JP3561610B2

JP3561610B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3561610B2
Application number: JP25703897A
Authority: JP
Inventors: 俊昭藤木; 好明小林; 正夫小林; 祐司近藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: JPH1189846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に直交検波後の複素信号に基づいて受信信号の振幅を演算し、その振幅を画像化する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置では、超音波エコーを表す受信信号から包絡線検波によってエンベロープ（振幅波形）が抽出され、それを輝度に対応付けることによって、例えばＢモード画像などが形成されている。近年、直交検波によって受信信号を複素信号に変換し、その実数部及び虚数部の２乗和の平方根を演算することにより振幅を演算し、それによってＢモード画像などを形成する超音波診断装置も実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、疾病診断精度を向上させるためには、Ｓ／Ｎ比を向上する必要があり、場合によってはフレームレートを落としてでも画質優先の計測を行いたい場合がある。しかし、上記のような要請に十分応えることのできる超音波診断装置は提供されていない。
【０００４】
超音波ドプラ診断装置では、同一方向に複数回の送受波が行われているが、それはドプラ計測固有の事情に基づくものである。すなわち、かかる装置では狭帯域の超音波パルスの送信が行われ、また１回の送受波で得られるドプラ情報は微弱であるため、複数回の送受波を行って計測精度を確保する必要がある。
【０００５】
その一方、Ｂモード画像などの組織画像を形成する超音波診断装置では、広帯域の超音波パルスが利用され、また信号の振幅情報それ自体がある程度良好なＳ／Ｎ比で観測できるため、従来において、１方向につき１回の送受信しか行われていない。しかしながら、上述したように例えば肝臓などの静的組織を観察する場合には、フレームレートよりも画質を優先させたいという要請がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、Ｂモード画像やＭモード画像などの組織画像を形成する超音波診断装置において、よりＳ／Ｎ比を向上して高画質化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、一方向につきｎ回（ｎ＞１）の超音波の送受波を行う送受波手段と、前記各送受波で得られた受信信号を複素信号に変換する複素信号変換手段と、前記ｎ回の送受波で得られる複素信号の実数部を平均化する実数部平均化手段と、前記ｎ回の送受波で得られた複素信号の虚数部を平均化する虚数部平均化手段と、前記平均化後の実数部及び虚数部に基づいて振幅を演算する振幅演算手段と、前記振幅を画像化して組織画像を形成する画像形成手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、１方向につき複数回の送受波が行われ、各方向では複数回の送受波で得られた受信信号が平均化・平滑化処理される。超音波ビームの走査範囲を変えないという条件を前提とすると、フレームレートは犠牲となるが、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上可能である。もちろん、走査範囲の縮小などによって、フレームレートを維持することも可能である。また、全走査範囲中において複数回の送受波を行う範囲を部分範囲として設定することもできる。かかる構成によれば、フレームレートの劣化を極力少なくできる。
【０００９】
本発明の望ましい態様では、前記送受波回数ｎを可変設定するための回数設定手段と、前記設定された送受波回数ｎに従って送受波手段を制御する制御手段と、を含み、前記実数部平均化手段及び前記虚数部設定手段は前記設定された送受波回数ｎに従って平均化処理を行う。送受波回数ｎをユーザー設定可能に構成すれば、診断目的に応じて所望の画質及びフレームレートを設定できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様では、前記実数部平均化手段と前記虚数部平均化手段はそれぞれ加算処理を行う回路で構成される。平均化の概念にはいわゆる加算平均の他、単なる加算も含まれる。本発明の望ましい態様では、前記実数部平均化手段及び前記虚数部平均化手段はそれぞれ超音波ビーム１本を単位としてフィルタリングを行うライン間フィルタで構成される。本発明の望ましい態様では、前記走査範囲中において部分範囲を設定する手段と、前記設定された部分範囲において前記一方向につきｎ回の超音波の送受波が行われるように前記送受波手段を制御する制御手段と、を含む。本発明の望ましい態様では、前記実数部平均化手段の後段に設けられた実数部用走査変換器と、前記虚数部平均化手段の後段に設けられた虚数部用走査変換器と、を含み、前記振幅演算器には、前記平均化後且つ前記走査変換後の実数部及び虚数部が入力される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。
【００１３】
探触子１０は超音波の送波及び受波を行うものであり、この探触子１０には送信器１２及び受信器１４が接続されている。送信器１２は、探触子１０に対して送信信号を供給するものであり、受信器１４は探触子１０からの受信信号に対して増幅などの処理を行う回路である。探触子１０が有するアレイ振動子の各振動素子に供給する送信信号に対して所定の遅延を行うことにより送信ビームが形成され、またこれと同様に各振動素子から出力される受信信号に対して所定の遅延時間を付与することによって受信ビームが形成される。探触子１０における送受信及び超音波ビームの電子走査は送受信制御部１６によって制御されている。すなわち、この送受信制御部１６は送信器１２及び受信器１４をコントロールしている。
【００１４】
送受信制御部１６には回数設定部２８が接続されている。この回数設定部２８はユーザーによって１方向当たりの送受信回数ｎを設定するための手段であり、例えばキーボード等で構成される。この回数設定部２８によって送受信回数ｎが設定されると、送受信制御部は超音波ビームの電子制御に当たって、１方向当たりｎ回の送受信が行われるように送信器１２及び受信器１４を制御する。
【００１５】
受信器１４から出力される受信信号は直交検波器１８に入力される。この直交検波器１８は受信信号を複素信号に変換する回路である。直交検波器１８は、受信信号に対して互いに位相が９０度異なる２つの参照信号を混合する２つのミキサ２０，２２と、それらのミキサ２０，２２から出力される信号のうちベースバンド領域の信号成分を抽出する２つのローパスフィルタ（図示せず）と、で構成されるものである。この直交検波器１８の回路構成自体は公知である。
【００１６】
直交検波器１８から出力される複素信号は、ライン間フィルタ２４，２６に入力される。具体的には、複素信号のうち実数部がライン間フィルタ２４に入力され、その虚数部がライン間フィルタ２６に入力されている。これらのライン間フィルタ２４，２６は回数設定部２８によって設定された送受信回数Ｎにしたがって、各ビームアドレス（ビーム方向）ごとに受信信号（エコーデータ）の平均化・平滑化を行う回路である。本実施形態では、実数部及び虚数部のそれぞれについて平均化が行われており、精度良くフィルタリングを行える。すなわち、複素信号の段階でその成分ごとにフィルタリングを行えば、単に振幅に対してフィルタリングを行った場合に比べてノイズ等の影響を受け難いという利点がある。これは換言すればベクトル情報に対するフィルタリングの効果である。
【００１７】
走査変換器３０，３２はライン間フィルタ２４，２６から出力される信号に対して座標変換等の処理を行う回路である。例えば探触子１０にていわゆる電子セクタ走査が行われる場合、走査変換器３０，３２では極座標から直交座標への座標変換等が行われる。また、後述する表示装置３６におけるピクセルレートにエコーデータのレートを合わせる処理等も行われる。
【００１８】
なお、本実施形態では、ライン間フィルタ２４，２６と後述の振幅演算器３４との間に走査変換器３０，３２が設けられていたが、この走査変換器３０，３２を例えば振幅演算器３４の後段に設けることもできる。
【００１９】
振幅演算器３４には、フィルタリングがなされた後の実数部及び虚数部のそれぞれの信号が入力されている。振幅演算器３４では、それらの２乗和の平方根を演算することによって振幅を演算している。そして、その振幅の情報に基づいてＢモード画像が形成され、そのＢモード画像が表示装置３６に表示される。もちろん、Ｍモード画像等の他の組織画像が表示される場合にも本発明を適用可能である。
【００２０】
図２には、超音波ビーム１００が示されている。超音波ビーム１００を各ビームアドレス１０２ごとに形成することによって走査面が形成される。
【００２１】
図３には、その（Ａ）に各ビームアドレス１０２ごとの送受信タイミングが示され、（Ｂ）にはライン間フィルタ２４，２６からの信号の出力タイミングが示されている。
【００２２】
図３に示されるように、例えば１つのビームアドレスごとに３回の送受信が行われ、この３回の送受信を１単位として１つのフィルタリングされた信号が得られている。したがって、走査面の大きさを変えないという前提の下では、このような送受信を行うと結果としてフレームレートが低下することになるが、一方向につき３回の送受信が行われるため、従来の１回の送受信に比べてＳ／Ｎ比を大幅に向上可能である。特に、例えば静的な組織（肝臓）等に存在する腫瘍などを観察する場合に、このような一方向当たり複数回の送受信が有効である。
【００２３】
ちなみに、ライン間フィルタ２４，２６では、回数設定部２８によって設定された送受信回数ｎに基づき、超音波ビーム１本分を単位としつつ平均化するエコーデータの個数が設定されている。
【００２４】
図４〜図６には、図１に示したライン間フィルタ２４、２６の具体例が示されている。図４に示す例では、ライン間フィルタ２４，２６は加算器４０とラインメモリ４２と切換器４４とゲート回路４６とで構成されている。加算器４０における最初の加算時には切換器４４の作用によって加算器４０の一方端子に０値が供給され、それが受信信号に加算されている。その受信信号はいったんラインメモリ４２に格納され、同一のビームアドレスで取得された次の受信信号とそのラインメモリ４２に格納された受信信号とが各深さごとに加算器４０で加算される。その加算結果はラインメモリ４２に格納される。そして、３回目の加算によって超音波ビーム３本分の受信信号の加算値がゲ−ト回路４６を介して後段の回路に出力されることになる。ここで、ゲート回路４６は３つの受信信号の加算後にその加算結果を出力する回路である。
【００２５】
図５に示すライン間フィルタ２４，２６では、ラインメモリ４２の後段に切換器４４が設けられており、１回目の加算に先立って切換器４４の作用により０値がラインメモリ４２に格納され、それと１番目の受信信号とが加算器４０にて加算されている。その加算結果は切換器４４の作用によってラインメモリ４２に格納され、次に加算器４０では２回目の加算が行われる。そして、３回目の加算の後ゲート回路４６を介して加算結果が出力される。
【００２６】
図６に示すライン間フィルタ２４，２６では、ラインメモリ４２Ａ，４２Ｂが並列に設けられており、そのラインメモリ４２Ａ，４２Ｂの出力と最新の受信信号とが加算器４８に入力される。加算器４８では３つ分の受信信号が得られた時点で加算を実行し、その加算結果を出力している。
【００２７】
図４〜図６に示した例では、ｎ＝３の場合について説明したが、もちろんｎが可変設定されるような場合、図４及び図５に示す構成例では、フィードバックされる回数をそのｎに基づき調整すればよい。また、図６に示す構成例ではｎの上限値に基づいて必要な個数分のラインメモリを並列配置すればよい。ちなみに、ライン間フィルタ２４，２６としては図４〜図６に示したものには限定されず、他の構成を採用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｂモード画像やＭモード画像等の組織画像を形成する場合に、一方向について複数回の送受波が行われ、各方向について複素信号の各成分ごとに平均化が行われるため、Ｓ／Ｎ比を向上して画像の質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】走査面を示す説明図である。
【図３】送受信タイミングとフィルタ後の信号の出力タイミングを示す図である。
【図４】ライン間フィルタの一例を示す図である。
【図５】ライン間フィルタの一例を示す図である。
【図６】ライン間フィルタの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０探触子、１２送信器、１４受信器、１６送受信制御部、１８直交検波器、２４，２６ライン間フィルタ、２８回数設定部、３４振幅演算器。

Claims

一方向につきｎ回（ｎ＞１）の超音波の送受波を行う送受波手段と、
前記各送受波で得られた受信信号を複素信号に変換する複素信号変換手段と、
前記ｎ回の送受波で得られる複素信号の実数部を平均化する実数部平均化手段と、
前記ｎ回の送受信で得られた複素信号の虚数部を平均化する虚数部平均化手段と、
前記平均化後の実数部及び虚数部に基づいて振幅を演算する振幅演算手段と、
前記振幅を画像化して組織画像を形成する画像形成手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記送受波回数ｎを可変設定するための回数設定手段と、
前記設定された送受波回数ｎに従って送受波手段を制御する制御手段と、
を含み、
前記実数部平均化手段及び前記虚数部設定手段は前記設定された送受波回数ｎに従って平均化処理を行うことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１又は２記載の装置において、
前記実数部平均化手段と前記虚数部平均化手段はそれぞれ加算処理を行う回路で構成されたことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１又は２記載の装置において、
前記実数部平均化手段及び前記虚数部平均化手段はそれぞれ超音波ビーム１本を単位としてフィルタリングを行うライン間フィルタで構成されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記走査範囲中において部分範囲を設定する手段と、
前記設定された部分範囲において前記一方向につきｎ回の超音波の送受波が行われるように前記送受波手段を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記実数部平均化手段の後段に設けられた実数部用走査変換器と、
前記虚数部平均化手段の後段に設けられた虚数部用走査変換器と、
を含み、
前記振幅演算器には、前記平均化後且つ前記走査変換後の実数部及び虚数部が入力されることを特徴とする超音波診断装置。