JPH1066694A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】隣接素子信号間の相関演算により受波の遅延時
間分布を変更し、かつ相関係数の演算回路が簡単な生体
内不均一の影響を除去して、高分解能にする。 【解決手段】探触子１の受波を遅延させる遅延部２と、
遅延部２の出力を加算し超音波ビームを形成する加算部
３と、信号間の位相差を演算する位相差演算部５と、相
関係数を演算する相関係数演算部６と、相関係数比較部
９により演算部６出力と相関係数記憶部８の値が比較さ
れ、前者が後者より大きいと演算部５出力と演算部６出
力が位相差記憶部７と相関係数記憶部８に格納され、全
位相差演算終了時に位相差記憶部７に格納された値を用
いて遅延部２を制御する。位相差演算，相関係数演算が
複素演算であり、位相差演算の対象となる複素数の実部
が正のときのみ該符号判定部が該相関係数比較部に動作
命令を発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療診断に用いる
超音波診断装置に関し、特に生体内の不均一媒質の影響
を除去するために、探触子受波信号の遅延時間分布を変
更して、高分解能の超音波断層を与えることが可能な超
音波診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、配列する複数の探触
子素子からの受波信号に遅延時間分布を与え、所定の方
向に指向性を持つ超音波ビームを形成することにより、
被検体の断層像を構成する。しかし、人体は不均一媒質
であるため、高分解能の超音波ビームを形成するには、
被検体にあわせて上記遅延時間分布を変化させる必要が
ある。これを図２により説明する。図２において、２１
〜２５は探触子素子，６１は反射体である。簡単のため
受信のみで考えると，媒質が音速既知で均一ならば、反
射体６１からの反射パルス波面は理想波面６２として探
触子素子２１〜２５に到達する。このとき、反射体６１
と素子２１〜２５の位置関係により、素子２３には最も
早くパルスが到達し、素子２１，２５には最も遅くパル
スが到達する。そのため、全てのパルスの到達時間を揃
えることが必要であり、素子２２，２３，２４が受信す
るパルスに適当な遅延を与える。これにより、全パルス
の到達時間をあわせ、その後加算することにより、目的
方向からの受信パルスのみを増幅し高分解能の断層像を
構成する。この場合、被検体が音速既知の均一媒質なら
ば、与えるべき遅延は解析的に求めることができる。

【０００３】いま、素子２１〜２５と反射体６１との距
離をＬｉ（１≦ｉ≦５），超音波診断装置の設定音速を
ｃ，素子２１〜２５の受波信号に与える遅延時間をτｉ
（１≦ｉ≦５），Ｌｉ（１≦ｉ≦５）の中で最大のもの
をＬｍａｘとおけば、遅延時間τｉは、次式（１）で表
わされる。 τｉ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｉ）／ｃ ・・・・・・・・・・・・（１） 最長距離の素子に対して０の遅延を与え、最短距離の素
子に最大の遅延を与え、その他の素子には距離に応じて
上記値の間の遅延を与えればよい。しかし、実際には素
子２１〜２５と反射体６１との間に不均一媒質６４が存
在するために、パルス波面は歪み波面６３になる。従っ
て、上記遅延時間τｉは、各素子受波信号に与える初期
遅延時間としては最適であるが、高分解能の断層像を得
るには上記初期遅延時間に対して、さらに歪み波面６３
を考慮した遅延時間の補正量を与える必要がある。な
お、実際には、人間の体内の媒質は、筋肉、脂肪、臓器
等の各種の種類があるため、さらに複雑なパルス波面６
３となる。特開平１−１３５３３３号公報、あるいはＩ
ＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａ
ｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．３５
Ｎｏ．６ ｐｐ．７６８−７７４（１９８８年発行）に
は、隣接素子信号間の相関演算により隣接素子信号間の
位相差を求め、その位相差を上記初期遅延時間の補正量
として用いる技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】形が類似している２つ
の信号がどれだけ離れているかを見るには、相関で見る
ことができる。信号をずらしながら掛算していくことに
より全ての相関係数を算出し、その中の相関係数が最大
になったときのずれ量から、どれだけずれているかを計
算すればパルス波がどれだけ離れているかが判る。隣接
素子信号間の位相差を相関演算で求める場合、信号間の
相関係数が大きい領域では位相差が正確に求められるの
で、精度の高い補正が行える。一方、信号間の相関係数
が小さい領域では、求めた位相差が不正確となり補正精
度が低くなる。つまり、相関係数の大きい領域で演算さ
れた位相差を初期遅延時間の補正値として用いる必要が
ある。しかし、上記特許公報および上記文献には、高相
関領域で演算した位相差を初期遅延時間の補正値として
フィードバックする機構について何も述べられていな
い。本発明の目的は、このような課題を解決し、生体内
不均一媒質の影響を除去するために、隣接素子信号間の
相関演算により受波信号の遅延時間分布を変更するとと
もに、信号の高相関領域で演算された位相差を自動的に
初期遅延時間分布の補正値として用いることにより、高
分解能の断層像を得ることができ、かつ相関係数の演算
回路が簡単な超音波診断装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超音波診断装置では、少なくとも被検体
内に超音波パルスを送受信する配列素子からなる探触子
（図１の１）と、該探触子の各素子からの受波信号に遅
延を与える遅延部（同２）と、該遅延部の出力信号を加
算し超音波ビームを形成する加算部（同３）とから構成
される超音波診断装置において、遅延部（同２）からの
出力信号間の位相差を演算する位相差演算部（同５）
と、遅延部（同２）からの出力信号間の相関係数を演算
する相関係数演算部（同６）とを有し、位相差演算と相
関係数演算の対象となる出力信号の部分が演算領域入力
部（同４）により指定され、さらに位相差記憶部（同
７）と相関係数記憶部（同８）を有し、相関係数比較部
（同９）により相関係数演算部（同６）の出力値と相関
係数記憶部（同８）に格納された値が比較され、相関係
数演算部（同６）の出力値が相関係数記憶部（同８）に
格納された値より大きい場合に、位相差演算部（同５）
の出力値と相関係数演算部（同６）の出力値がそれぞれ
位相差記憶部（同７）と相関係数記憶部（同８）に格納
され、演算領域入力部（同４）で指定された出力信号の
部分における位相差演算，相関係数演算が終了した時点
で、位相差記憶部（同５）に格納された値を用いて上記
遅延部（同２）を制御することを特徴としている。ま
た、上記位相差演算部（同５）に接続され、該位相差
演算，相関係数演算が複素演算であり、該位相差演算部
に符号判定部（同１０）が接続され、位相差演算の対象
となる複素数の実部が正の場合にのみ、該符号判定部
（同１０）が該相関係数比較部（同９）に動作命令を発
することも特徴としている。これにより、生体内不均一
の影響を除去するために、隣接素子信号間の相関演算に
より受波信号の遅延時間分布を変更することが可能であ
り、信号の高相関領域で演算された位相差を自動的に初
期遅延時間分布の補正値として用い、なおかつ相関係数
の演算回路が簡単な超音波診断装置を実現できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施例を
示す超音波診断装置の構成図である。さて、隣接素子信
号間の位相差を相関演算で求める場合、信号間の相関が
高い領域では位相差が正確に求められるので、精度の高
い補正が行える。一方、信号間の相関が低い領域では、
求めた位相差が不正確となり補正精度が低くなる。つま
り、相関の高い領域で演算された位相差を初期遅延時間
の補正値として用いる必要がある。図３において、１は
反射体からの反射波を受信する探触子、２は反射波を遅
延させる遅延部、３は超音波ビームを形成する加算部、
４は関心領域を入力する演算領域入力部、５は反射波間
の離れを算出する位相差演算部、６は隣接反射波間の相
関係数を算出する相関係数演算部、７は位相差記憶部、
８は相関係数記憶部、９は相関係数を比較する相関係数
比較部である。なお、実際の診断装置には、他にも増幅
部、検波部、表示部等があるが、ここでは説明を簡単に
するため省略した。探触子１からの素子信号は、遅延部
２において独立に初期遅延時間を与えられる。初期遅延
時間とは、生体を音速既知の均一媒質とみなした遅延時
間であって、生体内に不均一が存在する場合には初期遅
延時間を補正する必要がある。初期遅延時間の補正量
を、隣接素子信号間の相関演算から求める方法が、ＩＥ
ＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏ
ｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．３５Ｎ
ｏ．６ ｐｐ．７６８−７７４（１９８８年発行）に詳
しく述べられている。

【０００７】図４は、本発明において、初期遅延時間の
補正対象となる関心領域の指定方法を示す図である。ま
ず、初期遅延時間の補正対象となる関心領域を、装置の
使用者が指定する。これは、演算領域入力部４から例え
ば図４に示す相関窓，相関窓開始位置，相関窓深さ方向
移動距離，相関窓ラスタ方向移動距離の４つのパラメー
タを入力することにより行われる。いま仮に、断層像中
にＡ，Ｂ，Ｃ３つの組織が存在したと仮定する。関心の
ある組織がＢの場合に、装置使用者は相関窓，相関窓開
始位置，相関窓深さ方向移動距離，相関窓ラスタ方向移
動距離を、図４のように指定する。ここで、相関窓は１
つの位相差、相関係数を求めるために必要な深さ方向の
信号長である。すなわち、反射体からの反射波は送信波
に比べて整形されていないため、複数箇所の取込み窓を
設定して、それぞれ相関を算出するのである。相関窓
は、そのための１つの取込み窓の長さ寸法である。そし
て、１つの相関窓毎に、１つの相関係数と位相差が算出
されることになる。相関窓の初期位置が、相関窓開始位
置であり、ラスタと深さにより指定できる。相関窓が関
心領域を移動するために必要な初期位置からの深さ方向
の移動距離が相関窓深さ方向移動距離であり、またラス
タ方向の移動距離が相関窓ラスタ方向移動距離である。

【０００８】図５は、図３における超音波診断装置の相
関演算の説明図であり、図６は、本発明の補正に必要な
位相差を求めるための動作フローチャートである。隣接
信号（ｓ１からｓ２、ｓ２からｓ３）より先に相関窓
（図４の相関窓の深さ方向とラスタ方向の移動）を移動
させながら生体内不均一補正に必要な位相差を求める場
合を示している。関心領域が指定された後の動作を、図
５，図６を用いて説明する。図５では、簡単のため遅延
部２の出力信号数を４とし、それぞれｓ１，ｓ２，ｓ
３，ｓ４とした。補正に必要な隣接信号間の位相差は
（出力信号数−１）個すなわち３個であり、ｓ１とｓ
２、ｓ２とｓ３、ｓ３とｓ４の位相差演算、および相関
係数演算により求める。以降では、位相差演算と相関係
数演算とを合わせて相関演算と呼ぶことにする。図５に
示すように、それぞれの相関演算をｃｏｒ１，ｃｏｒ
２，ｃｏｒ３とおく。このとき位相差記憶部７，相関係
数記憶部８は、ｃｏｒ１，ｃｏｒ２，ｃｏｒ３に対応す
る最低３個の位相差、および相関係数を格納できる構成
とする。ｃｏｒ１，ｃｏｒ２，ｃｏｒ３で求めた位相差
を格納する位相差記憶部７のメモリをＸ１，Ｘ２，Ｘ３
とし、相関係数を格納する相関係数記憶部８のメモリを
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３とする。

【０００９】図６に示すように、関心領域を指定した後
（ステップ１０１）、相関演算の対象となる隣接信号の
初期化を行う（ステップ１０２）。これは、位相差演算
部５と相関係数演算部６がｃｏｒ１の演算を行うよう設
定することである。さらに、位相差記憶部７と相関係数
記憶部８のメモリ全てを初期化する（ステップ１０
２）。これは、例えばＸ１〜Ｘ３，Ｙ１〜Ｙ３に０を入
力することにより実現される。次に、相関窓を初期化す
る（ステップ１０３）。これは、図４に示す相関窓開始
位置に相関窓を設定することである。そして、指定され
た隣接信号に対し、位相差演算部５と相関係数演算部６
が相関演算を行う（ステップ１０４）。相関係数演算部
６の出力値と相関係数記憶部８のメモリＹ１に格納され
た値を、相関係数比較部９が比較する（ステップ１０
５）。

【００１０】このとき、相関係数演算部６の出力値がＹ
１に格納された値より大きければ、位相差演算部５の出
力値が位相差記憶部７のメモリＸ１に格納され、相関係
数演算部６の出力値が相関係数記憶部８のメモリＹ１に
格納される（ステップ１０６）。関心領域内で相関窓を
移動させながら（ステップ１０８）、上記相関演算なら
びに位相差，相関係数の格納をくり返し行う（ステップ
１０７）。この結果、関心領域において最も相関係数が
大きい相関窓での，ｓ１を基準としたｓ２の補正に必要
な位相差が、メモリＸ１に格納される。ｃｏｒ２，ｃｏ
ｒ３の相関演算を順次同様のアルゴリズムで行い（ステ
ップ１１０）、全ての操作が終了すると（ステップ１０
９）、遅延部２からの出力信号ｓ１〜ｓ４の補正に必要
な位相差が、位相差記憶部７のメモリＸ１〜Ｘ３に格納
される。そして、位相差記憶部７の値が遅延部２にフィ
ードバックされる（ステップ１１１）。最大の相関係数
を持つ２つの信号間の位相差で、遅延部２の出力信号が
補正され、そのときの超音波断層像は高分解能となる。
なお、図６において、相関係数記憶部８の初期化を相関
窓の初期化と同時に行うならば、相関係数記憶部８は最
低１個の相関係数を格納できればよい。

【００１１】図７は、本発明の補正に必要な位相差を求
めるための他の動作フローチャートである。図６のアル
ゴリズムでは、特定の隣接信号について関心領域での全
相関演算を行った後に、相関演算の対象となる隣接信号
を変えている。しかし、１つの相関窓で全隣接信号間の
相関演算をした後に、相関窓を移動することも可能であ
る。図７は、この場合のアルゴリズムを示したものであ
る。なお、図７のアルゴリズムでは、位相差記憶部７、
相関係数記憶部８は最低（出力信号数−１）個の位相
差、相関係数を格納できる構成でなければならない。図
７は、相関演算の回路が（出力信号数−１）個並列に存
在する場合に適したアルゴリズムである。図７では、関
心領域を指定した後（ステップ２０１）、相関窓を初期
化するとともに、位相差記憶部７と相関係数記憶部８の
メモリ全てを初期化する（ステップ２０２）。次に、相
関演算の対象となる隣接信号の初期化を行う（ステップ
２０３）。

【００１２】次に、指定された隣接信号に対し、位相差
演算部５と相関係数演算部６が相関演算を行い（ステッ
プ２０４）、相関係数演算部６の出力値と相関係数記憶
部８のメモリＹ１に格納された値を、相関係数比較部９
が比較する（ステップ２０５）。相関係数演算部６の出
力値がＹ１に格納された値より大きければ、位相差演算
部５の出力値が位相差記憶部７のメモリＸ１に格納さ
れ、相関係数演算部６の出力値が相関係数記憶部８のメ
モリＹ１に格納される（ステップ２０６）。本実施例で
は、次に隣接信号を移動しながら（ステップ２０８）、
上記相関演算ならびに位相差，相関係数の格納をくり返
し行う。全隣接信号で相関演算が終了したならば（ステ
ップ２０７）、次に関心領域内で相関窓を移動させなが
ら（ステップ２１０）、関心領域の全てで相関演算を繰
り返し行い、関心領域の全ての演算が終了したならば
（ステップ２０９）、位相差記憶部７の値を遅延部２に
フィードバックする（ステップ２１１）。以上の相関演
算には、受波信号に対して直接行うものと、直交ミキシ
ングにより複素変換した受波信号に対して行うものとが
ある。受波信号に対する直接相関演算の詳細は、例えば
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｕｌｔｒ
ａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎ
ｄ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．３５
Ｎｏ．６ ｐｐ．７６８−７７４に述べられている。
また、複素変換後の受波信号に対する相関演算の詳細は
特開平１−１３５３３３号公報に述べられている。回路
規模が小さいこと、および演算時間が短いこと等から、
相関演算は複素変換された信号に対して行うことが望ま
しい。

【００１３】複素相関演算において、１つの相関窓内で
位相差、および相関係数を求める式は、例えば次の２つ
の式（２）（３）で表される。式（２）は位相差、式
（３）は相関係数を表す。式（２）、式（３）において
Ｎは相関窓のデータ数、ａk，ｂk（１≦ｋ≦Ｎ）は隣接
信号であり、＊印は複素共役，ｒｅａｌは実部，ｉｍａ
ｇは虚部を表す。

【数１】 このように、位相差を表す式は、アークタンジェントで
表される。

【数２】 このように、相関係数を表す式は、隣接信号を掛算した
ものを、隣接する各信号の２乗の積のルートを算出した
もので割り算した値である。また、相関係数は、次式
（４），（５）で表すこともできる。すなわち、式
（３）の両辺を２乗すれば式（４）となり、また式
（４）の分母を省略すれば式（５）となる。ルートや割
算の演算回路は、複雑となるので、ルートや分母を省略
すれば演算回路が簡略化できる。このように、式
（４）、式（５）は、式（３）に比べて演算回路が簡単
化されている。

【数３】

【数４】 なお、式（２）〜（５）では、ディジタル信号処理を前
提としている。

【００１４】前述のように、関心領域全体の全隣接信号
間で相関演算が終了した時点で、位相差記憶部７に格納
された（出力信号数−１）個の位相差を用いて、遅延部
２の初期遅延時間を補正する。なお、補正される初期遅
延時間を図４に示す関心領域内の初期遅延時間に限定す
ることもできるし、また図４の全体である全断層像の初
期遅延時間とすることもできる。すなわち、関心領域内
で相関係数を演算したのであるから、正確にはその相関
係数が最大のときの位相差で関心領域内の初期遅延時間
を補正すればよいのであるが、全断層像の範囲で補正値
に変化がないかも知れないので、その場合には、上記位
相差で全断層像の初期遅延時間を補正してもよい。遅延
時間が補正された信号は、加算部３で加算されることに
より超音波ビームが形成される。例えば、相関窓開始位
置を各ラスタの始点、相関窓深さ方向移動距離を全深
度、相関窓ラスタ方向移動距離を１ラスタとして、関心
領域をラスタ数分設定する。その後、各関心領域で求め
た位相差で、各関心領域の初期遅延時間を補正すれば、
断層像の各ラスタごとにダイナミックな補正をかけるこ
とができる。このとき注意すべき点は、関心領域をあま
り小さくすると相関係数の大きい領域が関心領域中に存
在しなくなり、不正確な位相差を出力する可能性がある
ということである。これを防ぐ方法としては、相関係数
の下限を設け、全関心領域における全相関演算が終了し
た時点で、相関係数格納部８の値が下限以下となった隣
接信号を表示するアルゴリズムが考えられる。表示があ
った場合には、その隣接信号では補正を行わないように
する。

【００１５】図８は、本発明の第２の実施例を示す超音
波診断装置の構成図である。図８において、１は複数個
の探触子、２は遅延部、３ａは第１の加算部、３ｂは第
２の加算部、４は演算領域入力部、５は位相差演算部、
６は相関係数演算部、７は位相差記憶部、８は相関係数
記憶部、９は相関係数比較部である。図８においては、
遅延部２の出力信号を第１の加算部３ａが束ねた後に相
関演算を行う。一般に、生体内不均一の周期は探触子の
素子幅よりも十分に大きいことが、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆＡｍ
ｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．９０ Ｎｏ．６ ｐｐ．２９２４
−２９３１（１９９１年発行），あるいはＵｌｔｒａｓ
ｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．１４ｐｐ．３９８
−４１４（１９９２年発行）で報告されている。従っ
て、束ねた後の信号間隔が生体内不均一の周期に比べて
なお十分に小さければ、信号束ねを行った後に相関演算
を実行しても、補正精度は変わらないと考えられる。図
８の構成では、相関演算に必要な回路規模が小さくな
り、なおかつ特定素子からの応答が失われても第１の加
算部３ａによって束ねられる素子応答の少なくとも１つ
が生きていれば、補正量を精度良く求めることができ
る。なお、隣接素子信号を隣接束ね信号に変更するのみ
で、図３における相関演算のアルゴリズム（すなわち、
図６、図７のフロー）は、そのまま図８に適用できる。
最後に、遅延時間が補正された信号は、第２の加算部３
ｂで加算されて超音波ビームが形成される。

【００１６】さて、超音波断層像はリアルタイムで変化
するために、位相差記憶部７に格納された値は関心領域
を固定したままで時間的に更新する必要がある。これ
は、演算領域入力部４が関心領域を指定するパラメータ
を保持したまま、図６，図７のフローチャートを実行す
ることにより実現される。すなわち、検査時に医師がこ
れを使用する際には、同一場所の画像が短時間に変化す
るため、関心領域を固定したままで補正値を更新する。
なお、位相差記憶部７を更新するタイミングとしては、
装置のユーザが指定するたびに更新する方法と、あらか
じめ装置に設定された時間間隔で自動的に更新する方法
の２通りが考えられる。また、図３，図８の装置におい
て、演算領域入力部４を削除し、関心領域を指定せず常
に断層像全体を相関演算の対象とすることも可能であ
る。この場合には、ユーザは関心領域を指定する必要が
ないため、装置操作が簡便化される。ただし、位相差記
憶部７の値を時間的に更新することは必要であるが、こ
れも更新の時間間隔を装置にあらかじめ設定しておけ
ば、全自動で生体内不均一が補正できる。なお、不均一
媒質が１個だけの場合には、高精度で生体内音速の不均
一補正ができる具体的な数値を示すこともできるが、実
際には、前述のように生体内には複数の不均一媒質が存
在し、それも複雑に入り組んで介在するため、数値的に
補正の効果を示すことはできない。しかし、補正しない
断層像から本発明による補正を行うことにより、高分解
能の断層像になることが目で確認できるので、効果を証
明することができる。

【００１７】関心領域中に信号間相関が高い領域が存在
しない場合，検出された信号間の位相差は不正確とな
る。これを防ぐ方法として前述の図３、図８の第１およ
び第２の実施例では相関係数の下限を設け、全関心領域
における全相関演算が終了した時点で、相関係数記憶部
８の値が下限以下となった隣接信号を表示する方法を採
用している。しかしながら、この方法では相関係数が前
記（３）式により演算されることを前提にしている。前
記（５）式による演算では相関係数が信号の自己相関関
数で規格化されていないため、大振幅の信号では自動的
に相関係数も大きくなってしまい、相関係数が大きい領
域で信号どうしが高相関であるとは必ずしもいえない。
つまり、相関係数の演算回路を簡略化すると、相関係数
の大小と信号間相関の高低が必ずしも一致しなくなると
いう問題が生じる。そこで、本発明者等は、この問題を
解決するために第３実施例を提案する。

【００１８】図１は、本発明の第３の実施例を示す超音
波診断装置の構成図である。図１において、１は探触
子，２は遅延部，３は加算部，４は演算領域入力部，５
は位相差演算部，６は相関係数演算部，７は位相差記憶
部，８は相関係数記憶部，９は相関係数比較部，１０は
符号判定部である。図１における探触子１，遅延部２，
加算部３，演算領域入力部４，位相差演算部５，相関係
数演算部６，位相差記憶部７，相関係数記憶部８，相関
係数比較部９の動作は図３〜図８と同様である。ただし
以下の点において、図１の動作は図３とは異なる。すな
わち、図１において位相差演算部５は位相差を前記
（２）式により演算し，相関係数演算部６は相関係数を
前記（５）式により演算する。ここで符号判定部１０
が、位相差演算部５において位相差演算の対象となる複
素数実部の符号を調べる。これは、前記（２）式の分母
に相当する。具体的には、例えば対象データの符号ビッ
トが１であるか、０であるかを判断することにより実現
される。すなわち、位相差演算部５では、ディジタル信
号処理のために正負の判断は１か、０かで決定される。

【００１９】そして、複素数実部の符号が正の場合にの
み、符号判定部１０は相関係数比較部９に動作命令を発
する。位相差演算の対象となる複素数実部の符号が負な
らば、相関係数比較部９は動作せず、位相差，相関係数
の入れ換えは実行されない。つまり、位相差演算の対象
となる複素数実部の符号を正に限定することにより、２
つの信号間の位相差を−π／２以上，π／２以下に限定
して、２つの信号間の位相差の絶対値がπ／２を超えた
ときは、その位相差を信用しない。これは、以下の理由
による。一般に、生体内不均一の周期は探触子の素子幅
よりも十分に大きいことがＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉ
ｃａ，Ｖｏｌ．９０ Ｎｏ．６ ｐｐ．２９２４−２９
３１（１９９１年発行），あるいはＵｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．１４ ｐｐ．３９８−４
１４（１９９２年発行）で報告されている。上記文献よ
り、隣接信号間位相差の絶対値がπ／２を超えることは
考えにくい。よって、相関係数が大きい場合でも、実部
が負となる領域は信号間相関が低い領域と判断し、その
領域で検出された位相差は信頼度の低いデータとみなし
自動的に無視する。これにより、相関係数として前記
（５）式を用い相関係数演算部６を簡単な構成として
も、相関の低い場所での位相差の影響を簡単な回路の付
加で除去することができる。

【００２０】以下、本発明による精度向上の根拠を、計
算機シミュレーション結果を引用して示す。超音波の周
波数を３．５ＭＨｚ，探触子サイズを１４．０８ｍｍ×
１４．０８ｍｍとした。これは、一般に市販されている
超音波診断装置の代表的な探触子仕様に等しい。ここ
で、被検体を走査したときにグレーティングローブと呼
ばれる虚像が出現しないために、超音波ビーム走査方向
の素子幅はλ／２以下でなければならない。λは、超音
波の波長である。周波数３．５ＭＨｚではλ＝０．４４
ｍｍであるから、シミュレーションでは超音波ビーム走
査方向の素子数を６４とした。生体内不均一は、探触子
直前の時間移動面によりモデル化する。時間移動面は、
探触子に到達した超音波パルスを時間軸上で正負に移動
させ、解析的に求められる超音波パルスの到達時間に対
し歪みを与える。生体試料における時間移動面の実測値
がＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ １４ ｐ
ｐ．３９８〜４１４に記述されている。実測された時間
移動面においては、最大移動時間が１３０±３４ｎｓｅ
ｃ，移動時間のｒｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａ
ｒｅ）値が５５±１４ｎｓｅｃ，移動時間の自己相関関
数半値幅が４．２±１．１ｍｍであった。計算機シミュ
レーションでは、上記値を参考にして時間移動面をラン
ダムに発生させた。計算機上で発生させた時間移動面で
は、最大移動時間が１４３ｎｓｅｃ，移動時間のｒｍｓ
値が５５ｎｓｅｃ，移動時間の自己相関関数半値幅が
４．４ｍｍである。

【００２１】探触子中心前方１００ｍｍに位置した点反
射体に対し探触子から超音波パルスを送受信し、受信信
号の相関演算により時間移動面を推定した。推定誤差か
ら生体内不均一補正後の超音波ビームを導き、該超音波
ビームにより探触子中心前方５０ｍｍに中心がある直径
１０ｍｍの球を走査し、画像化した。球の内部には、反
射体が存在せず、球の外部には点反射体がランダムに一
様分布している。構成画像において、球外の画像信号ｒ
ｍｓ値と球内の画像信号ｒｍｓ値との比を求め、断層像
Ｓ／Ｎと定義した。断層像Ｓ／Ｎが大きいほど球の抜け
が良く、高分解能と考える。不均一が存在しない場合、
不均一が存在し補正をしない場合、超音波ビーム走査直
交方向分割数を変化させながら不均一を補正した場合に
つき、画像を構成し断層像Ｓ／Ｎを求めた。超音波ビー
ム走査直交方向分割数１の現在の探触子で補正を行う
と、補正前に比べてＳ／Ｎが４ｄＢ向上した。超音波ビ
ーム走査直交方向分割数８で補正を行うと、補正前に比
べＳ／Ｎが１０ｄＢ向上した。超音波ビーム走査直交方
向分割数１６以上で補正を行うと、Ｓ／Ｎが不均一が存
在しない場合と等しくなった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
相関演算で生体内不均一補正をする超音波診断装置にお
いて、相関演算を実施する関心領域を設定し、関心領域
内で最も相関係数の大きい部位での位相差を自動的に補
正量として用いるので、関心領域内での生体内不均一補
正を、高い精度で自動的に行うことができる。さらに、
隣接信号の位相差を−π／２以上，π／２以下に限定し
た上で相関係数を簡単な演算式で求め、関心領域内で最
も相関係数の大きい部位での位相差を自動的に補正量と
して用いるので、簡単な構成の演算回路により関心領域
内での生体内不均一補正を高い精度で行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第３の実施例を示す超音波診断装置の
構成図である。

【図２】生体が均一である場合と、不均一である場合の
反射パルス波面を表わす図である。

【図３】本発明の第１の実施例を示す超音波診断装置の
構成図である。

【図４】本発明において、初期遅延時間の補正対象とな
る関心領域の指定方法の説明図である。

【図５】図３に示す超音波診断装置における相関演算を
説明する図である。

【図６】図３に示す超音波診断装置において、隣接信号
より先に相関窓を移動させながら生体内不均一補正に必
要な位相差を求める場合の動作フローチャートである。

【図７】図３に示す超音波診断装置において、相関窓よ
り先に隣接信号を移動させながら生体内不均一補正に必
要な位相差を求める場合の動作フローチャートである。

【図８】本発明の第２の実施例を示す超音波診断装置の
構成図である。

【符号の説明】

１…探触子、２…遅延部、３…加算部、３ａ…第１の加
算部、３ｂ…第２の加算部、４…演算領域入力部、５…
位相差演算部、６…相関係数演算部、７…位相差記憶
部、８…相関係数記憶部、９…相関係数比較部、１０…
符号判定部、６１…反射体、２１，２２，２３，２４，
２５…探触子素子、６２…理想反射パルス波面、６３…
歪み反射パルス波面、６４…不均一媒質、ｓ１，ｓ２，
ｓ３，ｓ４…遅延部２の出力信号、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…
位相差記憶部７のメモリ領域、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…相関
係数記憶部８のメモリ領域、ｃｏｒ１，ｃｏｒ２，ｃｏ
ｒ３…相関演算。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも被検体内に超音波パルスを送
   受信する配列素子からなる探触子と、該探触子の各素子
   からの受波信号に遅延を与える遅延部と、該遅延部の出
   力信号を加算し超音波ビームを形成する加算部とを備え
   た超音波診断装置において、 上記遅延部からの出力信号間の位相差を演算する位相差
   演算部と、 該遅延部からの出力信号間の相関係数を演算する相関係
   数演算部と、 上記位相差の演算と相関係数の演算の対象となる出力信
   号の部分を指定する演算領域入力部と、 該位相差演算および相関係数演算の結果を格納する位相
   差記憶部および相関係数記憶部と、 上記相関係数演算部の出力値と上記相関係数記憶部に格
   納された値を比較して、該相関係数演算部の出力値が相
   関係数記憶部に格納された値より大きい場合に、該位相
   差演算部の出力値および相関係数演算部の出力値をそれ
   ぞれ位相差記憶部および相関係数記憶部に格納する相関
   係数比較部とを有し、 上記演算領域入力部で指定された出力信号の部分におけ
   る位相差演算，相関係数演算が終了した時点で、上記位
   相差記憶部に格納された値を用いて上記遅延部を制御す
   ることを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記加算部は、遅延部の出力信号を加算
   する第１の加算部と、該第１の加算部の出力信号を加算
   して超音波ビームを形成する第２の加算部とから構成さ
   れ、該第１の加算部の出力信号に対して上記位相差演算
   と相関係数演算を行うことを特徴とする請求項１に記載
   の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記位相差演算部に接続され、位相差演
   算，相関係数演算が複素演算であり、かつ該位相差演算
   の対象となる複素数の実部が正であることを判別した場
   合にのみ、前記相関係数比較部に動作命令を発する符号
   判定部を有することを特徴とする請求項１または２に記
   載の超音波診断装置。