JP2019033899A - Ultrasonic diagnostic apparatus and specular reflector image generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を利用した超音波診断装置および鏡面反射体画像生成方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and a specular reflector image generation method using ultrasonic waves.
超音波診断装置では、電圧信号と超音波振動との間で変換を行う振動子(変換器)が複数個、所定の方向(走査方向)に配列されており、これらの振動子が、駆動電圧の印加により超音波を出射する。そして、超音波診断装置は、超音波の反射波の入射による電圧変化を検出する振動子を時間的に変化させる(走査する)ことにより、2次元的なデータをほぼリアルタイムで取得することができる。 In the ultrasonic diagnostic apparatus, a plurality of transducers (converters) that convert between voltage signals and ultrasonic vibrations are arranged in a predetermined direction (scanning direction), and these transducers are driven by a drive voltage. An ultrasonic wave is emitted by applying. The ultrasonic diagnostic apparatus can acquire two-dimensional data almost in real time by temporally changing (scanning) a transducer that detects a voltage change caused by incidence of an ultrasonic reflected wave. .
また、超音波診断装置は、画像診断だけではなく、例えば被検体内の組織を採取する生検等においても用いられる。具体的には、腫瘍等の関心部位に対して正確に穿刺を行うため、超音波診断装置を用いて、関心領域および穿刺針をリアルタイムでモニタリングすることが行われている。 Further, the ultrasonic diagnostic apparatus is used not only in image diagnosis but also in, for example, a biopsy for collecting a tissue in a subject. Specifically, in order to accurately puncture a region of interest such as a tumor, the region of interest and the puncture needle are monitored in real time using an ultrasonic diagnostic apparatus.
超音波診断装置において穿刺針を描出する場合、穿刺針の角度が侵入面に対して鋭角になると、穿刺針による反射超音波を超音波探触子で受信できないことがある。これを解決するため、超音波診断画像(輝度画像)を生成するための第1の送信方向への超音波送信と、穿刺針を描出するための第2の送信方向への超音波送信とを行い、それぞれの反射波に基づいて画質のよい輝度画像と穿刺針を好適に描出した画像とを生成し、これらを重畳することが行われている。しかしながら、このようにして得られた重畳画像では、1枚(1フレーム)の画像を生成するために複数回の超音波送信を行うので、フレームレートが低下してしまう。このため、フレームレートを低下させずに穿刺針をより好適に描出することで、リアルタイム性を向上させた超音波診断装置が要望されている。 When the puncture needle is depicted in the ultrasonic diagnostic apparatus, if the angle of the puncture needle becomes an acute angle with respect to the entry surface, the reflected ultrasound from the puncture needle may not be received by the ultrasonic probe. In order to solve this, ultrasonic transmission in the first transmission direction for generating an ultrasonic diagnostic image (luminance image) and ultrasonic transmission in the second transmission direction for drawing the puncture needle are performed. In accordance with each reflected wave, a luminance image with good image quality and an image in which a puncture needle is suitably depicted are generated, and these are superimposed. However, in the superimposed image obtained in this way, since the ultrasonic transmission is performed a plurality of times in order to generate one image (one frame), the frame rate is lowered. For this reason, there is a demand for an ultrasonic diagnostic apparatus that improves the real-time performance by rendering the puncture needle more appropriately without reducing the frame rate.
このような要望に応える技術として、例えば特許文献1に開示された技術がある。特許文献1には、通常の受信フォーカスを行って生成した画像と、針(鏡面反射面)を可視化するために超音波ビームの送信方向に対して所定の角度だけ傾けて受信フォーカスを行った画像と、を合成する超音波診断装置が開示されている。
As a technique that meets such a demand, for example, there is a technique disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、受信フォーカスを傾けることができる角度範囲は超音波ビームの送信経路範囲内に限定されるので、高角度で刺入されている穿刺針を好適に描出することは困難である。
However, in the technique disclosed in
以上のことから、本発明は、フレームレートを低下させずに、穿刺針等の鏡面反射体を広い角度範囲に亘って描出できる超音波診断装置および鏡面反射体画像生成方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus and a specular reflector image generation method capable of rendering a specular reflector such as a puncture needle over a wide angular range without reducing the frame rate. And
本発明の超音波診断装置は、鏡面反射体が刺入される被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備えた超音波診断装置であって、駆動信号を生成して前記超音波探触子の有する複数の振動子のそれぞれに対して出力することにより、前記振動子から前記送信超音波を送信させる送信部と、画像視野内にメインローブに加えてグレーティングローブが発生するように、前記駆動信号の遅延時間を前記振動子毎に制御する送信遅延生成部と、前記複数の振動子のそれぞれから受信信号を受信する受信部と、前記複数の振動子からの受信信号を整相加算して音線信号を生成する音線信号生成部と、前記音線信号から前記グレーティングローブに由来する成分のみを抽出し、当該グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号に基づいて、当該グレーティングローブの周波数、角度、および、当該グレーティングローブが前記鏡面反射体によって反射した反射点までの距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体の位置に対応した座標情報を生成する信号処理部と、前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号および前記座標情報に基づいて、前記鏡面反射体を示す鏡面反射体画像データを生成する画像処理変換部と、を有する。 An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe that transmits transmission ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves toward a subject into which a specular reflector is inserted. Generating a drive signal and outputting it to each of the plurality of transducers included in the ultrasonic probe, and a transmission unit for transmitting the transmission ultrasonic wave from the transducer, and a main unit in the image field of view. A transmission delay generation unit that controls a delay time of the drive signal for each transducer so that a grating lobe is generated in addition to a lobe, a reception unit that receives a reception signal from each of the plurality of transducers, and A sound ray signal generation unit that generates a sound ray signal by phasing and adding reception signals from a plurality of transducers, and extracts only a component derived from the grating lobe from the sound ray signal, and is derived from the grating lobe. Completion Based on the sound ray signal including only the frequency, the angle of the grating lobe, and the distance information to the reflection point where the grating lobe is reflected by the specular reflector, and based on the angle and distance information Specular reflector image data indicating the specular reflector based on the signal processing unit that generates coordinate information corresponding to the position of the specular reflector, the sound ray signal including only the component derived from the grating lobe, and the coordinate information An image processing conversion unit for generating
本発明の鏡面反射体画像生成方法は、鏡面反射体が刺入される被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備えた超音波診断装置の鏡面反射体画像生成方法であって、画像視野内にメインローブに加えてグレーティングローブが発生するように、遅延時間を前記超音波探触子の有する複数の振動子毎に制御した駆動信号を前記超音波探触子の有する複数の振動子のそれぞれに対して出力して前記振動子から前記送信超音波を送信させ、前記複数の振動子からの受信信号を整相加算して音線信号を生成し、前記音線信号から前記グレーティングローブに由来する成分のみを抽出し、当該グレーティングローブに由来する成分のみ含む音線信号に基づいて、当該グレーティングローブの角度、および、当該グレーティングローブが前記鏡面反射体によって反射した反射点までの距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体を示す鏡面反射体画像データを生成する。
The specular reflector image generation method of the present invention includes an ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe that transmits transmission ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves toward a subject into which the specular reflector is inserted. The specular reflector image generation method according to
本発明によれば、フレームレートを低下させずに、穿刺針等の鏡面反射体を広い角度範囲に亘って描出できる。 According to the present invention, a specular reflector such as a puncture needle can be depicted over a wide angular range without reducing the frame rate.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示した例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example. In addition, in the following description, what has the same function and structure attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.
<各構成の概要>
本実施の形態に係る超音波診断装置Sは、図1および図2に示すように、超音波診断装置本体1と超音波探触子2とを備えている。図1は、超音波診断装置Sの外観構成を例示した図である。また、図2は、超音波診断装置Sの内部構成を例示したブロック図である。超音波探触子2は、図示しない生体等の被検体に対して超音波(送信超音波)を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波(反射超音波:エコー)を受信する。
<Outline of each configuration>
As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic diagnostic apparatus S according to the present embodiment includes an ultrasonic diagnostic apparatus
超音波診断装置本体1は、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子2にて受信した被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子2で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
The ultrasonic diagnostic apparatus
超音波探触子2は、例えば圧電素子である振動子2aを備える。この振動子2aは、例えば、方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、超音波探触子2は、例えば、数十個〜数百個の振動子2aを備える。なお、振動子2aは、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子2aの個数は、任意に設定することができる。
The
なお、本実施の形態では、超音波探触子2について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式のいずれを採用してもよい。また、超音波探触子2としては、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式のいずれの方式を採用してもよい。また、後述するように、本実施の形態では、広帯域での超音波の送信を良好な感度にて行うことのできる超音波探触子2を採用することが好適である。
In the present embodiment, a linear scanning type electronic scan probe is employed for the
超音波診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、音線信号生成部14と、信号処理部15と、画像処理変換部16と、表示部17と、制御部18とを備える。
For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic
操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力等を行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部18に出力する。
The
また、図2に示すように、操作入力部11は、針強調モード選択部111を備える。針強調モード選択部111は、穿刺針を用いた超音波診断が行われる場合に、通常のBモード画像データに、穿刺針を強調して見やすくした針画像データを合成して表示する針強調モードの表示を行うことを選択可能とする。針強調モードの詳細については後述する。
As shown in FIG. 2, the
送信部12は、制御部18の制御に従って、送信超音波を発生させるための電気信号である駆動信号を、ケーブル3を介して超音波探触子2に供給する。
The
より具体的には、送信部12は、クロック発生回路、パルス発生回路、デューティー設定部等を有し、駆動信号としてのパルス信号を生成する。クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。パルス発生回路は、所定の周期でパルス信号を発生させるための回路である。パルス発生回路は、例えば5値(+HV/+MV/0/−MV/−HV)の電圧を切り替えて出力することにより、矩形波によるパルス信号を発生させる。なお、パルス発生回路が切り替える電圧は5値に限定されず、適宜の値に設定してもよいが、5値以下が好適である。これにより、装置費用をさほど増大させることなく送信超音波に含まれる周波数成分を好適に制御することができる。なお、送信超音波に含まれる周波数成分は、広帯域であるほど検出可能な角度範囲が広がるため好適である。
More specifically, the
デューティー設定部は、パルス発生回路から出力されるパルス信号のデューティー比を設定する。すなわち、パルス発生回路は、デューティー設定部によって設定されたデューティー比に従ったパルス波形によるパルス信号を出力する。デューティー比は、例えば、操作入力部11による入力操作に基づいて変更可能としてもよい。
The duty setting unit sets the duty ratio of the pulse signal output from the pulse generation circuit. That is, the pulse generation circuit outputs a pulse signal having a pulse waveform according to the duty ratio set by the duty setting unit. For example, the duty ratio may be changeable based on an input operation by the
本実施の形態では、デューティー設定部は、超音波探触子2の送信周波数帯域の中心周波数の低周波側および高周波側にそれぞれ超音波探触子2の送信周波数帯域に含まれるピークが発生するようなパルス信号のデューティー比を設定する。このようなパルス信号のデューティー比の設定方法については、例えば特開2014−168555号公報に開示された方法を適用することができる。
In the present embodiment, the duty setting unit generates peaks included in the transmission frequency band of the
また、送信部12は、パルス発生回路から出力される駆動信号の同一電圧レベルの各区間の持続時間およびその電圧レベルを設定する時間および電圧設定部をさらに有していてもよい。換言すれば、パルス発生回路は、時間および電圧設定部によって設定された各区間の持続時間および電圧レベルに従ったパルス波形による駆動信号を出力する。時間および電圧設定部が設定する各区間の持続時間および電圧レベルは、例えば、操作入力部11による入力操作に基づいて変更可能としてもよい。
The
以上のように構成された送信部12は、制御部18の制御に従って、駆動信号を供給する複数の振動子2aを、超音波の送受信毎に所定数ずらしながら順次切り替え、出力の選択された複数の振動子2aに対して駆動信号を供給することによりスキャンを行う。特に、針強調モード選択部111に対する操作によって、針強調モードが選択された場合には、送信部12は後述する制御部18の送信遅延生成部181の制御に基づいて、複数の素子を複数のグループにまとめる素子グルーピングを行うことにより、意図的にグレーティングローブが画像視野内に送出される送信を行う。
The
なお、グレーティングローブとは、超音波探触子2が備えた振動子2a(圧電素子)の素子ピッチ(間隔)と送信超音波の波長との関係によって生じうる副極(サイドローブ)の一種である。図3は、メインローブ方向(0°)の連続波からなる平面波を送出した際に生成するグレーティングローブを説明するための図である。グレーティングローブは、図3に示すように、超音波探触子の複数の振動子同士の間隔(素子ピッチ(l))と波長(λ)の関係により、1波長以上ずれた角度(θ)において生じる。角度(グレーティング角度)θと、送信超音波の周波数λと、素子ピッチlとの関係の詳細については後述する。
The grating lobe is a kind of sub-pole (side lobe) that can be generated by the relationship between the element pitch (interval) of the transducer 2a (piezoelectric element) provided in the
通常の超音波診断用のBモード画像データを生成するためにはグレーティングローブは不要であるが、針強調モードでは、穿刺針を好適に検出するため、素子グルーピングにより見かけ上の素子ピッチを大きくして意図的に画像視野内に生成させたグレーティングローブを用いる。素子グルーピングとは、通常1素子毎に与えられる遅延時間を、隣接する2つ以上の素子を1つの素子と見なして同一の遅延時間を与える方法である。これにより、通常の送受信では画像視野内にグレーティングローブが生成しないように設計された超音波探触子でもグレーティングローブを画像視野内に生成させることができるようになる。 A grating lobe is not required to generate B-mode image data for normal ultrasound diagnosis, but in the needle enhancement mode, the apparent element pitch is increased by element grouping in order to detect the puncture needle appropriately. A grating lobe intentionally generated in the image field is used. The element grouping is a method of giving the same delay time by regarding two or more adjacent elements as one element for the delay time usually given for each element. As a result, the grating lobe can be generated in the image field even by an ultrasonic probe designed so that the grating lobe is not generated in the image field during normal transmission and reception.
図4は、グレーティングローブとメインローブとの関係を例示した概念図である。図4に示すように、グレーティングローブはメインローブとは異なる方向に送出される。図4においては、簡単のためメインローブと左右一対のグレーティングローブのみが例示されているが、実際にはグレーティングローブは送受信される周波数に応じて、メインローブとは異なる種々の角度に生成されることとなる。 FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the grating lobe and the main lobe. As shown in FIG. 4, the grating lobe is sent in a different direction from the main lobe. In FIG. 4, for the sake of simplicity, only the main lobe and a pair of left and right grating lobes are illustrated, but actually the grating lobes are generated at various angles different from the main lobe depending on the frequency transmitted and received. It will be.
また、図5は、グレーティングローブを用いて穿刺針を検出する様子を説明するための概念図である。図5に示すように、針強調モードでは、メインローブを用いて被検体の内部構造を描出する通常のBモード画像データの生成を行うとともに、グレーティングローブを用いて被検体に刺入された穿刺針の検出を図っている。 FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining how a puncture needle is detected using a grating lobe. As shown in FIG. 5, in the needle emphasis mode, normal B-mode image data that depicts the internal structure of the subject is generated using the main lobe, and the puncture inserted into the subject using the grating lobe The needle is detected.
さらに、送信部12は、ティッシュハーモニックイメージング(THI:Tissue Harmonic Imaging)に用いる高調波成分を抽出するために、パルスインバージョン法を実施してもよい。ティッシュハーモニックイメージングとは、送信信号の基本波成分に対する高調波成分を画像化することによって、コントラストの良いBモード画像を得ることができる撮像法である。また、パルスインバージョン法とは、極性あるいは時間反転させた第1および第2のパルス信号を、所定の時間間隔をおいて送信し、それぞれに対応する受信信号を合成して基本波成分を打ち消すことにより高調波成分を強調するものである。なお、本実施の形態のパルスインバージョン法において、第1のパルス信号の複数のデューティーのうちの少なくとも1つを異ならせて極性反転させた第2のパルス信号を送信するようにしてもよい。また、第2のパルス信号は、第1のパルス信号とは時間反転させたものであってもよい。以下の説明において、第1のパルス信号の送信を第1送波、第2のパルス信号の送信を第2送波と記載することがある。また、第1送波に対応する受信信号を第1受信信号、第2送波に対応する受信信号を第2受信信号と記載することがある。
Further, the
受信部13は、制御部18の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部13は、例えば、増幅器、A/D変換回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子2a毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。A/D変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換(A/D変換)するための回路である。
The receiving
音線信号生成部14は、A/D変換された受信信号に対して整相加算を行って音線信号を生成する。図2に示すように、音線信号生成部14は、整相加算部141と、整相加算部142とを備える。整相加算部141はグレーティングローブを含まずメインローブ由来の信号のみを含む音線信号(以下、音線信号_1と記載する)を生成し、整相加算部142は各方向にグレーティングローブを含んだ音線信号(以下、音線信号_2と記載する)を生成する。なお、音線信号_1は本発明の第1音線信号に、音線信号_2は本発明の第2音線信号に、それぞれ対応している。
The sound ray
整相加算部141および整相加算部142は、上記したようにグレーティングローブが画像領域内に発生するように送出された超音波ビームに対する受信信号を受信部13から取得し、この受信信号に対して整相加算を行う。より具体的には、整相加算部141および整相加算部142は、振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算して音線データを生成する。ここで、整相加算部141と整相加算部142とは、それぞれ与える遅延時間が異なっている。
The
より詳細には、整相加算部141および整相加算部142は、以下のような処理を行う。整相加算部141は、受信信号に対して、素子グルーピングを行わない遅延時間にて整相加算を行い、音線信号_1を生成する。一方、整相加算部142は、受信信号に対して、素子グルーピングを行った遅延時間にて整相加算を行い、音線信号_2を生成する。すなわち、音線信号_2は、送信時と受信時に同数の素子グルーピングを行って生成された音線信号であり、送受信で同一方向にグレーティングローブが発生するため、メインローブ由来の成分に加えてグレーティングローブ由来の成分を含んだ音線信号となる。
More specifically, the
なお、整相加算部142は、上記した針強調モードが選択されている場合のみ動作すればよい。
The
信号処理部15は、音線信号生成部が生成した音線信号に対して種々の処理を行う回路である。図2に示すように、信号処理部15は、高調波成分抽出部151、グレーティング信号抽出部152、高エコー領域抽出部153、周波数解析部154、座標演算部155、画像生成部156を備える。
The
高調波成分抽出部151は、ティッシュハーモニックイメージングを適用する場合に、音線信号_1に対してパルスインバージョン法を実施して高調波成分を抽出する。本実施の形態では、高調波成分抽出部151は、2次高調波成分を抽出するものとする。より具体的には、高調波成分抽出部151は、第1受信信号と第2受信信号とを加算(合成)し、加算した音線信号に含まれる基本波成分を除去した上で必要に応じてフィルター処理を行うことにより2次高調波成分を抽出する。なお、ティッシュハーモニックイメージングを適用するか否かは、例えば操作入力部11に対する操作に基づいて決定されるようにしてもよいし、強制的に適用するように決定されてもよい。
When applying the tissue harmonic imaging, the harmonic
グレーティング信号抽出部152は、針強調モードが選択されている場合に、グレーティングローブ成分を含まずメインローブ成分のみを含む音線信号_1と、メインローブ成分とグレーティングローブ成分の両方を含む音線信号_2とに基づいて、グレーティングローブ成分のみを抽出する処理を行う。具体的には、グレーティング信号抽出部152は、音線信号_2から、音線信号_1に所定の係数を乗じて差し引くことにより、グレーティングローブ成分のみを含む音線信号(以下、音線信号_3と記載する)を生成する。ここで、グレーティング信号抽出部152は、音線信号_1と音線信号_2のそれぞれに含まれるメインローブ成分の強度比に応じて、音線信号_1に乗じる係数を変化させてもよいし、予め定められた固定係数を用いてもよい。
When the needle emphasis mode is selected, the grating
なお、グレーティング信号抽出部152は、高調波成分抽出部151によって加算された音線信号を用いてグレーティングローブ成分のみの抽出を行ってもよいが、ハーモニック生成の音圧依存性により音線信号_2に含まれるグレーティングローブ成分が減弱するため、加算前の音線信号、すなわち基本波信号のみを用いてグレーティングローブ成分のみの抽出を行うことが望ましい。
The grating
また、グレーティング信号抽出部152は、第1受信信号と第2受信信号の両方もしくはいずれか一方に対してグレーティングローブ成分のみの抽出処理を行うようにしてもよい。第1受信信号と第2受信信号のいずれに対して抽出処理を行うかについては、以下のように決定されればよい。すなわち、例えばS/N比を重視したい場合は両方の受信信号に対して抽出処理を行うようにし、処理負荷の低減を重視したい場合はいずれか一方の受信信号に対して抽出処理を行うようにする等、機器要求に基づいて決定されればよい。
Further, the grating
なお、S/N比を重視して第1受信信号と第2受信信号の両方について抽出処理を行う場合には、グレーティング信号抽出部152は、例えば位相情報を有する音線情報の段階で減算処理を行うことにより、2次高調波等の偶数次高調波が相殺され、基本波や奇数次高調波成分を倍加抽出することができる。この減算処理においては、(第1受信信号)−(第2受信信号)、あるいは、(第2受信信号)−(第1受信信号)のいずれが行われてもよい。メインローブより音圧の低いグレーティングローブにおいて奇数次高調波は殆ど生成されないため、上記の方法により、実質的に2倍の信号強度を有するグレーティングローブ由来の基本波信号を得ることができる。
When the extraction process is performed for both the first reception signal and the second reception signal with an emphasis on the S / N ratio, the grating
あるいは、グレーティング信号抽出部152は、第1受信信号および第2受信信号に対して検波処理を行い、位相情報を持たない絶対値信号とした後にこれを加算する方法を採用してもよい。この場合、原理的には基本波と偶数次・奇数次双方の高調波を含む信号を2倍の信号強度で得ることとなるが、前述のようにグレーティングローブにおいては音圧が低く高調波の生成が少ないため、実質的には基本波主体の受信信号を得ることができる。
Alternatively, the grating
高エコー領域抽出部153、周波数解析部154、座標演算部155は、針強調モードが選択されている場合に、グレーティング信号抽出部152が抽出した、グレーティングローブ由来の成分のみを含む音線信号_3に基づいて、穿刺針の反射エコーを抽出し、穿刺針の位置を特定する処理を行う。各構成の処理の詳細は以下の通りである。
The high echo
高エコー領域抽出部153は、音線信号_3に対して、所定のしきい値以上の強度を有する高エコー領域を抽出する処理を行う。本発明において、高エコー領域の抽出処理は必須ではないが、穿刺針の正対反射強度は多くの生体組織より高いため、高エコー領域の抽出処理は後段の周波数解析部154による周波数解析演算の負荷を軽減するのに有効である。高エコー領域の抽出処理における抽出しきい値は予め定められた固定値でもよいし、1音線分の受信信号の最大値等に基づいて適応的に決める方法のいずれでもよい。
The high echo
周波数解析部154は、音線信号_3に対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)等の周波数解析を行い、その結果を出力する。なお、周波数解析部154は、高エコー領域抽出部153が抽出した高エコー領域に対して周波数解析を行う場合、抽出された高エコー領域の周辺(時間軸における前後)領域を含めて解析を行うことが好ましい。また、周波数解析部154は、周波数解析を行う前に、間引き(デシメーション処理)を行ってもよい。なお、デシメーション処理を行う場合、周波数解析部154は、解析すべき周波数領域に影響を及ぼさない範囲で処理を行い、必要な周波数分解能を満たすように送データ数を選択する必要がある。また、抽出された高エコー領域が近接する場合、周波数解析部154は、各々が重ならないよう解析領域を設定する。ここで、周波数解析部154は、解析領域に含まれる高エコー領域数分の周波数値を出力する等の工夫を行うとより好適である。
The
座標演算部155は、穿刺針に対応する位置の座標情報を演算により求める座標演算処理を行う。穿刺針の座標情報の演算方法は、例えば以下のような方法を採用すればよい。すなわち、座標演算部155は、穿刺針によって反射されたグレーティングローブの角度と、穿刺針におけるグレーティングローブの反射点から振動子2aまでの距離情報を算出する。そして、座標演算部155は、グレーティングローブの角度と距離情報とに基づいて、穿刺針の位置に対応する候補座標を算出する。
The coordinate
グレーティングローブの角度(以下、グレーティングローブ角度と記載する)θは、送信超音波の波長と、複数の振動子2a同士の間隔(素子ピッチ)に基づいて、以下の式(1)によって求められる。 The angle of the grating lobe (hereinafter referred to as the grating lobe angle) θ is obtained by the following equation (1) based on the wavelength of the transmission ultrasonic wave and the interval (element pitch) between the plurality of transducers 2a.
式(1)において、λは送信超音波の波長、lは素子ピッチ、mはグレーティングのオーダー数であり、1以上の整数である。なお、送信部12は、上記したように送信時に素子グルーピングを行うことにより、見かけ上の素子ピッチを変化させている。具体的には、例えば0.2mmピッチの振動子2aに対して、2素子グルーピングを行った場合、見かけ上の素子ピッチを0.2mm×2=0.4mmとなる。また、3素子グルーピングを行った場合、見かけ上の素子ピッチを0.2mm×3=0.6mmとなる。超音波診断装置Sでは、このように送信時に素子グルーピングを行うことで見かけ上の素子ピッチを大きくし、これにより、式(1)に基づいて、素子グルーピングを行わない場合と比較してグレーティングローブ角度θを小さくすることができる。
In Expression (1), λ is the wavelength of the transmitted ultrasonic wave, l is the element pitch, m is the order number of the grating, and is an integer of 1 or more. The transmitting
なお、グレーティングローブはアーティファクト(虚像)の一因となるため、一般的な超音波診断装置Sにおいては、送信超音波の周波数λおよび素子ピッチがθ>90°となるように設計されており、グレーティングローブが画像視野内に発生しないように、換言すればグレーティングローブに対する反射エコーが超音波探触子2に受信されないように設計される場合が多い。しかしながら、本発明に係る超音波診断装置では、針強調モードにおいてはグレーティングローブを利用して穿刺針を検出するため、素子グルーピングを行うことにより見かけ上の素子ピッチを大きくし、θ<90°となるようにしてグレーティングローブの反射エコーを超音波探触子2で受信できるようにしている。
In addition, since the grating lobe contributes to an artifact (virtual image), the general ultrasonic diagnostic apparatus S is designed so that the frequency λ and the element pitch of the transmission ultrasonic wave are θ> 90 °, In many cases, it is designed so that the reflection probe for the grating lobe is not received by the
なお、上記式(1)において、グレーティングのオーダー数であるmについては、m=1あるいは2とすればよい。この理由は以下の通りである。 In the above formula (1), m, which is the order number of the grating, may be m = 1 or 2. The reason is as follows.
オーダー数は波長のずれ数を表し、1であれば1波長分のずれ、2であれば2波長分のずれである。より高いオーダー数でグレーティングローブを生じさせるためには送信超音波の波連長(パルス持続時間)を長くする必要がある。ここで、波連長が長いことは、グレーティングローブ同士の重なり度合いが大きいことを意味する。異なる方向に送出されるグレーティングローブ同士の重なり度合いが大きいということは、換言すれば複数のグレーティングローブが死角なく同時に送出されることを意味するため、多様な刺入角度で被検体に刺入された穿刺針からの反射エコーを受信できるようになるため、好適である。 The number of orders represents the number of shifts in wavelength. If 1, the shift is one wavelength, and if 2, the shift is two wavelengths. In order to generate grating lobes with a higher order number, it is necessary to increase the wave length (pulse duration) of the transmitted ultrasonic waves. Here, a long wave run length means that the overlapping degree of grating lobes is large. The large degree of overlap between the grating lobes sent in different directions means that multiple grating lobes are sent simultaneously without blind spots, so they can be inserted into the subject at various insertion angles. This is preferable because the reflected echo from the puncture needle can be received.
具体的には、例えば送信超音波の波形の波連長を前記超音波探触子の送信−6dB帯域の下限周波数成分の2波相当以上とすることが望ましい。これにより帯域の低周波においても1波長ずれ(グレーティングのオーダー数m=1)に対して1波長分以上の重なりを得ることができるようになり、グレーティングローブによる穿刺針反射エコー信号のS/Nを向上することができる。より具体的には特開2016−214622号公報に記載の送信方法、すなわち超音波探触子の送信周波数帯域中に広範な(ほぼ全域に亘る)周波数成分を含んでいるためグレーティングローブの死角が実質的になく、波連長が長いためグレーティングローブの重なりが大きく、かつ非線形成分の生成が制御されているためティッシュハーモニックイメージングによるBモード画質が良好である送波方法を用いることにより、Bモード画質、穿刺針検出角度範囲、穿刺針検出S/Nの全てを満たすことが可能となる。
Specifically, for example, it is desirable that the wave length of the waveform of the transmission ultrasonic wave is equal to or more than two waves of the lower limit frequency component of the
しかしながら、グレーティングのオーダー数を大きくする(3波長以上ずれるようにする)と、グレーティングローブ同士の重なりがかなり小さくなる。また、オーダー数mが大きくなるほどθも大きくなり、振動子2aの指向角感度特性の影響も受ける。このため、m=3以上のグレーティングローブは穿刺針の検出のために有用ではなく、オーダー数mとしては1または2を用いることが好適である。 However, when the order number of the grating is increased (shifted by three wavelengths or more), the overlap between the grating lobes is considerably reduced. In addition, as the order number m increases, θ increases and is affected by the directivity sensitivity characteristic of the vibrator 2a. For this reason, a grating lobe with m = 3 or more is not useful for detecting a puncture needle, and it is preferable to use 1 or 2 as the order number m.
なお、オーダー数mが1と2のいずれであるかの判別は、振動子2aの指向角感度特性に基づいて行うことができるが、さらにグルーピング数を変えた送波を2回(グルーピング数=2&3)行ったり、空間コンパウンド法を実施することで行われるステアリング送波時に角度演算を行って双方の結果から角度を特定する方法を採用したりしてもよい。 Whether the order number m is 1 or 2 can be determined based on the directivity sensitivity characteristic of the vibrator 2a. However, the transmission with the grouping number changed is performed twice (grouping number = 2 & 3) or a method of performing an angle calculation at the time of steering wave transmission performed by performing a spatial compound method and specifying an angle from both results may be adopted.
座標演算部155は、このように算出した、穿刺針によって反射されたグレーティングローブ角度と、反射点から振動子2aまでの距離情報と、に基づいて、例えば振動子2aの位置を原点とした座標系における反射点(すなわち穿刺針の位置)の座標を算出する。なお、座標演算部155は、反射点から振動子2aまでの距離情報を、超音波診断装置において従来よく知られた算出方法によって算出すればよい。
Based on the grating lobe angle reflected by the puncture needle and the distance information from the reflection point to the transducer 2a, the coordinate
このように、座標演算部155は、反射点により反射されたグレーティングローブ角度と、反射点までの距離を算出することができる。しかしながら、図4に示すようにグレーティングローブは左右対称に発生するため、グレーティングローブ成分のみを含む音線信号_3を用いても、0°方向に対して左右どちらに反射点が存在するかについては特定することができない。このため、座標演算部155は、まずメインローブの送信方向に対して左右対称に存在する穿刺針による反射点の座標を候補座標(右側の座標と左側の座標とを含む)として算出した後、左右いずれの候補座標が反射点の座標であるかを特定する必要がある。
As described above, the coordinate
本実施の形態においては、左右どちらの位置に反射点が存在するかを特定する方法として、以下の2つの方法のうちのいずれかを採用する。1つ目の方法は、針強調モードに左用と右用とを設けてユーザーに選択させることで、左右のうちの一方を特定する方法である。なお、左用の針強調モードとは、例えば左側から穿刺針が刺入される場合に使用されるべきモードであり、右用の針強調モードとは、右側から穿刺針が刺入される場合に使用されるべきモードである。左用のモードと右用のモードは、超音波診断装置Sの使用者が針強調モードを開始するときに、操作入力部11の針強調モード選択部111を操作することで選択されればよい。なお、何を基準として「左」「右」を定義するかについては本発明では特に限定しないが、例えば超音波診断画像における左側、および右側をそれぞれ「左」「右」とすればよい。
In the present embodiment, one of the following two methods is adopted as a method of specifying whether the reflection point exists at the left or right position. The first method is to specify one of the left and right by providing the user with a left enhancement and a right enhancement in the needle enhancement mode. The left needle emphasis mode is a mode that should be used when a puncture needle is inserted from the left side, for example. The right needle emphasis mode is a mode when a puncture needle is inserted from the right side. The mode to be used. The left mode and the right mode may be selected by operating the needle enhancement mode selection unit 111 of the
また、2つ目の方法は、左右の候補座標2点に対して送信超音波ビームのステアリングを行い、上記と同様の解析処理を行って得られるグレーティングローブ由来のエコー信号の周波数がステアリング角度によって異なることを利用して特定する方法である。Bモードのコントラスト・画質向上のために空間コンパウンド法を適用する場合、必然的に送信超音波ビームのステアリングを行うことになるため、2つ目の方法を採用することがより好適である。 In the second method, the transmission ultrasonic beam is steered with respect to the two left and right candidate coordinates, and the frequency of the echo signal derived from the grating lobe obtained by performing the same analysis processing as described above depends on the steering angle. It is a method of specifying by using different things. When the spatial compound method is applied to improve the contrast and image quality in the B mode, the transmission ultrasonic beam is inevitably steered. Therefore, it is more preferable to adopt the second method.
画像生成部156は、音線信号生成部14の整相加算部141が生成した音線信号_1に基づいて、包絡線検波処理や対数増幅、ゲイン調整等の後、輝度変換を行って受信信号の強さを輝度によって表したBモード画像データを生成し、画像処理変換部16に対して出力する。画像生成部156によるBモード画像データの生成処理は、針強調モードが選択されている場合と、選択されていない場合のどちらの場合においても行われる。
Based on the sound ray signal_1 generated by the
なお、針強調モードが選択されており、グレーティング信号抽出部152がグレーティングローブ成分の抽出処理を、高調波成分を用いずに基本波信号を用いて行う場合でも、画像生成部156が音線信号_1を用いて生成するBモード画像はティッシュハーモニックイメージングを適用した画像であることが好ましい。ティッシュハーモニックイメージングを適用することで、その音圧依存性により、画像生成部156が生成するBモード画像において、送信時に含まれるグレーティングローブに起因する画質低下を低減させることができる。
Note that even when the needle emphasis mode is selected and the grating
画像処理変換部16は、信号処理部15が生成した画像データに対して種々の処理を行う回路である。図2に示すように、画像処理変換部16は、直線領域抽出部161、表示画像合成部162、DSC163を有する。
The image
直線領域抽出部161は、針強調モードが選択されている場合に、複数のグレーティングローブによる反射点の座標に基づいて、音線信号_3に基づいて生成したグレーティングローブ成分のみ含む画像データから、穿刺針に対応する可能性が高い領域である直線領域を抽出する。そして、直線領域抽出部161は、抽出した直線領域に着色や輝度増幅等の強調処理を施して、穿刺針を示す針画像データを生成する。この場合、穿刺針に対応する画素の輝度、透過率や色については、穿刺角度や針の直径により最適値が異なるため、例えば操作入力部11に対する操作に応じて可変であることが好ましい。直線領域抽出部161における直線領域の抽出処理の具体的な方法としては、例えばHough変換等の特徴量抽出法を採用すればよい。
When the needle emphasis mode is selected, the straight line region extraction unit 161 punctures from image data including only the grating lobe component generated based on the sound ray signal_3 based on the coordinates of the reflection points by the plurality of grating lobes. A straight line region that is highly likely to correspond to a needle is extracted. Then, the straight line region extraction unit 161 performs enhancement processing such as coloring and luminance amplification on the extracted straight line region, and generates needle image data indicating the puncture needle. In this case, since the optimum values of the luminance, transmittance, and color of the pixel corresponding to the puncture needle vary depending on the puncture angle and the needle diameter, it is preferable that the pixel can be changed according to the operation on the
なお、抽出を容易にするため、直線領域抽出部161は、Hough変換の前に二値化処理を行うことが好ましい。また、直線領域抽出部161は、単一点でなく連続点を抽出するため、一定数以上の画素数からなる輝点を処理の対象とするような画素数フィルター処理を行ってもよい。さらに、画素数フィルターによる処理が過度になりすぎることを防止するため、直線領域抽出部161は、画素数フィルター前にガウシアンフィルター等を用いた平滑化等の抽出安定性を高める処理を行ってもよい。また、穿刺針は生体中の組織状態によって完全な直線でなく撓むことがあるため、直線領域抽出部161は、抽出した直線領域周辺に任意のウィンドウを設定し、ウィンドウ中の連続高輝度成分を穿刺針に対応する針画像データとして抽出してもよい。 In order to facilitate extraction, the straight line region extraction unit 161 preferably performs binarization processing before Hough conversion. In addition, since the straight line region extraction unit 161 extracts continuous points instead of a single point, the pixel number filtering process may be performed so that bright points having a certain number of pixels or more are processed. Furthermore, in order to prevent the processing by the pixel number filter from becoming excessive, the straight line region extraction unit 161 may perform processing for improving extraction stability such as smoothing using a Gaussian filter or the like before the pixel number filter. Good. Further, since the puncture needle may bend instead of a complete straight line depending on the tissue state in the living body, the straight line region extraction unit 161 sets an arbitrary window around the extracted straight line region, and the continuous high-luminance component in the window May be extracted as needle image data corresponding to the puncture needle.
表示画像合成部162は、Bモード画像データに針画像データを合成して針強調画像データを生成する。表示画像合成部162における合成方法については本発明では特に限定しないが、例えば、Bモード画像上に任意の透過率にて針画像データを重畳表示したオーバーレイ表示とすればよい。このようなオーバーレイ表示は、Bモード画像データにおける組織情報が失われないという観点から好ましい。
The display
DSC163は、入力された画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部17に出力する。DSC163に入力される画像データは、針強調モードが選択されていない場合にはBモード画像データであり、針強調モードが選択された場合には針強調画像データである。
The
なお、直線領域抽出部161における直線検出処理は、DSC163の処理の前後いずれで行ってもよい。例えばコンベックス方式やセクタ方式を採用した場合等、極座標変換を伴う場合には、直線検出処理はDSC163の処理の後に行われることが好ましい。
The straight line detection process in the straight line region extraction unit 161 may be performed either before or after the process of the
表示部17は、LCD(Liquid Crystal Display)、CRT(Cathode-Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electronic Luminescence)ディスプレイ、無機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部17は、DSC163から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波画像の表示を行う。
The
制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備えて構成され、ROMに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置Sの各部の動作を集中制御する。ROMは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波診断装置Sに対応するシステムプログラムおよび該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、CPUは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。RAMは、CPUにより実行される各種プログラムおよびこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
The
図2に示すように、制御部18は、送信遅延生成部181を有する。送信遅延生成部181は、駆動信号の送信タイミングを振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させる。これにより、超音波探触子2において送信される送信ビームの集束が行われる。
As illustrated in FIG. 2, the
また、送信遅延生成部181は、振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を調節することで、複数の素子を複数のグループにまとめ、グループ毎に超音波の送信を行わせる素子グルーピングを行う。グループに含まれる振動子2aの数(素子グルーピング数)については、発生するグレーティングローブの角度が穿刺針の検出に好適な角度となるように、換言すれば上記式(1)において素子ピッチlが好適な値となるように予め設定されればよく、送信遅延生成部181は設定された素子グルーピング数で送信を行わせるように遅延時間を設定すればよい。
Further, the transmission
<超音波診断装置の動作の説明>
以上、本実施の形態に係る超音波診断装置Sの構成と各構成の概要について説明した。以下では、針強調モードにおける超音波診断装置Sの動作例について説明する。図6は、針強調モードにおける超音波診断装置Sの動作例を示すフローチャートである。
<Description of operation of ultrasonic diagnostic apparatus>
The configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus S according to the present embodiment and the outline of each configuration have been described above. Hereinafter, an operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus S in the needle enhancement mode will be described. FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus S in the needle enhancement mode.
ステップS101において、制御部18は、操作入力部11に対する操作入力に基づいて、素子グルーピング数を決定する。素子グルーピング数の決定は、例えば操作入力部11を介して入力された、針強調モードの設定内容に基づいて設定されてもよい。例えば検出する穿刺角度範囲(低角度/高角度)に応じてグルーピング数を変化させる等が挙げられる。用いる超音波探触子に応じ、周波数帯域や素子の指向角感度特性が充分に広く、一種類のグルーピング数で必要な角度範囲がカバーできる場合は固定グルーピング数としても良い。
In step S <b> 101, the
ステップS102において、超音波診断装置Sの各構成は、メインローブの送信方向が0°である場合の画像生成処理を行う。 In step S102, each component of the ultrasound diagnostic apparatus S performs image generation processing when the main lobe transmission direction is 0 °.
[ステップS102の詳細]
図7は、メインローブのステア角が0°である場合の画像生成処理について説明するためのフローチャートである。以下では、図7を参照して、ステップS102の処理、すなわちメインローブのステア角が0°である場合の画像生成処理の詳細について説明する。
[Details of Step S102]
FIG. 7 is a flowchart for explaining the image generation process when the steer angle of the main lobe is 0 °. Hereinafter, with reference to FIG. 7, the details of the process of step S102, that is, the image generation process when the main lobe steer angle is 0 ° will be described.
ステップS201において、送信遅延生成部181は、メインローブの送信角度(ステア角)が0°、すなわち超音波探触子2から直進する方向に超音波ビームのメインローブが送出される場合の、複数の振動子2aそれぞれに対する遅延情報を生成する。ここで、送信遅延生成部181は、ステップS101において決定された素子グルーピング数に応じて、各振動子2aに対する遅延情報を生成する。
In step S201, the transmission
ステップS202において、送信部12は、ステップS201にて生成された遅延情報に基づく駆動信号を生成して超音波探触子2に供給し、被検体に向けて送信超音波を送信させる。
In step S202, the
ステップS203において、受信部13は、超音波探触子2が送信超音波の反射エコーに基づいて生成した受信信号を受信する。
In step S <b> 203, the
ステップS204において、整相加算部141は、受信信号に基づいて、素子グルーピングを行わない遅延時間を用いて整相加算を行い、グレーティングローブ成分が含まれない音線信号_1を生成する。
In step S204, the
ステップS205において、整相加算部142は、受信信号に基づいて、素子グルーピングを行った遅延時間を用いて整相加算を行い、グレーティングローブ成分が含まれる音線信号_2を生成する。
In step S205, the
ステップS206において、高調波成分抽出部151は、ステップS204にて生成された音線信号_1に対してパルスインバージョン法を実施し、高調波成分を抽出する。
In step S206, the harmonic
ステップS207において、画像生成部156は、抽出された高調波成分を用いてBモード画像データを生成する。すなわち、ステップS207において生成されるBモード画像データは、ティッシュハーモニックイメージングを適用した画像データである。これにより、ステップS202にて送信された送信超音波にグレーティングローブが含まれていても、ティッシュハーモニックイメージングの音圧依存性によりグレーティングローブ成分の画像データに対する影響が抑えられ、高品質の(コントラストが高く画質がよい)Bモード画像データを生成することができる。ステップS207にて生成されたBモード画像データは、図6に示すステップS105にて使用される。
In step S207, the
一方、ステップS208において、グレーティング信号抽出部152は、ステップS204にて生成された音線信号_1と、ステップS205にて生成された音線信号_2とに基づいて、グレーティングローブ成分のみが含まれる音線信号_3を生成する。
On the other hand, in step S208, the grating
ステップS209において、高エコー領域抽出部153は、音線信号_3における高エコー領域を抽出する。
In step S209, the high echo
ステップS210において、周波数解析部154は、音線信号_3に対して周波数解析を行う。
In step S210, the
ステップS211において、座標演算部155は、図6のステップS101において決定された素子グルーピング数、素子ピッチ、送信超音波の波長に基づいて、上記式(1)を用いてグレーティングローブ角度を算出する。
In step S211, the coordinate
ステップS212において、座標演算部155は、音線信号_3に基づいて、穿刺針によるグレーティングローブの反射点の候補座標を算出する。なお、上記したように、メインローブの送信方向を中心とした左右どちらに候補座標が存在するかについては、本ステップS212では特定できない。以下、ステップS212において座標演算部155が算出する左右の候補座標を、それぞれCL(左側)、CR(右側)と記載する。
In step S212, the coordinate
なお、図7に示すフローチャートでは、ステップS204〜S207の処理と、ステップS205〜S212の処理とは、同時に並行して行われてもよいし、別々に行われてもよい。 In the flowchart shown in FIG. 7, the processes in steps S204 to S207 and the processes in steps S205 to S212 may be performed in parallel or separately.
図6の説明に戻る。ステップS103において、超音波診断装置Sの各構成は、メインローブのステア角を任意のステア角x°とした場合の画像生成処理を行う。ステア角x°は超音波探触子の形状や指向角感度特性により予め定められた角度で行うことが好ましい。例えば、空間コンパウンド法を適用し、空間コンパウンドの角度が−10,0,+10°と設定されている場合、グレーティングローブ角度解析処理を行うステア角x°は−10°、+10°、あるいは両方であることが好ましい。さらに、複数のコンパウンド角度(例えば−10,0,+10°/−15,0,+15°)の中からユーザー操作等によりいずれかが選択される場合等は、針強調モード選択操作が行われる前の空間コンパウンド角度に準じてステア角が選択されることがさらに好ましい。これにより、針強調モードにおいても操作前の画像から変化のないBモード画像を得ることが可能となる。ステップS103における、メインローブのステア角を任意のステア角x°とした場合の画像生成処理の詳細について、以下図8に関連付けて説明する。 Returning to the description of FIG. In step S103, each component of the ultrasound diagnostic apparatus S performs image generation processing when the steer angle of the main lobe is an arbitrary steer angle x °. The steer angle x ° is preferably set at a predetermined angle depending on the shape of the ultrasonic probe and the directivity sensitivity characteristic. For example, when the spatial compound method is applied and the angle of the spatial compound is set to −10, 0, + 10 °, the steer angle x ° for performing the grating lobe angle analysis processing is −10 °, + 10 °, or both. Preferably there is. Further, when any one of a plurality of compound angles (for example, −10, 0, + 10 ° / −15, 0, + 15 °) is selected by a user operation or the like, before the needle emphasis mode selection operation is performed. More preferably, the steer angle is selected in accordance with the spatial compound angle. Thereby, even in the needle emphasis mode, it is possible to obtain a B-mode image that does not change from the image before the operation. Details of the image generation processing when the steer angle of the main lobe is an arbitrary steer angle x ° in step S103 will be described below in association with FIG.
[ステップS103の詳細]
図8は、メインローブのステア角がx°である場合の画像生成処理について説明するためのフローチャートである。以下では、図8を参照して、ステップS103の処理、すなわちメインローブのステア角がx°である場合の画像生成処理の詳細について説明する。
[Details of Step S103]
FIG. 8 is a flowchart for explaining the image generation process when the steer angle of the main lobe is x °. Hereinafter, with reference to FIG. 8, the details of the process of step S <b> 103, that is, the image generation process when the main lobe steer angle is x ° will be described.
ステップS301において、送信遅延生成部181は、メインローブの送信角度(ステア角)がx°、すなわち超音波探触子2からx°だけ傾いた方向に超音波ビームのメインローブが送出される場合の、複数の振動子2aそれぞれに対する遅延情報を生成する。ここで、送信遅延生成部181は、ステップS101において決定された素子グルーピング数に応じて、各振動子2aに対する遅延情報を生成する。
In step S301, the transmission
ステップS302において、送信部12は、ステップS301にて生成された遅延情報に基づく駆動信号を生成して超音波探触子2に供給し、被検体に向けて送信超音波を送信させる。
In step S302, the
ステップS303において、受信部13は、超音波探触子2が送信超音波のエコー信号に基づいて生成した受信信号を受信する。
In step S303, the
ステップS304において、整相加算部141は、受信信号に基づいて、素子グルーピングを行わない遅延時間を用いて整相加算を行い、グレーティングローブ成分が含まれない音線信号_1を生成する。
In step S304, the
ステップS305において、整相加算部142は、受信信号に基づいて、素子グルーピングを行った遅延時間を用いて整相加算を行い、グレーティングローブ成分が含まれる音線信号_2を生成する。
In step S305, the
ステップS306において、高調波成分抽出部151は、ステップS304にて生成された音線信号_1に対してパルスインバージョン法を実施し、高調波成分を抽出する。
In step S306, the harmonic
ステップS307において、画像生成部156は、抽出された高調波成分を用いてBモード画像データを生成する。すなわち、ステップS307において生成されるBモード画像データは、ティッシュハーモニックイメージングを適用した画像データである。ステップS307にて生成されたBモード画像データは、図6に示すステップS105にて使用される。
In step S307, the
一方、ステップS308において、グレーティング信号抽出部152は、ステップS304にて生成された音線信号_1と、ステップS305にて生成された音線信号_2とに基づいて、グレーティングローブ成分のみが含まれる音線信号_3を生成する。
On the other hand, in step S308, the grating
ステップS309において、座標演算部155は、図7のステップS212にて算出した、候補座標CL,CRと、素子ピッチ、素子グルーピング数、およびステア角度x°に基づいて、上記式(1)を用いて、候補座標CLを通過するグレーティングローブの角度ALと送信超音波の周波数fL、および候補座標CRを通過するグレーティングローブの角度ARと送信超音波の周波数fRを算出する。
In step S309, the coordinate
ステップS310において、座標演算部155は、音線信号_3と、周波数fL、fRとに基づいて、振動子2aから候補座標CL,CRまでのそれぞれの距離に該当する部分のエコー信号に対して周波数解析を行う。
In step S310, the coordinate
ステップS311において、座標演算部155は、周波数fLの送信超音波に対する反射エコー強度と周波数fRの送信超音波に対する反射エコー強度とを判定条件に基づいて比較し、候補座標CL,CRのいずれが穿刺針に対応する座標であるかを決定する。
In step S311, the coordinate
図6の説明に戻る。ステップS104において、直線領域抽出部161は、音線信号_3と、穿刺針に対応する座標とに基づいて、穿刺針に対応する可能性が高い領域である直線領域を抽出し、直線領域に基づいて針画像データを生成する。 Returning to the description of FIG. In step S104, the straight line region extraction unit 161 extracts a straight line region that is highly likely to correspond to the puncture needle based on the sound ray signal_3 and the coordinates corresponding to the puncture needle, and based on the straight line region. To generate needle image data.
ステップS105において、座標演算部155は、図7に示すステップS207において生成されたステア角0°のBモード画像データと、図8に示すステップS307において生成されたステア角x°のBモード画像データと、を合成して合成Bモード画像データを生成する空間コンパウンド処理を行う。
In step S105, the coordinate
ステップS106において、表示画像合成部162は、合成Bモード画像データと、針画像データとを合成して針強調画像データを生成する。
In step S <b> 106, the display
ステップS107において、表示部17は、DSC163によって走査方式が変換された針強調画像データを表示する。
In step S <b> 107, the
なお、以上説明した図6から図8のフローチャートにおいて、図6のステップS102の画像生成処理(図7に示すステップS201−S212の処理)と、図6のステップS103の画像生成処理(図8に示すステップS301−S311の処理)とは、それぞれフレーム毎に音線位置を変更して繰り返される。 6 to 8 described above, in the image generation process in step S102 in FIG. 6 (processes in steps S201 to S212 shown in FIG. 7) and the image generation process in step S103 in FIG. 6 (in FIG. 8). Steps S301 to S311 shown) are repeated by changing the sound ray position for each frame.
上記図6から図8に関連付けて説明した超音波診断装置Sの動作例において、穿刺針の左右の候補座標CL,CRのうち、送信ステア角を変化させて左右いずれかを特定する場合について説明した。ここで、操作入力部11への入力に基づいて左右いずれかを特定する方法を採用した場合、ステップS305以降の処理(メインローブのステア角がx°である場合のグレーティングローブのみ信号抽出、解析処理)は不要である。
In operation of the ultrasonic diagnostic apparatus S described in connection with FIG. 8 from FIG. 6, the left and right candidate coordinates C L of the puncture needle, of C R, when specifying the right or left by changing the transmission steer angle Explained. Here, when the method of specifying either left or right based on the input to the
また、上記図6から図8に関連付けて説明した超音波診断装置Sの動作例において、空間コンパウンドを行う場合について説明した。空間コンパウンドを行わず、操作入力部11への入力に基づいて左右いずれかを特定する方法(上記1つ目の方法)を採用した場合、図6に示すステップS103の処理は不要である。
Further, the case of performing spatial compounding has been described in the operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus S described in relation to FIGS. When the method of specifying either left or right based on the input to the
また、上記図6から図8に関連付けて説明した超音波診断装置Sの動作例において、ステア角0°とx°で2回の送受信を行って、穿刺針に対応する座標が左右の候補座標のいずれかを特定しているが、例えば−x°の送受信時にも同様の処理を行う等、より多くの送信ビームステアリングを利用して解析を行うようにしてもよい。 Further, in the operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus S described with reference to FIG. 6 to FIG. 8, the transmission / reception is performed twice at the steer angles 0 ° and x °, and the coordinates corresponding to the puncture needle are the left and right candidate coordinates. However, the analysis may be performed by using more transmission beam steering, for example, by performing the same processing at the time of transmission / reception at −x °.
<実施例>
以上、本実施の形態に係る超音波診断装置Sの各構成について説明、および超音波診断装置Sの動作例についての説明を行った。以下では、本発明を具体的に実施した場合の例(実施例)と、本発明を実施しない場合の比較例とを挙げて本発明の効果について具体的に示す。なお、以下説明する実施例はあくまで本発明の実施の一例であって、本発明はこれらに限定されない。
<Example>
In the above, each structure of the ultrasound diagnosing device S concerning this Embodiment was demonstrated, and the operation example of the ultrasound diagnosing device S was demonstrated. In the following, the effect of the present invention will be specifically described by giving an example (Example) when the present invention is specifically implemented and a comparative example when not implementing the present invention. The embodiments described below are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to these.
[設定条件]
まず、以下説明する各比較例および角実施例において使用した超音波診断装置の設定条件について説明する。
[Setting conditions]
First, setting conditions of the ultrasonic diagnostic apparatus used in each comparative example and corner example described below will be described.
図9Aおよび図9Bは、比較例および実施例に使用する超音波探触子の周波数特性を説明するための図である。図9Aは、超音波探触子の送受信の規格化感度の周波数特性を示す図であり、図9Bは、超音波探触子の送信の規格化感度の周波数特性を示す図である。 9A and 9B are diagrams for explaining the frequency characteristics of the ultrasonic probes used in the comparative example and the example. FIG. 9A is a diagram illustrating the frequency characteristics of the normalized sensitivity of transmission / reception of the ultrasonic probe, and FIG. 9B is a diagram illustrating the frequency characteristics of the normalized sensitivity of transmission of the ultrasound probe.
図9Aおよび図9Bにおいて、横軸は周波数[MHz]を、縦軸は規格化感度[dB]を示している。規格化感度の最大値は0[dB]である。 9A and 9B, the horizontal axis represents frequency [MHz], and the vertical axis represents normalized sensitivity [dB]. The maximum value of the normalized sensitivity is 0 [dB].
図9Aにおいて、送受信の−6dB感度帯域を示す送受信−6dB帯域を黒の両矢印で、送受信の−20dB感度帯域を示す送受信−20dB帯域を白の両矢印で示している。図9Aでは、送受信−20dB帯域が、4.0〜18.3[MHz]であり、送受信−6dB帯域の中心周波数FC6が、10.25[MHz]であるものとする。 In FIG. 9A, a transmission / reception −6 dB band indicating a −6 dB sensitivity band for transmission / reception is indicated by a black double arrow, and a transmission / reception −20 dB band indicating a −20 dB sensitivity band for transmission / reception is indicated by a white double arrow. In FIG. 9A, it is assumed that the transmission / reception-20 dB band is 4.0 to 18.3 [MHz], and the center frequency FC6 of the transmission / reception-6 dB band is 10.25 [MHz].
図9Bにおいて、送信の−6dB感度帯域を示す送信−6dB帯域を黒の両矢印で、送信−20dB感度帯域を示す送信−20dB帯域を白の両矢印で示している。図9Bでは、送信−20dB帯域が、3.4〜21.3[MHz]であり、−6dB送信感度帯域の下限である周波数TxFL6が、5.0[MHz]であるものとする。 In FIG. 9B, a transmission -6 dB band indicating a transmission -6 dB sensitivity band is indicated by a black double arrow, and a transmission -20 dB band indicating a transmission -20 dB sensitivity band is indicated by a white double arrow. In FIG. 9B, it is assumed that the transmission −20 dB band is 3.4 to 21.3 [MHz], and the frequency TxFL6 that is the lower limit of the −6 dB transmission sensitivity band is 5.0 [MHz].
超音波探触子の−6dB素子指向角感度特性は、5MHz=±55°、10MHz=±30°、15MHz=±20°であった。 The −6 dB element directivity sensitivity characteristics of the ultrasonic probe were 5 MHz = ± 55 °, 10 MHz = ± 30 °, and 15 MHz = ± 20 °.
送受信条件については、以下の通りである。送信は、駆動周波数=240MHz(遅延時間分解能=4.17nsec)の駆動回路を用いて行い、送信焦点距離はいずれも20mmとした。送信振動子数は、後述の比較例3のみ84素子とし、それ以外の実施例および比較例では28素子とした。また、画像視野深度はいずれも40mmとした。受信開口は深度毎に開口を変化させる、所謂ダイナミックフォーカスを用い、F値=2近傍となるよう制御して行った。 The transmission / reception conditions are as follows. Transmission was performed using a drive circuit with drive frequency = 240 MHz (delay time resolution = 4.17 nsec), and the transmission focal length was 20 mm in all cases. The number of transmission vibrators was 84 elements only in Comparative Example 3 described later, and 28 elements in the other Examples and Comparative Examples. In addition, the depth of field of image was 40 mm. The reception aperture was controlled by using a so-called dynamic focus in which the aperture is changed for each depth so that the F value is in the vicinity of 2.
高エコー領域抽出処理は、以下の実施例および比較例の全てで行った。具体的な処理内容は以下の通りである。すなわち、8bit画像輝度において輝度20以上に相当するエコー領域のみを抽出する固定しきい値法を用いて抽出を行った。 The high echo region extraction processing was performed in all of the following examples and comparative examples. The specific processing contents are as follows. That is, extraction was performed using a fixed threshold method that extracts only an echo area corresponding to a luminance of 20 or more in 8-bit image luminance.
駆動波形は、以下の通りである。後述の実施例6以外の実施例、および比較例では、図10Aおよび図10Bに示す駆動波形を用いた。図10Aは、実施例6以外の実施例および比較例における駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。また、図10Bは、実施例6以外の実施例および比較例における駆動信号のパワースペクトルを示す図である。また、図11Aは、実施例6以外の実施例および比較例における送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。また、図11Bは、実施例6以外の実施例および比較例における送信超音波のパワースペクトルを示す図である。 The drive waveform is as follows. The driving waveforms shown in FIGS. 10A and 10B were used in examples other than Example 6 described later and comparative examples. FIG. 10A is a diagram illustrating time characteristics of signal strengths of drive signals in Examples and Comparative Examples other than Example 6. FIG. 10B is a diagram showing the power spectrum of the drive signal in Examples other than Example 6 and Comparative Examples. FIG. 11A is a diagram illustrating time characteristics of signal intensity of transmission ultrasonic waves in Examples and Comparative Examples other than Example 6. Moreover, FIG. 11B is a figure which shows the power spectrum of the transmission ultrasonic wave in Examples other than Example 6, and a comparative example.
一方、実施例6のみ、図12Aおよび図12Bに示す駆動波形を用いた。図12Aは、実施例6における駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。また、図12Bは、実施例6における駆動信号のパワースペクトルを示す図である。また、図13Aは、実施例6における送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。また、図13Bは、実施例6における送信超音波のパワースペクトルを示す図である。 On the other hand, the driving waveforms shown in FIGS. 12A and 12B were used only in Example 6. FIG. 12A is a diagram illustrating the time characteristics of the signal strength of the drive signal in the sixth embodiment. FIG. 12B is a diagram illustrating the power spectrum of the drive signal in the sixth embodiment. FIG. 13A is a diagram illustrating time characteristics of signal intensity of transmission ultrasonic waves in the sixth embodiment. FIG. 13B is a diagram illustrating a power spectrum of transmission ultrasonic waves according to the sixth embodiment.
その送信音波波連長(パルス持続時間)は、−6dB送信感度帯域の下限であるTxFL6(5MHz)で換算したときの波数で各々1.48波、3.41波相当であった。換言すれば、実施例6以外の実施例、および比較例で使用した送信波形の波連長は、実施例6で使用した送信波形の波連長と比較して、長くなっている。 The transmission acoustic wave run length (pulse duration) was equivalent to 1.48 waves and 3.41 waves, respectively, when converted to TxFL6 (5 MHz), which is the lower limit of the −6 dB transmission sensitivity band. In other words, the wave lengths of the transmission waveforms used in the examples other than Example 6 and the comparative example are longer than the wave lengths of the transmission waveforms used in Example 6.
画像モードは、パルスインバージョン法によるティッシュハーモニックイメージングにて行い、第2送波は上記説明した各駆動波形を極性反転させた波形を送波した。 The image mode was performed by tissue harmonic imaging by the pulse inversion method, and the second transmission was a waveform obtained by reversing the polarity of each driving waveform described above.
空間コンパウンドによる画像合成は、以下の実施例および比較例の全てで行った。具体的には、正面への送波を0°としたときに、0,−15,+15°の方向へそれぞれ送受信を行って合成を行う、3方向空間コンパウンドを行った。 Image synthesis by spatial compounding was performed in all of the following examples and comparative examples. Specifically, when the transmission to the front was set to 0 °, three-way space compounding was performed in which transmission and reception were performed in the directions of 0, -15 and + 15 °, respectively, and synthesis was performed.
[比較例1]
上記説明した設定条件を用いて、素子グルーピングを行わない通常の送信を空間コンパウンドの各方向について行った。受信は、−15,+15°方向送信に対しては通常のBモード画像生成時と同様の遅延加算のみを行い、0°方向送信に対しては通常の整相加算と平行して穿刺針刺入方向への30°ステア受信を行った。30°ステア受信に対してはパルスインバージョン法によるBモードのティッシュハーモニックイメージングを行わず、基本波成分からなる画像を得た。ティッシュハーモニックイメージングは、第1送波の受信時のみに行った。そして、30°ステア受信のエコー信号に対して、上記説明した固定値しきい値法により高エコー領域抽出処理を行い、得られた結果を通常の処理により得られたBモード画像データに加算合成した。
[Comparative Example 1]
Using the setting conditions described above, normal transmission without element grouping was performed in each direction of the spatial compound. For the transmission at -15, + 15 ° direction, only the delay addition similar to that at the time of normal B-mode image generation is performed. 30 ° steer reception in the incoming direction was performed. For 30 ° steer reception, B-mode tissue harmonic imaging by the pulse inversion method was not performed, and an image composed of fundamental wave components was obtained. Tissue harmonic imaging was performed only when the first transmission was received. Then, high echo area extraction processing is performed on the echo signal of 30 ° steer reception using the above-described fixed value threshold method, and the obtained result is added and synthesized to the B-mode image data obtained by normal processing. did.
比較例1において、Bモード画像データについては通常と同様の処理にて生成したため良好な画像が得られた。しかしながら、穿刺針の可視性については、以下の通りであった。すなわち、空間コンパウンドによるステア送受信が穿刺針の可視化に寄与する15°では視認性は良好であったが、30°ステア受信を行っていても30°における穿刺針視認性は大きく劣化し、45°における視認性は殆どなかった。 In Comparative Example 1, since the B-mode image data was generated by the same processing as usual, a good image was obtained. However, the visibility of the puncture needle was as follows. That is, the visibility was good at 15 ° where the steer transmission / reception by the spatial compound contributes to the visualization of the puncture needle, but the visibility of the puncture needle at 30 ° greatly deteriorated even when 30 ° steer reception was performed, and 45 ° There was almost no visibility.
[比較例2]
比較例2では、0°方向送信時に行う30°ステア受信を、送信焦点を通過するよう受信開口中心を移動させて行う方法とした点を除いて、比較例1と同様にして画像を得た。比較例1と同様にBモード画像の描出や15°穿刺の視認性は問題なかったが、30°以上の穿刺角度における視認性は改善されなかった。これは、送信焦点20mmへの28素子送信に対して、送信焦点を通過する30°ステア受信を行うと受信開口中心は送信開口端部より外側となって合成波面経路から外れるためであると考えられる。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, an image was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the 30 ° steer reception performed at 0 ° direction transmission was performed by moving the center of the reception aperture so as to pass through the transmission focal point. . As in Comparative Example 1, there was no problem with the depiction of the B-mode image and the visibility of 15 ° puncture, but the visibility at a puncture angle of 30 ° or more was not improved. This is considered to be because, for 28 element transmission to the transmission
[比較例3]
比較例3では、30°送信焦点通過ステア受信の開口中心が送信開口端部より外側にならないよう、送信開口を84素子まで増加させて送受信を行った。送信開口以外の条件は、比較例2と同様である。比較例3では、受信音線が送信合成波面経路内となるため、30°における穿刺針視認性は改善した。しかしながら、45°においては大きな効果はなかった。また、送信ビームのフォーカス依存性が強くなることによって、焦点付近以外のBモード画像の画質が大きく劣化してしまった。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, transmission / reception was performed by increasing the transmission aperture to 84 elements so that the aperture center of 30 ° transmission focal point passing steer reception was not outside the transmission aperture end. Conditions other than the transmission aperture are the same as in Comparative Example 2. In Comparative Example 3, since the received sound ray is in the transmission synthetic wavefront path, the puncture needle visibility at 30 ° was improved. However, there was no significant effect at 45 °. Further, since the focus dependency of the transmission beam is increased, the image quality of the B-mode image other than the vicinity of the focal point is greatly deteriorated.
[実施例1]
以下、本発明を適用した場合の実施例について説明する。実施例1では、0°方向への送信遅延制御において、2素子グルーピングにより2素子毎に遅延時間を与え、グレーティングローブを利用した穿刺針の検出を試みている。また、実施例1では、穿刺針に対応する座標が左右の候補座標のうちのいずれであるかを、操作入力部11を介した左右限定操作によって行っている。これ以外の条件は、上記比較例1と同様である。
[Example 1]
Hereinafter, examples when the present invention is applied will be described. In the first embodiment, in transmission delay control in the 0 ° direction, a delay time is given for every two elements by two-element grouping, and detection of a puncture needle using a grating lobe is attempted. Further, in the first embodiment, whether the coordinates corresponding to the puncture needle is one of the left and right candidate coordinates is performed by a left-right limited operation via the
図14Aおよび図14Bは、素子グルーピング数と、グレーティングローブ角度と送信周波数との関係を示す図である。図14Aはオーダー数m=1、図14Bはオーダー数m=2に、それぞれ対応している。図14Aに示すように、オーダー数m=1かつ2素子グルーピングの場合、30°方向には約7.6MHzのグレーティングローブが生成され、送波成分にはこの7.6MHz成分が含まれる。換言すれば、素子グルーピング数が2の場合に、7.6MHzのグレーティングローブが受信されると、30°方向に穿刺針の候補座標が存在することになる。上記説明したしたように、グレーティングローブ成分のみを抽出することで、30°ステア受信時には穿刺針に由来するエコー信号を得ることができる。 14A and 14B are diagrams illustrating the relationship between the number of element groupings, the grating lobe angle, and the transmission frequency. FIG. 14A corresponds to the order number m = 1, and FIG. 14B corresponds to the order number m = 2. As shown in FIG. 14A, in the case of the order number m = 1 and the two-element grouping, a grating lobe of about 7.6 MHz is generated in the 30 ° direction, and the transmitted component includes this 7.6 MHz component. In other words, when the number of element groupings is 2, and a 7.6 MHz grating lobe is received, candidate coordinates for the puncture needle exist in the 30 ° direction. As described above, by extracting only the grating lobe component, an echo signal derived from the puncture needle can be obtained during 30 ° steer reception.
このため、実施例1では、比較例1でも視認できていた15°穿刺の場合に加え、30°穿刺における視認性が大きく向上した。45°穿刺における視認性は充分とは言えないものの、ティッシュハーモニックイメージングによるBモード画像データの画質劣化も生じておらず、フレームレートを低減させずに穿刺針視認性を改善することができた。 For this reason, in Example 1, in addition to the case of 15 ° puncture that was also visible in Comparative Example 1, the visibility in 30 ° puncture was greatly improved. Although the visibility at 45 ° puncture is not sufficient, the image quality of the B-mode image data due to tissue harmonic imaging did not deteriorate, and the puncture needle visibility could be improved without reducing the frame rate.
[実施例2]
実施例2では、0°方向送信時に行うステア受信を45°ステア受信とした。これ以外の条件は、上記実施例1と同様である。図14Aに示すように、オーダー数m=1かつ2素子グルーピングの場合、45°方向には約5.4MHzのグレーティングローブが生成され、送波成分にはこの5.4MHz成分が含まれる。換言すれば、素子グルーピング数が2の場合に、5.4MHzのグレーティングローブが受信されると、45°方向に穿刺針の候補座標が存在することになる。なお、45°は5MHzの−6dB指向角感度である55°よりも角度が小さいため、45°ステア受信時には穿刺針に由来するエコー信号を得ることができる。このため、比較例1でも視認できていた15°穿刺に加え、45°穿刺時の視認性が大きく向上した。30°穿刺に対する視認性は充分とは言えないものの、ティッシュハーモニックイメージングによるBモード画像データの画質劣化も生じておらず、フレームレートを低減させずに穿刺針視認性を改善することができた。
[Example 2]
In the second embodiment, the steer reception performed at the time of 0 ° direction transmission is 45 ° steer reception. The other conditions are the same as in the first embodiment. As shown in FIG. 14A, in the case of the order number m = 1 and the two-element grouping, a grating lobe of about 5.4 MHz is generated in the 45 ° direction, and the transmitted component includes this 5.4 MHz component. In other words, when the number of element groupings is 2 and a grating lobe of 5.4 MHz is received, candidate coordinates of the puncture needle exist in the 45 ° direction. Since 45 ° has a smaller angle than 55 °, which is a -6 dB directivity angle sensitivity of 5 MHz, an echo signal derived from the puncture needle can be obtained during 45 ° steer reception. For this reason, in addition to the 15 ° puncture that was also visible in Comparative Example 1, the visibility at the 45 ° puncture was greatly improved. Although the visibility for 30 ° puncture is not sufficient, the image quality of the B-mode image data due to tissue harmonic imaging has not deteriorated, and the puncture needle visibility can be improved without reducing the frame rate.
[実施例3]
実施例3では、0°方向送信時に行う受信として、2素子グルーピングによる整相加算受信とした。これ以外の条件は、上記実施例1と同様である。なお、実施例3では、メインローブに加えてグレーティングローブ由来の成分を含む基本波受信信号から、通常の整相加算により得られたメインローブ由来の成分のみなる基本波受信信号(パルスインバージョン前の第1受信信号)を減じる演算を行い、グレーティングローブ由来の成分のみを含む受信信号を得た。
[Example 3]
In the third embodiment, the reception performed at the time of 0 ° direction transmission is phasing addition reception by two-element grouping. The other conditions are the same as in the first embodiment. In the third embodiment, a fundamental wave reception signal including only a main lobe-derived component obtained by normal phasing addition from a fundamental wave reception signal including a component derived from a grating lobe in addition to the main lobe (before pulse inversion). The first received signal) is subtracted to obtain a received signal containing only components derived from the grating lobe.
また、実施例3では、比較例1と同様に固定しきい値法により高反射成分抽出処理を行い、得られた高エコー領域の周波数解析を実施し、得られた周波数の値と、図14Aに示す周波数とグレーティング角度との関係から、グレーティング角度情報を得た。このようにして得られた高エコー領域の距離情報と周波数解析による角度情報、および穿刺方向の左右限定操作に基づいて、高エコー領域における穿刺針の座標を決定する処理を繰り返して穿刺針画像を生成し、Bモード画像に加算合成した。 Further, in Example 3, as in Comparative Example 1, high reflection component extraction processing is performed by the fixed threshold method, frequency analysis of the obtained high echo area is performed, and the obtained frequency value and FIG. Grating angle information was obtained from the relationship between the frequency and the grating angle shown in FIG. Based on the distance information of the high echo area obtained in this way, the angle information by frequency analysis, and the left / right limited operation of the puncture direction, the process of determining the coordinates of the puncture needle in the high echo area is repeated to obtain the puncture needle image. Generated and added to the B-mode image.
実施例3では、送波成分には30°にグレーティングローブを生成する7.6MHz、45°にグレーティングローブを生成する5.4MHzのいずれの成分も含まれる。このため、30°および45°のいずれの角度の穿刺針に由来するエコーも受信することができる。また実施例3では、周波数解析と左右限定操作により穿刺針の位置も特定できる。このため、実施例3では、Bモード画像データを劣化させることなく、30°および45°のいずれの角度においてもフレームレートを低減させずに穿刺針の視認性を向上させることができた。なお、オーダー数m=2では、図14Bに示すように、実施例3に用いた超音波探触子2では、グレーティング角度が−6dB指向角感度角度より大幅に大きい角度となって実質的に送受信ができない(θ=90°を超えてしまい反射エコーを受信できない)ことが分かるため、m=1とm=2の判別の必要なく角度を決定できる。
In the third embodiment, the transmission component includes any component of 7.6 MHz that generates a grating lobe at 30 ° and 5.4 MHz that generates a grating lobe at 45 °. For this reason, the echo originating in the puncture needle of any angle of 30 degrees and 45 degrees can be received. In Example 3, the position of the puncture needle can also be specified by frequency analysis and left and right limited operation. For this reason, in Example 3, the visibility of the puncture needle could be improved without degrading the B-mode image data and without reducing the frame rate at any angle of 30 ° and 45 °. When the order number m = 2, as shown in FIG. 14B, in the
[実施例4]
実施例4では、0°方向送信時のみでなく、−15°および+15°の空間コンパウンドステア送受信時にも通常の整相加算受信に加えて2素子グルーピングを行った整相加算受信によるグレーティングローブ含有エコーの受信、グレーティングローブ由来のみの信号抽出、周波数解析による座標決定処理を行った。これ以外の条件は、穿刺方向の左右限定操作を行わない点を除いて上記実施例3と同様である。すなわち、実施例4では、穿刺方向の左右判別を、0°方向送信の周波数解析結果と−15°および+15°のステア送受信時の周波数解析結果を組み合わせることにより行った。
[Example 4]
In the fourth embodiment, not only at 0 ° direction transmission but also at −15 ° and + 15 ° spatial compound steer transmission / reception includes grating lobe by phasing addition reception in which 2-element grouping is performed in addition to normal phasing addition reception Echo reception, signal extraction from grating lobe only, and coordinate determination processing by frequency analysis were performed. The other conditions are the same as in Example 3 except that the left / right limited operation in the puncture direction is not performed. That is, in Example 4, the left / right discrimination of the puncture direction was performed by combining the frequency analysis result of 0 ° direction transmission and the frequency analysis result at the time of steer transmission / reception of −15 ° and + 15 °.
具体的には、0°方向のグレーティングローブ由来の信号に対して周波数解析を行った場合に、7.6MHzの周波数が得られれば穿刺針角度が30°であることが分かるが、左右いずれかを決定することはできない。しかしながら、例えば+15°送受信時(表示画面上左向き)において、0°方向と同様にグレーティングローブの周波数解析を行うことにより、同一距離からのグレーティングローブ由来エコーの周波数が5.4MHzであれば、+15°送受信とのなす角が45°であることが分かるため、穿刺針の位置は表示画面上右側であると判別できる。一方、穿刺針が表示画面上左側にあるとすると、+15°送受信とのなす角が15°となるため、5.4MHzのグレーティングローブ由来エコーは得られない。このため、穿刺針の位置は表示画面上左側ではないと判別できる。 Specifically, when frequency analysis is performed on a signal derived from a grating lobe in the 0 ° direction, it can be seen that if a frequency of 7.6 MHz is obtained, the puncture needle angle is 30 °. Cannot be determined. However, for example, at the time of + 15 ° transmission / reception (toward the left on the display screen), if the frequency of the grating lobe derived from the same distance is 5.4 MHz by performing the frequency analysis of the grating lobe in the same manner as the 0 ° direction, +15 Since the angle between the transmission and reception is 45 °, it can be determined that the position of the puncture needle is on the right side on the display screen. On the other hand, if the puncture needle is on the left side of the display screen, the angle formed by the + 15 ° transmission / reception is 15 °, and therefore a 5.4 MHz grating lobe-derived echo cannot be obtained. For this reason, it can be determined that the position of the puncture needle is not on the left side of the display screen.
このように、実施例4では、Bモード画像データの画質を劣化させることなく、また左右の限定操作の必要もなく、フレームレートを低減させずに任意の角度に対して穿刺針視認性を向上させることができた。 Thus, in Example 4, the image quality of the B-mode image data is not deteriorated, and there is no need for the left and right limited operations, and the puncture needle visibility is improved at any angle without reducing the frame rate. I was able to.
[実施例5]
実施例5では、穿刺針画像生成時にHough変換による直線抽出処理を行い、Bモード画像データにこれを合成した。これ以外の条件は、上記実施例4と同様である。このような直線抽出処理によって、高エコー領域において、直線でない組織由来の画像合成が抑制されるため、実施例4と比較して穿刺針の視認性が向上した。
[Example 5]
In Example 5, straight line extraction processing by Hough transformation was performed at the time of puncture needle image generation, and this was combined with B-mode image data. The other conditions are the same as in Example 4. By such straight line extraction processing, image synthesis derived from tissue that is not a straight line is suppressed in the high echo area, and thus the visibility of the puncture needle is improved as compared with Example 4.
[実施例6]
実施例6では、上記したように、送信波形を図12A,12Bおよび図13Aおよび図13Bに示す送信波形を用いた。実施例6にて用いた送信波形は、図10A,10Bおよび図11A,11Bに示す比較例1〜3および実施例1〜5にて用いた送信波形と比較して、波連長が短くなっている。これ以外の条件は、上記実施例4と同様である。
[Example 6]
In Example 6, as described above, the transmission waveforms shown in FIGS. 12A and 12B and FIGS. 13A and 13B were used. The transmission waveform used in Example 6 has a shorter wave run length than the transmission waveforms used in Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 5 shown in FIGS. 10A and 10B and FIGS. 11A and 11B. ing. The other conditions are the same as in Example 4.
実施例6では、グレーティグローブの受信に必要な周波数成分が送信波形に含まれており、実施例4と同様の効果を得られる。送信波形の波連長が短くなったことによって、1波長ずれ合成波面である穿刺針による反射グレーティングローブのエコー強度が小さくなり、穿刺針視認性が実施例4と比較して若干低下している。しかしながら、比較例1から3と比較すれば、穿刺針視認性は大きく改善されている。 In the sixth embodiment, the frequency component necessary for receiving the grayy glove is included in the transmission waveform, and the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. As the wave length of the transmission waveform is shortened, the echo intensity of the reflection grating lobe by the puncture needle which is the combined wavefront of one wavelength shift is reduced, and the puncture needle visibility is slightly lowered as compared with the fourth embodiment. . However, compared with Comparative Examples 1 to 3, the puncture needle visibility is greatly improved.
<画質評価>
上記説明した比較例1〜3、および実施例1〜6の駆動信号および送信超音波の各種指標値と、超音波診断装置Sにおける、当該駆動信号および送信超音波を用いて生成された画像データの超音波画像の画質評価結果を以下の表1に示す。
<Image quality evaluation>
Various index values of the drive signals and transmission ultrasonic waves of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 6 described above, and image data generated using the drive signals and transmission ultrasonic waves in the ultrasonic diagnostic apparatus S The image quality evaluation results of the ultrasonic images are shown in Table 1 below.
上記表1において、「画像評価結果」欄の「穿刺針可視性」欄における、穿刺針の可視性の評価は、以下のように行った。すなわち、24ゲージ穿刺針を用いて、穿刺角度が任意可変の穿刺ガイドを用いてスライスの中心を確保しながら、豚腿肉に穿刺を行い、この場合の穿刺針視認性を、超音波ガイド下で穿刺手技を行う整形外科医10人が10点満点で採点した。最終的に、その平均値を穿刺針可視性の画像評価結果とした。 In Table 1 above, the visibility of the puncture needle in the “Puncture Needle Visibility” column of the “Image Evaluation Result” column was evaluated as follows. That is, using a 24-gauge puncture needle, puncture the pork thigh meat while securing the center of the slice using a puncture guide whose puncture angle is arbitrarily variable. Ten orthopedic surgeons performing a puncture procedure on a scoring scale scored out of 10 points. Finally, the average value was used as the image evaluation result of the puncture needle visibility.
また、上記表1において「Bモード画質」欄に示すBモード画像データの画質の評価は、以下のように行った。すなわち、穿刺針可視性評価とは別に、同一条件にて同一被験者の肩回旋腱板を観察した。この場合の描出性を、穿刺針の可視性と同様に、整形外科医10人が10点満点で採点した。最終的に、その平均値をBモード画像画質の評価結果とした。 In addition, the evaluation of the image quality of the B-mode image data shown in the “B-mode image quality” column in Table 1 was performed as follows. That is, apart from the puncture needle visibility evaluation, the same subject's shoulder rotator cuff was observed under the same conditions. As with the visibility of the puncture needle, 10 orthopedic surgeons scored 10 points out of 10 in this case. Finally, the average value was used as the evaluation result of the B-mode image quality.
また、上記表1において「総合スコア」欄に示す総合的な評価は、Bモード画像データの画質、および穿刺針視認性の評価に加え、左右限定操作の要否も加味した際の総合的な評価を、整形外科医10人が10点満点で採点し、その平均値を総合スコアとした。 In addition, the comprehensive evaluation shown in the “Comprehensive Score” column in Table 1 above is a comprehensive evaluation in consideration of the necessity of the right / left limited operation in addition to the evaluation of the image quality of the B-mode image data and the puncture needle visibility. Evaluation was made by 10 orthopedic surgeons on a 10-point scale, and the average value was taken as the total score.
これら「画像評価結果欄」と「総合スコア」欄の評価基準は、以下の通りである。
10:組織状態の把握に対して申し分ない程度の描出性
8:組織状態の把握に対して実用上問題ない程度の描出性
6:良好ではないが組織状態の把握は可能な程度の描出性
4:組織状態の把握に支障がある程度の描出性
2:組織状態の把握が困難な程度の描出性
The evaluation criteria of these “image evaluation result column” and “total score” column are as follows.
10: Descriptive performance that is satisfactory for grasping the organizational status 8: Descriptive capability that is practically acceptable for grasping the organizational status 6: Descriptive capability that is not satisfactory but is capable of grasping the organizational status 4 : Rendering ability with a certain degree of difficulty in grasping the organizational state 2: Rendering ability to the extent that it is difficult to grasp the organizational state
以上説明したように、本発明に係る超音波診断装置Sの実施例1〜6によれば、素子グルーピングを行わず、グレーティングローブを利用しない比較例1〜3と比較して、フレームレートを低減させずに穿刺針の視認性が大きく改善された。同時に、Bモード画像データはティッシュハーモニックイメージングを利用したメインローブ受信信号に基づいて生成しているため、実施例1〜6のいずれにおいても良好な画質のBモード画像データを得ることができた。換言すれば、素子グルーピングによりグレーティングローブが画像視野内に発生するような送信方法を採用したことによる、Bモード画像データの画質への悪影響は特に見られなかった。 As described above, according to the first to sixth embodiments of the ultrasonic diagnostic apparatus S according to the present invention, the frame rate is reduced as compared with the first to third comparative examples that do not perform element grouping and do not use a grating lobe. The visibility of the puncture needle was greatly improved without doing so. At the same time, since the B-mode image data is generated based on the main lobe reception signal using tissue harmonic imaging, B-mode image data with good image quality could be obtained in any of Examples 1 to 6. In other words, there was no particular adverse effect on the image quality of the B-mode image data due to the adoption of a transmission method in which grating lobes are generated in the image field by element grouping.
0°方向送信時に30°ステア受信とした実施例1では30°における穿刺針視認性が、45°ステア受信とした実施例2では45°における穿刺針視認性が、それぞれ大きく向上した。また、0°方向送信時の受信を2素子グルーピングによる整相加算受信とした実施例3〜6では、30°および45°の両方における穿刺針視認性が向上した。 In Example 1 in which 30 ° steer reception was performed at 0 ° direction transmission, the puncture needle visibility at 30 ° was greatly improved, and in Example 2 in which 45 ° steer reception was performed, the puncture needle visibility at 45 ° was greatly improved. Further, in Examples 3 to 6 in which the reception at the time of 0 ° direction transmission was phasing addition reception by two-element grouping, the puncture needle visibility at both 30 ° and 45 ° was improved.
さらに、実施例4〜6では、空間コンパウンドステア送受信時の異なる2方向の整相加算受信を利用することで、穿刺針が左右いずれの方向に存在するかを判別することができた。実施例5では、Hough変換により直線検出を行うことにより、全体的な穿刺針の視認性が向上した。実施例6では、波連長が短い送信波形を用いて実施例4と同様の送受信を行ったところ、波連長が短くなったことにより視認性が実施例4と比較して多少低下したものの、比較例1〜3と比較すると大きく改善された。 Furthermore, in Examples 4 to 6, it was possible to determine in which direction the puncture needle exists in the left or right direction by utilizing two different phasing addition receptions during spatial compound steer transmission / reception. In Example 5, the overall visibility of the puncture needle was improved by performing straight line detection by Hough conversion. In Example 6, transmission / reception similar to that of Example 4 was performed using a transmission waveform having a short wave length, but the visibility was somewhat reduced compared to Example 4 because the wave length was shortened. Compared with Comparative Examples 1 to 3, it was greatly improved.
<作用・効果>
本発明の超音波診断装置は、例えば穿刺針等の鏡面反射体が刺入される被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備えた超音波診断装置であって、駆動信号を生成して前記超音波探触子の有する複数の振動子のそれぞれに対して出力することにより、前記振動子から前記送信超音波を送信させる送信部と、画像視野内にメインローブに加えてグレーティングローブが発生するように、前記駆動信号の遅延時間を前記振動子毎に制御する送信遅延生成部と、前記複数の振動子のそれぞれから受信信号を受信する受信部と、前記複数の振動子からの受信信号を整相加算して音線信号を生成する音線信号生成部と、前記音線信号から前記グレーティングローブに由来する成分のみを抽出し、当該グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号に基づいて、当該グレーティングローブの角度、および、当該グレーティングローブが前記鏡面反射体によって反射した反射点までの距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体の位置に対応した座標情報を生成する信号処理部と、前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号および前記座標情報に基づいて、前記鏡面反射体を示す鏡面反射体画像データを生成する画像処理変換部と、を有する。
<Action and effect>
The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe that transmits transmission ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves toward a subject into which a specular reflector such as a puncture needle is inserted. An ultrasonic diagnostic apparatus, which generates a drive signal and outputs it to each of a plurality of transducers included in the ultrasonic probe, thereby transmitting the transmission ultrasonic wave from the transducer; A transmission delay generation unit that controls the delay time of the drive signal for each transducer so that a grating lobe is generated in addition to the main lobe in the image field, and a reception signal is received from each of the plurality of transducers. Only a component derived from the grating lobe is extracted from the sound ray signal, a sound ray signal generating portion that generates a sound ray signal by phasing and adding reception signals from the plurality of transducers, Gratingro Based on the sound ray signal including only the component derived from the sphere, the angle information of the grating lobe and the distance information to the reflection point where the grating lobe is reflected by the specular reflector are calculated. Based on a signal processing unit that generates coordinate information corresponding to the position of the specular reflector, a sound ray signal including only a component derived from the grating lobe, and the coordinate information, the specular reflection indicating the specular reflector An image processing conversion unit that generates body image data.
また、本発明の超音波診断装置によれば、前記送信遅延生成部は、隣接する所定数の振動子から同時に送信超音波が送信されるように前記遅延時間を制御する。 Further, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the transmission delay generation unit controls the delay time so that transmission ultrasonic waves are transmitted simultaneously from a predetermined number of adjacent transducers.
また、本発明の超音波診断装置によれば、前記音線信号生成部は、前記受信信号に対して前記送信遅延生成部が与えた前記遅延時間を用いずに整相加算を行い、前記グレーティングローブに由来する成分を含まない第1音線信号を生成する第1整相加算部と、前記受信信号に対して前記送信遅延生成部が与えた前記遅延時間を用いて整相加算を行い、前記グレーティングローブに由来する成分を含む第2音線信号を生成する第2整相加算部と、を有する。 Further, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the sound ray signal generation unit performs phasing addition on the received signal without using the delay time provided by the transmission delay generation unit, and the grating A first phasing addition unit that generates a first sound ray signal that does not include a component derived from a lobe, and performing phasing addition using the delay time provided by the transmission delay generation unit to the reception signal; A second phasing addition unit that generates a second sound ray signal including a component derived from the grating lobe.
また、本発明の超音波診断装置によれば、前記信号処理部は、前記第1音線信号および前記第2音線信号に基づいて、前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号を生成するグレーティング信号抽出部を有する。 According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the signal processing unit outputs a sound ray signal including only a component derived from the grating lobe based on the first sound ray signal and the second sound ray signal. A grating signal extraction unit to be generated is included.
また、本発明の超音波診断装置によれば、前記信号処理部は、前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号に対して周波数解析を行う周波数解析部と、前記周波数解析の結果に基づいて前記グレーティングローブの角度および前記距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体の座標情報を生成する座標演算部と、を有する。 Further, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the signal processing unit includes a frequency analysis unit that performs frequency analysis on a sound ray signal including only components derived from the grating lobe, and a result of the frequency analysis. And a coordinate calculation unit that calculates the angle of the grating lobe and the distance information, and generates coordinate information of the specular reflector based on the angle and distance information.
このような構成により、画像視野内にグレーティングローブが生成される送信を行い、受信信号に対して、グレーティングローブに由来する信号のみを抽出し、反射点の位置を鏡面反射体の位置として、鏡面反射体に対応する針画像データを生成することができる。これにより、フレームレートを低下させずに、鏡面反射体の視認性を向上させることができる。 With such a configuration, transmission is performed in which a grating lobe is generated in the image field of view, and only the signal derived from the grating lobe is extracted from the received signal, and the position of the reflection point is set as the position of the specular reflector. Needle image data corresponding to the reflector can be generated. Thereby, the visibility of the specular reflector can be improved without reducing the frame rate.
また、本発明の超音波診断装置において、前記信号処理部は、前記第1音線信号に基づいて被検体の内部を示すBモード画像データを生成する画像生成部を有し、前記画像処理変換部は、前記Bモード画像データと前記鏡面反射体画像データとを合成する表示画像合成部を有する。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the signal processing unit includes an image generation unit that generates B-mode image data indicating the inside of the subject based on the first sound ray signal, and the image processing conversion The unit includes a display image synthesis unit that synthesizes the B-mode image data and the specular reflector image data.
また、本発明の超音波診断装置において、前記画像処理変換部は、前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号および前記座標情報に基づいて直線領域を抽出し、当該直線領域を前記鏡面反射体画像データとする直線領域抽出部を有する。 Further, in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the image processing conversion unit extracts a straight line region based on a sound ray signal including only components derived from the grating lobe and the coordinate information, and the straight line region is extracted from the mirror surface. It has a straight line region extraction unit for reflecting body image data.
このような構成により、精度よく鏡面反射体画像データ(針画像データ)を生成することができるとともに、直線領域を強調した画像データを生成することで、鏡面反射体の位置を認識しやすい合成画像データを生成することができる。 With such a configuration, it is possible to generate specular reflector image data (needle image data) with high accuracy and to generate a composite image that easily recognizes the position of the specular reflector by generating image data that emphasizes a linear region. Data can be generated.
また、本発明の超音波診断装置において、前記信号処理部は、前記第1音線信号から高調波成分を抽出する高調波成分抽出部をさらに有し、前記画像生成部は、前記高調波成分に基づいて前記Bモード画像データを生成する。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the signal processing unit further includes a harmonic component extraction unit that extracts a harmonic component from the first sound ray signal, and the image generation unit includes the harmonic component. The B-mode image data is generated based on the above.
このような構成により、グレーティングローブが画像視野内に発生する送信を行っても、高調波成分を用いてBモード画像データを生成するティッシュハーモニックイメージングによって、画質の良好なBモード画像データを生成することができる。すなわち、鏡面反射体の視認性向上と、Bモード画像データの画質向上とを両立させることができる。 With such a configuration, even when transmission is performed in which the grating lobe is generated in the image field, B-mode image data with good image quality is generated by tissue harmonic imaging that generates B-mode image data using harmonic components. be able to. That is, it is possible to improve both the visibility of the specular reflector and the image quality of the B-mode image data.
また、本発明の超音波診断装置において、前記座標演算部は、1の送信方向に送信された送信超音波に対する受信信号と、異なる送信方向に送信された送信超音波に対する受信信号とに基づいて、左右対称に送信されるグレーティングローブにより生成される前記鏡面反射体の左右の候補座標のうちのいずれかを前記鏡面反射体の座標として特定する。 Moreover, in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the coordinate calculation unit is based on a reception signal for a transmission ultrasonic wave transmitted in one transmission direction and a reception signal for a transmission ultrasonic wave transmitted in a different transmission direction. Then, one of the left and right candidate coordinates of the specular reflector generated by the grating lobes transmitted symmetrically is specified as the coordinates of the specular reflector.
このような構成により、左右の候補座標のうちいずれかを選択せずとも、鏡面反射体の座標を特定することができる。 With such a configuration, the coordinates of the specular reflector can be specified without selecting any of the left and right candidate coordinates.
また、本発明の超音波診断装置において、前記送信部は、前記送信超音波の−20dBの比帯域を110%以上とする。 In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the transmission unit sets a -20 dB ratio band of the transmission ultrasonic wave to 110% or more.
このような構成により、広い角度範囲、より具体的には中心周波数が10MHzの場合、約5〜約15MHzの周波数領域に亘って送受信が可能となる。また、このような構成により、15MHzでのグレーティング角度をθとした場合、θ〜3θの角度範囲内にあるグレーティングローブ信号を送受信できるようになるため、実用的な穿刺角度範囲をほぼカバーすることが可能となる。 With such a configuration, transmission / reception is possible over a wide angular range, more specifically, in a frequency range of about 5 to about 15 MHz when the center frequency is 10 MHz. In addition, with such a configuration, when the grating angle at 15 MHz is θ, a grating lobe signal within the angle range of θ to 3θ can be transmitted and received, so that the practical puncture angle range is almost covered. Is possible.
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲の記載範囲内において、当業者が想到できる各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to this example. Various changes or modifications that can be conceived by those skilled in the art within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention. In addition, the constituent elements in the above embodiments may be arbitrarily combined within the scope not departing from the spirit of the disclosure.
上記した実施の形態では、鏡面反射体の一例として穿刺針を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばカテーテル等にも適用することができる。 In the above-described embodiment, the puncture needle is illustrated as an example of the specular reflector, but the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a catheter or the like.
本発明は、穿刺針等の鏡面反射体をリアルタイムで描出する超音波診断装置に好適である。 The present invention is suitable for an ultrasonic diagnostic apparatus that renders a specular reflector such as a puncture needle in real time.
S 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
11 操作入力部
111 針強調モード選択部
12 送信部
13 受信部
14 音線信号生成部
141 整相加算部
142 整相加算部
15 信号処理部
151 高調波成分抽出部
152 グレーティング信号抽出部
153 高エコー領域抽出部
154 周波数解析部
155 座標演算部
156 画像生成部
16 画像処理変換部
161 直線領域抽出部
162 表示画像合成部
163 DSC
17 表示部
18 制御部
181 送信遅延生成部
2 超音波探触子
2a 振動子
3 ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS S Ultrasonic
17
Claims (13)
駆動信号を生成して前記超音波探触子の有する複数の振動子のそれぞれに対して出力することにより、前記振動子から前記送信超音波を送信させる送信部と、
画像視野内にメインローブに加えてグレーティングローブが発生するように、前記駆動信号の遅延時間を前記振動子毎に制御する送信遅延生成部と、
前記複数の振動子のそれぞれから受信信号を受信する受信部と、
前記複数の振動子からの受信信号を整相加算して音線信号を生成する音線信号生成部と、
前記音線信号から前記グレーティングローブに由来する成分のみを抽出し、当該グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号に基づいて、当該グレーティングローブの周波数、角度、および、当該グレーティングローブが前記鏡面反射体によって反射した反射点までの距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体の位置に対応した座標情報を生成する信号処理部と、
前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号および前記座標情報に基づいて、前記鏡面反射体を示す鏡面反射体画像データを生成する画像処理変換部と、
を有する超音波診断装置。 An ultrasonic diagnostic apparatus comprising an ultrasonic probe that transmits transmission ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves toward a subject into which a specular reflector is inserted,
A transmitter for transmitting the transmission ultrasonic wave from the transducer by generating a drive signal and outputting it to each of the plurality of transducers included in the ultrasound probe;
A transmission delay generator for controlling the delay time of the drive signal for each transducer so that a grating lobe is generated in addition to the main lobe in the image field;
A receiving unit that receives a reception signal from each of the plurality of transducers;
A sound ray signal generation unit that generates a sound ray signal by phasing and adding reception signals from the plurality of vibrators;
Only the component derived from the grating lobe is extracted from the sound ray signal, and based on the sound ray signal including only the component derived from the grating lobe, the frequency, angle, and the grating lobe of the grating lobe are the mirror surface. Calculating a distance information to a reflection point reflected by the reflector, and generating a coordinate information corresponding to the position of the specular reflector based on the angle and the distance information;
An image processing conversion unit that generates specular reflector image data indicating the specular reflector based on the sound ray signal including only the component derived from the grating lobe and the coordinate information;
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項1に記載の超音波診断装置。 The transmission delay generation unit performs element grouping for controlling the delay time so that transmission ultrasonic waves are transmitted simultaneously from a predetermined number of adjacent transducers.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記受信信号に対して前記送信遅延生成部が前記素子グルーピングを行わない遅延時間を用いて整相加算を行い、前記グレーティングローブに由来する成分を含まない第1音線信号を生成する第1整相加算部と、
前記受信信号に対して前記送信遅延生成部が前記素子グルーピングを行った遅延時間を用いて整相加算を行い、前記グレーティングローブに由来する成分を含む第2音線信号を生成する第2整相加算部と、
を有する、
請求項2に記載の超音波診断装置。 The sound ray signal generator is
The transmission delay generation unit performs phasing addition on the reception signal using a delay time during which the element grouping is not performed, and generates a first sound ray signal that does not include a component derived from the grating lobe. A phase adder;
Second phasing for generating a second sound ray signal including a component derived from the grating lobe by performing phasing addition on the received signal using a delay time in which the transmission delay generating unit performs the element grouping. An adder;
Having
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2.
請求項3に記載の超音波診断装置。 The signal processing unit includes a grating signal extraction unit that generates a sound ray signal including only a component derived from the grating lobe based on the first sound ray signal and the second sound ray signal.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
前記グレーティングローブに由来する成分のみを含む音線信号に対して周波数解析を行う周波数解析部と、
前記周波数解析の結果に基づいて前記グレーティングローブの角度および前記距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体の座標情報を生成する座標演算部と、
を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 The signal processing unit
A frequency analysis unit that performs frequency analysis on a sound ray signal including only components derived from the grating lobes;
A coordinate calculation unit that calculates the angle of the grating lobe and the distance information based on the result of the frequency analysis, and generates coordinate information of the specular reflector based on the angle and distance information;
5. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, comprising:
前記画像処理変換部は、前記Bモード画像データと前記鏡面反射体画像データとを合成する表示画像合成部を有する、
請求項3に記載の超音波診断装置。 The signal processing unit includes an image generation unit that generates B-mode image data indicating the inside of the subject based on the first sound ray signal,
The image processing conversion unit includes a display image combining unit that combines the B-mode image data and the specular reflector image data.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
請求項6に記載の超音波診断装置。 The image processing conversion unit extracts a linear region based on the sound ray signal including only the component derived from the grating lobe and the coordinate information, and uses the linear region as the specular reflector image data. Have
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6.
前記画像生成部は、前記高調波成分に基づいて前記Bモード画像データを生成する、
請求項6に記載の超音波診断装置。 The signal processing unit further includes a harmonic component extraction unit that extracts a harmonic component from the first sound ray signal,
The image generation unit generates the B-mode image data based on the harmonic component;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6.
前記周波数解析部は、前記高エコー領域に対してのみ前記周波数解析を行う、
請求項5に記載の超音波診断装置。 The signal processing unit further includes a high echo region extraction unit that extracts a high echo region having an intensity equal to or higher than a predetermined threshold for a sound ray signal including only a component derived from the grating lobe,
The frequency analysis unit performs the frequency analysis only on the high echo area.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5.
請求項5に記載の超音波診断装置。 The coordinate calculation unit is generated by grating lobes transmitted symmetrically based on a reception signal for a transmission ultrasonic wave transmitted in one transmission direction and a reception signal for a transmission ultrasonic wave transmitted in a different transmission direction. Identify any of the left and right candidate coordinates of the specular reflector as the coordinates of the specular reflector,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5.
請求項1から10のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 The transmission unit has a -20 dB ratio band of the transmission ultrasonic wave of 110% or more.
The ultrasonic diagnostic apparatus as described in any one of Claim 1 to 10.
請求項1から11のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 The transmission unit sets the wave length of the waveform of the transmission ultrasonic wave to be equal to or more than two waves of the lower limit frequency component of the transmission-6 dB band of the ultrasonic probe,
The ultrasonic diagnostic apparatus as described in any one of Claims 1-11.
画像視野内にメインローブに加えてグレーティングローブが発生するように、遅延時間を前記超音波探触子の有する複数の振動子毎に制御した駆動信号を前記超音波探触子の有する複数の振動子のそれぞれに対して出力して前記振動子から前記送信超音波を送信させ、
前記複数の振動子からの受信信号を整相加算して音線信号を生成し、
前記音線信号から前記グレーティングローブに由来する成分のみを抽出し、当該グレーティングローブに由来する成分のみ含む音線信号に基づいて、当該グレーティングローブの角度、および、当該グレーティングローブが前記鏡面反射体によって反射した反射点までの距離情報を算出し、当該角度および距離情報に基づいて前記鏡面反射体を示す鏡面反射体画像データを生成する、
鏡面反射体画像生成方法。 A method for generating a specular reflector image in an ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe that transmits transmission ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves toward a subject into which a specular reflector is inserted,
A plurality of vibrations of the ultrasonic probe having a drive signal in which a delay time is controlled for each of the plurality of vibrators of the ultrasonic probe so that a grating lobe is generated in addition to the main lobe in the image field. Outputting to each of the children to transmit the transmission ultrasonic wave from the vibrator,
A sound ray signal is generated by phasing and adding reception signals from the plurality of vibrators,
Only the component derived from the grating lobe is extracted from the sound ray signal, and based on the sound ray signal including only the component derived from the grating lobe, the angle of the grating lobe and the grating lobe are reflected by the specular reflector. Calculating distance information to the reflected reflection point, and generating specular reflector image data indicating the specular reflector based on the angle and distance information;
Specular reflector image generation method.
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