JP2023006198A - 超音波診断装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波診断装置及びプログラムに関する。
超音波診断装置により実行される受信ビームフォーミング(Beamforming)技術として、「遅延加算(Delay and Sum(DAS))」が一般的に用いられている。近年、DAS方式とは異なる様々な方式が提案されている。例えば、「Minimum Variance Beamforming」、「Coherence Factor Imaging」、「Delay Multiply and Sum Beamforming(DMAS)」等の方式が知られている。このうち、DMASでは、異なる素子(圧電振動子、圧電素子)から出力された信号の乗算及び加算が行われる。
ここで、上述したように、DMASでは、異なる素子から出力された信号の乗算が行われる。このため、DMASが用いられて得られる超音波画像データには、DASが用いられて得られる超音波画像データと比較して、出力信号において信号間の時間のずれ(時間差、位相差)が鋭敏に反応し、例えば、スペックルパターン(スペックルノイズ)の振幅変動がより大きくなる、などとして現われる。すなわち、DMASが用いられて得られる超音波画像データには、DASが用いられて得られる超音波画像データと比較して、スペックルパターンが強調されて表れる。このように、DMASでは、信号の乗算が行われるため、スペックルエコーの振幅変動が大きくなるので、コントラスト分解能が低下する。
The Delay Multiply and Sum Beamforming Algorithm in Ultrasound B-Mode Medical Imaging, IEEE Transaction 2015.
Enhanced Ultrasound Harmonic Imaging Using the Filtered-Delay Multiply and Sum Beamformer, IEEE Conference Paper 2017.
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、ビームフォーミングの方式として、信号の乗算及び加算を行う方式が用いられる場合に、スペックルパターンの発生を抑制することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。
実施形態の超音波診断装置は、複数の素子から出力された複数の受信信号のうち、異なる素子間で受信信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式を実行する。実施形態の超音波診断装置は、重み計算部と適用部とを備える。重み計算部は、前記乗算された受信信号間の相関に基づいて、重み係数を計算する。適用部は、前記重み係数を、前記乗算の結果得られた信号に適用する。
以下、図面を参照しながら、実施形態及び変形例に係る超音波診断装置及びプログラムを説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置1の構成例を示すブロック図である。図1に例示するように、第1の実施形態に係る超音波診断装置1は、装置本体100と、超音波プローブ101と、入力装置102と、ディスプレイ103とを有する。第1の実施形態では、超音波診断装置1は、超音波プローブ101の複数の素子から出力された複数の受信信号のうち、異なる素子間で受信信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式であるDMAS方式を実行する。
図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置1の構成例を示すブロック図である。図1に例示するように、第1の実施形態に係る超音波診断装置1は、装置本体100と、超音波プローブ101と、入力装置102と、ディスプレイ103とを有する。第1の実施形態では、超音波診断装置1は、超音波プローブ101の複数の素子から出力された複数の受信信号のうち、異なる素子間で受信信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式であるDMAS方式を実行する。
超音波プローブ101は、例えば、複数の素子(圧電振動子、圧電素子)を有する。これら複数の素子は、装置本体100が有する送受信回路110の送信回路111から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。具体的には、複数の素子は、送信回路111により電圧(送信駆動電圧)が印可されることにより送信駆動電圧に応じた波形の超音波を発生する。駆動信号が示す送信駆動電圧の波形が、複数の素子に印可される電圧の波形である。すなわち、超音波プローブ101は、印可された送信駆動電圧の大きさの応じた超音波を送信する。また、超音波プローブ101は、被検体Pからの反射波を受信して電気信号である受信信号(反射波信号)に変換し、受信信号を装置本体100に出力する。また、超音波プローブ101は、例えば、素子に設けられる整合層と、素子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。なお、超音波プローブ101は、装置本体100と着脱自在に接続される。
超音波プローブ101から被検体Pに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Pの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波として超音波プローブ101が有する複数の素子にて受信される。受信される反射波の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。そして、超音波プローブ101は、受信信号を後述する送受信回路110の受信回路112に出力する。
超音波プローブ101は、装置本体100と着脱可能に設けられる。被検体P内の2次元領域の走査(2次元走査)を行なう場合、操作者は、例えば、複数の素子が一列で配置された1Dアレイプローブを超音波プローブ101として装置本体100に接続する。1Dアレイプローブの種類としては、リニア型超音波プローブ、コンベックス型超音波プローブ、セクタ型超音波プローブ等が挙げられる。また、被検体P内の3次元領域の走査(3次元走査)を行なう場合、操作者は、例えば、メカニカル4Dプローブや2Dアレイプローブを超音波プローブ101として装置本体100と接続する。メカニカル4Dプローブは、1Dアレイプローブのように一列で配列された複数の素子を用いて2次元走査が可能であるとともに、複数の素子を所定の角度(揺動角度)で揺動させることで3次元走査が可能である。また、2Dアレイプローブは、マトリックス状に配置された複数の素子により3次元走査が可能であるとともに、超音波を集束して送信することで2次元走査が可能である。
入力装置102は、例えば、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等の入力手段により実現される。入力装置102は、超音波診断装置1の操作者からの各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を装置本体100に転送する。
ディスプレイ103は、例えば、超音波診断装置1の操作者が入力装置102を用いて各種設定要求を入力するためのGUI(Graphical User Interface)を表示したり、装置本体100において生成された超音波画像データに基づく超音波画像等を表示したりする。ディスプレイ103は、液晶モニタやCRT(Cathode Ray Tube)モニタ等によって実現される。
装置本体100は、超音波プローブ101から送信された受信信号に基づいて超音波画像データを生成する。なお、超音波画像データは、画像データの一例である。装置本体100は、超音波プローブ101から送信された被検体Pの2次元領域に対応する受信信号に基づいて2次元の超音波画像データを生成可能である。また、装置本体100は、超音波プローブ101から送信された被検体Pの3次元領域に対応する受信信号に基づいて3次元の超音波画像データを生成可能である。図1に示すように、装置本体100は、送受信回路110と、バッファメモリ120と、信号処理回路130と、画像生成回路140と、画像メモリ150と、記憶回路160と、制御回路170とを有する。
送受信回路110は、制御回路170による制御を受けて、超音波プローブ101から超音波を送信させるとともに、超音波プローブ101に超音波の反射波を受信させる。すなわち、送受信回路110は、超音波プローブ101を介して走査を実行する。なお、走査は、スキャン、超音波スキャン又は超音波走査とも称される。送受信回路110は、送受信部の一例である。送受信回路110は、送信回路111と受信回路112とを有する。送信回路111は送信部の一例であり、受信回路112は受信部の一例である。
送信回路111は、制御回路170による制御を受けて、超音波プローブ101から超音波を送信させる。送信回路111は、レートパルサ発生回路と、送信遅延回路と、送信パルサとを有する。送信回路111は、超音波プローブ101に駆動信号を供給する。送信回路111は、被検体P内の2次元領域を走査する場合、超音波プローブ101から2次元領域を走査するための超音波ビームを送信させる。また、送信回路111は、被検体P内の3次元領域を走査する場合、超音波プローブ101から3次元領域を走査するための超音波ビームを送信させる。
レートパルサ発生回路は、制御回路170による制御を受けて、所定のレート周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)で、送信超音波(送信ビーム)を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。レートパルスが送信遅延回路を経由することで、異なる送信遅延時間を有した状態で送信パルサに電圧が印加される。例えば、送信遅延回路は、超音波プローブ101から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な素子ごとの送信遅延時間を、レートパルサ発生回路により発生される各レートパルスに対して与える。送信パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ101に駆動信号(駆動パルス)を供給する。すなわち、送信パルサは、かかるレートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ101に駆動信号が示す波形の電圧(送信駆動電圧)を印可する。なお、送信遅延回路は、各レートパルスに与える送信遅延時間を変化させることで、素子面からの超音波の送信方向を任意に調整する。
駆動パルスは、送信パルサからケーブルを介して超音波プローブ101内の素子まで伝達した後に、素子において電気信号から機械的振動に変換される。すなわち、素子に電圧が印可されることによって、素子は機械的に振動する。この機械的振動によって発生した超音波は、生体内部(被検体Pの内部)に送信される。ここで、素子ごとに異なる送信遅延時間を持った超音波は、集束されて、所定方向に伝搬していく。
なお、送信回路111は、制御回路170による制御を受けて、所定の走査シーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有する。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間に送信駆動電圧の値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、または、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
超音波プローブ101により送信された超音波の反射波は、超音波プローブ101内部の素子まで到達した後、素子において、機械的振動から電気的信号(受信信号)に変換され、受信信号が受信回路112に入力される。受信回路112は、プリアンプと、A/D(Analog to Digital)変換器と、直交検波回路、後述するDMAS方式のビームフォーマ等を有し、超音波プローブ101から送信された受信信号に対して各種処理を行なって反射波データ(受信データ)を生成する。そして、受信回路112は、生成した反射波データをバッファメモリ120に格納する。
プリアンプは、受信信号をチャンネルごとに増幅してゲイン調整(ゲイン補正)を行なう。A/D変換器は、ゲイン補正された受信信号をA/D変換することでゲイン補正された受信信号をデジタル信号に変換する。直交検波回路は、デジタル信号に変換された受信信号をベースバンド帯域の同相信号(I信号、I:In-phase)と直交信号(Q信号、Q:Quadrature-phase)とに変換する。そして、直交検波回路は、I信号及びQ信号(IQ信号)をDMAS方式のビームフォーマに送信する。そして、かかるビームフォーマは、DMAS方式のビームフォーミングをIQ信号に対して行い、DMAS方式のビームフォーミングにより得られたデータを反射波データとしてバッファメモリ120に格納する。DMAS方式のビームフォーマについては後述する。
受信回路112は、超音波プローブ101から送信された2次元の受信信号から2次元の反射波データを生成する。また、受信回路112は、超音波プローブ101から送信された3次元の受信信号から3次元の反射波データを生成する。
バッファメモリ120は、送受信回路110により生成された反射波データを一時的に記憶するメモリである。例えば、バッファメモリ120は、所定数のフレーム分の反射波データを記憶することが可能なように構成されている。そして、バッファメモリ120は、所定数のフレーム分の反射波データを記憶している状態で、新たに1フレーム分の反射波データが受信回路112により生成された場合、受信回路112による制御を受けて、生成された時間が最も古い1フレーム分の反射波データを破棄し、新たに生成された1フレーム分の反射波データを記憶する。例えば、バッファメモリ120は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子によって実現される。
信号処理回路130は、バッファメモリ120から反射波データを読み出し、読み出された反射波データに対して各種の信号処理を施し、各種の信号処理が施された反射波データをBモードデータ又はドプラデータとして画像生成回路140に出力する。信号処理回路130は、例えば、プロセッサにより実現される。信号処理回路130は、信号処理部の一例である。
例えば、信号処理回路130は、バッファメモリ120に、新たに1フレーム分の反射波データが格納される度に、新たにバッファメモリ120に格納された1フレーム分の反射波データを読み出す。そして、信号処理回路130は、読み出された1フレーム分の反射波データに対して各種の信号処理を施すことにより、新たに1フレーム分のBモードデータ又はドプラデータを生成する。そして、信号処理回路130は、1フレーム分のBモードデータ又はドプラデータを生成する度に、新たに生成された1フレーム分のBモードデータ又はドプラデータを画像生成回路140に出力する。以下、信号処理回路130実行する各種の信号処理の一例を説明する。
例えば、信号処理回路130は、バッファメモリ120から読み出した反射波データに対して、直交検波し、対数増幅及び包絡線検波処理等を施して、サンプル点ごとの信号強度(振幅強度)が輝度の明るさで表現されるBモードデータを生成する。例えば、信号処理回路130は、生成したBモードデータを画像生成回路140に出力する。
また、信号処理回路130は、バッファメモリ120から読み出した反射波データを周波数解析することで、ドプラ効果に基づく移動体(血流や組織、造影剤エコー成分等)の運動情報を反射波データから抽出し、抽出した運動情報を示すドプラデータを生成する。例えば、信号処理回路130は、移動体の運動情報として、平均速度、平均分散値及び平均パワー値等を多点に渡り抽出し、抽出した移動体の運動情報を示すドプラデータを生成する。信号処理回路130は、生成したドプラデータを画像生成回路140に出力する。
上記の信号処理回路130の機能を用いて、超音波診断装置1は、カラーフローマッピング(CFM:Color Flow Mapping)法とも呼ばれるカラードプラ法を実行可能である。カラーフローマッピング法では、超音波の送受信が複数の走査線上で複数回行なわれる。そして、カラーフローマッピング法では、同一位置のデータ列に対してMTI(Moving Target Indicator)フィルタを掛けることで、同一位置のデータ列から、静止している組織、或いは、動きの遅い組織に由来する信号(クラッタ信号)を抑制して、血流に由来する信号(血流信号)を抽出する。そして、カラーフローマッピング法では、この血流信号から血流の速度、血流の分散、血流のパワー等の血流情報を推定する。信号処理回路130は、カラーフローマッピング法により推定された血流情報を示すカラー画像データを画像生成回路140に出力する。なお、カラー画像データは、ドプラデータの一例である。
信号処理回路130は、2次元の反射波データ及び3次元の反射波データの両方の反射波データを処理可能である。
画像生成回路140は、信号処理回路130から出力されたBモードデータ又はドプラデータから超音波画像データを生成する。画像生成回路140は、プロセッサにより実現される。
例えば、画像生成回路140は、信号処理回路130が生成した2次元のBモードデータから反射波の強度を輝度で表した2次元Bモード画像データを生成する。また、画像生成回路140は、信号処理回路130が生成した2次元のドプラデータから運動情報又は血流情報が映像化された2次元ドプラ画像データを生成する。なお、運動情報が映像化された2次元ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。
ここで、画像生成回路140は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換(走査コンバート)し、表示用の超音波画像データを生成する。例えば、画像生成回路140は、信号処理回路130から出力されたデータに対して、超音波プローブ101による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成回路140は、走査コンバート以外に種々の画像処理として、例えば、走査コンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理(平滑化処理)や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理(エッジ強調処理)等を行なう。また、画像生成回路140は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。
更に、画像生成回路140は、信号処理回路130により生成された3次元のBモードデータに対して座標変換を行なうことで、3次元Bモード画像データを生成する。また、画像生成回路140は、信号処理回路130により生成された3次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、3次元ドプラ画像データを生成する。すなわち、画像生成回路140は、「3次元のBモード画像データ及び3次元ドプラ画像データ」を「3次元超音波画像データ(ボリュームデータ)」として生成する。そして、画像生成回路140は、ボリュームデータをディスプレイ103にて表示するための各種の2次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対して様々なレンダリング処理を行なう。
画像生成回路140が行なうレンダリング処理としては、例えば、断面再構成法(MPR:Multi Planer Reconstruction)を用いてボリュームデータからMPR画像データを生成する処理がある。また、画像生成回路140が行なうレンダリング処理としては、例えば、3次元の情報を反映した2次元画像データを生成するボリュームレンダリング(VR:Volume Rendering)処理がある。画像生成回路140は、画像生成部の一例である。
Bモードデータ及びドプラデータは、走査コンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成回路140が生成するデータは、走査コンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Bモードデータ及びドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。
画像メモリ150は、画像生成回路140により生成された各種の画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ150は、信号処理回路130により生成されたデータも記憶する。画像メモリ150が記憶するBモードデータやドプラデータは、例えば、診断の後に操作者が呼び出すことが可能となっており、画像生成回路140を経由して表示用の超音波画像データとなる。例えば、画像メモリ150は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク又は光ディスクによって実現される。
記憶回路160は、走査(超音波の送受信)、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報(例えば、患者ID、医師の所見等)や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、記憶回路160は、必要に応じて、画像メモリ150が記憶するデータの保管等にも使用される。例えば、記憶回路160は、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク又は光ディスクによって実現される。
制御回路170は、超音波診断装置1の処理全体を制御する。具体的には、制御回路170は、入力装置102を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路160から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送信回路111、受信回路112、信号処理回路130及び画像生成回路140の処理を制御する。また、制御回路170は、画像メモリ150に記憶された表示用の超音波画像データに基づく超音波画像を表示するようにディスプレイ103を制御する。例えば、制御回路170は、Bモード画像データに基づくBモード画像又はカラー画像データに基づくカラー画像を表示するようにディスプレイ103を制御する。また、制御回路170は、Bモード画像にカラー画像を重畳させて表示するようにディスプレイ103を制御する。制御回路170は、表示制御部又は制御部の一例である。制御回路170は、例えば、プロセッサにより実現される。超音波画像は、画像の一例である。
また、制御回路170は、送受信回路110を介して超音波プローブ101を制御することで、超音波走査の制御を行なう。
なお、説明において用いられる「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、若しくは、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサは、記憶回路160に保存されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することで機能を実現する。なお、記憶回路160にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、図1における複数の回路(例えば、信号処理回路130、画像生成回路140及び制御回路170)を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。すなわち、信号処理回路130、画像生成回路140及び制御回路170は、プロセッサにより実現される1つの処理回路に統合されてもよい。
以上、実施形態に係る超音波診断装置1の全体構成について説明した。次に、受信回路112のDMAS方式のビームフォーミングを行うビームフォーマの構成の一例について説明する。図2は、第1の実施形態に係る受信回路112のDMAS方式のビームフォーミングを行うビームフォーマの構成の一例を示す図である。なお、図2の例では、説明の便宜のため、超音波プローブ101の素子の数が3個であり、1つの素子に対して1つのチャンネルが対応する。しかしながら、超音波プローブ101の素子の数は、3個以外のN(Nは自然数)個であってもよい。また、2つ以上の複数の素子に対して1つのチャンネルが対応してもよい。また、3つの素子を識別するための素子番号n(n=1,2,3)が各素子に割り当てられている。例えば、1番目の素子には、素子番号1が割り当てられている。また、2番目の素子には、素子番号2が割り当てられ、3番目の素子には、素子番号3が割り当てられている。
図2に示すように、受信回路112のビームフォーマは、3つの遅延回路113a~113c、3つの乗算器114a~114c、3つの重み係数計算回路115a~115c、3つの乗算器116a~116c、及び、加算器117を備える。なお、ビームフォーマは、プロセッサにより実現されてもよい。
3つの遅延回路113a~113cを区別しない場合には、「遅延回路113」と表記する。同様に、3つの乗算器114a~114cを区別しない場合には「乗算器114」と表記し、3つの重み係数計算回路115a~115cを区別しない場合には「重み係数計算回路115」と表記し、3つの乗算器116a~116cを区別しない場合には「乗算器116」と表記する。
例えば、1つのチャンネルに対して、1つの遅延回路113、1つの乗算器114、1つの重み係数計算回路115及び1つの乗算器116が設けられている。
xn(t)は、素子番号nから出力された受信信号に基づくIQ信号であって、時刻tのIQ信号である。図2に示すように、IQ信号x1(t)は、遅延回路113aに入力される。遅延回路113aは、IQ信号x1(t)を時間τ1だけ遅延させて出力する。すなわち、遅延回路113aは、時間τ1だけ遅延されたIQ信号x1(t)をIQ信号s1(t)として乗算器114a、乗算器114c、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115cに出力する。なお、xn(t)は、IQ信号ではなく、実数部のみのRF信号であってもよい。
同様に、遅延回路113bは、入力されたIQ信号x2(t)を時間τ2だけ遅延させ、時間τ2だけ遅延されたIQ信号x2(t)をIQ信号s2(t)として乗算器114a、乗算器114b、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115bに出力する。
また、遅延回路113cは、入力されたIQ信号x3(t)を時間τ3だけ遅延させ、時間τ3だけ遅延されたIQ信号x3(t)をIQ信号s3(t)として乗算器114b、乗算器114c、重み係数計算回路115b及び重み係数計算回路115cに出力する。
なお、時間τ1は、素子番号1の素子の位置と焦点の位置との位置関係に応じた遅延時間である。また、時間τ1は、単に、焦点の位置に応じた遅延時間でもある。同様に、時間τ2は、素子番号2の素子の位置と焦点の位置との位置関係に応じた遅延時間であり、時間τ3は、素子番号3の素子の位置と焦点の位置との位置関係に応じた遅延時間である。そして、時間τ2及び時間τ3は、単に、焦点の位置に応じた遅延時間でもある。
上述したように、遅延回路113は、超音波プローブ101の複数の素子から出力された複数の受信信号に対して焦点の位置に応じた遅延時間を適用することで遅延された複数の遅延信号を出力する。遅延回路113は、遅延部の一例である。
乗算器114aは、IQ信号s1(t)にIQ信号s2(t)を乗算する。そして、乗算器114aは、乗算の結果得られた信号s1(t)s2(t)を乗算器116aに出力する。
同様に、乗算器114bは、IQ信号s2(t)にIQ信号s3(t)を乗算し、乗算の結果得られた信号s2(t)s3(t)を乗算器116bに出力する。また、乗算器114cは、IQ信号s3(t)にIQ信号s1(t)を乗算し、乗算の結果得られた信号s3(t)s1(t)を乗算器116cに出力する。
重み係数計算回路115aは、信号s1(t)s2(t)に適用される重み係数(重み)を計算する。以下、信号s1(t)s2(t)に対する重み係数を算出する方法の具体例について説明する。例えば、重み係数計算回路115aは、入力された信号s1(t)の複素共役をとり、信号s1
*(t)を導出する。なお、信号sn
*(t)は、信号sn(t)により示される複素数の共役複素数である。
そして、重み係数計算回路115aは、信号s1
*(t)に、入力された信号s2(t)を乗算し、乗算の結果得られた信号s1
*(t)s2(t)の位相∠(s1
*(t)s2(t))を抽出する。なお、位相∠(s1
*(t)s2(t))は、信号s1(t)と信号s2(t)との位相差(時間差)でもある。また、位相∠(s1
*(t)s2(t))は、信号s1(t)と信号s2(t)との相関、相関係数、位相情報、及び瞬時位相値でもある。
次に、重み係数計算回路115aは、位相∠(s1
*(t)s2(t))に応じて重み係数を計算する。例えば、重み係数計算回路115aは、位相∠(s1
*(t)s2(t))が大きくなるほど小さくなるような重み係数を計算する。具体例を挙げて説明すると、重み係数計算回路115aは、以下の式(1)により重み係数w(θ(t))を計算する。
式(1)において、θ(t)は、位相∠(s1
*(t)s2(t))である。すなわち、重み係数w(θ(t))=重み係数w(∠(s1
*(t)s2(t)))である。また、式(1)において、θも位相∠(s1
*(t)s2(t))である。また、式(1)においてαは、重み係数w(θ(t))の大きさを調整するための係数である。
そして、重み係数計算回路115aは、計算された重み係数w(∠(s1
*(t)s2(t)))を乗算器116aに出力する。
同様に、重み係数計算回路115bは、重み係数計算回路115aが信号s1(t)及び信号s2(t)を用いて重み係数w(θ(t))を計算した方法と同様の方法で、信号s2(t)及び信号s3(t)を用いて信号s2(t)s3(t)に適用される重み係数w(∠(s2
*(t)s3(t)))を計算する。そして、重み係数計算回路115aは、計算された重み係数w(∠(s2
*(t)s3(t)))を乗算器116bに出力する。
また、重み係数計算回路115cは、重み係数計算回路115aが信号s1(t)及び信号s2(t)を用いて重み係数w(θ(t))を計算した方法と同様の方法で、信号s3(t)及び信号s1(t)を用いて信号s3(t)s1(t)に適用される重み係数w(∠(s3
*(t)s1(t)))を計算する。そして、重み係数計算回路115aは、計算された重み係数w(∠(s3
*(t)s1(t)))を乗算器116cに出力する。
このように、重み係数計算回路115は、乗算された受信信号間の相関に基づいて、重み係数を計算する。また、重み係数計算回路115は、乗算された遅延信号間の位相情報に基づいて、重み係数を計算する。重み係数計算回路115は、重み計算部の一例である。
そして、乗算器116aは、信号s1(t)s2(t)に重み係数w(∠(s1
*(t)s2(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s1
´(t)を加算器117に出力する。ここで、重み係数w(∠(s1
*(t)s2(t)))は、上述したように、信号s1(t)と信号s2(t)との位相差(時間差)が大きくなるほど、小さくなる値である。したがって、乗算器116aは、信号s1(t)と信号s2(t)との位相差(時間差)が大きくなるほど、超音波画像データに対する寄与率が低下するような信号s1
´(t)を加算器117に出力することができる。よって、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、ビームフォーミングの方式として、信号の乗算及び加算を行うDMAS方式のビームフォーミングが用いられる場合に、スペックルパターンの発生を抑制することができる。
同様に、乗算器116bは、信号s2(t)s3(t)に重み係数w(∠(s2
*(t)s3(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s2
´(t)を加算器117に出力する。また、乗算器116cは、信号s3(t)s1(t)に重み係数w(∠(s3
*(t)s1(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s3
´(t)を加算器117に出力する。
このように、乗算器116は、重み係数を、乗算の結果得られた信号に適用する。乗算器116は、適用部の一例である。
加算器117は、入力された全ての信号の和を信号y(t)として計算する。すなわち、加算器117は、信号s1
´(t)と信号s2
´(t)と信号s3
´(t)との和を信号y(t)として計算する。そして、加算器117は、信号y(t)を反射波データとしてバッファメモリ120に記憶させる。
上述したように、乗算器114は、異なる素子間で遅延信号を乗算し、加算器117は、乗算の結果得られた信号を加算する。乗算器114及び加算器117は、乗加算部の一例である。
図3は、第1の実施形態に係るDMAS方式のビームフォーマが実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(ステップS101)
図3に示すように、ステップS101では、遅延回路113は、受信信号であるIQ信号を遅延させて、遅延されたIQ信号である遅延信号を出力する。
図3に示すように、ステップS101では、遅延回路113は、受信信号であるIQ信号を遅延させて、遅延されたIQ信号である遅延信号を出力する。
(ステップS102)
次に、ステップS102では、乗算器114は、異なる素子から出力された2つの遅延信号のうち一方の遅延信号に他方の遅延信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を乗算器116に出力する。
次に、ステップS102では、乗算器114は、異なる素子から出力された2つの遅延信号のうち一方の遅延信号に他方の遅延信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を乗算器116に出力する。
(ステップS103)
次に、ステップS103では、重み係数計算回路115は、重み係数w(θ(t))を計算し、重み係数w(θ(t))を乗算器116に出力する。
次に、ステップS103では、重み係数計算回路115は、重み係数w(θ(t))を計算し、重み係数w(θ(t))を乗算器116に出力する。
(ステップS104)
次に、ステップS104では、乗算器116は、乗算器114により出力された信号に、重み係数計算回路115により出力された重み係数w(θ(t))を乗算することにより、乗算器114により出力された信号に重み付けを行い、重み付けされた信号を加算器117に出力する。
次に、ステップS104では、乗算器116は、乗算器114により出力された信号に、重み係数計算回路115により出力された重み係数w(θ(t))を乗算することにより、乗算器114により出力された信号に重み付けを行い、重み付けされた信号を加算器117に出力する。
(ステップS105)
次に、ステップS105では、加算器117は、全ての乗算器116により出力された信号の和を信号y(t)として計算し、計算された信号y(t)を反射波データとしてバッファメモリ120に記憶させ、図3に示す処理を終了する。
次に、ステップS105では、加算器117は、全ての乗算器116により出力された信号の和を信号y(t)として計算し、計算された信号y(t)を反射波データとしてバッファメモリ120に記憶させ、図3に示す処理を終了する。
図4は、従来のDMASが用いられて得られる超音波画像データに基づく超音波画像の一例を示す図である。図5は、第1の実施形態に係る超音波診断装置1により生成される超音波画像データに基づく超音波画像の一例を示す図である。図4に示す超音波画像では、2つの矢印が示すように、比較的強くスペックルパターンが現れている。一方、図5に示す超音波画像では、2つの矢印が示すように、図4に示す超音波画像と比較して、スペックルパターンの濃淡(強弱)の差が小さくなっている。よって、本実施形態によれば、スペックルパターンの発生を抑制することができる。
以上、第1の実施形態に係る超音波診断装置1について説明した。第1の実施形態に係る超音波診断装置1によれば、上述したように、ビームフォーミングの方式として、信号の乗算及び加算を行うDMAS方式のビームフォーミングが用いられる場合に、スペックルパターンの発生を抑制することができる。
(第1の実施形態の変形例)
上述した第1の実施形態において、乗算器114から出力される信号に対して各種の処理を実行してもよい。そこで、このような変形例を第1の実施形態の変形例として説明する。なお、第1の実施形態の変形例の説明では、主に、第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
上述した第1の実施形態において、乗算器114から出力される信号に対して各種の処理を実行してもよい。そこで、このような変形例を第1の実施形態の変形例として説明する。なお、第1の実施形態の変形例の説明では、主に、第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
図6は、第1の実施形態の変形例に係る受信回路112のDMAS方式のビームフォーミングを行うビームフォーマの構成の一例を示す図である。第1の実施形態の変形例に係るビームフォーマは、3つの信号処理回路118a~118cを備える点が、図2に示す第1の実施形態に係るビームフォーマと異なる。
3つの信号処理回路118a~118cを区別しない場合には、「信号処理回路118」と表記する。例えば、1つのチャンネルに対して、1つの信号処理回路118が設けられている。信号処理回路118には、乗算器114から出力された信号si(t)sj(t)(i,j=1,2,3、i≠j)が入力される。そして、信号処理回路118は、入力された信号si(t)sj(t)を用いて、以下の式(2)により、信号si1(t)を計算する。
si1(t)=sign(si(t)sj(t))・|si(t)sj(t)|1/2
(2)
(2)
なお、式(2)において、sign(si(t)sj(t))は、例えば、上記非特許文献1(The Delay Multiply and Sum Beamforming Algorithm in Ultrasound B-Mode Medical Imaging, IEEE Transaction 2015.)等に記載されているように、信号si(t)sj(t)の極性(正又は負)を出力する関数である。
例えば、信号処理回路118aは、乗算器114aから出力された信号s1(t)s2(t)を用いて、信号s11(t)を計算する。そして、信号処理回路118aは、信号s11(t)を乗算器116aに出力する。同様に、信号処理回路118bは、乗算器114bから出力された信号s2(t)s3(t)を用いて信号s21(t)を計算し、信号処理回路118cは、乗算器114cから出力された信号s3(t)s1(t)を用いて信号s31(t)を計算する。そして、信号処理回路118bは、信号s21(t)を乗算器116bに出力し、信号処理回路118cは、信号s31(t)を乗算器116cに出力する。
そして、乗算器116aは、信号s11(t)に重み係数w(∠(s1
*(t)s2(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s11
´(t)を加算器117に出力する。
同様に、乗算器116bは、信号s21(t)に重み係数w(∠(s2
*(t)s3(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s21
´(t)を加算器117に出力する。また、乗算器116cは、信号s31(t)に重み係数w(∠(s3
*(t)s1(t)))を乗算し、乗算の結果得られた信号s31
´(t)を加算器117に出力する。
加算器117は、信号s11
´(t)と信号s21
´(t)と信号s31
´(t)との和を信号y(t)として計算する。そして、加算器117は、信号y(t)を反射波データとしてバッファメモリ120に記憶させる。
以上、第1の実施形態の変形例に係る超音波診断装置1について説明した。第1の実施形態の変形例に係る超音波診断装置1によれば、第1の実施形態に係る超音波診断装置1と同様の効果を奏することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、直交検波回路により得られたIQ信号が乗算器114に入力される場合について説明した。しかしながら、超音波診断装置1は、副開口信号が乗算器114に入力されてもよい。そこで、このような実施形態を第2の実施形態として説明する。なお、第2の実施形態の説明では、主に、第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第1の実施形態では、直交検波回路により得られたIQ信号が乗算器114に入力される場合について説明した。しかしながら、超音波診断装置1は、副開口信号が乗算器114に入力されてもよい。そこで、このような実施形態を第2の実施形態として説明する。なお、第2の実施形態の説明では、主に、第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第2の実施形態では、超音波プローブ101は、例えば、3k(kは2以上の自然数)個の素子を備える。そして、3k個の素子が3つの副開口に分けられる。すなわち、1つの副開口を構成する素子の数は、k個である。このように、3k個の素子は、複数(3つ)の素子群を含む。かかる素子群は、k個の素子から構成される。また、3つの副開口を識別するための副開口番号m(m=1,2,3)が各副開口に割り当てられている。例えば、1番目の副開口には、副開口番号1が割り当てられている。また、2番目の副開口には、副開口番号2が割り当てられ、3番目の副開口には、副開口番号3が割り当てられている。また、第2の実施形態では、副開口信号am(t)は、副開口番号mの副開口を構成するk個の素子から出力されるk個の時刻tの受信信号(IQ信号)が加算された信号である。
以下、乗算器114aに副開口信号a1(t)が入力される場合について図7を参照して説明する。なお、以下で説明する構成及び方法と同様の構成及び方法で副開口信号a2(t)及び副開口信号a3(t)も生成される。
図7は、第2の実施形態に係るビームフォーマの構成の一部の一例を示す図である。図7には、乗算器114aよりも前段の構成が示されている。図7に示すように、第2の実施形態では、乗算器114aよりも前段に、k個の遅延回路113_1~113_k及び1つの加算器125aが設けられている。すなわち、副開口番号1の副開口を構成するk個の素子のそれぞれに対応して、k個の遅延回路113_1~113_kのそれぞれが設けられている。このように、副開口番号1の副開口に対応する副開口ビームフォーミング部は、k個の遅延回路113_1~113_k及び1つの加算器125aを備える。かかる副開口ビームフォーミング部は、k個の素子により構成される素子群から出力される受信信号を遅延加算することにより副開口信号a1(t)を出力する。
図7に示すように、IQ信号xg(t)は、遅延回路113_gに入力される。ただし、g=1以上k以下の自然数である。遅延回路113_gは、IQ信号xg(t)を時間τgだけ遅延させて出力する。すなわち、遅延回路113_gは、時間τgだけ遅延されたIQ信号xg(t)をIQ信号sg(t)として加算器125aに出力する。
加算器125aは、入力された全ての信号の和を副開口信号a1(t)として計算する。すなわち、加算器125aは、k個のIQ信号xg(t)の和を副開口信号a1(t)として計算する。そして、加算器125aは、副開口信号a1(t)を乗算器114a(図7参照)、乗算器114c(図2参照)、重み係数計算回路115a(図2参照)及び重み係数計算回路115c(図2参照)に出力する。
また、第2の実施形態では、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114a、乗算器114b、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115bに入力される副開口信号a2(t)も生成される。また、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114b、乗算器114c、重み係数計算回路115b及び重み係数計算回路115cに入力される副開口信号a3(t)も生成される。
そして、第2の実施形態では、信号s1(t)に代えて副開口信号a1(t)が用いられ、信号s2(t)に代えて副開口信号a2(t)が用いられ、信号s3(t)に代えて副開口信号a3(t)が用いられて、第1の実施形態と同様の処理が行われる。したがって、第2の実施形態では、乗算器114は、副開口信号を上述した素子群間の全ての組合せにおいて乗算する。
図8は、第2の実施形態に係る超音波診断装置1により生成される超音波画像データに基づく超音波画像の一例を示す図である。図8に示す超音波画像では、先の図4に示す超音波画像と比較して、スペックルパターンの濃淡(強弱)の差が小さくなっている。よって、本実施形態によれば、スペックルパターンの発生を抑制することができる。
以上、第2の実施形態に係る超音波診断装置1について説明した。第2の実施形態に係る超音波診断装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果を奏する。更に、第2の実施形態では、複数の素子からの受信信号をまとめて処理しているため、ビームフォーミングにおける演算時間を短くすることができる。
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、遅延回路113_1~113_kのそれぞれに、IQ信号x1(t)~xk(t)のそれぞれが入力される場合について説明した。しかしながら、遅延回路113_1~113_kのそれぞれに、パルスサブトラクション法(パルスインバージョン法)により抽出されたハーモニック成分の信号が入力されてもよい。すなわち、超音波診断装置1は、パルスサブトラクション法によりハーモニックイメージングを行ってもよい。そこで、このような実施形態を第3の実施形態として説明する。なお、第3の実施形態の説明では、主に、第2の実施形態と異なる点について説明し、第2の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第2の実施形態では、遅延回路113_1~113_kのそれぞれに、IQ信号x1(t)~xk(t)のそれぞれが入力される場合について説明した。しかしながら、遅延回路113_1~113_kのそれぞれに、パルスサブトラクション法(パルスインバージョン法)により抽出されたハーモニック成分の信号が入力されてもよい。すなわち、超音波診断装置1は、パルスサブトラクション法によりハーモニックイメージングを行ってもよい。そこで、このような実施形態を第3の実施形態として説明する。なお、第3の実施形態の説明では、主に、第2の実施形態と異なる点について説明し、第2の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第3の実施形態では、制御回路170は、第1の超音波の送信、及び、第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波の送信を1組とする超音波走査を超音波プローブ101の各素子に実行させる。したがって、第3の実施形態では、超音波プローブ101の各素子は、第1の超音波を送信するとともに、第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波を送信する。また、各素子は、第1の超音波の反射波を受信することにより第1の受信信号を出力するとともに、第2の超音波の反射波を受信することにより第2の受信信号を出力する。
以下、IQ信号xg(t)が第1の送信超音波に基づくIQ信号であり、IQ信号xg,PS(t)が第2の送信超音波に基づくIQ信号である場合について図9を参照して説明する。図9は、第3の実施形態に係るビームフォーマの構成の一部の一例を示す図である。第3の実施形態では、副開口信号am´(t)は、副開口番号mの副開口を構成するk個の素子に対応するk個の時刻tのハーモニック信号bg(t)が加算されることにより得られる信号である。なお、以下、副開口信号a1´(t)を生成するための構成及び方法について説明するが、同様の構成及び方法で副開口信号a2´(t)及び副開口信号a3´(t)も生成される。
図9には、遅延回路113_gよりも前段の構成が示されている。図9に示すように、第3の実施形態では、遅延回路113_gよりも前段に、加算器119_gが設けられている。すなわち、副開口番号1の副開口を構成するk個の素子のそれぞれに対応して、k個の加算器119_1~119_kのそれぞれが設けられている。
図9に示すように、IQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)は、加算器119_gに入力される。加算器119_gは、IQ信号xg(t)にIQ信号xg,PS(t)を加算することによりハーモニック信号bg(t)を生成する。IQ信号xg(t)は、第1の受信信号の一例である。また、IQ信号xg,PS(t)は、第2の受信信号の一例である。そして、加算器119_gは、ハーモニック信号bg(t)を遅延回路113_gに出力する。加算器119_gは、ハーモニック抽出部の一例である。
遅延回路113_gは、ハーモニック信号bg(t)を時間τgだけ遅延させて出力する。すなわち、遅延回路113_gは、時間τgだけ遅延されたハーモニック信号bg(t)をハーモニック信号sg´(t)として加算器125aに出力する。
加算器125aは、入力された全ての信号の和を副開口信号a1´(t)として計算する。すなわち、加算器125aは、k個のハーモニック信号sg´(t)の和を副開口信号a1´(t)として計算する。そして、加算器125aは、副開口信号a1´(t)を乗算器114a(図9参照)、乗算器114c(図2参照)、重み係数計算回路115a(図2参照)及び重み係数計算回路115c(図2参照)に出力する。
また、第3の実施形態では、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114a、乗算器114b、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115bに入力される副開口信号a2´(t)も生成される。また、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114b、乗算器114c、重み係数計算回路115b及び重み係数計算回路115cに入力される副開口信号a3´(t)も生成される。
そして、第3の実施形態では、副開口信号a1(t)に代えて副開口信号a1´(t)が用いられ、副開口信号a2(t)に代えて副開口信号a2´(t)が用いられ、副開口信号a3(t)に代えて副開口信号a3´(t)が用いられて、第2の実施形態と同様の処理が行われる。
以上、第3の実施形態に係る超音波診断装置1について説明した。第3の実施形態に係る超音波診断装置1によれば、第1の実施形態や第2の実施形態と同様の効果を奏する。なお、第3の実施形態では、超音波診断装置1が、IQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を用いて、パルスサブトラクション法によりハーモニック信号を抽出した後に、ハーモニック信号を遅延させる場合について説明した。しかしながら、第3の実施形態において、超音波診断装置1は、IQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を遅延させた後に、遅延されたIQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を用いてパルスサブトラクション法によりハーモニック信号を抽出してもよい。
(第4の実施形態)
第1の実施形態では、遅延回路113a~113cのそれぞれに、IQ信号x1(t)~x3(t)のそれぞれが入力される場合について説明した。しかしながら、遅延回路113a~113cのそれぞれに、パルスサブトラクション法により抽出されたハーモニック成分の信号が入力されてもよい。すなわち、超音波診断装置1は、パルスサブトラクション法によりハーモニックイメージングを行ってもよい。そこで、このような実施形態を第4の実施形態として説明する。なお、第4の実施形態の説明では、主に、上述した第1の実施形態~第3の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態~第3の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第1の実施形態では、遅延回路113a~113cのそれぞれに、IQ信号x1(t)~x3(t)のそれぞれが入力される場合について説明した。しかしながら、遅延回路113a~113cのそれぞれに、パルスサブトラクション法により抽出されたハーモニック成分の信号が入力されてもよい。すなわち、超音波診断装置1は、パルスサブトラクション法によりハーモニックイメージングを行ってもよい。そこで、このような実施形態を第4の実施形態として説明する。なお、第4の実施形態の説明では、主に、上述した第1の実施形態~第3の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態~第3の実施形態と同様の構成の説明については省略する場合がある。
第4の実施形態では、超音波診断装置1は、異なる素子間でハーモニック信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式を実行する。第4の実施形態では、第3の実施形態と同様に、制御回路170は、第1の超音波の送信、及び、第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波の送信を1組とする超音波走査を超音波プローブ101の各素子に実行させる。したがって、第4の実施形態においても、第3の実施形態と同様に、超音波プローブ101の各素子は、第1の超音波を送信するとともに、第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波を送信する。また、各素子は、第1の超音波の反射波を受信することにより第1の受信信号を出力するとともに、第2の超音波の反射波を受信することにより第2の受信信号を出力する。
図10は、第4の実施形態に係るビームフォーマの構成の一部の一例を示す図である。以下、遅延回路113aに入力されるハーモニック信号c1(t)を生成するための構成及び方法について説明するが、同様の構成及び方法でハーモニック信号c2(t)及びハーモニック信号c3(t)も生成される。ハーモニック信号c2(t)は、遅延回路113bに入力される信号であり、ハーモニック信号c3(t)は、遅延回路113cに入力される信号である。
図10には、遅延回路113aよりも前段の構成が示されている。図10に示すように、第4の実施形態では、遅延回路113aよりも前段に、加算器119_1が設けられている。すなわち、1つのチャンネルに対応して、1個の加算器119が設けられている。
図10に示すように、IQ信号x1(t)及びIQ信号x1,PS(t)は、加算器119_1に入力される。加算器119_1は、IQ信号x1(t)にIQ信号x1,PS(t)を加算することによりハーモニック信号c1(t)を生成する。そして、加算器119_1は、ハーモニック信号c1(t)を遅延回路113aに出力する。
遅延回路113aは、ハーモニック信号c1(t)を時間τ1だけ遅延させて出力する。すなわち、遅延回路113aは、時間τ1だけ遅延されたハーモニック信号c1(t)をハーモニック信号d1(t)として乗算器114a(図10参照)、乗算器114c(図2参照)、重み係数計算回路115a(図2参照)及び重み係数計算回路115c(図2参照)に出力する。
また、第4の実施形態では、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114a、乗算器114b、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115bに入力されるハーモニック信号c2(t)も生成される。また、上述した構成及び方法と同様の構成及び方法により、乗算器114b、乗算器114c、重み係数計算回路115b及び重み係数計算回路115cに入力されるハーモニック信号c3(t)も生成される。ただし、乗算器114a、乗算器114b、重み係数計算回路115a及び重み係数計算回路115bには、遅延回路113bにより遅延されたハーモニック信号c2(t)がハーモニック信号d2(t)として入力される。また、乗算器114b、乗算器114c、重み係数計算回路115b及び重み係数計算回路115cには、遅延回路113cにより遅延されたハーモニック信号c3(t)がハーモニック信号d3(t)として入力される。
そして、第4の実施形態では、IQ信号s1(t)に代えてハーモニック信号d1(t)が用いられ、IQ信号s2(t)に代えてハーモニック信号d2(t)が用いられ、IQ信号s3(t)に代えてハーモニック信号d3(t)が用いられて、第1の実施形態と同様の処理が行われる。
以上、第4の実施形態に係る超音波診断装置1について説明した。第4の実施形態に係る超音波診断装置1によれば、第1の実施形態~第3の実施形態と同様の効果を奏する。なお、第4の実施形態では、第3の実施形態と同様に、超音波診断装置1が、IQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を用いて、パルスサブトラクション法によりハーモニック信号を抽出した後に、ハーモニック信号を遅延させる場合について説明した。しかしながら、第4の実施形態において、超音波診断装置1は、第3の実施形態と同様に、IQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を遅延させた後に、遅延されたIQ信号xg(t)及びIQ信号xg,PS(t)を用いてパルスサブトラクション法によりハーモニック信号を抽出してもよい。
なお、プロセッサによって実行されるプログラムは、ROM(Read Only Memory)や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD(Compact Disk)-ROM、FD(Flexible Disk)、CD-R(Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各処理機能を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、CPUが、ROM等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ビームフォーミングの方式として、信号の乗算及び加算を行うDMAS方式のビームフォーミングが用いられる場合に、スペックルパターンの発生を抑制することができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 超音波診断装置
115a~115c 重み係数計算回路
116a~116c 乗算器
115a~115c 重み係数計算回路
116a~116c 乗算器
Claims (8)
- 複数の素子から出力された複数の受信信号のうち、異なる素子間で受信信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式を実行する超音波診断装置であって、
前記乗算された受信信号間の相関に基づいて、重み係数を計算する重み計算部と、
前記重み係数を、前記乗算の結果得られた信号に適用する適用部と、
を備える、超音波診断装置。 - 前記複数の素子から出力された複数の受信信号に対して焦点の位置に応じた遅延時間を適用することで遅延された複数の遅延信号を出力する遅延部と、
異なる素子間で前記遅延信号を乗算し、乗算の結果得られた前記信号を加算する乗加算部と、
を備え、
前記重み計算部は、前記乗算された前記遅延信号間の位相情報に基づいて、前記重み係数を計算する、
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記複数の素子は、複数の素子群を含み、
前記素子群毎に、当該素子群から出力される前記受信信号を遅延加算することにより副開口信号を出力する副開口ビームフォーミング部を備え、
前記乗加算部は、前記副開口信号を前記素子群間の全ての組合せにおいて乗算し、乗算の結果得られた前記信号を加算し、
前記重み計算部は、前記乗算された前記副開口信号間の位相情報に基づいて、前記重み係数を計算する、
請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記重み計算部は、前記乗算された前記遅延信号間の前記位相情報として、前記乗算された前記遅延信号間の瞬時位相値に基づいて、前記重み係数を計算する、
請求項3に記載の超音波診断装置。 - 前記重み計算部は、前記乗算された前記遅延信号間の前記位相情報として、前記乗算された前記遅延信号間の相関係数に基づいて、前記重み係数を計算する、
請求項3に記載の超音波診断装置。 - 前記複数の素子のそれぞれは、第1の超音波を送信するとともに、前記第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波を送信し、前記第1の超音波の反射波を受信することにより第1の受信信号を出力するとともに前記第2の超音波の反射波を受信することにより第2の受信信号を出力し、
前記複数の素子のそれぞれから出力される前記第1の受信信号に前記第2の受信信号を加算することによりハーモニック信号を抽出するハーモニック抽出部を備え、
前記異なる素子間で前記ハーモニック信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する前記超音波ビームフォーミング方式を実行する、
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記複数の素子は、複数の素子群を含み、
前記複数の素子のそれぞれは、第1の超音波を送信するとともに、前記第1の超音波の位相を反転させた第2の超音波を送信し、前記第1の超音波の反射波を受信することにより第1の受信信号を出力するとともに前記第2の超音波の反射波を受信することにより第2の受信信号を出力し、
前記複数の素子のそれぞれから出力される前記第1の受信信号に前記第2の受信信号を加算することによりハーモニック信号を抽出するハーモニック抽出部と、
前記素子群ごとに、前記ハーモニック信号を遅延加算することにより副開口信号を出力する副開口ビームフォーミング部とを備え、
前記乗加算部は、前記副開口信号を前記素子群間の全ての組合せにおいて乗算し、乗算の結果得られた前記信号を加算し、
前記重み計算部は、前記乗算された前記副開口信号間の位相情報に基づいて、前記重み係数を計算する、
請求項2に記載の超音波診断装置。 - 複数の素子から出力された複数の受信信号のうち、異なる素子間で受信信号を乗算し、乗算の結果得られた信号を加算する超音波ビームフォーミング方式を実行するコンピュータに、
前記乗算された受信信号間の相関に基づいて、重み係数を計算する処理と、
前記重み係数を、前記乗算の結果得られた信号に適用する処理と、
を実行させるためのプログラム。
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