JP7301676B2 - 超音波診断装置、信号処理方法、及び信号処理プログラム - Google Patents

Description

本明細書等に開示の実施形態は、超音波診断装置、信号処理方法、及び信号処理プログラムに関する。

超音波診断装置では、様々な撮像方法が利用されている。例えば、超音波プローブに内蔵された振動子から発生する超音波パルス（送信超音波）を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波（受信超音波）を振動子により電気信号に変換してモニタ上に表示する撮像方法（Ｂモード法と呼ばれる）が利用されている。Ｂモード法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で２次元画像データや３次元画像データがリアルタイムで観察できるため、各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。また、生体内の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る撮像方法（パルスドプラ法とカラードプラ法があるが、ここでは合わせてドプラ法と呼ぶ）も利用されている。

ところで、超音波診断装置の直流電源部は、高効率化、小型化、低価格化が可能なスイッチング電源が通常用いられる。このスイッチング電源に起因するスイッチングノイズ（すなわち、スイッチング駆動信号の高調波成分）は、被検体から収集される微小な反射波信号に混入することにより画質を低下させる場合がある。

スイッチングノイズの影響を低減させるため、ドプラ法においてクラッタ成分の除去に利用されているクラッタフィルタ（カラードプラではＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルタとも呼ばれる）でスイッチングノイズを除去する方法が提案されている。例えば、超音波送受信の繰り返し周波数（レート周波数）の整数倍の位置にクラッタ成分の線スペクトラムが位置することに着目し、スイッチングノイズの線スペクトラムがレート周波数の整数倍になるようにスイッチング駆動信号の周波数を設定することにより、スイッチングノイズをクラッタ成分とともにクラッタフィルタで除去する方法が提案されている。また、周波数を整数倍にするのではなく、スイッチング電源のスイッチング動作を超音波送信タイミングに同期させることにより、スイッチングノイズをクラッタフィルタで除去する方法も提案されている。

特開平０５－１３０９９２号公報 特開２０１７－７７４５０号公報

本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題は、画質を向上させることができる超音波診断装置、信号処理方法、及び信号処理プログラムを提供することである。ただし、本明細書等に開示の実施形態により解決される課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を、本明細書等に開示の実施形態が解決する他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る超音波診断装置は、送信部と、受信部と、フィルタ処理部と、画像生成部とを備える。送信部は、複数のチャンネルを有する超音波プローブから超音波パルスを送信させる。受信部は、前記超音波パルスの送信に応じて被検体内で発生する反射波を受信し、第１受信信号を出力する。フィルタ処理部は、前記第１受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を除去するフィルタ処理を実行し、第２受信信号を出力する。画像生成部は、前記第２受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係るスイッチング電源回路の構造例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る送信回路及び受信回路の構造例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る制御回路によるスイッチング動作の同期制御について説明するための図である。 図５Ａは、スイッチングノイズが混入したエコー信号の周波数特性について説明するための図である。 図５Ｂは、スイッチングノイズが混入したエコー信号の周波数特性について説明するための図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係るフィルタ処理回路の処理を説明するための図である。 図６Ｂは、第１の実施形態に係るフィルタ処理回路の処理を説明するための図である。 図６Ｃは、第１の実施形態に係るフィルタ処理回路の処理を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係るフィルタ処理のアルゴリズムを説明するための図である。 図８Ａは、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。 図８Ｂは、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。 図９は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。 図１０は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。 図１１は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る超音波診断装置、信号処理方法、及び信号処理プログラムを説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、装置本体１００、超音波プローブ１０１、入力インタフェース１０２、及びディスプレイ１０３を備える。超音波プローブ１０１、入力インタフェース１０２、及びディスプレイ１０３は、装置本体１００と通信可能に接続される。

超音波プローブ１０１は、被検体Ｐの体表面に接触され、超音波の送受信（超音波走査）を行う。例えば、超音波プローブ１０１は、所定方向に１次元で配列された複数の圧電振動子（振動子とも呼ばれる）を有する１Ｄアレイプローブ（探触子）である。これら複数の圧電振動子は、後述する装置本体１００が有する送信回路１３０から供給される駆動信号に基づいて、超音波を発生させる。発生した超音波は、被検体内の音響インピーダンスの不整合面で反射され、組織内の散乱体によって散乱された成分等を含む反射波信号として複数の圧電振動子にて受信される。超音波プローブ１０１は、複数の圧電振動子にて受信した反射波信号を、受信回路１４０へ送る。

超音波プローブ１０１は、ケーブルを介して装置本体１００に接続される。超音波プローブ１０１としては、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応などがあり、診断部位に応じて任意に選択される。

なお、本実施形態では、超音波プローブ１０１として１Ｄアレイプローブを用いる場合を説明するが、これに限定されるものではない。例えば、超音波プローブ１０１としては、複数の圧電振動子が格子状に２次元で配置された２Ｄアレイプローブや、１次元で配列された複数の圧電振動子が機械的に揺動することで３次元領域を走査するメカニカル４Ｄプローブなど、如何なる形態の超音波プローブが用いられてもよい。

入力インタフェース１０２は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等を有し、超音波診断装置１の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１００に対して受け付けた各種設定要求を転送する。

ディスプレイ１０３は、超音波診断装置１の操作者が入力インタフェース１０２を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１００において生成された超音波画像データ等を表示したりする。

装置本体１００は、超音波プローブ１０１が受信した反射波信号に基づいて、超音波画像データを生成する装置である。図１に示すように、装置本体１００は、例えば、制御回路１１０、電源回路１２０、送信回路１３０、受信回路１４０、信号処理回路１５０、画像処理回路１６０、及び記憶回路１７０を有する。制御回路１１０、電源回路１２０、送信回路１３０、受信回路１４０、信号処理回路１５０、画像処理回路１６０、及び記憶回路１７０は、互いに通信可能に接続される。

制御回路１１０は、超音波診断装置１の処理全体を制御するプロセッサである。具体的には、制御回路１１０は、入力インタフェース１０２を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路１７０から読み込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づいて、電源回路１２０、送信回路１３０、受信回路１４０、信号処理回路１５０、及び画像処理回路１６０等の処理を制御する。また、制御回路１１０は、記憶回路１７０が記憶する超音波画像データをディスプレイ１０３に表示させる。

例えば、制御回路１１０は、送信制御回路１１１及びクロック制御回路１１２を備える。送信制御回路１１１は、入力インタフェース１０２を介して操作者によって設定された送信条件などに基づいて、超音波パルスの繰り返し周波数（ＰＲＦ：pulse repetition frequency）を決定する。

クロック制御回路１１２は、送信制御回路１１１によって決定されたＰＲＦに従う、送信パルスの送信タイミングを示すクロック信号（以下、「送信クロック信号」と表記する）に基づいて送信パルスを繰り返し送信させるように送信回路１３０を制御する。クロック制御回路１１２は、後述するスイッチング電源回路１２２のスイッチング動作のタイミングを示すクロック信号（以下、「電源クロック信号」と表記する）が、送信クロック信号に位相同期するように電源回路１２０を制御する。例えば、クロック制御回路１１２は、電源クロック信号の初期位相が送信クロック信号に同期するように電源回路１２０を制御する。なお、制御回路１１０は、送信回路１３０に超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、スイッチング電源回路１２２のスイッチング動作のタイミングを、超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行う「制御部」の一例である。

電源回路１２０は、装置本体１００内部の各部へ電源を供給する装置である。例えば、電源回路１２０は、電源クロック発生回路１２１及びスイッチング電源回路（ＤＣ－ＤＣ等価回路）１２２を備える。なお、電源回路１２０は、送信回路１３０に電源を供給する「電源部」の一例である。

電源クロック発生回路１２１は、クロック制御回路１１２の制御の下、電源クロック信号を発生する。つまり、電源クロック発生回路１２１は、電源クロック信号を発生し、スイッチング電源回路１２２のトランジスタなどのスイッチング素子をスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）することにより、所望の電圧を発生させる。

なお、電源クロック発生回路１２１は、プリント基板上のオンボード電源であるスイッチング電源回路１２２のスイッチング素子をスイッチングする場合に限定されるものではない。電源クロック発生回路１２１は、ＰＳＵ（Power Supply Unit）を構成するＡＣ－ＤＣ回路やＤＣ－ＤＣ回路のスイッチング素子をスイッチングする場合であってもよい。

スイッチング電源回路１２２は、制御回路１１０、送信回路１３０、受信回路１４０、信号処理回路１５０、画像処理回路１６０、及び記憶回路１７０のうち少なくとも一つに対する駆動電圧を発生する。また、スイッチング電源回路１２２は、超音波プローブ１０１、入力インタフェース１０２、及びディスプレイ１０３のうち少なくとも一つに対する駆動電圧を発生してもよい。なお、スイッチング電源回路１２２が、制御回路１１０、送信回路１３０、受信回路１４０、信号処理回路１５０、画像処理回路１６０、及び記憶回路１７０に対する駆動電圧を発生する場合、それら構成部材のそれぞれに対して異なる駆動電圧を発生する複数のスイッチング電源回路１２２が接続されてもよい。また、スイッチング電源回路１２２は、超音波診断装置１の構成要素各部における基板に実装されてもよい。

図２は、第１の実施形態に係るスイッチング電源回路１２２の構造例を示す図である。図２に示すように、スイッチング電源回路１２２は、入力コンデンサ１２２Ａ、トランジスタ１２２Ｂ、ダイオード１２２Ｃ、パワーインダクタ１２２Ｄ、及び出力（平滑）コンデンサ１２２Ｅを備える。スイッチング電源回路１２２は、図示しないＡＣ－ＤＣコンバータ回路から直流電流が入力される（直流入力）。

トランジスタ１２２ＢのＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、電源クロック発生回路１２１から発生される電源クロック信号によって行われる。トランジスタ１２２ＢがＯＮの状態では、入力から出力に流れる電流によりパワーインダクタ１２２Ｄにエネルギーが蓄えられる。一方、トランジスタ１２２ＢがＯＦＦの状態では、パワーインダクタ１２２Ｄは電流を保とうとして起電力を発生させ、ダイオード１２２Ｃを通して電流が流れ、スイッチング電源回路１２２から電流が出力される（直流出力）。

図１の説明に戻る。送信回路１３０は、超音波プローブ１０１による超音波の送信を制御する。例えば、送信回路１３０は、後述する制御回路１１０の指示に基づいて、振動子ごとに所定の送信遅延時間が付与されたタイミングで超音波プローブ１０１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。これにより、送信回路１３０は、超音波がビーム状に集束された超音波ビームを送信させる。なお、送信回路１３０は、超音波プローブ１０１から超音波パルスを送信させる「送信部」の一例である。

受信回路１４０は、送信超音波が体内組織で反射された反射波信号の受信を制御する。例えば、受信回路１４０は、制御回路１１０の指示に基づいて、超音波プローブ１０１が受信した反射波信号に所定の遅延時間を与えて整相加算処理を行う。これにより、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。なお、受信回路１４０は、超音波パルスの送信に応じて被検体Ｐ内で発生する反射波を受信し、第１受信信号を出力する「受信部」の一例である。

図３は、第１の実施形態に係る送信回路１３０及び受信回路１４０の構造例を示す図である。図３に示す例では、超音波プローブ１０１は、Ｎ個の振動子（振動子１０１－１、・・・振動子１０１－Ｎ）を備える。各振動子は、各チャンネルに対応する。

図３に示すように、送信回路１３０は、送信クロック発生回路１３１、レートパルス発生回路１３２、送信遅延回路１３３、及びパルサ１３４を備える。送信クロック発生回路１３１は、クロック制御回路１１２の制御の下、送信クロック信号を発生する。レートパルス発生回路１３２は、送信クロック発生回路１３１で発生された送信クロック信号に従って、超音波の送信レートを決定するためのレートパルスを発生する。超音波の送信レートとは、毎秒送信される超音波パルスの数に対応する。

送信遅延回路１３３は、超音波の指向性を決めるために、レートパルスに必要な適当な遅延を与え遅延駆動信号を発生する。遅延駆動信号は、トリガパルスとも呼ばれる。パルサ１３４は、遅延駆動信号に位相同期して超音波プローブ１０１が備えるＮ個の振動子（振動子１０１－１、・・・振動子１０１－Ｎ）に対して中心周波数ｆｏの高周波の信号パルスを印加する。この信号パルスを受けて、超音波プローブ１１の振動子が機械的に振動する。これにより、中心周波数ｆｏの送信パルスが発生され、被検体に送信される。

受信回路１４０は、Ｎ個のプリアンプ（ＰｒｅＡｍｐ）１４１－１～１４１－Ｎ、Ｎ個のＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１４２－１～１４２－Ｎ、ＲＦ（Radio Frequency）メモリ１４３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）メモリ１４４、フィルタ処理回路１４５、及び受信ビームフォーマー１４６を備える。なお、Ｎ個のプリアンプ１４１－１～１４１－Ｎを区別無く総称する場合、「プリアンプ１４１」と記載する。また、Ｎ個のＡＤＣ１４２－１～１４２－Ｎを区別無く総称する場合、「ＡＤＣ１４２」と記載する。すなわち、受信回路１４０には、プリアンプ１４１及びＡＤＣ１４２が振動子（チャンネル）ごとに設けられる。

プリアンプ１４１は、各振動子によって受信された微小な反射波信号（受信信号）を増幅する。ＡＤＣ１４２は、各プリアンプ１４１において所定の大きさに増幅されたアナログの反射波信号をデジタル信号（ＲＦ信号）に変換する。ＲＦ信号は、ＲＦメモリ１４３に一時保存された後に、ＣＰＵメモリ１４４に転送される。

フィルタ処理回路１４５は、スイッチングノイズなどの周期的ノイズを除去するフィルタ処理を実行する。フィルタ処理回路１４５については、後に詳述する。フィルタ処理回路１４５は、フィルタ処理後の受信信号を受信ビームフォーマー１４６へ送る。なお、フィルタ処理回路１４５は、フィルタ処理部の一例である。また、フィルタ処理前の受信信号を「第１受信信号」とも記載し、フィルタ処理後の受信信号を「第２受信信号」とも記載する。

受信ビームフォーマー１４６は、ビームフォーミング機能を実行する。つまり、受信ビームフォーマー１４６は、超音波反射波を集束するための集束用遅延時間と、受信指向性を設定するための偏向用遅延時間とを、フィルタ処理後のＲＦ信号各々に対して与える。そして、受信ビームフォーマー１４６は、集束用遅延時間と偏向用遅延時間とが与えられたＲＦ信号の位相を合わせて加算し（整相加算処理）、反射波データを生成する。受信ビームフォーマー１４６は、生成した反射波データを信号処理回路１５０に送る。

図１の説明に戻る。信号処理回路１５０は、受信回路１４０が反射波信号から生成した反射波データに対して各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路１５０は、Ｂモード（Brightness mode）処理回路１５１及びドプラ（Doppler）処理回路１５２を備える。

Ｂモード処理回路１５１は、反射波データに対して対数増幅、包絡線検波処理等を行って、複数のサンプル点（観測点）それぞれの信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。Ｂモード処理回路１５１は、生成したＢモードデータを画像処理回路１６０へ送る。

ドプラ処理回路１５２は、反射波データから速度情報を周波数解析することで、走査範囲内にある移動体のドプラ効果に基づく運動情報をサンプル点ごとに抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。具体的には、ドプラ処理回路１５２は、移動体の運動情報として、平均速度、分散値、パワー値などを、複数のサンプル点それぞれで抽出したドプラデータを生成する。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。本実施形態に係るドプラ処理回路１５２は、血流の運動情報（血流情報）として、血流の平均速度、血流の平均分散値、血流の平均パワー値等を、複数のサンプル点それぞれで推定した情報を生成する。すなわち、血流情報は、各サンプル点の血流に基づく値（血流を表す値）を含む情報である。

画像処理回路１６０は、信号処理回路１５０が生成したデータから超音波画像データを生成する。例えば、画像処理回路１６０は、信号処理回路１５０において走査方向単位で生成されたＢモードデータ及びドプラデータを、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示用画像としての超音波画像データを生成する。画像処理回路１６０は、生成した超音波画像データをビデオ信号としてディスプレイ１０３に出力させる。

例えば、画像処理回路１６０は、Ｂモード処理回路１５１が生成したＢモードデータから、反射波の強度を輝度で表したＢモード画像データを生成する。また、画像処理回路１６０は、ドプラ処理回路１５２が生成したドプラデータから、移動体情報（血流情報）を表すドプラ画像データを生成する。このドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。なお、画像処理回路１６０は、フィルタ処理後の受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する「画像生成部」の一例である。

記憶回路１７０は、各種データを記憶する記憶装置である。例えば、記憶回路１７０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。

例えば、記憶回路１７０は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行うための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、記憶回路１７０は、信号処理回路１５０及び画像処理回路１６０により生成されたデータを記憶する。また、記憶回路１７０に記憶されるデータは、インタフェース部を介して、外部装置へ転送することができる。

ところで、超音波診断装置の直流電源部は、高効率化、小型化、低価格化が可能なスイッチング電源が通常用いられる。このスイッチング電源に起因するスイッチングノイズ（すなわち、スイッチング駆動信号の高調波成分）は、被検体から収集される微小な反射波信号に混入することにより画質を低下させる場合がある。

スイッチングノイズの影響を低減させるため、ドプラ法においてクラッタ成分の除去に利用されているクラッタフィルタ（カラードプラではＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルタとも呼ばれる）でスイッチングノイズを除去する方法（以下、提案方法と記載する）が提案されている。したがって、ドプラ法で撮像する場合には、上記の提案方法によってスイッチングノイズを除去することができる。

しかしながら、Ｂモード系においてはクラッタフィルタが適用されないため、上記の提案方法によってスイッチングノイズを除去することができない。また、ドプラ系でもＴＤＩ（Tissue Doppler Imaging）やストレイン・エラストグラフィーのようにＭＴＩフィルタが適用されない場合には、上記の提案方法によるスイッチングノイズの除去ができないために、速度誤差の原因になっている。また、スイッチングノイズは、スイッチング電源の出力部や電源ラインに対するフィルタ回路の挿入、スイッチング電源や電源ラインに対するシールド、更には、装置本体１００及び電源回路１２０に対するグラウンド強化等の対策によって低減させることは可能である。しかしながら、このようなスイッチングノイズへの対処は、装置の小型化を進めるうえで障害となる。

そこで、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、画質を向上させるために、以下に説明する構成を備える。

すなわち、超音波診断装置１において、送信回路１３０は、複数のチャンネルを有する超音波プローブ１０１から超音波パルスを送信させる。受信回路１４０は、超音波パルスの送信に応じて被検体Ｐ内で発生する反射波を受信し、受信信号を出力する。電源回路１２０は、送信回路１３０に電源を供給する。制御回路１１０は、送信回路１３０に超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、電源回路１２０のスイッチング動作のタイミングを、超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行う。フィルタ処理回路１４５は、受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分（例えば、チャンネル間で相関が高い成分）を除去するフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の受信信号を出力する。画像処理回路１６０は、フィルタ処理後の受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する。

なお、本実施形態において、「ドプラ系」とは、同一のラスタに対して複数回のスキャンを繰り返し行う撮像方法の総称である。また、「Ｂモード系」とは、ドプラ系とは異なり、異なるラスタに対する超音波パルスの送信を繰り返し行う撮像方法の総称である。基本的に、ドプラ系にはクラッタフィルタを適用可能であり、Ｂモード系にはクラッタフィルタを適用不可能である。

ここで、制御回路１１０によるスイッチング動作の同期制御について説明する。図４は、第１の実施形態に係る制御回路１１０によるスイッチング動作の同期制御について説明するための図である。図４において、ＣＬＫは、超音波診断装置１に搭載された高精度なシステムクロック（基準クロック）を示す。ＴＲＡＴＥは、レートパルス発生回路１３２の出力信号を示す。ＳＷＣＬＫは、電源クロック発生回路１２１の出力信号を示す。ＥＣＨＯは、エコー信号（反射波信号）を示す。ＮＯＩＳＥ－ＲＦは、ＲＦ信号に含まれるスイッチングノイズを示す。ＮＯＩＳＥ－ＩＱは、ＩＱ信号に含まれるスイッチングノイズを示す。

図４に示すように、制御回路１１０において、クロック制御回路１１２は、レートパルス発生回路１３２の出力信号と同期したクロックを電源クロック発生回路１２１に発生させる。つまり、電源クロック発生回路１２１は、送信パルスの発生のタイミングに合わせて電源クロックをリセットする。

具体的には、超音波診断装置１内の各部のタイミングは、ＣＬＫに同期する。例えば、ＴＲＡＴＥの立ち下がりの時刻（時刻ｔ１及び時刻ｔ２）は、ＣＬＫに同期しており、この時刻が超音波パルス送信の基準である。つまり、送信遅延回路１３３がｔ１，ｔ２に対して所定の送信遅延を与え、その後、パルサ１３４が送信パルスを発生させる。ＳＷＣＬＫは、送信パルスの基準信号に対してＣＬＫの精度で同期する。例えば、時刻ｔ２では、ＴＲＡＴＥの立ち下がりに同期してＳＷＣＬＫにリセットが掛かり再同期される。

受信回路１４０の各ＡＤＣ１４２から出力されるＲＦ信号には、ＳＷＣＬＫに起因してＮＯＩＳＥ－ＲＦが混入してしまう。ＲＦ信号に受信中心周波数を複素ミキシング（demodulationとも呼ばれる）して帯域制限したＩＱ信号は、ノイズの高調波成分だけが残存してＮＯＩＳＥ－ＩＱとなる。ＮＯＩＳＥ－ＩＱはエコー帯域と重なっているので、ＥＣＨＯとＮＯＩＳＥ－ＩＱとを区別することができない。なお、スイッチングノイズは、プリアンプ１４１又はそれ以前の段階で混入すると考えられている。

そこで、以後の処理においてスイッチングノイズを区別するために、制御回路１１０は、図４に示すように、電源回路１２０のスイッチング動作のタイミングを、超音波パルスの送信タイミングに同期させる制御を行う。この結果、時刻ｔ１以降に混入するＮＯＩＳＥ－ＩＱのタイミングと、時刻ｔ２以降に混入するＮＯＩＳＥ－ＩＱのタイミングとが同位相となる。なお、図４では、スイッチング動作のタイミングを、超音波パルスの送信タイミングに同期させる場合を説明したが、これに限らず、例えば、超音波パルスの受信タイミングに同期させる制御を行っても良い。

次に、送信タイミングに同期されたスイッチングノイズが混入したエコー信号の周波数特性について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、スイッチングノイズが混入したエコー信号の周波数特性について説明するための図である。図５Ａには、ある３つのチャンネル（ｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３）における受信ＲＦ信号の時間波形を例示する。また、図５Ｂには、図５Ａに示した時間波形の周波数特性を例示する。

図５Ａ及び図５Ｂの条件下では、超音波送信によるエコー信号が小さく、スイッチングノイズが相対的に大きいことがわかる。図５Ｂにおいて、２４０ｋＨｚの低周波信号は、いずれのチャンネルにおいても同位相であることが分かる。つまり、２４０ｋＨｚのスイッチングノイズは、いずれのチャンネルの受信信号においても同位相であることが分かる。また、２４０ｋＨｚ、４８０ｋＨｚ、７２０ｋＨｚといった電源クロック信号の基本波と高調波の成分がノイズとしてかなり大きなレベルにあることが分かる。

以上の周波数特性から、送信タイミングに同期されたスイッチングノイズ及びエコー信号には、以下の２つの性質があると言える。なお、以下の説明において、「電源ノイズ」と表記した場合、送信タイミングに同期されたスイッチングノイズを表す。

まず、電源ノイズとエコー信号の「性質１」について説明する。「性質１」は、「電源ノイズは、同一の超音波パルス送信においてはチャンネル間で同位相であるが、点反射体からのエコー信号は、チャンネル間で同位相にはならない。」というものである。エコー信号が同位相にならないという性質は、同位相にするために受信ビームフォーミングが行われていることから容易に理解できる。

次に、電源ノイズとエコー信号の「性質２」について説明する。「性質２」は、「電源ノイズは、時間的に近い超音波パルス送信であれば同じチャンネルにおいて変化しない（変化が小さい）が、点反射体からのエコー信号は、送信ラスタの位置が異なると同じチャンネルであってもエコー信号の位置が変化する。」というものである。ここで、「時間的に近い超音波パルス送信」と表記したのは、電源回路１２０の負荷が変わると電源クロック信号の周波数又はデューティ比を変える制御が行われるためである。この変化は１００ｍｓｅｃ以上掛けて行われるので、時間的に近い超音波パルス送信間（例えば、１フレーム内の送信）であれば電源ノイズは同条件とみなしても差し支えない。

そこで、第１の実施形態に係るフィルタ処理回路１４５は、上記の「性質１」及び「性質２」を利用して、電源ノイズが混入したエコー信号から、電源ノイズを除去する。

すなわち、フィルタ処理回路１４５は、受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を除去するフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の受信信号を出力する。例えば、フィルタ処理回路１４５は、超音波パルスの異なる送信において受信された受信信号を用いて、フィルタ処理を実行する。具体的には、フィルタ処理回路１４５は、チャンネル番号及びサンプル番号で定義される行方向と、送信ラスタ番号で定義される列方向とに基づく行列を用いて、主成分分析を含むフィルタ処理を実行する。なお、以下の説明において、「フィルタ処理」と表記した場合、フィルタ処理回路１４５によるフィルタ処理を表す。

図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、第１の実施形態に係るフィルタ処理回路１４５の処理を説明するための図である。図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃにおいて、送信ラスタ番号は「ｎｘ」であり、サンプル番号は「ｎｚ」であり、チャンネル番号は「ｎｃ」である。なお、第１の実施形態では、送信ラスタごとに超音波パルスを１回送信するので、送信ラスタ番号は送信パルス回数と同義である。

図６Ａの上側に示した各画像は、ある送信ラスタ位置において受信したＲＦ信号を、チャンネル番号を右方向に、サンプル番号を下方向にそれぞれ配列した擬似的な画像である。画像Ｉ１０－１は、送信ラスタ番号「１」のＲＦ信号に対応し、画像Ｉ１０－２は、送信ラスタ番号「２」のＲＦ信号に対応し、画像Ｉ１０－ｎは、送信ラスタ番号「ｎｘ」のＲＦ信号に対応する。つまり、画像Ｉ１０－１から画像Ｉ１０－ｎまでの各画像のＲＦ信号の総和は、例えば、１フレーム分のＢモード画像データに相当する。

図６Ａに示すように、フィルタ処理回路１４５は、全ての送信ラスタにおいて受信されたＲＦ信号を並べ替えて、データ行列Ｄを生成する。このデータ行列Ｄは、チャンネル番号及びサンプル番号で定義される行方向と、送信ラスタ番号で定義される列方向とに基づく行列で表される。つまり、データ行列Ｄの行方向にはｎｚ＊ｎｃ個のデータが配列され、列方向にはｎｘ個のデータが配列される。

具体的には、フィルタ処理回路１４５は、送信ラスタ番号「１」の画像Ｉ１０－１に含まれるＲＦ信号を、チャンネル番号とサンプル番号で定義される１次元データとして配列する。また、フィルタ処理回路１４５は、送信ラスタ番号「２」の画像Ｉ１０－２に含まれるＲＦ信号を、チャンネル番号とサンプル番号で定義される１次元データとして配列する。同様に、フィルタ処理回路１４５は、送信ラスタ番号「ｎｘ」の画像Ｉ１０－ｎｘに含まれるＲＦ信号を、チャンネル番号とサンプル番号で定義される１次元データとして配列する。そして、フィルタ処理回路１４５は、１次元データとして配列された各送信ラスタのＲＦ信号を、送信ラスタの順に列方向に配列する。これにより、フィルタ処理回路１４５は、図６Ａの下側に示すデータ行列Ｄを生成する。

続いて、図６Ｂに示すように、フィルタ処理回路１４５は、主成分分析として、ロバスト主成分分析（ＲＰＣＡ：Robust Principal Component Analysis）を行って、データ行列Ｄを低ランク行列Ｌとスパース行列Ｓとに分離する。ここで、ロバスト主成分分析は、下記の式（１）で示される。

式（１）において、Ｄは、入力行列である。Ｌは、低ランク行列（low-rank matrix）である。Ｓは、スパース行列（sparse matrix）である。｜｜・｜｜＊（＊は下付き）は、核ノルム（特異値の和）である。｜｜・｜｜１（１は下付き）は、Ｌ１ノルム（絶対値の和）である。λは、｜｜Ｌ｜｜＊（＊は下付き）と｜｜Ｓ｜｜１（１は下付き）のバランス調整である。

ここで、低ランク行列Ｌが電源ノイズに対応し、スパース行列Ｓがエコー信号に対応する。そこで、フィルタ処理回路１４５は、図６Ｃに示すように、スパース行列Ｓを元のチャンネルごとのＲＦ信号の配列に並べ替える。これにより、フィルタ処理回路１４５は、画像Ｉ２０－１、画像Ｉ２０－２、・・・画像Ｉ２０－ｎを生成する。画像Ｉ２０－１、画像Ｉ２０－２、・・・画像Ｉ２０－ｎの各画像は、ある送信ラスタ位置において受信したＲＦ信号を、チャンネル番号を右方向に、サンプル番号を下方向にそれぞれ配列した擬似的な画像である。

図７は、第１の実施形態に係るフィルタ処理のアルゴリズムを説明するための図である。図７において、式の表記はＭＡＴＬＡＢ（登録商標）に従っている。Ｄ’は、データ行列Ｄの複素共役転置を表す。ｒｅｓｈａｐｅは、配列の次元の変更を表す。ｐｅｒｍｕｔｅは、次元の再配列を表す。なお、＃より右側は、コメント文である。

図７のアルゴリズムでは、一連の送信スキャンを複数回行ったフレーム番号（１～ｎｆ）も導入している。同一送信ラスタで同一チャンネルの同一深さのＲＦ信号は、フレーム番号が異なっていても、電源ノイズは同一位相である。一方、エコー信号は、被検体Ｐの動きがある場合には異なる。なお、図７では、隣接するｎｆフレームのＲＦ信号を使用するものとする。出力は、ｎｆフレームの中央のフレーム（round（ｎｆ／２）番目のフレーム）を出力する。なお、図６Ａ～図６Ｃの例のようにｎｆ＝１として、１フレーム分のＲＦ信号を用いてフィルタ処理を行うことも可能である。

また、フィルタ処理回路１４５は、全ての送信ラスタにおいて受信された受信信号を一纏めにしてフィルタ処理を実行するだけでなく、所定数（１以上の整数）の送信ラスタを含むグループに分けてフィルタ処理を実行してもよい（グループ化）。例えば、フィルタ処理に用いるアルゴリズムの計算時間オーダーが多項式時間以上の場合（例えばＯ（ｎ^２）等）に、計算規模を抑えることで計算時間を低減することができる。この時、一般にフィルタ処理の性能は信号数が多いほど高いので、計算時間低減と性能のバランスを見てグループ化する数を決めるとよい。この場合、受信回路１４０は、複数の送信ラスタそれぞれにおいて受信された第１受信信号を、所定数の送信ラスタを含むグループ単位で受信する。そして、フィルタ処理回路１４５は、各グループの第１受信信号に対してフィルタ処理を実行することで、各グループの第２受信信号を出力する。

更に、グループ化した上で、１グループの送信ラスタの測定（受信）が完了した時点でフィルタ処理を開始し、同時に残りのグループの送信ラスタ測定を行うことで、測定とフィルタ処理を並列化して計算時間の短縮を図ってもよい。この場合、受信回路１４０は、各グループの第１受信信号を順次受信する。そして、フィルタ処理回路１４５は、受信済みのグループの第１受信信号に対するフィルタ処理を、未受信のグループの第１受信信号の受信処理の並列処理として実行する。

また、フィルタ処理は１送信ラスタ内のチャンネルに対して行ってもよい。すなわち、行方向がサンプル番号、列方向がチャンネル番号である行列に対してフィルタ処理を行う。つまり、フィルタ処理回路１４５は、超音波パルスの各送信ラスタ番号の第１受信信号に対して、サンプル番号で定義される行方向と、チャンネル番号で定義される列方向とに基づく行列を用いたフィルタ処理を実行する。送信ラスタの場合と同様の効果を得るために、列方向のチャンネル番号をグループ化して処理してもよい。

図７に示すように、フィルタ処理回路１４５は、各チャンネルのＲＦ信号をＲＦメモリからＣＰＵメモリへ転送する（ステップＳ１０１）。続いて、フィルタ処理回路１４５は、ＣＰＵメモリ内部におけるデータ（Ｒｆ（ｚ、ｃ、ｘ、ｆ））を図示のように定義する（ステップＳ１０２）。そして、フィルタ処理回路１４５は、行列配置の変形を行う（ステップＳ１０３）。そして、フィルタ処理回路１４５は、データ行列Ｄに対してロバスト主成分分析を行って、低ランク行列Ｌとスパース行列Ｓに分解する（ステップＳ１０４）。そして、フィルタ処理回路１４５は、行列配置の変形を行う（ステップＳ１０５）。

このように、フィルタ処理回路１４５は、各チャンネルにおいて受信されたＲＦ信号を用いて、フィルタ処理を実行する。一例としては、フィルタ処理回路１４５は、ロバスト主成分分析を含むフィルタ処理を実行し、スパース成分をフィルタ処理後の受信信号として出力する。そして、フィルタ処理後の受信信号は、後段の処理により超音波画像データに変換される。

上述してきたように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１において、送信回路１３０は、超音波プローブ１０１から超音波パルスを送信させる。受信回路１４０は、超音波パルスの送信に応じて被検体Ｐ内で発生する反射波を受信し、受信信号を出力する。電源回路１２０は、送信回路１３０に電源を供給する。制御回路１１０は、送信回路１３０に超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、電源回路１２０のスイッチング動作のタイミングを、超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行う。フィルタ処理回路１４５は、受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を除去するフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の受信信号を出力する。画像処理回路１６０は、フィルタ処理後の受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する。これにより、超音波診断装置１は、スイッチングノイズの影響を低減させ、画質を向上させることができる。例えば、超音波診断装置１は、ドプラ系のクラッタフィルタに頼ることなく、Ｂモード系及びドプラ系の双方において、スイッチングノイズを除去することができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。図８Ａ及び図８Ｂには、図５Ａ及び図５ＢのＲＦ信号に対するフィルタ処理により電源ノイズが除去されたたＲＦ信号の時間波形及び周波数特定を例示する。

図８Ａに示す時間波形では、図５Ａの時間波形と比較して低周波の電源ノイズが除去されている。また、図８Ｂに示す周波数特性では、図５Ｂの周波数特性と比較して、２４０ｋＨｚの電源ノイズの基本波と、４８０ｋＨｚ、７２０ｋＨｚの電源ノイズの高調波、更には１ＭＨｚから２ＭＨｚの高調波のレベルが低下している。

図９は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。図９には、超音波プローブ１０１の中央の送信ラスタ位置で得られた全チャンネルのＲＦ信号を直接検波して表示した画像Ｉ３０～画像Ｉ３３を例示する。各画像Ｉ３０～画像Ｉ３３において、横方向がチャンネル番号に対応し、縦方向がサンプル番号に対応する。各画像Ｉ３０～画像Ｉ３３は、極性の異なる２回の送信波形を送信して各チャンネルの受信信号ごとに加算して組織からの非線形信号を得る組織ハーモニックイメージング（ＴＨＩ：Tissue Harmonic Imaging）モードで撮像したものである。なお、ＴＨＩモードでは、加算前のそれぞれの極性の送信パルスに対する受信信号に対してフィルタ処理を行っている。

画像Ｉ３０は、ＲＦ信号を映像化した画像であり、１ＭＨｚ以下の電源ノイズ成分も映像化されている。このため、図５Ａの時間波形に見られるような低周波の電源ノイズが各チャンネルにほぼ同相で入り、横方向に帯状になって描出されている。画像Ｉ３１は、ＲＦ信号に対してフィルタ処理を行って映像化した画像である。つまり、画像Ｉ３１は、図８Ａの時間波形のＲＦ信号を直接検波して表示したものに相当する。画像Ｉ３１は、画像Ｉ３０と比較して帯状の電源ノイズが大幅に低減している。画像Ｉ３２は、ＲＦ信号を超音波の受信中心周波数でミキシングして超音波信号が存在する周波数だけに帯域制限を掛けたＩＱ信号を検波して表示したものである。画像Ｉ３３は、ロバスト主成分分析を行った後のＲＦ信号をＩＱ信号に変換して表示したものである。画像Ｉ３２では、超音波画像の中に帯状の電源ノイズが描出されているが、画像Ｉ３３では電源ノイズはほとんど描出されていない。

なお、図９の画像Ｉ３０～画像Ｉ３３は、電源ノイズを見やすくするためにゲインを上げているが、全て同じ表示ダイナミックレンジの画像である。通常の超音波画像は、画像Ｉ３２又は画像Ｉ３３であり、画像Ｉ３０及び画像Ｉ３１は、フィルタ処理の効果を示すために図示したものである。

また、図９のＴＨＩモードでは、加算前のそれぞれの極性の送信パルスに対する受信信号に対してフィルタ処理を行う場合を説明したが、加算後にフィルタ処理を行うことも可能である。すなわち、フィルタ処理回路１４５は、組織ハーモニックイメージングを含むＢモード法により収集された受信信号を用いて、フィルタ処理を実行する。

図１０は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。図１０には、異なる送信ラスタの各チャンネルの受信信号を示した画像Ｉ４０～画像Ｉ４５である。なお、図１０の各画像のゲインは、図９と比較して下げており、表示ダイナミックレンジも狭くしている。

画像Ｉ４０は、左端の送信ラスタに対する受信信号の画像である。画像Ｉ４１は、中央の送信ラスタに対する受信信号の画像である。画像Ｉ４２は、右端の送信ラスタに対する受信信号の画像である。

画像Ｉ４０では、破線で囲んだ部分に水平方向に明るい輝度の電源ノイズが描出される。画像Ｉ４１及び画像Ｉ４２にも同様の部分で水平方向の電源ノイズが描出される。電源ノイズが水平方向に描出されるのは、全てのチャンネルで同相のノイズだからである。一方、画像Ｉ４１に描出されるワイヤからのエコー信号は、チャンネル間で双曲線を描いている。この双曲線は、上記の「性質１」に起因する。画像Ｉ４０～画像Ｉ４２で同じ位置に水平方向のノイズが描出されるのは、上記の「性質２」に起因する。

画像Ｉ４３～画像Ｉ４５は、画像Ｉ４０～画像Ｉ４２のＲＦ信号に対してフィルタ処理を行って画像化したものである。画像Ｉ４３～画像Ｉ４５では、画像Ｉ４０～画像Ｉ４２で描出されていた水平方向の電源ノイズがほぼ消失している。このように、ビームフォーミングを行う前のチャンネル画像においても電源ノイズが低減しているのが分かる。

図１１は、第１の実施形態に係るフィルタ処理の効果を説明するための図である。図１１には、ビームフォーミング後の画像を例示する。画像Ｉ５０は、電源ノイズが除去されていない画像であり、画像Ｉ５１は、フィルタ処理後にビームフォーミングを行った画像である。フィルタ処理により、破線の部分の電源ノイズが消失しているのが分かる。

以上により、第１の実施形態に係る超音波診断装置１において、フィルタ処理回路１４５は、異なるラスタに対して繰り返し送信された超音波パルスに応じて発生した受信信号を用いて、フィルタ処理を実行する。このため、フィルタ処理回路１４５は、クラッタフィルタを適用できなかったＢモード系の撮像方法によって収集された受信信号に対しても、電源ノイズを除去することができる。また、超音波診断装置１は、Ｂモード系の撮像方法のみならず、ドプラ系の撮像方法に対しても適用可能である。

（変形例１：ロバスト主成分分析以外の相関分析方法）
なお、第１の実施形態では、主成分分析の一例としてロバスト主成分分析が適用される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、フィルタ処理回路１４５は、主成分分析（ロバスト主成分分析ではない通常の主成分分析）又は特異値分解を含むフィルタ処理を実行し、主成分ではない信号を第２受信信号として出力する。

例えば、フィルタ処理回路１４５は、電源ノイズ成分を主成分とするランク数を事前に設定しておくか、ランク数を決定する論理を組み立てて置くことで、主成分を抽出する。そして、フィルタ処理回路１４５は、抽出した主成分を原信号から減算することで、電源ノイズが除去された信号を得ることができる。

また、電源ノイズは「チャンネル間で同位相である」と記載したが、主成分分析の性質から考えると、「チャンネル間で相関がある信号である」と言い換えられる。主成分分析及びロバスト主成分分析を行うための数学的な手法として、式（１）のデータ行列Ｄを特異値分解（Singular Value Decomposition）する方法や、データ行列Ｄの相関行列を固有値分解（Eigen Value Decomposition）する方法、そして、スパース性を利用して高速演算を行う方法が知られており、いずれの計算方法を用いても良い。固有値分解による分離、特異値分解による分離、カルーネンレーベ(Karhunen-Loeve)変換による分解、固有空間法による部分空間への近似、と呼ばれる手法は、基本的には主成分分析（Principal Component Analysis）と同一手法、或いは主成分分析を使った手法であるので、上記のロバスト主成分分析に代えて適用可能である。

（変形例２：電源ノイズ以外のノイズへの適用）
また、第１の実施形態では、電源ノイズを除去する場合を説明したが、上記の「性質１」及び「性質２」を有するノイズであれば、電源ノイズに限らず様々なノイズを除去することが可能である。つまり、除去対象となるノイズがチャンネル間で同位相であることと、異なる送信であっても除去対象となるノイズはあまり変化しないことが要件となる。

例えば、平面波や拡散波を用いて送信を行った場合に、鏡面反射体があるとその位置から全チャンネルで同位相の入力信号が入り、そのために特にパワードプラ系の影像法において同心円状にアーティファクトが発生する。この同位相のアーティファクトを除去する方法として上記のフィルタ処理を適用することができる。

この場合、除去対象となるノイズが同位相で入力される鏡面反射体からの信号に変わる点を除き、基本的には第１の実施形態にて説明したフィルタ処理が同様に適用可能である。ただし、平面波又は拡散波送信では、１回の送信で全受信ラスタが構成されるため、送信ラスタ数（ｎｘ）は「１」となる。そこで、この場合には、送信フレーム数（ｎｆ）を１００～５００程度に設定して適用するのが好適である。

なお、平面波や拡散波送信に限らず、各チャンネルに同位相で入ってくる鏡面反射体からのアーティファクトの除去に有効である。更に、超音波ビームに対して垂直に存在する長い物体からのエコーも、各チャンネルで同位相となるので、この場合に発生する非常に強力な壁面エコーの強度を下げることができる。

他にも、チャンネル間に同位相で入ってくるノイズとしては、例えば、アナログＦＩＦＯの書き込み／読み出しの切り替えによる周期的ノイズが知られている。この場合にも、第１の実施形態にて説明したフィルタ処理により、周期的ノイズを除去することができる。

なお、電源ノイズを除去対象とせず、他のノイズの除去のみを行う場合には、第１の実施形態にて説明したスイッチング動作の同期制御、及び、同期制御に関する構成（クロック制御回路１１２等）は不要である。

（第２の実施形態）
第１の実施形態にて説明したフィルタ処理は、組織ドプラ法（ＴＤＩ：Tissue Doppler Imaging）又はストレイン・エラストグラフィー（Strain Elastography）により収集された受信信号に対しても適用可能である。ストレイン・エラストグラフィーはプローブを手で軽く上下に動かすことで生体組織にひずみを与えて、そのひずみ量を超音波で計測するものである。ここではこのひずみの計測に組織ドプラ法を用いるものとする。すなわち、フィルタ処理回路１４５は、組織ドプラ法又はストレイン・エラストグラフィー（以下、単に「エラストグラフィー」と記載する）により収集された受信信号を用いて、フィルタ処理を実行する。

ＴＤＩによる組織の動きの速度検出や、エラストグラフィーにおける組織の変位計測は、カラードプラ法と同様に同一方向に複数回の送信を行って同一サンプル点からの受信信号を自己相関法によって組織の動きによるドプラ周波数の推定を行う。この場合、電源にスイッチングノイズがあり、スイッチングクロックは送信に同期しているものとする。カラードプラの場合は、同一サンプル点からの受信信号列に対してハイパスフィルタを掛けるのでドプラ周波数がＤＣである電源ノイズを除去することが可能である。しかし、ＴＤＩやエラストグラフィーではハイパスフィルタを掛けないので電源ノイズを除去することができない。以下、この問題点について説明する。

あるサンプル点における組織の動きと電源ノイズは、下記の式（２）で表される。

式（２）において、ｓ（ｎ）は観測信号であり、ｎは信号列の番号であり、Ａは組織からのエコー振幅であり、ｆｄは組織ドプラ周波数であり、Ｔは受信信号列の時間間隔であり、φは初期位相であり、Ｂはそのサンプル点での電源ノイズの振幅である。

ｓ（ｎ－１）とｓ（ｎ）とのラグ１の自己相関信号は、下記の式（３）から求まる。なお、式（３）では、ｆｄは小さいという近似を使用している。

したがって、ｃ（ｎ）の偏角θは、下記の式（４）で表される。

つまり、ｃ（ｎ）の偏角θは、電源ノイズがない場合の偏角θ０（０は下付き）と異なる。偏角θ０（０は下付き）は、下記の式（５）で表される。

このように、電源ノイズがあるとＴＤＩやエラストグラフィーの際の組織の動きによる偏角が異なるので、組織ドプラ周波数ｆｄを推定する際に誤差が発生する。

次に、誤差の要因となる電源ノイズを除去する方法について説明する。なお、フィルタ処理の処理内容は、第１の実施形態にて説明した内容と基本的に同様である。

例えば、図６Ａ～図６Ｃでは、図５（図６ＡＣ）（実施例１）ではＢモード用に異なる位置の送信ラスタの番号を列方向として、それぞれの送信による受信信号を行方向とした行列を作成した。

ただし、ＴＤＩ及びエラストグラフィーでは、同一方向に複数回の送信を行う点が相違する。そこで、第２の実施形態では、フィルタ処理回路１４５は、同一方向に複数回行われる送信番号で定義される列方向と、実施例１と同様にサンプル番号とチャンネル番号で定義される行方向とに基づく行列を用いて、フィルタ処理を実行する。

この際、電源ノイズは超音波の波連長よりも長い範囲に渡って発生するので、空間的な相関が大きくなる。つまり、電源ノイズは主成分となる。一方、被検体Ｐ（生体）の動き自体は広い範囲に渡ってある程度一定な動きをするが、スペックルで構成される超音波の受信エコーは波連長以下の相関しかないので、電源ノイズよりは相関行列の固有値は小さくなる。そこで、主成分分析において適切な閾値を設定することで、電源ノイズの固有値と生体の動きによる固有値を分離することが可能である。これは、式（１）に示したλで調整することが可能である。

なお、上記の説明では、フィルタ処理に係る行列の列方向を同一方向の送信番号で定義したが、列方向を同一方向の送信及び隣接するラスタで定義することも可能である。つまり、同一方向への送信回数をＮ１とし、位置の異なるラスタ数をＮ２とすれば、列方向はＮ１＊Ｎ２のサイズとなる。この定義が良い理由は、電源ノイズは送信位置が変わっても同相であるのに対して、組織の動きは送信位置が変わると変化するからである。これによって、相関行列は、電源ノイズの固有値が組織の動きによる固有値よりもより更に大きくなって両者を分離しやすくなる。

以上、第２の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、ＴＤＩやエラストグラフィーの場合においても、電源ノイズを除去することが可能になり、更にはＴＤＩやエラストグラフィーにおける電源ノイズによる速度誤差を低減することができる。

（その他の実施形態）
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。

例えば、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、例えば、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路１５０に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路１５０にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、各図における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

また、上記の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、上記の実施形態で説明した信号処理方法は、予め用意された信号処理プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この信号処理プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この信号処理プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

すなわち、信号処理プログラムは、超音波プローブから超音波パルスを送信させ、前記超音波パルスの送信に応じて被検体内で発生する反射波を受信することで、第１受信信号を生成し、前記第１受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を除去するフィルタ処理を実行することで、第２受信信号を生成し、前記第２受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する、各処理をコンピュータに実行させる。また、信号処理方法は、この信号処理プログラムをコンピュータで実行することによって実現することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、画質を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１３０ 送信回路
１４０ 受信回路
１４５ フィルタ処理回路
１６０ 画像処理回路

Claims (15)

1. 複数のチャンネルを有する超音波プローブから超音波パルスを送信させる送信部と、
   前記超音波パルスの送信に応じて被検体内で発生する反射波を受信し、第１受信信号を出力する受信部と、
   前記送信部に電源を供給する電源部と、
   前記送信部に前記超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、前記電源部のスイッチング動作のタイミングを、前記超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行う制御部と、
   主成分分析を用いて、前記第１受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を前記電源部による電源ノイズに対応する主成分として除去するフィルタ処理を実行し、第２受信信号を出力するフィルタ処理部と、
   前記第２受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像生成部と、
   を備える、超音波診断装置。
2. 前記フィルタ処理部は、チャンネル番号及びサンプル番号で定義される行方向と、送信ラスタ番号で定義される列方向とに基づく行列を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記フィルタ処理部は、前記超音波パルスの各送信ラスタ番号の前記第１受信信号に対して、サンプル番号で定義される行方向と、チャンネル番号で定義される列方向とに基づく行列を用いた前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記フィルタ処理部は、前記超音波パルスの異なる送信において受信された第１受信信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
5. 前記フィルタ処理部は、異なるラスタに対して繰り返し送信された前記超音波パルスに応じて発生した前記第１受信信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
6. 前記フィルタ処理部は、主成分分析又は特異値分解を含む前記フィルタ処理を実行し、主成分ではない信号を前記第２受信信号として出力する、
   請求項１～５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
7. 前記フィルタ処理部は、ロバスト主成分分析を含む前記フィルタ処理を実行し、スパース成分を前記第２受信信号として出力する、
   請求項１～５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
8. 前記フィルタ処理部は、各チャンネルにおいて受信されたＲＦ信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１～７のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
9. 前記フィルタ処理部は、組織ハーモニックイメージングを含むＢモード法により収集された第１受信信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
   請求項１～８のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
10. 前記フィルタ処理部は、組織ドプラ法により収集された第１受信信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
    請求項１～８のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
11. 前記フィルタ処理部は、ストレイン・エラストグラフィーにより収集された第１受信信号を用いて、前記フィルタ処理を実行する、
    請求項１～８のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
12. 前記受信部は、複数の送信ラスタそれぞれにおいて受信された前記第１受信信号を、所定数の送信ラスタを含むグループ単位で受信し、
    前記フィルタ処理部は、各グループの前記第１受信信号に対して前記フィルタ処理を実行することで、各グループの前記第２受信信号を出力する、
    請求項１～１１のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
13. 前記受信部は、各グループの前記第１受信信号を順次受信し、
    前記フィルタ処理部は、受信済みのグループの前記第１受信信号に対する前記フィルタ処理を、未受信のグループの前記第１受信信号の受信処理の並列処理として実行する、
    請求項１２に記載の超音波診断装置。
14. 複数のチャンネルを有する超音波プローブから超音波パルスを送信させ、
    前記超音波パルスの送信に応じて被検体内で発生する反射波を受信することで、第１受信信号を生成し、
    前記超音波パルスを送信させる送信部に前記超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、前記送信部に電源を供給する電源部のスイッチング動作のタイミングを、前記超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行い、
    主成分分析を用いて、前記第１受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を前記電源部による電源ノイズに対応する主成分として除去するフィルタ処理を実行することで、第２受信信号を生成し、
    前記第２受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する、
    ことを含む、信号処理方法。
15. 複数のチャンネルを有する超音波プローブから超音波パルスを送信させ、
    前記超音波パルスの送信に応じて被検体内で発生する反射波を受信することで、第１受信信号を生成し、
    前記超音波パルスを送信させる送信部に前記超音波パルスを繰り返し送信させる制御を行うとともに、前記送信部に電源を供給する電源部のスイッチング動作のタイミングを、前記超音波パルスのタイミングに同期させる制御を行い、
    主成分分析を用いて、前記第１受信信号のうちチャンネル間で相関がある成分を前記電源部による電源ノイズに対応する主成分として除去するフィルタ処理を実行することで、第２受信信号を生成し、
    前記第２受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する、
    各処理をコンピュータに実行させる、信号処理プログラム。

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