JP6746895B2 - 超音波診断装置、及び超音波信号処理方法 - Google Patents
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Description
従来の超音波診断装置では、受信した反射波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29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波を受信する複数の超音波振動子201a(以後、「振動子」とする)を備えたプローブ201と、各々の振動子201aに対応づけられ、振動子201aで受信した反射波に基づく電気信号に対して増幅処理、A/D変換処理、遅延処理(整相)を行い、出力信号をアボダイゼーションと呼ばれる重みを乗じて加算して結果を音響線信号として出力する受信ビームフォーマ部202とを有する。この方法では、一般に、複数の振動子201a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集束するよう送信ビームフォーミングがなされる。また、音響線信号の観測点Pを送信超音波ビームの中心軸上に設定し、観測点Pと各振動子201aとの距離に基づいて遅延量が算出される。
ところが、穿刺針からの反射波は、生体組織において多くみられる散乱反射とは異なり、鏡面反射の傾向が強く高い指向性を有する。そのため、穿刺針の挿入角とプローブとの位置関係とに基づき定まる特定の方向に強く反射され、超音波ビームと穿刺針との位置関係や角度条件によっては、プローブの振動子に入信する穿刺針からの反射波が弱くなり、結果、穿刺針の可視化が不十分となる場合がある。
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、合成開口法を用いた受信ビームフォーミングにおいて、超音波画像中の穿刺針の視認性を向上する超音波信号処理方法及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
前記複数の振動子から、送信イベントに同期して送信振動子列が列方向に漸次移動するように送信振動子列を選択するとともに、送信イベントごとに前記送信振動子列から超音波が被検体中で集束するように送信する送信部と、
送信イベントに同期して、前記複数の振動子の一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列を生成し、
前記複数の振動子から、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列として選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において送信された超音波が到達する範囲内に前記音響線信号のサブフレームデータが生成されるべき対象領域を決定し、当該対象領域内の複数の観測点各々について、前記受信振動子列内の振動子に対応する前記受波信号列を整相加算することにより前記音響線信号のサブフレームデータを生成し、
得られた複数の前記音響線信号のサブフレームデータを合成することにより前記合成音響線信号のフレームデータを生成する受信部とを備え、
前記受信部は、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された前記音響線信号のサブフレームデータにおける、観測点の音響線信号の強度が高い線状領域を抽出し、その配置から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を算出し、当該位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択することを特徴とする。
<超音波診断システム1000>
1.構成概要
実施の形態1に係る超音波診断装置100を含む超音波診断システム1000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先端表面に列設された複数の振動子101aを有する超音波プローブ101(以下、「プローブ101」とする)、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、検査者からの操作入力を受け付ける操作入力部102、超音波画像を画面上に表示する表示部103を有する。プローブ101、操作入力部102、表示部103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、操作入力部102、表示部103が接続された状態を示している。なお、プローブ101、操作入力部102、表示部103が、超音波診断装置100に含まれる態様であってもよい。
2.プローブ101
プローブ101は、例えば一次元方向(以下、「振動子配列方向」とする)に配列された複数の振動子101aを有する。プローブ101は、後述の送信ビームフォーマ部106から供給されたパルス状の電気信号(以下、「送信信号」とする)をパルス状の超音波に変換する。なお、変換前後の信号はパルス状に限定されないが、本開示では簡単のため、パルス状として説明を行う。プローブ101は、プローブ101の振動子側外表面を被検体の皮膚表面に当接させた状態で、複数の振動子から発せられる複数の超音波からなる超音波ビームを測定対象に向けて送信する。そして、プローブ101は、被検体からの複数の超音波反射波(以下、「反射超音波」とする)を受信し、複数の振動子によりこれら反射超音波をそれぞれ電気信号に変換して受信ビームフォーマ部109に供給する。
操作入力部102は、検査者からの超音波診断装置100に対する各種設定・操作等の各種操作入力を受け付け、操作入力受付部104を介して制御部115に出力する。例えば、実施の形態4において後述するように、操作者が穿刺針101bの被検体組織への挿入角度や振動子101aとの相対的位置関係をマニュアルで手入力する構成としてもよい。
表示部103は、いわゆる画像表示用の表示装置であって、後述する表示制御部116からの画像出力を画面に表示する。表示部103には、液晶ディスプレイ、CRT、有機ELディスプレイ等を用いることができる。
<超音波診断装置100の構成概要>
次に、実施の形態1に係る超音波診断装置100について説明する。
また、操作入力部102に対し、操作者がマニュアルで手入力した超音波診断装置100の操作に関する情報を受付ける操作入力受付部104、受信ビームフォーマ部109が出力する受波信号や音響線信号、Bモード画像生成部112が出力するBモード画像等を保存するデータ格納部114、表示画像を構成して表示部103に表示させる表示制御部116、さらに、各構成要素を制御する制御部115を備える。
なお、本実施の形態1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111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106や受信ビームフォーマ部109、またその一部などが内蔵される構成であってもよい。
実施の形態1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部107と、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部110に特徴を有する。そのため、以下、送信部107及び受信部110に含まれる構成について、その構成及び機能を説明する。なお、それ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本実施の形態に係る送信部107及び受信部110を置き換えて使用することが可能である。
送信部107は、マルチプレクサ部111を介してプローブ101と接続され、プローブ101から超音波送信を行うために、プローブ101に存する複数の振動子101aの一部に当たる送信波を送信させる送信振動子列Txに含まれる振動子の各々に対する高電圧パルスの印加タイミングを制御する。送信部107は、超音波送信ごとに送信振動子列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。以後、送信部107により同一の送信振動子列Txから行われる超音波送信を「送信イベント」と称呼する。
1.1 送信条件設定部105
送信条件設定部105は、送信ビームフォーマ部106に対し、送信イベントごとに送信振動子列Txに含まれる振動子に被検体内の所定の深さの送信焦点FPに送信波ビームが集束するように送信波を送信させるための送信制御信号を供給する。送信制御信号には、例えば、送信振動子列Txに含まれる振動子の位置を示す情報、送信焦点FPの位置を示す情報、送信波パルスのパルス幅が含まれている。
送信焦点FPで合焦した波面は、再び拡散し、送信振動子列Txを底とし送信焦点FP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主に伝播する。すなわち、送信振動子列Txから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、送信焦点FP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)を超音波主照射領域Axと称呼する。
ここで、送信波による超音波ビームが「集束」するとは、超音波ビームが絞られフォーカスビームであること、すなわち、超音波ビームに照射される面積が送信後に減少し特定の深さにおいて最小値を採ることを指し、超音波ビームが1点にフォーカスされる場合に限られない。この場合、「送信焦点FP」とは、超音波ビームが集束する深さにおける超音波ビーム中心をさす。
送信ビームフォーマ部106は、マルチプレクサ部111を介してプローブ101と接続され、送信条件設定部105からの送信制御信号に基づき、プローブ101から超音波の送信を行うために、送信振動子列Txに含まれる複数の振動子各々に対する高電圧印加を出力する回路である。
(1)駆動信号発生部1061
駆動信号発生部1061は、受信条件設定部送信条件設定部105からの送信制御信号のうち、送信振動子列Txとパルス幅を示す情報とに基づき、プローブ101に存する振動子101aの一部又は全部に該当する送信振動子から超音波ビームを送信させるためのパルス信号spを発生する回路である。
遅延プロファイル生成部1062では、送信波発生部105から得られる送信制御信号のうち、送信振動子列Txと送信焦点FPの位置を示す情報とに基づき、超音波ビームの送信タイミングを決める遅延時間tpk(kは、1から送信波送信振動子の数mまでの自然数)を振動子毎に設定して出力する回路である。これにより、遅延時間分だけ振動子毎に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。
駆動信号送信部1063は、駆動信号発生部1061からのパルス信号spと遅延プロファイル生成部1062からの遅延時間tpkとに基づき、プローブ101に存する複数の振動子101a中、送信振動子列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sckを供給する送信処理を行う回路である。プ送信振動子列Txは、マルチプレクサ部111によって選択される。
受信部110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に基づき音響線信号を生成する。図1に示すように、受信部110は、受信条件設定部108、受信ビームフォーマ部109、穿刺時受信振動子列選択部113から構成される。
2.1 受信条件設定部108
受信条件設定部108は、、送信イベントごとにプローブ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に基づき音響線信号を生成させるための受信制御信号を決定し、受信ビームフォーマ部109に供給する。受信制御信号には、例えば、音響線信号を生成すべき対象領域Bx、受信振動子列Rxが含まれる。さらに、受信アポダイゼーションが含まれてもよい。
受信条件設定部108は、送信イベントに同期して、送信条件設定部105から送信振動子列Txと送信焦点FPの位置を示す情報を取得しその情報に基づき、被検体内において音響線信号の生成を行う対象領域内Bxを決定する。ここで、「対象領域」とは、送信イベントに同期して被検体内において音響線信号の生成が行われるべき信号上の領域であり、送信イベントごとに対象領域Bx内の観測点Pijについて音響線信号が生成される。対象領域Bxは、音響線信号の生成が行われる観測対象点の集合として、1回の送信イベントに同期して計算の便宜上決定される。
次に、受信条件設定部108は、受信振動子列Rxを決定する。「受信振動子列」とは、観測点Pijの音響線信号を生成するために整相加算の対象となる受波信号列にを受波した複数の振動子の列である(図5)。
具体的には、穿刺時受信振動子列選択部113から穿刺時における受信振動子列Rxを示す情報を取得したときには、その情報を受信振動子列Rxとして決定する。穿刺時受信振動子列選択部113から穿刺時における受信振動子列Rxを示す情報が出力されない場合には、所定の方法により受信振動子列Rxを決定する。所定の方法としては、送信イベントに同期して送信振動子列Txと受信振動子列Rxとのそれぞれの列中心を合致させる方法や、響線信号を生成すべき観測点Pijの設定に同期して受信振動子列Rxの列中心を観測点Pijの列方向位置と合致させる方法等がある。所定の方法による場合には、受信振動子列Rxの列長は、対応する送信イベントにおける送信振動子列Txの列長よりも長いことが好ましい。受信振動子列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。
さらに、受信条件設定部108は、受信振動子列Rxの決定に同期して、整相加算における重み付分布を示す受信アポダイゼーションを決定してもよい。受信アポダイゼーションは受信振動子列Rx内の各振動子に対応する受波信号列に適用される重み係数の数列である。受信アポダイゼーションは、受信振動子列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、図5に示すように、重みの分布の中心軸は、受信振動子列中心軸Rxoと一致する。受信アポダイゼーションの分布の形状は、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。
なお、受信制御信号の決定は、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、受信制御信号の決定は、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制御信号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。
しかしながら、対象領域Bxの形状は、砂時計形状に限定されず他の形状としてもよい。例えば、送信振動子列から平行波による超音波送信が行われる場合等においては、対象領域Bxの形状は、送信振動子列が接触する被検体表面を底辺とする矩形形状としてもよい。この場合も、超音波主照射領域Axのほぼ全域に観測点を設定することができ、1回あたりの超音波送信に対する信号生成の利用効率を向上することができる。
2.2.受信ビームフォーマ部109
受信ビームフォーマ部109は、複数回の送信波の各々に対応して複数の振動子101aにおいて時系列に受信された被検体組織からの反射波に基づき、超音波主照射領域Ax内に設定された対象領域Bx内の複数の観測点Pijに対する音響線信号を生成して音響線信号サブフレームデータdsiを生成するとともに、送信イベントに同期して生成される音響線信号サブフレームデータdsiを合成して合成音響線信号フレームデータdsを生成する回路である。
1回の送信イベントに対応して、対象領域Bx内に存在する全ての観測点Pijについて生成された音響線信号を音響線信号サブフレームデータdsiとする。そして、送信イベントに同期して送信波の送受信を繰り返し、全ての送信イベントに対する音響線信号サブフレームデータdsを生成することができる。
次に、受信ビームフォーマ部109は、送信イベントに同期して生成される複数の音響線信号サブフレームデータdsiを合成して合成音響線信号フレームデータdsを生成する。生成された合成音響線信号フレームデータdsは、データ格納部114に出力され保存される。
図4は、受信ビームフォーマ部109の機能ブロック図である。受信ビームフォーマ部109は、入力部1091、整相加算部1092、合成部1093を備える。
入力部1091は、マルチプレクサ部111を介してプローブ101と接続され、プローブ101において反射波に基づき受波信号(RF信号)を生成する回路である。ここで、受波信号rf(RF信号)とは、送信信号sckの送信に基づいて各振動子にて受信された反射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、受波信号rfは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(受波信号列)から構成されている。
(2)整相加算部1092
整相加算部1092では、送信イベントに同期して対象領域Bx内の観測点Pijから、受波振動子列に含まれる複数の受信振動子Rpkの列が受信した受波信号rfに遅延処理を施した後、全ての受信振動子Rpkについて加算して音響線信号dsを生成する回路である。受信振動子Rpkの列である受信振動子列Rxはプローブ101に存する複数の振動子101aの一部にあたる振動子から構成されており、送信イベントごとに受信条件設定部108からの制御信号に基づき整相加算部1092によって選択される。本例では、受信振動子列Rxとして、送信イベント内の対応する各送信イベントにおける送信振動子列Txを構成する振動子を少なくとも全て含む振動子列が選択される構成とした。
(2−1)遅延処理部10921
遅延処理部10921は、送受信振動子列Rx内の受信振動子Rpkに対する受波信号(受波信号列)から、観測点Pijと受信振動子Rpk各々との間の距離の差を音速値で除した受信振動子Rpk各々への反射波の到達時間差(遅延量)により補償して、観測点Pijからの反射波に基づく受信振動子Rpkに対応する受信信号として同定する回路である。図6(a)(b)は、整相加算部1092中の遅延処理部10921において、超音波の伝播経路の計算方法の概要を示す模式図であって、(a)は、観測点Pijが送信焦点FPよりも深い場合を、(b)は、観測点Pijが送信焦点FPよりも浅い場合を示したものである。送信振動子列Txから放射され超音波主照射領域Ax内に配された対象領域Bx内の任意の位置にある観測点Pijにおいて反射され受信振動子Rpkに到達する超音波の伝播経路を示したものである。
先ず、遅延処理部10921は、送信イベントに対応して、送信条件設定部105から取得した、送信振動子列Txに含まれる振動子及び送信焦点FPの位置を示す情報と、超音波主照射領域Ax内の対象領域Bxの位置を示す情報とに基づき、1回の送信イベントに対し対象領域Bx内に存在する観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijに到達するまでの送信経路を算出し、これを音速で除して送信時間を算出する。
b)受信時間の算出
次に、遅延処理部10921は、送信イベントに対応して、さらに、データ格納部114から取得した送受信振動子列Rxの位置を示す情報に基づき、1回の送信イベントに対し対象領域Bx内に存在する観測点Pijについて、送信された超音波が観測点Pijで反射され送受信振動子列Rxの受信振動子Rpkに到達するまでの受信経路を算出し、音速で除して受信時間を算出する。
送受信振動子列Rx内の受信振動子Rpkの位置情報は制御部115から取得されるので、任意の観測点Pijから受信振動子Rpk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。
次に、遅延処理部10921は、送信時間と受信時間とから送受信振動子列Rx内の受信振動子Rpkへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、受信振動子Rpkに対する受波信号の列に適用する遅延量を算出する。すなわち、送信された超音波が観測点Pijを経由して受信振動子Rpkへ到達するまでの総伝播時間を算出し、受信振動子Rpkに対する総伝播時間の差異により、受信振動子Rpkに対する受波信号の列に適用する遅延量を算出する。
図7(a)(b)は、整相加算部1092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って、(a)は、観測点Pijが送信焦点FPよりも深い場合を、(b)は、観測点Pijが送信焦点FPよりも浅い場合を示したものである。遅延処理部10921は、送受信振動子列Rx内の受信振動子Rpkに対する受波信号の列から、受信振動子Rpkに対する遅延量に相当する受波信号(遅延量を差引いた時間に対応する受波信号)を、観測点Pijからの反射波に基づく受信振動子Rpkに対応する受信信号として同定する。遅延処理部10921は、送信イベントに対応して、図7(a)(b)に示すように、データ格納部114から受波信号rfを入力として、対象領域Bx内に存在する全ての観測点Pijについて上記処理を行う。
加算部10922は、遅延処理部10921から出力される受信振動子Rpk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、各受信振動子Rpkに対応して同定された受信信号に対し、受信振動子Rpkに対する受信アボダイゼーション(重み数列)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。重み数列は、送受信振動子列Rx内の受信振動子Rpk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。
(3)合成部1093
送信ごとに送信振動子列Txを列方向に漸次移動させながら送受信を繰り返し、プローブ101に存する全ての振動子101aから送受信を行う。合成部1093は、送信イベントに同期して生成される音響線信号サブフレームデータdsiを合成して合成音響線信号フレームデータdsを生成する回路である。合成部1093、合成音響線信号フレームデータdsの生成を繰り返し行うことにより合成音響線信号フレームデータdsのシーケンスを生成する。図4に示すように、合成部1093は、サブフレーム加算部10931、増幅処理部10932を備える。
サブフレーム加算部10931は、データ格納部114に保持されている複数の音響線信号サブフレームデータdsiを読み出す。そして、各音響線信号サブフレームデータdsiに含まれる音響線信号が取得された観測点Pijの位置を指標として複数の音響線信号サブフレームデータdsiを加算することにより、各観測点に対する合成音響線信号を生成して合成音響線信号フレームデータdsを合成する。そのため、複数の音響線信号サブフレームデータdsiに含まれる同一位置の観測点に対する音響線信号は加算されて合成音響線信号が生成される。
(3−2)増幅処理部10932
上述のとおり、合成音響線信号の値は被検体の深さ方向においても変化する。これを補うために、増幅処理部10932は、合成音響線信号フレームデータdsに含まれる合成音響線信号の合成において、加算が行われた回数に応じて決定した増幅率を各合成音響線信号に乗じる増幅処理を行う。
穿刺時受信振動子列選択部113は、受波信号サブフレームデータrfiのシーケンスに基づき、プローブ101に備わる複数の振動子101aから穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列Rxとして選択する回路である。ここで、「穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列」とは、複数の振動子に含まれる振動子列の中で、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高い又は高いと推定される振動子列をさす。
図10は、穿刺時受信振動子列選択部113の機能ブロック図である。図11から14は、穿刺時受信振動子列選択部113の動作を説明する模式図である。図10に示すように、穿刺時受信振動子列選択部113は、深さ方向高強度信号検出部1131、列方向最大強度振動子検出部1132、受信振動子列決定部1133を備える。
穿刺時受信振動子列選択部113は、送信イベントに同期して取得されデータ格納部114に保存されている受波信号サブフレームデータrfiのシーケンスをデータ格納部114から読み出す。
深さ方向高強度信号検出部1131は、1枚の受波信号サブフレームデータrfiも含まれる複数の受波信号列について解析を行う。解析では、図11中段に示すように、各受波信号列において閾値以上の信号強度が得られる信号部分を検出する。穿刺針101bからの反射波は鏡面反射の傾向を示し、生体組織からの反射波に比べて極めて高い信号強度を示す。そのため、閾値を設定することによりこれらを判別することができる。したがって、閾値以上の信号強度が得られた受信信号を含む受波信号列を検出することで、穿刺針101bからの反射波を受波した振動子を検出することができる。
(2)列方向最大強度振動子検出部1132
列方向最大強度振動子検出部1132は、図11中段に示すように、1枚の受波信号サブフレームデータrfiに含まれる検出された閾値以上の信号強度が得られる受波信号のうち、最大値付近の信号強度を示す受波信号を含む受波信号列の信号部分を検出し、当該受波信号列を受波した高強度受波振動子を特定する。閾値以上の信号強度が得られた受波信号を受波した振動子の中で、最大値付近の信号強度が得られた高強度受波振動子を特定することで、これを穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子の1つとして検出することができる。
(3)受信振動子列決定部1133
受信振動子列決定部1133は、図11上段に示すように、例えば、1枚の受波信号サブフレームデータrfiから得られた高強度受波振動子を中心とした複数の振動子からなる振動子列を、穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる受信振動子列Rxとして選択することができる。受信アポダイゼーションを用いる場合には、受信アポダイゼーションの中心軸を高強度受波振動子に一致させることが好ましい。
また、上述のとおり、送信波は焦点波から構成され、送信波の送信焦点FPにおける超音波主照射領域Ax外延を通る2直線の交差角度θは、通常、約14°以上約28°以下である。そのため、送信波が焦点波である構成では、図13(a)から(c)に示すように、送信波ビームと穿刺針101bとの角度がθの範囲内で列方向において変化する。そのため、1回の送信イベントに基づき得られた受波信号サブフレームデータrfiから、複数の振動子が最大値付近の信号強度が得られた高強度受波振動子101aXとして検出される場合がある。この場合には、受信振動子列決定部1133は、図13(d)に示すように、これら複数の高強度受波振動子101aXを含む振動子列を受信振動子列Rxとして選択してもよい。その場合には、受信アポダイゼーションを用いる場合には、受信アポダイゼーションの中心軸を高強度受波振動子101aXの中央に一致させることが好ましい。これにより、複数の高強度受波振動子101aXを含む受信振動子列Rxを選択することができる。
3.その他の構成
Bモード画像生成部112は、データ格納部114から合成音響線信号のフレームデータdsのシーケンスを入力して、音響線信号に対して包絡線検波、対数圧縮などの処理を実施してその強度に対応した輝度信号へと変換し、その輝度信号を直交座標系に座標変換を施すことでBモード画像フレームデータのシーケンスを生成する。なお、合成音響線信号フレームデータのシーケンスからBモード画像フレームデータのシーケンスを生成するための処理には公知の方法を用いることができる。生成されたBモード画像フレームデータのシーケンスはデータ格納部114に出力され保存される。表示制御部116はBモード画像フレームデータを表示画像として構成して表示部103に表示させる。さらに、表示制御部116は、Bモード画像の穿刺針に相当する画素に対して強調処理や着色処理を施し、表示部103に出力する構成としてもよい。
制御部115は、操作入力部102からの指令に基づき、超音波診断装置100内の各ブロックを制御する。制御部115にはCPU等のプロセッサを用いることができる。
1.ビームフォーミングによる音響線信号サブフレームデータの生成処理の動作
以上の構成からなる超音波診断装置100のビームフォーミングによる音響線信号サブフレームデータdsiの生成処理の動作について説明する。
図15は、超音波診断装置100におけるビームフォーミング処理の動作を示すフローチャートである。
次に、ステップS102において、受信ビームフォーマ部109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波信号を生成しデータ格納部114に出力し、データ格納部114に受波信号を保存する。規定されている全ての送信イベントの回数について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、送信振動子列Txを列方向に所定ピッチ移動させて、新たな送信振動子列Txからの送信イベントを行い、完了している場合にはステップS201に進む。
次に、ステップS401において、サブフレーム加算部10931は、データ格納部114に保持されている音響線信号のサブフレームデータdsiを全てのサブフレーム分読み出し、観測点Pijの位置を指標として音響線信号の全てのサブフレームデータdsiを加算して各観測点Pijに対する音響線信号を生成して合成音響線信号フレームデータdsを合成する。次に、増幅処理部10932は、音響線信号フレームデータdsに含まれる各合成音響線信号の加算回数に応じて決定された増幅率を各合成音響線信号に乗じ(ステップS402)、増幅された合成音響線信号フレームデータdsを、データ格納部114に出力し(ステップS403)処理を終了する。
なお、図15に示される合成音響線信号フレームデータdsの生成処理を繰り返し行うことにより合成音響線信号フレームデータdsのシーケンスが生成される。生成された合成音響線信号フレームデータdsのシーケンスはデータ格納部114に保存される。
2.ステップS201における処理の詳細ついて
次に、ステップS201における、穿刺針からの反射波受波に適合した受信振動子列Rxを選択する処理の動作について説明する。図16は、穿刺時受信振動子列選択部113における受信振動子列Rxの選択処理動作を示すフローチャートである。
ステップS2011では、深さ方向高強度信号検出部1131は、各受波信号サブフレームデータrfiも含まれる複数の受波信号列について解析を行い、閾値以上の高い信号強度が得られる受波信号列中の受波信号を抽出する。これにより、穿刺針101bからの反射波は鏡面反射の傾向を示す閾値以上の信号強度が得られた振動子を検出することで、穿刺針101bからの反射波を受波した振動子を検出することができる。
ステップS2013では、算出された中央位置を中心とし、複数の振動子からなる振動子列を受信振動子列Rxとして選択する。この際、受信振動子列Rxは、受波信号サブフレームデータrfiごとに特定された複数の高強度受波振動子101aXを全て含むことが好ましい。これより、複数の送信イベントにまたがって穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる受信振動子列Rxを、穿刺針からの反射波受波に適合した受信振動子列Rxとして選択することができる。
3.ステップS303における処理の詳細ついて
次に、ステップS303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17は、整相加算部1092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。
先ず、ステップS3031において、遅延処理部10921は、対象領域Bx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。
受信時間は、幾何学的に定まる観測点Pijから受信振動子Rpk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、送信振動子列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Rpkに到達するまでの総伝播時間を算出し(ステップS3034)、受信振動子列Rx内の各受信振動子Rpkに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Rpkに対する遅延量を算出する(ステップS3035)。
<効 果>
以上、説明したように実施の形態1に係る超音波診断装置100は、複数の振動子101aが列設された超音波プローブ101が接続可能に構成されており、穿刺針101bが刺入された被検体に対して、複数の振動子101aを選択的に駆動して超音波を送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、送信イベントに同期して受波した反射超音波に基づき音響線信号のサブフレームデータdsiを複数生成し、それらを合成して合成音響線信号のフレームデータdsの生成を繰り返し行う超音波診断装置であって、以下の構成を有する。
送信イベントに同期して、複数の振動子101aの一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列rfを生成し、
複数の振動子101a各々に対する受波信号列rfから高強度の受波信号を含む受波信号列rfを受信した高強度受波振動子101aXを特定し、特定された高強度受波振動子101aXを含む振動子の列を受信振動子列Rxに選択することにより、複数の振動子101aから、穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列Rxとして選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において送信された超音波が到達する範囲内に音響線信号のサブフレームデータdsiが生成されるべき対象領域Bxを決定し、当該対象領域Bx内の複数の観測点Pij各々について、受信振動子列Rx内の振動子に対応する受波信号列rfを整相加算することにより音響線信号のサブフレームデータdsiを生成し、
得られた複数の音響線信号のサブフレームデータdsiを合成することにより合成音響線信号のフレームデータdsを生成する受信部110とを備えた構成を採る。
また、実施の形態1に係る超音波診断装置100では、穿刺時受信振動子列選択部113は、受波信号列rfから高強度の受波信号を含む受波信号列rfを受信した高強度受波振動子101aXを特定して、これを含む振動子の列を受信振動子列Rxに選択するという、演算負荷の大きい整相加算処理を伴わないより簡易な処理方法を採ることができる。これにより、簡易な回路構成にで、穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる受信振動子列Rxを選択することができる。 なお、実施形態1において示した方法は、受波信号に基づいて受信振動子列Rxを選択する方法の一例であって、その他受波信号の強度に基づいて受信振動子列Rxを選択することができれば、上記方法に限られないことは言うまでもない。
実施の形態2に係る超音波診断装置100Aについて説明する。実施の形態1に係る超音波診断装置100では、図10、11に示すように、穿刺時受信振動子列選択部113は、複数の振動子101a各々に対する受波信号列rfから高強度の受波信号を含む受波信号列rfを受信した高強度受波振動子101aXを特定して、これを含む振動子の列を受信振動子列Rxに選択することにより、穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる受信振動子列Rxを選択する構成とした。しかしながら、受信振動子列Rxは、穿刺針101bからの反射波受波に適合するように構成されていればよく、その選択方法は上記に限られない。
<構成>
以下、超音波診断装置100Aの構成について説明する。
図19は、穿刺時受信振動子列選択部113Aの機能ブロック図である。図20(a)から(c)は、穿刺時受信振動子列選択部113Aの動作を説明するために被検体内の対応する位置に音響線信号サブフレームデータを重ねて示した模式図である。図19に示すように、穿刺時受信振動子列選択部113Aは、高強度観測点位置検出部1131A、穿刺針位置・角度算出部1132A、受信振動子列決定部1133Aを備える。
本実施の形態では、読み出される音響線信号サブフレームデータdsiは、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された音響線信号のサブフレームデータdsiとした。例えば、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントのうち、現在の送信イベントと送信開口振動子列Txが同一である最も新しい送信イベントに同期して生成された音響線信号のサブフレームデータdsiとしてもよい。あるいは、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントのうち、現在の送信イベントと送信開口振動子列が同一である最も新しい送信イベント以後に行われた複数の送信イベントに同期して生成された複数の響線信号サブフレームデータdsiであってもよい。
<動作>
超音波診断装置100Aの音響線信号サブフレームデータdsiの生成処理の動作について説明する。超音波診断装置100Aにおける上記動作は、穿刺針からの反射波受波に適合した受信振動子列Rxを選択する処理の動作が、超音波診断装置100による動作と相違し、異なる処理についてのみ以下説明する。
穿刺時受信振動子列選択部113Aは、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された音響線信号のサブフレームデータdsiに基づき算出された位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択する。例えば、現在の送信イベントより前に行われた、現在の送信イベントと送信開口振動子列が同一である最も新しい送信イベントを選択してもよい。あるいは、その送信イベント以後に行われた複数の送信イベントに同期して生成された複数の音響線信号サブフレームデータdsiに基づき受信振動子列を選択する構成としてもよい。
ステップS2011Aでは、高強度観測点位置検出部1131Aは、複数の音響線信号サブフレームデータdsiについて、閾値以上の高い強度の音響線信号が得られる観測点Pijhの位置を抽出する。
<効果>
以上、説明したように、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aでは、穿刺時受信振動子列選択部113Aは、音響線信号のサブフレームデータdsiにおける、観測点の音響線信号の強度が高い線状領域を抽出し、その配置から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を認定し、当該位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列Rxを選択することにより、複数の振動子101aから、穿刺針101bからの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列Rxとして選択する構成を採る。
≪実施の形態3≫
実施の形態3に係る超音波診断装置100Bについて説明する。実施の形態2に係る超音波診断装置100Aでは、穿刺時受信振動子列選択部113Aは、音響線信号のサブフレームデータdsiにおける音響線信号の特徴から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を認定し、これを基に受信振動子列Rxを選択する構成とした。しかしながら、穿刺針の位置及び傾斜角度を認定する方法は、他の方法を用いてもよく適宜変更可能である。
<構成>
以下、超音波診断装置100Bの構成について説明する。図22は、超音波診断装置100Bを含む超音波診断システム1000Bの機能ブロック図である。実施の形態1と相違する穿刺時受信振動子列選択部113B、プローブI/F部117の構成について説明し、超音波診断装置100と同じである他の構成については説明を省略する。
図23は、穿刺時受信振動子列選択部113Bの機能ブロック図である。図24(a)(b)は、穿刺時受信振動子列選択部113Bの動作を説明する模式図である。図24に示すように、穿刺時受信振動子列選択部113Bは、穿刺針位置・角度認定部1132B、受信振動子列決定部1133Bを備える。
受信振動子列決定部1133Bは、図24(a)に示すように、得られた穿刺針101bの位置np及び傾斜角度naを示す情報に基づき、穿刺針101bからの反射波が入信する高強度受波振動子101aXの位置を幾何学的に算出する。実施の形態2と同様の方法により、図24(b)に示すように、音響線信号サブフレームデータdsi上に穿刺針描画領域101bXを特定して、穿刺針描画領域101bXに位置から高強度受波振動子101aXの位置を幾何学的に算出してもよい。そして、高強度受波振動子101aXを中心とした複数の振動子からなる振動子列を受信振動子列Rxとして選択する。選択された受信振動子列Rxの位置を示す情報は、受信条件設定部108に出力される。
超音波診断装置100Bの音響線信号サブフレームデータdsiの生成処理の動作について説明する。超音波診断装置100による動作と相違する、穿刺針からの反射波受波に適合した受信振動子列Rxを選択する処理の動作(図25)について説明する。
穿刺時受信振動子列選択部113Bは、送信イベントに同期して取得されデータ格納部114に保存されている受波信号サブフレームデータrfiのシーケンスをデータ格納部114から取得する。
以上、説明したように、実施の形態3に係る超音波診断装置100Bでは、超音波プローブ101からプローブの識別情報を取得するプローブI/F部を備え、穿刺時受信振動子列選択部113Bは、プローブ101の識別情報に基づき穿刺針101bの位置np及び傾斜角度naを認定して受信振動子列Rxを選択する構成を採る。
≪実施の形態4≫
実施の形態4に係る超音波診断装置100Cについて説明する。実施の形態3に係る超音波診断装置100Bでは、超音波プローブ101からプローブの識別情報を取得するプローブI/F部を備え、穿刺時受信振動子列選択部113Bは、プローブ識別情報に基づき穿刺針101bの位置及び傾斜角度を認定する構成とした。しかしながら、穿刺針の位置及び傾斜角度を認定する方法は、他の方法を用いてもよく適宜変更可能である。
<構成>
以下、超音波診断装置100Cの構成について説明する。図26は、超音波診断装置100Cを含む超音波診断システム1000Cの機能ブロック図である。実施の形態1と相違する穿刺時受信振動子列選択部113C、穿刺針位置・角度入力受付部104Cの構成について説明し、超音波診断装置100と同じである他の構成については説明を省略する。
穿刺時受信振動子列選択部113Cは、取得した穿刺針位置・角度情報に基づき、受信振動子列Rxを選択する回路である。
穿刺針位置・角度情報入力部1132Cは、穿刺針位置・角度入力受付部104Cから、穿刺針101bの位置np及び傾斜角度naを入力する。
超音波診断装置100Cの音響線信号サブフレームデータdsiの生成処理の動作について説明する。超音波診断装置100による動作と相違する、穿刺針からの反射波受波に適合した受信振動子列Rxを選択する処理の動作(図28)について説明する。
穿刺時受信振動子列選択部113Cは、送信イベントに同期して取得されデータ格納部114に保存されている受波信号サブフレームデータrfiのシーケンスをデータ格納部114から取得する。穿刺針位置・角度情報入力部1132Cは、穿刺針位置・角度入力受付部104Cから、穿刺針101bの位置np及び傾斜角度naを入力し(ステップS2012C)、受信振動子列決定部1133Cは、得られた穿刺針101bの位置np・角度naに基づき高強度受波振動子101aXの位置を幾何学的に算出し、高強度受波振動子101aXを中心とした複数の振動子からなる受信振動子列Rxを選択する(ステップS2013C)。選択された受信振動子列Rxの位置を示す情報は、受信条件設定部108に出力され、図15と同様の処理により、合成音響線信号フレームデータdsの生成処理を終了する。
以上、説明したように、超音波診断装置100Cでは、操作入力がされる操作入力部102が接続可能に構成されており、穿刺時受信振動子列選択部113Cは、操作入力部102に穿刺針の位置npと傾斜角度naとを示す情報が入力されたとき、当該情報に基づき受信振動子列Rxを選択する構成を採る。
<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。
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。
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。
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。
≪まとめ≫
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は、 複数の振動子が列設された超音波プローブが接続可能に構成されており、穿刺針が刺入された被検体に対して、前記複数の振動子を選択的に駆動して超音波を送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、送信イベントに同期して受波した反射超音波に基づき音響線信号のサブフレームデータを複数生成し、それらを合成して合成音響線信号のフレームデータの生成を繰り返し行う超音波診断装置であって、
前記複数の振動子から、送信イベントに同期して送信振動子列が列方向に漸次移動するように送信振動子列を選択するとともに、送信イベントごとに前記送信振動子列から超音波が被検体中で集束するように送信する送信部と、
送信イベントに同期して、前記複数の振動子の一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列を生成し、
前記複数の振動子から、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列として選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において送信された超音波が到達する範囲内に前記音響線信号のサブフレームデータが生成されるべき対象領域を決定し、当該対象領域内の複数の観測点各々について、前記受信振動子列内の振動子に対応する前記受波信号列を整相加算することにより前記音響線信号のサブフレームデータを生成し、
得られた複数の前記音響線信号のサブフレームデータを合成することにより前記合成音響線信号のフレームデータを生成する受信部とを備えたことを特徴とする。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、前記受信部は、前記複数の振動子各々に対する受波信号列から高強度の受波信号を含む受波信号列を受信した高強度受波振動子101aXを特定し、特定された高強度受波振動子101aXを含む振動子の列を受信振動子列に選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、前記受信部は、複数の送信イベントにおいて特定された高強度受波振動子101aXを含む受信振動子列を選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、前記受信部は、前記音響線信号のサブフレームデータにおける、観測点の音響線信号の強度が高い線状領域を抽出し、その配置から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を算出し、当該位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、前記受信部は、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された音響線信号のサブフレームデータに基づき算出された位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択する構成としてもよい。
係る構成により、現在の送信イベントと同一の送信開口振動子列を用いた送信イベントにおける音響線信号に基づき現在の送信イベントにおける受信振動子列を選択することができるので、より高い精度で算出した穿刺針の位置及び傾斜角度を用いることができ、得られる超音波画像中の穿刺針の視認性を向上することができる。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、さらに、前記超音波プローブが接続されたとき、前記超音波プローブからプローブ識別情報を取得するプローブI/F部を備え、前記受信部は、前記プローブ識別情報に基づき前記超音波プローブに装着された穿刺針の位置及び傾斜角度を認定し、当該位置及び傾斜角度に基づき前記受信振動子列を選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、さらに、操作入力がされる操作入力部が接続可能に構成されており、前記受信部は、前記操作入力部に穿刺針の位置と傾斜角度とを示す情報が入力されたとき、当該情報に基づき前記受信振動子列を選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、前記受信部は、送信イベントに同期して選択される送信振動子列に基づいて、送信イベントごとに異なる受信振動子列を選択する構成としてもよい。
また、別の態様では、上記何れかの構成において、受信部は、前記各観測点から得られた反射等音波に基づく前記受波信号列を整相加算することにより被検体内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の前記音響線信号を生成する整相加算部とを備え、前記整相加算部は、送信された超音波が、前記関心領域内の観測点に到達するまでの送信時間と、前記観測点からの反射波が前記振動子の各々に到達するまでの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複数の振動子の各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振動子に対する遅延量を算出し、前記各振動子に対する前記受波信号列から前記各振動子に対する遅延量に相当する受波信号値を同定して前記複数の振動子について加算することにより、前記観測点に対する音響線信号を生成する構成としてもよい。
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とより、複数の送信イベントに対して送信焦点FP以外の深度にある観測点Pij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。
前記複数の振動子から、送信イベントに同期して送信振動子列が列方向に漸次移動するように送信振動子列を選択するとともに、送信イベントごとに前記送信振動子列から超音波が被検体中で集束するように送信し、
送信イベントに同期して、前記複数の振動子の一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列を生成し、
前記複数の振動子から、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列として選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において前記音響線信号のサブフレームデータが生成されるべき対象領域を決定し、当該対象領域内の複数の観測点各々について、前記受信振動子列内の振動子に対応する前記受波信号列を整相加算することにより前記音響線信号のサブフレームデータを生成し、
得られた複数の前記音響線信号のサブフレームデータを合成することにより前記音響線信号のフレームデータを生成する構成としてもよい。また、超音波信号処理方法が記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体としてもよい。
≪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。
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。なお、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。
101 超音波プローブ
101a 超音波振動子
101b 穿刺針
101c 穿刺ガイド
102 操作入力部
103 表示部
104 操作入力受付部
104C 穿刺針位置・角度情報入力受付部
105 送信条件設定部
106 送信ビームフォーマ部
1061 駆動信号発生部
1062 遅延プロファイル生成部
1063 駆動信号送信部
107 送信部
108 受信条件設定部
109 受信ビームフォーマ部
1091 入力部
1092 整相加算部
1093 合成部
110、110A、110B、110C 受信部
111 マルチプレクサ部
112 Bモード画像生成部
113、113A、113B、113C 穿刺時受信振動子列選択部
1131 深さ方向高強度信号検出部
1131A 高強度観測点位置検出部
1132 列方向最大強度振動子検出部
1132A 穿刺針位置・角度算出部
1132B 穿刺針位置・角度認定部
1132C 穿刺針位置・角度情報入力部
1133、1133A,1133B、1133C 受信振動子列決定部
114 データ格納部
115 制御部
116 表示制御部
117 プローブI/F部
150、150A、150B、150C 超音波信号処理回路
1000、1000A、1000B、1000C 超音波診断システム
Claims (11)
- 複数の振動子が列設された超音波プローブが接続可能に構成されており、穿刺針が刺入された被検体に対して、前記複数の振動子を選択的に駆動して超音波を送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、送信イベントに同期して受波した反射超音波に基づき音響線信号のサブフレームデータを複数生成し、それらを合成して合成音響線信号のフレームデータの生成を繰り返し行う超音波診断装置であって、
前記複数の振動子から、送信イベントに同期して送信振動子列が列方向に漸次移動するように送信振動子列を選択するとともに、送信イベントごとに前記送信振動子列から超音波が被検体中で集束するように送信する送信部と、
送信イベントに同期して、前記複数の振動子の一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列を生成し、
前記複数の振動子から、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列として選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において送信された超音波が到達する範囲内に前記音響線信号のサブフレームデータが生成されるべき対象領域を決定し、当該対象領域内の複数の観測点各々について、前記受信振動子列内の振動子に対応する前記受波信号列を整相加算することにより前記音響線信号のサブフレームデータを生成し、
得られた複数の前記音響線信号のサブフレームデータを合成することにより前記合成音響線信号のフレームデータを生成する受信部とを備え、
前記受信部は、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された前記音響線信号のサブフレームデータにおける、観測点の音響線信号の強度が高い線状領域を抽出し、その配置から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を算出し、当該位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択する
超音波診断装置。 - 前記受信部は、前記複数の振動子各々に対する受波信号列から高強度の受波信号を含む受波信号列を受信した高強度受波振動子を特定し、特定された高強度受波振動子を含む振動子の列を受信振動子列に選択する
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記受信部は、複数の送信イベントにおいて特定された高強度受波振動子を含む受信振動子列を選択する
請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記現在の送信イベントより前に行われた送信イベントは、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントのうち、現在の送信イベントと送信開口振動子列が同一である最も新しい送信イベントである
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された音響線信号のサブフレームデータは、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントのうち、現在の送信イベントと送信開口振動子列が同一である最も新しい送信イベント以後に行われた複数の送信イベントに同期して生成された複数の音響線信号サブフレームデータである
請求項1に記載の超音波診断装置。 - さらに、前記超音波プローブが接続されたとき、前記超音波プローブからプローブ識別情報を取得するプローブI/F部を備え、
前記受信部は、前記プローブ識別情報に基づき前記超音波プローブに装着された穿刺針の位置及び傾斜角度を認定し、当該位置及び傾斜角度に基づき前記受信振動子列を選択する
請求項1に記載の超音波診断装置。 - さらに、操作入力がされる操作入力部が接続可能に構成されており、
前記受信部は、前記操作入力部に穿刺針の位置と傾斜角度とを示す情報が入力されたとき、当該情報に基づき前記受信振動子列を選択する
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記受信部は、送信イベントに同期して選択される送信振動子列に基づいて、送信イベントごとに異なる受信振動子列を選択する
請求項1〜2の何れか1項に記載の超音波診断装置。 - 受信部は、前記各観測点から得られた反射等音波に基づく前記受波信号列を整相加算することにより被検体内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の前記音響線信号を生成する整相加算部とを備え、
前記整相加算部は、
送信された超音波が、前記対象領域内の観測点に到達するまでの送信時間と、
前記観測点からの反射波が前記振動子の各々に到達するまでの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複数の振動子の各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振動子に対する遅延量を算出し、
前記各振動子に対する前記受波信号列から前記各振動子に対する遅延量に相当する受波信号値を同定して前記複数の振動子について加算することにより、前記観測点に対する音響線信号を生成する
請求項1〜8の何れか1項に記載の超音波診断装置。 - 前記送信振動子列の列中心と、被検体中の前記送信された超音波が集束する深さにおけるビーム中心との距離を第1距離、前記ビーム中心と前記対象領域内の観測点との距離を第2距離としたとき、
前記整相加算部は、
観測点が前記ビーム中心よりも被検体深さ方向において深い場合には、前記第1距離と前記第2距離との和を音速で除して前記送信時間を算出し、
観測点が前記ビーム中心よりも被検体深さ方向において浅い場合には、前記第1距離から前記第2距離を減じた差を音速で除して前記送信時間を算出する
請求項9に記載の超音波診断装置。 - 穿刺針が刺入された被検体に対して、超音波プローブに列設された複数の振動子を選択的に駆動して超音波を送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、送信イベントに同期して受波した反射超音波に基づき音響線信号のサブフレームデータを複数生成し、それらを合成して音響線信号のフレームデータの生成を繰り返し行う超音波信号処理方法であって、
前記複数の振動子から、送信イベントに同期して送信振動子列が列方向に漸次移動するように送信振動子列を選択するとともに、送信イベントごとに前記送信振動子列から超音波が被検体中で集束するように送信し、
送信イベントに同期して、前記複数の振動子の一部又は全部が被検体内から受波した反射超音波に基づいて振動子各々に対する受波信号列を生成し、
前記複数の振動子から、穿刺針からの反射波の受波信号の信号強度が相対的に高くなる振動子列を受信振動子列として選択し、
送信イベントに同期して、被検体内において前記音響線信号のサブフレームデータが生成されるべき対象領域を決定し、当該対象領域内の複数の観測点各々について、前記受信振動子列内の振動子に対応する前記受波信号列を整相加算することにより前記音響線信号のサブフレームデータを生成し、
得られた複数の前記音響線信号のサブフレームデータを合成することにより前記音響線信号のフレームデータを生成し、
前記受信振動子列の選択では、現在の送信イベントより前に行われた送信イベントに同期して生成された前記音響線信号のサブフレームデータにおける、観測点の音響線信号の強度が高い線状領域を抽出し、その配置から描画されている穿刺針の位置及び傾斜角度を算出し、当該位置及び傾斜角度に基づいて受信振動子列を選択する
超音波信号処理方法。
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