JP2016104279A - 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この入力ベクトルX[s]を用いて相関マトリクスRxxを算出する。
式中の右肩のHは複素共役転置を表し、右肩の*は複素共役を表す。E[・]は時間平均を算出する処理であり、サンプルの番号(ここではs)を変化させ、その平均を算出することを意味する。
ここでRnxxは相関マトリクスRxxの中の部分行列を表しており、Rxxの対角成分上を移動し、Rxxの(n、n)成分をその1番目の対角成分とする位置にあるK×Kのサイズの行列である。Znはそれぞれの部分行列を加算する際の係数であり、Znの総和が1になるように調整される。
Cは拘束ベクトルであり、素子の位置と注目位置に応じて変化するものである。ただし、受信信号に対して整相遅延処理を実施している場合は、平均相関マトリクスのサイズ(この場合はK)において、すべての値が1であるベクトルとして構わない。
また、複素ウェイトWoptを用いて、算出された電力Pminは以下のように求まる。
このように、CMPでは受信信号から相関マトリクス、さらには平均相関マトリクスを求め、その逆行列を用いて複素ウェイトや複素ウェイトを用いた場合の電力を算出できる。この複素ウェイトや複素ウェイトを用いた場合の電力は、注目位置からの超音波の信号に対して感度を1にし、それ以外の位置から到達する超音波の信号を抑圧した場合のウェイトや電力である。つまり、CMPでは注目位置からの超音波の信号を選択的に抽出することが可能で、その結果として空間分解能を向上することが出来る なお、逆行列を直接求めずに、平均相関マトリクスに対するQR分解と後退代入処理によっても、電力は算出可能である。
これだけ(2048CH)の入力信号(受信信号)を用いて適応型信号処理を実施する場合の処理量は膨大であり、処理時間や回路規模が増大してしまう。
前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。後者の光音響効果を利用した装置の場合は、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布や、被検体内の初期圧力分布、あるいは初期圧力分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
次に本発明の信号処理の概要を図1と図9とを用いて説明する。ここでは、第一の信号算出手段、第二の信号算出手段共に適応型信号処理を用いた場合について説明する。ただし、本発明においては、第一の信号算出手段と第二の信号算出手段のうち少なくとも一方に適応型信号処理を用いれば空間分解能向上の効果が得られるため、第一の信号算出手段と第二の信号算出手段のうちどちらか一方だけに適応型信号処理を用いても良い。
整相遅延処理回路101では、探触子からの素子毎の受信信号(入力数NL)に対して注目位置に応じた遅延処理を行い、さらにヒルベルト変換によって複素信号に変換する。
この複素信号をsサンプル目の入力ベクトルX[s]として出力する(ステップS1)。
複素ウェイトは、複素ベクトルで表現されるウェイト(重み)であり、またX’[s]も複素表現された信号である。適応型信号処理により、これらの内積を求めることは、それぞれのCHの受信信号(つまり、各素子から出力される受信信号)に対して、注目位置に応じて位相を変化(調整)させた後、加算することを意味する。つまり、注目位置の移動に応じて複素ウェイトが変化した場合、それぞれのCHの受信信号に対する位相の変化量も変化することになる。
次に、受信信号に対する処理の第二段階として、探触子の走査等により、異なった位置で算出された複数の走査線信号(第一の出力信号)を入力信号として、適応型信号処理を実施する第二の信号算出手段20の処理を図1と図10とを用いて説明する。本発明において、第二の信号算出手段において算出される、注目位置からの弾性波に対応する信号を、第二の出力信号と呼ぶ。
このように、第二段階でも適応型信号処理を実施する場合、第一の信号処理手段10で得られた走査線信号の位相を活用して処理を行う。そのため、走査線信号に含まれる注目位置からの超音波に対応する信号の位相が保持されている必要がある。なお、第二段階として単純な合成開口処理を実施する場合であっても、走査線信号の位相を活用して処理を行うことは同様であり、注目位置からの超音波に対応する信号の位相が保持されていることが必要となる。つまり、図2に示したように複素ウェイトの更新に合わせて位相がずれているように見える走査線信号では、第二段階の信号処理が成立しないように一見思える。
Cは拘束マトリクス(例えば注目方向などを規定する)、Wは求めるべきウェイト、Hは拘束マトリクス(例えば注目方向)に対する応答ベクトルを規定する。この拘束条件下で、下式を満たすWを求める処理がCMPである。
今回のように、ある一方向もしくはひとつの注目位置に関して注目する場合、拘束条件に対する応答Hを1、Cをマトリクスではなく拘束ベクトルとして計算を進めることが出来る。
この式ではCは複素表現を用いたベクトルである。また、ウェイトWも複素表現を用いたベクトルである。これらの内積が1、つまり虚数成分を含まないということは、拘束ベクトルによって表現されている方向もしくは位置からの信号に対して、ウェイトWをかけても位相は変化しないことを規定している。
言い換えると、注目方向や注目位置からの超音波の信号に関しては位相が保持されたままであることを意味している。
次に、上記のような第一の信号処理手段と第二の信号処理手段とで適応型信号処理を実施した場合の処理規模について述べる。
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を例示する。
本実施形態では、1次元配列探触子を機械的に走査しながら、第一の信号処理手段には整相加算処理を用い、第二の信号処理手段に適応型信号処理を用いた装置について述べる。図3は複数の素子301が1次元的に配列された探触子302を位置303から位置305まで機械走査した時の概念図である。なお、素子301が配列された方向を配列方向308、探触子302が機械走査により移動する方向307は機械走査方向を示す。
部分相関マトリクス算出回路407では、入力される走査線信号に対して、継続して平均相関マトリクスを算出し続ける。つまり走査線信号の変化に伴って平均相関マトリクスが更新され、出力される。
本実施形態では、1次元配列探触子を機械的に走査しながら、第一の信号処理手段と第二の信号処理手段ともに適応型信号処理を用いた形態について説明する。
ここで得られる走査線信号が注目位置からの受信信号の位相を保持した状態になっているのは、先述した通りである。出力された走査線信号はメモリ805に格納される。
整相遅延された走査線信号は、部分相関マトリクス算出回路807に入力される。
画像処理部412では必要に応じて各種画像フィルタ(エッジ強調、スムージングなど)を行い、システム制御部401から指示される表示手法(断面スライス表示、3Dレンダリングなど)に対応した処理をさらに加え、表示用の3次元画像データを生成する。画像表示装置413は、画像処理部412から送信された3次元画像データをもとに3次元画像を表示する。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
20 第二の信号処理手段
101整相遅延処理回路
102 平均相関マトリクス算出回路
103 複素ウェイト算出回路
104 第一の出力算出回路
105 メモリ
106 整相遅延処理回路
107 平均相関マトリクス算出回路
108 複素ウェイト算出回路
109 第二の出力算出回路
301 素子
302 探触子
401 システム制御部
402 送信回路
403 スイッチ回路
404 整相加算処理回路
405 メモリ
406 整相遅延処理回路
407 部分相関マトリクス算出回路
408 複素ウェイト算出回路
409 合成走査線信号算出回路
410 第一の信号処理手段
411 信号フィルタ回路
412 画像処理部
413 画像表示装置
414 ステージ制御回路
420 第二の信号処理手段
501〜509 走査線信号
601、602、603 合成走査線信号
Claims (10)
- 被検体内を伝播した弾性波を受信して受信信号に夫々変換する素子が複数配列された探触子と、
素子毎に出力される受信信号を用いて、注目位置からの弾性波に対応する信号として第一の出力信号を算出する第一の信号処理手段と、
前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて、前記注目位置からの弾性波に対応する信号として第二の出力信号を算出する第二の信号処理手段と、
前記第二の出力信号を用いて表示用の画像データを生成する画像処理部と、
を備え、
前記第一の信号処理手段と前記第二の信号処理手段のうち少なくとも一方は、適応型信号処理を用いて前記第一の出力信号又は前記第二の出力信号を算出することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記第一の信号処理手段は、適応型信号処理によって算出した複素ウェイトと前記素子毎の前記受信信号とを用いて前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理手段は、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて合成開口処理を行い前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の信号処理手段は、前記素子毎の前記受信信号を用いて整相加算処理を行い、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理手段は、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて適応型信号処理を行い、前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の信号処理手段は、適応型信号処理によって算出した複素ウェイトと前記素子毎の前記受信信号とを用いて前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理手段は、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて適応型信号処理を行い、前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記探触子を機械的に走査するステージを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記被検体内を伝播した弾性波を複数の素子により受信して夫々受信信号に変換し、前記受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得方法であって、
前記素子毎に出力される受信信号を用いて、注目位置からの弾性波に対応する信号として第一の出力信号を算出する第一の信号処理ステップと、
前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて、前記注目位置からの弾性波に対応する信号として第二の出力信号を算出する第二の信号処理ステップと、
前記第二の出力信号を用いて表示用の画像データを生成する画像処理ステップと、を備え、
前記第一の信号処理ステップと前記第二の信号処理ステップのうち少なくとも一方では、適応型信号処理を用いて前記第一の出力信号又は前記第二の出力信号を算出することを特徴とする被検体情報取得方法。 - 前記第一の信号処理ステップでは、適応型信号処理によって算出した複素ウェイトと前記素子毎の前記受信信号とを用いて前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理ステップでは、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて合成開口処理を行い前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項6に記載の被検体情報取得方法。 - 前記第一の信号処理ステップでは、前記素子毎の前記受信信号を用いて整相加算処理を行い、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理ステップは、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて適応型信号処理を行い、前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項6に記載の被検体情報取得方法。 - 前記第一の信号処理ステップでは、適応型信号処理によって算出した複素ウェイトと前記素子毎の前記受信信号とを用いて前記注目位置毎の前記第一の出力信号を算出し、
前記第二の信号処理ステップでは、前記注目位置毎の前記第一の出力信号を用いて適応型信号処理を行い、前記第二の出力信号を算出することを特徴とする請求項6に記載の被検体情報取得方法。 - 請求項6乃至9のいずれか1項に記載の被検体情報取得方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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JPH07236642A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-12 | Aloka Co Ltd | 超音波診断装置 |
JP2001187055A (ja) * | 1999-11-24 | 2001-07-10 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natl Defence | 超音波映像システムおよびそのビームパターン化方法 |
JP2010183979A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Kyoto Univ | 生体情報処理装置および生体情報処理方法 |
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2016
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Title |
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A. DHANANTWARI, ET AL.: "Adaptive 3D Beamforming for Ultrasound Systems Deploying Linear and Planar Phased Array Probes", IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, JPN7017000722, 2003, US, pages 1855 - 1858, XP010701490, DOI: doi:10.1109/ULTSYM.2003.1293275 * |
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