定装置1のユーザーは、観察したい部位の深度によって最適な周波数を選んで使用している。しかしながら、周波数によって、画質悪化の原因となるグレーティングローブが発生しないようにするための適切な方法は異なる。したがって、チャンネル選択部170は、周波数と使用するチャンネルとの関係を示す情報を記憶しておき、これに基づいて使用するチャンネルを選択するようにしている。
なお、周波数と、使用するチャンネルとの関係を示す情報は、図14に示すチャンネル選択テーブルに限定されない。
図12(B)は、図14における周波数が2.5MHz以上の場合を示す図である。周波数が低い場合は、素子ピッチが変わらないように、一部のチャンネルを選択する。図12(B)においては、チャンネル選択部170は、使用開口の中央部に位置する一部のチャンネル(例えば4個)を使用するチャンネルとして選択する。なお、使用開口の中央部に位置する素子を選択することは必須ではなく、使用開口の端に位置するチャンネルを選択してもよい。
図13(B)は、図14における周波数が2.5MHz未満の場合を示す図である。グレーティングローブの出現は、送信波の波長λ(音速/周波数)と素子ピッチで決まる。一般的に、180度の範囲に超音波を送受信した場合には、素子ピッチがλ/2より小さければグレーティングローブは抑えられる。したがって、チャンネル選択部170は、周波数が高い場合は、選択されたチャンネル間の間隔がλ/2より小さいという条件を満たす最大の値となるように使用するチャンネルを選択する。図13(B)においては、使用するチャンネルが1個おきに選択されている。
このように、使用するチャンネルの数を減らすことで、受信処理部120に入力される信号の数、すなわち消費電力の高いAFEの駆動数を減らし、低消費電力化することができる。なお、本実施の形態では、チャンネル選択テーブルに基づいて使用するチャンネルを選択するようにしたが、使用するチャンネルを選択する方法はこれに限られない。なお、使用開口の少なくとも一部のチャンネルの信号をAFEに通しても、全てのチャンネルを用いる場合と同様に、1ラインが形成されることに変わりはない。
図11の説明に戻る。制御回路160は、送信受信切り替えスイッチ140を介して送受信の切り替え処理を行う。超音波プローブ10は、出射した超音波ビームが対象物で反射し、帰ってきた受信波を受信する。送信受信切り替えスイッチ140は、ステップS130で選択されたチャンネルで受信された信号のみを受信処理部120に通す。そして、受信回路121は、チャンネル毎の受信波(アナログ信号)を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路123に出力する(ステップS131)。
フィルター回路123は、受信信号に対してバンドパスフィルター処理を行う(ステップS136)。制御回路160は、フィルター回路123から出力された信号をメモリー125に保存する(ステップS137)。これらの処理は、ステップS120、S122の処理と同一である。
MVB処理部131は、メモリー125に保存された信号に対して、チャンネル毎に異なるウェイトを算出して、算出したウェイトを用いて重みづけ加算処理を行う、いわゆるMVB処理を行う(ステップS138〜S139)。具体的には、受信フォーカス処理部132は、各チャンネルで受信した信号の位相がそろうように、各チャンネルで受信した信号にディレイ時間(遅延時間)を与え、ディレイ時間後における各チャンネルの出力信号を算出する。空間平均法処理部133は、受信フォーカス処理部132が算出した出力信号に対して空間平均法という処理を行う。そして、ウェイト計算部134は、各超音波トランスデューサー素子12の出力にかけるウェイトを算出する(ステップS138)。
そして、重みづけ加算部135は、ステップS138で算出されたウェイトを用いて、各チャンネルの信号を加算する(ステップS139)。これにより、MVB処理を終了する。
対数変換処理部137は、各チャンネルの信号を加算した結果に対して対数変換処理を行う(ステップS140)。ゲイン・ダイナミックレンジ調整部138は、信号強度及び関心領域を調整する(ステップS142)。STC139は、深さに応じて増幅度(明るさ)を補正する(ステップS144)。
制御回路160は、ステップS112〜S144において処理の対象となった超音波トランスデューサー素子群の走査線番号lが、走査線数Lより小さいか否かを判断する(ステップS146)。走査線数Lは、図3に示すような超音波トランスデューサーデバイスを構成する超音波トランスデューサー素子群UG1〜UG64の数であり、図3に示す例ではNは64である。
走査線番号lが、走査線数Lより小さい場合(ステップS146でYES)は、制御回路160は、現在の走査線番号lに1を追加して、走査線番号lを更新し、ステップS112に処理を戻す(ステップS148)。
走査線番号lが、走査線数Lより小さくない場合(ステップS146でNO)は、走査線番号lが走査線数Lと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群UGにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。この場合には、DSC150は、走査変換処理を行ってBモード画像データ(表示用画像データ)を生成して表示部21に出力する(ステップS150)。表示部21は、生成された表示用画像データを表示する(ステップS152)。これにより、図10に示す処理を終了する。
本実施の形態によれば、低消費電力モードでは受信処理部、すなわちAFEの駆動数を減らすことで、消費電力を抑えることができる。また、低消費電力モードにおいては、MVB処理を行うため、チャンネル数を減らすことによる画像の品質劣化を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、通常モードにおいてBモードの画像を表示させることができるため、従来の超音波測定装置との互換性を維持することができる。
また、本実施の形態によれば、低消費電力モードにおいて周波数によって適切なチャンネルを選択するため、効果的にグレーティングローブの発生を抑えることができる。
なお、本実施の形態では、リニアスキャンを例に説明しため、低消費電力モードにおいて使用開口の8チャンネルの中から使用するチャンネルを選択した。それに対し、セクタスキャンの場合は、全開口を使用(使用開口は64チャンネル)し、ビームの方向を変えながらラインを生成していく。したがって、全開口(例えば64チャンネル)の中から使用するチャンネルを選択するようにすれば、本実施の形態をセクタスキャンに適用することができる。
<第2の実施の形態>
第1の実施形態に係る超音波測定装置1は、低消費電力モードにおいて一部のチャンネルを使用することでチャンネル数を減らして受信処理部に入力したが、受信処理部に入力する信号の数を減らす方法はこれに限られない。
第2の実施形態に係る超音波測定装置2は、複数のチャンネルの信号を加算して受信処理部に入力することで、受信処理部に入力する信号の数を減らすものである。以下、超音波測定装置2について説明する。
図15は、超音波測定装置2において、超音波測定装置本体20内に設けられた制御部22の機能構成の一例を示すブロック図である。超音波測定装置2の構成と超音波測定装置1の構成との差異は、超音波測定装置2は加算回路142を有しているが、超音波測定装置1は加算回路を有していない点であるため、ここでは加算回路142について説明する。超音波測定装置1の構成と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
加算回路142は、送信受信切り替えスイッチ140と、受信処理部120との間に設けられる。加算回路142は、複数チャンネルで受信された受信信号を加算し、1つのチャンネルの受信信号として受信処理部120に入力する。加算回路142に入力するチャンネルは、チャンネル選択部170により選択される。加算回路142の詳細については、後に詳述する。
以下、超音波測定装置2が行う処理について説明する。超音波測定装置1が行う処理と、超音波測定装置2が行う処理とは、低消費電力モードの場合の処理が異なるため、超音波測定装置2が行う低消費電力モードの場合の処理について説明する。なお、超音波測定装置1の処理と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図16は、低消費電力モードにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
制御回路160は、走査線番号lを1に初期設定(l=1)する(ステップS110)。
制御回路160は、ステップS110で初期設定された走査線番号l又は後述するステップS148で更新された走査線番号lのチャンネルに対応する使用開口の全チャンネルから超音波パルスの送信を行う(ステップS112〜ステップS116)。
次に、受信処理を行う(ステップS134)。以下、ステップS134の処理について説明する。
制御回路160は、送信受信切り替えスイッチ140を介して送受信の切り替え処理を行う。超音波プローブ10は、出射した超音波ビームが対象物で反射し、帰ってきた受信波を受信する。チャンネル選択部170は、選択したチャンネル(ここでは全てのチャンネル)で受信した信号を2つずつ1つの加算回路142に通し、加算回路142は、複数(ここでは2つ)のチャンネルの信号を加算して受信処理部120に通す。
図17は、加算回路142が複数のチャンネルの受信信号を加算することを説明する図であり、(A)は加算回路142が加算しない場合、すなわち通常モードの場合を示し、(B)は加算回路142が2つのチャンネルの受信信号を加算する場合を、すなわち低消費電力モードの場合を示す。
図17(A)に示す場合では、各チャンネルの受信信号は、加算回路142を通過しないで、そのまま受信処理部120に入力される。これは、図12、13(A)に示す場合と同一である。
図17(B)に示す場合では、加算回路142は隣接する2つのチャンネルの信号を加算し、加算された信号は1つのチャンネルの信号として受信処理部120に入力される。したがって、8個のチャンネルで受信した受信信号は、4つのチャンネルで受信した受信信号として受信処理部120に入力される。これにより、チャンネルの数が疑似的に減らされ、受信処理部120に入力される信号の数が減らされる。
また、図17(B)に示す場合では、加算回路142により加算された信号は、加算された信号の基となる信号を受信した2つのチャンネルのうちの一方(図17(B)においては右側のチャンネル)で受信したものとして受信処理部120に入力される。これにより、チャンネルが選択される。
このように、受信処理部120に入力される信号の数を減らすことで、消費電力の高いAFEの駆動数を減らし、低消費電力化することができる。また、信号を加算することで、入力される信号の音圧が維持できるため、受信感度を維持することができる。
なお、図17(B)では、全てのチャンネルの受信信号を加算回路142に入力したが、必ずしも全てのチャンネルの信号を加算する必要はなく、少なくとも一部のチャンネルの受信信号を加算回路142に入力するようにしてもよい。例えば、使用開口の中央側にある4個のチャンネルの信号は、そのまま受信処理部120に入力し、使用開口の両端側にある2個ずつ、計4個のチャンネルの信号は、それぞれ加算回路142によりそれぞれ1個のチャンネルの信号として受信処理部120に入力してもよい。
また、図17(B)では、2つのチャンネルの信号を1個の加算回路142に入力したが、3個以上のチャンネルの信号を1個の加算回路142に入力するようにしてもよい。
また、図17(B)では、複数のチャンネルの信号を加算することで、素子ピッチが広くなっている。送信する超音波の周波数に応じて、グレーティングローブが発生しないように、1つの加算回路142に入力するチャンネルの数を設定するようにしてもよい。
そして、受信回路121は、チャンネル毎の受信波(アナログ信号)を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路123に出力する。
フィルター回路123は、受信信号に対してバンドパスフィルター処理を行う(ステップS136)。制御回路160は、フィルター回路123から出力された信号をメモリー125に保存する(ステップS137)。これらの処理は、ステップS120、S122の処理と同一である。
MVB処理部131は、メモリー125に保存された信号に対して、超音波トランスデューサー素子12毎に異なるウェイトを算出して、算出したウェイトを用いて重みづけ加算処理を行う、いわゆるMVB処理を行う(ステップS138〜S139)。
対数変換処理部137は、各超音波トランスデューサー素子12の信号を加算した結果に対して対数変換処理を行う(ステップS140)。ゲイン・ダイナミックレンジ調整部138は、信号強度及び関心領域を調整する(ステップS142)。STC139は、深さに応じて増幅度(明るさ)を補正する(ステップS144)。
制御回路160は、ステップS112〜S144において処理の対象となった超音波トランスデューサー素子群の走査線番号lが、走査線数Lより小さいか否かを判断する(ステップS146)。
走査線番号lが、走査線数Lより小さい場合(ステップS146でYES)は、制御回路160は、現在の走査線番号lに1を追加して、走査線番号lを更新し、ステップS112に処理を戻す(ステップS148)。
走査線番号lが、走査線数Lより小さくない場合(ステップS146でNO)は、走査線番号lが走査線数Lと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群UGにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。この場合には、DSC150は、走査変換処理を行ってBモード画像データ(表示用画像データ)を生成して表示部21に出力する(ステップS150)。表示部21は、生成された表示用画像データを表示する(ステップS152)。これにより、図10に示す処理を終了する。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様、低消費電力モードでは受信処理部120、すなわちAFEの駆動数を減らすことで、消費電力を抑えることができる。また、低消費電力モードにおいては、MVB処理を行うため、超音波トランスデューサー素子12数を減らすことによる画像の品質劣化を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、加算処理を行って受信処理部に入力される信号の数を減らすため、信号の音圧が維持でき、したがって受信感度を維持することができる。
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、超音波測定装置に限らず、超音波測定装置において行う画像処理方法、超音波測定装置に画像処理方法を行わせるプログラム、プログラムが格納された記憶媒体等として提供することもできる。
1、2:超音波測定装置、10:超音波プローブ、11:超音波トランスデューサーデバイス、12:超音波トランスデューサー素子、15:ケーブル、20:超音波測定装置本体、21:表示部、22:制御部、30:圧電体層、31:第1電極層、32:第2電極層、40:開口、50:振動膜、60:基板、110:送信処理部、111:送信パルス発生器、113:送信遅延回路、120:受信処理部、121:受信遅延回路、123:フィルター回路、125:メモリー、130:画像処理部、131:MVB処理部、132:受信フォーカス処理部、133:空間平均法処理部、134:ウェイト計算部、135:重みづけ加算部、136:検波処理部、137:対数変換処理部、138:ゲイン・ダイナミックレンジ調整部、139:STC、140:送信受信切り替えスイッチ、142:加算回路、150:DSC、160:制御回路、170:チャンネル選択部、221:CPU、222:RAM、223:ROM、225:I/F回路、226:通信装置、227:バス、CLi:コモン電極線、DL:駆動電極線、UE:超音波トランスデューサー素子、UG:超音波トランスデューサー素子群

Claims (9)

  1. 超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信する送信処理部と、
    通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するチャンネル選択部と、
    前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーを受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力する受信処理部と、
    前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う画像処理部と、
    を備えたことを特徴とする超音波測定装置。
  2. 請求項1に記載の超音波測定装置であって、
    前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第一の個数のチャンネルの中央部に位置する前記第二の個数のチャンネルを選択する
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  3. 請求項1に記載の超音波測定装置であって、
    前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第二の個数のチャンネルにおける隣接するチャンネル間の間隔が前記送信した超音波の波長の半分より小さいという条件を満たす最大の間隔となるように、前記第二の個数のチャンネルを選択する
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  4. 請求項2又は3に記載の超音波測定装置であって、
    前記チャンネル選択部は、前記送信した超音波の周波数と前記第二の個数のチャンネルとの関係を示す情報を取得し、当該取得した情報に基づいて前記第二の個数のチャンネルを選択する
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  5. 請求項1に記載の超音波測定装置であって、
    前記チャンネル選択部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第一の個数のチャンネルのうちの複数のチャンネルを加算して1つのチャンネルとすることで前記第二の個数のチャンネルを選択する
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波測定装置であって、
    前記画像処理部は、前記第2の個数のチャンネルにおける前記各チャンネルの受信信号に応じた重みを、当該各チャンネルの受信信号に応じた重みと、前記対象物から前記各チャンネルまでの直線距離に応じた遅延時間後における前記第2の個数のチャンネルにおける前記各チャンネルの出力信号と、を乗算した結果の分散が最小となるように求める
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  7. 請求項6に記載の超音波測定装置であって、
    前記画像処理部は、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは、前記第二の個数のチャンネルで構成される開口から、複数のサブ開口を取り出し、それぞれ平均をとる処理を行ってから、前記各チャンネルの重みを求める
    ことを特徴とする超音波測定装置。
  8. 超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信する送信処理部と、
    通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するチャンネル選択部と、
    前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーを受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力する受信処理部と、
    前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行う画像処理部と、
    前記生成された画像を表示する表示部と、
    を備えたことを特徴とする超音波画像装置。
  9. 超音波トランスデューサーデバイスのうちの第一の個数のチャンネルから対象物に対して所定の波長の超音波を送信するステップと、
    通常モードか、低消費電力モードかを示す情報を取得し、前記通常モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数のチャンネルから取得し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記送信した超音波に対する超音波エコーを前記第一の個数より少ない第二の個数のチャンネルから取得するように使用するチャンネルを選択するステップと、
    前記第一の個数のチャンネル又は前記第二の個数のチャンネルから取得された前記送信した超音波に対する超音波エコーを受信処理し、当該受信処理した各チャンネルの受信信号を出力するステップと、
    前記通常モードを示す情報が取得されたときは、前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を予め算出していた重みで加算し、前記低消費電力モードを示す情報が取得されたときは前記受信処理部から出力された各チャンネルの受信信号を当該受信信号に応じた重みで加算し、当該加算された受信信号に基づいて画像生成を行うステップと、
    を有することを特徴とする超音波測定方法。
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