JP4503454B2 - Ultrasonic imaging device - Google Patents
Ultrasonic imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4503454B2 JP4503454B2 JP2005031454A JP2005031454A JP4503454B2 JP 4503454 B2 JP4503454 B2 JP 4503454B2 JP 2005031454 A JP2005031454 A JP 2005031454A JP 2005031454 A JP2005031454 A JP 2005031454A JP 4503454 B2 JP4503454 B2 JP 4503454B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- correlation
- received signals
- reference signal
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、超音波を送受信して被検体の超音波画像を表示することにより、生体内の臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus used for performing diagnosis and nondestructive examination of an organ in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves and displaying an ultrasonic image of a subject.
一般的に、超音波診断装置や工業用の探傷装置等の超音波撮像装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子(プローブ)が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信することにより、超音波エコーの強度に基づいて被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体に関する2次元又は3次元画像が再現される。このような超音波ビームを用いた走査方法の1つとして、被検体の扇状の2次元領域を走査する、いわゆるセクタ走査が知られている。 In general, in an ultrasonic imaging apparatus such as an ultrasonic diagnostic apparatus or an industrial flaw detection apparatus, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is used. Using such an ultrasonic probe, the subject is scanned with an ultrasonic beam formed by combining a plurality of ultrasonic waves, and an ultrasonic echo reflected inside the subject is received. Thus, image information related to the subject is obtained based on the intensity of the ultrasonic echo. Furthermore, based on this image information, a two-dimensional or three-dimensional image relating to the subject is reproduced. As one of scanning methods using such an ultrasonic beam, so-called sector scanning is known in which a fan-shaped two-dimensional region of a subject is scanned.
セクタ走査は、元来、人体の肋間から心臓を観察するための手法として開発されたものである。一般的に、セクタ走査においては、送信点から被検体の深さ方向に延びる複数の超音波ビームが被検体内に扇状に順次送信され、これらの超音波ビームによって、被検体の扇状の2次元領域が等間隔の角度で走査される。 Sector scanning was originally developed as a technique for observing the heart from the intercostal space of the human body. In general, in sector scanning, a plurality of ultrasonic beams extending in the depth direction of a subject from a transmission point are sequentially transmitted in a fan shape into the subject, and the fan-shaped two-dimensional shape of the subject is transmitted by these ultrasonic beams. The area is scanned at equally spaced angles.
被検体から反射される超音波エコーを受信する際には、各々の超音波ビーム(音線)に沿って被検体の深さ方向に等間隔で分布する複数のサンプリングポイントの各々から反射される超音波エコーに基づく複数の受信信号に対して位相整合処理が施されて、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号(走査線信号)が得られる。さらに、その音線信号が検波されると共に、走査方式を変換する処理が施されることにより、通常の表示装置に超音波画像を表示させるための画像信号が得られる。 When receiving an ultrasonic echo reflected from the subject, it is reflected from each of a plurality of sampling points distributed at equal intervals in the depth direction of the subject along each ultrasonic beam (sound ray). A phase matching process is performed on a plurality of reception signals based on the ultrasonic echoes to obtain an acoustic ray signal (scanning line signal) in which the focal points of the ultrasonic echoes are narrowed down. Further, the sound ray signal is detected and a process for converting the scanning method is performed, whereby an image signal for displaying an ultrasonic image on a normal display device is obtained.
ここで、図12に示すように、複数の受信信号に対する位相整合処理は、位相制御回路112からの位相制御信号に基づいて、N個の超音波トランスデューサ(以下、N個の超音波トランスデューサの各々をチャンネル番号ch1〜chNで区別する。)の受信信号の位相をN個の位相シフト回路1111〜111Nでそれぞれシフトした後に、加算回路113で加算する処理である。
Here, as shown in FIG. 12, the phase matching process for a plurality of received signals is performed on the basis of the phase control signal from the
しかしながら、超音波ビームを用いて得た超音波画像には、1本の超音波ビームで被検体を走査するシングルビーム送信においてはサイドローブによる虚像が生じ、また、複数本の超音波ビームで被検体を所定の間隔で同時に走査するマルチビーム送信においてはクロストークによる虚像が生じるという問題がある。 However, in an ultrasonic image obtained using an ultrasonic beam, a virtual image due to a sidelobe is generated in single beam transmission in which a subject is scanned with a single ultrasonic beam, and the object is covered with a plurality of ultrasonic beams. In multi-beam transmission in which the specimen is simultaneously scanned at a predetermined interval, there is a problem that a virtual image due to crosstalk occurs.
即ち、シングルビーム送信においては、サイドローブの影響がない場合には、図13の(A)に示すように、各超音波トランスデューサ(エレメント)から出力される受信信号の位相を整合すると、各受信信号の時間を合わせることができるので、反射体を示す実像のみが映し出された超音波画像を得ることができる。一方、超音波ビームのサイドローブの方向に反射体がある場合には、図13の(B)に示すように、各超音波トランスデューサ(エレメント)から出力される受信信号の位相を整合すると、同図に白抜き四角で示す超音波ビームの主ビームの各受信信号に、同図に黒四角で示す超音波ビームのサイドローブによるチャンネル番号ch3の受信信号が含まれてしまうために、反射体により反射されたサイドローブによる虚像が超音波画像に生じてしまう。 That is, in the single beam transmission, when there is no side lobe influence, as shown in FIG. 13A, when the phase of the reception signal output from each ultrasonic transducer (element) is matched, each reception Since the time of the signals can be adjusted, an ultrasonic image in which only a real image showing the reflector is projected can be obtained. On the other hand, when there is a reflector in the direction of the side lobe of the ultrasonic beam, the phase of the received signal output from each ultrasonic transducer (element) is matched as shown in FIG. Since the reception signal of the main beam of the ultrasonic beam indicated by the white square in the figure includes the reception signal of the channel number ch3 due to the side lobe of the ultrasonic beam indicated by the black square in the figure, the reflector causes A virtual image due to the reflected side lobe is generated in the ultrasonic image.
また、図14の(A)に示すようなシングルビーム送信においては、反射体と同心円状の超音波エコーの強度は、図14の(C)に破線で示すようになり、反射体の位置に対応する走査角θ=0°付近に強度のピークが生じるだけであるが、図14の(B)に示すような3本の超音波ビームで被検体を同時に走査するマルチビーム送信においては、反射体と同心円状の超音波エコーの強度は、図14の(C)に実線で示すようになり、走査角θ=0°付近の他に走査角θ=6°付近にも強度のピークが生じる。これは、位相整合による空間(方向)分解能はそれほど高くはないので、マルチビーム送信の場合には、特定の方向に反射体が位置すると、他の超音波ビームの反射によるクロストークが発生するからである。その結果、マルチビーム送信においては、クロストークによる虚像が超音波画像に生じてしまう。 In addition, in the single beam transmission as shown in FIG. 14A, the intensity of the ultrasonic echo concentric with the reflector is as indicated by a broken line in FIG. Intensity peaks only occur in the vicinity of the corresponding scanning angle θ = 0 °, but in multi-beam transmission in which the subject is simultaneously scanned with three ultrasonic beams as shown in FIG. The intensity of the ultrasonic echo concentric with the body is as shown by a solid line in FIG. 14C, and an intensity peak occurs not only near the scanning angle θ = 0 ° but also near the scanning angle θ = 6 °. . This is because the spatial (direction) resolution by phase matching is not so high, and in the case of multi-beam transmission, if a reflector is located in a specific direction, crosstalk occurs due to reflection of other ultrasonic beams. It is. As a result, in multi-beam transmission, a virtual image due to crosstalk is generated in the ultrasonic image.
なお、超音波画像の画質を向上させる手法として、以下に示すようなものが提案されている。
下記の特許文献1は、受信信号間の相関係数により屈折や多重反射等による歪みの程度を評価し、相関係数が閾値よりも低いときには、励振強度や受信増幅率を基準値より低くする一方、相関係数が閾値よりも高いときには、励振強度や受信増幅率を基準値で維持するように、励振強度及び受信増幅率の少なくとも一方を制御することにより、歪みの画質への悪影響を低減する超音波診断装置を開示している。
即ち、この超音波診断装置においては、図15に示すように、N個の増幅回路1211〜121Nによってそれぞれ増幅されたN個の超音波トランスデューサの受信信号間の相関係数を相関処理回路123によって求め、求めた相関係数に基づいてN個の増幅回路1211〜121Nの利得(増幅率)を利得制御回路122によってそれぞれ制御した後に、N個の増幅回路1211〜121Nの出力信号を加算回路124で加算している。
The following methods have been proposed as methods for improving the image quality of ultrasonic images.
That is, in this ultrasonic diagnostic apparatus, as shown in FIG. 15, the correlation coefficient between the reception signals of the N ultrasonic transducers respectively amplified by the N
また、下記の特許文献2は、超音波ビームの偏向角が大きいときには、送信系においては駆動パルスのパルス幅を大きくすると共に、受信系においては偏向角適応型ダイナミック帯域通過フィルタの受信距離に対するフィルタリング中心周波数の勾配を低下することにより、超音波トランスデューサのピッチと超音波の波長とによって決まる方向に発生するグレーティングローブを低減する超音波診断装置を開示している。 In Patent Document 2 below, when the deflection angle of the ultrasonic beam is large, the pulse width of the drive pulse is increased in the transmission system, and filtering for the reception distance of the deflection angle adaptive dynamic bandpass filter is performed in the reception system. An ultrasonic diagnostic apparatus is disclosed in which a grating lobe generated in a direction determined by the pitch of an ultrasonic transducer and the wavelength of an ultrasonic wave is reduced by reducing the gradient of the center frequency.
さらに、下記の特許文献3は、多数のマイクロフォンからの信号を処理するフィルタ処理部に、参照信号に基づく適応信号処理を加えることにより、プラント内が高反射環境であっても、測定対象からの波動の位置を高精度で特定することができるようにして、プラントの異常を正確にかつ迅速に診断することができる波動診断装置を開示している。
即ち、この波動診断装置においては、図16に示すように、N個の増幅回路1311〜131Nによってそれぞれ増幅されたN個のマイクロフォンからの信号を加算回路133で加算した信号と参照信号とを減算回路134で減算して得られる誤差信号に基づいて、N個の増幅回路1311〜131Nの利得を利得制御回路132によってそれぞれ制御するという、一般的なアダプティブアレイアンテナで行われている処理を行っている。
Furthermore, the following Patent Document 3 adds adaptive signal processing based on a reference signal to a filter processing unit that processes signals from a large number of microphones, so that even if the inside of a plant is a highly reflective environment, Disclosed is a wave diagnostic device capable of accurately and quickly diagnosing plant abnormalities so that the position of a wave can be specified with high accuracy.
That is, in this wave diagnostic apparatus, as shown in FIG. 16, a signal obtained by adding signals from N microphones amplified by N
しかしながら、特許文献1〜3に開示されている手法はいずれも、シングルビーム送信におけるのサイドローブによる虚像やマルチビーム送信におけるクロストークによる虚像のように、到来方向は異なるが波形の類似度(相関性)が高い所望の超音波エコー(所望波)と非所望の超音波エコー(干渉波)とによる虚像を低減するには効果が小さいという問題がある。特に、マルチビーム送信と組み合わせた場合には、同一深度からの非所望の超音波エコー(干渉波)を効果的に除去することができないという問題がある。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、シングルビーム送信におけるサイドローブやマルチビーム送信におけるクロストークによって超音波画像に生じる虚像を効果的に除去することができる超音波撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention provides an ultrasonic imaging apparatus capable of effectively removing a virtual image generated in an ultrasonic image due to sidelobe in single beam transmission or crosstalk in multibeam transmission. Objective.
上記課題を解決するため、本発明の超音波撮像装置は、複数の超音波トランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信し、該被検体から反射される超音波エコーを前記複数の超音波トランスデューサにより受信して得られる複数の受信信号を処理することにより、該被検体に関する画像情報を得る超音波撮像装置であって、複数の受信信号の各々と参照信号との相関値の統計値を求める相関処理手段と、複数の受信信号を加算する加算手段と、加算手段により加算された受信信号を増幅する増幅手段と、相関処理手段により求められた相関値の統計値に基づいて前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを具備する。 In order to solve the above-described problem, an ultrasonic imaging apparatus of the present invention transmits an ultrasonic beam from a plurality of ultrasonic transducers toward a subject, and transmits an ultrasonic echo reflected from the subject to the plurality of ultrasonic waves. An ultrasonic imaging apparatus that obtains image information related to a subject by processing a plurality of received signals received by a transducer, and calculates a statistical value of a correlation value between each of the plurality of received signals and a reference signal Correlation processing means to be obtained; addition means for adding a plurality of reception signals; amplification means for amplifying the reception signals added by the addition means; and the amplification means based on a statistical value of correlation values obtained by the correlation processing means Gain control means for controlling the gain.
本発明によれば、複数の超音波トランスデューサからの受信信号の各々と参照信号との相関値の統計値に基づいて、複数の超音波トランスデューサからの受信信号を加算した信号を増幅するので、波形の類似度(相関性)は高いが異なる方向から到来する複数方向の超音波エコーの中より、所望しない方向の超音波エコー(干渉波)による虚像を効果的に低減することができる。その結果、超音波画像に生じるシングルビーム送信時のサイドローブによる虚像やマルチビーム送信時のクロストークによる虚像を効果的に除去することができ、特に、マルチビーム送信の場合には、同一深度からの非所望の超音波エコー(干渉波)を効果的に除去することができる。 According to the present invention, the signal obtained by adding the reception signals from the plurality of ultrasonic transducers is amplified based on the statistical value of the correlation value between each of the reception signals from the plurality of ultrasonic transducers and the reference signal. Although the degree of similarity (correlation) is high, it is possible to effectively reduce a virtual image caused by ultrasonic echoes (interference waves) in an undesired direction from among ultrasonic echoes coming from different directions. As a result, it is possible to effectively remove the virtual image due to the side lobe during single beam transmission and the virtual image due to crosstalk during multi-beam transmission that occur in the ultrasonic image, particularly in the case of multi-beam transmission. Undesired ultrasonic echoes (interference waves) can be effectively removed.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、3本の超音波ビームを被検体に同時に送信するマルチビーム送信の場合を例として、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子(プローブ)1と、超音波用探触子1に接続された超音波撮像装置本体2とによって構成され、超音波用探触子1から被検体に向けて3本の超音波ビームを約6.4°間隔で同時に送信することにより被検体を走査し、被検体から反射された超音波エコーを受信して超音波画像を生成する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example the case of multi-beam transmission in which three ultrasonic beams are simultaneously transmitted to a subject. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic imaging apparatus includes an ultrasonic probe (probe) 1 used in contact with a subject, and an ultrasonic imaging apparatus main body 2 connected to the
超音波用探触子1は、1次元の超音波トランスデューサアレイ11を構成する複数の超音波トランスデューサ11aを備えている。これらの超音波トランスデューサ11aは、信号線を介して超音波撮像装置本体2に接続される。
The
各々の超音波トランスデューサ11aは、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料(圧電体)の両端に電極を形成した振動子によって構成される。また、近年において、超音波トランスデューサの感度及び帯域向上に寄与するとして期待が寄せられているPZNT(鉛、亜鉛、ニオブ、チタンを含む酸化物)単結晶を含む圧電材料を用いても良い。
Each of the
このような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、受信信号として出力される。 When a voltage is applied to the electrodes of such a vibrator by sending a pulsed or continuous wave electric signal, the piezoelectric body expands and contracts. By this expansion and contraction, pulsed or continuous wave ultrasonic waves are generated from the respective vibrators, and an ultrasonic beam is formed by synthesizing these ultrasonic waves. Each vibrator expands and contracts by receiving propagating ultrasonic waves and generates an electrical signal. These electrical signals are output as received signals.
超音波撮像装置本体2は、複数の切換回路20と、複数の送信回路21と、複数の受信回路22と、コンピュータ30と、記録部40と、表示部70とを含んでいる。
複数の切換回路20は、超音波ビームの送信時において、超音波用探触子1に内蔵されている複数の超音波トランスデューサ11aを複数の送信回路21にそれぞれ接続し、超音波エコーの受信時において、複数の超音波トランスデューサ11aを複数の受信回路22にそれぞれ接続する。
The ultrasonic imaging apparatus main body 2 includes a plurality of switching
The plurality of switching
複数の送信回路21の各々は、D/A(ディジタル/アナログ)変換器と、A級パワーアンプとを含んでいる。D/A変換器は、コンピュータ30から供給される波形データに基づいて、超音波ビームの送信方向に応じた遅延量を有する駆動信号を生成する。パワーアンプは、この駆動信号を増幅して、超音波用探触子1に供給する。
Each of the plurality of
複数の受信回路22の各々は、プリアンプと、TGC(タイム・ゲイン・コンペンセーション)増幅器と、A/D(アナログ/ディジタル)変換器とを含んでいる。各々の超音波トランスデューサ11aから出力される受信信号は、プリアンプによって増幅され、TGC増幅器によって、被検体内において超音波が到達した距離による減衰の補正が施される。
TGC増幅器から出力される受信信号は、A/D変換器によってディジタル信号に変換される。なお、A/D変換器のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波ビームの周波数の10倍程度の周波数が必要であり、超音波ビームの周波数の16倍以上の周波数が望ましい。また、A/D変換器の分解能としては、10ビット以上が望ましい。
Each of the plurality of receiving
The received signal output from the TGC amplifier is converted into a digital signal by an A / D converter. The sampling frequency of the A / D converter needs to be at least about 10 times the frequency of the ultrasonic beam, and is preferably 16 times or more the frequency of the ultrasonic beam. The resolution of the A / D converter is preferably 10 bits or more.
コンピュータ30は、記録部40に記録されているソフトウェア(制御プログラム)に基づいて超音波ビームの送受信を制御する。記録部40としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、MO、MT、RAM、CD−ROM、又はDVD−ROM等の記録媒体を用いることができる。コンピュータ30とソフトウェアとによって、走査制御部31と、波形データ生成部32と、画像信号生成部34と、画像処理部35と、受信ビームフォーミング部50とが、機能ブロックとして実現される。また、コンピュータ30は、送信メモリ33及び受信メモリ36を有している。
The
走査制御部31は、超音波ビームの送信方向と、超音波エコーの受信方向及び焦点位置とを順次設定する。波形データ生成部32は、走査制御部31の制御の下で、送信メモリ33に格納されている波形データを順次読み出し、複数の送信回路21に出力する。これらの送信回路21は、波形データに基づいて複数の駆動信号をそれぞれ生成し、超音波用探触子1に含まれている複数の超音波トランスデューサ11aに供給する。
The
受信メモリ36は、複数の受信回路22のA/D変換器から出力されるディジタルの受信信号を、超音波トランスデューサ毎に時系列に記憶する。受信ビームフォーミング部50は、走査制御部31において設定された受信方向に基づいて、受信メモリ36から読み出した複数の受信信号に対して位相整合を施すことにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、上記3つの送信ビームについて、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。
The
図2に示すように、受信ビームフォーミング部50は、N個の超音波トランスデューサ(チャンネル番号ch1〜chN)の受信信号の位相をそれぞれシフトするN個の位相シフト部511〜51Nと、走査制御部31から入力される位相制御信号PRefに基づいてN個の位相シフト部511〜51Nの位相シフト量を制御する位相制御部52と、N個の位相シフト部511〜51Nの出力信号を加算するための加算部53と、加算部53の出力信号を増幅する増幅部54と、各位相シフト部511〜51Nの出力信号と参照信号Refとの相関値のラグの分散σt(相関値が最大となるまでのラグの分散)を求める相関処理部55と、ラグの分散σtと増幅部53の利得との関係を表す利得テーブルが格納された利得テーブルメモリ56と、利得テーブルメモリ56に格納されている利得テーブルを参照して、相関処理部55から入力されるラグの分散σtに基づいて増幅部54の利得を制御する利得制御部57とを備える。
As shown in FIG. 2, the
利得テーブルは、図3の(A)に示すように利得を対数表示した場合、ラグの分散σtが0〜5のときには増幅部54の利得を100(図3の(B)に示すように利得をリニア表示した場合の「1」)とし、ラグの分散σtが5〜35のときには増幅部54の利得が直線的に減少するようにし、ラグの分散σtが5〜35のときには増幅部54の利得が10-1(図3の(B)に示すように利得をリニア表示した場合の「0.1」)となるように作成されている。
When the gain is displayed logarithmically as shown in FIG. 3A, the gain of the amplifying
参照信号Refは、空間特性が異なる送信ビームを用いて得られる信号である。具体的には、1本の超音波ビームを点反射体に向けて送信して得られる受信信号である。但し、図4の(A)に示すように、1本の超音波ビームを点反射体に向けて送信して得られる受信信号には、点反射体の深度からの超音波エコーによるもの以外に、他の深度からの超音波エコーによるものも含まれている。そのため、受信信号の波形を切り出す際の切り出し区間の打ち切りの影響を抑えるために、図4の(B)に示すような窓関数を受信信号と掛け合わせることにより、図4の(C)に示すような点反射体の深度からの超音波エコーに対応する参照信号Refとする。 The reference signal Ref is a signal obtained using transmission beams having different spatial characteristics. Specifically, it is a reception signal obtained by transmitting one ultrasonic beam toward a point reflector. However, as shown in FIG. 4A, the received signal obtained by transmitting one ultrasonic beam toward the point reflector is not limited to the ultrasonic echo from the depth of the point reflector. Also included are ultrasonic echoes from other depths. Therefore, in order to suppress the influence of the cut-off of the cut-out section when cutting the waveform of the received signal, a window function as shown in FIG. 4B is multiplied with the received signal, and the result is shown in FIG. A reference signal Ref corresponding to an ultrasonic echo from the depth of such a point reflector is used.
なお、参照信号Refは、既知の送信音圧波形と被検体の平均的な周波数特性とから推定した波形を有する信号を用いても良い。具体的には、以下のようにして求めた信号を参照信号Refとする。
予め、水中において、焦点位置におけるインパルス駆動の音圧波形XTDX(t)を計測しておく。なお、この音圧波形XTDX(t)は、電子回路のインパルスレスポンスに対応する。この音圧波形XTDX(t)と、被写体の空間位置と焦点位置との位置関係によって決まる空間的フィルタHSPEC(f)と、被写体の平均的な周波数依存減衰exp(α・L・f)を用いて、次式により求めた信号Xr(t)を参照信号Refとする。
Xr(t)=IFFT[exp(α・L・f)×HSPEC(f)×FFT{XTDX(t)}]
ここで、減衰係数αの単位はdB/(cm・MHz)、
距離Lの単位はcm、
周波数fの単位はMHzである。
The reference signal Ref may be a signal having a waveform estimated from a known transmission sound pressure waveform and an average frequency characteristic of the subject. Specifically, a signal obtained as follows is referred to as a reference signal Ref.
In advance, underwater, an impulse-driven sound pressure waveform X TDX (t) at the focal position is measured. The sound pressure waveform X TDX (t) corresponds to the impulse response of the electronic circuit. This sound pressure waveform X TDX (t), a spatial filter H SPEC (f) determined by the positional relationship between the spatial position of the subject and the focal position, and an average frequency-dependent attenuation exp (α · L · f) of the subject The signal X r (t) obtained by the following equation is used as a reference signal Ref.
X r (t) = IFFT [exp (α · L · f) × H SPEC (f) × FFT {X TDX (t)}]
Here, the unit of the attenuation coefficient α is dB / (cm · MHz),
The unit of the distance L is cm,
The unit of the frequency f is MHz.
なお、本実施形態に係る超音波撮像装置のように、3本の超音波ビームで被検体を約6.4°の間隔で同時に送信するマルチビーム送信を行う場合には、3本の超音波ビームにそれぞれ対応して3個の受信ビームフォーミング部50が設けられるが、超音波用探触子1の複数の超音波トランスデューサ11aを用いて1本の超音波ビームで被検体を走査するシングルビーム送信を行う場合には、1個の受信ビームフォーミング部50だけが設けられる。
In the case of performing multi-beam transmission in which the subject is simultaneously transmitted at intervals of about 6.4 ° with three ultrasonic beams as in the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment, three ultrasonic waves are used. Although three reception
画像信号生成部34は、受信ビームフォーミング部50から出力される音線信号(アレイ出力)に基づいて、表示装置に表示すべき複数の画素における輝度を表す画像信号を生成する。例えば、画像信号生成部36は、音線信号によって表される波形のエンベロープを検出し、走査方式を変換することによって、画像信号を生成する。
The image
画像処理部35は、画像信号生成部34から出力される画像信号に対して、階調処理や輪郭強調処理等の画像処理を必要に応じて施す。表示部70は、例えば、CRTやLCD等の表示装置を含んでおり、画像処理部35から出力される画像信号に基づいて、超音波画像を表示する。
The
次に、本実施形態に係る超音波撮像装置の動作について説明する。なお、説明の簡単のために、16個の超音波トランスデューサ11a(チャンネル番号ch1〜ch16)を用いて、3本の超音波ビームB1〜B3(図9参照)を約6.4°の間隔で同時に送信する場合について説明する。また、図2の相関処理部55において用いられる参照信号Refとして、図4の(C)に示すような点反射体の深度からの超音波エコーに対応する参照信号Refを使用した場合について説明する。
Next, the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment will be described. For simplicity of explanation, 16
3本の超音波ビームB1〜B3を同時に送信する場合には、コンピュータ30の波形データ生成部32において、走査制御部31の制御の下で、送信メモリ33に格納されている波形データが順次読み出されて、16個の超音波トランスデューサ11aにそれぞれ接続されている送信回路21に出力される。
When transmitting the three ultrasonic beams B1 to B3 simultaneously, the waveform data generation unit 32 of the
各々の送信回路21においては、16個の超音波トランスデューサ11aから3本の超音波ビームB1〜B3を約6.4°の間隔で同時に送信するための駆動信号が生成される。生成された駆動信号は、送信回路21から切換回路20を介して、対応する超音波トランスデューサ11aに出力される。これにより、超音波探触子1の16個の超音波トランスデューサ11aから3本の超音波ビームB1〜B3が被検体に向けて同時に送信される。
In each
3本の超音波ビームB1〜B3が被検体から反射されて生じた各々の超音波エコーを受信することによって16個の超音波トランスデューサ11aにおいて得られる16個の受信信号は、超音波探触子1から切換回路20を介して、対応する受信回路22にそれぞれ入力される。16個の受信信号は、各々の受信回路22において、プリアンプにより増幅され、TGC増幅器により超音波の到達距離による減衰の補正がなされた後に、A/D変換器によりディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された16個の受信信号は、超音波トランスデューサ毎に時系列に受信メモリ36に記憶される。
The 16 received signals obtained by the 16
ここで、図5の(A)に示すように超音波トランスデューサアレイ11の中心線上に反射体を置いた場合に、3本の超音波ビームB1〜B3が反射体から反射されて生じる超音波エコーが16個の超音波トランスデューサ11aで受信される時間は、図5の(B)及び(C)に示すように、各々の超音波トランスデューサ11aと反射体との間の距離の相違により異なる。そのため、3個の受信ビームフォーミング部50の図2に示す位相シフト部511〜5116(この例では、超音波トランスデューサ11aの数を16個としているため、N=16となる。)において、受信メモリ36から読み出した16個の受信信号に対して、超音波ビームB1〜B3の各々の方向に対応する位相整合を施すことにより、受信フォーカス処理が行われる。これにより、3つの送信ビーム(超音波ビームB1〜B3)について、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。
Here, when a reflector is placed on the center line of the
即ち、図1の最上段の受信ビームフォーミング部50においては、16個の受信信号に対して、超音波ビームB1の方向への位相整合を施すことにより、受信フォーカス処理が行われる。この例の場合には、超音波ビームB1は、図6の(A)に示すように、超音波トランスデューサアレイ11の中心線から約−6.4°の角度を中心として左右約3.2°の範囲を走査するように送信されるため、超音波トランスデューサアレイ11の中心線上に置かれた反射体からの超音波エコーに対応する16個の受信信号に対して位相整合を施しても、図6の(B)に示すように、各々の受信信号は時間的に一致しない。
That is, in the reception
図1の2段目の受信ビームフォーミング部50においては、16個の受信信号に対して、超音波ビームB2の方向への位相整合を施すことにより、受信フォーカス処理が行われる。この例の場合には、超音波ビームB2は、図7の(A)に示すように、超音波トランスデューサアレイ11の中心線を中心として左右約3.2°の範囲を走査するように送信されるため、超音波トランスデューサアレイ11の中心線上に置かれた反射体からの超音波エコーに対応する16個の受信信号に対して位相整合を施すと、図7の(B)に示すように、各々の受信信号は時間的に一致する。
In the reception
図1の最下段の受信ビームフォーミング部50においては、16個の受信信号に対して、超音波ビームB3の方向への位相整合を施すことにより、受信フォーカス処理が行われる。この例の場合には、超音波ビームB3は、図6の(A)に示すように、超音波トランスデューサアレイ11の中心線から約6.4°の角度を中心として左右約3.2°の範囲を走査するように送信されるため、超音波トランスデューサアレイ11の中心線上に置かれた反射体からの超音波エコーに対応する16個の受信信号に対して位相整合を施しても、上述した超音波ビームB1と同様に、各々の受信信号は時間的に一致しない。
In the lowermost receive
図2の各々の位相シフト部511〜5116における位相シフト量は、図1の走査制御部31から入力される位相制御信号PRefに基づいて位相制御部52によって制御される。
The phase shift amount in each of the
以上のようにして位相整合が施された16個の受信信号は、各々の受信ビームフォーミング部50において、相関処理部55に入力されると共に、加算部53により加算された後に増幅部54に入力される。
The 16 received signals phase-matched as described above are input to the
相関処理部55において、位相整合が施された16個の受信信号はそれぞれ、図8の(A)に示すように窓関数が掛けられた後に、図8の(B)に示すように参照信号Refとの相関が取られる。なお、図8は、超音波ビームB1についての例を示すものである。
In the
その後、相関処理部55において、16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σtが求められる。求められた相関値のラグの分散σtは、相関処理部55から利得制御部57に出力される。
Thereafter, the
図9の(B)は、図9の(A)に示すように反射体を超音波トランスデューサアレイ11の中心線上(θ=0°の方向)に置いたときの16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σtを求めた一例を示す。また、図10の(B)は、図10の(A)に示すように反射体を超音波トランスデューサアレイ11の中心線から約6.4°の方向(θ=約6.4°の方向)に置いたときの16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σtを求めた一例を示す。さらに、図11の(B)は、図11の(A)に示すように2個の反射体を超音波トランスデューサアレイ11の中心線上(θ=0°の方向)及び中心線から約6.4°の方向(θ=6.4°の方向)にそれぞれ置いたときの16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σtを求めた一例を示す。
FIG. 9B shows each of the 16 received signals when the reflector is placed on the center line (direction of θ = 0 °) of the
図2の利得制御部57において、図3に示す利得テーブルが利得テーブルメモリ56から読み出された後、読み出した利得テーブルを参照して、相関処理部55から入力される相関値のラグの分散σtに基づいて増幅部54の利得が求められる。
2, after the gain table shown in FIG. 3 is read from the
例えば、図9の(A)〜(C)に示すように、反射体を超音波トランスデューサアレイ11の中心線上(θ=0°の方向)に置いた場合には、超音波トランスデューサアレイ11の中心線から約−6.4°方向に送信された超音波ビームB1に対応するθ=−6.4°における相関値のラグの分散σtは、図9の(B)に点P1で示すように約40であるため、図3の(B)に示す利得テーブルを参照して、図2の増幅部54の利得は0.1(10-1)とされる。その結果、図2の増幅部54の出力信号が示すエコー強度は、図9の(C)に点Q1で示すθ=−6.4°における約−28dBから点Q1’で示す約48dBまで低減される。
For example, as shown in FIGS. 9A to 9C, when the reflector is placed on the center line of the ultrasonic transducer array 11 (direction of θ = 0 °), the center of the
また、超音波トランスデューサアレイ11の中心線上に送信された超音波ビームB2に対応するθ=0°における相関値のラグの分散σtは、図9の(B)に点P2で示すように約5であるため、図3の(B)に示す利得テーブルを参照して、図2の増幅部54の利得は1(100)とされる。その結果、図2の増幅部54の出力信号が示すエコー強度は、図9の(C)に点Q2で示すθ=0°における0dBのままとされる。
Further, the dispersion σ t of the correlation value lag at θ = 0 ° corresponding to the ultrasonic beam B2 transmitted on the center line of the
さらに、超音波トランスデューサアレイ11の中心線から約6.4°方向に送信された超音波ビームB3に対応するθ=6.4°における相関値のラグの分散σtは、図9の(B)に点P3で示すように約40であるため、図3の(B)に示す利得テーブルを参照して、図2の増幅部54の利得は0.1(10-1)とされる。その結果、図2の増幅部54の出力信号が示すエコー強度は、図9の(C)に点Q3で示すθ=6.4°における約−25dBから点Q3’で示す約45dBまで低減される。
これにより、図9の(C)に示すように、θ=−6.4°付近及びθ=6.4°付近に生じるマルチビーム送信による虚像を除去することができる。
Furthermore, the variance σ t of the correlation value lag at θ = 6.4 ° corresponding to the ultrasonic beam B3 transmitted in the direction of about 6.4 ° from the center line of the
As a result, as shown in FIG. 9C, virtual images due to multi-beam transmission that occur around θ = −6.4 ° and around θ = 6.4 ° can be removed.
同様にして、図10の(A)〜(C)に示すように、反射体を超音波トランスデューサアレイ11から約6.4°の方向(θ=6.4°の方向)に置いた場合にも、図10の(C)に示すように、θ=−6.4°付近及びθ=0°付近に生じるマルチビーム送信による虚像を除去することができる。
Similarly, when the reflector is placed in a direction of about 6.4 ° (θ = 6.4 ° direction) from the
また、図11の(A)〜(C)に示すように、反射体を超音波トランスデューサアレイ11の中心線上(θ=0°の方向)及び中心線から約6.4°の方向(θ=6.4°の方向)に置いた場合にも、θ=−6.4°付近に生じるマルチビーム送信による虚像を除去することができる。 Further, as shown in FIGS. 11A to 11C, the reflector is placed on the center line of the ultrasonic transducer array 11 (direction of θ = 0 °) and in the direction of about 6.4 ° from the center line (θ = Even in the case of setting in the direction of 6.4 °, a virtual image caused by multi-beam transmission that occurs in the vicinity of θ = −6.4 ° can be removed.
3個の受信ビームフォーミング部50から出力される音線信号は、画像信号生成部34に入力される。
画像信号生成部34においては、3個の受信ビームフォーミング部50から入力される音線信号に基づいて、画像信号が生成される。生成された画像信号は、画像処理部39において、階調処理や輪郭強調処理等の画像処理が施される。これにより、マルチビーム送信による虚像を除去された超音波画像が表示部70に表示される。
The sound ray signals output from the three reception
In the image
以上の説明においては、16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σtに基づいて図2の増幅部54の利得を求めたが、16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値の統計量(例えば、相関値の平均値、相関値の分散、相関値が最大となるまでのラグの平均値、及び、相関値が最大となるまでのラグの分散等)に基づいて増幅部54の利得を求めることができる。
In the above description, the gain of the amplifying
また、マルチビーム送信の場合を例として説明したが、シングルビーム送信の場合でも、受信ビームフォーミング部50において、16個の受信信号の各々と参照信号Refとの相関値のラグの分散σt等に基づいて図2の増幅部54の利得を求めることにより、超音波画像に生じるサイドローブによる虚像を除去することができる。
Further, although the case of multi-beam transmission has been described as an example, even in the case of single beam transmission, the reception
本発明は、超音波を送受信して被検体の超音波画像を表示することにより、生体内の臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置において利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an ultrasound imaging apparatus that is used to perform diagnosis and non-destructive inspection of an organ in a living body by transmitting and receiving ultrasound and displaying an ultrasound image of a subject. .
1 超音波用探触子
2 超音波撮像装置本体
11 トランスデューサアレイ
11a 超音波トランスデューサ
20 切換回路
21 送信回路
22 受信回路
30 コンピュータ
31 走査制御部
32 波形データ生成部
33 送信メモリ
34 画像信号生成部
35 画像処理部
36 受信メモリ
40 記録部
50 受信ビームフォーミング部
511〜51N 位相シフト部
52 位相制御部
53 加算部
54 増幅部
55 相関処理部
56 利得テーブルメモリ
57 利得制御部
70 表示部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の受信信号の各々と参照信号との相関値の統計値を求める相関処理手段と、
前記複数の受信信号を加算する加算手段と、
前記加算手段により加算された受信信号を増幅する増幅手段と、
前記相関処理手段により求められた相関値の統計値に基づいて前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、
を具備する超音波撮像装置。 By transmitting an ultrasonic beam from a plurality of ultrasonic transducers toward the subject and processing a plurality of received signals obtained by receiving ultrasonic echoes reflected from the subject by the plurality of ultrasonic transducers An ultrasonic imaging apparatus for obtaining image information relating to the subject,
Correlation processing means for obtaining a statistical value of a correlation value between each of the plurality of received signals and a reference signal;
Adding means for adding the plurality of received signals;
Amplifying means for amplifying the received signal added by the adding means;
Gain control means for controlling the gain of the amplifying means based on the statistical value of the correlation value obtained by the correlation processing means;
An ultrasonic imaging apparatus comprising:
前記相関処理手段が、前記位相整合処理手段により位相シフトされた複数の受信信号の各々と参照信号との相関値の統計値を求める、
請求項1記載の超音波撮像装置。 Further comprising phase matching processing means for performing phase matching processing on the plurality of received signals in accordance with arrival direction information of the ultrasonic echoes,
The correlation processing means obtains a statistical value of a correlation value between each of a plurality of received signals phase-shifted by the phase matching processing means and a reference signal;
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005031454A JP4503454B2 (en) | 2005-02-08 | 2005-02-08 | Ultrasonic imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005031454A JP4503454B2 (en) | 2005-02-08 | 2005-02-08 | Ultrasonic imaging device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006217943A JP2006217943A (en) | 2006-08-24 |
JP4503454B2 true JP4503454B2 (en) | 2010-07-14 |
Family
ID=36980648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005031454A Expired - Fee Related JP4503454B2 (en) | 2005-02-08 | 2005-02-08 | Ultrasonic imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4503454B2 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100875413B1 (en) | 2005-12-06 | 2008-12-23 | 주식회사 메디슨 | Image Processing System and Method for Adjusting Gain of Color Flow Image |
JP5473381B2 (en) * | 2008-06-23 | 2014-04-16 | キヤノン株式会社 | Ultrasonic device |
JP5472289B2 (en) * | 2009-03-17 | 2014-04-16 | コニカミノルタ株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
JP5396242B2 (en) * | 2009-11-11 | 2014-01-22 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
JP5634819B2 (en) * | 2010-10-13 | 2014-12-03 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
JP5634817B2 (en) * | 2010-10-13 | 2014-12-03 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
JP5634818B2 (en) * | 2010-10-13 | 2014-12-03 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
EP2442132B1 (en) | 2010-10-13 | 2014-11-26 | Hitachi Aloka Medical, Ltd. | Ultrasonic diagnosis apparatus |
JP5666373B2 (en) * | 2011-04-21 | 2015-02-12 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
US9239374B2 (en) | 2010-11-09 | 2016-01-19 | Konica Minolta, Inc. | Beamforming method, ultrasonic diagnostic apparatus, program, and integrated circuit |
JP6373012B2 (en) * | 2014-02-17 | 2018-08-15 | 大阪瓦斯株式会社 | Engine diagnostic device |
JP6819184B2 (en) * | 2016-09-26 | 2021-01-27 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic measuring device and control method of ultrasonic measuring device |
JP7420632B2 (en) * | 2020-04-16 | 2024-01-23 | 株式会社日立パワーソリューションズ | Ultrasonic inspection equipment and ultrasonic inspection method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0318353A (en) * | 1989-06-16 | 1991-01-25 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic diagnostic device |
JPH08289891A (en) * | 1995-04-24 | 1996-11-05 | Olympus Optical Co Ltd | Ultrasonic diagnostic device |
JP3645347B2 (en) * | 1996-02-23 | 2005-05-11 | 株式会社東芝 | Ultrasonic diagnostic apparatus and delay time optimization method |
JP3607459B2 (en) * | 1997-06-04 | 2005-01-05 | 株式会社日立メディコ | Ultrasonic diagnostic equipment |
-
2005
- 2005-02-08 JP JP2005031454A patent/JP4503454B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006217943A (en) | 2006-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4503454B2 (en) | Ultrasonic imaging device | |
US6910380B2 (en) | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus | |
JP5404141B2 (en) | Ultrasonic device and control method thereof | |
JPWO2006006460A1 (en) | Ultrasonic imaging device | |
JP2015077393A (en) | Ultrasonic measurement apparatus, ultrasonic image apparatus, and ultrasonic measurement method | |
JP4286621B2 (en) | Ultrasonic transceiver | |
JP2009279306A (en) | Ultrasonic diagnosing apparatus | |
US9320497B2 (en) | Ultrasound diagnostic apparatus and method of producing ultrasound image | |
JP2015053961A (en) | Ultrasonic measurement device, ultrasonic imaging device, and ultrasonic measurement method | |
US7331234B2 (en) | Ultrasonic imaging method and ultrasonic imaging apparatus | |
JP5777604B2 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic image generation method and program | |
JP4090370B2 (en) | Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method | |
JP5637960B2 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image generation method | |
JP2005087266A (en) | Ultrasonic imaging equipment | |
JP4599408B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
US9291601B2 (en) | Ambient sound velocity obtaining method and apparatus | |
JP2005125082A (en) | Ultrasonic diagnosing apparatus | |
JPH04336051A (en) | Ultrasonic diagnosing device | |
WO2014050739A1 (en) | Ultrasonic diagnosis device, method for generating ultrasonic image, and program | |
JP2004223109A (en) | Apparatus and method for picking up ultrasonic image | |
JP4579632B2 (en) | Ultrasonic transceiver | |
JP4154043B2 (en) | Ultrasonic imaging device | |
JP2005342197A (en) | Ultrasonic transmitting apparatus | |
JP2004113694A (en) | Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method | |
JP2006000287A (en) | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061207 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070705 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100409 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100420 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100421 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140430 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |