JP5979682B2 - 変位計測装置、並びに、超音波診断装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る変位計測装置の全体構成を示すブロック図である。この装置は、計測対象物6の3次元(又は2次元又は横方向を主とする1次元)の関心領域7内の歪テンソル場、歪速度テンソル場、加速度ベクトル場等における変位ベクトル成分(分布や時系列)、歪テンソル成分(分布や時系列)、及び、これらの時空間偏微分(の分布)等を計測する装置であると共に、この装置等を使用して得られるそれらの計測結果を用いて、ずり弾性率分布、ポアソン比分布、粘ずり弾性率分布、粘ポアソン比分布、遅延時間分布、緩和時間分布、密度分布等を計測する装置である。この装置において、本発明の一実施形態に係る変位計測方法が実施される。さらに、この装置を用いて、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置が構成される。
段落0035〜0037に記載の通り、本実施形態においては、1つの偏向角度を持つビームステアリングが行われる(図5の(a):2次元領域、図5の(b):3次元領域)。ビームステアリングは、段落0035〜0037に記載の通り、電子的にビームフォーミング(アポダイゼーション、スイッチング、遅延処理、位相整合、加算処理等)そのものにより行われる場合と、段落0033に記載の機械走査(図2)により、ビームを偏向させて実現される場合とがある。開口面合成されることもある。
fxdx+fydy = c (1)
が得られるが、そのスペクトルのミラーセッティングにより、
−fxdx'+fydy = c ここで、 dx' = −dx (1)'
を得る。cは瞬時位相の差、fxとfyは各方向の瞬時周波数である。深さ方向の軸方向変位dxが零であれば、連立方程式(1)と(1)'を解けば、dx' = dx の下で、dx = 0、dy = c/dyと求まる。しかしながら、dx ≠ 0であるとすると、(1)'は(dx,dy)に関して(dx',dy)として解くこととなるため、計測誤差を生じる。3次元の場合も同様である。座標系を適切に設定することの重要性を確認できる。
(1)複数方向の偏向ビームを用いるため、古典的な開口面合成を行う場合には、1素子ごとの超音波送信となるために送信強度が弱い。
(2)極短時間だけ異なる2時相の偏向ビームの重ね合わせてもその2時相間に組織変位があると誤差になる。
(3)交差ビームのパスが異なるためにその間の減衰や散乱による異なる周波数変調により変調周波数(横方向キャリア周波数)が影響を受ける。また、音速の不均質性により焦点精度が低下する。
(4)少なくともビームフォーミング又は変位計測の信号処理に時間を要する。
Claims (25)
- 少なくとも1つの駆動信号に従って超音波を計測対象物に送信すると共に、計測対象物において発生する超音波エコーを受信してエコー信号を出力する少なくとも1つの超音波センサと、
少なくとも1つの駆動信号を前記超音波センサに供給すると共に、前記超音波センサから出力されるエコー信号を処理して超音波エコーデータを得る駆動・処理手段と、
深さ方向及び深さ方向に直交する横方向の座標軸を含む3次元又は2次元の直交座標系において、(i)零度の単一且つ一定の偏向角度、(ii)非零度の単一且つ一定の偏向角度、及び、(iii)可変の偏向角度の内の少なくとも1つを有するように電子的又は機械的に偏向された少なくとも1つの超音波ビームで計測対象物を走査して得られる超音波エコーデータに基づいて、複数の異なる時相の各々において超音波エコーデータフレームを生成するように少なくとも前記駆動・処理手段を制御する計測制御手段であって、超音波エコーデータフレームが、それぞれの位置における超音波エコーデータを表し、超音波エコーデータが、少なくとも深さ方向又は横方向のキャリア周波数及び位相を有すると共に、周波数領域において、単一八象限スペクトル、単一四象限スペクトル、及び、単一半帯域のスペクトルの内の1つを有しており、前記駆動・処理手段が、超音波エコーデータフレーム又は各位置における超音波エコーデータに関して算出された単一八象限スペクトル、単一四象限スペクトル、及び、単一半帯域のスペクトルの内の1つを分割又は窓掛けすることにより、少なくとも部分的なスペクトル又は対応する複素信号を含む独立した複数の同一帯域幅のスペクトルを得て、それらの同一帯域幅のスペクトルから超音波エコーデータを生成する、前記計測制御手段と、
多次元周波数領域において、サイドローブ又はグレーティングローブを除き、又は、交差しているステアリングビーム又は任意方向からの到来信号を分離すると共に、少なくとも深さ方向又は横方向のキャリア周波数及び位相、又は、単一八象限スペクトル、単一四象限スペクトル、及び、単一半帯域のスペクトルの内の前記1つに関して、前記複数の異なる時相において生成された超音波エコーデータについて各位置において得られる連立方程式を解くことにより、各位置における少なくとも深さ方向又は横方向の変位ベクトル成分又はその分布を算出するデータ処理部と、
を具備する変位計測装置。 - 前記データ処理部が、分割されたスペクトル、窓掛けされたスペクトル、オリジナルのスペクトル、又は、周波数領域において重ね合わされたスペクトルとして少なくとも1つの超音波ビームから得られる少なくとも1つのスペクトルを含む同一帯域の複数のスペクトル、又は、それらのスペクトルに対応する複素信号から各位置において得られる連立方程式を解くことにより、3次元変位ベクトル、2次元変位ベクトル、及び、変位の内の1つを算出する、請求項1記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、周波数領域において、重ね合わされたスペクトル、又は、重ね合わされたスペクトルの分割又は窓掛けされたスペクトルとして複数の超音波ビームから得られる少なくとも1つのスペクトルを含む同一帯域の複数のスペクトル、又は、それらのスペクトルに対応する複素信号から各位置において得られる連立方程式を解くことにより、3次元変位ベクトル、2次元変位ベクトル、及び、変位の内の1つを算出する、請求項1記載の変位計測装置。
- 前記部分的なスペクトルが、少なくとも重み付けされたスペクトルを含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 少なくとも1つの駆動信号に従って超音波を計測対象物に送信すると共に、計測対象物において発生する超音波エコーを受信してエコー信号を出力する少なくとも1つの超音波センサと、
少なくとも1つの駆動信号を前記超音波センサに供給すると共に、前記超音波センサから出力されるエコー信号を処理して超音波エコーデータを得る駆動・処理手段と、
計測対象物の変位に関し、深さ方向及び深さ方向に直交する横方向の座標軸を含む3次元又は2次元の直交座標系を取り、2以上の異なる時相において、深さ方向に対して0°以上で90°より小さい同一の単一且つ一定の偏向角度を有する超音波ステアリングビームを電子的及び/又は機械的に生成して超音波ステアリングビームで計測対象物を横方向に1回ずつ走査することにより、深さ方向又は横方向における変調周波数を有する複数のエコー信号を表すと共に、周波数領域において1つの単一八象限スペクトル又は単一四象限スペクトル又は単一二象限スペクトルを有する超音波エコーデータフレームを生成するように各部を制御する計測制御手段と、
多次元周波数領域において、サイドローブ又はグレーティングローブを除き、又は、交差しているステアリングビーム又は任意方向からの到来信号を分離すると共に、前記2以上の異なる時相において生成される前記超音波エコーデータフレームに対し、深さ方向又は横方向における変調周波数を用いる所定の演算を施して、深さ方向又は横方向における変位又はその分布を算出するデータ処理部と、
を具備する変位計測装置。 - 前記計測制御手段が、計測対象物の支配的な変位方向を深さ方向又は横方向の座標軸とする直交座標系を取る、請求項5記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、ビームフォーミングに関して、超音波トランスデューサの物理開口の正面方向への超音波ステアリングビームを使用することと、深さ方向に対して0°以上で90°未満の同一の単一且つ一定の偏向角度を有する超音波ステアリングビームを使用することと、超音波ステアリングビームを含む複数の交差ビームを使用することと、超音波ステアリングビームを含む複数の交差ビームを重ね合わせて得られる横方向変調ビームを使用することとの内の少なくとも1つを、計測対象を決めることにより、変位計測法との組み合わせとして選択される、又は、変位計測法との組み合わせとして自動的に選択する、請求項1〜6のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、電子的及び/又は機械的に生成された超音波ステアリングビームの使用時において、変位の計測精度を向上させるべく、超音波ステアリングビームのステアリング角度を調節して、少なくとも1つの方向におけるエコー信号の周波数を変える、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、電子的及び/又は機械的に生成された超音波ステアリングビームの使用時において、変位の計測精度を向上させるべく、超音波ステアリングビームのステアリング角度を大きくして、エコー信号の横方向周波数を高くする、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、電子的及び/又は機械的に生成された超音波ステアリングビームの使用時において、変位の計測精度を向上させるべく、超音波ステアリングビームの方向を計測対象物の支配的な変位方向と一致するように向ける、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、電子的及び/又は機械的に生成された超音波ステアリングビームの使用時において、各々の座標軸方向におけるエコー信号の周波数を変えるべく、前記超音波エコーデータフレームの座標の回転を行う、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、電子的及び/又は機械的に生成された超音波ステアリングビームの使用時において、十分に高いエコー信号の横方向周波数が得られない場合に、前記超音波エコーデータフレームの座標の回転を行う、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、機械的ビームステアリングを行った場合に、偏向角度を感知して、ビームフォーミング時又は後に前記偏向角度だけ傾いている座標系を回転させて、計測対象物の支配的な変位方向に深さ方向又は横方向の座標軸が向く様に座標系を取り直す処理を行う、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、深さ方向に対して0°以上で90°未満の同一の単一且つ一定の偏向角度を有する超音波ステアリングビームを使用して1方向の変位を算出するべく、前記直交座標系の1つの座標軸を其の1方向の変位方向に合わせ、前記超音波エコーデータフレームの2次元又は3次元の周波数領域における1つの象限のスペクトルを前記変位方向に合わせた座標軸に関して対称な位置にも鏡状に設定するミラーセッティング処理を行った上で、所定の演算を施して、1方向の変位又はその分布を算出する、請求項5〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、横方向変調ビームを使用して変位ベクトルを算出するべく、2以上の異なる時相における単一スペクトルから得られる超音波の瞬時位相の差を核に持つ複素解析信号の積と共役積の計算に基づいて得られる各方向の瞬時周波数に変位を掛けることによって表される瞬時位相の差の2倍値を、前記各方向の瞬時周波数の2倍値で除することにより、各方向の変位成分又はその分布を算出する、請求項7記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、横方向変調ビームを使用して変位ベクトルを算出するべく、横方向に非対称な複数の超音波ステアリングビームを実現した場合に、前記超音波エコーデータフレームの座標を回転させて横方向に対称な複数の超音波ステアリングビームを得る、請求項15記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、ステアリングビームの偏向角度を大きくしてビームピッチで決まるナイキスト定理の最高周波数以上の横方向周波数を実現する場合に、周波数領域において前記最高周波数より高い周波数帯域をも使用することとする広帯域化を行い、又は、空間領域において横方向のビーム数の補間を行う、請求項1〜7のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、前記複数の異なる時点において生成された超音波エコーデータに所定の多次元ブロックマッチングアルゴリズムを適用することにより、各位置における変位ベクトル成分又はその分布を粗く算出し、その後、前記複数の異なる時点において生成された超音波エコーデータに所定の変位計測方法を適用することにより、各位置における変位ベクトル成分又はその分布を細かく算出することを含む、請求項1〜17のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記計測制御手段が、物理的な開口の形状と焦点位置との内の少なくとも1つに関係なく、物理的な開口の背後又は前方に仮想超音波源又は仮想超音波受信器を設定することを含む、請求項1〜18のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、エコー信号の高調波信号を用いる、請求項1〜19のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記任意の直交座標系が、デカルト座標系又は極座標系を含む曲線座標系、又は、任意開口面形状に合う直交座標系又は任意開口面形状に捉われない直交座標系である、請求項1〜20のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、算出された変位ベクトル成分又は変位、又はその分布、又はその時系列データに空間微分フィルタ又は時間微分フィルタを施すことにより、歪テンソル成分又は歪、又は、歪速度テンソル成分又は歪速度、又は、加速度ベクトル成分又は加速度、又は、速度ベクトル成分又は速度、又はその分布、又はその時系列をも求める、請求項1〜21のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 前記データ処理部が、算出した変位ベクトル成分又は変位、又は、歪テンソル成分又は歪、又は、歪速度テンソル成分又は歪速度、主歪又は主歪速度、又は、加速度ベクトル成分又は加速度、又は、速度ベクトル成分又は速度、又はそれらの分布、又はそれらの時系列、又は、その際に使用した又は別に生成した複数のエコー信号の内の全て又は一部の重ね合わせを検波して得られる信号に対応する画像、又は、それらのエコー信号を検波して得られる複数の信号の全て又は一部を重ね合わせて得られる信号に対応する画像、又は、それらの重ね合わせとの内の少なくとも1つに基づく画像を、計測結果として表示部に表示させる、請求項1〜22のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 核磁気共鳴信号、電磁波、及び、光の内の少なくとも1つの検出器をさらに具備する、請求項1〜23のいずれか1項記載の変位計測装置。
- 請求項1〜24のいずれか1項記載の変位計測装置を具備する超音波診断装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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