JP6761767B2 - Ultrasound imaging device - Google Patents

Ultrasound imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP6761767B2
JP6761767B2 JP2017031323A JP2017031323A JP6761767B2 JP 6761767 B2 JP6761767 B2 JP 6761767B2 JP 2017031323 A JP2017031323 A JP 2017031323A JP 2017031323 A JP2017031323 A JP 2017031323A JP 6761767 B2 JP6761767 B2 JP 6761767B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reception
data
imaging
ultrasonic
interpolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017031323A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018134275A (en
Inventor
美咲 広島
美咲 広島
貞一郎 池田
貞一郎 池田
栗原 浩
浩 栗原
俊昭 藤木
俊昭 藤木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2017031323A priority Critical patent/JP6761767B2/en
Publication of JP2018134275A publication Critical patent/JP2018134275A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6761767B2 publication Critical patent/JP6761767B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

本発明は、超音波撮像装置のおよび受信信号の処理方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus and a method of processing a received signal.

超音波撮像は、一般に、超音波の送受信を方向を変えて繰り返すことで行われる。1回の送受信に要する時間は、超音波探触子から超音波が撮像範囲を伝搬し、撮像対象からの反射波が、超音波探触子の受信開口に到達するのに要する時間であり、超音波の伝搬距離と音速から決まる。よって超音波の撮像レート(フレームレート、ボリュームレート)は、超音波の送受信回数に依存する。これまで撮像レートを上げるために送受信回数を減らす様々な手法が提案されてきた。一般に、空間的に密に送受信を行う場合には、1回の送受信イベント毎に、超音波送信ビームの中心に沿った1ライン上の各点に、超音波探触子の受信信号を順次結像させる受信ビームフォーミングを行い、それにより各点の結像データの集合である1本のラインデータを得る。これに対して、送受信回数を減らす手法として、1回の送受信イベントにつき送信ビームの範囲内において複数ラインを設定し、各ライン上の点に対して受信ビームフォーミングにより結像データを得るパラレル受信方式や、少ない送受信で得られる結像データの間の欠落したラインを補間により構成するなどの方式が用いられる。 Ultrasound imaging is generally performed by repeating transmission and reception of ultrasonic waves in different directions. The time required for one transmission / reception is the time required for the ultrasonic waves to propagate in the imaging range from the ultrasonic probe and for the reflected waves from the imaging target to reach the receiving opening of the ultrasonic probe. It is determined by the propagation distance and sound velocity of ultrasonic waves. Therefore, the imaging rate (frame rate, volume rate) of ultrasonic waves depends on the number of transmissions and receptions of ultrasonic waves. So far, various methods have been proposed to reduce the number of transmissions and receptions in order to increase the imaging rate. Generally, in the case of spatially dense transmission / reception, the reception signal of the ultrasonic probe is sequentially connected to each point on one line along the center of the ultrasonic transmission beam for each transmission / reception event. Receive beamforming to image is performed, thereby obtaining one line data which is a set of imaging data of each point. On the other hand, as a method of reducing the number of transmissions and receptions, a parallel reception method in which multiple lines are set within the range of the transmission beam for one transmission / reception event and image data is obtained by receiving beamforming for points on each line. Alternatively, a method such as constructing a missing line between imaging data obtained with a small amount of transmission / reception by interpolation is used.

一方、撮像レートの向上と撮像画質とを両立させようとする場合、パラレル受信方式においては、例えば送信ビームが持つ感度分布と、設定された複数のラインとの位置関係によって送受の感度分布のバラつきやそれによる結像の歪みが生じるなどの課題がある。また補間方式では、補間データの信頼性が課題となる。特許文献1には、ボリューム間で送受信ビームの位置のパターンを順に切り替えることで、補間データを実取得したラインデータに置き換え、画質を向上させる手法が提案されている。 On the other hand, when trying to achieve both improvement in imaging rate and imaging image quality, in the parallel reception method, for example, the sensitivity distribution of the transmission and reception varies depending on the positional relationship between the transmission beam and a plurality of set lines. There are problems such as distortion of image formation due to this. Further, in the interpolation method, the reliability of the interpolated data becomes an issue. Patent Document 1 proposes a method of improving the image quality by replacing the interpolated data with the actually acquired line data by sequentially switching the pattern of the position of the transmission / reception beam between the volumes.

パラレル受信方式の課題を解決するために、特許文献2には、送信ビームを中心とする円周上に複数の受信ラインを配置することにより、送信ビームと、複数の受信ラインとの距離の差による送受信感度のばらつきを低減することが提案されている。さらに、特許文献3には、受信ラインを、送信ビームの周囲に巻き付けられた形状のらせん形状にすることが提案されている。 In order to solve the problem of the parallel reception method, Patent Document 2 describes the difference in distance between the transmission beam and the plurality of reception lines by arranging a plurality of reception lines on the circumference centered on the transmission beam. It has been proposed to reduce the variation in transmission / reception sensitivity due to the above. Further, Patent Document 3 proposes that the receiving line has a spiral shape wound around the transmitting beam.

特開2013−414号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-414 特開2010−5138号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-5138 特開2008−132342号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-132342

特許文献1の技術は、撮像対象の位置移動が充分に少ない場合や、心臓のように周期的に運動し運動周期に対する撮像シーケンスの同期が可能な場合に適用が限られ、超音波プローブの移動や、撮像対象の動きがある場合には、補間データの補間精度が課題として残る。よって撮像レートを向上させるためには、パラレル受信および信頼性の高い補間データ生成技術が求められる。従来のパラレル受信方式のラインデータは、一般に、送信ビームの軸に沿って直線状に形成され、しかも、送信ビーム中心軸の周囲に対して密に配置される。そのため、特許文献1の技術によりラインデータを補間する場合、送信ビーム間隔相当の補間領域に対して補間データを生成して、送信ビームのピッチに対して微小な構造を再構築することは難しかった。また、特許文献2の技術によりパラレル受信ラインを送信ビームから一定の距離離してまばらに配置した場合でも、ラインデータが直線状であるという特性から、直線状のラインデータの間の領域については、結像データは実取得されない。そのため、実取得した結像データは、少なくとも深度方向に長いデータ欠落領域を有し、撮像対象の構造がラインデータに対してなす角が鋭角であるほど補間性能が低下する。このため、特許文献2の技術を用いて、あらゆる構造に対してなめらかな補間を達成することは難しかった。さらに特許文献3の技術は、受信ラインの形状を直線以外に制御することで送受信の感度のばらつきを改善させるなどの効果を持つが、補間精度を向上させる効果を有すものではない。 The technique of Patent Document 1 is limited in application when the position movement of the imaging target is sufficiently small, or when it moves periodically like the heart and the imaging sequence can be synchronized with the movement cycle, and the movement of the ultrasonic probe is limited. Or, when there is movement of the imaging target, the interpolation accuracy of the interpolated data remains an issue. Therefore, in order to improve the imaging rate, parallel reception and highly reliable interpolation data generation technology are required. The line data of the conventional parallel reception method is generally formed linearly along the axis of the transmission beam, and is densely arranged around the center axis of the transmission beam. Therefore, when the line data is interpolated by the technique of Patent Document 1, it is difficult to generate the interpolated data for the interpolation region corresponding to the transmission beam interval and reconstruct a minute structure with respect to the pitch of the transmission beam. .. Further, even when the parallel reception lines are sparsely arranged at a certain distance from the transmission beam by the technique of Patent Document 2, the line data is linear, so that the region between the linear line data is described. The imaging data is not actually acquired. Therefore, the actually acquired imaging data has at least a long data missing region in the depth direction, and the sharper the angle formed by the structure to be imaged with respect to the line data, the lower the interpolation performance. Therefore, it has been difficult to achieve smooth interpolation for any structure by using the technique of Patent Document 2. Further, the technique of Patent Document 3 has an effect of improving the variation in transmission / reception sensitivity by controlling the shape of the receiving line other than a straight line, but does not have the effect of improving the interpolation accuracy.

本発明は、受信ビームフォーミングで得た結像データ間の補間を行う際に、撮像対象の構造にかかわらず、なめらかで均質な補間を可能にすることを目的とする。 An object of the present invention is to enable smooth and homogeneous interpolation regardless of the structure of the imaging target when performing interpolation between imaging data obtained by received beamforming.

本発明の超音波撮像装置は、超音波探触子の配列された複数の振動子にそれぞれ送信信号を出力して超音波に変換させ、撮像対象に送信させる送信ビームフォーマと、撮像対象の超音波が送信される範囲に対して、少なくとも深さ方向に所定の配列で設定された複数の受信焦点から、1以上の受信焦点が深さ方向に間引かれた受信焦点パターンを設定するスパースパターン設定部と、超音波を送信された撮像対象から戻った超音波を超音波探触子の複数の振動子がそれぞれ受信して出力する受信信号から、少なくともスパースパターン設定部が設定した受信焦点パターンの受信焦点について、結像データを生成する受信ビームフォーマと、結像データを用いて、間引かれた受信焦点について補間データを生成する補間処理部と、受信ビームフォーマが生成した結像データと、補間処理部が生成した補間データとを用いて、撮像範囲の画像を生成する画像生成部とを有する。 The ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes a transmission beam former that outputs transmission signals to a plurality of transducers in which ultrasonic probes are arranged, converts them into ultrasonic waves, and transmits them to an imaging target, and an ultrasonic imaging target. A sparse pattern that sets a reception focus pattern in which one or more reception focal points are thinned out in the depth direction from a plurality of reception focal points set in a predetermined arrangement at least in the depth direction with respect to the range in which ultrasonic waves are transmitted. At least the reception focus pattern set by the sparse pattern setting unit from the setting unit and the received signal that the multiple transducers of the ultrasonic probe receive and output the ultrasonic waves returned from the imaged object to which the ultrasonic waves are transmitted. A receiving beam former that generates imaging data for the receiving focal point, an interpolation processing unit that generates interpolation data for the thinned receiving focal point using the imaging data, and an imaging data generated by the receiving beam former. It also has an image generation unit that generates an image in the imaging range by using the interpolation data generated by the interpolation processing unit.

本発明の超音波撮像装置は、受信ビームフォーミングで得た結像データ間の補間を行う際に、撮像対象の構造にかかわらず、なめらかで均質な補間を可能にすることができる。 The ultrasonic imaging apparatus of the present invention can enable smooth and homogeneous interpolation regardless of the structure of the imaging target when performing interpolation between imaging data obtained by received beamforming.

本発明の実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the ultrasonic image pickup apparatus of embodiment of this invention. 実施形態の送信される超音波と、設定される受信焦点パターンを示す説明図。Explanatory drawing which shows the transmitted ultrasonic wave of an embodiment and the set reception focus pattern. 実施形態の3次元の受信焦点パターンの例を示す説明図。The explanatory view which shows the example of the 3D reception focus pattern of an embodiment. 実施形態の3次元に受信焦点が配列された受信焦点パターンと、パターンの種類を示す説明図。The explanatory view which shows the reception focus pattern which the reception focus is arranged three-dimensionally of embodiment, and the type of a pattern. 実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the receiving beam former of an embodiment. 実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the receiving beam former of an embodiment. 実施形態の複数の遅延加算部を内蔵している受信ビームフォーマのブロック図。The block diagram of the receiving beam former which incorporates a plurality of delay addition part of an embodiment. 実施形態の受信焦点を深さごとにひとつずつ選択して結んだ受信ラインの例を示す説明図。The explanatory view which shows the example of the receiving line which selected and connected the receiving focus of embodiment one by one for each depth. 実施形態の今回の時相と過去の時相の計4時相分の結像データをそれぞれ格納する領域と、補間データを格納する領域を有するメモリを示す説明図。An explanatory diagram showing a memory having an area for storing imaging data for a total of four time phases of the current time phase and the past time phase of the embodiment and an area for storing interpolation data. 実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation of the ultrasonic image pickup apparatus of embodiment. 実施形態のスパースパターン設定部の受信焦点パターンの生成処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the generation process of the reception focus pattern of the sparse pattern setting part of embodiment. 実施形態のスパースパターン設定部の受信焦点パターンの生成処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the generation process of the reception focus pattern of the sparse pattern setting part of embodiment. 実施形態の補間データ生成処理の示すフローチャート。The flowchart which shows the interpolation data generation processing of embodiment. 実施形態の補間データ生成処理を圧縮センシングで行う処理を示す説明図。The explanatory view which shows the process which performs the interpolation data generation process of embodiment by compressed sensing.

本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。 The ultrasonic imaging apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

図1は、本実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。図2は、送信される超音波と、設定される受信焦点パターンを示す説明図である。図1に示したように、本実施形態の超音波撮像装置は、送信ビームフォーマ101と、受信ビームフォーマ102と、受信焦点パターン設定部(スパースパターン設定部)103と、補間処理部104及びメモリ106を含む信号処理部114と、画像生成部105と、送受切替部107と、制御部108と、ユーザーインタフェース109と、表示部110と、を備える本体装置150と、ケーブル(不図示)を介して本体装置150と脱着可能な超音波探触子100を有している。送信ビームフォーマ101および受信ビームフォーマ102には、送受切替部107を介して、超音波探触子100が接続されている。超音波探触子100は、電気信号を超音波に変換するとともに、超音波を電気信号に変換する複数の振動子を備え、複数の振動子は、1次元または2次元に配列されている。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging device according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a transmitted ultrasonic wave and a set reception focus pattern. As shown in FIG. 1, the ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment includes a transmission beam former 101, a reception beam former 102, a reception focus pattern setting unit (sparse pattern setting unit) 103, an interpolation processing unit 104, and a memory. A main unit 150 including a signal processing unit 114 including 106, an image generation unit 105, a transmission / reception switching unit 107, a control unit 108, a user interface 109, and a display unit 110, and a cable (not shown). It has a main body device 150 and a detachable ultrasonic probe 100. An ultrasonic probe 100 is connected to the transmission beam former 101 and the reception beam former 102 via a transmission / reception switching unit 107. The ultrasonic probe 100 includes a plurality of oscillators that convert an electric signal into an ultrasonic signal and convert an ultrasonic wave into an electric signal, and the plurality of oscillators are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

送信ビームフォーマ101は、制御部108からの制御に従って、超音波探触子100の複数の振動子にそれぞれ送信信号を出力する。これにより、複数の振動子は、送信信号を超音波2に変換し、撮像対象1に向かって送信する。超音波2を送信された撮像対象1からは、反射波等の超音波3が超音波探触子100に戻る。超音波探触子100の複数の振動子は、超音波をそれぞれ受信して受信信号を出力する。 The transmission beam former 101 outputs a transmission signal to each of the plurality of oscillators of the ultrasonic probe 100 according to the control from the control unit 108. As a result, the plurality of oscillators convert the transmission signal into ultrasonic waves 2 and transmit the transmission signals toward the imaging target 1. Ultrasonic waves 3 such as reflected waves return to the ultrasonic probe 100 from the image pickup target 1 to which the ultrasonic waves 2 are transmitted. Each of the plurality of oscillators of the ultrasonic probe 100 receives ultrasonic waves and outputs a received signal.

スパースパターン設定部103は、制御部108からの制御に従って、図2に示したように、撮像対象1の超音波2が送信される範囲に対して、少なくとも深さ方向に所定の配列で設定された複数の受信焦点4から、1以上の受信焦点5が深さ方向に間引かれたスパース(疎)な受信焦点パターンを生成し、受信ビームフォーマ102に設定する。 According to the control from the control unit 108, the sparse pattern setting unit 103 is set in a predetermined arrangement at least in the depth direction with respect to the range in which the ultrasonic wave 2 of the imaging target 1 is transmitted, as shown in FIG. A sparse reception focus pattern in which one or more reception focal points 5 are thinned out in the depth direction is generated from the plurality of reception focal points 4 and set in the reception beam former 102.

受信ビームフォーマ102は、制御部108からの制御に従って、複数の振動子がそれぞれ出力する受信信号を受信焦点に結像させる受信ビームフォーミングを行い、少なくともスパースパターン設定部103が設定した受信焦点パターンの受信焦点4について、結像データを生成する。 The reception beamformer 102 performs receive beamforming to form an image of the reception signals output by the plurality of oscillators on the reception focus according to the control from the control unit 108, and at least the reception focus pattern set by the sparse pattern setting unit 103. Imaging data is generated for the receiving focal point 4.

信号処理部114は、制御部108からの制御に従って、受信ビームフォーマ102からの結像データをメモリ106に格納し、補間処理部104にて信号処理して画像生成部105に渡す。補間処理部104は、受信ビームフォーマ102が生成し、メモリ106に格納された結像データを用いて、スパースパターン設定部103が受信焦点パターンから間引いた受信焦点5の位置の点について、補間データを生成する。画像生成部105は、信号処理部114からの受信ビームフォーマ102が生成した結像データと、補間処理部104が生成した補間データとを用いて、撮像対象1の画像を生成する。 The signal processing unit 114 stores the imaging data from the reception beam former 102 in the memory 106 according to the control from the control unit 108, processes the signal in the interpolation processing unit 104, and passes it to the image generation unit 105. The interpolation processing unit 104 uses the imaging data generated by the reception beam former 102 and stored in the memory 106 to decimate the points at the positions of the reception focus 5 thinned out from the reception focus pattern by the sparse pattern setting unit 103. To generate. The image generation unit 105 generates an image of the image pickup target 1 by using the imaging data generated by the reception beam former 102 from the signal processing unit 114 and the interpolation data generated by the interpolation processing unit 104.

このように、本実施形態の超音波撮像装置は、少なくとも深さ方向に所定の配列で設定された複数の受信焦点4から、1以上の受信焦点5が深さ方向に間引かれた受信焦点パターンを設定し、深さ方向に間引かれた点(受信焦点5)についての補間データを、受信焦点4の結像データから生成する。これにより、図2に示したように、深度方向を含む2次元または3次元の各方向について一様にスパースな受信焦点4を設定できるため、補間の信頼性を向上させることができ、微小な構造や深さ方向に対して鋭角な構造等を含むいかなる構造の撮像対象1であっても、滑らかで均質な補間が可能となる。 As described above, in the ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment, one or more receiving focal points 5 are thinned out in the depth direction from a plurality of receiving focal points 4 set in a predetermined arrangement at least in the depth direction. A pattern is set, and interpolation data for points (reception focus 5) thinned out in the depth direction is generated from the imaging data of the reception focus 4. As a result, as shown in FIG. 2, since the sparse reception focus 4 can be set uniformly in each of the two-dimensional or three-dimensional directions including the depth direction, the reliability of interpolation can be improved, and it is minute. Smooth and uniform interpolation is possible for the imaging target 1 having any structure including a structure and a structure having an acute angle with respect to the depth direction.

例えば、スパースパターン設定部103は、超音波2が送信される範囲の深さ方向と、深さ方向に対して交差する方向とに、それぞれ配列された複数の受信焦点から、1以上の受信焦点を深さ方向と深さ方向に交差する方向のそれぞれについて間引くことにより、受信焦点パターンを設定する。 For example, the sparse pattern setting unit 103 has one or more reception focal points from a plurality of receiving focal points arranged in the depth direction of the range in which the ultrasonic wave 2 is transmitted and the direction intersecting the depth direction. The reception focus pattern is set by thinning out in each of the depth direction and the direction intersecting the depth direction.

図3は、3次元の受信焦点パターンの例である。図3においては、超音波2が送信される範囲の深さ方向とそれに直交する2方向に、3次元にそれぞれ受信焦点を配列し、3方向のそれぞれに受信焦点を間引くことにより、受信焦点パターンが設定されている。 FIG. 3 is an example of a three-dimensional reception focus pattern. In FIG. 3, the receiving focal points are arranged three-dimensionally in the depth direction of the range in which the ultrasonic wave 2 is transmitted and the two directions orthogonal to the depth direction, and the receiving focal points are thinned out in each of the three directions. Is set.

例えば、スパースパターン設定部103は、受信焦点パターンの深さごとに設定される受信焦点の数が同一となるように、超音波2が送信される範囲の深さ方向と深さ方向に交差する方向に配列された複数の受信焦点から深さごとに一定数の受信焦点を間引く構成にしてもよい。図4は、3次元に受信焦点が配列された受信焦点パターンを示している。図4の例では、受信焦点パターンは、各深さA、B、C、Dのそれぞれにおいて、4つの受信焦点4が設定され、他の点(受信焦点5)は間引かれている。このとき、スパースパターン設定部103は、受信焦点パターンにおいて設定される受信焦点4の位置が、各深さA、B、C、Dにおいてランダムになるように受信焦点5を間引いてもよいし、一定のパターンで間引いてもよい。 For example, the sparse pattern setting unit 103 intersects the depth direction and the depth direction of the range in which the ultrasonic wave 2 is transmitted so that the number of reception focal points set for each depth of the receiving focal point pattern is the same. A fixed number of receiving focal points may be thinned out for each depth from a plurality of receiving focal points arranged in the direction. FIG. 4 shows a reception focus pattern in which reception focal points are arranged in three dimensions. In the example of FIG. 4, in the reception focus pattern, four reception focal points 4 are set at each of the depths A, B, C, and D, and the other points (reception focus 5) are thinned out. At this time, the sparse pattern setting unit 103 may thin out the reception focus 5 so that the position of the reception focus 4 set in the reception focus pattern is random at each depth A, B, C, and D. It may be thinned out in a certain pattern.

受信ビームフォーマ102は、スパースパターン設定部103が設定した受信焦点パターンの受信焦点4についてのみ、結像データを生成する構成(図5)としてもよいし、受信焦点パターンの受信焦点4のみならず、間引いた点(受信焦点5)についても結像データを生成し、その後、受信焦点4の結像データのみを選択する構成(図6)としてもよい。 The reception beam former 102 may be configured to generate imaging data only for the reception focus 4 of the reception focus pattern set by the sparse pattern setting unit 103 (FIG. 5), and not only the reception focus 4 of the reception focus pattern but also the reception focus 4. , The image formation data may be generated for the thinned points (reception focus 5), and then only the image formation data of the reception focus 4 may be selected (FIG. 6).

図5は、受信焦点4についてのみ結像データを生成する構成を実現するための受信ビームフォーマ102の構成を示す。図5の受信ビームフォーマ102は、遅延加算部111と、遅延量設定部112とを有する。遅延量設定部112は、スパースパターン設定部103から受信焦点パターンの受信焦点4の位置を受け取り、超音波探触子100の各振動子の出力する受信信号(受信RF(高周波)信号)をこの受信焦点4に合焦させるための各受信信号の遅延量を生成し、遅延加算部111に設定する。具体的には、例えば、予め演算等により求め、内蔵するメモリに格納しておいた受信焦点4を配置可能なすべての位置の点と、その遅延量との関係を示す遅延テーブルから、スパースパターン設定部103から受け取った受信焦点4の位置に対応する遅延量を読み出し、遅延加算部111に設定してもよい。もしくは、遅延量設定部112は、スパースパターン設定部103から受信焦点4の位置を受け取って、予め定めた演算方法により、遅延量を演算により求め、遅延加算部111に設定してもよい。受信焦点4の遅延加算部111は、設定された遅延量だけ各受信信号を遅延させて加算することにより、結像データを生成する。 FIG. 5 shows the configuration of the reception beam former 102 for realizing a configuration in which imaging data is generated only for the reception focus 4. The reception beam former 102 of FIG. 5 has a delay addition unit 111 and a delay amount setting unit 112. The delay amount setting unit 112 receives the position of the reception focus 4 of the reception focus pattern from the sparse pattern setting unit 103, and receives the reception signal (received RF (radio frequency) signal) output by each oscillator of the ultrasonic probe 100. A delay amount of each received signal for focusing on the reception focus 4 is generated and set in the delay addition unit 111. Specifically, for example, a sparse pattern is obtained from a delay table showing the relationship between the points at all positions where the reception focus 4 can be arranged and the delay amount, which is obtained in advance by calculation or the like and stored in the built-in memory. The delay amount corresponding to the position of the reception focus 4 received from the setting unit 103 may be read out and set in the delay addition unit 111. Alternatively, the delay amount setting unit 112 may receive the position of the reception focal point 4 from the sparse pattern setting unit 103, obtain the delay amount by calculation by a predetermined calculation method, and set it in the delay addition unit 111. The delay addition unit 111 of the reception focus 4 generates imaging data by delaying and adding each received signal by a set delay amount.

遅延加算部111が一つである場合は、受信焦点パターンの各受信焦点4について遅延加算の演算をシリアルに行って結像データを得る。図7には、受信ビームフォーマ102が、複数の遅延加算部111a,111b,111cを内蔵している構成を示す。このように複数の遅延加算部が受信ビームフォーマ102に備えられている場合、各遅延加算部111a〜111cにおいて、パラレルに遅延加算演算を行って結像データを得る。いずれの場合も、遅延量設定部112は、受信焦点パターンの受信焦点を、深さごとに一つずつ選択して結んだ受信ラインを設定し、受信ライン上の複数の受信焦点4に複数の振動子の受信信号の焦点を結ばせるための受信信号遅延量を、順次、遅延加算部111に設定する。図8は、受信焦点を深さごとにひとつずつ選択して結んだ受信ラインが3本設定されている例を示す。このとき、遅延量設定部112は、受信ラインを、受信焦点パターンの深さごとの受信焦点4の数と同じ数だけ設定することにより、パラレル方式で同時に複数の受信ラインの結像データを生成できる。ただし、受信ビームフォーマ102の遅延加算部111a〜111cは、受信ラインの数と同数以上備えられているものとする。 When there is only one delay addition unit 111, the delay addition calculation is serially performed for each reception focus 4 of the reception focus pattern to obtain imaging data. FIG. 7 shows a configuration in which the receiving beam former 102 includes a plurality of delay adding units 111a, 111b, 111c. When the receiving beam former 102 is provided with a plurality of delay addition units in this way, the delay addition units 111a to 111c perform delay addition operations in parallel to obtain imaging data. In either case, the delay amount setting unit 112 sets a reception line connected by selecting one reception focus of the reception focus pattern for each depth, and a plurality of reception focal points 4 on the reception line. The amount of delay of the received signal for focusing the received signal of the vibrator is sequentially set in the delay addition unit 111. FIG. 8 shows an example in which three reception lines are set by selecting one reception focus for each depth. At this time, the delay amount setting unit 112 sets the number of reception lines as the same as the number of reception focal points 4 for each depth of the receiving focal point pattern, thereby simultaneously generating imaging data of a plurality of receiving lines in a parallel manner. it can. However, it is assumed that the delay addition units 111a to 111c of the reception beam former 102 are provided in the same number or more as the number of reception lines.

つぎに、受信ビームフォーマ102が、受信焦点パターンの受信焦点4のみならず、間引いた点(受信焦点5)についても結像データを生成し、その後、受信焦点4の結像データのみを選択する構成(図6)とする場合を具体的に説明する。本構成の場合、受信ビームフォーマ102の出力する結像データを格納するメモリ106を受信ビームフォーマ102と画像生成部105との間に配置することが望ましい。メモリ106と補間処理部104は、信号処理部114を構成する。図6は、本構成を実現するための受信ビームフォーマ102の構成例である。図6の受信ビームフォーマ102は、遅延加算部111と、結像データ間引き部113とを有する。結像データ間引き部113は、スパースパターン設定部103から受信焦点パターンの受信焦点4の位置を受け取り、受信焦点4のみならず間引かれている受信焦点5について遅延量を生成し、遅延加算部111に設定する。例えば、予め求めて内蔵するメモリに格納しておいた受信焦点4の位置と遅延量との関係を示す遅延テーブルから遅延量を読み出し、遅延加算部111に設定する。遅延加算部111は、設定された遅延量だけ各受信信号を遅延させて加算することにより、受信焦点4および間引かれている受信焦点5の結像データを生成する。結像データ間引き部113は、遅延加算部111から結像データを受け取って、受信焦点パターンの各受信焦点4の結像データのみを選択し、メモリ106に格納する。この方法では、従来と同様に、間引き処理をしていないすべての受信焦点について遅延加算部111が遅延加算処理をするのと同様の処理であるため、遅延加算部111の動作を従来と同様にすることができ、遅延加算部111の構成を従来と同様にしながら、間引き処理後の受信焦点4の結像データを得ることができる。 Next, the reception beam former 102 generates imaging data not only for the reception focus 4 of the reception focus pattern but also for the thinned points (reception focus 5), and then selects only the imaging data of the reception focus 4. The case of the configuration (FIG. 6) will be specifically described. In the case of this configuration, it is desirable to arrange the memory 106 for storing the imaging data output by the reception beam former 102 between the reception beam former 102 and the image generation unit 105. The memory 106 and the interpolation processing unit 104 form a signal processing unit 114. FIG. 6 is a configuration example of the reception beam former 102 for realizing this configuration. The reception beam former 102 of FIG. 6 has a delay addition unit 111 and an imaging data thinning unit 113. The imaging data thinning unit 113 receives the position of the reception focus 4 of the reception focus pattern from the sparse pattern setting unit 103, generates a delay amount not only for the reception focus 4 but also for the thinned reception focus 5, and delay addition unit. Set to 111. For example, the delay amount is read from the delay table showing the relationship between the position of the reception focus 4 and the delay amount, which is obtained in advance and stored in the built-in memory, and is set in the delay addition unit 111. The delay addition unit 111 delays and adds each received signal by a set delay amount to generate imaging data of the receiving focal point 4 and the thinned receiving focal point 5. The image formation data thinning unit 113 receives the image formation data from the delay addition unit 111, selects only the image formation data of each reception focus 4 of the reception focus pattern, and stores it in the memory 106. In this method, as in the conventional method, the delay addition unit 111 performs the delay addition processing for all the reception focal points that have not been thinned out. Therefore, the operation of the delay addition unit 111 is the same as in the conventional method. The imaging data of the reception focal point 4 after the thinning process can be obtained while the configuration of the delay addition unit 111 is the same as the conventional one.

補間処理部104は、受信焦点パターンの受信焦点4の結像データを用いて、間引いた点(受信焦点5)のデータ(補間データ)を補間演算により算出する。例えば、空間補間により補間データを算出する場合、間引いた点の周囲に位置する1以上の受信焦点4の結像データのいずれか、または、2以上の受信焦点4の結像データの平均値等を補間データとする。補間に用いる結像データは、メモリ106から読み出す。 The interpolation processing unit 104 calculates the data (interpolation data) of the thinned points (reception focus 5) by the interpolation calculation using the imaging data of the reception focus 4 of the reception focus pattern. For example, when calculating interpolation data by spatial interpolation, any one of the imaging data of one or more receiving focal points 4 located around the thinned points, or the average value of the imaging data of two or more receiving focal points 4 or the like. Is the interpolated data. The imaging data used for interpolation is read from the memory 106.

また、別の時相で送信した超音波により、同じ位置について得た結像データを、間引いた点(受信焦点5)の補間データとすることも可能である。この場合、メモリ106は、過去の所定数の時相でそれぞれ得た結像データと、補間データとを格納する領域をそれぞれ有する構造とする。図9は、今回の時相と過去の時相の計4時相分の結像データV1, V2,V3, V4をそれぞれ格納する領域901と、時相間補間データVcを格納する領域902を有するメモリ106を示す。これにより、過去の3時相の結像データのいずれか、または、複数の結像データを用いて補間データを求めることができる。このとき、本実施形態では、各時相の結像データは、間引き後のスパースな受信焦点4についての結像データであるため、従来の間引かれていない4時相分の結像データを格納する場合に必要なメモリ容量と比べて、メモリ容量を低減できるというメリットがある。 It is also possible to use the imaging data obtained at the same position by ultrasonic waves transmitted in different time phases as the interpolated data of the thinned points (reception focus 5). In this case, the memory 106 has a structure having an area for storing the imaging data obtained in each of a predetermined number of time phases in the past and the interpolation data. FIG. 9 has an area 901 for storing the imaging data V1, V2, V3, and V4 for a total of four time phases of the current time phase and the past time phase, and an area 902 for storing the time phase interpolation data Vc, respectively. The memory 106 is shown. Thereby, the interpolation data can be obtained by using any one of the past three-time phase imaging data or a plurality of imaging data. At this time, in the present embodiment, since the imaging data of each time phase is the imaging data of the sparse reception focus 4 after thinning out, the conventional imaging data of the four time phases that have not been thinned out is used. There is an advantage that the memory capacity can be reduced as compared with the memory capacity required for storage.

具体的には、例えば、メモリ106は、図9のように、連続する4つのスパース結像データと、空間補間および時相間補間が施された補間データV'c(i)とを格納するためのメモリ容量を持ち,補間処理部104は、下記式(1)を用いて、i番目の補間データV'c(i)を空間補間と時相間補間を同時に行って算出する構成とする。V'1(i),V'2(i),V'3(i),V'4(i)はそれぞれ、例えば上述の空間補間方法により算出されたi番目の空間補間データであり、式(1)は、例えば連続する4時相の空間補間データの平均値を求めるによって時相間補間を行って補間データV'c(i)を算出する計算式である。4時相全ての空間補間を施した後に時相間補間を行う場合にはV'1,V'2,V'3,V'4の全ボリュームデータを格納するためのメモリ容量が必要であるが、本実施形態ではメモリ106は時相ごとの空間補間データのすべてを保持する必要がなく,メモリ106の容量は、スパースに間引かれていない結像データを記憶させる場合と比べて小さくても、複数時相データ間の補間が可能になる。
V'c(i)=mean( V'1(i) + V'2(i) + V'3(i) + V'4(i) ) ・・・(1)
Specifically, for example, as shown in FIG. 9, the memory 106 stores four consecutive sparse imaging data and the interpolation data V'c (i) subjected to spatial interpolation and interphase interpolation. The memory capacity of the above is provided, and the interpolation processing unit 104 calculates the i-th interpolation data V'c (i) by simultaneously performing spatial interpolation and interphase interpolation using the following equation (1). V '1 (i), V ' 2 (i), V '3 (i), V' 4 (i) , respectively, for example, i-th spatial interpolation data calculated by spatial interpolation method described above, the formula (1) is a calculation formula for calculating the interpolation data V'c (i) by performing interphase interpolation by, for example, obtaining the average value of the spatial interpolation data of consecutive four time phases. Although the case of performing temporal interpolation after performing 4:00 phase all spatial interpolation is required memory capacity for storing the entire volume data V '1, V' 2, V '3, V' 4 In the present embodiment, the memory 106 does not need to hold all of the spatial interpolation data for each time phase, and the capacity of the memory 106 may be smaller than the case where the sparsely thinned imaging data is stored. , Allows interpolation between multiple time phase data.
V'c (i) = mean (V '1 (i) + V' 2 (i) + V '3 (i) + V' 4 (i)) ··· (1)

画像生成部105は、結像データおよび補間データからなる受信焦点4,5の配列を、ディスプレイに表示するための画像データに変換する。例えば、送信時の超音波2の走査が、セクタ走査である場合、受信焦点4,5の配列は、実空間上の扇形形状に変換される。また、その変換過程で画素データのさらなる補間などがなされる。また、画像をなめらかに見せるためのフィルター処理などが施される。例えば、結像データは、受信パターン特有の輝度分布をもつため、受信パターンに応じて異なるフィルターまたは異なるパラメータのフィルターで処理する。 The image generation unit 105 converts an array of reception focal points 4 and 5 composed of imaging data and interpolation data into image data for display on a display. For example, when the scanning of the ultrasonic wave 2 at the time of transmission is a sector scanning, the arrangement of the receiving focal points 4 and 5 is converted into a fan shape in real space. Further, in the conversion process, further interpolation of pixel data is performed. In addition, a filter process is applied to make the image look smooth. For example, since the imaging data has a luminance distribution peculiar to the reception pattern, it is processed by a different filter or a filter with different parameters depending on the reception pattern.

以下、超音波画像を撮像する際の各部の動作をフローチャートを参照して説明する。ここでは、図1のように、超音波撮像装置に制御部108とユーザーインタフェース(以下、UI)109がさらに備えられ、制御部108は、UI109から受け付けた指示や値等に基づいて、超音波撮像装置の各部の制御を行う構成であるとする。図10は、制御部108の動作を示すフローチャートである。 Hereinafter, the operation of each part when capturing an ultrasonic image will be described with reference to a flowchart. Here, as shown in FIG. 1, the ultrasonic imaging apparatus is further provided with a control unit 108 and a user interface (hereinafter, UI) 109, and the control unit 108 uses ultrasonic waves based on instructions and values received from the UI 109. It is assumed that the configuration is such that each part of the image pickup apparatus is controlled. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the control unit 108.

制御部108は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、予めプログラムが格納されたメモリとを備えて構成され、プロセッサがメモリ内のプログラムを読み込んで実行することにより、図10のフローのように各部を制御して動作させる。スパースパターン設定部103、補間処理部104、および、画像生成部105は、制御部108と同様にソフトウエアでその機能が実行される構成であってもよいし、その一部または全部が、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)のようなカスタムICや、FPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラマブルIC等のハードウエアにより構成され、それぞれの機能が実現されるようにIC回路が設計された構成であってもよい。 The control unit 108 is configured to include a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory in which a program is stored in advance, and the processor reads and executes a program in the memory, as shown in the flow of FIG. Control each part to operate. The sparse pattern setting unit 103, the interpolation processing unit 104, and the image generation unit 105 may be configured so that their functions are executed by software in the same manner as the control unit 108, and a part or all of them may be ASICs. It is composed of hardware such as a custom IC such as (Application Specific Integrated Circuit) and a programmable IC such as FPGA (Field-Programmable Gate Array), and the IC circuit is designed so that each function is realized. It may be.

まず、図10のフローチャートのように、制御部108は、表示部110に入力用画面を表示させ、操作者からUI109を介して撮像パラメータの設定を受け付ける(ステップ501)。これにより、制御部108は、撮像パラメータとして、送信する超音波2の照射範囲、スパースパターン設定部103において設定する受信焦点パターンの間引き方法および間引き率等の設定を操作者から受け付ける(ステップ501)。 First, as shown in the flowchart of FIG. 10, the control unit 108 causes the display unit 110 to display the input screen, and receives the setting of the imaging parameter from the operator via the UI 109 (step 501). As a result, the control unit 108 receives from the operator settings such as the irradiation range of the ultrasonic wave 2 to be transmitted, the thinning method of the reception focus pattern set by the sparse pattern setting unit 103, and the thinning rate as imaging parameters (step 501). ..

制御部108は、超音波2の照射範囲と、受信焦点パターンの間引き方法および間引き率等をスパースパターン設定部103に指示し、スパースパターン設定部103が受信焦点パターンを生成する(ステップ502)。 The control unit 108 instructs the sparse pattern setting unit 103 of the irradiation range of the ultrasonic wave 2, the thinning method of the reception focus pattern, the thinning rate, and the like, and the sparse pattern setting unit 103 generates the reception focus pattern (step 502).

スパースパターン設定部103の受信焦点パターンの生成処理を図11、図12(a),(b)を用いて具体的に説明する。スパースパターン設定部103は、超音波2の照射範囲に、始点座標(x0,y0,z0)を設定し、始点座標からx、y、z方向にそれぞれM個、N個、L個の計M×N×L個の受信焦点(この受信焦点は、画像のピクセルに相当するため、以下ピクセルとも呼ぶ)を配置する(ステップ51)。つぎに、スパースパターン設定部103は、受信焦点の間引きを行うための単位領域の大きさを設定する。ここでは、スパースパターン設定部103は、単位領域の大きさは、x、y、z方向にそれぞれO×P×Q個のピクセルであると設定する(ステップ52)。つぎに、スパースパターン設定部103は、間引きを行う単位領域を、単位領域の位置をx,y,z方向のO×P×Q個のピクセルに付与した番号i、j、kにより選択する。すなわち、図3に示すように、単位領域O×P×Q=2×2×2である場合、x方向に2ピクセルずつにi=1、2・・・、y方向に2ピクセルずつにj=1、2・・・、z方向に2ピクセルずつにk=1、2・・・が付与される。スパースパターン設定部103は、最初にi=j=k=1で特定されるO×P×Q個のピクセルの単位領域を選択し(ステップ52〜56)、その単位領域内のピクセルの位置をそれぞれ特定し(ステップ57)、図12(a)または図12(b)の処理により、受信焦点4を配置する(ステップ58)。 The process of generating the reception focus pattern of the sparse pattern setting unit 103 will be specifically described with reference to FIGS. 11, 12 (a) and 12 (b). The sparse pattern setting unit 103 sets the start point coordinates (x0, y0, z0) in the irradiation range of the ultrasonic wave 2, and M, N, and L total M in the x, y, and z directions from the start point coordinates, respectively. × N × L reception focal points (this reception focal point corresponds to a pixel of an image and is therefore also referred to as a pixel) are arranged (step 51). Next, the sparse pattern setting unit 103 sets the size of the unit area for thinning out the reception focus. Here, the sparse pattern setting unit 103 sets that the size of the unit area is O × P × Q pixels in the x, y, and z directions, respectively (step 52). Next, the sparse pattern setting unit 103 selects the unit area to be thinned out by the numbers i, j, and k assigned to the O × P × Q pixels in the x, y, and z directions of the unit area. That is, as shown in FIG. 3, when the unit area O × P × Q = 2 × 2 × 2, i = 1, 2 ... In the x direction and 2 pixels in the y direction. = 1, 2, ..., K = 1, 2, ... Are assigned to each of 2 pixels in the z direction. The sparse pattern setting unit 103 first selects a unit area of O × P × Q pixels specified by i = j = k = 1 (steps 52 to 56), and determines the position of the pixels in the unit area. Each is specified (step 57), and the reception focus 4 is arranged by the process of FIG. 12 (a) or FIG. 12 (b) (step 58).

ステップ58において、図12(a)の処理を行う場合、スパースパターン設定部103は、制御部108から操作者が設定した間引き率Rを受け取り(ステップ41)、O×P×Q個のピクセルの中からランダムに(O×P×Q)/R個のピクセルを選択し(ステップ42)、選択したピクセルに受信焦点4を配置する処理を行う(ステップ43)。これにより、i=j=k=1で特定されるO×P×Q個のピクセルの単位領域内に、所定の間引き率Rで受信焦点4をランダムに配置することができる。これをi、j、kの値を増加させながら、繰り返し行うことにより、スパースパターン設定部103は、M×N×L個の全てのピクセルにランダムに受信焦点4を配置した受信焦点パターンを生成する(ステップ58〜61)。 In step 58, when the process of FIG. 12A is performed, the sparse pattern setting unit 103 receives the thinning rate R set by the operator from the control unit 108 (step 41), and has O × P × Q pixels. A process of randomly selecting (O × P × Q) / R pixels (step 42) and arranging the reception focus 4 on the selected pixels is performed (step 43). As a result, the reception focal points 4 can be randomly arranged at a predetermined thinning rate R within the unit area of O × P × Q pixels specified by i = j = k = 1. By repeating this while increasing the values of i, j, and k, the sparse pattern setting unit 103 generates a reception focus pattern in which the reception focus 4 is randomly arranged in all M × N × L pixels. (Steps 58-61).

一方、ステップ58において、図12(b)の処理を行う場合、スパースパターン設定部103は、O×P×Q個のピクセルの単位領域内に(O×P)/R個の受信焦点が配置された複数種類A,B,C・・・のパターンを、設定可能な間引き率R毎に、内蔵するメモリに記憶している(図4参照)。スパースパターン設定部103は、制御部108から操作者が設定した間引き率Rを受け取り(ステップ71)、受け取ったRに対応するパターンA,B,C・・・をメモリから読み出し(ステップ72)、z方向に単位領域のパターンA,B,C・・・が順番に深さ方向に繰り返し配置されるように、単位領域のz方向の配置番号kにより、その単位領域に設定するパターンA,B,C・・・を選択する(ステップ73,74)。例えば、間引き率Rが4であるとき、k=1の段のO×P個のピクセルにはパターンBの受信焦点が配置され、k=2にはCが配置される。なお、x、y方向については、A,B,C・・・のうちステップ73,74で設定されたパターンを繰り返し配置する。これをi、j、kの値を増加させながら、繰り返し行うことにより、スパースパターン設定部103は、M×N×L個の全てのピクセルに、パターンA,B,C・・で受信焦点4を配置した受信焦点パターンを生成する(ステップ58〜61)。 On the other hand, in step 58, when the process of FIG. 12B is performed, the sparse pattern setting unit 103 arranges (O × P) / R reception focal points in the unit area of O × P × Q pixels. The patterns of the plurality of types A, B, C ... Are stored in the built-in memory for each settable thinning rate R (see FIG. 4). The sparse pattern setting unit 103 receives the thinning rate R set by the operator from the control unit 108 (step 71), and reads the patterns A, B, C ... Corresponding to the received R from the memory (step 72). Patterns A, B, B set in the unit area according to the arrangement number k in the z direction of the unit area so that the patterns A, B, C ... of the unit area are repeatedly arranged in the depth direction in the z direction. , C ... Are selected (steps 73, 74). For example, when the thinning rate R is 4, the reception focus of the pattern B is arranged in O × P pixels in the stage of k = 1, and C is arranged in k = 2. In the x and y directions, the patterns set in steps 73 and 74 of A, B, C ... Are repeatedly arranged. By repeating this while increasing the values of i, j, and k, the sparse pattern setting unit 103 applies the reception focus 4 to all M × N × L pixels with patterns A, B, C, and so on. Is generated (steps 58 to 61).

スパースパターン設定部103は、生成した受信焦点パターンを受信ビームフォーマ102に設定する(ステップ502)。なお、ステップ502において、M×N×Lの値、O×P×Qの値は、予め定めた値であっても、操作者からステップ501で受け付けた値でもよい。 The sparse pattern setting unit 103 sets the generated reception focus pattern in the reception beam former 102 (step 502). In step 502, the value of M × N × L and the value of O × P × Q may be a predetermined value or a value received from the operator in step 501.

つぎに、制御部108は、送信ビームフォーマ101に指示し、ステップ501で受け付けた照射範囲とその送信位置に超音波2を送信するための送信信号を生成させ、超音波探触子100の各振動子に出力させる(ステップ503)。これにより、超音波探触子100から超音波2が撮像対象1に送信され、反射波等の超音波3が超音波探触子100の各振動子により受信され、受信信号が出力される。 Next, the control unit 108 instructs the transmission beam former 101 to generate a transmission signal for transmitting the ultrasonic wave 2 to the irradiation range received in step 501 and the transmission position thereof, and each of the ultrasonic probe 100 Output to the oscillator (step 503). As a result, the ultrasonic wave 2 is transmitted from the ultrasonic probe 100 to the image pickup target 1, the ultrasonic wave 3 such as the reflected wave is received by each oscillator of the ultrasonic probe 100, and the received signal is output.

制御部108の制御下で、受信ビームフォーマ102は、少なくともスパースパターン設定部103の受信焦点4について結像データを生成し、メモリ106に格納する(ステップ504)。結像データの生成方法については、図5、図6を用いて説明した通りである。 Under the control of the control unit 108, the reception beam former 102 generates imaging data for at least the reception focus 4 of the sparse pattern setting unit 103 and stores it in the memory 106 (step 504). The method of generating the imaging data is as described with reference to FIGS. 5 and 6.

制御部108の制御下で、補間処理部104は、受信焦点パターンの受信焦点4が配置されていない点(受信焦点5)について補間データを生成する(ステップ505)。 Under the control of the control unit 108, the interpolation processing unit 104 generates interpolation data for the point (reception focus 5) where the reception focus 4 of the reception focus pattern is not arranged (step 505).

図13は、ステップ505の補間データ生成処理の詳細を示すフローチャートである。この処理は、周囲の結像データから補間データを算出する補間方法である。まず、補間処理部104は、補間データを生成すべき点を中心として、どの範囲の結像データを参照するかを設定する(ステップ81)。例えば、補間するピクセルの位置を(0,0,0)としたときに、範囲Wとして、x,y,z方向に-1から+1以内の周囲8ピクセルを設定し、この8ピクセルに存在する結像データを読み出すことを決定する。この範囲Wは、予め定めたものであってもよいし、ステップ501において操作者から受け付けた範囲であってもよい。 FIG. 13 is a flowchart showing the details of the interpolation data generation process in step 505. This process is an interpolation method for calculating interpolation data from surrounding imaging data. First, the interpolation processing unit 104 sets which range of imaging data to refer to, centering on the point at which the interpolation data should be generated (step 81). For example, when the position of the pixel to be interpolated is (0,0,0), the range W is set to 8 pixels around -1 to +1 in the x, y, z directions, and exists in these 8 pixels. It is decided to read the imaging data to be performed. This range W may be a predetermined range, or may be a range received from the operator in step 501.

つぎに、補間処理部104は、スパースパターン設定部103から受信焦点パターンを得て、補間データの位置pを読み込み(ステップ82)、補間データの位置pから範囲Wに位置する結像データV(Wp)をメモリ106より読みだす。例えば、補間するピクセルの位置pを(0,0,0)としたときに、x,y,z方向に-1から+1以内の周囲8ピクセルに存在する結像データV(Wp)を読み出す(ステップ83,84)。 Next, the interpolation processing unit 104 obtains a reception focus pattern from the sparse pattern setting unit 103, reads the position p of the interpolation data (step 82), and forms an imaging data V located in the range W from the position p of the interpolation data (step 82). Wp) is read from the memory 106. For example, when the position p of the pixel to be interpolated is (0,0,0), the imaging data V (Wp) existing in the surrounding 8 pixels within -1 to +1 in the x, y, z directions is read out. (Steps 83, 84).

補間処理部104は、読み出した結像データV(Wp)を用い、例えばその平均値vを算出し、位置pの補間データとして、メモリ106に格納する(ステップ85,86)。 The interpolation processing unit 104 uses the read imaging data V (Wp), calculates, for example, the average value v thereof, and stores it in the memory 106 as the interpolation data of the position p (steps 85 and 86).

上記処理をすべての補間データを生成すべき点pについて繰り返す(ステップ87)。これにより、ステップ505の補間データの生成処理が完了する。なお、補間処理部104の処理動作は、図13のフローの限定されるものではなく、他の補間処理で補間データを生成することももちろん可能である。 The above process is repeated at the point p where all the interpolated data should be generated (step 87). As a result, the process of generating the interpolation data in step 505 is completed. The processing operation of the interpolation processing unit 104 is not limited to the flow shown in FIG. 13, and it is of course possible to generate the interpolation data by other interpolation processing.

つぎに、制御部108の制御下で、画像生成部105は、メモリ106の結像データおよび補間データを用いて、撮像領域120aの3次元画像(3次元ボリュームデータ)を生成し、表示部110に表示させる。 Next, under the control of the control unit 108, the image generation unit 105 generates a three-dimensional image (three-dimensional volume data) of the imaging region 120a by using the imaging data and the interpolation data of the memory 106, and the display unit 110. To display.

そして、ステップ503に戻り、制御部108は、次の送信を行う。UI109を介して操作者から撮像終了の指示があるまでしてステップ503〜506を繰り返し行う。 Then, returning to step 503, the control unit 108 performs the next transmission. Steps 503 to 506 are repeated until the operator gives an instruction to end imaging via UI109.

本実施形態の超音波撮像装置は、スパースパターン設定部103により深度方向を含む2次元または3次元方向にスパースな結像データの形成を可能になることため、補間の信頼性を向上させ、いかなる構造の対象に対してもなめらかで均質な補間が可能となる。 In the ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment, the sparse pattern setting unit 103 enables the formation of sparse imaging data in two-dimensional or three-dimensional directions including the depth direction, thereby improving the reliability of interpolation and any method. Smooth and uniform interpolation is possible even for structural objects.

なお、補間処理部104は、補間データを圧縮センシング技術を用いて生成してもよい。圧縮センシング技術により補間データを生成する場合、スパースパターン設定部103は、圧縮センシングの手法で補間データを生成するのに適したスパースな受信焦点のパターンを生成する。一般的な圧縮センシングについて、図14を用いて説明する。元のデータ(間引きされていないすべての受信焦点の結像データ)をxとし,アンダーサンプリングによって取得された観測データ(間引き後の受信焦点4の結像データ)をy,アンダーサンプリング(間引き)の際の観測行列をΦとすると、yは式(2)で記述される。xは、基底Ψによりvに変換することで式(3)であらわされる。このとき、基底Ψはvの分布の多くが0で、信号が極所に集中するような分布となる(vはスパースである)ように基底Ψが選ばれる(vをスパース信号と呼ぶ。)。Ψとしては、例えばフーリエやウェーブレットなどの変換行列が用いられる。式(4)で記述されるように、一般に式(3)の拘束条件のもとでlノルムと呼ばれるvのノルムが最小となるような解としてv’を求めることができる(v’は再構成されたスパース信号)。v’を用いて、式(5)の通り逆変換により再構成されたデータx’が得られる。この一連の処理により、アンダーサンプリング下の観測データyから、欠落データが補間された形のデータx’が復元されることになる。これにより補間された、間引きされていないすべての受信焦点の結像データに相当するx’が得られる。 The interpolation processing unit 104 may generate the interpolation data by using the compressed sensing technique. When the interpolated data is generated by the compressed sensing technique, the sparse pattern setting unit 103 generates a sparse reception focus pattern suitable for generating the interpolated data by the compressed sensing technique. A general compressed sensing will be described with reference to FIG. The original data (imaging data of all receiving focal points that have not been thinned out) is x, and the observation data acquired by undersampling (imaging data of receiving focal point 4 after thinning out) is y, and undersampling (thinning out). Assuming that the observation matrix is Φ, y is described by Eq. (2). x is expressed by Eq. (3) by converting it to v by the basis Ψ. At this time, most of the distribution of the basis Ψ is 0, and the basis Ψ is selected so that the signals are concentrated in the poles (v is sparse) (v is called a sparse signal). .. As Ψ, a transformation matrix such as Fourier or wavelet is used. As described in equation (4), generally 'can be obtained (v' norm of v, called under l 0 norm constraints of formula (3) is v as a solution that minimizes the Reconstructed sparse signal). Using v', the data x'reconstructed by the inverse conversion as shown in the equation (5) is obtained. By this series of processing, the data x'in which the missing data is interpolated is restored from the observation data y under undersampling. This gives x'corresponding to the interpolated, undecimated imaging data of all receiving focal points.

スパースパターン設定部103におけるスパースな間引き処理は,観測行列Φを選ぶことに相当する。一般にΦにはランダム性が求められる。またΦの最適化は、既知のデータxを用いて再構成により復元されたx’のエラーの大きさを評価することで行うことができる。例えば、いくつかの観測行列Φのうち,エラーの小さい最適な観測行列Φを選ぶことができる。 The sparse thinning process in the sparse pattern setting unit 103 corresponds to selecting the observation matrix Φ. Generally, Φ is required to have randomness. Further, the optimization of Φ can be performed by evaluating the magnitude of the error of x'recovered by the reconstruction using the known data x. For example, the optimum observation matrix Φ with a small error can be selected from several observation matrices Φ.

Figure 0006761767
Figure 0006761767

4…受信焦点、5…間引かれた受信焦点、100…超音波探触子、101…送信ビームフォーマ、102…受信ビームフォーマ、103…スパースパターン設定部、104…補間処理部、105…画像生成部、106…メモリ、108…制御部、109…ユーザーインターフェイス、110…表示部

4 ... reception focus, 5 ... thinned reception focus, 100 ... ultrasonic probe, 101 ... transmission beam former, 102 ... reception beam former, 103 ... sparse pattern setting unit, 104 ... interpolation processing unit, 105 ... image Generation unit, 106 ... Memory, 108 ... Control unit, 109 ... User interface, 110 ... Display unit

Claims (4)

超音波探触子の配列された複数の振動子にそれぞれ送信信号を出力して超音波に変換させ、撮像対象に前記超音波を送信させる送信ビームフォーマと、
前記送信ビームフォーマによる1回の送信で前記超音波を送信された撮像対象から戻った超音波を前記複数の振動子がそれぞれ受信して出力する受信信号から、パラレル受信方式により、前記撮像対象の前記超音波の照射範囲における複数の受信ライン上の複数の受信焦点について結像データを生成する受信ビームフォーマと、
複数の前記受信ラインの前記結像データの生成される複数の受信焦点の配置のパターンを定めるスパースパターン設定部と、
補間処理部と、
画像生成部とを有し、
前記スパースパターン設定部は、前記撮像対象の前記超音波の照射範囲に前記超音波の送信方向を深度方向とする3次元に配列されたピクセルを設定し、そのうち前記深度ごとの2次元配列のピクセルから予め定めた数のピクセルを、ランダムに選択するか、または、予め定めた複数種類の選択パターンを前記深度方向に順番に繰り返すことにより選択し、選択したピクセルの位置を前記結像データを生成すべき前記受信焦点の位置として前記受信ビームフォーマに設定し、
前記補間処理部は、前記スパースパターン設定部が選択しなかった前記ピクセルの位置の補間データを補間演算により生成し、
前記画像生成部は、前記受信ビームフォーマが生成した前記結像データと、前記補間処理部が生成した前記補間データとを用いて、前記3次元に配列されたピクセルの3次元画像を生成する
ことを特徴とする超音波撮像装置。
A transmission beam former that outputs a transmission signal to each of a plurality of oscillators in which ultrasonic probes are arranged, converts them into ultrasonic waves, and transmits the ultrasonic waves to an imaging target.
From the received signals that the plurality of oscillators receive and output the ultrasonic waves returned from the image pickup target to which the ultrasonic waves are transmitted by one transmission by the transmission beam former, the image pickup target is subjected to the parallel reception method. A receiving beam former that generates imaging data for a plurality of receiving focal points on a plurality of receiving lines in the ultrasonic irradiation range,
A sparse pattern setting unit that defines a pattern of arrangement of a plurality of reception focal points for which the imaging data of the plurality of reception lines is generated,
Interpolating processing unit and
It has an image generator
The sparse pattern setting unit sets pixels arranged in three dimensions with the transmission direction of the ultrasonic waves as the depth direction in the irradiation range of the ultrasonic waves to be imaged, and among them, the pixels of the two-dimensional array for each depth. A predetermined number of pixels are randomly selected from the above, or a plurality of predetermined selection patterns are selected in order in the depth direction, and the positions of the selected pixels are generated as the imaging data. Set to the receive beam former as the position of the receive focus to be
The interpolation processing unit generates interpolation data of the pixel positions not selected by the sparse pattern setting unit by an interpolation calculation.
The image generation unit generates a three-dimensional image of pixels arranged in the three dimensions by using the imaging data generated by the reception beam former and the interpolation data generated by the interpolation processing unit. An ultrasonic imaging device characterized in that.
請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記受信ビームフォーマは、前記スパースパターン設定部が前記深度ごとに前記予め定めた数のピクセルを選択することにより設定した前記受信焦点を、前記深度ごとに一つずつ選択して結ぶことにより、前記予め定めた数と同数の前記受信ラインを設定し、前記パラレルビーム受信方式により、前記結像データを生成することを特徴とする超音波撮像装置。 The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the receiving beam former sets the receiving focal point set by the sparse pattern setting unit by selecting a predetermined number of pixels for each depth. Ultrasound imaging characterized in that the same number of reception lines as the predetermined number are set by selecting and connecting one by one for each depth, and the imaging data is generated by the parallel beam reception method. apparatus. 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記受信ビームフォーマは、前記スパースパターン設定部が選択したピクセルと選択しなかったピクセルの両方を受信焦点として結像データを生成した後、前記スパースパターン設定部が選択したピクセルの前記受信焦点の前記結像データを選択して出力することを特徴とする超音波撮像装置。 The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the receiving beam former generates imaging data with both pixels selected by the sparse pattern setting unit and pixels not selected as reception focal points, and then the image data is generated. An ultrasonic imaging apparatus characterized in that the sparse pattern setting unit selects and outputs the imaging data of the receiving focal point of the selected pixel . 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記受信ビームフォーマは、前記受信ラインと同数以上の遅延加算部を備えることを特徴とする超音波撮像装置。 The ultrasonic wave imaging device according to claim 1, wherein the receiving beam former includes the same number or more delay addition units as the receiving line .
JP2017031323A 2017-02-22 2017-02-22 Ultrasound imaging device Active JP6761767B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017031323A JP6761767B2 (en) 2017-02-22 2017-02-22 Ultrasound imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017031323A JP6761767B2 (en) 2017-02-22 2017-02-22 Ultrasound imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018134275A JP2018134275A (en) 2018-08-30
JP6761767B2 true JP6761767B2 (en) 2020-09-30

Family

ID=63366323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017031323A Active JP6761767B2 (en) 2017-02-22 2017-02-22 Ultrasound imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6761767B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7493481B2 (en) * 2021-04-27 2024-05-31 富士フイルムヘルスケア株式会社 Ultrasound Imaging Device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018134275A (en) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5721462B2 (en) Subject information acquisition device
JP4426530B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method
US8241218B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP5919311B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image generation method
JP6014643B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
US10231709B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus, signal processing method for ultrasound diagnostic apparatus, and recording medium
JP2014512243A (en) Harmonic ultrasound image processing by synthetic aperture sequential beamforming
US10299762B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus, signal processing method for ultrasound diagnostic apparatus, and recording medium
JP6200594B2 (en) Ultrasonic imaging device
US20180000458A1 (en) Ultrasonic imaging device and method for controlling same
JP6378370B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic signal processing method
JP6709142B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus, signal processing apparatus, and signal processing method for ultrasonic imaging apparatus
JP6761767B2 (en) Ultrasound imaging device
CN109996499B (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and storage medium
JP5091556B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image generation method
JP2013165922A (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP6193449B1 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
US11366223B2 (en) Ultrasound imaging apparatus, image processing apparatus, and image processing program
JP4864532B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus, image data display apparatus, and three-dimensional image data generation method
KR20140132821A (en) Ultrasonic imaging processing module, ultrasonic imaging apparatus and method of generating image
US10702246B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus and an ultrasound signal processing method
JP5932932B2 (en) Photoacoustic device
JP5627756B2 (en) Control method of photoacoustic apparatus
JP6526163B2 (en) Photoacoustic Tomography Reception Data Processing Device
JP6253699B2 (en) DATA PROCESSING METHOD, DATA PROCESSING DEVICE, METHOD, AND DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190304

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200218

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200414

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6761767

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350