JP4672158B2

JP4672158B2 - 超音波装置

Info

Publication number: JP4672158B2
Application number: JP2001063181A
Authority: JP
Inventors: 博隆馬場; 隆一篠村; 眞治岸本; 純窪田; 祐一三和
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: JP2002263103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波装置に関し、特に、検査対象物を構成する物質の音速が不均一であることに起因する受波信号の遅延時間分布の補正に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波装置として、特に、デジタル信号処理を主体とした超音波装置は、例えば特開平６−３１３７６４号公報（以下、文献１と記す）に記載されるように、複数個の振動子からなる探触子と、振動子に所定の時点で送波パルス電圧を供給する送波部及び各振動子が出力する受波信号を増幅する増幅器並びに増幅後の受波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器からなる送受信部と、デジタル化された受波信号の周波数を低周波に移動する波形変換部と、低周波に移動された受波信号を累加する累加部と、各振動子毎に累加された受波信号に位相差を揃えるための遅延を与えるデジタル遅延部と、遅延後の受波信号を加算処理した後にｌｏｇ圧縮やフィルタリング処理等の画像処理を行う信号処理部と、座標変換や補間等のスキャン変換を行い表示用の超音波像を生成し表示装置の表示面上に表示させる表示部とから構成されていた。
【０００３】
デジタル遅延部は、隣接する振動子が受波した受波信号間の位相差を計測し、２つの受波信号の位相差を揃えるための遅延量を演算する相関器と、該相関器が計算した遅延量を受波信号に与える遅延部とから構成されていた。
【０００４】
この文献１に記載の超音波装置では、まず、送受信部がオーバーサンプリングした受波信号に対して、波形変換部が受波信号の周波数を低周波へ移動した後に、累加部が累加算処理を行うことによって、探触子が受波した反射パルスの取り込み精度に係わるＡ／Ｄ変換の実効的精度を向上させていた。
【０００５】
次に、デジタル遅延部が各振動子に対応する受波信号に対して予め設定された遅延時間（初期遅延時間）を与えることによって、焦点位置となる目標物体から各振動子位置に至るまでの遅延時間差を補正していた。ただし、このときデジタル遅延部が与える初期遅延時間は、測定対象を均一媒質とみなした場合の遅延時間差であった。この後に、相関器が隣接する振動子が受波した受波信号間の位相差を揃えるための遅延量を計算し、デジタル遅延部が相関器で計算された遅延量を受波信号に与えることによって、測定対象が不均一媒質であることに起因する受波信号の位相差すなわち各振動子が受波した反射パルスのパルス波面の歪みを補正し、超音波画像の分解能を向上させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の超音波装置は、前述するように、相関器によって隣接する振動子間の相関演算を行い、この相関演算により得られた遅延時間で初期遅延時間を補正した遅延を受波信号に与えることによって、測定対象が不均一媒質であることに起因するパルス波面の歪みを補正する構成となっていた。従って、従来の超音波装置では、受波信号に初期遅延時間を与えた超音波画像と、補正によって得られる超音波画像との間には１フレーム分の時間遅れが生じることとなっていた。このために、パルス波面の歪みを正確に補正するためには、解析的に得られた初期遅延時間と同じ状態での超音波計測すなわち測定対象と探触子との相対的な位置変動を抑えた状態での超音波計測を行う必要があった。
【０００７】
しかしながら、一般的な超音波計測では、検者は測定対象に当接させた探触子を移動させながら関心領域を探り、所望の超音波画像を得るようにしていた。このために、従来の超音波装置では、相関器による遅延補正の有無を制御する選択スイッチを設け、この選択スイッチを検者に操作させることによって、探触子の移動中における遅延補正を停止させる構成となっていたので、検者にかかる負担が大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、従来の超音波装置は、例えば、中空構造である人体等を測定対象とする医用の超音波装置では、反射パルス強度が小さく受波信号のＳ／Ｎが小さい領域においても媒質不均一に係わる補正を行う構成となっていた。しかしながら、受波信号のＳ／Ｎの低下した領域では、正確な相関演算を行うことができないので、パルス波面のズレすなわち歪みを大きくしてしまい、不均一媒質による影響以上に画像の質を低下させてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、検者にかかる負担を低減させることが可能な超音波装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、診断効率を向上することが可能な超音波装置を提供することにある。
本発明のその他の目的は、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正の有無を自動的に選択することが可能な超音波装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１２】
（１）超音波信号を送受波する複数の振動子からなる探触子と、該振動子が受波した受波信号にそれぞれの振動子位置で受信する目標物体からの波面の入射時刻に対応する遅延を与えるデジタル遅延手段と、デジタル遅延後の受波信号間の位相差を補正する位相差補正手段と、該位相差補正後の受波信号を加算し超音波像を生成する信号処理手段とを有する超音波装置において、
前記位相差補正手段は、前記受波信号の強度を計測する手段と、前記受波信号の強度の計測結果に基づいて前記位相差の補正領域を可変する手段とを備え、前記位相差補正手段は前記補正領域内の受波信号間の位相差を補正し、さらに、前記補正領域を示すフレーム像を前記超音波像と同一の表示画面に表示させる手段を備える。
【００１３】
（２）（１）記載の超音波装置において、前記位相差補正手段は、前記探触子と前記測定対象との相対的な位置変動を監視する手段と、該監視出力に基づいて前記位相差補正の有無を選択する手段と、前記受波信号の強度を計測する手段と、前記受波信号の強度の計測結果に基づいて前記位相差の補正領域を可変する手段とを備える。
【００１５】
前述した（２）の手段によれば、目標物体に対する探触子の移動を監視する監視手段の監視出力に基づいて、判定手段が位相差補正の有無を判定する。この判定の後に、位相差補正手段が測定対象を媒質均一とした遅延時間を設定するかあるいは媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正した遅延時間を設定するかを制御する構成となっているので、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正の有無を自動的に選択することができる。
【００１６】
このように、検者は機器操作等を行うことなく受波信号に初期遅延時間を与えた超音波画像と、補正によって得られる超音波画像との間に１フレーム分の時間遅れが生じることを防止した超音波像を得ることができるので、検者に負担をかけることなく、測定対象が不均一媒質であることに起因するパルス波面の歪み補正に伴う超音波画像の画質低下を防止できる。その結果、超音波計測に係わる診断時間を短縮することができるので、検者は診断効率を向上することができる。
【００１７】
前述した（１）の手段によれば、まず、強度計測手段が位相差補正に値する受波信号強度の部分を検索し、この結果に基づいて、補正領域可変手段が超音波像中での補正領域を特定し、この特定された補正領域に属する超音波ビーム及び探触子の当接位置からの深度を特定する。次に、位相差補正手段が特定された補正領域内のみの受波信号間の位相差を補正するので、受波信号のＳ／Ｎの低下した領域でのパルス波面のズレ補正に伴う画像の低下を防止できる。また、補正領域可変手段が特定した特定領域内のみの相関演算を行う構成となるので、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正に伴う演算負荷を低減することができる。その結果、速やかに測定対象部位の超音波像を得ることが可能となるので、診断効率を向上することができ、検者にかかる負担を低減させることができる。
【００１８】
このとき、フレーム表示手段が補正領域を示すフレームを超音波像と共に表示することによって、検者は自動的に設定された補正領域を検証しつつ超音波計測を行うことが可能となる。
【００１９】
前述した（１）または（２）の手段によれば、目標物体に対する探触子の移動を監視する監視手段の監視出力に基づいて、判定手段が位相差補正の有無を判定する。この判定の後に、位相差補正手段が測定対象を媒質均一とした遅延時間を設定するかあるいは媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正した遅延時間を設定するかを制御する構成となっている。一方、強度計測手段が位相差補正に値する受波信号強度の部分を検索し、この結果に基づいて、補正領域可変手段が超音波像中での補正領域を特定し、該特定領域の超音波ビーム及び探触子の当接位置からの深度を特定する。次に、位相差補正手段が特定された補正領域内の受波信号間の位相差を補正する。その結果、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正の有無を自動的に選択することができると共に、受波信号のＳ／Ｎの低下した領域でのパルス波面のズレ補正に伴う画像の低下を防止できるという効果を奏することができる。
【００２０】
このとき、フレーム表示手段が補正領域を示すフレームを超音波像と共に表示することによって、検者は自動的に設定された補正領域を検証しつつ超音波計測を行うことが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の超音波装置の概略構成を説明するための図であり、１０１は振動子、１０２は送受信手段、１０３はデジタル遅延手段、１０４は信号処理手段、１０５は表示手段、１０６は変動推定手段、１０７は変動量判定手段、１０８は零遅延誤差発生手段、１０９は補正遅延量演算手段、１１０は第１の遅延誤差選択手段を示す。ただし、振動子１０１、送受信手段１０２、デジタル遅延手段１０３、信号処理手段１０４及び表示手段１０５は、周知の機構及び手段を用いる。また、以下の説明では、本願発明を測定対象が人体や動物等の生体となる医用の超音波装置に適用した場合について説明するが、本願発明の適用範囲は医用に限定されることはなく、測定対象が非生体であり物体の構造等を破壊することなく調べるための超音波装置にも適用可能なことはいうまでもない。
【００２３】
図１において、変動推定手段１０６は、時系列に生成される超音波像間の相関演算によって、超音波像の動きから測定対象である図示しない被検体に対する振動子１０１すなわち該振動子１０１が複数配列された探触子の位置変動を推定し、該変動量を変動量判定手段１０７に出力する手段である。変動推定手段１０６は、例えば、ＭＰＥＧにおける動き補償として知られるオプティカルフローと称される方法に基づいて、時間的に連続する２画像間の画像輝度の移動を順次検出することにより、被検体に対する探触子の位置変動を推定する。
【００２４】
なお、以下にオプティカルフローについて、説明する。探触子の位置が変動すると超音波ビームが横切る断面の位置が変動し、画像もそれにつれて移動する。すなわち、超音波画像として描出された各種臓器やスペックルの輝度パターンは、探触子の移動と共に移動していくこととなる。従って、時系列の２画像間で移動する臓器などを検出するには、１枚目の画像における任意の１画素に対応した画素を２枚目の画像から見つけ出すことを行う必要がある。
【００２５】
このために、まず、１枚目の画像から任意の小領域を選び出す。この選び出す領域（小領域）は、ハードウエア処理に適合させるために矩形とし、８×８画素や１６×１６画素のように、ある程度超音波画像で描出された構造物を含むような大きさにする。この選び出した小領域は、Ｓ１（ｘ，ｙ，ｔ）で表す。ただし、ｘ，ｙがこの小領域の座標、ｔが画像を収集した時刻、Ｓ１は小領域の画素値を示す。
【００２６】
次に、２枚目の画像からも１枚目の画像と同様にして、小領域Ｓ２（ｘ＋ａ，ｙ＋ｂ，ｔ＋Δｔ）を選ぶ。ただし、ａ，ｂは１枚目から選び出した領域の位置からのｘ，ｙ方向のずらし量、Δｔは１枚目の画像と２枚目の画像とを取得した時間間隔を示す。
【００２７】
次に、これら小領域同士の輝度差の絶対値の合計Ｓ０（ａ，ｂ，ｔ）＝Σ｜Ｓ１−Ｓ２｜を計算する。そして、ａ，ｂを増加しながらＳ０が最小となるａ，ｂの組み合わせを調べる。このとき、領域ずらし量ａ＝Ａ，ｂ＝ＢでＳ０が最小となったとき、領域Ｓ１と領域Ｓ２との輝度パターンは最もよく一致しており、ｘ，ｙ方向にＡ，Ｂ画素だけ平行移動していることが分かる。ここで、探触子が平行にしか移動していなければ、これで探触子の位置変位が判明したことになる。
【００２８】
しかしながら、超音波画像は媒質の性質により、ほとんど信号を検出することができない領域が小領域内に含まれることもあるので、信号が検出できなかった領域は真っ暗な像として描出する。また、探触子は媒質表面の湾曲に沿って動かす（移動させる）ことが一般的であり、このためには探触子を回り込ませるように回転させながら移動させることもしばしばである。
【００２９】
このために、小領域を１個所しか選ばなければこれらの問題点に対処できないため、実施の形態１では、複数の小領域で上記と同様の処理を行う。例えば、２個所の小領域による処理では、その内の１個所が真っ暗な領域であっても、残りの１個所の領域によって、探触子の平行移動を推定できることとなる。また、２個所以上の検出可能な領域があれば、回転を含む探触子の移動量を検出することができる。
【００３０】
なお、実施の形態１の変動推定手段１０６は信号処理手段１０４から出力される超音波像に基づいて、探触子の移動を推定する構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、探触子に周知の各速度センサを取り付けこの各速度センサ出力を監視することによっても、探触子の移動を間接的に推定することも可能である。また、探触子と被検体との相対的な移動量を直接計測することとしてもよいことはいうまでもなく、例えば、探触子の本体部分に配置した発信器から放射される電磁波や光を、超音波装置本体に配置した受信器で受信して発振器位置を特定することができる。
【００３１】
変動量判定手段１０７は、変動推定手段１０６からの変動量に基づいて探触子の移動の有無を判定する手段であり、例えば、判定の基準となる判定境界値を格納する周知のメモリと、該判定境界値と変動量とを比較する周知の比較回路とから構成される。この構成によって、変動量判定手段１０７は、変動量が多い場合には図示しない検者が探触子を移動させていると判定し、一方変動量が少ない場合には検者が探触子を静止させていると判定してその判定結果を第１の遅延誤差選択手段１１０に出力する構成となっている。すなわち、実施の形態１の変動量判定手段１０７は、被検体に対する探触子の位置変動の度合いを判定する際に、変動推定手段１０６からの変動量が目的とする臓器位置を探るための探触子移動に起因するものか、目的とする病変部の状態等を探るための探触子の移動に起因するものであるか、あるいは被検体の呼吸や拍動等の体動に伴うものであるかを勘案した判定を行う構成となっている。なお、変動量判定手段１０７による判定動作の詳細については、後述する。
【００３２】
零遅延誤差発生手段１０８は、媒質均一とした場合の受波動作における超音波ビームの走査線方向及び焦点位置を設定するために必要となる振動子１０１毎の遅延時間（以下、初期遅延と記す）を格納する図示しない記憶手段から読み出した遅延時間を格納する手段であり、読み出した遅延時間を第１の遅延誤差選択手段１１０に出力する。
【００３３】
補正遅延量演算手段１０９は、デジタル遅延手段１０３から出力される隣接振動子間の遅延時間差すなわち媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正するために必要となる時間差に基づいて、受波信号に与える遅延量を演算する周知の手段であり、得られた遅延時間差を第１の遅延誤差選択手段１１０に出力する構成が従来と異なる。この補正遅延量演算手段１０９は、例えば、デジタル遅延手段１０３が各振動子１０１に対応する受波信号に与えた遅延量（ここでは、初期遅延となる）に対して、デジタル遅延手段１０３から出力された遅延時間差を累積した遅延時間を加算することによって、媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正する遅延時間を演算する。
【００３４】
第１の遅延誤差選択手段１１０は、変動量判定手段１０７からの出力に基づいて、零遅延誤差発生手段１０８から出力される遅延時間と補正遅延量演算手段１０９から出力される遅延時間との何れか一方の遅延時間をデジタル遅延手段１０３に出力する手段である。この第１の遅延誤差選択手段１１０がデジタル遅延手段１０３に出力する遅延時間を切り替えることによって、被検体を媒質均一として設定した受波整相を行うか、あるいは適応像再生と称される媒質不均一に起因したパルス波面のずれを補正した受波整相を行うかの選択を可能とする。
【００３５】
次に、図２に実施の形態１の変動量判定手段の動作を説明するための図を示し、以下、図２に基づいて実施の形態１の超音波装置の動作を説明する。ただし、図２の（ａ）は判定に使用する境界値が単一の場合の図であり、図２の（ｂ）は判定に使用する境界値が２つの場合の図である。
【００３６】
超音波計測の開始が指示されると、送受信手段１０２を形成する送波整相手段から振動子１０１の駆動信号である送波信号が各振動子１０１に供給され、図示しない被検体に超音波（送波パルス）が送波される。ただし、このとき各振動子１０１に供給される送波信号は、被検体を媒質均一として設定された遅延時間が与えられた信号であり、各振動子１０１から照射された超音波が予め設定された超音波ビーム方向に設定された信号である。
【００３７】
被検体内で反射され振動子１０１に入射した超音波（反射パルス）は、振動子１０１によって電気信号であるアナログの受波信号に変換された後に、送受信手段１０２に出力される。送受信手段１０２は、前述の文献１に示すように、まず入力されたアナログの受波信号をオーバーサンプリングのＡ／Ｄ変換によってデジタルの受波信号に変換する。次に、送受信手段１０２は、デジタルの受波信号の周波数を低周波へ移動した後に、累加算処理しデジタル遅延手段１０３に出力することによって、各振動子１０１が受波した反射パルスの取り込み精度であるＡ／Ｄ変換時の実効的精度を向上させた受波信号をデジタル遅延手段１０３に出力する。
【００３８】
デジタル遅延手段１０３は、送受信手段１０２からの受波信号に対して初期遅延として設定された遅延を与えた信号を信号処理手段１０４に出力すると共に、初期遅延を与えた信号の内で隣接する振動子１０１に対応する信号間での相関値すなわち信号間の位相差を補正するために必要な遅延量を補正遅延量演算手段１０９に出力する。信号処理手段１０４は遅延処理後の信号を加算処理によって、超音波ビームを形成する。
【００３９】
この超音波ビームは信号処理手段１０４に順次格納される。１画面分の超音波ビームの走査が終了した時点で、信号処理手段１０４はｌｏｇ圧縮やフィルタリング処理等の画像処理を行い、得られた超音波像を表示手段１０５に出力することによって、超音波画像として表示手段１０５の表示画面上に表示する。このとき、信号処理手段１０４は、表示手段１０５に出力したものと同じ超音波像を変動推定手段１０６に出力する。
【００４０】
変動推定手段１０６は、今回の超音波走査で得られた超音波像と前回の超音波走査で得られた超音波像とから、被検体の拍動等に代表される体動等を含む被検体と探触子との相対的な位置変動量を推定し、得られた変動量を変動量判定手段１０７に出力する。ここで、図２の（ａ）の判定曲線２０１に示すように、変動量が予め設定された判定境界値よりも大きい場合には、変動量判定手段１０７は「確からしくない」として「０（ゼロ）」を第１の遅延誤差選択手段１１０に出力する。一方、変動量が予め設定された判定境界値よりも小さい場合には、変動量判定手段１０７は「確からしい」として「１」を第１の遅延誤差選択手段１１０に出力する。ただし、図２の（ｂ）の判定曲線２０２に示すように、２つの判定境界値１，２を設け、変動量が増加時においては判定境界値２よりも大きい判定境界値１を使用し、変動量が減少時においては判定基準値１よりも小さい判定基準値２を使用することによって、判定基準値にヒステリシスを有した特性を持たせることができるので、変動量が判定境界値に近い場合の判定出力を安定させることができる。すなわち、超音波走査毎に判定結果が交播してしまう等の問題を防止することができる。
【００４１】
変動量判定手段１０７から出力された判定結果（判定信号）が入力される第１の遅延誤差選択手段１１０は、判定結果が「確からしくない」すなわち「０（ゼロ）」の場合には、零遅延誤差発生手段１０８からの遅延時間すなわち媒質均一とした場合の受波動作における超音波ビームの走査線方向及び焦点位置を設定するために必要となる振動子１０１毎の遅延時間を読み出し、デジタル遅延手段１０３に出力する。この場合のデジタル遅延手段１０３での遅延処理は、媒質均一とした遅延処理となる。
【００４２】
一方、変動量判定手段１０７の判定結果が「確からしい」すなわち「１」の場合には、第１の遅延誤差選択手段１１０は、デジタル遅延手段１０３から出力される隣接振動子間の遅延時間差を補正する遅延時間すなわち補正遅延量演算手段１０９からの遅延時間をデジタル遅延手段１０３に出力する。この場合のデジタル遅延手段１０３での遅延処理は、媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正する遅延処理となる。
【００４３】
図３は実施の形態１のデジタル遅延手段の概略構成を説明するための図であり、３０１はデジタル遅延回路、３０２は相関手段、３０３は遅延データ手段を示す。
図３において、デジタル遅延回路３０１は各振動子１０１が受波した受波信号に受波整相のための遅延時間を与える周知の回路であり、例えば、受波信号を時系列に格納する周知のメモリと、遅延データ手段３０３からの遅延時間に基づいてメモリからの受波信号の読み出しアドレスを制御する周知の読み出し制御手段とから構成される。
相関手段３０２はデジタル遅延回路３０１から出力される遅延処理後の隣接振動子間での受波信号の遅延時間差を演算する周知の相関器からなる手段であり、得られた遅延時間差は補正遅延量演算手段１０９に出力される。なお、相関手段３０２による遅延時間差の演算動作については、後述するデジタル遅延手段１０３の動作説明で詳述する。
【００４４】
まず、図３に基づいて、実施の形態１の相関手段３０１による遅延時間差の演算動作を説明する。
初期遅延時間を与えた後の受波信号は、それぞれ
ｃｏｓ（ω（ｔ＋τ１）・・・・（式１）
ｃｏｓ（ω（ｔ＋τ２）・・・・（式２）
と表される。ただし、τ１及びτ２はそれぞれ隣接する振動子が受波した受波信号に与える遅延時間を示し、ωは２π×画像化する受波信号の中心周波数を示す。また、以下の説明では、説明を簡単にするために、ωを中心周波数と記す。
【００４５】
ここで、式１，２の時間差τ１−τ２を求めることができるならば、式２をｃｏｓ（ω（ｔ＋τ２＋τ１−τ２））＝ｃｏｓ（ω（ｔ＋τ１））と補正して、式１と等しくできる。したがって、式１，２を複素変換した後に、２つの信号間の位相差からτ１−τ２を求めることができる。
【００４６】
まず、式１を複素表示すると、
（ε^j( ^ω ^t+ ^θ ¹⁾＋ε^-j( ^ω ^t+ ^θ ¹⁾）／２・・・・（式３）
となり、式２を複素表示すると、
（ε^j( ^ω ^t+ ^θ ²⁾＋ε^-j( ^ω ^t+ ^θ ²⁾）／２・・・・（式４）
となる。ただし、θ１＝ωτ１，θ２＝ωτ２である。
【００４７】
次に、複素ミキシングのために、式３及び式４に
ε^j ^ω ^t ・・・・（式５）
を乗算すると、式３は、
（ε^j(2 ^ω ^t+ ^θ ¹⁾＋ε^-j ^θ ¹）／２・・・・（式６）
となり、式４は、
（ε^j(2 ^ω ^t+ ^θ ²⁾＋ε^-j ^θ ²）／２・・・・（式７）
となる。
【００４８】
次に、この式６，７にローパスフィルタ処理を施して、高周波成分を除去すると、式６，７はそれぞれ下記の式８，９となる。
ε−ｊθ１・・・・（式８）
ε−ｊθ２・・・・（式９）
この式８の複素共役と式９との乗算を行うと、
ε^j( ^θ ^1- ^θ ²⁾／４・・・・（式１０）
となる。
【００４９】
次に、この式１０の実部と虚部との逆正接演算を計算すると、
ｔａｎ^-1（ｓｉｎ（θ１−θ２）／ｃｏｓ（θ１−θ２））・・・（式１１）
となり、この式１１からθ１−θ２が求められる。ここで、
（θ１−θ２）／ω ・・・・（式１３）
に示すように、式１１をωで除算することによって、隣接する振動子間の遅延時間差すなわち補正量であるτ１−τ２を求めることができ、この補正量が補正遅延量演算手段１０９に出力される。
【００５０】
この後に、補正遅延量演算手段１０９が初期遅延から補正量をそれぞれ減算することによって、媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正した遅延時間を演算し、得られた遅延時間が第１の遅延誤差選択手段１１０を介して遅延データ手段３０３に設定される。ここで、デジタル遅延回路３０１が遅延データ手段３０３に設定された遅延時間を読み出し、この読み出した遅延時間に基づいてメモリからの受波信号の読み出しアドレスを制御することによって、媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正した受波信号を得ることが可能となる。
【００５１】
以上説明したように、実施の形態１の超音波装置では、変動推定手段１０６と変動量判定手段１０７とからなる被検体に対する探触子の移動を監視する監視手段の監視出力に基づいて、第１の遅延誤差選択手段１１０が媒質均一とした遅延時間をデジタル遅延手段１０３に設定するか、あるいは媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正した遅延時間を設定するかを制御する構成となっているので、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正の有無を自動的に選択することができる。すなわち、検者の機器操作等によらずに受波信号に初期遅延時間を与えた超音波画像と、補正によって得られる超音波画像との間に１フレーム分の時間遅れが生じることを防止できるので、検者に負担をかけることなく、測定対象が不均一媒質であることに起因するパルス波面の歪み補正に伴う超音波画像の画質低下を防止できる。その結果、診断効率を向上することができる。
【００５２】
なお、実施の形態１の超音波装置では、変動量判定手段１０７での判定境界値を予め設定した１以上の固定値としたが、これに限定されることはなく、例えば、信号処理手段から出力される信号強度に応じて判定境界値を変動させてもよい。
また、実施の形態１の変動量判定手段１０７における判定動作を周知のファジー論理を用いた判定としてもよい。
【００５３】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の超音波装置の概略構成を説明するための図であり、４０１は領域検出手段、４０２は検出領域判定手段、４０３は第２の遅延誤差選択手段を示す。ただし、以下の説明では、実施の形態１の超音波装置と構成が異なる領域検出手段４０１、及び検出領域判定手段４０２についてのみ詳細に説明する。
【００５４】
図４において、領域検出手段４０１は信号処理手段１０４から出力される超音波像の内で、深度補正後の信号強度の大きい領域を特定する手段であり、例えば、超音波ビームの走査方向の信号分布での信号強度の最も大きい領域と、超音波の深度方向の信号分布での信号強度の最も大きい領域とが交差する領域を検出領域として、その座標情報を検出領域判定手段４０２に出力する。なお、領域検出手段４０１の詳細については、後述する。
【００５５】
検出領域判定手段４０２は、領域検出手段４０１からの座標情報に基づいて、動的に第２の遅延誤差選択手段４０３の切り替えを制御する手段であり、例えば、座標情報に基づいて全超音波ビームの内で検出領域内にある超音波ビームを特定する手段と、検出領域内にある超音波ビームの内で検出領域内にある深度を特定する手段とを備え、その特定出力に基づいて第２の遅延誤差選択手段４０３の切り替えを制御する制御信号を出力する構成となっている。実施の形態２の超音波装置では、検出領域判定手段４０２が第２の遅延誤差選択手段４０３の切り替えを制御して、遅延データ手段３０３に与える遅延時間を零遅延誤差発生手段１０８から出力される初期遅延時間と、補正遅延量演算手段１０９から出力される補正後の遅延時間とを動的に切り替えることによって、媒質不均一に起因するパルス波面のずれを補正する領域を選択する構成となっている。
【００５６】
次に、図５にＢモード像と検出領域との関係を説明するための図を示し、以下、図５に基づいて実施の形態２の超音波装置の動作を説明する。ただし、以下の説明では、検出領域判定手段４０２によって選択される領域である検出領域の大きさが、予め設定されている場合についてその補正動作を説明する。
【００５７】
前述する実施の形態１の超音波装置と同様に、超音波計測の開始が指示されると、送受信手段１０２を形成する送波整相手段から振動子１０１の駆動信号である送波信号が各振動子１０１に供給され、図示しない被検体に送波パルスとして超音波が送波される。
【００５８】
被検体内で反射され振動子１０１に入射した反射パルスは、振動子１０１によって電気信号であるアナログの受波信号に変換された後に、送受信手段１０２に出力される。送受信手段１０２では、まず入力されたアナログの受波信号はオーバーサンプリングのＡ／Ｄ変換によってデジタルの受波信号に変換され、このデジタルの受波信号の周波数が低周波へ移動された後に、累加算処理されてデジタル遅延手段１０３に出力される。
【００５９】
デジタル遅延手段１０３では、送受信手段１０２からの受波信号に対して初期遅延として設定された遅延が与えられた後に、信号処理手段１０４に出力されて加算処理により超音波ビームが形成されると共に、初期遅延を与えた信号の内で隣接する振動子１０１に対応する信号間での相関値が補正遅延量演算手段１０９に出力される。
【００６０】
超音波ビームは信号処理手段１０４に順次格納され、１画面分の超音波ビームの走査が終了した時点で、信号処理手段１０４はｌｏｇ圧縮やフィルタリング処理等の画像処理を行い、得られた超音波像５０１を表示手段１０５に出力することによって、超音波画像として表示手段１０５の表示画面上に表示される。このとき、信号処理手段１０４は、表示手段１０５に出力したものと同じ超音波像５０１を領域検出手段４０１に出力する。
【００６１】
領域検出手段４０１では、図５に示すように、まず、超音波ビームの走査方向の信号強度分布５０２と、超音波の深度方向の信号強度分布５０３とが計算される。ただし、図５に示す信号強度分布５０２，５０３は、信号処理部１０４から出力される超音波像の超音波ビームの走査方向及び深度方向のそれぞれの軸方向上の反射パルス強度をそれぞれ加算したものとなっている。従って、一般的な超音波装置では、超音波像５０１の信号強度分布５０２，５０３と輝度投影とは比例するものとなっている。
【００６２】
次に、領域検出手段４０１では、信号強度分布５０２，５０３から最も信号強度が大きい座標位置が特定されると共に、その周辺の領域が選択領域５０４，５０５として特定され、この選択領域５０４，５０５の座標情報すなわち選択領域５０４，５０５とが交差する検出領域の座標情報が検出領域判定手段４０２に出力される。ただし、このときの検出領域の大きさは、例えば、信号強度分布から検出される超音波ビームの走査方向と深度方向との交点位置を中心とする予め設定された大きさの領域である。
【００６３】
検出領域判定手段４０２では、領域検出手段４０１からの座標情報に基づいて、超音波ビーム特定手段が全超音波ビームの内で選択領域内にある超音波ビームを特定すると共に、深度特定手段が検出領域内にある超音波ビーム内で選択領域内の深度を特定し、この選択領域内の受波整相期間においては、補正遅延量演算手段１０９から出力される補正後の遅延時間がデジタル遅延手段１０３の遅延データ手段３０３に出力されるように第２の遅延誤差選択手段４０３を切り替え、選択領域外の受波整相期間においては、零遅延誤差発生手段１０８から出力される初期遅延時間がデジタル遅延手段１０３の遅延データ手段３０３に出力されるように制御されることとなるので、受波信号のＳ／Ｎの低下した領域でのパルス波面のズレ補正に伴う画像の低下を防止できる。
【００６４】
また、実施の形態２の超音波装置では、予め設定された大きさの検出領域内のみの相関演算を行う構成となるので、相関手段３０２を当該超音波装置を構成する情報処理装置上で動作するプログラムで実現した場合には、相関値を得るための演算負荷を低減させることができ、演算速度を向上させることが可能となる。その結果、速やかに測定対象部位の超音波像を得ることが可能となるので、診断効率をさらに向上することができ、検者にかかる負担をさらに低減させることができる。ただし、本願発明を適用した相関手段３０２の演算時間は、従来の超音波装置では２０〜３０秒程度を要したものが、１秒弱に短縮できる。
【００６５】
一方、専用の演算器で相関手段３０２を構成するように、ハード構成で相関手段３０２を実現した場合には、予め設定された検出領域内を通る超音波ビーム数に対応した数の相関手段３０２と、この相関手段３０２の接続先を切り替えるスイッチ群とを備え、スイッチ群を切り替えることによって相関手段３０２の接続先を変化させることによって、比較的回路規模大きい相関手段３０２の数を低減できるので、超音波装置を小型化できるという格別の効果を得ることが可能となる。
【００６６】
以上説明したように、実施の形態２の超音波装置では、まず、強度計測手段として動作する領域検出手段４０１が位相差補正に値する受波信号強度の部分を検出（検索）する。次に、この検出結果に基づいて、補正領域可変手段としても動作する領域検出手段４０１が、超音波像中での補正領域を特定し、この特定された補正領域に属する超音波ビーム及び探触子の当接位置からの深度を特定する。
【００６７】
次に、位相差補正手段として動作する相関手段３０２、補正遅延量演算手段１０９、零遅延誤差発生手段１０８、第２の遅延誤差選択手段４０２及び検出領域判定手段４０２が、特定された補正領域内のみの受波信号間の位相差を補正するので、受波信号のＳ／Ｎの低下した領域でのパルス波面のズレ補正に伴う画像の低下を防止できる。また、領域検出手段４０１が検出した検出領域内のみの相関演算を行う構成となるので、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正に伴う演算負荷を低減することができる。その結果、速やかに測定対象部位の超音波像を得ることが可能となるので、診断効率を向上することができ、検者にかかる負担を低減させることができる。
【００６８】
以上に説明した実施の形態２の超音波装置では、領域検出手段４０１は、信号処理手段１０４からの信号強度分布５０２，５０３を直接計測することとしたが、例えば、図６に示すように、領域検出手段４０１が超音波ビーム走査方向の信号強度分布５０２に対する重み付けを行う関数６０１と周知の積算器６０３とを備え、信号強度分布５０２と重み付け関数６０１とを積算器６０３で積算して得られた信号強度分布６０４に基づいて、最も信号強度が大きい座標位置を特定すると共にその周辺の領域を選択領域６０６として、この選択領域６０６の座標情報を検出領域判定手段４０２に出力する。同様に、領域検出手段４０１が深度方向の信号強度分布５０３に対する重み付けを行う関数６０２と積算器６０３とを備え、信号強度分布５０３と重み付け関数６０２とを積算器６０３で積算して得られた信号強度分布６０５に基づいて、最も信号強度が大きい座標位置を特定すると共にその周辺の領域を選択領域６０７として、この選択領域６０７の座標情報を検出領域判定手段４０２に出力することによって、重み付け関数６０１，６０２で設定した特性に従った検出領域を設定することが可能となる。図６に示す重み付け関数６０１，６０２は、それぞれの方向の信号強度の内で中央部分の重み付けを最も大きくし、中央部分から離れるに従って重み付けを小さくすることによって、検者が一般的に画像の中央部を注目するという性質に基づいた補償を行う構成としている。ただし、重み付け関数６０１，６０２はこれに限定されることはなく、例えば、本願発明を周知のカラードプラに適用した場合には、血流等の移動が検出される領域の重み付けを小さくした関数を設定することによって、受波信号に初期遅延時間を与えた超音波画像と、補正によって得られる超音波画像との間に１フレーム分の時間遅れを生じることとなる領域が検出領域となる可能性を大きく低減させることができるので、検者に負担をかけることなく、測定対象が不均一媒質であることに起因するパルス波面の歪み補正に伴う超音波画像の画質低下を防止でき、その結果、診断効率を向上することができる。
【００６９】
また、信号強度の最大領域以外の他の１以上の領域を選択領域としてもよいことはいうまでもなく、例えば、超音波走査で得られたＢモード像と複数の検出領域との関係を説明するための図７の（ａ）に示すように、まず、領域検出手段４０１は超音波ビームの走査方向及び深度方向の信号強度分布５０２，５０３を計算する。次に、領域検出手段４０１は、超音波ビームの走査方向の信号強度分布５０２と深度方向の信号強度分布５０３とのそれぞれに対して、信号強度分布５０２，５０３の山となる部分の座標位置を特定すると共に、その周辺の領域を選択領域７０１〜７０５として特定する。次に、検出領域の位置関係と各検出領域の信号強度との関係を説明するための図７の（ｂ）に示すように、領域検出手段４０１は、超音波ビームの走査方向の選択領域７０１〜７０３と深度方向の選択領域７０４，７０５とが交差する検出領域（斜線で示す領域）を特定した後に、それぞれの検出領域の信号強度の合計を計算する。ただし、図７の（ｂ）に示す番号は、各検出領域の信号強度が大きい順に示したときの順番である。
【００７０】
次に、選択された検出領域を説明するための図７の（ｃ）に示すように、領域検出手段４０１は、各検出領域の内で信号強度が最も大きい検出領域すなわち順番が「１」である検出領域を選択し、その検出領域の座標を検出領域判定手段４０２に出力する。この検出領域の座標情報に基づいて、検出領域判定手段４０２は、入力された検出領域内にある超音波ビームを全超音波ビームの内から特定すると共に、検出領域内にある超音波ビーム内で選択領域内の深度を特定し、この検出領域内の受波整相期間においては、補正遅延量演算手段１０９から出力される補正後の遅延時間がデジタル遅延手段１０３の遅延データ手段３０３に出力されるように第２の遅延誤差選択手段４０３を切り替え、選択領域外の受波整相期間においては、零遅延誤差発生手段１０８から出力される初期遅延時間がデジタル遅延手段１０３の遅延データ手段３０３に出力されるように制御されるので、前述した効果を得ることができる。
【００７１】
また、領域検出手段４０１が２以上の任意の数の検出領域を選択可能とすることによって、パルス波面の歪み補正に適さない領域を除きつつ十分なＳ／Ｎを確保可能な領域を増やすことができるので、超音波像の画質を更に向上できるという効果がある。
【００７２】
また、予め選択領域とする信号強度を設定しておき、この設定強度以上の選択領域が交差する検出領域を全て選択領域とするようにしてもよいことはいうまでもない。
【００７３】
さらには、実施の形態２の領域検出手段４０１が予め選択領域としない信号強度を設定しておき、この設定強度以下の領域を全て選択領域としないようにしてもよいことはいうまでもない。
【００７４】
さらには、実施の形態２の超音波装置に、実施の形態１に示す変動推定手段１０６及び変動量判定手段１０７とを設け、変動量判定手段１０７の出力が「確からしい」場合すなわち被検体が媒質不均一と判定された場合についてのみ、検出領域の遅延時間を補正遅延量演算手段１０９から出力される遅延時間とすることによって、前述した効果に加えて、補正によって得られる超音波画像との間に１フレーム分の時間遅れが生じることに起因する超音波画像の画質低下を防止できるという効果を得ることができる。
【００７５】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３の超音波装置の概略構成を説明するための図であり、領域検出手段８０１が表示手段１０５に検出領域の情報を出力する構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態２の超音波装置と同様となるので、実施の形態３では、その構成が異なる領域検出手段８０１と表示手段１０５について詳細に説明する。
【００７６】
領域検出手段８０１は、実施の形態２の領域検出手段４０１と同様に、信号処理手段１０４から出力される超音波像の内で、深度補正後の信号強度の大きい領域を特定する手段であり、例えば、超音波ビームの走査方向の信号分布での信号強度の最も大きい領域と、超音波の深度方向の信号分布での信号強度の最も大きい領域とが交差する領域を検出領域として、その座標情報を検出領域判定手段４０２に出力する。また、領域検出手段８０１は、検出領域の座標情報と信号処理手段１０４から出力される超音波像とに基づいて、検出領域を超音波像に示すフレーム像を生成し、表示手段に出力する手段であり、表示手段１０５が超音波像と共にフレーム像を表示用の画像に変換して同一表示面上に表示させる構成となっている。
【００７７】
従って、実施の形態３の超音波装置では、測定対象等の体動等に伴って反射パルスの強度すなわち受波信号強度が変化した場合には、領域検出手段８０１から出力される検出領域が変化することとなるが、その場合であっても表示手段１０５の表示画面上に表示される検出領域を示すフレーム像を検出領域の変動に追従して移動させることが可能となるので、実施の形態２の効果に加えて、検者は自動的に設定された検出領域を認識しつつ診断を行うことが可能となる。すなわち、検者は、装置が自動的に決定した検出領域が妥当であるかを検証しつつ超音波計測を行うことができる。
【００７８】
なお、本実施の形態の超音波装置では、デジタル遅延を行う遅延手段のみによって受波整相を行う構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、周知の遅延線の切り替えによる遅延とデジタル遅延とを組み合わせた超音波装置に適用した場合であっても、前述した効果を得ることができることはいうまでもない。
【００７９】
また、本願発明は、リニア型、リニアコンベックス型及びコンベックス型等のように、複数個の振動子１０１を有する全ての超音波装置に適用可能なことはいうまでもない。
【００８０】
さらには、以上の説明では、受波動作について説明したが、本願発明は送波についても適用可能であり、この場合には、補正遅延量演算手段１０９が相関手段３０２から出力される位相時間差である相関値に基づいて、送波時の初期遅延時間を補正しこの補正値を次の超音波送波時の遅延時間として、送受信手段１０２を形成する送波整相手段に設定することによって実現可能である。
【００８１】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００８２】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）検者にかかる負担を低減させることができる。
（２）診断効率を向上することができる。
（３）不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪み補正の有無を自動的に選択することができる。
（４）装置が自動的に選択した補正領域を検証しつつ超音波計測できる。
（５）媒質不均一に係わる補正に要する負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１の変動量判定手段の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態１のデジタル遅延手段の概略構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２の超音波装置の概略構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２の超音波装置におけるＢモード像と検出領域との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２の超音波装置におけるＢモード像と検出領域との関係を説明するためのその他の図である。
【図７】本発明の実施の形態２の超音波装置におけるＢモード像と検出領域との関係を説明するためのその他の図である。
【図８】本発明の実施の形態３の超音波装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…振動子、１０２…送受信手段、１０３…デジタル遅延手段、１０４…信号処理手段、１０５…表示手段、１０６…変動推定手段、１０７…変動量判定手段、１０８…零遅延誤差発生手段、１０９…補正遅延量演算手段、１１０…第１の遅延誤差選択手段、３０１…デジタル遅延回路、３０２…相関手段、３０３…遅延データ手段、４０１，８０１…領域検出手段、４０２…検出領域判定手段、４０３…第２の遅延誤差選択手段。

Claims

超音波信号を送受波する複数の振動子からなる探触子と、該振動子が受波した受波信号にそれぞれの振動子位置で受信する目標物体からの波面の入射時刻に対応する遅延を与えるデジタル遅延手段と、デジタル遅延後の受波信号間の位相差を補正する位相差補正手段と、該位相差補正後の受波信号を加算し超音波像を生成する信号処理手段とを有する超音波装置において、
前記位相差補正手段は、前記受波信号の強度を計測する手段と、前記受波信号の強度の計測結果に基づいて前記位相差の補正領域を可変する手段とを備え、前記位相差補正手段は前記補正領域内の受波信号間の位相差を補正し、
さらに、前記補正領域を示すフレーム像を前記超音波像と同一の表示画面に表示させる手段を備えたことを特徴とする超音波装置。
請求項１記載の超音波装置において、
前記位相差補正手段は、前記探触子と前記測定対象との相対的な位置変動を監視する手段と、該監視出力に基づいて前記位相差補正の有無を選択する手段と、前記受波信号の強度を計測する手段と、前記受波信号の強度の計測結果に基づいて前記位相差の補正領域を可変する手段とを備えたことを特徴とする超音波装置。