JP5174604B2 - Ultrasonic signal processing apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic signal processing apparatus and method capable of accurately obtaining an optimum value of an assumed sound speed.

被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体からの超音波エコーを受信し、受信信号に基づいて生成した画像(例えばBモード断層像)を表示する超音波信号処理装置が知られている。   2. Description of the Related Art An ultrasonic signal processing apparatus that transmits an ultrasonic wave toward a subject, receives an ultrasonic echo from the subject, and displays an image (for example, a B-mode tomogram) generated based on the received signal is known. Yes.

例えば、超音波を送信してから超音波エコーを受信するまでの時間(伝搬時間)が被検体内の反射位置の深さにより異なるので、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、受信信号の振幅の値を画素の濃度(または色)に対応付けることで、振幅画像が生成される。   For example, since the time (propagation time) from transmitting an ultrasonic wave to receiving an ultrasonic echo varies depending on the depth of the reflection position in the subject, the propagation time is associated with the depth of the reflection position in the subject. At the same time, an amplitude image is generated by associating the amplitude value of the received signal with the density (or color) of the pixel.

このとき被検体内での代表的な音速を仮定して、伝搬時間を反射位置の深さに対応付けている。ここで仮定した音速は、一般に、「仮定音速」(あるいは「設定音速」)と呼ばれている。しかし、被検体内での実音速は被検体内の組織性状によって異なるので、実音速と等しい音速を仮定することは容易でない。仮定音速が実音速とは異なると、伝搬時間と深さとを正確に対応付けできないので、画質が劣化してしまうという問題があった。   At this time, assuming a typical sound velocity in the subject, the propagation time is associated with the depth of the reflection position. The sound speed assumed here is generally called “assumed sound speed” (or “set sound speed”). However, since the actual sound speed in the subject varies depending on the tissue properties in the subject, it is not easy to assume a sound speed equal to the actual sound speed. If the assumed sound speed is different from the actual sound speed, the propagation time and the depth cannot be accurately associated with each other, and there is a problem that the image quality deteriorates.

そこで、従来、最適音速を求める様々な方法が提案されている。例えば、特許文献1には、超音波受信信号の振幅が最大となる場合の超音波音速値を求めることにより、あるいは超音波受信信号のビーム幅が最小となる場合の超音波音速値を求めることにより、さらには超音波受信信号の振幅について空間周波数の高周波成分又は分散が最大となる場合の超音波音速値を求めることによって、設定された超音波音速値を補正する技術が開示されている。
特開平8−317926号公報
Therefore, various methods for obtaining the optimum sound speed have been proposed. For example, Patent Literature 1 obtains an ultrasonic sound speed value when the amplitude of an ultrasonic reception signal is maximum, or obtains an ultrasonic sound speed value when the beam width of the ultrasonic reception signal is minimum. Thus, a technique for correcting the set ultrasonic sound velocity value by obtaining the ultrasonic sound velocity value when the high frequency component or dispersion of the spatial frequency is maximized with respect to the amplitude of the ultrasonic reception signal is disclosed.
JP-A-8-317926

超音波エコーの無数の散乱によるスペックルノイズが発生するが、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なる事、および、場所によってエコーレベルが異なる事から、従来の技術では、仮定音速の最適値を正確に得る事は困難であった。   Speckle noise is generated due to countless scattering of ultrasonic echoes, but the speckle noise generation pattern differs depending on the assumed sound velocity, and the echo level varies depending on the location. It was difficult to accurately obtain the optimum value.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic signal processing apparatus and method that can accurately obtain the optimum value of the assumed sound speed.

前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置を提供する。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 transmits an ultrasonic wave toward the subject, receives an ultrasonic echo from the inside of the subject, and receives the ultrasonic echo. An ultrasonic transmission / reception means for generating a signal, and an optimum sound speed acquisition means for acquiring an optimum sound speed by obtaining an assumed sound speed at which a high frequency component of a phase change of the received signal is maximized. A sound wave signal processing apparatus is provided.

これによれば、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより最適音速が取得されるので、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なっても、また、場所によってエコーレベルが異なっても、仮定音速の最適値を正確に得ることができる。   According to this, since the optimum sound speed is obtained by obtaining the assumed sound speed at which the high-frequency component of the phase change of the received signal of the ultrasonic echo is maximized, even if the speckle noise generation pattern differs according to the assumed sound speed Moreover, even if the echo level varies depending on the location, the optimum value of the assumed sound speed can be obtained accurately.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the optimum sound speed acquisition unit may include, as the optimum sound speed, an arrangement direction of elements of the ultrasonic transmission / reception unit and a depth direction of the subject. A hypothetical sound speed at which a high frequency component of a phase change of the received signal in at least one of them is maximized is obtained.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる前記仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the optimum sound speed acquisition unit switches the assumed sound speed so that the sum of the magnitudes of the phase differences of the received signals is maximized. The assumed sound speed is determined as the optimum sound speed.

これによれば、受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。   According to this, the optimum sound speed can be obtained accurately and easily by determining the assumed sound speed that maximizes the sum of the magnitudes of the phase differences of the received signals as the optimum sound speed.

請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the optimum sound speed acquisition unit switches the assumed sound speed to obtain an assumed sound speed at which a spatial frequency of the phase difference of the received signal is maximized. The optimum sound speed is determined.

これによれば、受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。   According to this, it is possible to accurately and easily acquire the optimum sound speed by determining the assumed sound speed at which the spatial frequency of the phase difference of the received signal is maximum as the optimum sound speed.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1, wherein the optimum sound speed acquisition means switches the assumed sound speed to extract a speckle component from the received signal, and the density of the speckle component is The maximum assumed sound speed is determined as the optimum sound speed.

これによれば、スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。   According to this, the optimum sound speed can be obtained accurately and easily by determining the assumed sound speed at which the density of the speckle component is maximum as the optimum sound speed.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, further comprising phase difference acquisition means for acquiring a phase difference from the received signal, wherein the optimum sound speed acquisition means is based on the phase difference. It is characterized by extracting components.

請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the apparatus according to the fifth aspect further comprises amplitude acquisition means for acquiring amplitude from the received signal, and the optimum sound speed acquisition means extracts the speckle component based on the amplitude. It is characterized by doing.

請求項8に記載の発明は、請求項2、3、4および6のうちいずれか1項に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 2, 3, 4 and 6, further comprising amplitude acquisition means for acquiring amplitude from the received signal, wherein the optimum sound speed acquisition means is The optimum sound speed is determined based on the amplitude.

これにより、受信信号の振幅にも基づいて最適音速を判定することで、最適音速の精度を向上させることができる。   Thereby, the accuracy of the optimum sound speed can be improved by determining the optimum sound speed based also on the amplitude of the received signal.

請求項9に記載の発明は、請求項2、3、4、6および8のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、少なくとも2つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 2, 3, 4, 6, and 8, wherein the optimum sound speed acquisition means is based on a phase difference in at least two directions. The optimum sound speed is obtained.

これにより、複数方向における位相差を用いることで、最適音速の精度を向上させることができる。   Thereby, the accuracy of the optimum sound speed can be improved by using the phase differences in a plurality of directions.

請求項10に記載の発明は、請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信信号を利用することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the optimum sound speed acquisition means has a phase resolution in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception means. The received signal that is greater than or equal to the interval is used.

これにより、高SNの位相情報により更に正確に最適音速を判定することができる。   Thereby, the optimum sound speed can be determined more accurately based on the phase information of high SN.

請求項11に記載の発明は、請求項1ないし10のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、1回の超音波送信で得られる前記受信信号を用いて前記最適音速を求めることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the invention according to any one of claims 1 to 10, wherein the optimum sound speed acquisition means uses the received signal obtained by one ultrasonic transmission. It is characterized by obtaining the speed of sound.

請求項12に記載の発明は、請求項1ないし11のうちいずれか1項に記載の発明において、前記超音波送受信手段は、1回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に2音線以上の前記受信信号を生成可能であることを特徴とする。 The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the ultrasonic transmission / reception means is arranged in an array direction of elements of the ultrasonic transmission / reception means in one ultrasonic transmission. Further, it is possible to generate the reception signal having two or more sound rays.

請求項13に記載の発明は、請求項1ないし12のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to twelfth aspects, an image generated at the optimum sound speed is displayed on a display means.

請求項14に記載の発明は、請求項1ないし13のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to thirteenth aspects, the optimum sound speed acquisition unit is configured to perform, for each region of interest, a region of interest in a space corresponding to the subject. The optimum sound speed is obtained.

これにより、空間内の場所(領域)よって最適音速が異なる場合でも、各関心領域ごとに最適音速を求めることができる。   Thereby, even when the optimum sound speed varies depending on the location (area) in the space, the optimum sound speed can be obtained for each region of interest.

請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の発明において、複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする。   The invention according to claim 15 is the invention according to claim 14, wherein a plurality of images respectively generated at a plurality of the optimum sound speeds are displayed side by side or switched and displayed on the display means alone. And

これにより、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を容易に見ることができるので、適切な診断を行うことが可能となる。   As a result, it is possible to easily view a plurality of images respectively generated at a plurality of optimum sound velocities, so that an appropriate diagnosis can be performed.

請求項16に記載の発明は、請求項14に記載の発明において、複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする。   A sixteenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of the fourteenth aspect, a plurality of images respectively generated at a plurality of the assumed sound velocities are combined and displayed on a display means.

これにより、合成画像を見て適切な診断を行うことが可能となる。   This makes it possible to make an appropriate diagnosis by looking at the composite image.

請求項17に記載の発明は、請求項1ないし16のうちいずれか1項に記載の発明において、前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 17 is the optimum sound speed mode according to any one of claims 1 to 16, wherein an optimum sound speed is determined by the optimum sound speed acquisition means and an image is generated at the optimum sound speed. And mode switching means for switching between a normal assumed sound speed mode in which an image is generated at a normal assumed sound speed without determining the optimum sound speed.

請求項18に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法を提供する。   The invention according to claim 18 transmits an ultrasonic wave toward the subject, receives an ultrasonic echo from within the subject, generates a reception signal indicating the ultrasonic echo, and receives the reception signal. An ultrasonic signal processing method is provided in which an optimum sound speed of an assumed sound speed is obtained by obtaining an assumed sound speed at which the high-frequency component of the phase change becomes maximum.

なお、本明細書にて、「空間的な位相差」は、隣接する画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、適宜間引いた画素間における位相の差分であってもよい。また、本発明にて、「空間的な位相差」は、前述のような単位画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、単位長さにおける位相差、単位面積における位相差、または、単位体積における位相差であれば、どのような単位における位相差であってもよい。   In the present specification, the “spatial phase difference” is not particularly limited to the phase difference between adjacent pixels, and may be a phase difference between pixels appropriately thinned out. Further, in the present invention, the “spatial phase difference” is not particularly limited to the phase difference between the unit pixels as described above. The phase difference in the unit length, the phase difference in the unit area, or As long as the phase difference is in unit volume, the phase difference in any unit may be used.

本発明によれば、仮定音速の最適値(最適音速)を正確に得ることができる。   According to the present invention, it is possible to accurately obtain the optimum value of the assumed sound speed (optimum sound speed).

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<本発明の原理>
まず、本発明の原理を説明する。
<Principle of the present invention>
First, the principle of the present invention will be described.

図1にて、超音波探触子20は、被検体90に向けて超音波を送信するとともに、被検体90内からの反射波(以下「超音波エコー」という)を受信して、超音波エコーを示す受信信号を生成する複数の超音波送受信素子が配列されている。   In FIG. 1, the ultrasonic probe 20 transmits an ultrasonic wave toward the subject 90 and receives a reflected wave (hereinafter referred to as “ultrasonic echo”) from within the subject 90 to receive the ultrasonic wave. A plurality of ultrasonic transmitting / receiving elements that generate reception signals indicating echoes are arranged.

以下では、被検体90の深さ方向を、「距離方向」ということもある。また、超音波送受信素子が配列されている方向(素子配列方向)を、「方位方向」または「スキャン方向」ということもある。また、深さ方向および素子配列方向の両方向に対して直交する方向、すなわち断層面に直交する方向を、「スライス方向」または「フレーム方向」ということもある。   Hereinafter, the depth direction of the subject 90 may be referred to as a “distance direction”. In addition, the direction in which the ultrasonic transmitting / receiving elements are arranged (element arrangement direction) may be referred to as “azimuth direction” or “scan direction”. In addition, the direction orthogonal to both the depth direction and the element arrangement direction, that is, the direction orthogonal to the tomographic plane may be referred to as “slice direction” or “frame direction”.

なお、説明の便宜上、1次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子20を例に説明するが、本発明は、超音波送受信素子が2次元配列されている場合にも適用できる。また、本発明は、超音波送受信素子が平面状に配置されている場合に限らず、任意の曲面状に配置されている場合にも適用できる。   For convenience of explanation, the ultrasonic probe 20 having one-dimensionally arranged ultrasonic transmission / reception elements will be described as an example, but the present invention can also be applied to a case where the ultrasonic transmission / reception elements are two-dimensionally arranged. . Further, the present invention is not limited to the case where the ultrasonic transmission / reception elements are arranged in a planar shape, but can also be applied to a case where the ultrasonic transmission / reception elements are arranged in an arbitrary curved shape.

次に、スペックルノイズと受信信号の位相との関係について説明する。   Next, the relationship between speckle noise and the phase of the received signal will be described.

スペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生する。干渉には、強め合う干渉と打ち消し合う干渉がある。強め合う干渉は波と波の位相差が小さい場合に生じ、弱め合う干渉は位相差がπに近い場合に生じる。   Speckle noise occurs due to random interference of ultrasonic echoes within the subject. Interference includes constructive interference and canceling interference. Constructive interference occurs when the phase difference between the waves is small, and destructive interference occurs when the phase difference is close to π.

図2に、強め合う干渉の例を示す。図2(a)は干渉前を表し、基準波に対して位相差0.2(rad)、位相差0.4(rad)及び位相差0.6(rad)という位相差の小さな3つの波を干渉させるようにしている。図2(b)は干渉後を表し、破線で表された基準波に対し干渉波が実線で表されている。このように位相差が小さい場合には、強め合う干渉波が得られる。また、図2(b)からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと近く、位相差が小さい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が小さくなる。   FIG. 2 shows an example of constructive interference. FIG. 2A shows the state before interference, and three waves with small phase differences of 0.2 (rad), 0.4 (rad), and 0.6 (rad) are used for the reference wave. To interfere. FIG. 2B shows the state after interference, and the interference wave is represented by a solid line with respect to the reference wave represented by a broken line. When the phase difference is small in this way, an intensifying interference wave is obtained. As can be seen from FIG. 2B, the peak of the peak of the interference wave is close to the peak of the peak of the reference wave, and the interference wave having a small phase difference has a small phase difference from the reference wave even after the interference.

また、図3に、弱め合う干渉の例を示す。図3(a)は干渉前を表し、この場合基準波に対して位相差0.2(rad)の他に位相差3.0(rad)及び位相差3.2(rad)という、位相差がπ(rad)に近く、大きい波を干渉させている。このとき図3(b)に示すように、破線で表された基準波に対して、実線で表されるように弱め合う干渉波が得られる。このように位相差が大きい波を干渉させると、弱め合う干渉波が得られる。また、図3(b)からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと離れており、位相差が大きい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が大きい。   FIG. 3 shows an example of destructive interference. FIG. 3A shows the state before interference. In this case, a phase difference of 3.0 (rad) and a phase difference of 3.2 (rad) in addition to the phase difference of 0.2 (rad) with respect to the reference wave. Is close to π (rad), causing large waves to interfere. At this time, as shown in FIG. 3B, a destructive interference wave is obtained as represented by a solid line with respect to a reference wave represented by a broken line. When waves having such a large phase difference are caused to interfere with each other, destructive interference waves are obtained. As can be seen from FIG. 3B, the peak of the peak of the interference wave is separated from the peak of the peak of the reference wave, and the interference wave having a large phase difference has a large phase difference from the reference wave even after the interference. .

前にスペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生すると言ったが、図3(b)に示したような位相差が大きい波同士の干渉が、スペックルノイズを発生させることになる。位相差が大きい波同士の干渉に因るスペックルノイズが発生しているか否かを判別するには、受信信号から得られる位相の連続的な変化を見ればよい。位相差が小さい波同士の干渉が連続すると、受信信号における位相変化は小さく且つ緩やかである。その一方で、位相差が大きい波同士の干渉が連続して、スペックルノイズが発生すると、受信信号における位相変化は大きく且つ激しくなる。   Previously, speckle noise was said to occur due to random interference of ultrasonic echoes in the subject, but interference between waves with a large phase difference as shown in FIG. Noise will be generated. In order to determine whether or not speckle noise is generated due to interference between waves having a large phase difference, it is only necessary to look at a continuous phase change obtained from the received signal. When interference between waves having a small phase difference continues, the phase change in the received signal is small and gradual. On the other hand, when interference between waves having a large phase difference continues and speckle noise occurs, the phase change in the received signal becomes large and intense.

したがって、スペックルノイズは、超音波探触子20の受信信号における位相差の大きさ、または、位相差の周波数に基づいて、判別可能である。   Therefore, speckle noise can be discriminated based on the magnitude of the phase difference in the received signal of the ultrasonic probe 20 or the frequency of the phase difference.

次に、前述のスペックルノイズと受信信号の位相との関係を用いて、仮定音速の最適値を求める方法について説明する。   Next, a method for obtaining the optimum value of the assumed sound speed using the relationship between the speckle noise and the phase of the received signal will be described.

仮定音速が最適音速に近い程、点拡がり関数は高周波になるため、無数の点拡がり関数の干渉として生ずるスペックルにおいて干渉による位相変化は、仮定音速が最適音速に近い程、大きくなる。   Since the point spread function becomes higher as the assumed sound speed is closer to the optimum sound speed, the phase change due to interference in speckles generated as interference of innumerable point spread functions becomes larger as the assumed sound speed is closer to the optimum sound speed.

ところで、最近のソフトウエアベースの超音波送受信手段は、超音波探触子20の超音波送受信素子により得られる受信信号をデータ(受信データ)としてメモリに記憶し、例えば同じ送信(1回の送信)により得られる受信データに対し受信フォーカスを施すことで、方位方向にて2音線以上の受信データを生成可能である。本例では、メモリに記憶した受信データに対し、仮定音速を用いて、位相整合が施されることで、受信フォーカスされた複数の音線データ(受信データ)が生成される。これにより、隣接する音線データまたはフレームの受信データ(「RFデータ」ともいう)を高速に得ることができる。   By the way, recent software-based ultrasonic transmission / reception means stores a reception signal obtained by the ultrasonic transmission / reception element of the ultrasonic probe 20 in a memory as data (reception data), for example, the same transmission (one transmission). ), It is possible to generate reception data of two or more sound rays in the azimuth direction. In this example, the received data stored in the memory is phase-matched using the assumed sound speed, thereby generating a plurality of reception-focused ray data (received data). Thereby, adjacent sound ray data or frame reception data (also referred to as “RF data”) can be obtained at high speed.

このような受信データを直交検波することにより、振幅および位相が得られる。直交検波後、距離方向における時間的な振幅および位相は、仮定音速を用いて、被検体内の各反射位置に対応した空間的な振幅および位相差に変換される。方位方向(素子配列方向)における振幅および位相は、直交検波した段階で空間的な情報として得られる。空間的な振幅および位相差は、それぞれ振幅画像および位相差画像として表すことができる。   By performing quadrature detection on such received data, the amplitude and phase can be obtained. After quadrature detection, the temporal amplitude and phase in the distance direction are converted into a spatial amplitude and phase difference corresponding to each reflection position in the subject using the assumed sound speed. The amplitude and phase in the azimuth direction (element arrangement direction) are obtained as spatial information at the stage of orthogonal detection. The spatial amplitude and phase difference can be represented as an amplitude image and a phase difference image, respectively.

仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和または位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めることができる。例えば、前述の位相差画像にて、空間的な位相差の大きさの総和または空間周波数を求め、仮定音速を求めることができる。比較する際のカーネル(注目領域)は、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。   By switching the assumed sound speed and obtaining the assumed sound speed at which the total sum of the phase differences or the spatial frequency of the phase difference is maximized, the optimum value of the assumed sound speed can be obtained. For example, it is possible to obtain the assumed sound speed by obtaining the sum of spatial phase differences or the spatial frequency from the above-described phase difference image. The kernel (attention area) for comparison is set so as to be the same area for the received data.

位相差の大きさまたは空間周波数に基づいて直接的に最適音速を求める方法以外に、時間的または空間的なスペックルノイズ(スペックル成分)を画像から抽出し、このスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めてもよい。例えば、前述の位相差画像および振幅画像のうち少なくとも一方を用いて、空間的なスペックル成分の密度に基づいて仮定音速を求めることができる。 本明細書にて、「時間的な位相変化」(または「時間領域の位相変化」)とは、単位時間あたりの位相変化である。また、「空間的な位相変化」(または「空間領域の位相変化」)とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりの位相変化である。画素単位の位相変化を用いてもよい。また、「時間的なスペックル成分の密度」とは、単位時間あたりのスペックル成分の数である。「空間的なスペックル成分の密度」とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりのスペックル成分の数である。画素単位のスペックル成分の数を用いてもよい。   In addition to the method of obtaining the optimum sound speed directly based on the magnitude of the phase difference or the spatial frequency, temporal or spatial speckle noise (speckle component) is extracted from the image, and the density of this speckle component is maximum. The optimum value of the assumed sound speed may be obtained by obtaining the assumed sound speed. For example, the assumed sound speed can be obtained based on the density of the spatial speckle component using at least one of the phase difference image and the amplitude image. In the present specification, “temporal phase change” (or “time domain phase change”) is a phase change per unit time. The “spatial phase change” (or “spatial domain phase change”) is a phase change per unit length, unit area, or unit volume. You may use the phase change of a pixel unit. The “temporal speckle component density” is the number of speckle components per unit time. “Spatial speckle component density” is the number of speckle components per unit length or unit area or unit volume. The number of speckle components in pixel units may be used.

本発明では、要するに、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。   In short, in the present invention, the optimum sound speed is acquired by obtaining the assumed sound speed at which the high frequency component of the phase change of the received signal of the ultrasonic echo is maximized.

<超音波画像処理装置>
図4は、第1実施形態に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
<Ultrasonic image processing device>
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of an ultrasonic image processing apparatus including the ultrasonic signal processing apparatus according to the first embodiment.

図4において、超音波画像処理装置10は、主に、操作部12、表示部14、超音波探触子20、送受信部22、時間領域信号処理部24、振幅画像生成部26、位相差画像生成部28、仮定音速設定部30、最適音速判定部32、仮定音速記憶部34、画像処理部40、および、モード切換部44を含んで構成されている。   4, the ultrasonic image processing apparatus 10 mainly includes an operation unit 12, a display unit 14, an ultrasonic probe 20, a transmission / reception unit 22, a time domain signal processing unit 24, an amplitude image generation unit 26, and a phase difference image. The generation unit 28, the assumed sound speed setting unit 30, the optimum sound speed determination unit 32, the assumed sound speed storage unit 34, the image processing unit 40, and the mode switching unit 44 are configured.

操作部12は、ユーザの指示が入力される指示入力デバイスである。例えば、キーボード、マウスなどによって構成されている。   The operation unit 12 is an instruction input device for inputting a user instruction. For example, it is composed of a keyboard, a mouse and the like.

表示部14は、画像を表示可能な表示デバイスである。例えば、LCD(液晶ディスプレイ)などによって構成されている。   The display unit 14 is a display device that can display an image. For example, it is configured by an LCD (liquid crystal display) or the like.

超音波探触子20は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射されてくる超音波エコーを受信するものである。超音波用探触子20は、例えば1次元の超音波トランスデューサアレイ(リニアアレイプローブ)を構成する複数の超音波トランスデューサを備えており、各超音波トランスデューサは、例えばPZT等の圧電素子の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。   The ultrasonic probe 20 transmits ultrasonic waves toward the subject and receives ultrasonic echoes reflected in the subject. The ultrasonic probe 20 includes, for example, a plurality of ultrasonic transducers constituting a one-dimensional ultrasonic transducer array (linear array probe), and each ultrasonic transducer is provided at both ends of a piezoelectric element such as PZT, for example. It is comprised by the vibrator | oscillator which formed the electrode.

なお、複数の超音波トランスデューサが1次元に配列されたリニアアレイプローブの他、被検者内を扇状に走査するセクタプローブ、複数の超音波トランスデューサが凸面上に配列されたコンベックスアレイプローブや、あるいは複数の超音波トランスデューサが2次元に配列された2次元アレイプローブを用いてもよい。あるいは超音波内視鏡においてラジアル走査を行うメカニカルラジアルプローブでもよい。   In addition to a linear array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged one-dimensionally, a sector probe that scans the inside of a subject in a fan shape, a convex array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged on a convex surface, or A two-dimensional array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged may be used. Alternatively, a mechanical radial probe that performs radial scanning in an ultrasonic endoscope may be used.

送受信部22は、ガウシアンパルスなどの超音波送信信号を超音波探触子20に与え、超音波探触子20に超音波を発生させる。   The transmission / reception unit 22 gives an ultrasonic transmission signal such as a Gaussian pulse to the ultrasonic probe 20 and causes the ultrasonic probe 20 to generate an ultrasonic wave.

超音波用探触子20は、送受信部22の駆動により超音波ビームを被検者内に送信し、リニア走査や、セクタ走査や、コンベックス走査や、ラジアル走査等の走査方式で被検者を走査する。超音波用探触子20が発生した超音波は被検者体内に存在する反射体によって反射され、反射した超音波は超音波用探触子20で受信される。被検体内で反射されてくる超音波エコーが超音波探触子20によって受信されると、超音波エコーを示す受信信号を超音波探触子20が出力するので、送受信部22は、その受信信号を増幅及びA(アナログ)/D(デジタル)変換した後、受信フォーカスを施し、時間領域信号処理部24に入力する。受信フォーカスにより、1回の超音波送信で素子配列方向にて2音線以上の受信データ(音線データ)が生成される。受信フォーカスについては、例えば特開2008―167985号公報に記載されている。本例では、1回の超音波送信で得られた受信データをメモリに記憶した後、仮定音速を切り換えて、受信フォーカスされた複数の音線データ(受信フォーカス後の受信データ)を生成する。   The ultrasonic probe 20 transmits an ultrasonic beam into the subject by driving the transmission / reception unit 22, and the subject is detected by a scanning method such as linear scanning, sector scanning, convex scanning, or radial scanning. Scan. The ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe 20 is reflected by a reflector existing in the body of the subject, and the reflected ultrasonic wave is received by the ultrasonic probe 20. When the ultrasonic echo reflected in the subject is received by the ultrasonic probe 20, the ultrasonic probe 20 outputs a reception signal indicating the ultrasonic echo. After amplification and A (analog) / D (digital) conversion of the signal, reception focus is applied and input to the time domain signal processing unit 24. With reception focus, reception data (sound ray data) of two or more sound rays in the element arrangement direction is generated by one ultrasonic transmission. The reception focus is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-167985. In this example, reception data obtained by one ultrasonic transmission is stored in a memory, and then the assumed sound speed is switched to generate a plurality of reception-focused sound ray data (reception data after reception focus).

本例では、送受信部22にて生成される受信データの素子配列方向における解像度は、超音波探触子20の素子(例えば超音波トランスデューサ)の間隔以上である。これによって、方位方向の位相差の折返しが起きないため、スペックル指標の誤計算を防ぐ事ができる。   In this example, the resolution in the element arrangement direction of the reception data generated by the transmission / reception unit 22 is equal to or greater than the interval between the elements of the ultrasonic probe 20 (for example, ultrasonic transducers). As a result, the phase difference in the azimuth direction does not wrap around, and erroneous calculation of the speckle index can be prevented.

時間領域信号処理部24は、超音波エコーの受信信号から、時間領域の振幅情報および時間領域の位相情報を取得する処理を行う。   The time domain signal processing unit 24 performs processing to acquire time domain amplitude information and time domain phase information from the received signal of the ultrasonic echo.

本例の信号処理部24は、直交検波部241、振幅情報演算部242および位相情報演算部243を含んで構成されている。   The signal processing unit 24 of this example includes an orthogonal detection unit 241, an amplitude information calculation unit 242, and a phase information calculation unit 243.

直交検波部241は、超音波エコーを示す受信信号に対して直交検波を行う。   The quadrature detection unit 241 performs quadrature detection on the received signal indicating the ultrasonic echo.

受信信号s(t)は、次式で表される。   The received signal s (t) is expressed by the following equation.

[数1]
s(t)=u(t) ×cos(ωt+φ(t))
ここで、u(t)は振幅を示し、φ(t)は位相を示す。
[Equation 1]
s (t) = u (t) × cos (ωt + φ (t))
Here, u (t) indicates the amplitude, and φ (t) indicates the phase.

受信信号s(t)は、直交検波によって、次式に示すように、実数成分I(cos成分)と虚数成分Q(sin成分)とに分離される。   The received signal s (t) is separated into a real component I (cos component) and an imaginary component Q (sin component) by quadrature detection, as shown in the following equation.

[数2]
I=u(t)cos(φ(t))
Q=u(t)sin(φ(t))
実数成分はI成分、虚数成分はQ成分とも呼ばれる。
[Equation 2]
I = u (t) cos (φ (t))
Q = u (t) sin (φ (t))
The real component is also called I component and the imaginary component is also called Q component.

振幅情報演算部242は、直交検波部241にて得られるI成分及びQ成分に基づいて、振幅u(t)を、次式により算出する。   The amplitude information calculation unit 242 calculates the amplitude u (t) by the following equation based on the I component and Q component obtained by the quadrature detection unit 241.

[数3]
u(t)=√(I+Q
位相情報演算部243は、直交検波部241にて得られるI成分及びQ成分に基づいて、位相φ(t)を、次式により算出する。
[Equation 3]
u (t) = √ (I 2 + Q 2 )
The phase information calculation unit 243 calculates the phase φ (t) by the following equation based on the I component and Q component obtained by the quadrature detection unit 241.

[数4]
φ(t)=tan-1I/Q
直交検波部241および振幅情報演算部242によって、時間領域における振幅情報としてのu(t)を取得する時間的振幅取得手段が構成されている。また、直交検波部241および位相情報演算部243によって、時間領域における位相情報としてのφ(t)を取得する時間的位相取得手段が構成されている。
[Equation 4]
φ (t) = tan -1 I / Q
The quadrature detection unit 241 and the amplitude information calculation unit 242 constitute temporal amplitude acquisition means for acquiring u (t) as amplitude information in the time domain. Further, the quadrature detection unit 241 and the phase information calculation unit 243 constitute temporal phase acquisition means for acquiring φ (t) as phase information in the time domain.

振幅画像生成部26は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの振幅を示す振幅画像(Bモード断層像)を生成する。距離方向においては、時間領域における振幅情報を、仮定音速を用いて、空間領域における振幅情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間(伝搬時間)が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、振幅の値を画素値(濃度または色を示す)に対応付けることで、振幅画像が生成される。   The amplitude image generation unit 26 generates an amplitude image (B-mode tomographic image) indicating the amplitude of the ultrasonic echo from each reflection position in the subject. In the distance direction, the amplitude information in the time domain is converted into amplitude information in the spatial domain using the assumed sound speed. Specifically, since the time (propagation time) from the transmission of an ultrasonic pulse to the reception of an ultrasonic echo pulse varies depending on the depth of the reflection position, the propagation time is calculated using the assumed sound velocity. An amplitude image is generated by associating the value of the reflection position with the pixel value (indicating density or color) and associating the value with the amplitude.

位相差画像生成部28は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの位相差を示す位相差画像を生成する。距離方向においては、時間領域における位相情報を、仮定音速を用いて、空間領域における位相差情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間(伝搬時間)が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、位相差の値を画素値(濃度または色を示す)に対応付けることで、位相差画像が生成される。   The phase difference image generation unit 28 generates a phase difference image indicating the phase difference of the ultrasonic echo from each reflection position in the subject. In the distance direction, the phase information in the time domain is converted into phase difference information in the spatial domain using the assumed sound velocity. Specifically, since the time (propagation time) from the transmission of an ultrasonic pulse to the reception of an ultrasonic echo pulse varies depending on the depth of the reflection position, the propagation time is calculated using the assumed sound velocity. A phase difference image is generated by associating the value of the phase difference with the pixel value (indicating density or color).

なお、スペックルノイズが方位方向または距離方向のどちらかに平行に存在する場合、その方向では位相変化が小さいが、それと直交する方向では位相変化が大きくなるため、方位方向の位相差および距離方向の位相差の両方を求めることが、好ましい。二次元的な位相差情報を求めてもよい。   Note that when speckle noise exists parallel to either the azimuth direction or the distance direction, the phase change is small in that direction, but the phase change is large in the direction orthogonal thereto, so the phase difference in the azimuth direction and the distance direction It is preferable to obtain both of the phase differences. Two-dimensional phase difference information may be obtained.

振幅画像生成部26によって、空間領域における振幅情報を取得する空間的振幅取得手段が構成されている。また、位相差画像生成部28によって、空間領域における位相差情報を取得する空間的位相差取得手段が構成されている。   The amplitude image generation unit 26 constitutes a spatial amplitude acquisition unit that acquires amplitude information in the spatial region. In addition, the phase difference image generation unit 28 constitutes a spatial phase difference acquisition unit that acquires phase difference information in the spatial domain.

仮定音速設定部30は、送受信部22および振幅画像生成部26および位相差画像生成部28に仮定音速を与えることにより、仮定音速を設定する。   The assumed sound speed setting unit 30 sets the assumed sound speed by giving the assumed sound speed to the transmission / reception unit 22, the amplitude image generation unit 26, and the phase difference image generation unit 28.

最適音速判定部32は、仮定音速設定部30を介して、送受信部22および振幅画像生成部26および位相差画像生成部28に与える仮定音速を切り換えて、位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。   The optimum sound speed determination unit 32 switches the assumed sound speed to be given to the transmission / reception unit 22, the amplitude image generation unit 26, and the phase difference image generation unit 28 via the assumed sound speed setting unit 30, and assumes that the high frequency component of the phase change is maximized. The optimum sound speed is obtained by obtaining the sound speed.

なお、位相差のみに基づいて最適音速を判定することや、振幅のみに基づいて最適音速を判定することも可能であるが、位相および振幅の両方に基づいて最適音速を判定することが、好ましい。位相および振幅の両方を用いることで、より正確な判定が可能となる。   Although it is possible to determine the optimum sound speed based only on the phase difference or the optimum sound speed based only on the amplitude, it is preferable to determine the optimum sound speed based on both the phase and the amplitude. . By using both the phase and amplitude, a more accurate determination can be made.

仮定音速記憶部34は、仮定音速を記憶する不揮発性のメモリである。   The assumed sound speed storage unit 34 is a non-volatile memory that stores the assumed sound speed.

画像処理部40は、振幅画像および位相差画像に対して、各種の画像処理を施す。この画像処理部40は、振幅画像と位相差画像とを合成する機能を有する。例えば、位相差画像によって振幅画像の輝度または色を変調することにより、振幅画像と位相差画像とを重畳する。   The image processing unit 40 performs various image processes on the amplitude image and the phase difference image. The image processing unit 40 has a function of synthesizing the amplitude image and the phase difference image. For example, the amplitude image and the phase difference image are superimposed by modulating the luminance or color of the amplitude image with the phase difference image.

表示制御部42は、振幅画像、位相差画像、および、これらの合成画像のうちから、後述のモード切換部44の指示に従って任意の画像を選択し、拡縮処理やレイアウト処理を行って、表示部14に入力する。表示する画像の組み合わせは各種ある。例えば、振幅画像と位相差画像とを並べて、表示部14に表示させる。振幅画像とともに、振幅画像と位相差画像との合成画像を並べて、表示させてもよい。振幅画像のみ、または、合成画像のみを、表示させてもよい。   The display control unit 42 selects an arbitrary image from an amplitude image, a phase difference image, and a composite image thereof according to an instruction from a mode switching unit 44 described later, performs enlargement / reduction processing and layout processing, and displays the display unit. 14 There are various combinations of images to be displayed. For example, the amplitude image and the phase difference image are arranged and displayed on the display unit 14. Along with the amplitude image, a composite image of the amplitude image and the phase difference image may be displayed side by side. Only the amplitude image or only the composite image may be displayed.

モード切換部44は、表示モードを切り換える機能のほか、最適音速取得のモードを切り換える機能を有する。具体的には、最適音速判定部32による最適音速の判定を行って当該最適音速により位相差画像および振幅画像を生成する最適音速モードと、最適音速の判定を行わないで仮定音速記憶部34に予め記憶されている通常の仮定音速により位相差画像および振幅画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換える。   The mode switching unit 44 has a function of switching the optimum sound speed acquisition mode in addition to the function of switching the display mode. Specifically, the optimum sound speed is determined by the optimum sound speed determination unit 32 and the phase difference image and the amplitude image are generated based on the optimum sound speed, and the assumed sound speed storage unit 34 is determined without determining the optimum sound speed. The normal assumed sound speed mode for generating the phase difference image and the amplitude image is switched according to the normal assumed sound speed stored in advance.

本例の最適音速モードでは、超音波探触子20による同じ超音波の送信(1回の送信)から得られる同じ受信信号を用いるとともに、複数の仮定音速のうちから順次仮定音速を切り換えて、複数の仮定音速の中から最適な音速を求める。具体的には、最適音速判定部32は、仮定音速設定部30を介して、送受信部22および位相差画像生成部28および振幅画像生成部26に与える仮定音速を切り換える。   In the optimum sound speed mode of this example, the same received signal obtained from the transmission of the same ultrasonic wave (one transmission) by the ultrasonic probe 20 is used, and the assumed sound speed is sequentially switched from among a plurality of assumed sound speeds. The optimum sound speed is obtained from a plurality of assumed sound speeds. Specifically, the optimum sound speed determination unit 32 switches the assumed sound speed to be given to the transmission / reception unit 22, the phase difference image generation unit 28, and the amplitude image generation unit 26 via the assumed sound speed setting unit 30.

また、本例にて、超音波探触子20の素子の配列方向における位相の分解能は、超音波探触子20の素子の間隔以上である。すなわち、位相差画像生成部28にて生成される位相差画像の素子配列方向における解像度は、超音波探触子20の素子(例えば超音波トランスデューサ)の間隔以上である。   In this example, the resolution of the phase in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic probe 20 is equal to or greater than the interval of the elements of the ultrasonic probe 20. That is, the resolution in the element arrangement direction of the phase difference image generated by the phase difference image generation unit 28 is equal to or greater than the interval of the elements (for example, ultrasonic transducers) of the ultrasonic probe 20.

時間領域信号処理部24、振幅画像生成部26、位相差画像生成部28、仮定音速設定部30、最適音速判定部32、画像処理部40、表示制御部42、および、モード切換部44は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んで構成される。これらの一部が回路によって構成されていてもよい。   The time domain signal processing unit 24, the amplitude image generation unit 26, the phase difference image generation unit 28, the assumed sound speed setting unit 30, the optimum sound speed determination unit 32, the image processing unit 40, the display control unit 42, and the mode switching unit 44 are For example, it includes a CPU (Central Processing Unit). Some of these may be configured by a circuit.

なお、被検体内の各反射位置に対応する位相差を示す情報として、位相差画像生成部28にて位相差画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は位相差画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。同様に、被検体内の各反射位置に対応する空間的な振幅を示す情報として、振幅画像生成部26にて振幅画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は振幅画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。   Although the case where the phase difference image is generated by the phase difference image generation unit 28 as information indicating the phase difference corresponding to each reflection position in the subject has been described as an example, the present invention generates a phase difference image. In this case, there is no particular limitation, and invisible information may be generated instead of a visible image. Similarly, the case where an amplitude image is generated by the amplitude image generation unit 26 as information indicating the spatial amplitude corresponding to each reflection position in the subject has been described as an example, but the present invention generates an amplitude image. In this case, there is no particular limitation, and invisible information may be generated instead of a visible image.

以下では、最適音速取得について、各種の実施形態に分けて説明する。   Hereinafter, the optimum sound speed acquisition will be described in various embodiments.

<第1実施形態>
第1実施形態にて、図4の最適音速判定部32は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図5は、第1実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図4の最適音速判定部32を構成するCPUにより、プログラムに従って、実行される。
<First Embodiment>
In the first embodiment, the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 4 switches the assumed sound speed among a plurality of assumed sound speeds, and assumes the assumed sound speed that maximizes the sum of the magnitudes of the phase differences as the optimum sound speed. judge. FIG. 5 is a flowchart showing an exemplary flow of the optimum sound speed acquisition process in the first embodiment. This process is mainly executed by the CPU constituting the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 4 according to a program.

ステップS10にて、仮定音速の初期値を設定する。例えば、仮定音速設定部30が仮定音速記憶部34から仮定音速の初期値を読み出して、送受信部22および振幅画像生成部26および位相差画像生成部28に仮定音速の初期値を設定する。   In step S10, an initial value of assumed sound speed is set. For example, the assumed sound speed setting unit 30 reads the initial value of the assumed sound speed from the assumed sound speed storage unit 34, and sets the initial value of the assumed sound speed in the transmission / reception unit 22, the amplitude image generation unit 26, and the phase difference image generation unit 28.

ステップS11にて、送受信部22は受信フォーカスを行い、振幅画像生成部26は受信データから得られる振幅情報に基づいて振幅画像を生成する。また、位相差画像生成部28は、受信データから得られる位相差情報に基づいて位相差画像を生成する。距離方向については、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報を生成するとともに、時間的な位相情報から空間的な位相差情報を生成する。   In step S11, the transmission / reception unit 22 performs reception focus, and the amplitude image generation unit 26 generates an amplitude image based on the amplitude information obtained from the reception data. Further, the phase difference image generation unit 28 generates a phase difference image based on the phase difference information obtained from the received data. For the distance direction, spatial amplitude information is generated from temporal amplitude information, and spatial phase difference information is generated from temporal phase information.

ステップS12にて、時間的または空間的な位相差の大きさ(絶対値)の総和を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよい。すなわち、空間領域全体について総和を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について総和を求めてもよい。   In step S12, the sum of the magnitudes (absolute values) of the temporal or spatial phase differences is calculated. Here, the sum of the spatial phase differences may be calculated for the entire phase difference image, or the sum of the spatial phase differences may be calculated for the region of interest in the phase difference image. . That is, the sum total may be obtained for the entire space area, or the sum may be obtained for the region of interest in the entire space area.

ステップS14にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。例えば、仮定音速設定部30が仮定音速記憶部34から仮定音速の終了値を読み出して、現在の仮定音速と終了値とを比較する。未終了の場合には、ステップS15に進み、終了した場合には、ステップS16に進む。   In step S14, it is determined whether or not all assumed sound speeds have been completed. For example, the assumed sound speed setting unit 30 reads the end value of the assumed sound speed from the assumed sound speed storage unit 34, and compares the current assumed sound speed with the end value. If not completed, the process proceeds to step S15. If completed, the process proceeds to step S16.

ステップS15にて、仮定音速を1ステップ変更し、ステップS11に戻る。   In step S15, the assumed sound speed is changed by one step, and the process returns to step S11.

全仮定音速が終了すると、ステップS16にて、仮定音速の切り換えによる位相差の大きさの総和の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図6に示すように、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速が最適音速であると判定する。   When all the assumed sound velocities are completed, the optimum sound speed is determined from the change in the sum of the magnitudes of the phase differences due to the switching of the assumed sound velocities in step S16. Specifically, as shown in FIG. 6, it is determined that the assumed sound speed at which the sum of the magnitudes of the phase differences is maximum is the optimum sound speed.

本例では、素子配列方向における空間的な位相差の絶対値の総和に基づいて、最適音速を判定する。なお、超音波探触子20や送受信部22の種類によっては、被権体の深さ方向における位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよいし、深さ方向および素子配列方向の両方向における位相差の二乗和の平方根の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。   In this example, the optimum sound speed is determined based on the sum of absolute values of spatial phase differences in the element arrangement direction. Depending on the types of the ultrasound probe 20 and the transmission / reception unit 22, the optimum sound speed may be determined based on the sum of absolute values of the phase difference in the depth direction of the object, or the depth direction and the element. The optimum sound speed may be determined based on the sum of the square roots of the square sums of the phase differences in both directions of the arrangement direction. Alternatively, the optimum sound speed may be determined based on the sum of absolute values of two-dimensional phase differences.

<第2実施形態>
第2実施形態にて、図4の最適音速判定部32は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、受信データの位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図7は、第2実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図4の最適音速判定部32を構成するCPUにより、プログラムに従って、実行される。
Second Embodiment
In the second embodiment, the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 4 switches the assumed sound speed among a plurality of assumed sound speeds, and the assumed sound speed at which the spatial frequency of the phase difference of the received data is maximized is the optimum sound speed. Is determined. FIG. 7 is a flowchart showing an exemplary flow of the optimum sound speed acquisition process in the second embodiment. This process is mainly executed by the CPU constituting the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 4 according to a program.

ステップS20およびS21は、図6に示した第1実施形態におけるステップS10およびS11とそれぞれ同じであり、説明を省略する。   Steps S20 and S21 are the same as steps S10 and S11 in the first embodiment shown in FIG.

ステップS22にて、受信データの位相差の空間周波数を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間周波数を求めてもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間周波数を求めてもよい。すなわち、空間領域全体について空間周波数を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について空間周波数を求めてもよい。本例にて、位相差の空間周波数とは、単位面積(または単位長さ)あたりの位相差の変化の頻度(波の数)を示す。   In step S22, the spatial frequency of the phase difference of the received data is calculated. Here, the spatial frequency may be obtained from the entire phase difference image, or the spatial frequency may be obtained from the region of interest in the phase difference image. That is, the spatial frequency may be obtained for the entire spatial region, or the spatial frequency may be obtained for the region of interest in the entire spatial region. In this example, the phase difference spatial frequency indicates the frequency (number of waves) of change in phase difference per unit area (or unit length).

ステップS24にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップS25に進み、終了した場合には、ステップS26に進む。   In step S24, it is determined whether or not all assumed sound speeds have been completed. If not completed, the process proceeds to step S25. If completed, the process proceeds to step S26.

ステップS25にて、仮定音速を1ステップ変更し、ステップS21に戻る。   In step S25, the assumed sound speed is changed by one step, and the process returns to step S21.

全仮定音速が終了すると、ステップS26にて、仮定音速の切り換えによる位相差の空間周波数の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図8に示すように、位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定する。   When all the assumed sound velocities are completed, the optimum sound speed is determined from the change in the spatial frequency of the phase difference due to the switching of the assumed sound speed in step S26. Specifically, as shown in FIG. 8, the assumed sound speed at which the spatial frequency of the phase difference is maximum is determined as the optimum sound speed.

なお、被検体の深さ方向における位相差の空間周波数、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差の空間周波数うち、一方に基づいて、最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の空間周波数に基づいて最適音速を判定してもよい。   Note that the optimum sound speed may be determined based on one of the spatial frequency of the phase difference in the depth direction of the subject and the spatial frequency of the phase difference in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception means. Further, the optimum sound speed may be determined based on the spatial frequency of the two-dimensional phase difference.

<第3実施形態>
第3実施形態にて、図8の最適音速判定部32は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出し、そのスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出する態様には各種ある。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 8 switches the assumed sound speed among a plurality of assumed sound speeds, extracts the speckle component from the received data of the ultrasonic echo, and the density of the speckle component Is assumed to be the optimum sound speed. There are various modes for extracting speckle components from received data of ultrasonic echoes.

第1に、受信データの空間的な位相差に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。本態様では、位相が空間的に急変化する位置を、スペックル位置と判定する。例えば、位相差画像にて、各画素に順次注目し、深さ方向(距離方向)に対応する縦方向の位相差Δφ(y)と、素子配列方向(方位方向)に対応する横方向の位相差Δφ(x)との二乗和の平方根(√(Δφ(y)+Δφ(x)))が閾値を超えている画素位置(x,y)を、スペックル位置と判定する。各画素の位相差をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における位相差の代表値(例えば、平均値、または、頻度が最大である位相差)を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向のおよび横方向のうちで大きい方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。 First, there is an aspect in which a spatial position where speckle is generated is determined based on a spatial phase difference of received data. In this aspect, the position where the phase suddenly changes spatially is determined as the speckle position. For example, in the phase difference image, pay attention to each pixel sequentially, and the vertical phase difference Δφ (y) corresponding to the depth direction (distance direction) and the horizontal direction position corresponding to the element arrangement direction (azimuth direction). A pixel position (x, y) at which the square root of the sum of squares with the phase difference Δφ (x) (√ (Δφ (y) 2 + Δφ (x) 2 )) exceeds the threshold is determined as a speckle position. Instead of using the phase difference of each pixel as it is, a determination is made using a representative value (for example, an average value or a phase difference with the highest frequency) of the phase difference in a fixed size area centered on each pixel. May be. Further, the speckle position may be determined based on the phase difference of one of the vertical direction and the horizontal direction, or based on the larger phase difference of the vertical direction and the horizontal direction, The speckle position may be determined.

第2に、受信データの空間的な振幅に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。例えば、振幅画像にて、各画素に順次注目し、周辺画素との間で振幅差がある画素位置であって且つ振幅差が閾値よりも小さい画素の位置を、スペックル位置と判定する。各画素の振幅をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における振幅の代表値(例えば、平均値、または、頻度が最大である振幅)を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向および横方向のうちで大きい方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。   Second, there is an aspect in which the spatial position where speckle is generated is determined based on the spatial amplitude of the received data. For example, in the amplitude image, attention is sequentially paid to each pixel, and a pixel position having an amplitude difference with respect to surrounding pixels and having a smaller amplitude difference than a threshold is determined as a speckle position. Instead of using the amplitude of each pixel as it is, the determination may be made by using a representative value (for example, an average value or an amplitude having the maximum frequency) of the amplitude in a region of interest having a fixed size centered on each pixel. . The speckle position may be determined based on the amplitude of one of the vertical direction and the horizontal direction, and the speckle position may be determined based on the larger amplitude of the vertical direction and the horizontal direction. May be determined.

第3に、受信データの空間的な位相差および空間的な振幅の両方に基づいて抽出する態様がある。具体的には、例えば、位相差に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果に基づいてスペックル位置を判定する。
なお、スペックル判別として、スペックルノイズかどうかという2値的な判別や、どの程度スペックルノイズが含まれているかという多値的な判別を行い、その結果を出力してもよい。位相変化量そのものを、スペックルらしさを示すデータとして用いてもよい。
Third, there is an aspect in which extraction is performed based on both the spatial phase difference and the spatial amplitude of the received data. Specifically, for example, the phase difference is multiplied by a coefficient corresponding to the amplitude difference, and the speckle position is determined based on the result.
As speckle discrimination, binary discrimination as to whether speckle noise is present or multi-level discrimination as to how much speckle noise is included may be performed, and the result may be output. The phase change amount itself may be used as data indicating the speckle-likeness.

また、スペックルノイズかどうかを判別するための判別関数を用いて、スペックル判別を行ってもよい。 図9は、第3実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図4の最適音速判定部32を構成するCPUにより、プログラムに従って、実行される。   Further, speckle discrimination may be performed using a discriminant function for discriminating whether or not it is speckle noise. FIG. 9 is a flowchart showing an exemplary flow of the optimum sound speed acquisition process in the third embodiment. This process is mainly executed by the CPU constituting the optimum sound speed determination unit 32 in FIG. 4 according to a program.

ステップS30およびS31は、図6に示した第1実施形態におけるステップS10およびS11とそれぞれ同じであり、説明を省略する。   Steps S30 and S31 are the same as steps S10 and S11 in the first embodiment shown in FIG.

ステップS32にて、スペックルノイズを抽出する。例えば、位相差画像にて各画素に順次注目し、注目画素の値(空間的な位相差)に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果が閾値よりも大きな注目画素の位置を、スペックル位置と判定する。この場合、空間的な位相差が大きいほどスペックル度が高く、且つ、振幅差が小さいほどスペックル度が高いと判定することになる。ここで、振幅差は、位相差画像中の注目画素の位置と対応する位置に在る振幅画像中の画素に注目したとき、当該振幅画像中の注目画素の値(空間的な振幅)と振幅画像中の周辺画素の値との差分である。   In step S32, speckle noise is extracted. For example, pay attention to each pixel sequentially in the phase difference image, multiply the value of the target pixel (spatial phase difference) by a coefficient corresponding to the amplitude difference, and determine the position of the target pixel whose result is larger than the threshold value. Determined as speckle position. In this case, it is determined that the speckle degree is higher as the spatial phase difference is larger and the speckle degree is higher as the amplitude difference is smaller. Here, the amplitude difference is the value (spatial amplitude) and amplitude of the pixel of interest in the amplitude image when attention is paid to the pixel in the amplitude image at a position corresponding to the position of the pixel of interest in the phase difference image. This is the difference from the values of surrounding pixels in the image.

ステップS33にて、所定サイズのカーネル内のスペックルノイズの密度を算出する。具体的には、位相差画像中の一定サイズの注目領域中における単位面積あたりのスペックルノイズの密度を算出する。例えば、スペックル位置と判定された画素(スペックル画素)の数をカウントする。スペックル度(スペックルらしさ)の総和をとる方法もある。比較する際のカーネルは、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。   In step S33, the density of speckle noise in the kernel of a predetermined size is calculated. Specifically, the density of speckle noise per unit area in a fixed area of a certain size in the phase difference image is calculated. For example, the number of pixels (speckle pixels) determined to be speckle positions is counted. There is also a method of taking the sum of speckle degrees (speckle-likeness). The kernels used for comparison are set so that the received data is in the same area.

ステップS34にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップS35に進み、終了した場合には、ステップS36に進む。   In step S34, it is determined whether or not all assumed sound speeds have been completed. If not completed, the process proceeds to step S35, and if completed, the process proceeds to step S36.

ステップS35にて、仮定音速を1ステップ変更し、ステップS31に戻る。   In step S35, the assumed sound speed is changed by one step, and the process returns to step S31.

全仮定音速が終了すると、ステップS36にて、仮定音速の切り換えによるスペックルノイズの密度の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図10に示すように、スペックルノイズの密度が最大となる仮定音速を最適音速であると判定する。
なお、最適音速判定部32は、位相差のみに基づいて、スペックル成分を抽出してもよい。また、被検体の深さ方向における位相差、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差のうち、一方に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。また、二次元的な位相差に基づいて最適音速を判定してもよい。
When all the assumed sound velocities are completed, the optimum sound speed is determined from the change in the density of speckle noise due to the switching of the assumed sound speed in step S36. Specifically, as shown in FIG. 10, it is determined that the assumed sound speed at which the density of speckle noise is maximum is the optimum sound speed.
Note that the optimum sound speed determination unit 32 may extract a speckle component based only on the phase difference. Further, the speckle position may be determined based on one of the phase difference in the depth direction of the subject and the phase difference in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception means. Further, the optimum sound speed may be determined based on a two-dimensional phase difference.

また、最適音速判定部32は、振幅のみに基づいて、スペックル位置を判定してもよい。 なお、第1実施形態にて位相差の大きさの総和を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第2実施形態にて位相差の高周波成分を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第3実施形態にてスペックル成分の密度を用いて最適音速を取得する場合を説明したが、これら(「位相差の大きさの総和」、「位相差の高周波成分」、「スペックル成分の密度」)の組み合わせにより最適音速を取得してもよい。   Further, the optimum sound speed determination unit 32 may determine the speckle position based only on the amplitude. In addition, the case where the optimal sound speed is acquired using the total sum of the magnitudes of the phase differences in the first embodiment will be described, and the case where the optimal sound speed is acquired using the high frequency components of the phase differences in the second embodiment will be described. In the third embodiment, the case where the optimum sound speed is acquired using the density of the speckle component has been described. However, these (“the sum of the magnitudes of the phase difference”, “the high frequency component of the phase difference”, “the speckle”). The optimum sound speed may be acquired by a combination of “component density”).

<第4実施形態>
第4実施形態では、被検体に対応する空間内の複数のROI(「関心領域」ともいう)について各ROIごとに最適音速を求めるとともに、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成し、合成画像を表示する。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, the optimum sound speed is obtained for each ROI for a plurality of ROIs (also referred to as “regions of interest”) in the space corresponding to the subject, and a plurality of images respectively generated by the plurality of optimum sound speeds are synthesized. Then, a composite image is displayed.

図11は、画像生成処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として図4の最適音速判定部32、振幅画像生成部26、位相差画像生成部28および画像処理部40を構成するCPUにより、プログラムに従って、実行される。   FIG. 11 is a flowchart illustrating an exemplary flow of the image generation process. This processing is executed according to a program mainly by the CPU that constitutes the optimum sound speed determination unit 32, the amplitude image generation unit 26, the phase difference image generation unit 28, and the image processing unit 40 of FIG.

ステップS41にて、主として最適音速判定部32により、各ROIにおける最適音速を取得する。   In step S41, the optimum sound speed in each ROI is acquired mainly by the optimum sound speed determination unit 32.

例えば、図12(a)に示すように、被検体に対応する空間(以下「画像空間」という)内に複数のROI(401〜404)を設定したとする。そうすると、各ROI(401〜404)ごとに仮定音速を切り換えて、各ROI(401〜404)ごとの最適音速を取得する。なお、各ROIごとの最適音速を求める処理は、第1実施形態〜第3実施形態にて説明した処理のうちいずれかを用いればよいので、その説明を省略する。   For example, as shown in FIG. 12A, it is assumed that a plurality of ROIs (401 to 404) are set in a space corresponding to the subject (hereinafter referred to as “image space”). Then, the assumed sound speed is switched for each ROI (401 to 404), and the optimum sound speed for each ROI (401 to 404) is acquired. In addition, since the process which calculates | requires the optimal sound speed for every ROI should just use either of the processes demonstrated in 1st Embodiment-3rd Embodiment, the description is abbreviate | omitted.

ステップS42にて、振幅画像生成部26により、各最適音速に対応する振幅画像を取得する。具体的には、各最適音速ごとに、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報に変換し、振幅画像を生成する。   In step S42, the amplitude image generation unit 26 acquires an amplitude image corresponding to each optimum sound speed. Specifically, the amplitude image is generated by converting temporal amplitude information into spatial amplitude information for each optimum sound speed.

例えば、図12(b)に示すように、各ROI(401〜404)の最適音速にそれぞれ対応する振幅画像411〜414(全体画像)を取得する。各ROIの部分画像421〜424のみを生成してもよい。   For example, as shown in FIG. 12B, amplitude images 411 to 414 (overall images) respectively corresponding to the optimum sound speeds of the ROIs (401 to 404) are acquired. Only the partial images 421 to 424 of each ROI may be generated.

ステップS43にて、画像処理部40により、各最適音速値に対応する振幅画像を、各ROI位置を中心として、合成する。   In step S43, the image processing unit 40 synthesizes an amplitude image corresponding to each optimum sound speed value around each ROI position.

例えば、図12(c)に示すように、各ROIの部分画像421〜424を結合することにより、合成画像430を生成する。あるいは、各ROIの部分画像421〜424の重みを大きくするとともに、全体画像411〜411のうちで非ROI部分431〜434の重みを小さくして、合成を行ってもよい。   For example, as illustrated in FIG. 12C, the composite image 430 is generated by combining the partial images 421 to 424 of each ROI. Alternatively, the weights of the partial images 421 to 424 of each ROI may be increased and the weights of the non-ROI portions 431 to 434 may be decreased in the entire images 411 to 411 to perform the synthesis.

ステップS44にて、合成画像430に対して、各種の画像処理(例えば、対数圧縮、ゲイン、DR、STC、グレーマップ調整、スキャンコンバート等の各処理)を施す。   In step S44, various types of image processing (for example, logarithmic compression, gain, DR, STC, gray map adjustment, scan conversion, etc.) are performed on the composite image 430.

なお、説明の便宜上、空間を等分して複数のROIに分けた場合を例に説明したが、図13に示すように、ROI(501〜504)は自在に設定できる。例えば、通常の仮定音速により生成した振幅画像を表示部14に表示し、ユーザが表示部14を見ながら操作部12により符号501〜503のROIを設定し、残りの領域を符号504の領域とする。   For convenience of explanation, the case where the space is equally divided into a plurality of ROIs has been described as an example. However, as shown in FIG. 13, the ROIs (501 to 504) can be freely set. For example, an amplitude image generated at a normal assumed sound speed is displayed on the display unit 14, the user sets an ROI of reference numerals 501 to 503 by the operation unit 12 while viewing the display unit 14, and the remaining area is set as an area of reference numeral 504. To do.

表示制御部42による表示制御の態様には各種あり、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像(例えば、振幅画像、位相差画像)を、並べて、または、切り換えて単独で表示させるようにしてもよい。例えば、図12(b)に示した各最適音速に生成した振幅画像411〜414を、表示部14の画面上に、並べて、あるいは、切り換えて単独で、表示させる。   There are various types of display control by the display control unit 42, and a plurality of images (for example, an amplitude image and a phase difference image) respectively generated at a plurality of optimum sound velocities are arranged side by side or switched to be displayed independently. May be. For example, the amplitude images 411 to 414 generated at the optimum sound speeds shown in FIG. 12B are displayed side by side on the screen of the display unit 14 or switched and displayed alone.

<スペックルの判別>
以下では、スペックル判別の具体例について説明する。
<Determination of speckle>
Below, the specific example of speckle discrimination is demonstrated.

判別関数は、例えば、スペックルまたは非スペックルの位置がわかっている空間的な位相情報を予め用意しておき、その位相変化量(位相差)から作成した特徴量を元に作成する。すなわち、スペックルであることがわかっている位相変化量データ及び非スペックルであることがわかっている位相変化量データとから、それぞれ所定の特徴量が算出され、これからスペックル判別関数が作成される。   The discriminant function is created based on a feature quantity created from the phase change amount (phase difference), for example, by preparing spatial phase information in which the position of speckle or non-speckle is known in advance. That is, a predetermined feature amount is calculated from the phase change data that is known to be speckle and the phase change data that is known to be non-speckle, and a speckle discriminant function is created therefrom. The

ここで、特徴量は、位相変化量のデータの単一画素でも良い。ただし、単一画素の場合、差分をとって位相変化量を求めた場合には画素の僅かなずれが生じる、縦横方向から位相変化量を求めた場合には十字に交差する部分の中心の位相変化は大きくならないなどの問題があるため、注目画素の近傍画素の値や近傍画素との演算結果等、複数のデータを使用するのが望ましい。このとき、複数のデータは多次元となるため、閾値を設計し易いようにPCA(主成分分析)などを行って次元を下げるようにしてもよい。   Here, the feature amount may be a single pixel of phase change amount data. However, in the case of a single pixel, when the phase change amount is obtained by taking the difference, a slight pixel shift occurs. When the phase change amount is obtained from the vertical and horizontal directions, the phase of the center of the crossing portion is obtained. Since there is a problem that the change does not increase, it is desirable to use a plurality of data such as the value of the neighboring pixel of the target pixel and the calculation result with the neighboring pixel. At this time, since a plurality of data are multidimensional, the dimension may be lowered by performing PCA (principal component analysis) or the like so that the threshold value can be easily designed.

図14に、スペックル判別関数の一例を示す。   FIG. 14 shows an example of the speckle discriminant function.

ここでは、縦方向位相変化量及び横方向位相変化量をそれぞれ特徴量(1)及び特徴量(2)とし、非スペックルノイズを〇で表し、スペックルノイズを×で表している。図14に示す例では、非スペックルノイズ〇とスペックルノイズ×の領域を分離する直線として判別関数が設定される。このように特徴量に変換した結果を基にしてスペックルノイズと非スペックルノイズを判別する関数(あるいは閾値)が設計される。なお、判別関数はこのような線形のものに限定されるものではない。   Here, the vertical direction phase change amount and the horizontal direction phase change amount are defined as a feature amount (1) and a feature amount (2), respectively, non-speckle noise is represented by ◯, and speckle noise is represented by x. In the example shown in FIG. 14, the discriminant function is set as a straight line that separates the non-speckle noise O and speckle noise x regions. A function (or threshold) for discriminating between speckle noise and non-speckle noise is designed based on the result converted into the feature quantity in this way. The discriminant function is not limited to such a linear function.

また、判別関数の設定方法は特に限定されるものではなく、例えば、SVM(サポートベクターマシン)などの既知のデータ(学習データ)を利用した統計的手法(例えば、参考文献としてネロ・クリスティアニーニ、ジョン・テーラー著「サポートベクターマシン入門」共立出版などが挙げられる。)などの公知のクラス分類に使用される線形あるいは非線形の判別関数を用いることができる。もちろん、特徴量毎に閾値を与えるだけで判別可能であれば、閾値だけでスペックルを判別してもよい。また、位相変化量に変換することなく、連続的な位相データの画素といった位相変化がわかるデータを特徴量とした判別関数を設定してもよい。   The discriminant function setting method is not particularly limited. For example, a statistical method using known data (learning data) such as SVM (support vector machine) (for example, Nero Christianini as a reference). And a linear or non-linear discriminant function used for known classification such as “Introduction to Support Vector Machine” by John Taylor, etc.). Of course, speckle may be determined only by the threshold value if it can be determined only by giving a threshold value for each feature amount. In addition, a discrimination function may be set with data representing a phase change, such as pixels of continuous phase data, as a feature quantity without being converted into a phase change amount.

図15に、SVM(サポートベクターマシン)を使用したスペックル抽出の判別関数生成処理の一例を示す。   FIG. 15 shows an example of discriminant function generation processing for speckle extraction using SVM (support vector machine).

図15に示すように、まずファントム画像から手作業でスペックル部分及び非スペックル部分をラベリングし、スペックル判別関数を作成するための既知データを作成する。なお、スペックル及び非スペックル部分をラベリングする際、曖昧な箇所についてはラベリングは行わないようにする。次に、この既知データのスペックル部分及び非スペックル部分からスペックルの判別に用いる特徴量を抽出する。   As shown in FIG. 15, first, speckle portions and non-speckle portions are manually labeled from the phantom image, and known data for creating a speckle discriminant function is created. Note that when labeling speckles and non-speckle parts, labeling is not performed for ambiguous parts. Next, a feature amount used for discrimination of speckle is extracted from the speckle portion and the non-speckle portion of the known data.

ここでは特徴量として、図16に示すように、3×3画素の中央の画素cを注目画素とし、注目画素cとその上下左右の4つの近傍画素a、b、d、eに関し、それぞれ縦(距離)方向位相変化及び横(方位)方向位相変化の複数個の特徴量を使用する。   Here, as a feature amount, as shown in FIG. 16, a central pixel c of 3 × 3 pixels is set as a target pixel, and the target pixel c and four neighboring pixels a, b, d, and e above, below, left, and right are vertically A plurality of feature quantities of (distance) direction phase change and lateral (azimuth) direction phase change are used.

次に、この縦方向及び横方向それぞれのラベリングされた画素(注目画素及びその近傍)の複数個の位相変化量を特徴量としてSVM(サポートベクターマシン)を適用し、判別関数(スペックル判別器)を生成する。もちろん、ラベリングに使用するデータや特徴量は、判別結果が最適となるように変更しても良い。   Next, an SVM (support vector machine) is applied using a plurality of phase change amounts of the labeled pixels (the target pixel and its vicinity) in the vertical direction and the horizontal direction as feature amounts, and a discriminant function (speckle discriminator) is applied. ) Is generated. Of course, the data and feature quantities used for labeling may be changed so that the discrimination result is optimal.

このように、予めスペックルまたは非スペックルの位置がわかっている位相データから特徴量を抽出してスペックル判別関数を作成しておく。そして、空間的位相情報に基づいてスペックル抽出が行われる。   In this way, a speckle discriminant function is created by extracting feature amounts from phase data whose speckle or non-speckle positions are known in advance. Then, speckle extraction is performed based on the spatial phase information.

最適音速判定部32では、例えば、方位(横)方向の位相差及び距離(縦)方向の位相差が入力されると、これをスペックル判別に用いる特徴量に変換し、予め作成されているスペックル判別関数を用いてスペックルであるかどうか判別し、スペックル抽出が行われる。   For example, when the phase difference in the azimuth (transverse) direction and the phase difference in the distance (vertical) direction are input, the optimum sound speed determination unit 32 converts the phase difference into a feature amount used for speckle discrimination and is created in advance. It is discriminated whether it is speckle using a speckle discriminant function, and speckle extraction is performed.

判別結果は、2値的にスペックルであるかどうかを示すだけでなく、閾値との差を多値的にどの程度スペックルノイズが含まれているかを示すスペックルらしさとして出力してもよい。また、多値的に出力する場合には、LUT(ルックアップテーブル)などでさらに値を調整してもよい。   The discrimination result may not only indicate whether the speckle is binary, but also output the difference from the threshold as speckle-likeness indicating how much speckle noise is included in multiple values. . In the case of multi-value output, the value may be further adjusted using a LUT (Look Up Table) or the like.

なお、スペックル判別関数は、超音波の送受信の条件などによって変化するため、実際の装置の場合には条件毎に判別関数を設定するのが望ましい。   Note that the speckle discriminant function changes depending on the condition of ultrasonic transmission / reception, and therefore, in the case of an actual apparatus, it is desirable to set the discriminant function for each condition.

以上説明した例では、振幅情報ではなく位相情報を用いてスペックル成分を抽出するようにしている。振幅ではスペックルの形状、エコーレベルによっては、スペックルの判別が困難な場合があるため正確にスペックル成分を抽出できない場合があるが、位相情報を用いることにより、スペックルの形状や周囲のエコーレベルに依存しないスペックル成分の抽出が可能となる。   In the example described above, speckle components are extracted using phase information instead of amplitude information. Depending on the shape of the speckle and the echo level, it may be difficult to distinguish the speckle because the amplitude may not be able to be extracted accurately, but by using the phase information, the speckle shape and surrounding It is possible to extract speckle components independent of the echo level.

このように、位相情報のみでスペックル成分を抽出することができるが、振幅情報を特徴量に加えるなど、振幅情報(振幅成分あるいはその包絡線成分)と位相情報を組み合わせてスペックル成分を抽出するようにしてもよい。この場合、位相情報(方位方向の位相差、距離方向の位相差を用いるが、これらの空間的な位相差情報とともに空間的な振幅情報をも用い、振幅情報(画素値)も加えて特徴量の次元(図16に示す例では2次元)を増加して、スペックル抽出を行うようにしてもよい。   In this way, speckle components can be extracted using only phase information. However, speckle components can be extracted by combining amplitude information (amplitude component or its envelope component) and phase information, such as adding amplitude information to feature quantities. You may make it do. In this case, phase information (the phase difference in the azimuth direction and the phase difference in the distance direction are used, but spatial amplitude information is also used together with the spatial phase difference information, and the amplitude information (pixel value) is added to the feature amount. Dimension (2 dimensions in the example shown in FIG. 16) may be increased to perform speckle extraction.

このように、振幅情報と位相情報の両方を用いてスペックル抽出を行うことで、より正確なスペックル抽出が可能となる。   Thus, speckle extraction using both amplitude information and phase information enables more accurate speckle extraction.

図17(a)は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示し、図17(b)は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示し、図17(c)は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す。前述した第1実施形態〜第3実施形態のうちいずれの実施形態でも、最適音速では図17(b)に示すような位相差画像が得られる。このような最適音速にて得られた位相差画像を、単独で表示したり、他の画像(例えば振幅画像)と合成または切り換え可能に表示することで、適切な診断が可能となる。 以上、説明の便宜上、1次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子20を例に説明したが、本発明は、超音波送受信素子が2次元配列されている場合にも適用できる。   17A shows an example of a phase difference image when the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed, FIG. 17B shows an example of a phase difference image when the assumed sound speed is the optimum sound speed, and FIG. c) shows an example of a phase difference image when the assumed sound speed is faster than the optimum sound speed. In any of the first to third embodiments described above, a phase difference image as shown in FIG. 17B is obtained at the optimum sound speed. An appropriate diagnosis can be performed by displaying the phase difference image obtained at such an optimum sound speed alone or by composing or switching with another image (for example, an amplitude image). As described above, for convenience of explanation, the ultrasonic probe 20 having the one-dimensionally arranged ultrasonic transmitting / receiving elements has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the case where the ultrasonic transmitting / receiving elements are two-dimensionally arranged. .

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。   The present invention is not limited to the examples described in the present specification and the examples illustrated in the drawings, and various design changes and improvements may be made without departing from the spirit of the present invention.

超音波探触子と被検体との位置関係の説明に用いる説明図Explanatory drawing used to explain the positional relationship between the ultrasound probe and the subject 強め合う干渉の例を示すグラフであり、(a)は干渉前を表すグラフ、(b)は干渉後を表すグラフIt is a graph which shows the example of constructive interference, (a) is a graph showing before interference, (b) is a graph showing after interference. 弱め合う干渉の例を示すグラフであり、(a)は干渉前を表すグラフ、(b)は干渉後を表すグラフIt is a graph which shows the example of destructive interference, (a) is a graph showing before interference, (b) is a graph showing after interference. 本発明に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the ultrasonic image processing apparatus containing the ultrasonic signal processing apparatus which concerns on this invention 第1実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of an example of the optimal sound speed acquisition process in 1st Embodiment. 第1実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図Explanatory drawing used for explanation of determination of optimum sound speed in the first embodiment 第2実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of an example of the optimal sound speed acquisition process in 2nd Embodiment. 第2実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図Explanatory drawing used for explanation of determination of optimum sound speed in the second embodiment 第3実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of an example of the optimal sound speed acquisition process in 3rd Embodiment. 第3実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図Explanatory drawing used for explanation of determination of optimum sound speed in the third embodiment 第4実施形態における画像生成処理の一例の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of an example of the image generation process in 4th Embodiment. (a)はROIの例の説明に用いる示す説明図、(b)は各ROIごとの最適音速にてそれぞれ生成された複数の画像の説明に用いる説明図、(c)は合成画像の説明に用いる説明図(A) is an explanatory diagram used to describe an example of an ROI, (b) is an explanatory diagram used to describe a plurality of images generated at the optimum sound speed for each ROI, and (c) is an explanatory diagram of a composite image Illustration used 自在に設定したROIの説明に用いる説明図Explanatory drawing used to explain freely set ROI スペックル判別関数の一例を示す説明図Explanatory drawing showing an example of speckle discriminant function スペックル判別関数の生成処理の一例を示す説明図Explanatory drawing which shows an example of the generation process of a speckle discriminant function スペックル判別のための特徴量の説明に用いる説明図Explanatory drawing used to explain feature quantities for speckle discrimination 図17(a)は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示す説明図、図17(b)は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示す説明図、図17(c)は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す説明図を示す説明図FIG. 17A is an explanatory diagram illustrating an example of a phase difference image when the assumed sound speed is slower than the optimum sound speed, and FIG. 17B is an explanatory diagram illustrating an example of a phase difference image when the assumed sound speed is the optimum sound speed. FIG. 17C is an explanatory diagram illustrating an example of a phase difference image when the assumed sound speed is higher than the optimum sound speed.

符号の説明Explanation of symbols

10…超音波画像処理装置、12…操作部、14…表示部、20…超音波探触子、22…送受信部、24…時間領域信号処理部(時間的振幅取得部、時間的位相取得部)、26…振幅画像生成部(空間的振幅取得部)、28…位相差画像生成部(空間的位相差取得部)、30…仮定音速設定部、32…最適音速判定部、34…仮定音速記憶部、40…画像処理部、42…表示制御部、44…モード切換部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ultrasonic image processing apparatus, 12 ... Operation part, 14 ... Display part, 20 ... Ultrasonic probe, 22 ... Transmission / reception part, 24 ... Time domain signal processing part (Temporal amplitude acquisition part, Temporal phase acquisition part) ), 26... Amplitude image generation unit (spatial amplitude acquisition unit), 28... Phase difference image generation unit (spatial phase difference acquisition unit), 30... Assumed sound speed setting unit, 32. Storage unit 40 ... Image processing unit 42 ... Display control unit 44 ... Mode switching unit

Claims (18)

被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、
を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置。
An ultrasonic transmission / reception means for transmitting an ultrasonic wave toward the subject, receiving an ultrasonic echo from within the subject, and generating a reception signal indicating the ultrasonic echo;
Optimum sound speed acquisition means for acquiring the optimum sound speed by obtaining an assumed sound speed at which the high frequency component of the phase change of the received signal is maximized;
An ultrasonic signal processing apparatus comprising:
前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする請求項1に記載の超音波信号処理装置。   The optimum sound speed acquisition means assumes that the optimum sound speed has a maximum high-frequency component of the phase change of the received signal in at least one of the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception means and the depth direction of the subject. The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 1, wherein a speed of sound is obtained. 前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波信号処理装置。   The said optimal sound speed acquisition means switches the said assumed sound speed, and determines the assumed sound speed that maximizes the sum of the magnitudes of the phase differences of the received signals as the optimum sound speed. Ultrasonic signal processing device. 前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波信号処理装置。   The ultrasonic wave according to claim 1 or 2, wherein the optimum sound speed acquisition means determines the assumed sound speed at which the spatial frequency of the phase difference of the received signal is maximum by switching the assumed sound speed as the optimum sound speed. Signal processing device. 前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項1に記載の超音波信号処理装置。   The optimum sound speed acquisition means switches the assumed sound speed, extracts a speckle component from the received signal, and determines an assumed sound speed at which the density of the speckle component is maximum as an optimum sound speed. 2. The ultrasonic signal processing apparatus according to 1. 前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項5に記載の超音波信号処理装置。
Comprising phase difference acquisition means for acquiring a phase difference from the received signal;
The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 5, wherein the optimum sound speed acquisition unit extracts the speckle component based on the phase difference.
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項5に記載の超音波信号処理装置。
Amplitude acquisition means for acquiring amplitude from the received signal,
The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 5, wherein the optimum sound speed acquisition unit extracts the speckle component based on the amplitude.
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする請求項2、3、4および6のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。
Amplitude acquisition means for acquiring amplitude from the received signal,
The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 2, wherein the optimal sound speed acquisition unit determines the optimal sound speed based on the amplitude.
前記最適音速取得手段は、少なくとも2つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項2、3、4、6および8のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。   The said optimal sound speed acquisition means calculates | requires the said optimal sound speed based on the phase difference in an at least 2 or more direction, The any one of Claim 2, 3, 4, 6 and 8 characterized by the above-mentioned. Ultrasonic signal processing device. 前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信信号を利用することを特徴とする請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。 The optimal sound speed acquisition unit uses the received signal whose phase resolution in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception unit is equal to or greater than the interval between the elements. The ultrasonic signal processing device according to item. 前記最適音速取得手段は、1回の超音波送信で得られる前記受信信号を用いて前記最適音速を求めることを特徴とする請求項1ないし10のうちいずれか1項に記載の超音波処理装置。 The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the optimum sound speed acquisition unit obtains the optimum sound speed using the received signal obtained by one ultrasonic transmission. . 前記超音波送受信手段は、1回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に2音線以上の前記受信信号を生成可能であることを特徴とする請求項1ないし11のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。 The ultrasonic transmission / reception means can generate the reception signals of two or more sound rays in the arrangement direction of the elements of the ultrasonic transmission / reception means by one ultrasonic transmission. The ultrasonic signal processing apparatus of any one of Claims. 前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする請求項1ないし12のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。   13. The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 1, wherein an image generated at the optimum sound speed is displayed on a display unit. 前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項1ないし13のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。   The supersonic sound acquisition means obtains the optimal sound speed for each region of interest for a region of interest in a space corresponding to the inside of the subject. Sonic signal processing device. 複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする請求項14に記載の超音波信号処理装置。   The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 14, wherein a plurality of images respectively generated at a plurality of the optimum sound speeds are displayed side by side or switched and displayed alone on a display unit. 複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする請求項14に記載の超音波信号処理装置。   The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 14, wherein a plurality of images respectively generated by the plurality of assumed sound speeds are synthesized and displayed on a display unit. 前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし16のうちいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。   An optimal sound speed mode in which an optimal sound speed is determined by the optimal sound speed acquisition means and an image is generated based on the optimal sound speed, and a normal assumed sound speed mode in which an image is generated based on a normal assumed sound speed without determining the optimal sound speed. The ultrasonic signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 16, further comprising mode switching means for switching. 被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法。
While transmitting an ultrasonic wave toward the subject, receiving an ultrasonic echo from within the subject, and generating a reception signal indicating the ultrasonic echo,
An ultrasonic signal processing method, wherein an optimum sound speed of an assumed sound speed is obtained by obtaining an assumed sound speed at which a high frequency component of a phase change of the received signal is maximized.
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