JP5634819B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、不要信号成分を低減する技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a technique for reducing unnecessary signal components.

超音波画像の画質を高めるためには、受信信号処理において、サイドローブ(side lobe)、グレーティングローブ(grating lobe)、雑音(ノイズ)などの不要信号(不要成分)を低減することが望まれる。   In order to improve the image quality of an ultrasonic image, it is desired to reduce unnecessary signals (unnecessary components) such as side lobes, grating lobes, and noise in received signal processing.

受信ビームフォーマでは、フォーカシングのため、複数の振動素子からの複数の素子受信信号が整相処理(遅延処理)され、その後にそれらが加算される。加算後において、RF信号としてのビームデータが得られる。ビームデータは超音波画像の形成で用いられる。フォーカス点からの反射波であれば、遅延処理後の複数の素子受信信号間では位相が揃っているため、加算後において振幅の大きいRF信号が得られる。これに対して、フォーカス点以外の所からの反射波の場合、複数の素子受信信号間で位相が一致していないため、振幅の低いRF信号しか得られない。   In the receive beamformer, a plurality of element reception signals from a plurality of vibration elements are subjected to phasing processing (delay processing) and then added for focusing. After the addition, beam data as an RF signal is obtained. The beam data is used for forming an ultrasonic image. In the case of the reflected wave from the focus point, since the phases are uniform among the plurality of element reception signals after the delay processing, an RF signal having a large amplitude after addition is obtained. On the other hand, in the case of a reflected wave from a place other than the focus point, since the phases do not match among the plurality of element reception signals, only an RF signal with low amplitude can be obtained.

不要信号成分を低減する従来技術として、位相の乱れの評価指標として、各チャンネルの受信信号の位相の標準偏差に着目するPCF (Phase Coherence Factor)を用いて、受信信号中の不要信号成分を低減する技術がある(非特許文献1)。しかし、かかる従来技術においては、実際には位相が揃っていても位相が乱れていると判断する場合がある。すなわち、PCFを用いて振幅情報に重み付けして画像化を行った場合、サイドローブやグレーティングローブ等によるアーチファクトは低減されるが、実質部に局所的な黒抜けが発生することがある。以下に具体的に説明する。   As a conventional technology to reduce unwanted signal components, PCF (Phase Coherence Factor) that focuses on the standard deviation of the phase of the received signal of each channel is used as an evaluation index for phase disturbance, reducing unwanted signal components in the received signal (Non-patent Document 1). However, in such a conventional technique, it may be determined that the phase is disturbed even if the phases are actually aligned. That is, when the image is weighted to the amplitude information using PCF, artifacts due to side lobes, grating lobes, and the like are reduced, but local black spots may occur in the substantial part. This will be specifically described below.

PCFは、各チャンネルの信号の位相の標準偏差に着目する評価指標である。以下の(1)式にPCFの計算式を示す。

Figure 0005634819
PCF is an evaluation index that focuses on the standard deviation of the phase of the signal of each channel. The following formula (1) shows the calculation formula of PCF.
Figure 0005634819

上記(1)式中の変数sf(k)は以下のように定義される。

Figure 0005634819
The variable sf (k) in the above equation (1) is defined as follows.
Figure 0005634819

ここで、iはチャンネル番号であり(i=1,2,…N)、kは深度であり、Si(k)は遅延処理後のRF受信信号についての解析信号(当該受信信号を複素信号として表現したもの)であり、SIi(k)は解析信号の実数成分であり、SQi(k)は解析信号の虚数成分であり、φi(k)は解析信号から求まる位相の瞬時値であり、σ(φi(k))は位相の瞬時値についての標準偏差である。標準偏差という観点から信号の並び方向における位相の乱れ度合いを評価するものである。γはPCFの感度を決めるパラメータである(但しγ≧0)。φA(k)は、逆正接tan-1を求める際に生じる折り返しの影響を低減するために導入された変数であり、φi(k)がゼロより小さい場合にはφi(k)にπを足した値をとり、φi(k)がゼロ以上の場合にはφi(k)からπを引いた値をとる。これは折り返しを前提としてベースラインシフトに相当する演算を行っておくものである。但し、(2)式においては、各深度ごとにσ(φi(k))とσ(φiA(k))の内で小さい方が選択される。なお、PCFが負となる場合はPCF(k)=0とする。 Here, i is a channel number (i = 1, 2,... N), k is a depth, Si (k) is an analysis signal for an RF reception signal after delay processing (the reception signal is a complex signal) SIi (k) is the real component of the analytic signal, SQi (k) is the imaginary component of the analytic signal, φi (k) is the instantaneous value of the phase determined from the analytic signal, and σ (φi (k)) is the standard deviation of the instantaneous phase value. From the viewpoint of standard deviation, the degree of phase disturbance in the signal arrangement direction is evaluated. γ is a parameter that determines the sensitivity of PCF (where γ ≧ 0). phi A (k) is a variable that has been introduced in order to reduce the effects of aliasing that occurs when determining the arctangent tan -1, if .phi.i (k) is less than zero π to .phi.i (k) The added value is taken, and when φi (k) is zero or more, a value obtained by subtracting π from φi (k) is taken. In this case, an operation corresponding to the baseline shift is performed on the premise of folding. However, in equation (2), the smaller one of σ (φi (k)) and σ (φi A (k)) is selected for each depth. If PCF is negative, PCF (k) = 0.

全てのチャンネルで完全に位相が揃っている場合には、位相の標準偏差は0となるため、PCFは1となる。一方、位相が乱れると、位相の標準偏差が大きくなるため、PCFは1より小さくなる。このPCFで、後段の振幅情報に重み付けをすることで、不要信号が多く含まれる、位相の乱れた信号の影響を弱めることができる。   When all the channels are perfectly aligned, the standard deviation of the phase is 0, and the PCF is 1. On the other hand, when the phase is disturbed, the standard deviation of the phase increases, so the PCF becomes smaller than 1. By weighting the amplitude information in the subsequent stage with this PCF, it is possible to weaken the influence of a signal having a disordered phase that includes many unnecessary signals.

しかし、PCFを用いた処理においては、位相の乱れ度合いが正当に評価される場合とされない場合がある。図5には、位相の乱れ度合いが正当に評価される位相分布の例が示されている。図6には、位相の乱れ度合いが正当に評価されない位相分布の例が示されている。図5に示すように、全チャンネルの位相がπを超えない広がりで分布するとき、φA(k) を導入することで、折り返しの影響なく、位相の乱れ度合いを評価できる。具体的に説明すると、図5においては、φi(k)とφiA(k)の両者が示されている。前者は折り返し手前の部分100a,100bと折り返し部分100dとからなり、折り返し部分100dは真の部分100cの折り返し現象として観測されたものである。このような位相分布に対して上記(5)式の演算を行った結果としてφiA(k)が生成される(シフト演算につき図中の各矢印を参照)。それはベースライン付近に分布し、その標準偏差σ(φiA(k))は小さな値となる(ちなみにσ(φi(k))は大きな値となり、それは(2)式から採用されない)。 However, in the process using PCF, the degree of phase disturbance may or may not be properly evaluated. FIG. 5 shows an example of a phase distribution in which the degree of phase disturbance is properly evaluated. FIG. 6 shows an example of a phase distribution in which the degree of phase disturbance is not properly evaluated. As shown in FIG. 5, when the phases of all the channels are distributed with a spread not exceeding π, the degree of phase disturbance can be evaluated without the influence of aliasing by introducing φ A (k). More specifically, FIG. 5 shows both φi (k) and φi A (k). The former is composed of portions 100a and 100b before the return and a return portion 100d, and the return portion 100d is observed as a return phenomenon of the true portion 100c. Φi A (k) is generated as a result of performing the calculation of the above equation (5) on such a phase distribution (see each arrow in the figure for the shift calculation). It is distributed near the baseline, and its standard deviation σ (φi A (k)) is a small value (by the way, σ (φi (k)) is a large value, which is not adopted from equation (2)).

一方、図6に示すように、位相がπを超える広がりで分布するとき、位相の分布位置によっては、φiA(k)を導入しても、位相の折り返しの影響を回避できない場合がある。具体的には、φi(k)は、折り返し手前の部分102a,102b,102c,102dと、折り返し部分102fとからなる。折り返し部分102fは真の部分102eの折り返し現象として観測されたものである。φi(k)に対して上記(5)式を適用してφiA(k)を生成すると、それは両端部分と中間部分とからなる非連続の波形であり、位相の乱れ度合いを過大評価してしまうことになる。本来であれば、図7に示すような波形として、位相の乱れ度合いが評価されるべきであるが、φiA(k)による折り返し修正は位相がπを超える広がりで分布する場合には機能しなくなるのである。このようなことから、PCFを用いて振幅情報に重み付けをした場合、実質部で極端に振幅が弱められる箇所が生じて、それが局所的な画像の黒抜けとして現れることがある。 On the other hand, as shown in FIG. 6, when the phase is distributed with a spread exceeding π, depending on the distribution position of the phase, there is a case where the influence of phase folding cannot be avoided even if φi A (k) is introduced. Specifically, φi (k) is composed of portions 102a, 102b, 102c, and 102d before the return and a return portion 102f. The folded portion 102f is observed as a folding phenomenon of the true portion 102e. When φi A (k) is generated by applying the above equation (5) to φi (k), it is a discontinuous waveform consisting of both ends and an intermediate part, and overestimates the degree of phase disturbance. Will end up. Originally, the degree of phase disturbance should be evaluated as a waveform as shown in FIG. 7, but the aliasing correction by φi A (k) functions when the phase is distributed in a range exceeding π. It will disappear. For this reason, when the amplitude information is weighted using PCF, there is a portion where the amplitude is extremely weakened in the substantial part, which may appear as a black spot in the local image.

J. Camacho,et al, "Phase Coherence Imaging", IEEE trans. UFFC, vol.56, No.5, 2009.J. Camacho, et al, "Phase Coherence Imaging", IEEE trans. UFFC, vol. 56, No. 5, 2009.

本発明の目的は、不要信号成分の低減で利用する係数の演算にあたり、複数の素子受信信号について位相の乱れの状態をより的確に評価できるようにすることにある。   An object of the present invention is to make it possible to more accurately evaluate the state of phase disturbance for a plurality of element reception signals when calculating coefficients used for reducing unnecessary signal components.

本発明に係る超音波診断装置は、超音波を送受波し、複数の素子受信信号を出力する複数の振動素子と、前記複数の素子受信信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段と、前記遅延処理後の複数の素子受信信号に対して複素変換処理を適用することにより複数の複素信号を生成する複素変換処理部と、前記複数の複素信号からなる信号列において隣接信号間で複素演算を実行することにより複数の位相差を求める位相差演算部と、前記複数の位相差に基づいて不要信号成分抑制用の係数を求める係数算出部と、前記係数に基づいて前記複数の素子受信信号に基づく受信信号の利得が可変されるようにする利得可変部と、を含むことを特徴とする。   An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes: a plurality of vibration elements that transmit and receive ultrasonic waves and output a plurality of element reception signals; a delay processing unit that performs a delay process on the plurality of element reception signals; A complex conversion processing unit that generates a plurality of complex signals by applying complex conversion processing to a plurality of element reception signals after delay processing, and performs a complex operation between adjacent signals in a signal sequence composed of the plurality of complex signals A phase difference calculation unit that obtains a plurality of phase differences by executing, a coefficient calculation unit that obtains a coefficient for suppressing unnecessary signal components based on the plurality of phase differences, and a plurality of element reception signals based on the coefficients And a gain variable unit that allows the gain of the received signal to be varied.

上記構成によれば、複数の素子受信信号から複数の複素信号が生成され、複素信号間での複素演算によって位相差が求められる。すなわち、複数の素子受信信号の並び方向において複数の位相差が演算される。それら全体として同方向における位相の乱れ度合いを示すものである。複数の位相差の積算値又は平均値として複数の位相差が定量化され、それから利得調整用つまり不要信号成分抑制用の係数が演算される。望ましくは、信号間の位相差は、2つの複素信号間における複素演算の結果値に対する逆正接から演算される。位相差を利用するので折り返しという問題は生じにくい。   According to the above configuration, a plurality of complex signals are generated from the plurality of element reception signals, and the phase difference is obtained by complex operation between the complex signals. That is, a plurality of phase differences are calculated in the arrangement direction of the plurality of element reception signals. These indicate the degree of phase disturbance in the same direction as a whole. A plurality of phase differences are quantified as an integrated value or an average value of the plurality of phase differences, and then a coefficient for gain adjustment, that is, an unnecessary signal component suppression is calculated. Preferably, the phase difference between the signals is calculated from the arc tangent to the result value of the complex operation between the two complex signals. Since the phase difference is used, the problem of aliasing hardly occurs.

複素変換処理は遅延処理後に実行されるが、遅延処理前に複素変換処理が実行されてもよい。遅延処理後に受信信号(ビームデータ)を生成するために加算処理が実行されるが、その場合、遅延処理後の複数の素子受信信号が加算処理されてもよいし、遅延処理後かつ複素変換処理後の複数の複素信号が加算処理されてもよい。利得の可変は、係数の乗算によって、係数に相当する信号の減算によって、その他の手法によって実現可能である。振動素子列における隣接素子間において位相差が演算されてもよいし、離散的に設定された代表振動素子間において位相差が演算されてもよい。   The complex conversion process is executed after the delay process, but the complex conversion process may be executed before the delay process. An addition process is performed to generate a reception signal (beam data) after the delay process. In this case, a plurality of element reception signals after the delay process may be added, or after the delay process and complex conversion process. A plurality of later complex signals may be added. The variable gain can be realized by other methods by multiplying the coefficient or by subtracting a signal corresponding to the coefficient. The phase difference may be calculated between adjacent elements in the vibration element row, or the phase difference may be calculated between representative vibration elements set discretely.

望ましくは、前記複数の位相差についてそれぞれ絶対値を演算する手段が設けられ、前記係数算出部は、前記複数の位相差についての複数の絶対値の積算値又は平均値に基づいて前記係数を算出する。位相差が正負の符号を有する場合、その絶対値をとれば、それらの積算値又は平均値として位相の乱れ度合いを的確に定量化することができる。   Preferably, means for calculating an absolute value for each of the plurality of phase differences is provided, and the coefficient calculation unit calculates the coefficient based on an integrated value or an average value of the plurality of absolute values for the plurality of phase differences. To do. In the case where the phase difference has a positive or negative sign, if the absolute value thereof is taken, the degree of phase disturbance can be accurately quantified as an integrated value or an average value thereof.

望ましくは、前記係数算出部は、前記積算値又は平均値が大きい場合には前記受信信号の利得が小さくなるように前記係数を生成し、前記積算値又は平均値が小さい場合には前記受信信号の利得が大きくなるように前記係数を生成する。積算値及び平均値はいずれも定量化の結果値として同質的なものである。平均値によればチャンネル数(参照信号数)が変動してもそれに影響を受けないという利点を得られる。   Preferably, the coefficient calculation unit generates the coefficient so that the gain of the received signal is small when the integrated value or the average value is large, and the received signal when the integrated value or the average value is small. The coefficient is generated so as to increase the gain. Both the integrated value and the average value are homogeneous as a result of quantification. According to the average value, even if the number of channels (the number of reference signals) varies, there is an advantage that it is not affected by it.

望ましくは、前記係数は各ビーム方向に沿って各深度で演算され、前記ビーム方向に並んだ複数の係数に対して一次元平滑化処理を施し、又は、前記ビーム方向及びビーム並び方向に並んだ複数の係数に対して二次元平滑化処理を施す手段が設けられ、平滑化後の係数を用いて前記受信信号の利得が可変される。この構成によれば画質の急峻な変動を緩和できる。   Preferably, the coefficient is calculated at each depth along each beam direction, and a one-dimensional smoothing process is performed on a plurality of coefficients arranged in the beam direction, or arranged in the beam direction and the beam arrangement direction. Means for performing two-dimensional smoothing on a plurality of coefficients is provided, and the gain of the received signal is varied using the smoothed coefficients. According to this configuration, it is possible to alleviate steep fluctuations in image quality.

本発明によれば、複数の素子受信信号について位相の乱れの状態をより的確に評価できる。よって、不要信号成分の抑圧を適切に行って黒抜け等の画質低下を防止又は軽減することが可能となる。   According to the present invention, the state of phase disturbance can be more accurately evaluated for a plurality of element reception signals. Therefore, it is possible to prevent or reduce image quality deterioration such as blackout by appropriately suppressing unnecessary signal components.

本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 図1に示した係数演算部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the coefficient calculating part shown in FIG. 他の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows other embodiment. 図3に示した係数演算部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the coefficient calculating part shown in FIG. 折り返しが生じている位相分布と折り返し対処後の位相分布とを示す図であって、位相の乱れ度合いを正確に評価できる場合を示す図である。It is a figure which shows the phase distribution in which the aliasing has occurred, and the phase distribution after the aliasing countermeasure, and shows the case where the degree of phase disturbance can be accurately evaluated. 折り返しが生じている位相分布と折り返し対処後の位相分布とを示す図であって、位相の乱れ度合いを正確に評価できない場合を示す図である。It is a figure which shows the phase distribution in which the aliasing has occurred, and the phase distribution after the aliasing countermeasure, and shows the case where the degree of phase disturbance cannot be accurately evaluated. 比較例としての位相分布を示す図である。It is a figure which shows the phase distribution as a comparative example.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波によって得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する装置である。本実施形態においては、超音波画像としてBモード断層画像が形成されているが、もちろんドプラ画像等が形成されてもよい。   FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof. This ultrasonic diagnostic apparatus is used in the medical field, and is an apparatus that forms an ultrasonic image based on a reception signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a living body. In this embodiment, a B-mode tomographic image is formed as an ultrasound image, but a Doppler image or the like may be formed as a matter of course.

図1において、アレイ振動子10は、超音波探触子内に配置され、複数の振動素子12により構成される。複数の振動素子12は直線状に配列されている。もちろん、それらが円弧状に配列されていてもよい。複数の振動素子12を利用して超音波ビーム(送信ビーム、受信ビーム)が形成され、それが電子的に走査される。電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査等が知られている。1Dアレイ振動子に代えて2Dアレイ振動子を用いることも可能である。   In FIG. 1, an array transducer 10 is arranged in an ultrasonic probe and is composed of a plurality of vibration elements 12. The plurality of vibration elements 12 are arranged in a straight line. Of course, they may be arranged in an arc shape. An ultrasonic beam (transmission beam, reception beam) is formed using the plurality of vibration elements 12 and is electronically scanned. As electronic scanning methods, electronic sector scanning, electronic linear scanning, and the like are known. It is also possible to use a 2D array transducer instead of the 1D array transducer.

送信部14は送信ビームフォーマーである。すなわち、送信部14は送信時において複数の振動素子12に対して所定の遅延関係を有する複数の送信信号を供給する。これにより送信ビームが形成される。受信時において、生体内の各点からの反射波がアレイ振動子10にて受波される。これにより複数の受信信号(素子受信信号)が生じ、それが増幅部16へ出力される。増幅部16、遅延部20及び信号加算部24が受信部を構成し、その受信部は受信ビームフォーマーである。   The transmission unit 14 is a transmission beam former. That is, the transmission unit 14 supplies a plurality of transmission signals having a predetermined delay relationship to the plurality of vibration elements 12 during transmission. As a result, a transmission beam is formed. At the time of reception, the reflected wave from each point in the living body is received by the array transducer 10. As a result, a plurality of reception signals (element reception signals) are generated and output to the amplification unit 16. The amplification unit 16, the delay unit 20, and the signal addition unit 24 constitute a reception unit, and the reception unit is a reception beamformer.

増幅部16は、複数のアンプ18により構成されている。その後段には遅延部20が設けられ、その遅延部20は複数の遅延器22により構成されている。それらの遅延器22によって遅延処理(整相処理)が実行される。各遅延器22に与える遅延時間すなわちディレイデータは制御部42から供給される。遅延部20の後段にアポダイゼーション処理部が設けられてもよい。A/D変換部については図示省略されている。遅延処理後の複数の受信信号(複数の素子受信信号)が信号加算部24に入力される。そこでそれらの複数の受信信号が加算され、電子的に受信ビームが形成される。整相加算処理後の受信信号が検波部26に出力されている。検波部26は検波処理を行う公知の回路である。制御部42には入力部44が接続されている。   The amplification unit 16 includes a plurality of amplifiers 18. A delay unit 20 is provided at the subsequent stage, and the delay unit 20 includes a plurality of delay units 22. Delay processing (phasing processing) is executed by these delay devices 22. The delay time given to each delay unit 22, that is, delay data is supplied from the control unit 42. An apodization processing unit may be provided after the delay unit 20. The A / D converter is not shown. A plurality of reception signals (a plurality of element reception signals) after the delay processing are input to the signal addition unit 24. Therefore, the plurality of reception signals are added to form a reception beam electronically. The received signal after the phasing addition processing is output to the detection unit 26. The detection unit 26 is a known circuit that performs detection processing. An input unit 44 is connected to the control unit 42.

本実施形態においては、不要信号成分の抑圧を行うために不要信号成分抑圧部28が設けられている。それは、具体的には、係数演算部30及び乗算器32を有する。係数演算部30は、遅延処理後かつ加算処理前の複数の素子受信信号に基づいて不要信号成分抑圧用の係数(評価値)を演算する回路であり、その係数を利用して実際に不要信号成分の抑圧処理を実行するのが乗算器32である。乗算器32においては、検波後の受信信号に対して係数が乗算され、不要信号成分の大小に応じて受信信号が抑圧(低減)される。係数の求め方については後に詳述する。   In the present embodiment, an unnecessary signal component suppression unit 28 is provided to suppress unnecessary signal components. Specifically, it includes a coefficient calculation unit 30 and a multiplier 32. The coefficient calculation unit 30 is a circuit that calculates a coefficient (evaluation value) for suppressing unnecessary signal components based on a plurality of element reception signals after delay processing and before addition processing. The multiplier 32 executes the component suppression processing. In the multiplier 32, the received signal after detection is multiplied by a coefficient, and the received signal is suppressed (reduced) according to the magnitude of the unnecessary signal component. The method for obtaining the coefficient will be described in detail later.

不要信号抑圧処理後の受信信号は信号処理部34へ送られる。信号処理部34は対数変換等の各種信号処理を実行し、その処理後の信号が画像形成部36へ送られる。画像形成部36は本実施形態においてデジタルスキャンコンバータ(DSC)により構成されている。これによりBモード断層画像が構成される。その画像のデータは表示処理部38を介して表示器40へ送られる。本実施形態においてはBモード画像が形成されているが、2次元血流画像等が形成されてもよい。上記説明においては不要信号成分を抑圧する処理において、係数の乗算が行われていたが、信号の減算等の他の手法を利用して不要信号成分の抑圧あるいは低減を行うようにしてもよい。   The received signal after unnecessary signal suppression processing is sent to the signal processing unit 34. The signal processing unit 34 executes various signal processing such as logarithmic conversion, and the processed signal is sent to the image forming unit 36. The image forming unit 36 is configured by a digital scan converter (DSC) in this embodiment. Thereby, a B-mode tomographic image is constructed. The image data is sent to the display 40 via the display processing unit 38. In this embodiment, a B-mode image is formed, but a two-dimensional blood flow image or the like may be formed. In the above description, the multiplication of the coefficient is performed in the process of suppressing the unnecessary signal component. However, the unnecessary signal component may be suppressed or reduced by using other methods such as signal subtraction.

深さ方向に並ぶ複数の係数からなる一次元係数列に対して平滑化処理を施した上で平滑化後の係数を乗算器に与えるようにしてもよい。あるいは、深さ方向及びビーム走査方向に整列した二次元係数列に対して二次元の平滑化処理を施した上で平滑化後の係数を乗算器に与えるようにしてもよい。これによれば画質の急峻な変化を緩和できる。   Smoothing processing may be performed on a one-dimensional coefficient sequence made up of a plurality of coefficients arranged in the depth direction, and the smoothed coefficients may be given to the multiplier. Alternatively, the two-dimensional smoothing process may be performed on the two-dimensional coefficient sequence aligned in the depth direction and the beam scanning direction, and the smoothed coefficient may be given to the multiplier. This can alleviate a sharp change in image quality.

本実施形態では、位相の乱れ度合いの評価に当たって、隣接チャンネル間で受信信号の位相差を求め、複数の位相差の絶対値の平均値により構成される評価指標を用いる。具体的には以下の(6)式と(7)式に評価指標の一例を示す。(6)式と(7)式は選択的に使用可能である。それらにおいて評価指標はPTF(k)として表現されている (PTF: Phase Transit Factor)。

Figure 0005634819
In the present embodiment, when evaluating the degree of phase disturbance, a phase difference of received signals is obtained between adjacent channels, and an evaluation index configured by an average value of absolute values of a plurality of phase differences is used. Specifically, an example of an evaluation index is shown in the following formulas (6) and (7). Equations (6) and (7) can be used selectively. In them, the evaluation index is expressed as PTF (k) (PTF: Phase Transit Factor).
Figure 0005634819

上記(8)式の変数Δφi(k)は以下で定義される。

Figure 0005634819
The variable Δφi (k) in the above equation (8) is defined as follows.
Figure 0005634819

ここで、iはチャンネル番号であり(i=1,2,…N-1)、kは深度を示し、Nはチャンネル数を示している。Si(k)は遅延処理後のRF受信信号についての解析信号(当該受信信号を複素信号として表現したもの)であり、SIi(k)は解析信号の実数成分であり、SQi(k)は解析信号の虚数成分であり、φi(k)は解析信号から求まる位相の瞬時値であり、σ(φi(k))は当該瞬時値の標準偏差であり、pはPCFの感度を決めるパラメータである(但しp≧0)。評価値が負となる場合は、PTF(k) =0とする。なお、0≦PTF(k)≦1を満たし、かつ、A(k)に関する単調減少関数であれば、評価指標を求める数式は(6)式、(7)式には限られない。   Here, i is a channel number (i = 1, 2,... N−1), k indicates the depth, and N indicates the number of channels. Si (k) is the analysis signal for the RF reception signal after delay processing (the reception signal is expressed as a complex signal), SIi (k) is the real component of the analysis signal, and SQi (k) is the analysis The imaginary component of the signal, φi (k) is the instantaneous value of the phase obtained from the analysis signal, σ (φi (k)) is the standard deviation of the instantaneous value, and p is a parameter that determines the sensitivity of the PCF (However, p ≧ 0). If the evaluation value is negative, PTF (k) = 0. In addition, as long as 0 ≦ PTF (k) ≦ 1 is satisfied and a monotone decreasing function with respect to A (k) is satisfied, the mathematical formula for obtaining the evaluation index is not limited to the formulas (6) and (7).

上記(9)式は、隣接チャンネル間における位相差Δφi(k)を求めるものである。上記(8)式は、全隣接チャンネル間にわたる位相差Δφi(k)の平均値としてA(k)を求めるものである。実際には位相差の絶対値についての平均値が演算される。絶対値を利用するのは、位相差が正になる場合と負になる場合とがあり、両者が相殺されてしまうことを防止するためである。上記(6)式及び(7)式のいずれもA(k)の増大に伴ってPTF(k)を減少させる式である。上記の演算においては、個々のチャンネルの位相それ自体を捉えるのではなく、チャンネル間の位相差を捉えるので、その位相差において折り返しが生じる例外的な場合を除いて、位相分布の状態を的確に評価することが可能となる。   The above equation (9) is for obtaining the phase difference Δφi (k) between adjacent channels. The above equation (8) obtains A (k) as an average value of the phase differences Δφi (k) across all adjacent channels. Actually, an average value for the absolute value of the phase difference is calculated. The reason why the absolute value is used is to prevent the phase difference from being positive and negative, and canceling out both. Both the above formulas (6) and (7) are formulas that decrease PTF (k) as A (k) increases. In the above calculation, the phase difference between channels is not captured, but the phase difference between channels is captured. It becomes possible to evaluate.

すなわち、位相が完全に揃っている場合には、A(k)=0となるため、評価指数PTF(k)は1となる。位相の乱れが大きくなると、A(k)が大きな値を取るため、評価値PTF(k)が小さくなる。このような評価指標を用いることにより、図6に示した位相分布と、図7に示した位相分布とを同じ位相の乱れ度合いとして評価することが可能となる。この例に限らず、信号列方向にπを超える広がりで位相が分布する場合において、折り返しの影響で位相の乱れを過大評価してしまう可能性を低減できる。この評価指標を重み付け用の係数として用い、それによって振幅情報に重み付けをすることで、実質部において極端に振幅が弱められるケースが改善され、局所的な黒抜けが抑制される。   That is, when the phases are perfectly aligned, A (k) = 0, and the evaluation index PTF (k) is 1. When the phase disturbance increases, A (k) takes a large value, and the evaluation value PTF (k) decreases. By using such an evaluation index, it is possible to evaluate the phase distribution shown in FIG. 6 and the phase distribution shown in FIG. 7 as the same degree of phase disturbance. The present invention is not limited to this example, and when the phase is distributed with a spread exceeding π in the signal string direction, it is possible to reduce the possibility of overestimating the phase disturbance due to the influence of aliasing. By using this evaluation index as a weighting coefficient and thereby weighting the amplitude information, the case where the amplitude is extremely weakened in the substantial part is improved, and local blackout is suppressed.

図2には図1に示した係数演算部30の構成例が示されている。s1(k)〜sN(k)が遅延処理後の受信信号を示している。それらの受信信号は複数のヒルベルト変換器50に入力され、それぞれ複素信号に変換される。ヒルベルト変換器50に代えて直交検波器等の複素信号変換器を利用するようにしてもよい。複数のヒルベルト変換器50の出力として、複数の複素信号が生じる。それぞれの複素信号は実部と虚部とからなる。隣接チャンネル間あるいは隣接受信信号間ごとに位相差算出器52が設けられ、各位相差算出器52においては上記(9)式に基づいて2つの複素信号について位相差Δφi(k)を演算する。各絶対値演算器54は、(8)式中の絶対値演算を行い、平均処理器56が(8)式中の平均演算を実行する。これにより平均値A(k)が求まる。これは位相差の平均値を示し、位相の乱れ度合いを示すものである。係数算出器58は、その平均値A(k)から(6)式又は(7)式に基づいて評価指標PTF(k)を演算する。これは重み付け用の係数として利用される。各深度ごとに係数が演算され、それが検波後の受信信号に乗算される。これによって不要信号成分が抑圧される。位相の乱れ度合いが大きい場合、受信信号に乗算される係数としての評価指標PTF(k)は小さくなる。つまり、受信信号の抑圧度は大きくなる。乱れ度合いが小さい場合、評価指標PTF(k)係数は大きくなる。つまり、受信信号の抑圧度は小さくなる。係数算出器58の後段に一次元又は二次元の平滑化回路を設けるのが望ましい。 FIG. 2 shows a configuration example of the coefficient calculation unit 30 shown in FIG. s 1 (k) to s N (k) indicate received signals after delay processing. These received signals are input to a plurality of Hilbert transformers 50 and converted into complex signals, respectively. Instead of the Hilbert converter 50, a complex signal converter such as a quadrature detector may be used. A plurality of complex signals are generated as outputs of the plurality of Hilbert transformers 50. Each complex signal consists of a real part and an imaginary part. A phase difference calculator 52 is provided between adjacent channels or adjacent received signals, and each phase difference calculator 52 calculates a phase difference Δφi (k) for two complex signals based on the above equation (9). Each absolute value calculator 54 performs the absolute value calculation in the equation (8), and the average processor 56 executes the average calculation in the equation (8). Thereby, the average value A (k) is obtained. This indicates the average value of the phase difference and indicates the degree of phase disturbance. The coefficient calculator 58 calculates the evaluation index PTF (k) from the average value A (k) based on the equation (6) or the equation (7). This is used as a weighting coefficient. A coefficient is calculated for each depth and is multiplied by the received signal after detection. As a result, unnecessary signal components are suppressed. When the degree of phase disturbance is large, the evaluation index PTF (k) as a coefficient multiplied by the received signal is small. That is, the degree of suppression of the received signal is increased. When the degree of disturbance is small, the evaluation index PTF (k) coefficient is large. That is, the degree of suppression of the received signal is reduced. It is desirable to provide a one-dimensional or two-dimensional smoothing circuit after the coefficient calculator 58.

図3及び図4には他の実施形態が示されている。この実施形態では、複数の遅延器22と信号加算部24Aとの間に複数のヒルベルト変換器50が設けられている。すなわち、図1及び図2に示した実施形態では、係数演算部の内部で複素信号変換が実施されていたが、この図3及び図4に示す実施形態では、受信部の内部で複素信号変換が実施されている。図3において、各ヒルベルト変換器50からの複素信号が信号加算部24A及び係数演算部30Aに出力されている。信号加算部24Aからの加算結果である複素信号が検波部26Aに入力され、そこで検波が実行される。これにより検波後の受信信号(スカラー信号)が得られ、それに対して乗算器32において利得調整用の係数が乗算される。図4には図3に示した係数演算部30Aの具体的な構成例が示されている。複数の複素信号が複数の位相差算出器52に入力され、隣接チャンネル間ごとに位相差が演算される。それ以降は図2に示した構成と同様である。   3 and 4 show another embodiment. In this embodiment, a plurality of Hilbert transformers 50 are provided between the plurality of delay units 22 and the signal adding unit 24A. That is, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the complex signal conversion is performed inside the coefficient calculation unit. However, in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the complex signal conversion is performed inside the reception unit. Has been implemented. In FIG. 3, the complex signal from each Hilbert transformer 50 is output to the signal adder 24A and the coefficient calculator 30A. A complex signal, which is the addition result from the signal adder 24A, is input to the detector 26A, where detection is performed. As a result, a received signal (scalar signal) after detection is obtained, and a multiplier 32 multiplies the received signal by a gain adjustment coefficient. FIG. 4 shows a specific configuration example of the coefficient calculation unit 30A shown in FIG. A plurality of complex signals are input to a plurality of phase difference calculators 52, and a phase difference is calculated for each adjacent channel. The subsequent configuration is the same as that shown in FIG.

上記実施形態では隣接素子間において位相差が演算されていたが、複数の素子の中から離散的に選択された複数の素子間で位相差が演算されてもよい。   In the above embodiment, the phase difference is calculated between adjacent elements, but the phase difference may be calculated between a plurality of elements discretely selected from a plurality of elements.

10 アレイ振動子、20 遅延部、24 信号加算部、28 不要信号成分抑圧部、30 係数演算部、32 乗算器。 10 array transducer, 20 delay unit, 24 signal addition unit, 28 unnecessary signal component suppression unit, 30 coefficient calculation unit, 32 multiplier.

Claims (4)

超音波を送受波し、複数の素子受信信号を出力する複数の振動素子と、
前記複数の素子受信信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段と、
前記遅延処理後の複数の素子受信信号に対して複素変換処理を適用することにより複数の複素信号を生成する複素変換処理部と、
前記複数の複素信号からなる信号列において隣接信号間で複素演算を実行することにより複数の位相差を求める位相差演算部と、
前記複数の位相差に基づいて不要信号成分抑制用の係数を求める係数算出部と、
前記係数に基づいて前記複数の素子受信信号に基づく受信信号の利得が可変されるようにする利得可変部と、
を含み、
前記位相差演算部は、前記隣接信号間ごとに、i番目の複素信号から求まる位相とi+1番目の複素信号から求まる位相の差としての位相差を演算する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
A plurality of vibration elements that transmit and receive ultrasonic waves and output a plurality of element reception signals;
Delay processing means for performing delay processing on the plurality of element reception signals;
A complex transformation processing unit that generates a plurality of complex signals by applying complex transformation processing to the plurality of element reception signals after the delay processing;
A phase difference calculation unit for obtaining a plurality of phase differences by executing complex calculation between adjacent signals in a signal sequence composed of the plurality of complex signals;
A coefficient calculation unit for obtaining a coefficient for suppressing unnecessary signal components based on the plurality of phase differences;
A gain variable unit configured to vary a gain of a reception signal based on the plurality of element reception signals based on the coefficient;
Including
The phase difference calculation unit calculates a phase difference as a difference between a phase obtained from the i-th complex signal and a phase obtained from the i + 1-th complex signal for each of the adjacent signals.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項1記載の装置において、
前記複数の位相差についてそれぞれ絶対値を演算する手段が設けられ、
前記係数算出部は、前記複数の位相差についての複数の絶対値の積算値又は平均値に基づいて前記係数を算出する、ことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
Means for calculating an absolute value for each of the plurality of phase differences is provided;
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the coefficient calculation unit calculates the coefficient based on an integrated value or an average value of a plurality of absolute values for the plurality of phase differences.
請求項2記載の装置において、
前記係数算出部は、前記積算値又は平均値が大きい場合には前記受信信号の利得が小さくなるように前記係数を生成し、前記積算値又は平均値が小さい場合には前記受信信号の利得が大きくなるように前記係数を生成する、ことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
The coefficient calculation unit generates the coefficient so that the gain of the received signal is small when the integrated value or the average value is large, and the gain of the received signal is when the integrated value or the average value is small. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by generating the coefficient so as to increase.
請求項3記載の装置において、
前記係数は各ビーム方向に沿って各深度で演算され、
前記ビーム方向に並んだ複数の係数に対して一次元平滑化処理を施し、又は、前記ビーム方向及びビーム並び方向に並んだ複数の係数に対して二次元平滑化処理を施す手段が設けられ、
平滑化後の係数を用いて前記受信信号の利得が可変されることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 3.
The coefficients are calculated at each depth along each beam direction,
A means for performing a one-dimensional smoothing process on a plurality of coefficients arranged in the beam direction, or a means for performing a two-dimensional smoothing process on a plurality of coefficients arranged in the beam direction and the beam arrangement direction is provided.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the gain of the received signal is varied using a smoothed coefficient.
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