JP5905856B2 - 超音波検査装置 - Google Patents
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Description
特許文献1では、まず、通常の超音波ビームより幅広の超音波ビーム(特許文献1図12B参照)を設計して送信し、受信データを得る(同図4参照)。特許文献1では、幅広ビームには極座標(半径Rと角度θ)が割り当てられ、受信データとこの幾何学的な座標との関係から超音波画像が生成される。こうして生成された超音波画像は、画像のフレームレートが従来技術よりも増加しており、画像形成時間に対して画像の解像度を向上させることができる。
特許文献2では、音線信号を生成する際に、隣接する2つのエリアが互いにオーバーラップするように超音波ビームを送信して、オーバーラップ領域内の1つのサンプリングポイントについて、複数回の送信によって得られる生データ(素子データ)を利用して信号処理(例えば、受信フォーカス処理)を行うことで、1つの音線信号を生成することができ、SN比や開口が広がったことにより低下した解像度を改善することができる。あるいは、複数回の送信によって得られる生データに基づいて、1つのサンプリングポイントについて複数の音線信号をそれぞれ生成した後に、それらの音線信号の平均値を求めることにより、SN比や開口が広がったことにより低下した解像度が改善された1つの音線信号を得ることができることを開示している。
特許文献3では、複数の振動素子から得られた受信信号に対して受信整相加算と送信整相加算を行なうことにより被検体の深さ方向に対してほぼ一様な細いビーム幅を有した送信ビーム及び受信ビームを高精度かつ高感度で形成することができる。このため、特許文献3は、空間分解能、コントラスト分解能及びS/Nに優れた画像データの生成と表示が可能となることを開示している。
また、特許文献2に開示の技術では、複数の素子からの幅広ビームの隣接エリアをオーバーラップさせることにより、幅広ビームによるSN比や解像度の劣化を改善しているが、単に、オーバーラップさせた隣接エリアの1つのサンプリングポイントについて、複数の生データに対して受信フォーカス処理を施して1つの音線信号を求めるもの、若しくは複数の生データに受信フォーカス処理をしてそれぞれ音線信号を求め、その平均値を求めて1つの音線信号を得るものに過ぎないので、幅広ビームによるSN比や解像度の劣化の改善には限度があり、更なるSN比の向上を得ることができず、十分なSN比の超音波画像を得ることができないという問題があった。
一方、特許文献3に開示の技術では、従来技術よりも高画質な画像が得られるが、1ラインのデータを作るのに複数の送信ビームを、送信位置を変えて発生させる必要があり、従来技術よりも送信回数が増えるためフレームレートが低下し、リアルタイム性が悪くなるという問題があった。
また、データ処理部は、中心となる素子が互いに異なる超音波ビームの送信で得られた複数の第1の素子データ、および、送信方向が互いに異なる超音波ビームの送信で得られた複数の第1の素子データの、少なくとも一方を用いて、第2の素子データを生成することが好ましい。
また、データ処理部は、複数の第1の素子データを、素子が超音波エコーを受信した受信時間および素子の位置に応じて重ね合わせて、第2の素子データを生成することが好ましい。
また、遅延時間算出部は、事前に取得された探触子、検査対象物の音速、超音波ビームの焦点位置、送信部による探触子の送信開口、及び受信部による探触子の受信開口に関する少なくとも1つの情報に基づいて、2以上の第1の素子データの遅延時間を算出し、重ね合わせ処理部は、予め設定された、2以上の第1の素子データのうち受信時間上において重ね合わせる第1の素子データの数、及び重ね合わせ処理方法に基づいて2以上の第1の素子データを重ね合わせ、少なくとも1つの第2の素子データを生成することが好ましい。
また、データ処理部は、重ね合わせ処理部により、2以上の第1の素子データを重ね合わせる際に、重なる部分のみの素子データから、第2の素子データを生成することが好ましい。
また、データ処理部は、2以上の第1の素子データを、その各々の第1の素子データに対して重み付け係数を掛けた後に、重ね合わせることが好ましい。
また、データ処理部は、素子データ毎の受信時間において少なくとも2つ以上の異なる時間軸上の点に基づいて、適応的に2以上の第1の素子データを重ね合わせることが好ましい。
また、異なる時間軸上の点は、送信部による探触子の送信開口に基づくものであることが好ましく、更に、2つ以上の送信開口で送信された場合に各送信における送信開口に基づくものであることがより好ましい。あるいは、異なる時間軸上の点は、検査対象物の音速に基づくものであることが好ましい。
また、送信部が、送信ラインごとに、同じ送信ライン上において深さの異なる送信焦点を形成する超音波ビームを送信することによって、受信部が、同じ送信ラインに対応する複数の第1の素子データを取得し、データ処理部は、送信焦点の深さごとに、同じ深さの送信焦点の超音波ビームの送受信によって得られた複数の第1の素子データから、第2の素子データを生成することが好ましい。
また、データ処理部は、選択する第1の素子データの数を、検査対象物内における超音波ビームの空間的な広がりに基づき、それに対応した第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させることが好ましく、あるいは、検査対象物内の空間的な位置における信号に基づいて、それに対応した第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させることが好ましい。
また、データ処理部は、選択する第1の素子データの数を、第1の素子データの波形解析の結果に基づいて、それに対応した第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させることも好ましい。
また、波形解析は、選択する第1の素子データの候補に関する、波形の関連性、あるいは、コヒーレンス性を解析するものであることが好ましい。
また、データ処理部は、選択する第1の素子データの数を変化させて作成した複数の第2の素子データにおける信号に基づいて最適な素子データ数を求めることが好ましい。
また、送信部は、第2の素子データを求める位置の深さに応じて送信開口数を決定し、決定した送信開口数で、探触子に超音波ビームの送信を、複数回、行わせて、複数の第1の素子データを取得し、データ処理部は、決定した送信開口数での超音波ビームの送信で得られた複数の第1の素子データから、第2の素子データを生成するための2以上の第1の素子データを選択することが好ましい。
また、素子データは、位相情報及び振幅情報を含むことが好ましい。
また、データ処理部は、複数の第1の素子データから第2の素子データを生成する直前に、複数の第1の素子データそれぞれの整相加算を行って複数の第1の受信データを生成し、複数の第1の受信データから、第1の受信データのいずれかに対応する第2の受信データを生成する。
また、第2のモードが選択された際の超音波ビームのF値は、第1のモードが選択された際の超音波ビームのF値よりも小さいことが好ましい。
少なくとも1つの音速設定部は、データ処理部において遅延時間算出に用いる検査対象物の音速を設定する第1の音速設定部を含み、この第1の音速設定部で設定された音速を用いてデータ処理部により第2の素子データを求め、この第2の素子データの整相加算を行って音線信号を生成する整相加算部と、この整相加算部によって得られた音線信号の適否を判定する第1の判定部と、整相加算部が生成した音線信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有し、第1の判定部の判定結果が否である時、第1の音速設定部は新たに別の音速を再度設定し、データ処理部において再度設定された音速を用いて再度遅延時間を算出を行い、再度算出された遅延時間に基づいて第2の素子データを求め、整相加算部が、再度求められた第2の素子データを用いて再度音線信号を生成することを、再度生成された音線信号による第1の判定部の判定結果が適になるまで繰り返し、第1の判定部の判定結果が適である時、画像生成部は、音線信号に基づいてに超音波画像を生成することが好ましい。
また、第1の音速設定部は素子データ毎の受信時間上において少なくとも1点以上に音速を設定することが好ましい。
また、第2の音速設定部は素子データ毎の受信時間上において少なくとも1点以上に音速を設定することが好ましい。
また、第3の音速設定部は素子データ毎の受信時間上において少なくとも1点以上に音速を設定することが好ましい。
また、第3の音速設定部は、第2の音速設定部と同じであることが好ましい。
また、第3の判定部は、第2の判定部と同じであることが好ましい。
また、第4の音速設定部は素子データ毎の受信時間上において少なくとも1点以上に音速を設定することが好ましい。
また、第4の音速設定部は第2の音速設定部および第3の音速設定部と同じであることが好ましい。
また、第4の判定部は第2の判定部および第3の判定部と同じであることが好ましい。
また、第3の画像生成部は、画質判定部の判定結果に基づいて、第1の超音波画像及び第2の超音波画像のいずれか1方を超音波検査の対象とする超音波画像として採用することが好ましい。
あるいは、さらに、第1の超音波画像及び第2の超音波画像を複数の領域に分割する領域分割部を有し、画質判定部は、領域分割部で分割された領域毎に第1の超音波画像と第2の超音波画像との画質判定を行い、第3の画像生成部は、画質判定部の判定結果に基づいて、領域毎に第1の超音波画像及び第2の超音波画像の一方を、該当する領域の超音波画像として選択し、領域毎に選択された画像を組み合わせて超音波画像を作成することが好ましい。
同図に示すように、超音波検査装置10は、超音波プローブ12と、超音波プローブ12に接続される送信部14及び受信部16と、A/D変換部18と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、画像生成部24と、表示制御部26と、表示部28と、制御部30と、操作部32と、格納部34とを有する。
探触子36は、1次元又は2次元アレイ状に配列された複数の素子、即ち超音波トランスデューサを有している。これらの超音波トランスデューサは、検査対象物(以下、被検体という)の超音波画像の撮像の際に、それぞれ送信部14から供給される駆動信号に従って超音波ビームを被検体に送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。本実施形態では、探触子36の複数の超音波トランスデューサの内の一組を成す所定数の超音波トランスデューサの各々は、1つの超音波ビームの各成分を発生し、一組の所定数の超音波トランスデューサは、被検体に送信する1つの超音波ビームを発生する。
また、素子データ記憶部20は、制御部30から入力されるフレームレートに関する情報(例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ)を上記のデジタル素子データに関連付けて格納する。
素子データ記憶部20は、制御部30からの制御信号に応じて、2次元以上の位置座標上の対象領域において重なり合う少なくとも2つ以上の対象領域を検査する際に、この2つ以上の対象領域毎に受信部16で受信した超音波エコーから2つ以上の対象領域毎に生成された2以上の素子データを記憶保持するものであり、素子データ記憶部20に記憶保持される素子データは、素子データ毎に受信した各素子における受信時間毎の受信データを含む、2以上の素子データである。
具体的には、素子データ処理部22は、制御部30による制御に基づいて、素子データ記憶部20に記憶された素子データのうち、中心となる超音波トランスデューサ(中心となる素子(中心素子))が異なり、かつ、超音波ビームの送信領域が重なり合う、所定数(複数)の超音波ビームの送信で得られた素子データを、各超音波トランスデューサが超音波エコーを受信した時間、および、超音波トランスデューサの位置に応じて重ね合わせて、素子データ(後述する注目素子の素子データ)に対応する処理済素子データを生成する。
素子データ処理部22の詳細については、後述する。
画像生成部24は、整相加算部38、検波処理部40、DSC42、画像作成部44、および、画像メモリ46を有する。
整相加算部38は、受信データを検波処理部40に供給する。
DSC(digital scan converter)48は、検波処理部40で生成されたBモード画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換(ラスター変換)する。
画像メモリ46は、画像作成部44で作成された検査用Bモード画像データを一旦格納する。画像メモリ46に格納された検査用Bモード画像データは、必要に応じて、表示部28で表示するために表示制御部26に読み出される。
表示部28は、例えば、LCD等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部26の制御の下で、超音波画像を表示する。
ここで、制御部30は、操作者によって操作部32を介して種々の情報、特に、素子データ処理部22及び画像生成部24の整相加算部38で用いられる遅延時間算出に必要な情報及び素子データ処理部22における素子データ処理に必要な情報の入力が行われた際に、操作部32から入力された上述の種々の情報を、必要に応じて、送信部14、受信部16、素子データ記憶部20、素子データ処理部22、画像生成部24及び表示制御部26等の各部に供給する。
また、操作部32は、操作者が必要に応じて各種の情報、特に上述の遅延時間算出に用いられるプローブ12の探触子36の複数の超音波素子、被検体の検査対象領域の音速、超音波ビームの焦点位置、探触子36の送信開口及び受信開口等に関する情報、並びに重ね合わせ素子データ数及び重ね合わせ処理方法等の素子データ処理に関する情報等を入力操作するための入力装置を備えている。
なお、素子データ処理部22、整相加算部38、検波処理部40、DSC42、画像作成部44、及び表示制御部26は、CPUと、CPUに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。
同図に示すように、素子データ処理部22は、遅延時間算出部48と、重ね合わせ処理部50とを有する。
遅延時間算出部48は、操作部32から入力された、もしくは、操作部32から入力されて格納部34に格納されているプローブ12の探触子36の複数の超音波素子、被検体の検査対象領域の音速、超音波ビームの焦点位置、探触子36の送信開口及び受信開口等に関する情報を事前に取得しておき、超音波ビームを形成し送信する、送信開口の超音波素子(送信素子)と、被検体からの、超音波ビームによる超音波エコーを受信する、受信開口の超音波素子との幾何学的配置に基づいて、受信開口の各超音波素子で受信される素子データの遅延時間を算出する。
まず、超音波プローブ12の探触子36の送信用超音波素子(以下、単に送信素子という)から超音波ビーム(以下、送信ビームという)を被検体に送信し、被検体との間の相互作用によって発生された超音波エコーを探触子36の受信用超音波素子(以下、単に受信素子という)で受信して素子データを得る場合において、送信素子からの送信ビームと受信素子で得られる素子データとの関係について説明する。
ここで、図4(a)のように、反射点54の真上にある素子52dを送信素子として送信ビーム64を送信した場合には、図3(a)の場合と同様に、送信ビーム56が幅広であっても、その焦点58は、素子52dと反射点54とを結ぶ一直線上にあり、送信ビーム64は、反射点54で反射され、超音波エコーが生成される。その結果、図3(a)の場合と同様に、反射点54からの超音波エコーは、所定角度に拡がる受信経路60を通って受信素子52a〜52gに受信され、受信素子52a〜52gによって、図4(b)に示すような真の素子データ66が得られることになる。
このようなゴーストの素子データ68は、素子データから生成される超音波画像の精度を低下させる原因となる。
素子データ処理部22は、素子データに対応する遅延時間を遅延時間算出部48で算出し、重ね合わせ処理部49が、2以上の素子データを、この遅延時間および素子の絶対的な位置に応じて重ね合わせることで、真の素子データを強調して、ゴーストの素子データを減衰させた、高精度な素子データである処理済素子データを生成するものである。
真の反射超音波エコーの場合、図5(a)に示すように、送信素子52dと受信素子52d(受信素子52a〜52gの中心)とが一致し、その真下に、焦点58及び反射点54が配置されており、反射点54の真上の素子52dの位置をxy2次元座標上の座標(x0、0)とし、素子間隔をLe、焦点58の位置を座標(x0、df)、反射点54の位置を座標(x0、z)とする時、送信素子52dの位置も反射点54の真上の素子52dと同じく座標(x0、0)となり、送信素子52dから焦点58を経て反射点54に至る送信ビームの送信経路61の長さ(送信経路距離)Ltaは、及び、反射点54から受信素子52dに至る真の反射超音波エコーの受信経路60の長さ(受信経路距離)Lraは、Lta=Lra=zによって算出することができる。
したがって、真の反射超音波エコーの場合の超音波の伝播距離Luaは、Lua=Lta+Lra=2zとなる。
したがって、ゴーストの反射信号の場合の超音波の伝播距離Lubは、Lub=Ltb+Lrb=df+√{(z−df)2+Le2}+zとなる。
なお、図5(a)及び図5(b)の幾何学モデルでは、送信経路61が焦点58を経由したモデルになっているが、本発明はこれに限定されず、例えば、焦点58を経由せずに直接反射点54に至る経路であっても良い。
また、ステア送信の場合には、送信角度などの情報を考慮した幾何学モデル(図示せず)を用い、送信素子と反射点との位置関係から真の超音波エコーの素子データ及びその周辺のゴーストの素子データの遅延時間を算出することができる。
さらに、幾何学モデルよって遅延時間を算出する方法に限らず、あらかじめ装置の計測条件に合わせて高輝度反射点を計測した計測結果から、計測条件毎に遅延時間を求めておき、その遅延時間を装置内に記憶しておくことで、同じ計測条件の遅延時間を読み出すようにしておいてもよい。
なお、こうして、素子データ処理部22の遅延時間算出部48において算出された遅延時間を整相加算部38における遅延補正に用いることもできる。
図5において、反射点54は、注目素子の真下(方位方向の同位置/注目素子と焦点とを結ぶ直線上)に位置する或るサンプリングポイントの位置(素子データの出力位置)を示している。本発明では、注目素子の送受信における注目素子の真下のサンプリングポイントへの送受信経路を真の素子データの送受信経路と見なし、中心素子が異なる超音波の送受信(周辺素子からの送受信)における同じサンプリングポイントへの送受信経路をゴーストの送受信経路と見なして、両送信経路の差から、遅延時間を算出して、この遅延時間を用いて素子データの時間を合わせて、重ね合わせを行う。言い換えれば、注目素子の送受信で得られた素子データを真の素子データ、中心素子が異なる送受信で得られた素子データをゴーストの素子データと仮定して、遅延時間を算出し、素子データの重ね合わせを行う。
本発明では、全てのサンプリングポイント(全ての素子データの出力位置)に対応して、同様の考え方で遅延時間を算出して、素子データの重ね合わせを行い、各素子の処理済素子データを生成する。その際、サンプリングポイントは、同一ライン上の深さ方向(y方向)にも複数設定することが好ましい。
ここで、実際には、方位方向(x方向)にサンプリングポント(反射点)の位置をズラしても、受信経路の長さ(受信経路距離Lrb)は変わらない。従って、各注目素子に関しては、深さ方向(y方向)の各サンプリングポイント毎に、中心素子が異なる送受信による素子データとの遅延時間の算出を行えばよい。
また、この重ね合わせ処理においては、真の素子データがどの素子データであるかを知っている必要はない。すなわち、後に図6を用いて詳述するが、この重ね合わせ処理では、注目素子の素子データが真の素子データであれば、自動的に強調されて素子データが残り、ゴーストであれば素子データは打ち消される。すなわち、注目素子の素子データが真の素子データである場合には、遅延時間による処理が一致して信号が強調され、注目素子の素子データがゴーストの素子データである場合には、遅延時間による処理が一致せずに、信号が打ち消される。
重ね合わせ処理部50における重ね合わせ処理では、重ね合わせる時の重ね合わせ素子データ数と重ね合わせ処理方法の情報が必要になるが、これらは、予め、操作部32によって入力しておいても良いし、格納部34に格納しておいても良い。
図6(a)は、5つの素子データを横に並べて表示しており、素子データ毎に、超音波ビームを送信し、反射信号を受信した様子を表している。各素子データの横軸は、受信素子を表しており、それぞれの素子データにおいて超音波ビームの送信時における中心の素子を中心にして表示している。縦軸は、受信時間を表す。
5つの素子データのうち、真中の素子データでは、素子データの中心の素子(受信素子の中心の素子)、即ち、送信時における中心の素子(送信素子)の真下に反射点が存在しており、反射点からの反射信号が受信されている。つまり、この反射信号は真の信号であり、真中の素子データは、真の信号を表す。
重ね合わせ処理部50では、図6(b)に示す遅延時間を用いて、真中の素子データを注目素子の素子データとした場合に、注目素子の素子データを中心に、重ね合わせ素子データ数分、図示例では3素子データ分だけ遅延時間補正を行うと共に、各素子データを注目素子との素子位置の差(中心素子の位置の差)に応じて、図示例では両側に1素子分だけ横方向にシフトさせて、即ち位相を合わせて3素子データ分の未処理素子データを重ね合わせ、注目素子の素子データの1つの重ね合わせ処理済素子データとして求める。
図6(a)に示す注目素子の素子データは、真の信号の素子データであることから、注目素子の素子データの両側の隣接素子データの未処理素子データに遅延時間補正及び横方向のシフトを行って位相合わせを行うと、図6(c)に示すように、隣接素子データの未処理素子データと、注目素子の未処理素子データとは、位相が合うので高輝度位置で重なり合う。したがって、これらの素子データを、例えば加算すると素子データ値は大きな値(高輝度値)を示し、例えば、平均して平均値を求めても強調された値(高輝度値)を示す。
図6(e)は、図6(b)と同じものであり、図6(a)に示す5つの素子データのうちの真中の素子データに対する受信時間の遅延時間の一例を示す。即ち、図6(a)と図6(d)は同じ素子データであるので、図6(d)に示す5つの素子データのうちの真中の素子データに対する受信時間の遅延時間とも同じである。
重ね合わせ処理部50では、図6(e)(即ち、図6(b)と同じ)に示す遅延時間を用いて、注目素子の素子データを中心に、重ね合わせ素子データ数分、図示例では3素子データ分だけ遅延時間補正を行うと共に、各素子データを注目素子との素子位置の差(中心素子の位置の差)に応じて、図示例では両側に1素子分だけ横方向にシフトさせて、3素子データ分の未処理素子データを重ね合わせ、注目素子の素子データの1つの重ね合わせ処理済素子データとして求める。
図6(d)に示す注目素子の素子データは、ゴーストの素子データであることから、注目素子の素子データの両側の隣接素子データの未処理素子データに遅延時間補正及び横方向のシフトを行って位相合わせを行っても、図6(f)に示すように、隣接素子データの各未処理素子データと注目素子の未処理素子データとは、それぞれ位相が合わないので重なり合わない。このため、これらの3つの素子データを、例えば加算しても、位相が合っていないために、位相が反転している信号などは信号が打ち消しあうため、加算値は大きくならず、例えば、平均して平均値を求めると小さな値を示すことになる。
図6(h)に示すように、図6(a)に示す送信素子と反射点との座標が一致している時の注目素子の素子データでは、真の信号の素子データが高輝度値を持つ重ね合わせ処理済素子データとして求められ、その両側の各2素子データの全4素子データでは、ゴーストの素子データは互いに位相が合わない素子データを加算し、又は平均するので、互いに打ち消し合うことになるため、ゴーストの重ね合わせ処理済素子データは、その値が真の信号の素子データである高輝度値を持つ重ね合わせ処理済素子データに対して小さくなり、真の信号の素子データに対してゴーストの素子データの影響を低減させることができ、又は、その影響を無視できる程、小さくすることができる。
そのため、処理済素子データに整相加算や検波処理を行って、受信データを生成して、超音波画像を生成することにより、同様に、ゴーストの影響を無くし、すなわち音線上の全ての点で焦点を結んだのに等しい素子データで超音波画像生成できるので、高輝度で、鮮鋭性に優れた、高画質な超音波画像を生成することができる。
なお、以下の説明では、この処理済素子データの生成を、マルチライン処理とも言う。
他方、開口数が偶数の場合には、方位方向の中央の素子のいずれかを中心素子とし、あるいは、方位方向の真中に素子が有ると仮定して、中心素子とする。すなわち、開口数が偶数の場合には、開口の真中のライン上に焦点が有るものとして計算を行ってもよい。
また、重ね合わせる素子データ数は、超音波ビームのビーム幅の広がり程度に合わせた方が望ましい。従って、深さによってビーム幅が変わる場合には、重ね合わせ素子データ数も深さによって変更してもよい。また、ビーム幅は送信開口数に依存することから、送信開口数に応じて重ね合わせ素子データ数を変更してもよい。或いは、画像の輝度値などの特徴量に基づいて重ね合わせ素子データ数を変更してもよいし、素子データの波形解析を行い、素子データ同士の相関性やコヒーレンス性を評価した結果に基づいて重ね合わせ素子データ数を変更してもよいし、重ね合わせ素子データ数を複数パターン変えて作成した画像から最適な重ね合わせ素子データ数を選択してもよい。
例えば、サンプリングポイントと焦点とが所定の距離となるように、サンプリングポイントの深さに応じた位置に送信焦点を設定して得られた第1の素子データを用いてマルチライン処理を行う。これにより、サンプリングポイントの深さによらず、マルチライン処理の精度を一様にすることができる。さらに、送信焦点の深さによらずF値が一定となるように、サンプリングポイントの深さに応じて、送信焦点の位置と開口数とを設定することがより好ましい(図22(a)、(b)参照)。これにより、サンプリングポイントの深さによらず、マルチライン処理の精度をより一様にすることができる。
例えば、中心素子を同一として、送信方向(角度)が異なる複数の超音波ビームの送信によって得られた素子データを重ね合わせることにより、処理済素子データを生成してもよい。この際において、何れの超音波ビームの送信で得られた素子データの処理済素子データを生成するか(すなわち、どの方向の音線の処理済素子データを生成するか)は、診察部位やプローブの種類等に応じてデフォルトで設定されていてもよく、あるいは、操作者が選択するようにしてもよい。
また、中心素子が異なり、平行な超音波ビームの送信で得られた素子データと、中心素子を同一として、送信方向が異なる超音波ビームの送信で得られた素子データとの両方を用いて、処理済素子データを生成してもよい。
図7は、図1に示す実施例1の超音波検査装置の要部を処理フローに沿って示すブロック図である。
操作者が、図1に示すように、超音波プローブ12を被検体の表面に当接し、測定を開始すると、図7に示すように、送信部14から供給される駆動信号に従って探触子36から超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを、探触子36が受信し、受信信号としてアナログ素子信号を出力する。
受信部16は、アナログ素子信号を増幅してA/D変換部18に供給し、A/D変換部18は、アナログ素子信号をデジタル素子データに変換して素子データ記憶部20に供給して、記憶保持させる。
素子データ処理部22は、こうして求めた処理済素子データを画像生成部24の整相加算部38に供給する。
本発明の実施例1の超音波検査装置は、基本的に以上のように構成される。
図8(a)及び(b)は、それぞれ本発明の実施例2に係る超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。
なお、図8(a)及び(b)に示す超音波検査装置70a及び70bは、図1及び図7に示す超音波検査装置10と、判定部72a、72b、及び音速変更部74を備えている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8(a)に示すように、超音波検査装置70aは、送信部14と、探触子36と、受信部16と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、整相加算部38と、検波処理部40と、画像作成部44と、判定部72aと、音速変更部74と、表示部28とを有する。
ここで、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理と、素子データ処理部22、整相加算部38、検波処理部40、及び画像作成部44における第1回目の処理とは、図1及び図7に示す超音波検査装置10と同様に行われるので、その説明を省略する。
判定部72aは、画像作成部44と、表示部28との間に設けられるもので、画像作成部44で作成された超音波画像を用い、作成された超音波画像に基づいて、例えば、超音波画像の輝度値、鮮鋭度、輝度値の鮮鋭度等の画質指標や音速の収束度合い等に基づいて判定を行う。判定部72aは、例えば、超音波画像の輝度値、鮮鋭度、輝度値の鮮鋭度等の画質指標が所定値より高くなる時、好ましくは最も高くなる時や、音速が所定範囲内に収束した時に、是又は適(OK)と判定し、そうでない時には否(NG)と判定する。
判定部72aによってOKと判定された場合には、画像作成部44で作成された超音波画像が表示部28に送られ、その表示画面に表示される。
音速変更部74は、素子データ処理部22の遅延時間算出部48における遅延時間算出に必要な検査対象物内の音速が分からない場合に最適な音速を設定するためのもので、最初は予め設定された音速の初期値から、2回目以降は先に変更された音速値から、新しい音速値に変更して設定する。
ここで、音速値の変更は、判定部72aによる判定がOKとなる最適な音速値を求めることができる方法であればどのような方法でも良いが、音速の初期値から所定の間隔で増加又は減少させるようにするのが好ましい。音速値の変更は、所定音速範囲に亘り所定速度間隔毎に順次行えばよいが、例えば、人体等の生体を対象とする場合、1400m/sから1m/s〜50m/sの所定ステップ、例えば、10m/sのステップで1700m/sまで順次に変更することができる。
こうして、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速変更部74で変更された新たな音速値に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号を生成し、1回目の処理と同様に、検波処理部40で検波処理を行い、画像作成部44で画像処理を施し、超音波画像を生成し、判定部72aによる判定を行う。
これに対し、判定部72aの判定がNGであれば、判定がOKとなる、即ち、最適音速が設定されるまで、音速変更部74における新しい音速値への変更、素子データ処理部22の遅延時間算出部48での、変更された新しい音速値を用いた遅延時間の算出、重ね合わせ処理部50での処理済素子データの生成、整相加算部38での新しい音速値に基づく音線信号の生成、検波処理部40での検波処理、画像作成部44での超音波画像の生成が繰り返される。
なお、例えば、音速変更部74における新しい音速値への変更が所定音速範囲内で全て行われた場合、例えば、所定音速範囲全域において所定間隔で行われた場合でも、判定部72aの判定がOKとならなかった場合には、最も判定基準に近かった時の音速値を最適音速として採用すればよい。
なお、このような場合でも、遅延時間の計算に使用する音速値は、計算する反射点の位置における音速値を採用すればよいので、計算方法に違いはないのは勿論である。
図8(b)に示す超音波検査装置70bにおいては、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理と、検波処理部40、画像作成部44、及び表示部28における処理と、素子データ処理部22及び整相加算部38における第1回目の処理とは、図8(a)に示す超音波検査装置70aと同様に行われるので、その説明を省略する。
判定部72bによってOKと判定された場合には、整相加算部38で生成された音線信号に対して、検波処理部40による検波処理、画像作成部44による超音波画像の作成、表示部28による超音波画像の表示が成される。
こうして、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速変更部74で変更された新しい音速値に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成し、判定部72bで、1回目の処理と同様に、整相加算部38で生成された音線信号に基づいて判定を行う。
このように、2回目以降の処理の処理では、音速変更部74、素子データ処理部22、整相加算部38及び判定部72bによる各処理が、判定部72bの判定がOKとなるまで繰り返され、判定部72bのOK判定後、検波処理部40及び画像作成部44の各処理を経て、表示部28に超音波画像が表示される。
本発明の実施例2の超音波検査装置は、基本的に以上のように構成される。
図9及び図12は、それぞれ本発明の実施例3に係る超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。図10(a)は、図9に示す超音波検査装置の音速補正部の構成の一例を概念的に示すブロック図である。図10(b)は、図10(a)に示す音速補正部の着目領域設定部で着目領域が設定された超音波画像の一例を模式的に示す図である。図11は、図10(a)に示す音速補正部の最適音速算出部の一例の詳細を処理フローに沿って示すブロック図である。
なお、図9及び図12に示す超音波検査装置70c及び70dは、それぞれ図8(a)及び図8(b)に示す超音波検査装置70a及び70bと、判定部72a及び72bの後段にそれぞれ音速補正部76及び76aを備え、音速補正部76及び76aで設定された最適音速で受信フォーカス処理(整相加算処理)、検波処理、及び画像処理、超音波画像の表示を行っている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図9に示すように、超音波検査装置70cは、送信部14と、探触子36と、受信部16と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、整相加算部38と、検波処理部40と、画像作成部44と、判定部72aと、音速変更部74と、音速補正部76と、整相加算部38aと、検波処理部40aと、画像作成部44aと、表示部28と、を有する。
ここで、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理と、判定部72aでの判定結果がOKとなるまでの素子データ処理部22、整相加算部38、検波処理部40、画像作成部44、判定部72a、及び音速変更部74における処理とは、図8(a)に示す超音波検査装置70aと同様に行われるので、その説明を省略する。
このような音速補正部76による音速補正方法は、例えば、特開2011−92686号公報に開示の音速補正方法を用いることができる。なお、この公報に開示の音速補正方法では、着目領域毎に送信フォーカスを結ぶ必要がある。しかしながら、本発明では、素子データ処理部22の重ね合わせ処理部の重ね合わせ処理によって擬似的に如何なる深さにおいても送信フォーカスを結ぶことができている素子データが得られているので、着目領域毎に送信フォーカスを設定する必要はない。ただし、本発明においても、この公報に開示の音速補正方法の通りに、着目領域毎に送信フォーカスを設定するようにしても良いのは勿論である。
各設定音速vでの画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標を比較判定部86において比較して、例えば得られた輝度値、鮮鋭度等の画質指標の値が最も高い設定音速vを判定し、判定された設定音速vを音速設定部88において最適な音速値(最適音速値)として設定する。
即ち、音速補正部76においても、音速変更部74と同様に、音速値の変更及び最適音速の設定は、網羅的に行っても、探索的に行っても良い。
なお、このような場合でも、遅延時間の計算に使用する音速値は、計算する反射点の位置における音速値を採用すればよいので、計算方法に違いはないのは勿論である。
なお、音速補正部76は、判定部72aでの判定結果がOKとなった時に、音速変更部74によって設定されて、整相加算部38で用いた音速値をそのまま最適音速としても良いのは勿論である。
本実施例3では、判定部72aでの判定結果がOKとなった後に、最終的に音速補正部76で受信側の最適音速が設定される。
検波処理部40aは、検波処理部40と全く同様の構成及び機能を有し、整相加算部38aで生成された音線信号に対して、包絡線検波処理等の処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像データを生成する。
画像作成部44aは、画像作成部44と全く同様の構成及び機能を有し、検波処理部40aで生成されたBモード画像データに画像処理を施して超音波画像を作成する。
この後、こうして作成された超音波画像は、表示部28に表示される。
このような音速補正部を図10(a)に示す。
同図に示すように、音速補正部76は、制御部30(図1参照)による制御の下で、着目領域の最適音速を演算するもので、着目領域設定部77と、着目領域データ取得部78と、最適音速算出部80とを有する。
図10(b)は、着目領域ROIが設定された超音波画像の一例を模式的に示す図である。同図に示す超音波画像においては、見たい組織(臓器)や病変といった、対象部位Pが撮像されており、この対象部位Pを囲むように着目領域ROIが設定されている。
着目領域設定部77は、設定した着目領域ROIの情報を着目領域データ取得部78に供給する。
例えば、着目領域設定部77は、画像作成部44で生成された超音波画像において、隣接する画素同士の輝度値の差が所定の値以上となる位置(画素)を構造領域(組織や病変)の辺縁部(エッジ)と判定して、エッジに囲まれた領域、あるいは、エッジを多く含む領域を構造領域、即ち、対象部位Pと判定して抽出し、対象部位Pを含み、かつ、所定の形状、大きさとなる領域を着目領域ROIに設定してもよい。
なお、超音波画像を解析して着目領域ROIを設定する場合には、構造領域を1種類の領域とみなしても良く、あるいは、エッジの連続性や、輝度値のレベル等に応じて2種以上の領域とみなして、各領域を対象部位Pと判定して抽出し、対象部位Pごとに着目領域ROIを設定してもよい。
なお、着目領域データ取得部78は、素子データ記憶部20から、着目領域ROIに対応する位置の未処理素子データを読み出す構成に限定はされず、素子データ記憶部22から最適音速算出部80に着目領域ROIに対応する位置の処理済素子データを供給するようにしても良いし、着目領域ROIが設定された後に、探触子36が、設定された着目領域ROIにフォーカスして超音波の送信を実施する構成とし、着目領域ROIに超音波を送信して、その超音波エコーを受信して得られた素子データを、着目領域ROIに対応する位置の素子データとして取得する構成としてもよい。
ここで、最適音速値とは、設定音速を種々変更し、それぞれの設定音速に基づいて、受信フォーカス処理をして超音波画像を形成した場合に、画像のコントラストおよび/またはシャープネスが最も高くなる設定音速値であり、例えば、特開平8−317926号公報に記載のように、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散等に基づいて最適音速値の判定を行うことができる。
最適音速算出部80としては、例えば、図11に示すように、所定の音速探索範囲を網羅的に探索して最適な音速値を設定するものを挙げることができ、音速探索範囲設定部82と、音速初期値設定部83と、整相加算部38dと、検波処理部40dと、画像作成部44dと、画質指標算出部84と、音速判定部85と、比較判定部86と、音速値更新部87と、音速設定部88と、を有する。
続いて、音速初期値設定部83は、設定音速vを音速初期値Vst(例えば、1400m/s)に設定する。次に、整相加算部38dは、音速初期値Vstである設定音速vに基づいて、着目領域データ取得部78から供給された着目領域ROIに対応する素子データを用いて受信フォーカス処理をして整相加算を行い音線信号を生成する。次いで、検波処理部40dは、生成された音線信号に対して検波処理を行ってBモード画像信号を生成する。そして、画像作成部44dは、生成されたBモード画像信号から超音波画像を作成する。
次に、音速判定部85は、設定音速vを音速終端値Vendと比較して、両者が等しいか否かの判定を行う。
音速判定部85の判定において、設定音速vが音速終端値Vendに等しい(v=Vend)場合には、比較判定部86に移行し、設定音速vが音速終端値Vendに等しくない(v≠Vend)場合には、音速値更新部87に移行する。
この後、整相加算部38dに戻り、新しい設定音速vに基づいて整相加算部38dによる整相加算、検波処理部40dによる検波処理、画像作成部44dによる画像作成、画質指標算出部84による画質指標の算出及び保持、並びに音速判定部85による判定が行われる。
音速判定部85による判定結果がv≠Vend場合には、上述したように、音速値更新部87に移行し、音速値更新部87による新しい設定音速vの設定、新しい設定音速vに基づく整相加算部38dによる整相加算、検波処理部40dによる検波処理、画像作成部44dによる画像作成、画質指標算出部84による画質指標の算出及び保持、並びに音速判定部85による判定が、v=Vendになるまで繰り返される。即ち、これらの処理を、音速範囲の終了の音速終端値Vendになるまで設定音速の値をΔVずつ変更しながら、例えば、設定音速vを、1400m/sから1700m/sまで、10m/s刻みで変化させながら繰り返し行う。
こうして、最適音速算出部80は、最適音速を算出する。
なお、最適音速算出部80内の整相加算部38dで整相加算を行う、素子データは、素子データ記憶部20から供給された未処理素子データであっても、素子データ処理部22から供給される処理済素子データであっても良い。なお、未処理素子データは、素子データ記憶部20から直接供給された未処理素子データであっても、素子データ処理部22から未処理のまま供給される未処理素子データであっても良い。
上述のとおり、超音波画像を生成する際に、超音波画像に着目領域を設定して、着目領域において最適音速値を求める構成とすることにより、着目領域、即ち、見たい組織や病変の画像の空間分解能を最適化すると共に、短時間で最適音速値を求めることができるという効果もある。
図10(a)に示す音速補正部76は、着目領域設定部77、着目領域データ取得部78及び最適音速算出部80を備えるものであるが、上述したように、音速補正部76おいて音速値を設定する領域を、被写体全体や検査対象領域全体を同一の音速値として設定する場合には、着目領域設定部77は無くても良く、又は、被写体全体や検査対象領域全体を注目領域として設定するものであっても良いし、着目領域データ取得部78は、被写体全体や検査対象領域全体の全データを取得するものであれば良いし、被写体や検査対象領域を微小領域ごとに区切って、微小領域ごとに音速値を設定する場合や、画素単位で1点ずつ音速値を設定する場合には、着目領域設定部77が、微少領域や画素単位の1点を注目領域として設定し、着目領域データ取得部78が、微少領域や画素単位の1点のデータを取得するものであれば良い。
ここで、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理と、判定部72bでの判定結果がOKとなるまでの素子データ処理部22、整相加算部38、判定部72a、及び音速変更部74における処理と、判定部72bでの判定結果がOKとなった後の検波処理部40、画像作成部44、及び表示部28における処理は、図8(b)に示す超音波検査装置70aと同様に行われるので、その説明を省略する。
超音波検査装置70dでは、判定部72bでの判定結果がOKとなった後に、音速補正部76aで受信側の最適音速が設定される。
続いて、検波処理部40において、整相加算部38aで生成された音線信号に対して、検波処理が施され、Bモード画像データが生成される。
次に、画像作成部44において、検波処理部40で生成されたBモード画像データから超音波画像が作成される。
この後、こうして作成された超音波画像は、表示部28に表示される。
本発明の実施例3の超音波検査装置は、基本的に以上のように構成される。
図13は、本発明の実施例4に係る超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。
図13に示すように、超音波検査装置11は、送信部14と、探触子36と、受信部16と、素子データ記憶部20と、音速補正部76bと、素子データ処理部22と、整相加算部38と、検波処理部40と、画像作成部44と、表示部28とを有する。
なお、図13に示す超音波検査装置11は、図1、及び図7に示す超音波検査装置10と、音速補正部76bを備えている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、超音波検査装置11において、探触子36、送信部14、受信部16及び素子データ記憶部20における処理と、整相加算部38、検波処理部40、画像作成部44及び表示部28における処理とは、図7に示す超音波検査装置10と同様に行われるので、その説明を省略する。
音速補正部76bは、素子データ記憶部20と素子データ処理部22との間に設けられるもので、図9又は図10(a)に示す音速補正部76と同様の構成及び機能を有し、後段の素子データ処理部22の遅延時間算出部48で遅延時間を算出するため、及び、整相加算部38において受信フォーカス処理を施すために用いられる受信側の最適音速、即ち被検体の検査対象領域に最も適した音速を求めるものである。
素子データ処理部22は、その遅延時間算出部48において、上述したように、真の信号の未処理素子データに対する周辺のゴーストの信号の未処理素子データの遅延時間を、音速補正部76bで設定された被検体の検査対象領域の最適音速と、送信素子、焦点、反射点、及び受信素子の幾何学的配置とを用いて算出する。
次に、素子データ処理部22は、重ね合わせ処理部50において、遅延時間算出部48で算出された遅延時間を用いて、注目素子の素子データとその周辺の未処理素子データとを位相合わせて重ね合わせて処理済素子データを求め、整相加算部38に供給する。
続いて、検波処理部40において、整相加算部38で生成された音線信号に対して、検波処理が施され、Bモード画像データが生成され、画像作成部44において、検波処理部40で生成されたBモード画像データから超音波画像が作成され、表示部28に表示される。
このように、本発明の実施例4の超音波検査装置11においては、音速補正部76bで設定された最適音速を用いて素子データ処理部22で処理された、ゴーストの信号が弱減され、真の信号が強調された処理済素子データを用いて超音波画像を作成するので、幅広ビーム送信専用超音波プローブを使うことなく、かつ、従来と変わらないフレームレートのまま、送信ビームの幅に依存しない高解像度で、SN比が高く、最適な空間分解能を持つシャープな超音波画像を得ることができる。
本発明の実施例4の超音波検査装置は、基本的に以上のように構成される。
図14〜図17は、それぞれ本発明の実施例5に係る超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。
なお、図14〜図17に示す超音波検査装置90a〜90dは、図1及び図7に示す超音波検査装置10と、音速補正部76c、判定部72a及び72bを備えている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図14に示すように、超音波検査装置90aは、送信部14と、探触子36と、受信部16と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、音速補正部76cと、整相加算部38と、検波処理部40と、画像作成部44と、判定部72aと、表示部28とを有する。
ここで、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理、素子データ処理部22、検波処理部40、及び画像作成部44における第1回目の処理は、図1及び図7に示す超音波検査装置10と同様に行われるので、その説明を省略する。
整相加算部38は、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで設定された最適音速に基づいて遅延を与えて加算する受信フォーカス処理を行って音線信号を生成する。
判定部72aは、図8(a)又は図9に示す判定部72aと同様の構成及び機能を有し、画像作成部44で作成された超音波画像を用い、作成された超音波画像に基づいて判定を行い、例えば、超音波画像の輝度値の鮮鋭度等の画質指標が所定値より高くなる時などに、是又は適(OK)と判定し、そうでない時には否(NG)と判定する。
判定部72aによってOKと判定された場合には、画像作成部44で作成された超音波画像が表示部28に送られ、その表示画面に表示される。
こうして、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、音速補正部76cで新最適音速を新たに設定し、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで新たに設定された新最適音速に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成し、1回目の処理と同様に、検波処理部40で検波処理を行い、画像作成部44で画像処理を施し、超音波画像を生成し、判定部72aによる判定を行う。
なお、例えば、音速補正部76cでの新最適音速の設定が、所定音速範囲内で全て行われた場合、例えば、所定音速範囲全域において所定間隔で行われた場合でも、判定部72aの判定がOKとならなかった場合には、最も判定基準に近かった時の音速値を最適音速として採用すればよい。
図15に示す超音波検査装置90bは、図14に示す超音波検査装置90aと、判定部72aが画像作成部44と表示部28との間に設けられているのに対し、判定部72bが整相加算部38と検波処理部40との間に設けられている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図15に示すように、超音波検査装置90bは、送信部14と、探触子36と、受信部16と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、音速補正部76cと、整相加算部38、判定部72bと、検波処理部40と、画像作成部44と、表示部28とを有する。
ここで、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理と、検波処理部40、画像作成部44、及び表示部28における処理と、素子データ処理部22、音速補正部76c、及び整相加算部38における第1回目の処理は、図14に示す超音波検査装置90aと同様に行われるので、その説明を省略する。
判定部72bは、図8(b)又は図12に示す判定部72bと同様の構成及び機能を有し、整相加算部38で受信フォーカス処理を行って生成された音線信号を用い、画像の輝度値、鮮鋭度、輝度値の鮮鋭度等の画質指標や音速の収束度合い等に基づいて判定を行う。判定部72bは、輝度値や鮮鋭度等の画質指標が最も高くなる時にOKと判定し、輝度値や鮮鋭度等の画質指標が最も高い値に達していない時にはNGと判定する。
判定部72bによってOKと判定された場合には、検波処理部40に進み、検波処理部40が、整相加算部38で生成された音線信号に対して、包絡線検波処理等を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像データを生成する。その後、画像作成部44で超音波画像が作成され、表示部28に表示される。
こうして、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、音速補正部76cで最適音速を新たに設定し、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで新たに設定された新最適音速に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成し、判定部72bで、整相加算部38で生成された音線信号を用い、画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標や音速の収束度合い等に基づいて判定を行う。
これに対し、判定部72bの判定がNGであれば、判定がOKとなる、即ち、最適音速が設定されるまで、素子データ処理部22の遅延時間算出部48での音速補正部76cで設定された新最適音速を用いた遅延時間の算出、重ね合わせ処理部50での処理済素子データの生成、音速補正部76cで最適音速の新たな設定、整相加算部38での素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対する、音速補正部76cで新たに設定された最適音速に基づく音線信号の生成が繰り返される。
図16及び図17は、図14及び図15と同様に、超音波検査装置90c及び90dの要部を処理フローに沿って示すブロック図であるが、それぞれ図14及び図15に示す超音波検査装置90a及び90bと処理の流れが異なるだけで、同一の構成要素からなる。
図17に示す超音波検査装置90dは、探触子36と、送信部14と、受信部16と、素子データ記憶部20と、音速補正部76cと、整相加算部38、判定部72bと、素子データ処理部22と、検波処理部40と、画像作成部44と、表示部28とを有する。
ここで、図16及び図17に示す超音波検査装置90c及び90dでは、探触子36、送信部14、受信部16、及び素子データ記憶部20における処理は、図14及び図15に示す超音波検査装置90a及び90bと同様に行われるので、その説明を省略する。
図16に示す超音波検査装置90cにおいては、1回目の処理では、音速補正部76cは、素子データ記憶部20から読み出された未処理素子データに対し、被検体の検査対象領域の受信側の最適音速を設定し、整相加算部38は、その未処理素子データに対して、音速補正部76cで設定された最適音速に基づいて遅延を与えて加算する受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成する。
続いて、検波処理部40は、生成された音線信号に検波処理を行い、Bモード画像信号を生成し、画像作成部44は、生成されたBモード画像信号に画像処理を施し、超音波画像を生成する。
判定部72aによってOKと判定された場合には、画像作成部44で作成された超音波画像が表示部28に送られ、その表示画面に表示される。
こうして、2回目以降の処理では、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、音速補正部76cで新最適音速を新たに設定し、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで新たに設定された新最適音速に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成し、1回目の処理と同様に、検波処理部40で検波処理を行い、画像作成部44で画像処理を施し、超音波画像を生成し、判定部72aによる判定を行う。
なお、例えば、音速補正部76cでの新最適音速の設定が、所定音速範囲内で全て行われた場合、例えば、所定音速範囲全域において所定間隔で行われた場合でも、判定部72aの判定がOKとならなかった場合には、最も判定基準に近かった時の音速値を最適音速として採用すればよい。
図17に示す超音波検査装置90dにおいては、1回目の処理では、まず、音速補正部76cは、素子データ記憶部20から読み出された未処理素子データに対し、被検体の検査対象領域の受信側の最適音速を設定する。
整相加算部38は、第1回目の処理では、素子データ記憶部20から読み出された未処理素子データに対して、第2回目以降の処理では、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで設定された最適音速に基づいて遅延を与えて加算する受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成する。
判定部72bは、整相加算部38と、検波処理部40及び素子データ処理部22との間に設けられるもので、第1回目の処理の場合には、自動的にNGと判定し、第2回目以降の処理では、図15に示す超音波検査装置90bの判定部72bと同様に、整相加算部38で受信フォーカス処理を行って生成された音線信号(受信データ)を用い、画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標や音速の収束度合い等に基づいて判定を行う。判定部72bは、輝度値や鮮鋭度等の画質指標が最も高くなる時にOKと判定し、輝度値や鮮鋭度等の画質指標が最も高い値に達していない時にはNGと判定する。
判定部72bによってOKと判定された場合には、図15に示す超音波検査装置90bと同様に、検波処理部40に進み、検波処理部40が、整相加算部38で生成された音線信号に対して、包絡線検波処理等の処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像データを生成する。その後、画像作成部44で超音波画像が作成され、表示部28に表示される。
こうして、素子データ処理部22で処理済素子データを求めた後、音速補正部76cに戻り、そこで最適音速を新たに設定し、整相加算部38で、素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対して、音速補正部76cで新たに設定された最適音速に基づいて受信フォーカス処理を行って音線信号(受信データ)を生成し、判定部72bで、整相加算部38で生成された音線信号を用い、画像の輝度値、鮮鋭度等の画質指標や音速の収束度合い等に基づいて判定を行う。
これに対し、判定部72bの判定がNGであれば、判定がOKとなる、即ち、最適音速が設定されるまで、素子データ処理部22の遅延時間算出部48での音速補正部76cで設定された新たな最適音速を用いた遅延時間の算出、重ね合わせ処理部50での処理済素子データの生成、音速補正部76cで最適音速の新たな設定、整相加算部38での素子データ処理部22で求められた処理済素子データに対する、音速補正部76cで新たに設定された最適音速に基づく音線信号の生成が繰り返される。
本発明の実施例5の超音波検査装置は、基本的に以上のように構成される。
図18は、本発明の実施例6に係る超音波検査装置の要部の一例を処理フローに沿って概念的に示すブロック図である。
なお、図18に示す超音波検査装置92は、整相加算部38b、38c、検波処理部40b、40c、第1、第2の画像作成部44b、44c、及び第3の画像作成部94、画質判定部96、を備えている点で、整相加算部38、検波処理部40、及び画像作成部44を備える図7に示す超音波検査装置10と異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
ここで、整相加算部38c、検波処理部40c、及び第2の画像作成部44cは、図7に示す超音波検査装置10の相加算部38、検波処理部40、及び画像作成部44と全く同じ構成を有するので、その詳細な説明は省略する。
一方、整相加算部38b、検波処理部40b、及び第1の画像作成部44bは、素子データ処理部22で処理された処理済素子データを対象とするのではなく、素子データ記憶部20に記憶保持された未処理素子データを対象とする従来の処理を行う点で、処理済素子データを対象とする整相加算部38c、検波処理部40c、及び第2の画像作成部44cとは異なるが、処理自体は全く同一である。
一方、素子データ処理部22における重ね合わせ処理において、未処理素子データが左右非対称であればスペックルと見なして、素子データ処理部22での素子データ処理を行いたくない場合には、素子データ処理を行っていない素子データ記憶部20に記憶保持された未処理素子データを用い、整相加算部38b、検波処理部40b、及び第1の画像作成部44bでの処理を経て、従来の超音波画像を生成する。
次に、第3の画像作成部94は、画質判定部96の画質判定結果に基づいて、第1の超音波画像と第2の超音波画像とから表示部28に表示するための超音波画像を作成する。
具体的には、第3の画像作成部94は、画質判定部96の画質判定結果に基づいて、第1の超音波画像と、第2の超音波画像とのいずれか一方を表示部28に表示する超音波画像として選択する。例えば、画質判定部96が、第1の超音波画像と第2の超音波画像との輝度値を比較した場合には、輝度値の高い方の画像を採用する。
なお、本実施例6において、上記実施例2〜5の超音波検査装置を適用しても良いのは勿論である。
以上から、本発明の第6実施例の超音波検査装置においては、常に、高輝度な超音波画像を生成することができる。
図19は、本発明の実施例7に係る超音波検査装置の構成の一実施例を概念的に示すブロック図であり、図20は、図19に示す超音波検査装置100の動作を説明するためのフローチャートである。
なお、図19に示す超音波検査装置100は、図1に示す超音波検査装置10と、送信部14に代えて送信部14aを有し、モード切替部102を備えている点で異なる以外は、全く同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図19に示すように、超音波検査装置100は、超音波プローブ12と、送信部14aと、受信部16と、A/D変換部18と、素子データ記憶部20と、素子データ処理部22と、画像生成部24と、表示制御部26と、表示部28と、制御部30と、操作部32と、格納部34と、モード切替部102と、を有する。
モード切替部102は、選択されたモードの情報を画像生成部24および送信部14aに供給する。
具体的には、送信部14aは、マルチライン処理モードが選択された場合に、通常モードの場合のF値よりも小さいF値の超音波ビームの送信を、探触子36に行わせる。
図21(a)に示すように、通常モードの場合は、送信部14aは、素子52eを中心素子とする5つの素子52c〜52gを送信素子として、所定の焦点58を形成する送信ビーム(超音波ビーム)56を送信させる。
一方、図21(b)に示すように、マルチライン処理モードの場合は、送信部14aは、素子52eを中心素子とする9つの素子52a〜52iを送信素子として、所定の焦点58を形成する送信ビーム56を送信する。このとき、焦点58の深さは、通常モードの場合と同じ深さに設定されている。このように、マルチライン処理モードの場合には、「焦点深さ/開口数」であるF値を、通常モードの場合のF値よりも小さくする。
すなわち、遅延時間算出部48で遅延時間を算出する際に用いる幾何学モデルは、焦点を1つの仮想的な音源とみなしている。そのため、F値を小さくして焦点を絞ることは、よりモデルに近い状態を作り出すことができ、F値を切り替えない場合と比べて、マルチライン処理における素子データの重ね合わせ処理の精度を向上させることができ、より高画質な画像を得ることができる。
一方、モード切替部102により通常モードに切り替えられた場合には、送信部14aは、大きいF値を設定して超音波の送受信を行い第1の素子データを取得する。画像生成部24は、第1の素子データを用いて超音波画像を生成し、表示制御部26は、超音波画像を表示部28に表示する。
なお、本実施例7において、上記実施例2〜6の超音波検査装置を適用しても良いのは勿論である。
図23は、本発明の実施例8に係る超音波検査装置の構成の一例を概念的に示すブロック図である。
なお、図23に示す超音波診断装置110は、素子データ処理部22に代えてデータ処理部114を有し、画像生成部24に代えて画像生成部116を有する以外には、図1に示す超音波検査装置10と同じ構成を有するので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
データ処理部114は、整相加算部118と、遅延時間算出部48と、重ね合わせ処理部120とを有する。
ここで、整相加算部118は、後述する重ね合わせ処理部120で重ね合わせを行う複数の素子データに対して、同じ素子(ライン)を基準として、それぞれ整相加算を行う。
また、重ね合わせ処理部120は、遅延時間算出部48で算出された、それぞれの受信データに対応する遅延時間に基づいて、2以上の第1の受信データを、受信時間上で、即ち時間を合わせて、重ね合わせて、処理済(第2の)受信データを生成する。
図25に示す素子データは、n番目の素子を中心素子として超音波の送受信を行って得られた(第1の)素子データである。この素子データをn番目の素子データと表す。
また、以下の説明では、例えば、このn番目の素子データに対して、n−2番目のラインを基準として整相加算を行い生成した受信データを、n(n−2)番目の受信データと表す。すなわち、n番目の素子データをi番目のラインを基準として整相加算して得られた受信データを、n(i)番目の受信データと表す。
図26(A)は、それぞれn−2番目の素子データ、n−1番目の素子データ、n番目の素子データを示す。
一例として、n−2番目、n−1番目、n番目の受信データを用いて、n番目の受信データに対応する処理済受信データを生成する場合を考える。
データ処理部114は、処理済受信データを画像生成部116に供給する。
画像処理部44は、生成したBモード画像データを画像メモリ46に格納し、および/または、表示制御部26に送って、被検体のBモード画像を表示部28に表示する。
なお、本実施例8において、上記実施例2〜7の超音波検査装置を適用しても良いのは勿論である。
例えば、図1、図7、図8(a)、(b)、図9、図11〜図19、図23に示す各構成要素をハードウエアとして構成いても良いし、コンピュータ等で実行されるソフトウエアとして構成しても良い。
また、図7、図8(a)、(b)、図9、図12〜図18に示す例では超音波検査装置の要部を、図11に示す例では超音波検査装置の音速補正部の最適音速算出部を、処理フローに沿って種々の処理ブロックを示しているので、整相加算部38についても、異なる参照符号38,38a,38b,38c,38dを付し、また、検波処理部40についても、異なる参照符号40,40a,40b,40c,40dを付し、さらに、画像作成部44についても、異なる参照符号44,44a,44b,44c,44dを付しているが、整相加算部38,38a,38b,38c,38dは、また、検波処理部40,40a,40b,40c,40dは、さらに、画像作成部44,44a,44b,44c,44dは、それぞれ異なるハードエアやソフトウエアであっても良いし、同一のハードウエアやソフトウエアを異なるシーケンスで用いるものであっても良い。
92、100、110 超音波検査装置
12 超音波プローブ
14、14a 送信部
16 受信部
18 A/D変換部
20 素子データ記憶部
22 素子データ処理部
24、116 画像生成部
26 表示制御部
28 表示部
30 制御部
32 操作部
34 格納部
36 探触子
38、38a、38b、38c、38d、118 整相加算部
40、40a、40b、40c、40d 検波処理部
42 DSC
44、44a、44d 画像作成部
44b 第1の画像作成部
44c 第2の画像作成部
46 画像メモリ
48 遅延時間算出部
50、120 重ね合わせ処理部
72a、72b 判定部
74 音速変更部
76、76a、76b、76c 音速補正部
77 着目領域設定部
78 着目領域データ取得部
80 最適音速算出部
82 音速探索範囲設定部
83 音速初期値設定部
84 画質指標算出部
85 音速判定部
86 比較判定部
87 音速値更新部
88 音速設定部
94 第3の画像作成部
96 画質判定部
102 モード切替部
114 データ処理部
Claims (27)
- 超音波ビームを用いて検査対象物を検査する超音波検査装置であって、
前記超音波ビームを送信し、かつ、前記検査対象物によって反射された超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーに応じたアナログ素子信号を出力する、複数の素子が配列された探触子と、
前記探触子に、複数の前記素子を用い、所定の送信焦点を形成するように前記超音波ビームを送信させることを、複数回、行わせる送信部と、
個々の前記超音波ビームの送信に対応して、複数の前記素子が出力したアナログ素子信号を受け、所定の処理を施す受信部と、
前記受信部が処理したアナログ素子信号をA/D変換して、デジタル素子信号であり、素子位置と時間に対する強度のデータを表す第1の素子データとするAD変換部と、
複数の前記第1の素子データから、前記第1の素子データのいずれかに対応する、素子位置と時間に対する強度のデータを表す第2の素子データを生成するデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、2以上の前記第1の素子データの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、前記2以上の第1の素子データを算出された遅延時間及び受信された前記探触子の素子の位置に基づいて重ね合わせ、前記第2の素子データを生成する重ね合わせ処理部とを有し、
前記データ処理部は、前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて、前記第2の素子データを生成するための2以上の前記第1の素子データの取得条件を変更することを特徴とする超音波検査装置。 - 前記送信部は、中心となる素子の変更、および、超音波ビームの送信方向の変更の少なくとも一方を行って、前記探触子に前記複数回の超音波ビームの送信を行わせる請求項1に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、中心となる素子が互いに異なる前記超音波ビームの送信で得られた複数の前記第1の素子データ、および、送信方向が互いに異なる前記超音波ビームの送信で得られた複数の前記第1の素子データの、少なくとも一方を用いて、前記第2の素子データを生成する請求項2に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、送信領域が重なり合う前記超音波ビームの送信で得られた、複数の前記第1の素子データから、前記第2の素子データを生成する請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、複数の前記第1の素子データを、前記素子が超音波エコーを受信した受信時間および前記素子の位置に応じて重ね合わせて、前記第2の素子データを生成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記遅延時間算出部は、事前に取得された前記探触子、前記検査対象物の音速、前記超音波ビームの焦点位置、前記送信部による前記探触子の送信開口、及び前記受信部による前記探触子の受信開口に関する少なくとも1つの情報に基づいて、前記2以上の第1の素子データの遅延時間を算出し、
前記重ね合わせ処理部は、予め設定された、前記2以上の第1の素子データのうち重ね合わせる第1の素子データの数、及び重ね合わせ処理方法に基づいて前記2以上の第1の素子データを重ね合わせ、少なくとも1つの第2の素子データを生成する請求項1〜5に記載の超音波検査装置。 - 前記データ処理部は、前記重ね合わせ処理部により、前記2以上の第1の素子データを重ね合わせる際に、重なる部分のみの素子データから、前記第2の素子データを生成する請求項1〜6に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、2以上の前記第1の素子データを、その各々の第1の素子データに対して重み付け係数を掛けた後に、重ね合わせる請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて、選択する前記第1の素子データの数を変更する請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、前記素子データ毎の受信時間上において少なくとも2つ以上の異なる時間軸上の点に基づいて、適応的に前記2以上の第1の素子データを重ね合わせる請求項1〜9のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記異なる時間軸上の点は、前記送信部による前記探触子の送信開口毎に基づくものである請求項10に記載の超音波検査装置。
- 前記異なる時間軸上の点は、前記2以上の第1の素子データ毎に少なくとも2つ以上の送信開口で送信された場合に、該送信開口毎に基づくものである請求項10又は11に記載の超音波検査装置。
- 前記異なる時間軸上の点は、前記検査対象物の音速に基づくものである請求項10〜12のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記送信部が、送信ラインごとに、同じ送信ライン上において深さの異なる送信焦点を形成する前記超音波ビームを送信することによって、前記受信部が、同じ送信ラインに対応する複数の前記第1の素子データを取得し、
前記データ処理部は、送信焦点の深さごとに、同じ深さの送信焦点の超音波ビームの送受信によって得られた複数の前記第1の素子データから、前記第2の素子データを生成する請求項10〜13のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 前記データ処理部は、選択する前記第1の素子データの数を、前記検査対象物内における前記超音波ビームの空間的な広がりに基づき、それに対応した前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させる請求項9〜14のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、選択する前記第1の素子データの数を、前記検査対象物内の空間的な位置における信号に基づいて、それに対応した前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させる請求項9〜15のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、選択する前記第1の素子データの数を、前記第1の素子データの波形解析の結果に基づいて、それに対応した前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて、変化させる請求項9〜16のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記波形解析は、選択する前記第1の素子データの候補に関する、波形の関連性、あるいは、コヒーレンス性を解析するものである請求項17に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、選択する前記第1の素子データの数を変化させて作成した複数の第2の素子データにおける信号に基づいて最適な素子データ数を求める請求項9〜18のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記送信部は、前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて送信焦点深さを決定し、決定した前記送信焦点深さで、前記探触子に前記超音波ビームの送信を、複数回、行わせて、複数の前記第1の素子データを取得し、
前記データ処理部は、決定した前記送信焦点深さの前記超音波ビームの送信で得られた複数の前記第1の素子データから、前記第2の素子データを生成するための2以上の前記第1の素子データを選択する請求項1〜19のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 前記送信部は、前記第2の素子データを求める位置の深さに応じて送信開口数を決定し、決定した前記送信開口数で、前記探触子に前記超音波ビームの送信を、複数回、行わせて、複数の前記第1の素子データを取得し、
前記データ処理部は、決定した前記送信開口数での前記超音波ビームの送信で得られた複数の前記第1の素子データから、前記第2の素子データを生成するための2以上の前記第1の素子データを選択する請求項1〜20のいずれか1項に記載の超音波検査装置。 - 前記送信部は、前記探触子にステア送信させる請求項1〜21のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記素子データは、位相情報及び振幅情報を含む、請求項1〜22のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記第1の素子データおよび前記第2の素子データの少なくとも1方を記憶する素子データ記憶部を有する請求項1〜23のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 前記データ処理部は、複数の前記第1の素子データから前記第2の素子データを生成する直前に、複数の前記第1の素子データそれぞれの整相加算を行って複数の第1の受信データを生成し、複数の前記第1の受信データから、前記第1の受信データのいずれかに対応する第2の受信データを生成する請求項1〜24のいずれか1項に記載の超音波検査装置。
- 超音波ビームを用いて検査対象物を検査する超音波検査装置であって、
前記超音波ビームを送信し、かつ、前記検査対象物によって反射された超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーに応じたアナログ素子信号を出力する、複数の素子が配列された探触子と、
前記探触子に、複数の前記素子を用い、所定の送信焦点を形成するように前記超音波ビームを送信させることを、複数回、行わせる送信部と、
個々の前記超音波ビームの送信に対応して、複数の前記素子が出力したアナログ素子信号を受け、所定の処理を施す受信部と、
前記受信部が処理したアナログ素子信号をA/D変換して、デジタル素子信号であり、素子位置と時間に対する強度のデータを表す第1の素子データとするAD変換部と、
複数の前記第1の素子データに対して、同じ前記素子に対応するラインを中心にしてそれぞれ整相加算を行い複数の、時間に対する強度のデータを表す第1の受信データを生成する整相加算部と、
同じ前記素子に対応するラインを中心にして整相加算された複数の前記第1の受信データから、前記第1の受信データのいずれかに対応する第2の受信データを生成するデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、2以上の前記第1の受信データの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、前記2以上の第1の受信データを算出された遅延時間に基づいて重ね合わせ、前記第2の受信データを生成する重ね合わせ処理部とを有し、
前記データ処理部は、前記第2の受信データを求める位置の深さに応じて、前記第2の受信データを生成するための2以上の前記第1の受信データの取得条件を変更することを特徴とする超音波検査装置。 - 前記遅延時間算出部は、事前に取得された前記探触子、前記検査対象物の音速、前記超音波ビームの焦点位置、前記送信部による前記探触子の送信開口、及び前記受信部による前記探触子の受信開口に関する少なくとも1つの情報に基づいて、前記2以上の第1の受信データの遅延時間を算出し、
前記重ね合わせ処理部は、予め設定された、前記2以上の第1の受信データのうち重ね合わせる第1の受信データの数、及び重ね合わせ処理方法に基づいて前記2以上の第1の受信データを重ね合わせ、少なくとも1つの第2の受信データを生成する請求項26に記載の超音波検査装置。
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