JP6579231B2 - Ultrasonic image generation method and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Description
本開示は、超音波信号処理装置、及びそれを用いた超音波診断装置に関し、特に、超音波信号処理装置におけるビームフォーミング処理に関する。 The present disclosure relates to an ultrasonic signal processing apparatus and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same, and more particularly, to a beam forming process in the ultrasonic signal processing apparatus.
超音波診断装置は、超音波プローブ(以後、「プローブ」とする)により被検体内部に超音波を送信し、被検体組織の音響インピーダンスの差異により生じる超音波反射波(エコー)を受信する。さらに、この受信から得た電気信号に基づいて、被検体の内部組織の構造を示す超音波断層画像を生成し、モニタ(以後、「表示部」とする)上に表示するものである。超音波診断装置は、被検体への侵襲が少なく、リアルタイムに体内組織の状態を断層画像などで観察できるため、生体の形態診断に広く用いられている。 The ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic wave inside a subject using an ultrasonic probe (hereinafter referred to as “probe”), and receives an ultrasonic reflected wave (echo) generated by a difference in acoustic impedance of the subject tissue. Furthermore, an ultrasonic tomographic image showing the structure of the internal tissue of the subject is generated based on the electrical signal obtained from this reception, and displayed on a monitor (hereinafter referred to as “display unit”). An ultrasonic diagnostic apparatus is widely used for morphological diagnosis of a living body because it hardly invades a subject and can observe a state of a body tissue in real time with a tomographic image or the like.
従来の超音波診断装置では、受信した反射超音波(エコー信号)に基づく信号の受信ビームフォーミング方法として、一般的に整相加算法と呼ばれる方法が使用されている(例えば、非特許文献1)。
図16は、従来の超音波診断装置における受信ビームフォーミング方法を示す模式図である。従来の超音波診断装置は、被検体の体内から反射超音波を受信する複数の超音波振動子201a(以後、「振動子」とする)からなるプローブ201と、振動子201aで受信した反射超音波を電気的に変換して電気信号とし、そのアナログ電気信号に増幅及びA/D変換処理を施してデジタル信号とした後、整相加算処理を行う受信ビームフォーマ部202を有している。受信ビームフォーマ部202は、各々の振動子201aに対応づけられ、電気信号に対して増幅処理、A/D変換処理、遅延処理を行う遅延部2021、複数の遅延部2021からの出力信号をアポダイゼーションと呼ばれる重みを乗じて加算する加算部2022とを有している。この受信ビームフォーマ部202は、振動子201aが得た反射超音波に基づく電気信号を振動子201aごとに遅延部2021で遅延処理を行った上で加算部2022により加算した結果を音響線信号として出力する。この際、遅延部2022で適用される遅延量は、送信超音波ビームの中心軸上に位置する観測点と各振動子201aとの距離に基づいて算出されることが一般である。
In a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, a method generally called a phasing addition method is used as a reception beam forming method of a signal based on a received reflected ultrasonic wave (echo signal) (for example, Non-Patent Document 1). .
FIG. 16 is a schematic diagram showing a reception beamforming method in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. The conventional ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe 201 including a plurality of ultrasonic transducers 201a (hereinafter referred to as “vibrators”) that receive reflected ultrasonic waves from the body of a subject, and a reflected ultrasonic wave received by the transducers 201a. A reception beamformer unit 202 is provided that performs phasing addition processing after a sound wave is electrically converted into an electric signal, the analog electric signal is amplified and A / D converted into a digital signal. The reception beamformer unit 202 is associated with each transducer 201a, and apodizes the output signals from the delay unit 2021 and the delay units 2021 that perform amplification processing, A / D conversion processing, and delay processing on the electric signal. And an adding unit 2022 for adding by multiplying the weights. The reception beamformer unit 202 performs the delay process by the delay unit 2021 for each transducer 201a on the electrical signal based on the reflected ultrasonic wave obtained by the transducer 201a, and adds the result obtained by the addition unit 2022 as an acoustic line signal. Output. At this time, the delay amount applied by the delay unit 2022 is generally calculated based on the distance between the observation point located on the central axis of the transmission ultrasonic beam and each transducer 201a.
具体的には、被検体内において送信超音波ビームの中心軸上に位置する任意の観測点をP、観測点Pから最も近い振動子Cと観測点Pとの距離をdc、観測点Pと他の振動子mとの距離をdm、超音波の音速をcsとすると、観測点Pからの反射波が振動子cに到達した時刻より(dm/cs−dc/cs)遅れた時刻に、観測点Pからの反射波が振動子mに到達する。任意の深さの観測点Pに対して振動子cへの反射波の到達時刻を算出し、振動子間の到達時間差から振動子mでの反射波の到達時刻を導出することできる。遅延部2021では、到達時間差を加味して各振動子における受信信号を同定し、加算部2022では同定した受信信号を加算して音響線信号を生成する。 Specifically, P is an arbitrary observation point located on the central axis of the transmitted ultrasonic beam in the subject, d c is the distance between the transducer C closest to the observation point P and the observation point P, and the observation point P If the distance from the other transducer m is d m , and the sound velocity of the ultrasonic wave is cs, it is delayed (d m / cs−d c / cs) from the time when the reflected wave from the observation point P reaches the transducer c. At the same time, the reflected wave from the observation point P reaches the vibrator m. The arrival time of the reflected wave to the transducer c can be calculated for the observation point P having an arbitrary depth, and the arrival time of the reflected wave at the transducer m can be derived from the arrival time difference between the transducers. The delay unit 2021 identifies reception signals in each transducer taking the arrival time difference into account, and the addition unit 2022 adds the identified reception signals to generate an acoustic line signal.
ところが、上記非特許文献1記載の受信ビームフォーミング方法では、放射された超音波が被検体内のある深さにおいてその波面が集まる送信フォーカス点近傍では、分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を得ることができる。他方、送信フォーカス点近傍から離れた超音波照射領域では高画質な画像を得ることが難しいという課題があった。
However, in the reception beamforming method described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、超音波照射領域全体にわたり分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる超音波信号処理装置及びそれを用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an ultrasonic signal processing apparatus capable of generating a high-quality ultrasonic image with high resolution and reduced noise over the entire ultrasonic irradiation region, and ultrasonic waves using the same An object is to provide a diagnostic apparatus.
本発明の一態様に係る超音波診断装置は、複数の振動子を有する超音波プローブと、前記複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第1の振動子列から超音波送信を行わせる送信部と、前記複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第2の振動子列が得た反射超音波に基づく信号に応じて、前記第2の振動子列の各振動子に対する受信信号列を生成する受信部と、前記複数の振動子に対応する複数の遅延量を生成する遅延量生成部と、前記複数の遅延量に基づき、前記各振動子に対する受信信号列を遅延処理する遅延処理部と、を有し、前記遅延量生成部は、1回の送信イベントにおいて、送信された超音波が到達する範囲内に位置する1つの観測点について、送信された超音波が前記1つの観測点に到達するまでの送信時間を生成する送信時間生成部と、前記1つの観測点からの反射超音波が前記第2の振動子列の振動子の各々に到達する受信時間を生成する受信時間生成部と、を備え、前記送信時間生成部により生成された前記送信時間と、前記受信時間生成部により生成された前記第2の振動子列の振動子ごとの前記受信時間とに基づき、前記第2の振動子列の振動子ごとの遅延量を生成し、前記送信時間生成部は、前記第2の振動子列の各振動子間で共用されるデータとして、前記送信時間を生成することを特徴とする。 An ultrasonic diagnostic apparatus according to an aspect of the present invention includes an ultrasonic probe having a plurality of transducers, and a transmission unit that performs ultrasonic transmission from a first transducer array that corresponds to all or part of the plurality of transducers. And a reception signal sequence for each transducer of the second transducer array is generated according to a signal based on the reflected ultrasonic wave obtained by the second transducer array corresponding to all or part of the plurality of transducers. A receiving unit, a delay amount generating unit that generates a plurality of delay amounts corresponding to the plurality of transducers, a delay processing unit that delays a received signal sequence for each transducer based on the plurality of delay amounts, has the delay amount generation unit, in one transmission event, for one observation point you located within the ultrasonic wave transmitted arrives, the transmitted ultrasonic wave is before Symbol one observation A transmission that generates a transmission time until the point is reached Comprising as between generating unit, and a reception time generation unit for generating a reception time reflected ultrasonic wave to reach each of the transducers in the second oscillator column from the previous SL one observation point, generating the transmission time said transmission time generated by parts, based on said reception time of each transducer of said second oscillator string generated by the reception time generation unit, each vibration Doko of the second oscillator column The transmission time generation unit generates the transmission time as data shared between the transducers of the second transducer array.
本発明の一態様に係る超音波信号処理装置及びそれを用いた超音波診断装置によれば、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる。 According to the ultrasonic signal processing apparatus and the ultrasonic diagnostic apparatus using the ultrasonic signal processing apparatus according to one aspect of the present invention, a high-quality ultrasonic image with higher resolution and lower noise than the conventional one is generated over the entire ultrasonic irradiation region. it can.
≪発明を実施するための形態に至った経緯≫
発明者は超音波診断装置において、超音波画像における分解能及び信号S/N比の向上するために各種の検討を行った。
非特許文献1に記載の、従来の超音波診断装置では、一般に、複数の振動子によって行われる被検体への超音波送信が行われる際、被検体のある深さで超音波ビームがフォーカスを結ぶよう送信ビームフォーミングがなされる。このとき、観測点Pが送信フォーカス点近傍にある場合には、送信フォーカス点近傍では超音波ビームは絞り込まれているので超音波ビームの分解能は高まり、また、空間エネルギー密度が高いために得られる反射超音波の信号S/N比(対象観測点Pから放射されたエコー信号をS、それ以外の領域からの信号をNとする)も高くなる。その結果、得られる音響線信号の分解能及び信号S/N比が高く高画質な超音波画像を得ることができる。他方、観測点Pが送信超音波ビームの中心軸上に位置する場合であっても、送信フォーカス点近傍から離れた位置にある場合には、得られる音響線信号の分解能及び信号S/N比が低く高画質な超音波画像を得ることが難しい。
≪Background to the form for carrying out the invention≫
The inventor has conducted various studies on an ultrasonic diagnostic apparatus in order to improve resolution and signal S / N ratio in an ultrasonic image.
In the conventional ultrasonic diagnostic apparatus described in
また、従来の超音波診断装置では、送信超音波ビームの中心軸上に観測点Pを設定するために、超音波照射範囲中、送信超音波ビームの中心軸上に位置する観測点Pからの反射超音波だけに基づき受信ビームフォーミングが行われることとなる。そのため、1回の超音波送信イベントから送信超音波ビームの中心軸上にある1本の音響線信号しか生成することができず、超音波の利用効率が悪いという課題も存在する。 Further, in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, in order to set the observation point P on the central axis of the transmission ultrasonic beam, the observation point P from the observation point P located on the central axis of the transmission ultrasonic beam in the ultrasonic irradiation range. Reception beam forming is performed based only on the reflected ultrasonic waves. Therefore, only one acoustic line signal on the central axis of the transmission ultrasonic beam can be generated from one ultrasonic transmission event, and there is a problem that the use efficiency of ultrasonic waves is poor.
これに対して、合成開口法(Synthetic Aperture Method)により、送信フォーカス点近傍以外の領域においても分解能の高い、高画質な画像を得る受信ビームフォーミング方法が考案されている(例えば、非特許文献2)。この方法によれば、超音波送信波の伝播経路と、その伝播経路による反射波の振動子への到達時間の両方を加味した遅延制御を行うことで、送信フォーカス点近傍以外に位置する超音波照射領域からの反射超音波も反映した受信ビームフォーミングを行うことができる。その結果、1回の超音波送信イベントから超音波照射領域全体に対して音響線信号を生成することができる。また、合成開口法では、複数の送信イベントから得た同一観測点Pに対する複数の受信信号をもとに仮想的に送信フォーカスを合わせることで、非特許文献1記載の受信ビームフォーミング方法と比較して、分解能及び信号S/N比の高い超音波画像を得ることが可能となる。
On the other hand, a receiving beamforming method has been devised that obtains a high-resolution and high-quality image even in a region other than the vicinity of the transmission focus point by a synthetic aperture method (for example, Non-Patent Document 2). ). According to this method, by performing delay control that takes into account both the propagation path of the ultrasonic transmission wave and the arrival time of the reflected wave to the transducer through the propagation path, the ultrasonic wave located outside the vicinity of the transmission focus point Reception beam forming that reflects reflected ultrasonic waves from the irradiation region can be performed. As a result, an acoustic line signal can be generated for the entire ultrasonic irradiation region from a single ultrasonic transmission event. Further, in the synthetic aperture method, the transmission focus is virtually adjusted based on a plurality of reception signals for the same observation point P obtained from a plurality of transmission events, thereby comparing with the reception beamforming method described in
しかしながら、合成開口法を用いた受信ビームフォーミング方法においても、検査対象となる被検体の検査部位や疾患の種類、検査部位の特性、疾患の程度等(以後、「検査部位の特性等」とする)によっては十分な画像品質が得られない場合がある。そして、その際には、検査部位の特性等に応じて、受信ビームフォーミング方法の選択や調整、又は受信ビームフォーミング方法を変更することが必要となり、検査効率低下の要因となっていた。 However, even in the receive beamforming method using the synthetic aperture method, the examination site of the subject to be examined, the type of the disease, the characteristics of the examination site, the degree of the disease, etc. ) May not provide sufficient image quality. In that case, it is necessary to select and adjust the reception beamforming method or change the reception beamforming method in accordance with the characteristics of the examination region, which causes a reduction in examination efficiency.
発明者は、検査部位の特性等により十分な画像品質が得られない場合の要因について鋭意検討を行った。その結果、受信開口を広く設定する方が画像全体での空間分解能を向上できるものの、信号S/N比は空間分解能には必ずしも比例しないことがその要因であることを見出した。そして、検査部位の特性等によらず十分な画像品質を得るためには、局所的に高い空間分解能を保ちつつ、広い観測領域でも均一的な空間分解能を確保することが必要であるとの知見に至った。そこで、発明者は、局所的な高い空間分解能と、広い観測領域での均一的な空間分解能とを両立する技術、あるいは、局所的な高い空間分解能と、広い観測領域での均一的な空間分解能及び受信アポダイゼーションとを両立する技術について鋭意検討を行い、本発明の実施の形態に係る超音波画像処理方法及びそれを用いた超音波診断装置に想到するに至ったものである。 The inventor diligently studied the factors in the case where sufficient image quality cannot be obtained due to the characteristics of the examination site. As a result, it was found that the signal S / N ratio is not necessarily proportional to the spatial resolution, although the spatial resolution of the entire image can be improved by setting the reception aperture wider. And knowledge that it is necessary to ensure uniform spatial resolution in a wide observation area while maintaining high local spatial resolution to obtain sufficient image quality regardless of the characteristics of the examination site It came to. Therefore, the inventor has developed a technology that achieves both high local spatial resolution and uniform spatial resolution in a wide observation area, or high local spatial resolution and uniform spatial resolution in a wide observation area. As a result, the inventors have intensively studied a technique for achieving both a reception apodization and an ultrasonic image processing method according to an embodiment of the present invention and an ultrasonic diagnostic apparatus using the ultrasonic image processing method.
以下、実施の形態に係る超音波画像処理方法及びそれを用いた超音波診断装置について図面を用いて詳細に説明する。
≪本発明を実施するための形態の概要≫
本実施の形態に係る超音波信号処理装置は、超音波プローブから被検体に超音波を送信し、得られた反射超音波に基づく受信信号から音響線信号を生成する超音波信号処理装置であって、超音波信号処理回路を備え、前記超音波信号処理回路は、前記超音波プローブにある複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第1の振動子列から超音波送信を行わせる送信部と、前記複数の振動子が得た前記被検体中からの反射超音波に基づいて各振動子に対する受信信号列を生成する受信部と、前記複数の振動子の一部に当たり、列中心が前記第1の振動子列の列中心と合致する第2の振動子列を選択する受信開口設定部と、被検体中において送信された超音波が到達する範囲内に位置する複数の観測点について、送信された超音波が被検体中の各観測点に到達するまでの送信時間を算出する送信時間算出部と、前記各観測点からの反射波が前記第2の振動子列に含まれる受信振動子の各々に到達する受信時間を算出する受信時間算出部と、前記送信時間と前記受信時間との和から、送信された超音波が前記各観測点で反射され前記各受信振動子へ到達するまでの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて前記各受信振動子に対する遅延量を算出する遅延量算出部と、前記各受信振動子に対する前記受信信号列から、前記遅延量に相当する受信信号値を同定する遅延処理部と、前記各受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき前記各観測点に対する音響線信号を生成する加算部とを備えたことを特徴とする。また、前記加算部は、前記各受信振動子に対応して同定された受信信号値を加算する構成であってもよい。
Hereinafter, an ultrasonic image processing method according to an embodiment and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same will be described in detail with reference to the drawings.
<< Outline of Embodiment for Implementing the Present Invention >>
The ultrasonic signal processing apparatus according to the present embodiment is an ultrasonic signal processing apparatus that transmits an ultrasonic wave from an ultrasonic probe to a subject and generates an acoustic line signal from a received signal based on the obtained reflected ultrasonic wave. An ultrasonic signal processing circuit, and the ultrasonic signal processing circuit transmits ultrasonic waves from a first transducer array corresponding to all or a part of the plurality of transducers in the ultrasonic probe; A receiving unit that generates a reception signal sequence for each transducer based on reflected ultrasound from the subject obtained by the plurality of transducers, and a center of the column corresponds to a part of the plurality of transducers. A transmission aperture setting unit that selects a second transducer array that matches the column center of one transducer array, and a plurality of observation points that are located within a range in which a transmitted ultrasound wave reaches the subject. Each ultrasound in the subject A transmission time calculation unit for calculating a transmission time until the point is reached, and reception for calculating a reception time for a reflected wave from each observation point to reach each reception transducer included in the second transducer array From the sum of the time calculation unit and the transmission time and the reception time, a total propagation time until the transmitted ultrasonic wave is reflected at each observation point and reaches each reception transducer is calculated, and the total propagation is calculated. A delay amount calculation unit that calculates a delay amount for each reception transducer based on time; a delay processing unit that identifies a reception signal value corresponding to the delay amount from the reception signal sequence for each reception transducer; And an addition unit that generates an acoustic line signal for each observation point based on the reception signal value identified corresponding to each reception transducer. Moreover, the structure which adds the received signal value identified corresponding to each said receiving vibrator | oscillator may be sufficient as the said addition part.
また、別の態様では、さらに、前記第2の振動子列の列中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう前記各受信振動子に対する重み数列を算出する重み算出部を備え、前記加算部は、前記各受信振動子に対応して同定された受信信号値に、前記各受信振動子に対する重みを乗じて加算する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記受信開口設定部を第1の受信開口設定部、前記受信時間算出部を第1の受信時間算出部、前記遅延量算出部を第1の遅延量算出部、前記遅延処理部を第1の遅延処理部、前記加算部を第1の加算部、前記受信振動子を第1の受信振動子、前記音響線信号を第1の音響線信号としたとき、さらに、列中心が前記観測点に最も空間的に近接する振動子と合致するよう第3の振動子列を選択する第2の受信開口設定部と、前記観測点からの反射波が、前記第3の振動子列に含まれる第2の受信振動子の各々に到達する受信時間を算出する第2の受信時間算出部と、前記送信時間と前記受信時間との和から、送信された超音波が前記観測点で反射され前記各第2の受信振動子へ到達するまでの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて前記各第2の受信振動子に対する遅延量を算出する第2の遅延量算出部と、前記各第2の受信振動子に対する前記受信信号列から、前記遅延量に相当する受信信号値を同定する第2の遅延処理部と、前記各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき前記観測点に対する第2の音響線信号を生成する第2の加算部とを備えた構成であってもよい。
In another aspect, the method further includes a weight calculation unit that calculates a weight sequence for each of the receiving transducers so that the weight for the transducer located at the column center of the second transducer sequence is maximized. The unit may be configured to multiply the received signal value identified corresponding to each receiving transducer by a weight for each receiving transducer and add.
In another aspect, the reception aperture setting unit is a first reception aperture setting unit, the reception time calculation unit is a first reception time calculation unit, the delay amount calculation unit is a first delay amount calculation unit, When the delay processing unit is a first delay processing unit, the adding unit is a first adding unit, the receiving transducer is a first receiving transducer, and the acoustic line signal is a first acoustic line signal, A second receiving aperture setting unit that selects a third transducer array so that the center of the column matches the transducer that is spatially closest to the observation point; and a reflected wave from the observation point From the sum of the second reception time calculation unit that calculates the reception time to reach each of the second reception transducers included in the transducer array, and the transmission time and the reception time, the transmitted ultrasonic waves are The total propagation time from the observation point to the arrival at each second receiving transducer is calculated, and the total propagation time is calculated. A second delay amount calculation unit that calculates a delay amount for each of the second reception transducers based on time, and a reception signal corresponding to the delay amount from the reception signal sequence for each of the second reception transducers A second delay processing unit for identifying a value, and a second addition unit for generating a second acoustic line signal for the observation point based on the received signal value identified corresponding to each of the second receiving transducers The structure provided with may be sufficient.
また、別の態様では、さらに、前記第3の振動子列の列中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう前記各第2の受信振動子に対する重み数列を算出する重み算出部を備え、前記第2の加算部は、前記各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に、前記各第2の受信振動子に対する重みを乗じて加算する構成であってもよい。
また、別の態様では、さらに、前記第1の音響線信号又は前記第2の音響線信号の何れかを選択するTx/Rx選択信号算出部と、選択結果に基づき前記第1の音響線信号又は前記第2の音響線信号の何れかを出力する選択出力部とを備えた構成であってもよい。また、前記第2の加算部は、前記各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値を加算する構成であってもよい。
According to another aspect, a weight calculation unit is further provided for calculating a weight number sequence for each of the second receiving transducers so that the weight for the transducer located at the column center of the third transducer sequence is maximized. The second adder may be configured to add the received signal value identified corresponding to each second receiving transducer by multiplying the weight for each second receiving transducer by the weight. .
In another aspect, a Tx / Rx selection signal calculating unit that selects either the first acoustic line signal or the second acoustic line signal, and the first acoustic line signal based on a selection result. Or the structure provided with the selection output part which outputs either of the said 2nd acoustic line signal may be sufficient. The second addition unit may be configured to add reception signal values identified corresponding to the second reception transducers.
また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、操作者からの操作入力、又は予め設定された条件に基づき、前記第1音響線信号又は前記第2音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、受信信号の特徴量に基づき、前記第1の音響線信号又は前記第2の音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。
In another aspect, the Tx / Rx selection signal calculation unit calculates either the first acoustic line signal or the second acoustic line signal based on an operation input from an operator or a preset condition. The structure to select may be sufficient.
According to another aspect, the Tx / Rx selection signal calculation unit is configured to select either the first acoustic line signal or the second acoustic line signal based on a feature amount of a received signal. Also good.
また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、受信信号に基づいて穿刺針の有無を判断し、前記穿刺針が有ると判断した場合には前記第1の音響線信号を選択する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、受信信号に基づいて鏡面構造物が検出されるか否かにより穿刺針の有無を判断し、前記鏡面構造物が検出され前記穿刺針が有ると判断した場合には前記第1の音響線信号を選択する構成であってもよい。
In another aspect, the Tx / Rx selection signal calculation unit determines the presence or absence of a puncture needle based on the received signal, and selects the first acoustic line signal when determining that the puncture needle is present. It may be configured to.
In another aspect, the Tx / Rx selection signal calculation unit determines the presence or absence of a puncture needle based on whether or not a mirror surface structure is detected based on a received signal, and the mirror surface structure is detected and the puncture is detected. When it is determined that there is a needle, the first acoustic line signal may be selected.
また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、前記第1の音響線信号及び/又は前記第2の音響線信号に基づき、前記第1の音響線信号又は前記第2の音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。
また、別の態様では、さらに、前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号の各々に対する重みを算出するTx/Rx重み算出部と、当該重みを用いて前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号に対し各々に対する重みを乗じて加算した結果を出力する混合出力部とを備えた構成であってもよい。
In another aspect, the Tx / Rx selection signal calculation unit is configured to use the first acoustic line signal or the second acoustic line based on the first acoustic line signal and / or the second acoustic line signal. It may be configured to select any one of the line signals.
In another aspect, a Tx / Rx weight calculating unit that calculates a weight for each of the first acoustic line signal and the second acoustic line signal, and the first acoustic line using the weight. A configuration including a mixed output unit that outputs a result obtained by multiplying the signal and the second acoustic line signal by a weight for each of the signals and the second acoustic line signal may be used.
また、別の態様では、前記Tx/Rx重み算出部は、操作者からの操作入力、又は予め設定された条件に基づき、前記観測点に対する前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記Tx/Rx重み算出部は、受信信号の特徴量に基づき、前記観測点に対する前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。
In another aspect, the Tx / Rx weight calculation unit is configured to input the first acoustic line signal and the second acoustic line to the observation point based on an operation input from an operator or a preset condition. It may be configured to calculate the weight for each of the signals.
In another aspect, the Tx / Rx weight calculation unit calculates a weight for each of the first acoustic line signal and the second acoustic line signal for the observation point based on a feature amount of the received signal. It may be a configuration.
また、別の態様では、前記Tx/Rx重み算出部は、前記観測点に対する前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号に基づき、前記観測点に対する前記第1の音響線信号及び前記第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記特徴量は、最も遅延量の小さな第1の受信振動子に対応して同定された前記観測点からの反射超音波に基づく受信信号、及び、最も遅延量の小さな第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき算出される構成であってもよい。
In another aspect, the Tx / Rx weight calculation unit is configured to use the first acoustic line signal for the observation point and the first acoustic line signal for the observation point based on the first acoustic line signal and the second acoustic line signal for the observation point. The configuration may be such that a weight for each of the second acoustic line signals is calculated.
In another aspect, the feature amount includes a reception signal based on a reflected ultrasonic wave from the observation point identified corresponding to the first reception transducer having the smallest delay amount, and the smallest delay amount. The configuration may be calculated based on the received signal value identified corresponding to the second receiving transducer.
また、別の態様では、前記第1の振動子列に含まれる振動子が前記超音波プローブにある複数の振動子の一部であるときに、前記送信部は、さらに、前記複数の振動子の一部に当たり前記第1の振動子列とは異なる振動子列から、超音波送信ごとに用いる振動子列を異ならて超音波送信を順次行い、前記加算部は、異なる超音波送信に基づき生成された同一位置の観測点に対する複数の音響線信号を合成して当該観測点に対する音響線信号を生成する構成であってもよい。 In another aspect, when the transducer included in the first transducer array is a part of a plurality of transducers in the ultrasonic probe, the transmission unit further includes the plurality of transducers. The ultrasonic transducer is sequentially transmitted from a transducer array different from the first transducer array by using a different transducer array for each ultrasonic transmission, and the adding unit is based on a different ultrasonic transmission. A configuration may be used in which a plurality of acoustic line signals for the generated observation point at the same position are combined to generate an acoustic line signal for the observation point.
また、別の態様では、前記送信部は、用いる振動子列を異ならせて超音波送信を順次行うことにより前記超音波プローブにある複数の振動子の全てから超音波送信を行う構成であってもよい。
また、別の態様では、前記超音波プローブが接続可能に構成された超音波診断装置であってもよい。
In another aspect, the transmission unit is configured to perform ultrasonic transmission from all of the plurality of transducers in the ultrasonic probe by sequentially performing ultrasonic transmission with different transducer rows to be used. Also good.
In another aspect, an ultrasonic diagnostic apparatus configured to be connectable with the ultrasonic probe may be used.
≪実施の形態1≫
<全体構成>
以下本実施の形態に係る超音波診断装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、実施の形態1に係る超音波診断システム1000の機能ブロック図である。図1に示すように、超音波診断システム1000は、被検体に向けて超音波を送信しその反射波の受信する複数の振動子101aを有するプローブ101、プローブ101に超音波の送受信を行わせプローブ101からの出力信号に基づき超音波画像を生成する超音波診断装置100、超音波画像を画面上に表示する表示部106を有する。プローブ101、表示部106は、それぞれ、超音波診断装置100に各々接続可能に構成されている。図1は超音波診断装置100に、プローブ101、表示部106が接続された状態を示している。なお、プローブ101と、表示部106とは、超音波診断装置100の内部にあってもよい。
<<
<Overall configuration>
Hereinafter, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram of an ultrasonic
<超音波診断装置100の構成>
超音波診断装置100は、プローブ101の複数ある振動子101aのうち、送信又は受信の際に用いる振動子を各々に選択し、選択された振動子に対する入出力を確保するマルチプレクサ部102、超音波の送信を行うためにプローブ101の各振動子101aに対する高電圧印加のタイミングを制御する送信ビームフォーマ部103と、プローブ101で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子101aで得られた電気信号を増幅し、A/D変換し、受信ビームフォーミングして音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部104を有する。また、受信ビームフォーマ部104からの出力信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成部105、受信ビームフォーマ部104が出力する音響線信号及び超音波画像生成部105が出力する超音波画像を保存するデータ格納部107と、各構成要素を制御する制御部108を備える。
<Configuration of ultrasonic
The ultrasonic
このうち、マルチプレクサ部102、送信ビームフォーマ部103、受信ビームフォーマ部104、超音波画像生成部105は、超音波信号処理回路151を構成しており、超音波信号処理回路151が超音波信号処理装置150を構成する。
超音波診断装置100を構成する各要素、例えば、マルチプレクサ部102、送信ビームフォーマ部103、受信ビームフォーマ部104、超音波画像生成部105、制御部108は、それぞれ、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(APlication Specific Ingegrated Circuit)などのハードウェア回路により実現される。あるいは、CPU(Central Processing Unit)やプロセッサなどのプログラマブルデバイスとソフトウェアにより実現される構成であってもよい。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。
Among these, the
Each element constituting the ultrasonic
データ格納部107は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、MO、DVD、DVD−RAM、半導体メモリ等を用いることができる。また、データ格納部107は、超音波診断装置100に外部から接続された記憶装置であってもよい。
なお、本実施の形態に係る超音波診断装置100は、図1で示した構成の超音波診断装置に限定されない。例えば、マルチプレクサ部102が不要な構成もあるし、プローブ101に送信ビームフォーマ部103や受信ビームフォーマ部104、またその一部などが内蔵される構成であってもよい。
The
The ultrasonic
<超音波診断装置100の主要部の構成>
本実施の形態に係る超音波診断装置100は、プローブ101の各振動子101aから超音波送信を行わせる送信ビームフォーマ部103と、プローブ101での超音波反射波(エコー信号)の受信から得た電気信号を演算して超音波画像を生成するための音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部104に特徴を有する。そのため、本明細書では、主に、送信ビームフォーマ部103及び受信ビームフォーマ部104について、その構成及び機能を説明する。なお、送信ビームフォーマ部103及び受信ビームフォーマ部104以外の構成については、公知の超音波診断装置に使われるものと同じ構成を適用可能であり、公知の超音波診断装置のビームフォーマ部に本実施の形態に係るビームフォーマ部を置き換えて使用することが可能である。
<Configuration of Main Part of
The ultrasonic
以下、送信ビームフォーマ部103と、受信ビームフォーマ部104の構成について説明する。
1.送信ビームフォーマ部103
送信ビームフォーマ部103は、マルチプレクサ部102を介してプローブ101と接続され、プローブ101から超音波の送信を行うためにプローブ101に存する複数の振動子101aの全てもしくは一部に当たる振動子列(第1の振動子列)からなる送信開口Txに含まれる各振動子に対する高電圧印加のタイミングを制御する。送信ビームフォーマ部103は送信部1031から構成される。
Hereinafter, configurations of the
1. Transmit beam former 103
The
送信部1031は、制御部108からの送信制御信号に基づき、プローブ101に存する複数の振動子101a中、送信開口Txに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるためのパルス状の送信信号を供給する送信処理を行う。具体的には、送信部1031は、例えば、クロック発生回路、パルス発生回路、遅延回路を備えている。クロック発生回路は、超音波ビームの送信タイミングを決定するクロック信号を発生させる回路である。パルス発生回路は、各振動子を駆動するパルス信号を発生させるための回路である。遅延回路は、超音波ビームの送信タイミングを各振動子毎に遅延時間を設定し、遅延時間だけ超音波ビームの送信を遅延させて超音波ビームのフォーカシングを行うための回路である。
Based on the transmission control signal from the
送信部1031は、超音波送信ごとに送信開口Txを列方向に漸次移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ101に存する全ての振動子101aから超音波送信を行う。送信開口Txに含まれる振動子の位置を示す情報は制御部108を介してデータ格納部107に出力される。例えば、プローブ101に存する振動子101a全数を192としたとき、送信開口Txを構成する振動子列の数として、例えば20〜100を選択してもよく、超音波送信毎に漸次移動させる構成としてもよい。以後、送信部1031により同一の送信開口Txから行われる超音波送信を送信イベントと称呼する。
The
図2は、超音波診断装置100における送信ビームフォーマ部103による超音波送信波の伝播経路を示す模式図である。ある送信イベントにおいて、超音波送信に寄与するアレイ状に配列された振動子101aの列(第1の振動子列)を送信開口Txとして図示している。また、送信開口Txの列長を送信開口長と呼ぶ。
送信ビームフォーマ部103において、送信開口Txの中心に位置する振動子ほど送信タイミングを遅らせるように各振動子の送信タイミングを制御することにより、送信開口Tx内の振動子列から送信された超音波送信波は、被検体のある深度(Focal depth)において、波面がある一点で送信フォーカス点F(Focal point)があう状態となる。送信フォーカス点Fの深さは、任意に設定することができる。送信フォーカス点Fにて焦点が集まった波面は、再び拡散し、送信開口Txを底とし送信フォーカス点Fを節とする交差する2つの直線で区切られた砂時計型の空間内を超音波送信波が伝播する。すなわち、送信開口Txで放射された超音波は、しだいにその空間上での幅(図中の横軸方向)を小さくし、送信フォーカス点Fでその幅を最小化し、それよりも深部(図中では上部)に進行するにしたがって、再び、その幅を大きくしながら拡散し、伝播することとなる。この砂時計型の領域(斜線ハッチングで示した領域)を超音波照射領域Axと称呼する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a propagation path of an ultrasonic transmission wave by the transmission beam former 103 in the ultrasonic
In the
2.受信ビームフォーマ部104の構成
受信ビームフォーマ部104は、プローブ101で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子101aで得られた電気信号から音響線信号を生成する。図3は、受信ビームフォーマ部104の構成を示す機能ブロック図である。図3に示すように、受信ビームフォーマ部104は、受信部1041、受信開口設定部1042、送信時間算出部1043、受信時間算出部1044、遅延量算出部1045、遅延処理部1046、重み算出部1047、及び加算部1048を備える。
2. Configuration of
以下、受信ビームフォーマ部104を構成する各部の構成について説明する
(1)受信部1041
受信部1041は、マルチプレクサ部102を介してプローブ101と接続され、送信イベント毎にプローブ101での超音波反射波の受信から得た電気信号を増幅した後AD変換した受信信号(RF信号)を生成する回路である。送信イベントの順に時系列に受信信号を生成しデータ格納部107に出力し、データ格納部107に受信信号を保存する。
Hereinafter, the configuration of each unit constituting the
The receiving
ここで、受信信号(RF信号)とは、各振動子にて受信された反射超音波から変換された電気信号をA/D変換したデジタル信号であり、各振動子にて受信された超音波の送信方向(被検体の深さ方向)に連なった信号の列を形成している。
送信イベントでは、上述のとおり、送信部1031は、プローブ101に存する複数の振動子101a中、送信開口Txに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させる。これに対し、受信部1041は、送信イベントごとにプローブ101に存する複数の振動子101aの一部又は全部に当る振動子の各々が得た反射超音波に基づいて、各振動子に対する受信信号の列を生成する。ここで、反射超音波を受信する振動子の数は、送信開口Txに含まれる振動子の数よりも多いことが好ましい。また、当該振動子の数はプローブ101に存する振動子101aの全数としてもよい。
Here, the received signal (RF signal) is a digital signal obtained by A / D-converting an electrical signal converted from the reflected ultrasonic wave received by each transducer, and the ultrasonic wave received by each transducer. The signal sequence connected in the transmission direction (depth direction of the subject) is formed.
In the transmission event, as described above, the
送信部1031は、送信イベントごとに送信開口Txを列方向に漸次移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ101に存する複数の振動子101a全体から超音波送信を行う。受信部1041は、送信イベントごとに各振動子に対する受信信号の列を生成し、生成された受信信号はデータ格納部107に保存される。
(2)受信開口設定部1042
受信開口設定部1042は、制御部108からの制御信号に基づき、プローブ101に存する複数の振動子の一部に当たり、列中心が送信開口Txに含まれる振動子列の列中心と合致する振動子列(第2の振動子列)を受信振動子として選択して受信開口Rxを設定する回路である。
The
(2) Reception
Based on the control signal from the
図4は、受信ビームフォーマ部104により設定された受信開口Rxと送信開口Txとの関係を示す模式図である。図4に示すように、本実施の形態では、受信開口Rxの中心軸Rxoの位置は、送信開口Txの中心軸Txoの位置と同一であり、受信開口Rxは、送信フォーカス点Fを中心として対称な開口である。したがって、送信イベントにごとに列方向に移動する送信開口Txの位置変化に同期して、受信開口Rxの位置も移動する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the reception aperture Rx and the transmission aperture Tx set by the
また、超音波照射領域全体からの反射波を受信するために、受信開口Rxに含まれる振動子の数は、対応する送信イベントにおける送信開口Txに含まれる振動子の数以上に設定することが好ましい。受信開口Rxを構成する振動子列の数は、例えば32,64,96,128,192等としてもよい。
受信開口Rxを設定は、送信イベントに対応して、送信イベントと同じ回数だけ行われる。また、受信開口Rxの設定は、送信イベントに同期して漸次行われる構成であってもよく、あるいは、全ての送信イベントが終了した後に、各送信イベントに対応した受信開口Rxの設定が送信イベントの回数分まとめて行われる構成であってもよい。
Further, in order to receive the reflected wave from the entire ultrasonic irradiation region, the number of transducers included in the reception aperture Rx may be set to be equal to or greater than the number of transducers included in the transmission aperture Tx in the corresponding transmission event. preferable. The number of transducer arrays that form the reception aperture Rx may be, for example, 32, 64, 96, 128, 192, or the like.
The reception aperture Rx is set as many times as the transmission event corresponding to the transmission event. The setting of the reception aperture Rx may be performed gradually in synchronization with the transmission event, or after all the transmission events are finished, the setting of the reception aperture Rx corresponding to each transmission event is the transmission event. The number of times may be collectively performed.
選択された受信開口Rxの位置を示す情報は制御部108を介してデータ格納部107に出力される。
受信開口Rxの位置を示す情報が出力されたデータ格納部107は、受信開口Rxの位置を示す情報と受信振動子に対応する受信信号とを、送信時間算出部1043、受信時間算出部1044、遅延処理部1046に出力する。
Information indicating the position of the selected reception aperture Rx is output to the
The
(3)送信時間算出部1043
送信時間算出部1043は、送信された超音波が被検体中の観測点Pに到達する送信時間を算出する回路である。送信イベントに対応して、データ格納部107から取得した、送信開口Txに含まれる振動子の位置を示す情報に基づき、超音波照射領域Ax内に存在する任意の観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijに到達する送信時間を算出する。
(3) Transmission
The transmission
図5は、送信開口Txから放射され、超音波照射領域Ax内の任意の位置にある観測点Pijにおいて反射され受信開口Rx内に位置する受信振動子Rkに到達する超音波の伝播経路を説明するための模式図である。送信開口Txから放射された送信波は、経路401を通って送信フォーカス点Fにて波面が集まり、再び、拡散する中で観測点Pijに到達し、観測点Pijで音響インピーダンスに変化があれば反射波を生成し、その反射波がプローブ101における受信開口Rx内の受信振動子Rkに戻っていく。送信フォーカス点Fは送信ビームフォーマ部103の設計値として規定されているので、送信フォーカス点Fから任意の観測点Pijまでの経路402の長さは幾何学的に算出することができる。
FIG. 5 illustrates the propagation path of the ultrasonic wave radiated from the transmission aperture Tx, reflected at the observation point Pij at an arbitrary position in the ultrasonic irradiation region Ax, and reaching the reception transducer Rk positioned in the reception aperture Rx. It is a schematic diagram for doing. The transmitted wave radiated from the transmission aperture Tx gathers at the transmission focus point F through the
送信時間算出部1043は、1回の送信イベントに対し、超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijに到達する送信時間を算出して遅延量算出部1045に出力する。
(4)受信時間算出部1044
受信時間算出部1044は、観測点Pからの反射波が、受信開口Rxに含まれる受信振動子Rkの各々に到達する受信時間を算出する回路である。送信イベントに対応して、データ格納部107から取得した受信振動子Rkの位置を示す情報に基づき、超音波照射領域Ax内に存在する任意の観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijで反射され受信開口Rxの各受信振動子Rkに到達する受信時間を算出する。
The transmission
(4) Reception
The reception
上述のとおり、観測点Pijに到達した送信波は、観測点Pijで音響インピーダンスに変化があれば反射波を生成し、その反射波がプローブ101における受信開口Rx内の各受信振動子Rkに戻っていく。受信開口Rx内の各受信振動子Rkの位置情報はデータ格納部107から取得されるので、任意の観測点Pijから各受信振動子Rkまでの経路403の長さは幾何学的に算出することができる。
As described above, the transmitted wave that has reached the observation point Pij generates a reflected wave if the acoustic impedance changes at the observation point Pij, and the reflected wave returns to each reception transducer Rk in the reception aperture Rx of the
受信時間算出部1044は、1回の送信イベントに対し、超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて、送信された超音波が観測点Pijで反射して各受信振動子Rkに到達する受信時間を算出して遅延量算出部1045に出力する。
(5)遅延量算出部1045
遅延量算出部1045は、送信時間と受信時間とから受信開口Rx内の各受信振動子Rkへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受信振動子Rkに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出する回路である。遅延量算出部1045は、送信時間算出部1043から送信された超音波が観測点Pijに到達する送信時間と、観測点Pijで反射して各受信振動子Rkに到達する受信時間を取得する。そして、送信された超音波が各受信振動子Rkへ到達するまでの総伝播時間を算出し、各受信振動子Rkに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Rkに対する遅延量を算出する。遅延量算出部1045は、超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて、各受信振動子Rkに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出して遅延処理部1046に出力する。
For one transmission event, the reception
(5) Delay
The delay
(6)遅延処理部1046
遅延処理部1046は、受信開口Rx内の受信振動子Rkに対する受信信号の列から、各受信振動子Rkに対する遅延量に相当する受信信号を、観測点Pijからの反射超音波に基づく各受信振動子Rkに対応する受信信号として同定する回路である。遅延処理部1046は、送信イベントに対応して、データ格納部107から受信振動子Rkの位置を示す情報、及び受信振動子Rkに対応する受信信号を、遅延量算出部1045から各受信振動子Rkに対する受信信号の列に適用する遅延量を入力として取得する。そして、各受信振動子Rkに対応する受信信号の列から、各受信振動子Rkに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Pijからの反射波に基づく受信信号として同定し、加算部1048に出力する。
(6)
The
(7)重み算出部1047
重み算出部1047は、受信開口Rxの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子Rkに対する重み数列(受信アポダイゼーション)を算出する回路である。
図4に示すように、重み数列は受信開口Rx内の各振動子に対応する受信信号に適用される重み係数の数列である。重み数列は、送信フォーカス点Fを中心として対称な分布をなす。重み数列の分布の形状は、ハミング窓、ハニング窓、矩形窓などを用いることができ、分布の形状は特に限定されない。重み数列は、受信開口Rxの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるように設定され、重みの分布の中心軸は、受信開口中心軸Rxoと一致する。重み算出部1047は、データ格納部107から出力される受信振動子Rkの位置を示す情報を入力として、各受信振動子Rkに対する重み数列を算出し加算部1048に出力する。
(7)
The
As shown in FIG. 4, the weight sequence is a sequence of weight coefficients applied to the reception signal corresponding to each transducer in the reception aperture Rx. The weight sequence has a symmetric distribution around the transmission focus point F. As the distribution shape of the weight sequence, a Hamming window, Hanning window, rectangular window, or the like can be used, and the distribution shape is not particularly limited. The weight sequence is set so that the weight for the transducer located at the center in the column direction of the reception aperture Rx is maximized, and the central axis of the distribution of the weights coincides with the reception aperture central axis Rxo. The
(8)加算部1048
加算部1048は、遅延処理部1046から出力される各受信振動子Rkに対応して同定された受信信号を入力として、それらを加算して、観測点Pijに対する整相加算された音響線信号を生成する回路である。あるいは、さらに、重み算出部1047から出力される各受信振動子Rkに対する重み数列を入力として、各受信振動子Rkに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Rkに対する重みを乗じて加算して、観測点Pijに対する音響線信号を生成する構成としてもよい。ここで、「音響線信号」とは、整相加算処理がされたあとの観測点Pijに対する受信信号をさす。遅延処理1046において受信開口Rx内に位置する各受信振動子Rkが検出した受信信号の位相を整えて加算部1048にて加算処理をすることにより、観測点Pijからの反射波に基づいて各受信振動子Rkで受信した受信信号を重ね合わせてその信号S/N比を増加し、観測点Pijからの受信信号を抽出することができる。
(8)
The
1回の送信イベントとそれに伴う処理から、超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて音響線信号を生成することができる。そして、送信イベントごとに送信開口Txを列方向に漸次移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ101に存する全ての振動子101aから超音波送信を行うことにより1フレームの音響線信号を生成する。「フレーム」とは、1枚の超音波画像を構築する上で必要な1つのまとまった信号の単位をさす。また、1回の送信イベントから生成される超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijに対する音響線信号をサブフレームの音響線信号と称呼する。
An acoustic line signal can be generated for all the observation points Pij existing in the ultrasonic irradiation area Ax from one transmission event and the processing associated therewith. Then, for each transmission event, ultrasonic transmission is repeated while gradually moving the transmission aperture Tx in the column direction, and ultrasonic transmission is performed from all the
加算部1048により、送信イベントごとに超音波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijに対するサブフレームの音響線信号が生成される。生成されたサブフレームの音響線信号は、データ格納部107出力され保存される。
<動作について>
以上の構成からなる超音波診断装置100の動作について説明する。図6は、超音波診断装置100における受信ビームフォーマ部104のビームフォーミング処理動作を示すフローチャートである。
The
<About operation>
The operation of the ultrasonic
先ず、ステップS101において、送信部1031は、プローブ101に存する複数の振動子101a中送信開口Txに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるための送信信号を供給する送信処理(送信イベント)を行う。
次に、ステップS102において、受信部1041は、プローブ101での超音波反射波の受信から得た電気信号に基づき受信信号を生成しデータ格納部107に出力し、データ格納部107に受信信号を保存する。プローブ101に存する全ての振動子101aから超音波送信が完了したか否かを判定する(ステップS103)。そして、完了していない場合にはステップS101に戻り、送信開口Txを列方向に漸次移動させながら送信イベントを行い、完了している場合にはステップS104に進む。
First, in step S101, the
Next, in step S <b> 102, the
次に、ステップS104において、受信開口設定部1042は、送信イベントに対応して列中心が送信開口Txに含まれる振動子列の列中心と合致する振動子列を受信振動子Rkとして選択して受信開口Rxを設定する。
次に、送信開口Tx及び受信開口Rxから求められる超音波照領域Ax内の観測点Pijの位置を示す座標ijを超音波照領域Ax内の最小値に初期化し(ステップS105、S106)、観測点Pijについて音響線信号を生成する(ステップS107)。
Next, in step S104, the reception
Next, the coordinates ij indicating the position of the observation point Pij in the ultrasonic irradiation area Ax obtained from the transmission opening Tx and the reception opening Rx are initialized to the minimum value in the ultrasonic irradiation area Ax (steps S105 and S106) and observed. An acoustic line signal is generated for the point Pij (step S107).
次に、ステップS107における、観測点Pijについて音響線信号を生成処理の動作について説明する。図7は、受信ビームフォーマ部104における観測点Pijについての音響線信号生成動作を示すフローチャートである。図8は、受信ビームフォーマ部104における観測点Pijについての音響線信号生成動作を説明するための模式図である。
先ず、ステップS1071において、送信時間算出部1043は、超音波照射領域Ax内に存在する任意の観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijに到達する送信時間を算出する。送信時間は、幾何学的に定まる受信開口Rx内の受信振動子から送信フォーカス点Fを経由して観測点Pijに至る経路(401+402)の長さを超音波の音速csで除することにより算出できる。
Next, an operation of generating an acoustic line signal for the observation point Pij in step S107 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an acoustic line signal generation operation for the observation point Pij in the
First, in step S1071, the transmission
次に受信開口Rx内の受信振動子Rkの位置を示す座標kを受信開口Rx内の最小値に初期化し(ステップS1072)、送信された超音波が被検体中の観測点Pijで反射され受信開口Rxの受信振動子Rkに到達する受信時間を算出する(ステップS1073)。受信時間は、幾何学的に定まる観測点Pijから受信振動子Rkまでの経路403の長さを超音波の音速csで除することにより算出できる。さらに、送信時間と受信時間の合計から、送信開口Txから送信された超音波が観測点Pijで反射して受信振動子Rkに到達するまでの総伝播時間を算出し(ステップS1074)、受信開口Rx内の各受信振動子Rkに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Rkに対する遅延量を算出する(ステップS1075)。
Next, the coordinate k indicating the position of the reception transducer Rk in the reception aperture Rx is initialized to the minimum value in the reception aperture Rx (step S1072), and the transmitted ultrasonic wave is reflected by the observation point Pij in the subject and received. The reception time for reaching the receiving transducer Rk in the opening Rx is calculated (step S1073). The reception time can be calculated by dividing the length of the
受信開口Rx内に存在する全ての受信振動子Rkについて遅延量の算出を完了したか否かを判定し(ステップS1076)、完了していない場合には座標kをインクリメント(ステップS1077)して、更に受信振動子Rkについて遅延量の算出し(ステップS1073)、完了している場合にはステップS1078に進む。この段階では、受信開口Rx内に存在する全ての受信振動子Rkについて観測点Pijからの反射波到達の遅延量が算出されている。 It is determined whether or not the calculation of the delay amount has been completed for all the reception transducers Rk existing in the reception aperture Rx (step S1076). If not completed, the coordinate k is incremented (step S1077). Further, a delay amount is calculated for the receiving transducer Rk (step S1073), and if completed, the process proceeds to step S1078. At this stage, the delay amount of the reflected wave arrival from the observation point Pij is calculated for all the reception transducers Rk existing in the reception opening Rx.
ステップS1078において、遅延処理部1046は、受信開口Rx内の受信振動子Rkに対応する受信信号の列から、各受信振動子Rkに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Pijからの反射波に基づく受信信号として同定する。
次に、重み算出部1047は、受信開口Rxの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子Rkに対する重み数列を算出する(ステップS1079)。加算部1048は、各受信振動子Rkに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Rkに対する重みを乗じて加算して、観測点Pijに対する音響線信号を生成し(ステップS1170)、生成された観測点Pijについて音響線信号はデータ格納部107に出力され保存される(ステップS1171)。
In step S1078, the
Next, the
次に、図6に戻り、座標ijをインクリメントしてステップS107を繰り返すことにより、超音波照領域Ax内の座標ijに位置する全ての観測点Pij(図8中の「・」)について音響線信号が生成される。超音波照領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて音響線信号の生成を完了したか否かを判定し(ステップS108、S110)、完了していない場合には座標ijをインクリメント(ステップS109、S111)して、観測点Pijについて音響線信号を生成し(ステップS107)、完了した場合にはステップS112に進む。この段階では、1回の送信イベントに伴う超音波照領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについてのサブフレームの音響線信号が生成され、データ格納部107に出力され保存されている。
Next, returning to FIG. 6, the coordinate ij is incremented and the step S107 is repeated, so that the acoustic lines for all the observation points Pij (“·” in FIG. 8) located at the coordinates ij in the ultrasound irradiation region Ax. A signal is generated. It is determined whether or not the generation of the acoustic line signal has been completed for all the observation points Pij existing in the ultrasonic illumination region Ax (steps S108 and S110). If not, the coordinates ij are incremented (step S109). , S111), an acoustic line signal is generated for the observation point Pij (step S107), and if completed, the process proceeds to step S112. In this stage, sub-frame acoustic line signals for all observation points Pij existing in the ultrasound irradiation area Ax associated with one transmission event are generated and output to the
次に、ステップS112では、ステップS107で生成した観測点Pijに関する音響線信号と、同一位置の観測点Pについての異なる送信イベントにより既に生成されデータ格納部107に保存されている音響線信号の有無を判定する。存在する場合には、加算部1048は、ステップS107で生成した音響線信号とデータ格納部107に保存されている音響線信号とを合成する。全ての送信イベントについて、サブフレームの音響線信号の生成が終了したか否かを判定し(ステップS113)、終了していない場合には、ステップS104に戻り、次の送信イベントでの送信開口Txに対応する受信開口Rxを設定する(ステップS104)し、終了している場合には処理を終了する。
Next, in step S112, the presence / absence of the acoustic line signal generated in step S107 and the acoustic line signal already generated by a different transmission event for the observation point P at the same position and stored in the
<効 果>
以上説明した、本実施の形態に係る超音波診断装置100では、上記した構成により、受信開口設定部1042は送信イベントに対応して列中心が送信開口Txに含まれる振動子列の列中心と合致する振動子列を受信振動子として選択して受信開口Rxを設定する。そのため、受信開口Rxの中心軸Rxoの位置は、送信開口Txの中心軸Txoの位置と同一であり、送信イベントにごとに列方向に移動する送信開口Txの位置変化に同期して、受信開口Rxの位置も変化(移動)する。あるいは、さらに、送信開口Txの中心軸Txoの位置を中心として列方向に対称な受信アポダイゼーションを用いて受信ビームフォーマを行う。よって、送信イベント毎にそれぞれ異なる受信開口(または、受信開口及び受信アポダイゼーション)にて整相加算を行うことができ、複数の送信イベントにわたって受信時刻は異なるものの、結果としてより一層広い受信開口(または、受信開口及び受信アポダイゼーション)を用いた受信処理の効果が得られ、広い観測領域で空間分解能を均一にすることができる。
<Effect>
In the ultrasonic
また、超音波診断装置100は、送信開口Txから送信された超音波が送信フォーカス点Fを経由して超音波照領域Ax内の観測点Pijで反射され受信開口Rxの受信振動子Rkに到達するまでの総伝播時間を算出して総伝播経路に基づく遅延制御を行なうことで、超音波照領域Ax内に位置する全ての観測点Pijについて各点にフォーカスした整相加算を行い、当該点について音響線信号を生成する。これにより、1回の超音波送信イベントから、超音波照射範囲中、送信超音波ビームの中心軸上以外の範囲からの反射超音波に基づいても音響線信号を生成することができ、送信超音波の利用効率を向上することにより空間分解能と信号S/N比を向上することができる。
In the ultrasonic
さらに、超音波診断装置100は、合成開口法により、異なる送信イベントにより生成された同一位置にある観測点Pについての音響線信号に重ね合わせて合成する。これにより、複数の送信イベントに対して送信フォーカス点F以外の深度にある観測点Pにおいても、仮想的に送信フォーカスを行った効果が得られ空間分解能と信号S/N比をより一層向上することができる。
Furthermore, the ultrasonic
≪実施の形態2≫
実施の形態1に係る超音波診断装置100では、受信開口設定部1042は、列中心が送信開口Tx振動子列の列中心と合致する受信開口Rx振動子列を選択する構成とした。しかしながら、受信開口Rxの構成は、送信開口Txから送信された超音波が送信フォーカス点Fを経由して超音波照領域Ax内の観測点Pijで反射され受信開口Rxの受信振動子Rkに到達するまでの総伝播時間を算出して総伝播経路に基づく遅延制御を行なうことで、超音波照領域Ax内に位置する全ての観測点Pijについての音響線信号を生成するものであればよく、受信開口Rxの構成は適宜変更することができる。
<< Embodiment 2 >>
In the ultrasonic
実施の形態2では、受信ビームフォーマ部104Aにおける受信開口設定部1042Aは、列中心が観測点Pに最も空間的に近接する振動子と合致するよう受信開口Rxを選択する構成とした。受信開口設定部1042A以外の構成については、実施の形態1に示した各要素と同じであり、同し部分については説明を省略する。超音波診断装置100Aは、上記受信ビームフォーマ部104Aの他、実施の形態1と同じマルチプレクサ部102、送信ビームフォーマ部103、超音波画像生成部105から構成される超音波信号処理回路からなる超音波信号処理装置を備える。
In the second embodiment, the reception
<構 成>
以下、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aについて、図面を参照しながら説明する。図9は、超音波診断装置100Aの受信ビームフォーマ部104Aの構成を示す機能ブロック図である。超音波診断装置100Aは、超音波診断装置100における受信開口設定部1042に替えて受信開口設定部1042Aを備えた点で超音波診断装置100と相違する。受信開口設定部1042A以外の構成については、超音波診断装置100と同じであり、同し部分については説明を省略する。
<Configuration>
Hereinafter, an ultrasonic
上述のとおり、受信開口設定部1042Aは、列中心が観測点Pに最も空間的に近接する振動子と合致するよう受信開口Rx振動子列を選択する。図10は、受信ビームフォーマ部104Aにより設定された受信開口Rxと送信開口Txとの関係を示す模式図である。図10に示すように、実施の形態2では、受信開口Rx振動子列の列中心が、観測点Pijに最も空間的に近接する振動子Xkと合致するように受信開口Rx振動子列が選択される。また、受信開口Rxの列方向の中心に位置する振動子Xkに対する重みが最大となるよう受信開口Rxの各受信振動子Rkに対する重み数列(受信アポダイゼーション)は算出される。重み数列は、振動子Xkを中心として対称な分布をなす。重み数列の分布の形状は、ハミング窓、ハニング窓、矩形窓などを用いることができ、分布の形状は特に限定されない。
As described above, the reception
そのため、受信開口Rxの位置は、観測点Pijの位置によって定まり、送信イベント毎に変動する送信開口Txの位置に基づいては変化しない。すなわち、異なる送信イベントであっても、同一位置にある観測点Pijについての音響線信号を生成する処理においては、同一の受信開口Rx内の受信振動子Rkによって取得された受信信号に基づき整相加算が行われる。 Therefore, the position of the reception aperture Rx is determined by the position of the observation point Pij and does not change based on the position of the transmission aperture Tx that varies for each transmission event. That is, even in different transmission events, in the process of generating the acoustic line signal for the observation point Pij at the same position, the phasing is performed based on the reception signals acquired by the reception transducers Rk in the same reception opening Rx. Addition is performed.
<動作について>
図11は、受信ビームフォーマ部104Aのビームフォーミング処理動作を示すフローチャートである。本フローチャートでは、図6における送信同期型ビームフォーミング処理(ステップS10(S104〜S111))に替えて観測点同期型ビームフォーミング処理(ステップS20(S204〜S211))を行う点にて相違する。ステップS20以外の処理については、図6と同じであり、同し部分については説明を省略する。
<About operation>
FIG. 11 is a flowchart showing the beamforming processing operation of the
まず、観測点Pijの位置を示す座標ijを初回の送信イベントにおける送信開口Txから求められる超音波照領域Ax内の最小値に初期化し(ステップS205、S206)、受信開口設定部1042Aは、列中心が観測点Pijに最も空間的に近接する振動子Xkと合致するよう受信開口Rx振動子列を選択する(ステップS204)。
次に、観測点Pijについて音響線信号を生成する(ステップS207)。
First, the coordinates ij indicating the position of the observation point Pij are initialized to the minimum value in the ultrasound irradiation area Ax obtained from the transmission aperture Tx in the first transmission event (steps S205 and S206), and the reception
Next, an acoustic line signal is generated for the observation point Pij (step S207).
図12は、受信ビームフォーマ部104Aにおける観測点Pijについての音響線信号生成動作を説明するための模式図である。ステップS207における処理方法は、図6におけるステップS107(図7におけるステップS1071〜ステップS1171)と同じである。座標ijをインクリメントしてステップS207を繰り返すことにより、超音波照領域Ax内の座標ijに位置する全ての観測点Pij(図12中の「・」)について音響線信号が生成される。超音波照領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて音響線信号の生成を完了したか否かを判定し(ステップS208、S210)、完了していない場合には座標ijをインクリメント(ステップS209、S211)して、観測点Pijについて音響線信号を生成し(ステップS207)、完了している場合にはステップS112に進む。この段階では、1回の送信イベントに伴う超音波照領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについてのサブフレームの音響線信号が生成され、データ格納部107に出力され保存されている。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an acoustic line signal generation operation for the observation point Pij in the
次に、ステップS112では、ステップS207で生成した観測点Pijに関する音響線信号と、同一位置の観測点Pについての異なる送信イベントにより既に生成されデータ格納部107に保存されている音響線信号が存在する場合には、加算部1048は、ステップS207で生成した音響線信号とデータ格納部107に保存されている音響線信号とを合成する。
Next, in step S112, there is an acoustic line signal that is already generated by a different transmission event for the observation point P at the same position and stored in the
次に、全ての送信イベントについて、サブフレームの音響線信号の生成が終了したか否かを判定し(ステップS113)、終了していない場合には、ステップS205に戻り、観測点Pijの位置を示す座標ijを、次の送信イベントでの送信開口Txから求められる超音波照領域Ax内の最小値に初期化し(ステップS205、S206)、受信開口Rxを設定する(ステップS204)し、終了している場合には処理を終了する。 Next, for all transmission events, it is determined whether or not the generation of the acoustic line signal of the subframe is completed (step S113). If not completed, the process returns to step S205, and the position of the observation point Pij is set. The indicated coordinates ij are initialized to the minimum value in the ultrasound irradiation area Ax obtained from the transmission aperture Tx in the next transmission event (steps S205 and S206), the reception aperture Rx is set (step S204), and the process ends. If yes, the process ends.
<効 果>
以上説明したように、本実施の形態に係る超音波診断装置100Aでは、受信開口設定部1042Aは、列中心が観測点Pに最も空間的に近接する振動子と合致するよう受信開口Rx振動子列を選択し、送信イベントに依存せず観測点Pの位置に基づいて、観測点Pを中心として列方向に対称な受信開口を用いて受信ビームフォーマを行う。あるいは、さらに、観測点Pを中心として列方向に対称な受信アポダイゼーションを用いて受信ビームフォーマを行う。そのため、送信フォーカス点Fを横軸方向に変化(移動)させる送信イベントに同期せず、受信開口(または、受信開口及び受信アポダイゼーション)の位置が一定となり、異なる送信イベントにおいても同一の観測点Pに対して同一の受信開口(または、受信開口及び受信アポダイゼーション)にて整相加算を行うことができる。併せて、観測点Pからの反射波を、観測点Pから距離が小さい振動子ほど大きな重み数列が適用されることができるので、超音波が伝播距離に依存して減衰することを鑑みても、観測点Pに対して最も感度よく反射波を受信することができる。その結果、局所的に高い空間分解能と信号S/N比を実現できる。
<Effect>
As described above, in the ultrasonic
≪実施の形態3≫
実施の形態1に係る超音波診断装置100では、受信開口設定部1042が、列中心が送信開口Tx振動子列の列中心と合致する受信開口Rx振動子列を選択する受信ビームフォーマ部104(送信同期型受信開口(Tx))を備える構成とした。また、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aでは、受信開口設定部1042Aは、列中心が観測点Pに最も空間的に近接する振動子と合致するよう受信開口Rx振動子列を選択する受信ビームフォーマ部104A(観測点同期型受信開口(Rx))を備える構成とした。
<< Embodiment 3 >>
In the ultrasonic
しかしながら、ビームフォー部マ104、104Aを有する構成において、両方のビームフォーマ部を同時に使用し、予め決定された方法や操作者による選択により何れかのビームフォーマを選択したり、ビームフォーマ部104、104Aの出力を混合する構成としてもよい。
実施の形態3に係る超音波診断装置100Bは、実施の形態1に係る受信ビームフォーマ部104(又は実施の形態2に係る受信ビームフォーマ部104A)に替えて、受信ビームフォーマ部104及び104Aを内包する選択出力受信ビームフォーマ部104Bを備えた点に特徴を有する。選択出力受信ビームフォーマ部104B以外の構成は、実施の形態1に示した各要素と同じであり、同し部分については説明を省略する。超音波診断装置100Bは、受信ビームフォーマ部104Bの他、実施の形態1と同じマルチプレクサ部102、送信ビームフォーマ部103、超音波画像生成部105から構成される超音波信号処理回路からなる超音波信号処理装置を備える。
However, in the configuration having the
The ultrasonic
図13は、超音波診断装置100Bの選択出力受信ビームフォーマ部104Bの構成を示す機能ブロック図である。図13に示すように、選択出力受信ビームフォーマ部104Bは、受信ビームフォーマ部104と、受信ビームフォーマ部104Aと、両ビームフォーマ部の出力に基づいて両出力に対する選択信号を算出するTx/Rx選択信号算出部701と、選択信号に基づき受信ビームフォーマ部104及び受信ビームフォーマ部104Aの各々の出力の何れかを選択して出力する選択出力部704を有する。
FIG. 13 is a functional block diagram showing the configuration of the selective output
Tx/Rx選択信号算出部701は、受信ビームフォーマ部104の出力する音響線信号(以後、「第1の音響線信号」とする)及び/又は受信ビームフォーマ部104Aの出力する音響線信号(以後、「第2の音響線信号」とする)を入力として、例えば、両信号の示す値、例えば輝度値の大小等に基づき選択信号を算出して選択出力部704に出力する。選択信号は、第1又は第2の音響線信号の何れを選択するかを示す信号である。Tx/Rx選択信号算出部701に入力される各ビームフォーマ部からの出力は、合成開口法により合成された、被検体内の砂時計型の超音波照射領域Axにある観測点Pに対する整相加算された音響線信号である。選択出力部704は、Tx/Rx選択信号算出部701からの選択信号を入力し、第1の音響線信号及び第2の音響線信号のうち、選択信号の示す信号を超音波画像生成部105に出力する。あるいは、Tx/Rx選択信号算出部701は、プローブ101の複数の振動子で取得された超音波の反射波に基づく電気信号をA/D変換した受信信号などを入力としてもよい。ここで、選択出力部704の出力信号を切替えるための動作はフレーム毎に行うことが好ましい。しかしながら、観測点毎、または送信イベント毎に行う構成であってもよい。
The Tx / Rx selection
受信ビームフォーマ部104と受信ビームフォーマ部104Aの選択の異なる一例について更に説明する。それらは,Tx/Rx選択信号算出部701、および選択出力部704の動作に関する。
生体内に穿刺針を挿入して組織や体液を採取し、これを診断する生体組織診断(バイオプシー)が行われる場合に、穿刺針の位置を確認しながら穿刺針を生体内へ挿入する。このとき、アタッチメントやガイドを備えた超音波探触子に穿刺針を取りつけ、超音波画像により穿刺針の位置を確認しがら穿刺針の挿入を行う場合がある。そして、このように穿刺針を生体内に挿入する際に、例えば、Tx/Rx選択信号算出部701は、第1の音響線信号又は第2の音響線信号に基づき、穿刺針の有無を判断し、穿刺針があると判断した場合にはビームフォーマ部104を選択する構成としてもよい。穿刺針の有無の判断では、得られた音響線信号に高輝度な線状の反射部分があり、かつ被検体の体表からも線状の反射部分の一部が観測されている場合に、穿刺針有と判断することができる。
Another example of selection of the
When a biopsy is performed by inserting a puncture needle into a living body to collect tissue or body fluid and diagnosing it, the puncture needle is inserted into the living body while checking the position of the puncture needle. At this time, the puncture needle may be inserted while attaching the puncture needle to an ultrasonic probe provided with an attachment or a guide and confirming the position of the puncture needle by an ultrasonic image. Then, when the puncture needle is inserted into the living body in this way, for example, the Tx / Rx selection
穿刺針からの反射波は、一般的な生体組織でみられる散乱反射によるエコー像とは異なり、超音波の反射が鏡面反射の影響が強い。そのため、生体への針挿入角とプローブとの位置関係とに基づき決定される方向に強い反射波が生成されるので、穿刺針からの反射波の検出では、その特定の方向からの反射波を受信することが必須となる。これに対し、本形態に係るビームフォーマ部104では、合成開口技術を用いているので受信開口を広く設定することができるので、特定の方向からの反射波を受信するために適した構成であるといえる。すなわち、穿刺針からの反射波の検出には、ビームフォーマ部104を用いることが好ましい。
The reflected wave from the puncture needle is different from the echo image due to the scattering reflection seen in a general biological tissue, and the reflection of the ultrasonic wave is strongly influenced by the specular reflection. Therefore, since a strong reflected wave is generated in a direction determined based on the needle insertion angle to the living body and the positional relationship between the probe and the reflected wave from the puncture needle, the reflected wave from that specific direction is detected. It is essential to receive. On the other hand, the
なお、穿刺針に限らず、他の鏡面構造物を生体内に挿入している場合にも、同様の構成を適用することができる。
また、Tx/Rx選択信号算出部701は、操作者からの操作入力、又は予め設定された条件に基づき、第1音響線信号又は第2音響線信号の何れかを選択する構成としてもよい。ここで、操作者からの操作入力とは、直接的に第1音響線信号又は第2音響線信号の何れかを選択する操作入力であってもよい。あるいは、第1音響線信号又は第2音響線信号の何れかを選択する動作とは異なる別の動作の指示を行うための操作入力であってもよい。別の動作の指示を行うための操作入力とは、例えば、穿刺針を挿入する穿刺針モードを選択するという操作入力でもよい。穿刺針モードとは、生体像と穿刺針との両方を描出することにより、操作者が生体像と穿刺針との双方の位置関係を把握することができるモードである。穿刺針モードでは、例えば、針先が強調表示される構成としてもよい。穿刺針モードの選択では、例えば、超音波診断装置に接続されたキーボードやキーなどの入力部によりモードが選択される構成であってもよく、また、予め登録している所定の超音波探触子が超音波診断装置に接続されたことに基づきモードが選択される構成であってもよい。
Note that the same configuration can be applied not only to the puncture needle but also when another mirror surface structure is inserted into the living body.
Further, the Tx / Rx selection
Tx/Rx選択信号算出部701が、予めいずれかのビームフォーマ部の出力を選択出力受信ビームフォーマ部104Bの出力として採用する場合には、選択出力部704では、予め定められた方のビームフォーマ部の出力をそのまま選択出力受信ビームフォーマ部104Bの出力とする。
<変形例1>
実施の形態3の変形例1に係る超音波診断装置100Cは、実施の形態3に係る選択出力受信ビームフォーマ部104Bに替えて、混合出力受信ビームフォーマ部104Cを備えた点に特徴を有する。混合出力受信ビームフォーマ部104C以外の構成は、実施の形態1に示した各要素と同じであり、同し部分については説明を省略する。超音波診断装置100Cは、受信ビームフォーマ部104Cの他、実施の形態1と同じマルチプレクサ部102、送信ビームフォーマ部103、超音波画像生成部105から構成される超音波信号処理回路からなる超音波信号処理装置を備える。
When the Tx / Rx selection
<
The ultrasonic
図14は、超音波診断装置100Cの混合出力受信ビームフォーマ部104Cの構成を示す機能ブロック図である。図13に示すように、混合出力受信ビームフォーマ部104Cは、受信ビームフォーマ部104と、受信ビームフォーマ部104Aと、両ビームフォーマ部の出力に基づいて両出力に対する重み信号を算出するTx/Rx重み信号算出部701Aと、重み信号に基づき受信ビームフォーマ部104及び受信ビームフォーマ部104Aの出力に対し、各々に対する重みを乗じて加算した結果を出力する混合出力部704Aを有する。
FIG. 14 is a functional block diagram showing the configuration of the mixed output
Tx/Rx重み信号算出部701Aは、受信ビームフォーマ部104の出力する音響線信号(第1の音響線信号)及び受信ビームフォーマ部104Aの出力する音響線信号(第2の音響線信号)を入力として、例えば両信号の示す値、例えば平均輝度等の比率に応じて両信号の混合比率を示す重み信号を算出して、混合出力部704Aに出力する。混合出力部704Aは、Tx/Rx重み信号算出部701Aからの重み信号を入力として、第1の音響線信号及び第2の音響線信号の各々に対する重みを乗じて加算した結果を超音波画像生成部105に出力する。また、Tx/Rx重み信号算出部701Aは、プローブ101の複数の振動子で取得された超音波の反射波に基づく電気信号をA/D変換した受信信号などを入力としてもよい。ここで、混合出力部704Aの出力信号における混合比率を変更するための動作はフレーム毎に行うことが好ましい。しかしながら、観測点毎、または送信イベント毎に行う構成であってもよい。
The Tx / Rx weight
また、Tx/Rx重み信号算出部701Aは、操作者からの操作入力又は予め設定された条件に基づき、第1音響線信号及び第2音響線信号を混合する構成としてもよい。Tx/Rx重み信号算出部701A4によって、予め2つのビームフォーマの出力に対する混合比率が定められている場合(例えば0.6:0.4等)には、混合出力受信ビームフォーマ部104Cの出力は、各々のビームフォーマの出力に対して所定の混合比率を乗じたものを加算して混合出力受信ビームフォーマ部104Cの出力とする。これら混合比率は操作者が指定してもよい。操作者の指定により何れか一方のみを出力する構成としてもよい。
Further, the Tx / Rx weight
<効 果>
実施の形態3に係る超音波診断装置100B、及び変形例1に係る超音波診断装置100Cでは、受信開口Rxの設定方法を検査部位の特性等に対して適応的に、あるいは、適切に設定することができるよう受信ビームフォーマ部を構成することにより、検査部位の特性等に適応して、局所的に高い空間分解能を保ちつつ、広い観測領域でも均一的な空間分解能を確保することができる。
<Effect>
In the ultrasonic
上述した実施の形態1に係る超音波診断装置100では、送信同期型の受信ビームフォーマ104を用いることにより受信開口Rxを拡げ、観測点Pから幅広い角度に向けて反射される反射波を拾いそれを画像に反映させて定性的に空間分解能を向上させることができる。よって、超音波診断装置100では、仮想的な広い受信開口による広い観測領域で空間分解能を均一にすることができる。そのため、例えば、臓器等、反射波の強度が比較的均一であり、かつ極端な強度分布がない検査部位に対して有効である。受信開口Rxを拡げることで広い観測領域で空間分解能の均一性向上が図れ、広い観測領域で高画質が得られるので、被検体内の疾患部位を検索する場合等、特定の検査対象が既定されていないような検査により適応するためである。反面、超音波診断装置100では、検査部位等の特性等によっては観測点P以外からのノイズ信号を広く拾う場合もあり得る。
In the ultrasonic
他方、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aにおいて、観測点同期型の受信ビームフォーマ104Aを用いることにより、いかなる送信イベントにおいても受信開口Rxの位置は観測点Pに対し横軸方向に変動しない。そのため、超音波診断装置100の構成に比べて同一の観測点Pに対しては狭い受信開口Rxを用いて受信ビームフォーミングを行うことができる。その結果、局所的に高い空間分解能と信号S/N比を実現できる。例えば、ポリープ等、局所的な強度が高い反射波が生じ、また、検査対象が明確であるようなる検査部位に対して適応性が高い。受信開口Rxを拡げない方が、局所的に高い空間分解能と信号S/N比を実現でき高画質が得られるためである。反面、超音波診断装置100Aでは、受信開口Rxと送信フォーカス点Fとが横軸方向で離れる場合に、送信フォーカス点Fが横軸方向に近接している場合に比べて、受信開口Rxが受信する反射波の受信信号エネルギーの総和が減少するので、検査部位等の特性等によっては、受信感度、信号S/N比が劣化することがあり得る。
On the other hand, in the ultrasonic
これに対し、実施の形態3に係る超音波診断装置100B、及び変形例1に係る超音波診断装置100Cでは、最適な受信開口Rxの設定方法を、検査部位の特性等に適応して、操作者による選択又は受信信号の特徴に応じて設定することができるよう受信ビームフォーマ部が構成されている。そのため、検査部位の特性等に適応して、所的に高い空間分解能を保ちつつ、広い観測領域でも均一的な空間分解能を確保することができ、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる。
On the other hand, in the ultrasonic
<変形例2>
変形例2に係る超音波診断装置は、さらに、変形例1に係る混合出力受信ビームフォーマ部104Cにおいて、入力としてプローブで受信した反射超音波に基づく電気信号をA/D変換した受信信号を用いることを特徴とする。Tx/Rx重み信号算出部701Aが受信信号から特徴抽出を行い、その特徴に基づいて重み信号を適応的に変化させる構成を採る。
<Modification 2>
The ultrasonic diagnostic apparatus according to Modification 2 further uses a reception signal obtained by A / D converting an electrical signal based on the reflected ultrasound received by the probe as an input in the mixed output
図15は、変形例2に係る超音波診断装置の受信ビームフォーマ部における、Tx/Rx重み信号算出部701Aの入力信号を説明するための模式図である。本例の混合出力受信ビームフォーマ部は、送信開口Txから放射され、超音波照射領域Ax内の任意の位置にある観測点Pijにおいて反射され、観測点Pijから最も近接した位置にある受信開口Rx内の振動子Rpに到達する反射超音波に基づく受信信号を入力信号とする。図15において伝播経路801、802、803として表される振動子Rpに対する受信信号値は、受信ビームフォーマ後の信号と高い相関を持つことが発明者の検討により判明している。例えば、経路801、802、803の和に基づいて、遅延を施した振動子Rpに対する受信信号値が大きな値である場合に、受信ビームフォーマ後の信号も大きな値であることが多くなる。したがって、この特徴を用いて、Tx/Rx重み算出部701Aの制御を簡易的に行うことが可能となる。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining an input signal of the Tx / Rx weight
変形例1に示したように、送信同期型の受信ビームフォーマ104、観測点同期型の受信ビームフォーマ104Aの両方を動作させ、それらによる整相加算後の出力結果を用いて、Tx/Rx重み算出部701Aによって重みを算出することもできる。しかしながら、その場合には、2つのビームフォーマを動作させる必要があり高い演算能力が機器に要求される。演算負荷の少ないより簡易な実施の形態として、伝播経路801、802、803の和に基づいて遅延を施した振動子Rpに対する整相加算前の受信信号値を判定値とし、その判定値に基づき重みを算出することができる。
As shown in the first modification, both the transmission synchronization
例えば、あらかじめ定めた閾値Aよりも、判定値が大きい場合には、混合出力受信ビームフォーマ部は、観測点同期型の受信ビームフォーマ104Aの出力をそのまま受信ビームフォーマ部の出力とする。他方、予め定めた閾値Bよりも判定値が小さい場合は、混合出力受信ビームフォーマ部は、送信同期型の受信ビームフォーマ104の出力をそのまま受信ビームフォーマ部の出力とする。また、判定値が閾値Aと閾値Bの間の場合は、所定の方法により混合比率を導出して、混合出力部704Aにおいて混合比率に基づいた出力の混合を行い、混合出力受信ビームフォーマ部の出力とすることができる。
For example, when the determination value is larger than a predetermined threshold A, the mixed output reception beamformer unit directly uses the output of the observation point synchronization
閾値Aと閾値Bを同じ値に設定すれば、Tx/Rx重み算出部701Aはスイッチとして動作することになり、混合出力部704Aでは選択された何れかのビームフォーマの出力を混合出力受信ビームフォーマ部として出力とする。この場合には、実勢の形態3に係る選択出力受信ビームフォーマ部と同じ動作をさせることができる。
以上のように構成された混合出力受信ビームフォーマ部を用いれば、演算負荷の少ないより簡易な処理方法を採ることにより、簡易な回路構成にで、操作者のよる選択又は受信信号の特徴に応じた最適な受信ビームフォーミング方法を設定することができる。そのため、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる。
If the threshold A and the threshold B are set to the same value, the Tx / Rx
If the mixed output reception beamformer configured as described above is used, a simpler processing method with less calculation load can be adopted, so that a simple circuit configuration can be selected according to the selection by the operator or the characteristics of the reception signal. It is possible to set an optimal receive beamforming method. Therefore, it is possible to generate a high-quality ultrasonic image with higher resolution and lower noise than the conventional ultrasonic irradiation region.
<その他の変形例>
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本発明に含まれる。
例えば、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。例えば、本発明の超音波診断装置の診断方法のコンピュータプログラムを有しており、このプログラムに従って動作する(又は接続された各部位に動作を指示する)コンピュータシステムであってもよい。
<Other variations>
Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and the following cases are also included in the present invention.
For example, the present invention may be a computer system including a microprocessor and a memory, the memory storing the computer program, and the microprocessor operating according to the computer program. For example, it may be a computer system that has a computer program of the diagnostic method of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention and operates according to this program (or instructs the connected parts to operate).
また、上記超音波診断装置の全部、もしくは一部、またビームフォーミング部の全部又は一部を、マイクロプロセッサ、ROM、RAM等の記録媒体、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムで構成した場合も本発明に含まれる。上記RAM又はハードディスクユニットには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置はその機能を達成する。 In addition, all or part of the above-described ultrasonic diagnostic apparatus and all or part of the beam forming unit may be configured by a computer system including a recording medium such as a microprocessor, ROM, RAM, and a hard disk unit. It is included in the present invention. The RAM or hard disk unit stores a computer program that achieves the same operation as each of the above devices. Each device achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program.
また、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、1つのシステムLSI(Large Scale Integration(大規模集積回路))から構成されているとしてもよい。システムLSIは、複数の構成部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。なお、LSIは、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。上記RAMには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。例えば、本発明のビームフォーミング方法がLSIのプログラムとして格納されており、このLSIがコンピュータ内に挿入され、所定のプログラム(ビームフォーミング方法)を実施する場合も本発明に含まれる。 In addition, some or all of the constituent elements constituting each of the above-described devices may be configured by one system LSI (Large Scale Integration). The system LSI is an ultra-multifunctional LSI manufactured by integrating a plurality of components on a single chip, and specifically, a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, and the like. . These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them. Note that an LSI may be referred to as an IC, a system LSI, a super LSI, or an ultra LSI depending on the degree of integration. The RAM stores a computer program that achieves the same operation as each of the above devices. The system LSI achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program. For example, the present invention includes a case where the beam forming method of the present invention is stored as an LSI program, and the LSI is inserted into a computer to execute a predetermined program (beam forming method).
なお、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(FieldProgrammableGateArray)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサー(ReConfigurablleProcessor)を利用してもよい。 Note that the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable GateArray) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor (ReConfigurable Processor) that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
また、各実施の形態に係る、超音波診断装置の機能の一部又は全てを、CPU等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。上記超音波診断装置の診断方法や、ビームフォーミング方法を実施させるプログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。プログラムや信号を記録媒体に記録して移送することにより、プログラムを独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい、また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
Furthermore, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology.
Moreover, you may implement | achieve part or all of the function of the ultrasound diagnosing device based on each embodiment, when processors, such as CPU, run a program. It may be a non-transitory computer-readable recording medium in which a program for executing the diagnostic method of the ultrasonic diagnostic apparatus or the beam forming method is recorded. By recording and transferring a program or signal on a recording medium, the program may be executed by another independent computer system, or the program can be distributed via a transmission medium such as the Internet. Needless to say.
上記実施形態に係る超音波診断装置では、記憶装置であるデータ格納部を超音波診断装置内に含む構成としたが、記憶装置はこれに限定されず、半導体メモリ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気記憶装置、等が、超音波診断装置に外部から接続される構成であってもよい。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
In the ultrasonic diagnostic apparatus according to the above embodiment, the data storage unit that is a storage device is included in the ultrasonic diagnostic apparatus. However, the storage apparatus is not limited to this, and the semiconductor memory, hard disk drive, optical disk drive, magnetic A configuration in which a storage device or the like is externally connected to the ultrasonic diagnostic apparatus may be employed.
In addition, division of functional blocks in the block diagram is an example, and a plurality of functional blocks can be realized as one functional block, a single functional block can be divided into a plurality of functions, or some functions can be transferred to other functional blocks. May be. In addition, functions of a plurality of functional blocks having similar functions may be processed in parallel or time-division by a single hardware or software.
また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時(並列)に実行されてもよい。
また、超音波診断装置には、プローブ及び表示部が外部から接続される構成としたが、これらは、超音波診断装置内に一体的に具備されている構成としてもよい。
In addition, the order in which the above steps are executed is for illustration in order to specifically describe the present invention, and may be in an order other than the above. Also, some of the above steps may be executed simultaneously (in parallel) with other steps.
In addition, the probe and the display unit are connected to the ultrasound diagnostic apparatus from the outside, but these may be integrated in the ultrasound diagnostic apparatus.
また、上記実施の形態においては、プローブは、複数の圧電素子が一次元方向に配列されたプローブ構成を示した。しかしながら、プローブの構成は、これに限定されるものではなく、例えば、複数の圧電変換素子を二次元方向に配列した二次元配列振動子や、一次元方向に配列された複数の振動子を機械的に揺動させて三次元の断層画像を取得する揺動型超音波探触子を用いてもよく、測定に応じて適宜使い分けることができる。例えば、2次元に配列されたプローブを用いた場合、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングや電圧の値を個々に変化させることによって、送信する超音波ビームの照射位置や方向を制御することができる。 Moreover, in the said embodiment, the probe showed the probe structure with which the several piezoelectric element was arranged in the one-dimensional direction. However, the configuration of the probe is not limited to this, and for example, a two-dimensional array transducer in which a plurality of piezoelectric transducer elements are arranged in a two-dimensional direction or a plurality of transducers arranged in a one-dimensional direction are mechanically Alternatively, an oscillating ultrasonic probe that oscillates and acquires a three-dimensional tomographic image may be used, and can be appropriately used depending on the measurement. For example, when using a two-dimensionally arranged probe, the irradiation position and direction of the ultrasonic beam to be transmitted can be controlled by individually changing the timing of applying voltage to the piezoelectric transducer and the value of the voltage. .
また、プローブは、送信ビームフォーマ部、受信ビームフォーマ部の一部の機能をプローブに含んでいてもよい。例えば、送信ビームフォーマ部から出力された送信電気信号を生成するための制御信号に基づき、プローブ内で送信電気信号を生成し、この送信電気信号を超音波に変換する。併せて、受信ビームフォーマ部で受信した反射超音波を受信電気信号に変換し、プローブ内で受信電気信号に基づき受信信号を生成する構成を採ることができる。 The probe may include a part of functions of the transmission beamformer unit and the reception beamformer unit. For example, a transmission electric signal is generated in the probe based on a control signal for generating a transmission electric signal output from the transmission beamformer unit, and the transmission electric signal is converted into an ultrasonic wave. In addition, it is possible to adopt a configuration in which the reflected ultrasonic wave received by the reception beamformer unit is converted into a reception electric signal, and the reception signal is generated based on the reception electric signal in the probe.
また、各実施の形態に係る超音波診断装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。更に上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
Moreover, you may combine at least one part among the functions of the ultrasound diagnosing device which concerns on each embodiment, and its modification. Furthermore, all the numbers used above are exemplified for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numbers.
Furthermore, various modifications in which the present embodiment is modified within the range conceivable by those skilled in the art are also included in the present invention.
≪まとめ≫
以上、説明したように、本実施の形態に係る超音波信号処理装置は、超音波プローブ101から被検体に超音波を送信し、得られた反射超音波に基づく受信信号から音響線信号を生成する超音波信号処理装置150であって、超音波信号処理回路151を備え、超音波信号処理回路151は、超音波プローブ101にある複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第1の振動子列から超音波送信を行わせる送信部1031と、複数の振動子が得た被検体中からの反射超音波に基づいて各振動子に対する受信信号列を生成する受信部1041と、複数の振動子の一部に当たり、列中心が第1の振動子列の列中心と合致する第2の振動子列を選択する受信開口設定部1042と、被検体中において送信された超音波が到達する範囲内に位置する複数の観測点Pについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pに到達するまでの送信時間を算出する送信時間算出部1043と、観測点Pからの反射波が第2の振動子列に含まれる受信振動子の各々に到達する受信時間を算出する受信時間算出部1044と、送信時間と受信時間との和から、送信された超音波が観測点Pで反射され各受信振動子へ到達するまでの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて各受信振動子に対する遅延量を算出する遅延量算出部1045と、各受信振動子に対する受信信号列から、遅延量に相当する受信信号値を同定する遅延処理部1046と、各受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき観測点Pに対する音響線信号を生成する加算部1048とを備えたことを特徴とする。また、加算部1048は、各受信振動子に対応して同定された受信信号値を加算する構成であってもよい。
≪Summary≫
As described above, the ultrasonic signal processing apparatus according to the present embodiment transmits an ultrasonic wave from the
係る構成により、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる。
また、別の態様では、さらに、第2の振動子列の列中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受信振動子に対する重み数列を算出する重み算出部1047を備え、加算部1048は、各受信振動子に対応して同定された受信信号値に、各受信振動子に対する重みを乗じて加算する構成であってもよい。
With this configuration, it is possible to generate a high-quality ultrasonic image with higher resolution and lower noise than the conventional ultrasonic irradiation region.
Further, in another aspect, there is further provided a
係る構成により、送信イベント毎にそれぞれ異なる受信開口にて整相加算を行うことができ、より一層広い受信開口を用いた受信処理の効果が得られ、広い観測領域で空間分解能を均一にすることができる。
また、別の態様では、受信開口設定部を第1の受信開口設定部1042、受信時間算出部を第1の受信時間算出部1044、遅延量算出部を第1の遅延量算出部1045、遅延処理部を第1の遅延処理部1046、加算部を第1の加算部1048、受信振動子を第1の受信振動子、音響線信号を第1の音響線信号としたとき、さらに、被検体中において送信された超音波が到達する範囲内に位置する複数の観測点について、列中心が観測点Pに最も空間的に近接する振動子と合致するよう第3の振動子列を選択する第2の受信開口設定部1042Aと、観測点Pからの反射波が、第3の振動子列に含まれる第2の受信振動子の各々に到達する受信時間を算出する第2の受信時間算出部1044と、送信時間と受信時間との和から、送信された超音波が観測点Pで反射され各第2の受信振動子へ到達するまでの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて各第2の受信振動子に対する遅延量を算出する第2の遅延量算出部1045と、各第2の受信振動子に対する受信信号列から、遅延量に相当する受信信号値を同定する第2の遅延処理部1046と、各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき観測点Pに対する第2の音響線信号を生成する第2の加算部1048とを備えた構成であってもよい。また、第2の加算部1048は、各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値を加算する構成であってもよい。
With this configuration, phasing and addition can be performed at different reception apertures for each transmission event, and the effect of reception processing using a wider reception aperture can be obtained, and spatial resolution can be made uniform over a wide observation area. Can do.
In another aspect, the reception aperture setting unit is the first reception
係る構成により、送信フォーカス点Fを横軸方向に変化(移動)させる送信イベントに同期せず、受信開口の位置が一定となり、異なる送信イベントにおいても同一の観測点Pに対して同一の受信開口にて整相加算を行うことができる。
また、別の態様では、さらに、第3の振動子列の列中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各第2の受信振動子に対する重み数列を算出する重み算出部1047を備え、第2の加算部1048は、各第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に、各第2の受信振動子に対する重みを乗じて加算する構成であってもよい。
With such a configuration, the position of the reception aperture is not synchronized with the transmission event that changes (moves) the transmission focus point F in the horizontal axis direction, and the same reception aperture with respect to the same observation point P even in different transmission events. The phasing addition can be performed at.
Further, in another aspect, a
係る構成により、観測点Pからの反射波を、観測点Pから距離が小さい振動子ほど大きな重み数列が適用されることができるので、超音波が伝播距離に依存して減衰することを鑑みても、観測点Pに対して最も感度よく反射波を受信することができる。その結果、局所的に高い空間分解能と信号S/N比を実現できる。
また、別の態様では、さらに、第1の音響線信号又は第2の音響線信号の何れかを選択するTx/Rx選択信号算出部701と、選択結果に基づき第1の音響線信号又は第2の音響線信号の何れかを出力する選択出力部704とを備えた構成であってもよい。また、Tx/Rx選択信号算出部701は、操作者からの操作入力、又は予め設定された条件に基づき、第1音響線信号又は第2音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。また、Tx/Rx選択信号算出部701は、受信信号の特徴量に基づき、第1の音響線信号又は第2の音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。また、別の態様では、前記Tx/Rx選択信号算出部は、受信信号に基づいて穿刺針の有無を判断し、前記穿刺針が有ると判断した場合には前記第1の音響線信号を選択する構成であってもよい。このとき、Tx/Rx選択信号算出部701は、受信信号に基づいて鏡面構造物が検出されるか否かにより穿刺針の有無を判断し、前記鏡面構造物が検出され前記穿刺針が有ると判断した場合には前記第1の音響線信号を選択する構成であってもよい。また、Tx/Rx選択信号算出部701は、第1の音響線信号及び/又は第2の音響線信号に基づき、第1の音響線信号又は第2の音響線信号の何れかを選択する構成であってもよい。また、さらに、第1の音響線信号及び第2の音響線信号の各々に対する重みを算出するTx/Rx重み算出部701Aと、当該重みを用いて第1の音響線信号及び第2の音響線信号に対し各々に対する重みを乗じて加算した結果を出力する混合出力部704Aとを備えた構成であってもよい。また、Tx/Rx重み算出部701Aは、操作者からの操作入力、又は予め設定された条件に基づき、観測点Pに対する第1の音響線信号及び第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。また、Tx/Rx重み算出部701Aは、受信信号の特徴量に基づき、観測点Pに対する第1の音響線信号及び第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。また、Tx/Rx重み算出部701Aは、観測点Pに対する第1の音響線信号及び第2の音響線信号に基づき、観測点Pに対する第1の音響線信号及び第2の音響線信号の各々に対する重みを算出する構成であってもよい。
With such a configuration, the reflected wave from the observation point P can be applied to a transducer having a smaller distance from the observation point P, so that a larger weight sequence can be applied. However, the reflected wave can be received with the highest sensitivity to the observation point P. As a result, high spatial resolution and signal S / N ratio can be realized locally.
In another aspect, the Tx / Rx selection
係る構成により、最適な受信開口Rxの設定方法を、検査部位の特性等に適応して、操作者による選択又は受信信号の特徴に応じて設定することができるよう受信ビームフォーマ部が構成されている。そのため、検査部位の特性等に適応して、局所的に高い空間分解能を保ちつつ、広い観測領域でも均一的な空間分解能を確保することができ、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる。 With such a configuration, the reception beamformer unit is configured so that the optimal setting method of the reception aperture Rx can be set according to the selection by the operator or the characteristics of the reception signal in accordance with the characteristics of the examination site. Yes. Therefore, it is possible to secure uniform spatial resolution even in a wide observation area while maintaining high spatial resolution locally, adapting to the characteristics of the examination site, etc., and higher resolution than before in the entire ultrasonic irradiation area It is possible to generate a high-quality ultrasonic image with more suppressed noise.
また、別の態様では、特徴量は、最も遅延量の小さな第1の受信振動子に対応して同定された観測点Pからの反射超音波に基づく受信信号、及び、最も遅延量の小さな第2の受信振動子に対応して同定された受信信号値に基づき算出される構成であってもよい。
係る構成により、演算負荷の少ないより簡易な処理方法を採ることにより、簡易な回路構成にで、操作者のよる選択又は受信信号の特徴に応じた最適な受信ビームフォーミング方法を設定することができる。
In another aspect, the feature amount includes a reception signal based on the reflected ultrasonic wave from the observation point P identified corresponding to the first reception transducer having the smallest delay amount, and the first delay amount having the smallest delay amount. The structure calculated based on the received signal value identified corresponding to 2 receiving vibrators may be sufficient.
With such a configuration, by adopting a simpler processing method with less calculation load, it is possible to set an optimal receive beamforming method according to the selection by the operator or the characteristics of the received signal with a simple circuit configuration. .
また、別の態様では、第1の振動子列に含まれる振動子が超音波プローブにある複数の振動子の一部であるときに、 送信部1031は、さらに、複数の振動子の一部に当たり第1の振動子列とは異なる振動子列から、超音波送信ごとに用いる振動子列を異ならて超音波送信を順次行い、
加算部1048は、異なる超音波送信に基づき生成された同一位置の観測点に対する複数の音響線信号を合成して当該観測点に対する音響線信号を生成する構成であってもよい。
In another aspect, when the transducer included in the first transducer array is a part of a plurality of transducers in the ultrasonic probe, the
The adding
また、別の態様では、送信部1031は、用いる振動子列を異ならせて超音波送信を順次行うことにより超音波プローブにある複数の振動子の全てから超音波送信を行う構成であってもよい。
また、別の態様では、超音波プローブ101が接続可能に構成された超音波診断装置であってもよい。
In another aspect, the
Moreover, in another aspect, the ultrasonic diagnostic apparatus comprised so that the
係る構成により、超音波照射領域全体にわたり従来よりも分解能が高く雑音をより抑制した高画質な超音波画像を生成できる超音波診断装置を提供することができる。
≪補足≫
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
With such a configuration, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of generating a high-quality ultrasonic image having higher resolution and suppressing noise over the entire ultrasonic irradiation region.
<Supplement>
Each of the embodiments described above shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the embodiment, steps that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as arbitrary constituent elements constituting a more preferable form.
また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
さらに、超音波診断装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について当該技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。尚、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
Further, for easy understanding of the invention, the scales of the components shown in the above-described embodiments may be different from actual ones. The present invention is not limited by the description of each of the above embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
Furthermore, in the ultrasonic diagnostic apparatus, there are members such as circuit components and lead wires on the substrate, but various modes can be implemented based on ordinary knowledge in the technical field regarding electrical wiring and electrical circuits. Since it is not directly relevant to the description of the present invention, the description is omitted. Each figure shown above is a schematic diagram, and is not necessarily illustrated strictly.
本開示にかかる超音波信号処理装置、超音波診断装置、超音波信号処理方法、及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体は、従来の超音波診断装置の性能向上、特に画質向上として有用である。また本開示は超音波への適用のみならず、複数のアレイ素子を用いたセンサ等の用途にも応用できる。 The ultrasonic signal processing device, the ultrasonic diagnostic device, the ultrasonic signal processing method, and the computer-readable non-transitory recording medium according to the present disclosure are useful for improving the performance of the conventional ultrasonic diagnostic device, particularly for improving the image quality. is there. The present disclosure can be applied not only to ultrasonic waves but also to uses such as sensors using a plurality of array elements.
100 超音波信号処理回路
101、201 プローブ
101a、201a 超音波振動子
102 マルチプレクサ部
103 送信ビームフォーマ部
1031 送信部
104 受信ビームフォーマ部(送信同期型ビームフォーマ部)
104A 受信ビームフォーマ部(観測点同期型ビームフォーマ部)
1041 受信部
1042 受信開口設定部(第1の受信開口設定部)
1042A 受信開口設定部(第2の受信開口設定部)
1043 送信時間算出部(第1の送信時間算出部、第2の送信時間算出部)
1044 受信時間算出部(第1の受信時間算出部、第2の受信時間算出部)
1045 遅延量算出部(第1の遅延量算出部、第2の遅延量算出部)
1046 遅延処理部(第1の遅延処理部、第2の遅延処理部)
1047 重み算出部(第1の重み算出部、第2の重み算出部)
1048 加算部(第1の加算部、第2の加算部)
105 超音波画像生成部
150 超音波信号処理装置
106 表示部
107 データ格納部
202 受信ビームフォーマ部
701 Tx/Rx重み算出部
704 選択出力部
704A 混合出力部
DESCRIPTION OF
104A Receive beamformer unit (observation point synchronous beamformer unit)
1041
1042A Reception aperture setting unit (second reception aperture setting unit)
1043 Transmission time calculation unit (first transmission time calculation unit, second transmission time calculation unit)
1044 Reception time calculation unit (first reception time calculation unit, second reception time calculation unit)
1045 Delay amount calculation unit (first delay amount calculation unit, second delay amount calculation unit)
1046 Delay processing unit (first delay processing unit, second delay processing unit)
1047 Weight calculation unit (first weight calculation unit, second weight calculation unit)
1048 Adder (first adder, second adder)
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第1の振動子列から超音波送信を行わせる送信部と、
前記複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第2の振動子列が得た反射超音波に基づく信号に応じて、前記第2の振動子列の各振動子に対する受信信号列を生成する受信部と、
前記複数の振動子に対応する複数の遅延量を生成する遅延量生成部と、
前記複数の遅延量に基づき、前記各振動子に対する受信信号列を遅延処理する遅延処理部と、を有し、
前記遅延量生成部は、
1回の送信イベントにおいて、送信された超音波が到達する範囲内に位置する1つの観測点について、送信された超音波が前記1つの観測点に到達するまでの送信時間を生成する送信時間生成部と、
前記1つの観測点からの反射超音波が前記第2の振動子列の振動子の各々に到達する受信時間を生成する受信時間生成部と、を備え、
前記送信時間生成部により生成された前記送信時間と、前記受信時間生成部により生成された前記第2の振動子列の振動子ごとの前記受信時間とに基づき、前記1回の送信イベントに係る前記第2の振動子列の振動子ごとの遅延量を生成し、
前記送信時間生成部は、前記第2の振動子列の各振動子間で共用されるデータとして、前記送信時間を生成する、
超音波診断装置。 An ultrasonic probe having a plurality of transducers;
A transmitter for performing ultrasonic transmission from a first transducer array corresponding to all or part of the plurality of transducers;
A receiving unit that generates a reception signal sequence for each transducer of the second transducer array in accordance with a signal based on the reflected ultrasound obtained by the second transducer array corresponding to all or part of the plurality of transducers When,
A delay amount generating unit that generates a plurality of delay amounts corresponding to the plurality of transducers;
A delay processing unit that delays a received signal sequence for each transducer based on the plurality of delay amounts;
The delay amount generator
In one transmission event, the ultrasonic waves transmitted is about one observation point you located within reaching generates a transmission time until the ultrasonic waves transmitted is reached before Symbol one observation point A transmission time generator;
And a reception time generation unit for generating a reception time reflected ultrasonic wave to reach each of the transducers in the second oscillator column from the previous SL one observation point,
Based on the transmission time generated by the transmission time generation unit and the reception time for each transducer of the second transducer array generated by the reception time generation unit , generating a delay amount for each vibration children of the second oscillator column,
The transmission time generation unit generates the transmission time as data shared between the transducers of the second transducer array.
Ultrasound diagnostic device.
請求項1に記載の超音波診断装置。 The delay processing unit identifies a received signal value corresponding to the delay amount from the received signal sequence for each transducer of the second transducer sequence, and for each observation point based on the identified received signal value Generate acoustic line signals,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 The transmission time generating unit, the transmission reference point, based on the measurement point focus point and before Symbol view, to generate the transmission time,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2.
前記受信時間を生成する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波診断装置。 The reception time generation unit is based on the distance between the observation point and the transducer of the second transducer array,
Generating the reception time;
The ultrasonic diagnostic apparatus of any one of Claim 1 to 3.
請求項1から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置。 The delay generator is between when the transmission generated by the transmission time generating unit, by adding between the time the reception of each transducer of said second oscillator column, the second oscillator Generate a delay for each oscillator in the column ,
The ultrasonic diagnostic apparatus of any one of Claim 1 to 4.
前記観測点は、前記被検体中に設定される、
請求項1から5のいずれか1項に記載の超音波診断装置。 The reception unit generates the reception signal sequence in response to a signal based on reflected ultrasound from the subject obtained by the second transducer array,
The observation point is set in the subject;
The ultrasonic diagnostic apparatus of any one of Claim 1 to 5.
前記複数の振動子の全てもしくは一部に当たる第2の振動子列が得た反射超音波に基づく信号に応じて、前記第2の振動子列の各振動子に対する受信信号列を生成し、
前記複数の振動子に対応する複数の遅延量を生成し、
前記複数の遅延量に基づき、前記各振動子に対する受信信号列を遅延処理し、
前記遅延処理後の信号に基づき、超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
前記遅延量の生成は、
1回の送信イベントにおいて、送信された超音波が到達する範囲内に位置する1つの観測点について、送信された超音波が前記1つの観測点に到達するまでの送信時間を生成し、
前記1つの観測点からの反射超音波が前記第2の振動子列の振動子の各々に到達する受信時間を生成し、
前記生成された送信時間と、前記第2の振動子列の振動子ごとに生成された前記受信時間とに基づき、前記1回の送信イベントに係る前記第2の振動子列の振動子ごとの遅延量を生成し、
前記送信時間の生成は、前記第2の振動子列の各振動子間で共用されるデータとして、前記送信時間を生成する、
超音波画像生成方法。 Ultrasonic transmission is performed from the first transducer array corresponding to all or part of the plurality of transducers of the ultrasonic probe;
In response to a signal based on the reflected ultrasound obtained by the second transducer array corresponding to all or a part of the plurality of transducers, a reception signal sequence for each transducer of the second transducer array is generated,
Generating a plurality of delay amounts corresponding to the plurality of vibrators;
Based on the plurality of delay amounts, the received signal sequence for each transducer is delayed.
An ultrasonic image generation method for generating an ultrasonic image based on the signal after the delay processing,
The generation of the delay amount is
In one transmission event, for one observation point you located within the ultrasonic wave transmitted arrives, the ultrasonic waves transmitted generates a transmission time to reach before Symbol one observation point ,
Generates a reception time reflected ultrasound from the previous SL one observation point reaches each of the transducers in the second oscillator column,
A transmission time said generated every second on the basis of said reception time which is generated for each transducer of the transducer column, said one vibration children of the second oscillator column according to transmission events Generates a delay amount of
The generation of the transmission time generates the transmission time as data shared between the transducers of the second transducer array.
Ultrasonic image generation method.
請求項7に記載の超音波画像生成方法。 In the delay processing, a received signal value corresponding to the delay amount is identified from the received signal sequence for each transducer of the second transducer sequence, and an acoustic for each observation point is based on the identified received signal value. Generate line signals,
The ultrasonic image generation method according to claim 7.
請求項7又は8に記載の超音波画像生成方法。 The transmission time, the transmission reference point is generated based on the focus point and measuring point prior Symbol view,
The ultrasonic image generation method according to claim 7 or 8.
請求項7から9のいずれか1項に記載の超音波画像生成方法。 The reception time is generated based on a distance between the observation point and the transducer of the second transducer array.
The ultrasonic image generation method according to any one of claims 7 to 9.
請求項7から10のいずれか1項に記載の超音波画像生成方法。 The amount of delay, while the time of transmission of the generated by adding between when the reception of each transducer of said second oscillator columns are generated for each transducer of said second oscillator column The
The ultrasonic image generation method according to claim 7.
前記観測点は、前記被検体中に設定される、
請求項7から11のいずれか1項に記載の超音波画像生成方法。 The received signal sequence is generated according to a signal based on reflected ultrasound from the subject obtained by the second transducer array,
The observation point is set in the subject;
The ultrasonic image generation method according to claim 7.
請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記遅延処理部は、複数の送信イベントにおける前記第2の振動子列の各振動子に対する前記受信信号列に基づき、前記観測点に対する音響線信号を生成する
請求項13に記載の超音波診断装置。 The transmission time generation unit generates the transmission time only once for each transmission event for the observation point,
The delay processing unit generates an acoustic line signal for the observation point based on the reception signal sequence for each transducer of the second transducer sequence in a plurality of transmission events.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 13 .
請求項7から12のいずれか1項に記載の超音波画像生成方法。 The ultrasonic image generation method according to any one of claims 7 to 12.
前記遅延処理において、複数の送信イベントにおける前記第2の振動子列の各振動子に対する前記受信信号列に基づき、前記観測点に対する音響線信号を生成するIn the delay processing, an acoustic line signal for the observation point is generated based on the reception signal sequence for each transducer of the second transducer sequence in a plurality of transmission events.
請求項15に記載の超音波画像生成方法。The ultrasonic image generation method according to claim 15.
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