WO1997048341A1

WO1997048341A1 - Appareil de diagnostic aux ultrasons

Info

Publication number: WO1997048341A1
Application number: PCT/JP1997/002118
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Miwa; Ryuichi Shinomura; Satoshi Tamano
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1997-12-24
Also published as: US6059730A; EP0917857A1; JPH1066694A; EP0917857A4; DE69734002T2; EP0917857B1; DE69734002D1; JP3374684B2

Description

明細書

超音波診断装置

技術分野

本発明は、医療診断に用いる超音波診断装置、特に生体内の不均一媒質の影響を除去するために、探触子受信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像を得ることが可能な超音波診断装置に関するものである。背景技術

超音波診断装置は、配列した複数の探触子素子からの受信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。人体が不均一媒質であることを考慮すると、高分解能の超音波ビ —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。

第 2図に示す超音波断層装置は、超音波を発射し、被検体の反対側に設けた反射体 6 1からの反射波を受信する探触子素子 2 1〜 2 5を所定位置に配置している。この反射波信号は被検体を通過したものである。説明を簡単にするため受信のみで考えると，媒質內での音速が既知で均一ならば、反射体 6 1からの反射パルス波面は理想波面 6 2 として探触子素子 2 1〜 2 5 に到達する。このとき、反射体 6 1 と素子 2 1〜 2 5の位置関係により反射体 6 1からの距離が短い探触子素子 2 3には最も早くパルスが到達し、反射体からの距離が長い探触子素子 2 1， 2 5には最も遅くパルスが到達する。検出精度を上げるには、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 2 2， 2 3， 2 4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一致させ、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、被検体が音速が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。

いま、素子 2 1〜 2 5 と反射体 6 1 との距離を L i ( 1 ≤ i ≤ 5 ) , 超音波診断装置の設定音速を c，素子 2 1〜 2 5の受信波信号に与える遅延時間を τ i ( 1 ≤ i ≤ 5 ) , L i ( 1 ≤ i ≤ 5 ) の中で最大のものを L m a x とおけば、遅延時間 τ i は、次式（ 1 ) で表わされる。

τ ι = (L m a x— L i ) / c ^ 1 ) 最大距離の素子 2 1、 2 5に対しては 0の遅延を与え、最短距離の素子 2 3には最大の遅延を与え、その他の素子 2 2、 2 4には距離に応じて上記値の中間の遅延を与えればよい。

実際には素子 2 1〜 2 5 と反射体 6 1 との間に不均一媒質 6 4が存在するために、パルス波面は歪み波面 6 3になる。従つて、上記遅延時間 τ i は、各素子受信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 6 3を考慮した遅延時間の補正量を与える必要がある。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、パルス波面 6 3はさらに複雑になる。

特開平 1 — 1 3 5 3 3 3号公報、あるいは I E E E

r a n s a c t i o n s o n U l t r a s o n i c s , F e r r o e l e c t r i c s , a n d F r e q u e n c y C o n t r o l , V o l . 3 5 N o . 6 p p . 7 6 8 - 7 7 4 ( 1 9 8 8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。

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係数で求める場合、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捕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係数演算により受信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である。発明の開示

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対して超音波パルスを送受信するために所定位置に配置された複数の探触子素子からなる探触子と、この探触子の各素子からの受信波信号に遅延を与える遅延部と、この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から構成される超音波診断装置において、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、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により指定され、さらに位相差記憶部と相関係数記憶部を有し、相関係数比較部により相関係数演算部の出力値と相関係数記憶部に格納された値が比較され、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、位相差演算部の出力値と相関係数演算部の出力値がそれぞれ位相差記憶部と相関係数記憶部に格納され、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、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。

また、この位相差演算，相関係数演算が複素演算であり、この位相差演算部に符号判定部が接続され、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、この符号判定部が相関係数比較部に動作命令を発生させる。

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信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。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の第 3実施例を示す超音波診断装置の構成図である。

第 2図は、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。

第 3図は、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。

第 4図は、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の説明図である。

第 5図は、第 3図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。

第 6図は、第 3図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ヤ一トである。

第 7図は、第 3図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ヤ一トである。

第 8図は、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。発明を実施するための最良の形態

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、信号問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捕正値として用いる必要がある。

第 3図に示した超音波診断装置は、反射体 6 1からの反射波を受信する探触子 1、反射波を遅延させる遅延部 2、超音波ビーム形成する加算部 3、関心領域を入力する演算領域入力部 4、反射波間の離れを算出する位相差演算部 5、隣接反射波間の相関係数を算出する相関係数演算部 6、位相差記憶部 7、相関係数記憶部 8、相関係数を比較する相関係数比較部 9を備えている。実際の診断装置には、第 3図のように用いられる装置の他に增幅部、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ている。

探触子 1 からの素子信号は、遅延部 2において独立して初期遅延時間を与えられる。初期遅延時間とは、生体を音速が既知の均一媒質とみなした遅延時間であって、生体內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、

I Eじ £ f r a n s a c t i o n s o n u l t r a - s o n i c s , F e r r o e l e c t r i c s , a n d

r e q u e n c y C o n t r o l , V o l . 3 5 N o . 6 p p . 7 6 8 - 7 7 4 ( 1 9 8 8年発行）に詳しく述べられている。

第 4図は、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から例えば第 4図に示す相関窓，相関窓開始位置，相関窓の深さ方向の移動距離，相関窓のラスタ方向の移動距離の 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 , Cの 3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，相関窓の深さ方向の移動距離，相関窓のラスタ方向の移動距離を、第 4図のように指定する。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^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のラスタ方向の移動距離である。

第 5図は、第 3図における超音波診断装置の相関演算の説明図であり、第 6図は、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ヤ一トである。

隣接信号（ s 1から s 2、 s 2から s 3 ) より先に相関窓を移動（第 4図の相関窓の深さ方向とラスタ方向の移動）させながら生体内不均一捕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、第 5図，第 6図を用いて説明する。第 5図では、簡単のため遅延部 2の出力信号数を 4 とし、それぞれ s l， s 2 , s 3 , s 4 とした。補正に必要な隣接信号問の位相差は（出力信号数一 1 ) 個すなわち 3個であり、 s i と s 2、 s 2と s 3、 s 3 と s 4の位相差演算、および相関係数演算により求める。以後、位相差演算と相関係数演算と合わせて相関演算と呼ぶことにする。第 5図に示すように、それぞれの相関演算を c o r 1， c o r 2， c o r 3 とおく。このとき位相差記憶部 7，相関係数記憶部 8は、 c o r l , c o r 2 , c o r 3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。 c o r l， c o r 2， c o r 3 で求めた位相差を格納する位相差記憶部 7のメモリを X I， X 2， X 3 とし、相関係数を格納する相関係数記憶部 8のメモリを Y 1， Y 2， Y 3 とする。

第 6図に示すように、関心領域を指定した後（ステップ 1 0 1 ) 、相関演算の対象となる隣接信号の初期化を行う（ステツプ 1 0 2 ) 。これは、位相差演算部 5 と相関係数演算部 6が c o r 1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 1 0 2 ) 。これは例えば X 1〜X 3，丫 1〜丫 3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 1 0 3 ) 。これは、第 4図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 1 0 4 ) 。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 Y 1 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 1 0 5 ) 。 ' 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 X 1 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 Y 1 に格納される（ステップ 1 0 6 ) 、関心領域内で相関窓を移動させながら（ステップ 1 0 8 ) 、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 1 0 7 ) 。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、 s 1 を基準とした s 2の補正に必要な位相差力メモリ X 1 に格納される。

c o r 2、 c o r 3の相関演算を順次同様のァルゴリズムで行い（ステップ 1 1 0 ) 、全ての操作が終了すると（ステップ 1 0 9 ) 、遅延部 2からの出力信号 s 1 〜 s 4の補正に必要な位相差が、位相差記憶部 7のメモリ X 1 〜X 3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 1 1 1 ) 。最大の相関係数を持つ 2つの信号問の位相差で、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、第 6図において、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。

第 7図は、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。第 6図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。

第 7図は、この場合のアルゴリズムを示したものである。なお、第 7図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（出力信号数一 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。第 7図は、相関演算の回路が (出力信号数一 1 ) 個並列に存在する場合に適したアルゴリズム〔、'ある。

第 7図では、関心領域を指定した後（ステップ 2 0 1 ) 、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 2 0 2 ) 。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 2 0 3 ) 。

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 2 0 4 ) 、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 Y 1 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 2 0 5 ) 。相関係数演算部 6の出力値が位相差記憶部 7のメモリ X 1 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 Y 1に格納される（ステップ 2 0 6 ) 。本実施例では、次に隣接信号を移動しながら（ステップ 2 0 8 ) 、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 2 0 7 ) 、次に関心領域内で相関窓を移動させながら（ステップ 2 1 0 ) 、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 2 0 9 ) 、位相差記憶部 7の値を遅延部 2にフィードパックする（ステップ 2 1 1 ) 。

以上の相関演算には、受信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信波信号に対しで行うものとがある。受信波信号に対する直接相関演算の詳細は、例え

じ E r a n s a c t i o n s o n

U 1 t r a - s o n i c s , t e r r o e l e c t r i c s , a n d F r e q u e n c y C o n t r o l , V o l . 3 5 N

0. 6 p p . 7 6 8— 7 7 4に述べられている。また、複素変換後の受信波信号に対する相関演算の詳細は特開平 1 一 1 3 5 3 3 3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。

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 ) で表わされる。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、 a k， b k ( 1 ≤ k ≤ N) は隣接信号であり、 *印は複素共役， r e a 1 は実部，

1 m a gは虚部を表す。

N

∑ m a g a b

K：

a t a n ( 2 )

N

∑ r e a 1 ( a _k b _k )

K = i 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。 N

∑ a k ^b k

この

を、隣

算した

また

すなわ

(4 )

算回数

路が簡

に比べ

N

∑ a _k b _k * ( 5 )

K:

なお、式（2 ) ( 5 ) では、ディジタル信号処理を前提としている。

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（出力信号数一 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第 4図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、また第 4図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捕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。

遅延時間が捕正された信号は、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ァ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。

第 8図は、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り、探触子 1、遅延部 2、第 1 の加算部 3 a、第 2の加算部 3 b、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を備えている。第 8図においては、遅延部 2の出力信号を第 1 の加算部 3 a 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、 J o u r n a 1 o f A c o u s t i c a l S o c i e t y o f

Am e r i c a , V o l . 9 0 N o . 6 p p . 2 9 2 4 一 2 9 3 1 ( 1 9 9 1年発行）、あるレヽは

U l t r a s o n i c I m a g i n g , V o l . 1 4 p p . 3 9 8 - 4 1 4 ( 1 9 9 2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。第 8図の構成では、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 3 a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、第 3図における相関演算のアルゴリズム（すなわち、第 6図、第 7図のフロー）は、そのまま第 8図に適用できる。最後に、遅延時問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。

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、第 6図、第 7図のフローチヤ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。

第 3図、第 8図の装置において、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、全自動で生体不均一が捕正できる。

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。

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第 3図、第 8図の第 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つてしまい、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。

第 3実施例は、この問題を解決するものである。第 1図は、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、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、符号判定部 1 0を備えている。

第 1図における探触子 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の動作は第 3図〜第 8図と同様である。ただし、以下の点において、第 1図の動作は第 3図とは異なる。

すなわち、第 1 図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 1 0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ベる。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力、 0かで決定される。

そして、複素数実部の符号が正の場合にのみ、符号判定部 1 0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一 πノ 2以上， π ノ 2以下に限定して、 2つの信号間の位相差の絶対値が π Ζ 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レヽことが J o u r n a l o f A c o u s t i c a l S o c i e t y o f Am e r i c a , V o l . 9 0 N o . 6 p p . 2 9 2 4 - 2 9 3 1 ( 1 9 9 1年発行），あるいは U l t r a s o n i c I m a g i n g , V o l . 1 4 p p . 3 9 8 - 4 1 4 ( 1 9 9 2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 2を超えることは考えにくい。したがって、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 c 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。

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. 5 ΜΗ ζ，探触子サイズを 1 4. 0 8 mm X 1 4. 0 8 mm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 Z 2以下でなければならない。えは、超音波の波長である。周波数 3. 5 MH zではえ = 0. 4 4 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 6 4 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 T U l t r a s o n i c I m a g i n g 1 4 P P . 3 9 8〜 4 1 4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 1 3 0 ± 3 4 n s e c，移動時間の実効値 r m s 、 r o o t m e a n s q u a r e ) ¾Χ?^ 5 5 ± 1 4 n s e c , 移動時間の自己相関関数半値幅が 4. 2 ± 1 . 1 mm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 1 4 3 n s e c，移動時間の実効値 r m s値が 5 5 n s e c，移動時間の自己相関関数半ィ直幅カ 4. 4 m mである。

探触子中心前方 1 0 0 mm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、この超音波ビームにより探触子中心前方 5 0 m mに中心がある直径 1 0 mm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、球外の画像信号実効値 r m s値と'球内の画像信号実効値 r m s値との比を求め、断層像 SZNと定義した。断層像 SZNが大きいほど球の抜けが良く、高分解能と考えられる。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 SZN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 4 d B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 SZN が 1 0 d B向上した。超音波ビーム走査直交方向分割数 1 6以上で補正を行うと、 SZNが不均一が存在しない場合と等しくなった。産業上の利用可能性

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捕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一 πΖ2以上， πΖ2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捕正を高い精度で行うことができる。

Claims

請求の範囲

. 1 . 少なくとも被検体内に対して超音波パルスを送受信するために所定の位置に配置された探触子素子からなる探触子と、前記探触子の各素子からの受信波信号に遅延を与える遅延部と前記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、

前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、前記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、前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、前記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、前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、前記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、前記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、前記演算領域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、前記位相差記憶部に格納された値を用いて前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 . 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、前記第 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、前記第 1の加算部の出力信号に対して前記位相差演算と相関係数演算を行う請求項 1 に記載の超音波診断装置。

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、前記位相差演算の対象となる複素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別部を有する請求項 1記載の超音波診断装置。

4 . 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、前記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別部を有する請求項 2記載の超音波診断装置。

5 . 前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の 4つのパラメータを入力する請求の範囲 1記載の超音波診断装置。