WO2013047337A1 - 信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents

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transducer
unit
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竜己 坂口
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Definitions

  • the present technology relates to a signal processing apparatus and method, a recording medium, and a program.
  • a signal processing apparatus and method even if the positional relationship between a plurality of transducers included in a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus is not fixed, the technique is appropriate with a simple configuration.
  • the present invention relates to a signal processing apparatus and method, a recording medium, and a program that enable beam forming.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus receives again a reflected wave of an ultrasonic wave transmitted from a plurality of transducers included in the probe toward the living body by the probe. Then, the ultrasonic diagnostic apparatus images the measurement object by processing the received reflected wave. At this time, beam forming is performed in the ultrasonic diagnostic apparatus. Beam forming is a process of individually controlling the timing at which each transducer transmits and receives an ultrasonic wave based on the delay amount of the ultrasonic wave.
  • Some probes have a fixed position of each transducer.
  • the delay amount of each transducer for beam forming is calculated in advance based on the position of each transducer for each probe, and stored in the ultrasonic diagnostic apparatus. Stored as a fixed value in the device.
  • the corresponding delay amount is read from the storage device and used for each probe.
  • Patent Document 1 is applicable only when the position of the transducer in the probe is known. If the position of the transducer is unknown, for example, the positional relationship of the transducer is fixed. If not, it is difficult to apply.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and even if the positional relationship between a plurality of transducers included in a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus is not fixed, an appropriate beam forming can be performed with a simple configuration. Is made possible.
  • the signal processing device includes a plurality of transducers whose relative positions are not fixed, and each phase difference between signals of reflected waves in the plurality of transducers of an ultrasonic wave transmitted from a transducer to be transmitted. And a relative difference between the plurality of transducers based on a difference between each of the plurality of transducers and a known phase difference of a reflected wave signal in the plurality of transducers when the array of the plurality of transducers is assumed to be a reference array. Based on the phase difference calculated by the phase difference calculating unit and the phase difference calculated by the phase difference calculating unit, the delay amount of each of the plurality of transducers used in beam forming is calculated. A delay calculation unit.
  • the phase difference calculation unit can select one of the plurality of vibrators as the transmission target each time the phase difference indicating the positional deviation is calculated once.
  • the phase difference calculation unit can select two or more of the plurality of vibrators as the transmission target each time the phase difference indicating the positional deviation is calculated once.
  • the phase difference calculation unit can employ an array in which there is no positional deviation among the plurality of transducers as the reference array.
  • the phase difference calculation unit adopts an array in which the positional deviation of the plurality of transducers does not exist as the reference arrangement, and the second and subsequent cases.
  • the array of the plurality of transducers in a state in which the position shift indicated by the phase difference calculated last time exists can be adopted as the reference array.
  • the plurality of vibrators can be arranged one-dimensionally.
  • the plurality of vibrators can be arranged two-dimensionally.
  • the plurality of vibrators are divided into a plurality of functional blocks with a predetermined number of sets of the vibrators as functional blocks, and the phase difference calculation unit is configured to display the position deviation indicating the positional deviation in units of the functional blocks.
  • the phase difference can be calculated for each unit.
  • the signal processing method, recording medium, and program according to one aspect of the present technology are a method, recording medium, and program corresponding to the signal processing device according to one aspect of the present technology.
  • a phase difference indicating a relative displacement between the plurality of transducers is calculated, and a delay amount of each of the plurality of transducers used in beam forming is calculated based on the calculated phase difference.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the number of repetitions of a second calibration process and the sound pressure of a reflected wave from a target point F.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the vibrator and the target point.
  • Receive beamforming is a process of adding each signal obtained by delaying each received wave of each transducer based on the distance from the target point in the measurement area to each transducer in the probe (hereinafter, phasing addition).
  • the phase of the received wave is adjusted by appropriately processing, and a signal indicating the intensity of the reflected wave from the target point in the measurement region (hereinafter referred to as a reflected wave detection signal) is generated.
  • ultrasonic waves are transmitted from the one-dimensional array of transducers BL3, BL2, BL1, B0, BR1, BR2, BR3 to form an ultrasonic beam.
  • This ultrasonic beam hits the target point F and is reflected. Since the reflected wave from the target point F can be considered as a reflection from a point sound source, it is transmitted concentrically in the transmission direction.
  • the time at which the reflected wave from the target point F reaches each transducer is slightly different depending on the position of each transducer. This minute difference is that the reflected wave is radiated concentrically from the target point F, whereas each transducer is arranged in a straight line, so the distance from the target point F to each transducer is different. It arises because it is different.
  • the reflected wave from the target point F travels the distance d0 and reaches the transducer B0, but needs to travel the distance d3 in order to reach the transducer BR3.
  • the distance d3 from the target point F to the transducer BR3 is calculated by the following equation (2) using the distances d0 and 3p.
  • the distance difference ⁇ d ′ between the distance d3 from the target point F to the transducer BR3 and the distance d0 from the target point F to the transducer B0 is calculated by the following equation (3).
  • the delay step number Delaystep ⁇ d ′ / 0.0306 corresponding to the distance difference ⁇ d ′.
  • the reflected wave spreading concentrically from the target point F In order for the reflected wave spreading concentrically from the target point F to be efficiently received by the vibrator, all of the spread reflected waves are received by the vibrator, and the reflected wave signal in each vibrator is It is preferable to perform processing that is added while being delayed by a delay amount for each transducer such as the time difference ⁇ t ′, that is, phasing addition processing. Thereby, a signal with a high S / N ratio can be detected as a reflected wave detection signal.
  • the first condition is that the relative positional relationship between the vibrators is known. From this first condition, the distance difference ⁇ d ′ can be calculated.
  • the second condition is that the sound speed can be assumed to be constant. From this second condition, the time difference ⁇ t ′ can be calculated.
  • transmission / reception of an ultrasonic beam is repeated a plurality of times so that the relative positional relationship between the transducers can be acquired without mounting such a sensor. That is, with the technique of the present technology, even if a flexible probe is used, beam forming can be realized with a simple configuration without mounting a sensor.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of the present technology.
  • a plurality of vibrators BL2, BL1, B0, BR1, and BR2 are arranged in a one-dimensionally fixed state (hereinafter referred to as a series fixed state).
  • a series fixed state the relative positional relationship between the vibrators is known.
  • an ultrasonic beam is transmitted from the transducer B0 in the direction of the target point F as shown on the left side of FIG.
  • the ultrasonic beam transmitted from the transducer B0 hits the target point F and is reflected.
  • the reflected wave from the target point F is transmitted concentrically and reaches each transducer.
  • the relative positional relationship between the transducers is known, and the reflected wave from the target point F is first received as a received wave in the transducer B0 at the shortest distance from the target point F. Therefore, the received wave in the transducer B0 is hereinafter referred to as a reference received wave.
  • each of the delay amounts (namely, phase differences) DL2, DL1, DR1, DR2 with respect to the reference received wave for each received wave in each of the transducers BL2, BL1, BR1, BR2 can be calculated uniquely. it can.
  • the value increases in the order of the delay amount DL1 of the transducer BL1 adjacent to the left side of the transducer B0 and further the delay amount DL2 of the transducer BL2 adjacent to the left side of the transducer BL1. It will become.
  • the value increases in the order of the delay amount DR1 of the transducer BR1 adjacent to the right side of the transducer B0 and the delay amount DR2 of the transducer BR2 adjacent to the right side of the transducer BR1. Go.
  • the delay amount of each transducer can be calculated from a known positional relationship, and therefore it is not necessary to actually transmit and receive an ultrasonic beam for actual measurement.
  • the plurality of vibrators BL12, BL11, B10, BR11, BR12 are arranged in a state in which the relative positional relationship is unknown.
  • each of these delay amounts DL12, DL11, DR11, DR12 cannot be calculated by calculations such as the above formulas (1) to (4). It is necessary to actually send and receive a sound beam.
  • the ultrasonic beam transmitted from the transducer B10 hits the target point F and is reflected.
  • the reflected wave from the target point F is transmitted concentrically and reaches each transducer BL12, BL11, B10, BR11, BR12.
  • the difference in the actual arrival time with respect to the reference received wave for each received wave in each of the transducers BL12, BL11, BR11, BR12 is each of the delay amounts DL12, DL11, DR11, DR12.
  • Each of the delay amounts DL2, DL1, DR1, DR2 (right side of A in FIG. 2) when the relative positional relationship between the vibrators is known (that is, in a serial fixed state) and the relative position between the vibrators.
  • Each of the differences from the delay amounts DL12, DL11, DR11, DR12 (right side of B in FIG. 2) calculated by actual measurement when the positional relationship is unknown is the difference in position of each transducer (ie, position
  • Each of the delay amounts DL22, DL21, DR21, and DR22 (the left side of C in FIG. 2) indicating (shift) is indicated.
  • Each of the delay amounts DL22, DL21, DR21, DR22 (the left side of C in FIG. 2) indicating the difference in position (that is, displacement) of each transducer is the transducer BL22, BL21 with respect to the reference transducer B20.
  • BR21, and BR22 can be easily converted into a difference in position (that is, positional deviation). In this way, the positional relationship of the transducers whose positional relationship is unknown is clarified by only simple calculations without using a sensor.
  • the delay amount corresponding to the positional relationship between the transducers calculated in this way is used for beam forming, so that a high-quality ultrasonic image can be generated.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present technology is applied.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 10 includes a mode control unit 21, a transmission BF (Beam Forming) unit 22, a transmission / reception switching unit 23, a probe 24, a reception BF unit 25, a delay calculation unit 26, and a signal processing unit. 27 and a display unit 28.
  • a mode control unit 21 a transmission BF (Beam Forming) unit 22
  • a transmission / reception switching unit 23 a probe 24, a reception BF unit 25, a delay calculation unit 26, and a signal processing unit.
  • 27 and a display unit 28.
  • the probe 24 has five vibrators 31-1 to 31-5 for simplicity of explanation.
  • the vibrator 31 when it is not necessary to individually distinguish the vibrators 31-1 to 31-5, they are collectively referred to as the vibrator 31. It is assumed that the relative positional relationship of the vibrator 31 is unknown. Further, although the number of vibrators 31 is five in the example of FIG. 3, it is not particularly limited to this.
  • the mode control unit 21 switches the mode of the ultrasonic diagnostic apparatus 10 to either the calibration mode or the actual measurement mode.
  • the calibration mode a calibration process for calculating the relative positional relationship of the transducer 31 in the probe 24 is executed.
  • the actual measurement mode the measurement target is measured, imaged, and displayed using the relative positional relationship of the transducer 31 calculated in the calibration mode.
  • the calibration process is executed when the position of each vibrator 31 changes. Further, for example, the calibration process may be performed every time before the measurement of the measurement target is executed.
  • the transmission BF unit 22 drives the transducer and forms an ultrasonic beam transmitted from the transducer.
  • the transmission BF unit 22 forms an ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 so that the transmission is delayed by the delay amount calculated by the delay calculation unit 26.
  • the transmission / reception switching unit 23 selects one of the transmission BF unit 22 and the reception BF unit 25 by switching a built-in switch, and switches transmission / reception of the ultrasonic beam from the probe 24.
  • the transducer 31 included in the probe 24 transmits the ultrasonic beam formed by the transmission BF unit 22.
  • the transducer 31 included in the probe 24 receives a reflected wave corresponding to the transmitted ultrasonic beam, and supplies the received reflected wave signal to the reception BF unit 25.
  • the reception BF unit 25 delays the reflected wave signal supplied from each transducer 31 based on an array serving as a reference for each transducer 31 (hereinafter referred to as a reference array). In addition, the reception BF unit 25 calculates a correlation using the delayed signal sequence of each transducer 31, calculates a phase difference, and supplies the phase difference to the delay calculation unit 26. In the measurement mode, the reception BF unit 25 performs reflection and addition processing that adds the reflected wave signal received by each transducer 31 while delaying the signal by the delay amount calculated by the delay calculation unit 26. A wave detection signal is generated. The reception BF unit 25 supplies the generated reflected wave detection signal to the signal processing unit 27.
  • the delay calculation unit 26 calculates the phase difference of each transducer 31 by averaging the phase difference supplied from the reception BF unit 25 with the phase difference supplied in the previous processing in the calibration mode. Then, the delay calculation unit 26 calculates the delay amount used in each of the transmission beamforming and the reception beamforming based on the calculated phase difference, and updates the delay amount by overwriting the calculated delay amount. Do.
  • the signal processing unit 27 generates an ultrasonic image signal to be measured based on the reflected wave detection signal supplied from the reception BF unit 25 in the actual measurement mode.
  • the display unit 28 displays an ultrasonic image based on the signal generated by the signal processing unit 27 in the actual measurement mode.
  • ultrasonic signal processing a series of processing (hereinafter referred to as ultrasonic signal processing) performed by the ultrasonic diagnostic apparatus 10 until displaying the ultrasonic image to be measured will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of ultrasonic signal processing.
  • step S1 the mode control unit 21 determines whether the set mode is the calibration mode instructed by the user.
  • step S1 If the calibration mode is set, YES is determined in step S1, and the process proceeds to step S2.
  • step S2 the transmission BF unit 22 performs transmission beam forming on one transducer 31. That is, the transmission BF unit 22 drives one transducer 31 as the transducer 31 to be transmitted, and forms a signal for transmitting an ultrasonic beam from the transducer 31. At this time, the transmission / reception switching unit 23 switches the position of the switch to the transmission BF unit 22 side.
  • step S3 the transducer 31 to be transmitted by the probe 24 (for example, the transducer 31-1) generates and transmits an ultrasonic beam based on the signal formed in step S2 by the transmission BF unit 22.
  • step S4 the transmission / reception switching unit 23 switches transmission / reception by switching the position of the switch from the transmission BF unit 22 side to the reception BF unit 25 side.
  • each transducer 31 receives a reflected wave corresponding to the ultrasonic beam transmitted in step S3. Each transducer 31 supplies the received reflected wave signal to the reception BF unit 25.
  • step S6 the reception BF unit 25 performs reception beam forming. That is, the reception BF unit 25 delays the signal of the reflected wave supplied from each transducer 31 assuming that the reference array of each transducer 31 is fixed in series, that is, an array with no positional deviation. .
  • step S7 the reception BF unit 25 calculates a phase difference. That is, the reception BF unit 25 calculates the correlation using the signal sequence of each transducer 31 delayed in step S6, and calculates the phase difference.
  • the reception BF unit 25 supplies the calculated phase difference to the delay calculation unit 26. More specifically, in the receive beamforming in step S6, a process equivalent to an operation for obtaining a difference between the right side of FIG. 2A and the right side of FIG. 2B is executed, and the left side of C in FIG. Each signal is output.
  • Each phase difference of the signal on the left side of C in FIG. 2 indicates a positional deviation of each transducer 31. That is, the phase difference indicating the positional deviation of each transducer 31 is calculated in the process of step S7.
  • step S8 the delay calculation unit 26 updates the delay amount.
  • the delay calculation unit 26 averages the phase difference (that is, positional deviation of each transducer) supplied from the reception BF unit 25 with the phase difference (that is, positional deviation of each transducer) supplied in the previous processing. And the phase difference of each transducer 31 is calculated. Then, the delay calculation unit 26 calculates the respective delay amounts of the transmission beam forming and the reception beam forming based on the calculated phase difference (that is, the average positional deviation of each transducer), and calculates the calculated delay. The amount of delay is updated by overwriting the amount.
  • step S9 the transmission BF unit 22 determines whether all the transducers 31 have been processed, that is, whether all the transducers 31 have transmitted ultrasonic beams.
  • step S9 If the ultrasonic beams have not yet been transmitted from all the transducers 31, it is determined as NO in step S9, and the process proceeds to step S10.
  • step S10 the transmission BF unit 22 changes the transducer 31 to be subjected to transmission beamforming. For example, it is changed to the next vibrator 31-2. Thereafter, the process returns to step S2, and the subsequent processes are repeated. That is, the transmission beam forming by each of all the transducers 31 is repeatedly executed, and each time the loop processing of steps S2 to S10 is repeated, the respective delay amounts of the transmission beam forming and the reception beam forming are updated. Go.
  • step S9 If all the transducers 31 have been processed, YES is determined in step S9, and the process proceeds to step S11.
  • step S11 the mode control unit 21 switches to the actual measurement mode. Then, the process returns to step S1.
  • step S1 the mode control unit 21 determines whether the set mode is the calibration mode.
  • Step S2 since the actual measurement mode is set, it is determined as NO in Step S1, and the process proceeds to Step S12.
  • step S12 the ultrasonic diagnostic apparatus 20 performs an actual measurement process. Details of the actual measurement process will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the flow of the actual measurement process.
  • step S21 the transmission BF unit 22 performs transmission beam forming on the plurality of transducers 31. That is, the transmission BF unit 22 calculates the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 by the delay calculation unit 26 in step S8 of the last round (that is, the previous round) (that is, the final update at the time of the calibration process).
  • the signal for forming the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 is generated so as to be transmitted after being delayed by the amount of delay.
  • the transmission / reception switching unit 23 switches the position of the switch to the transmission BF unit 22 side.
  • each transducer 31 generates and transmits an ultrasonic beam based on the signal formed in step S21 by the transmission BF unit 22.
  • step S23 the transmission / reception switching unit 23 switches transmission / reception by switching the position of the switch from the transmission BF unit 22 side to the reception BF unit 25 side.
  • each transducer 31 receives a reflected wave corresponding to the ultrasonic beam transmitted in step S22. Each transducer 31 supplies the received reflected wave signal to the reception BF unit 25.
  • step S25 the reception BF unit 25 performs reception beam forming. That is, the reception BF unit 25 updates the reflected wave signal received by each transducer 31 by the delay calculation unit 26 in step S8 of the last round (that is, the immediately previous round) (that is, the final signal during the calibration process). The phase of the received wave is adjusted by performing a phasing addition process that adds while delaying by the updated delay amount, and a reflected wave detection signal is generated. The reception BF unit 25 supplies the reflected wave detection signal to the signal processing unit 27.
  • step S26 the signal processing unit 27 generates an ultrasonic image signal to be measured based on the reflected wave detection signal supplied from the reception BF unit 25.
  • step S27 the display unit 28 displays an ultrasonic image based on the signal generated by the signal processing unit 27 in step S26. This completes the actual measurement process.
  • the ultrasonic signal processing ends when the actual measurement processing in step S12 is completed.
  • the number of transducers 31 to which ultrasonic beams are transmitted in one transmission beam forming that is, the transducers 31 to be transmitted. was one.
  • the ultrasonic beam transmitted from one transducer 31 since the ultrasonic beam transmitted from one transducer 31 is diffused, it may be reflected not only on the target point F just below the transmission direction but also on target points at various positions.
  • the transducer 31 to be received receives reflected waves from target points at various positions, the accuracy of the first calibration process is lowered, and the relative positional relationship between the transducers 31 is not correctly calculated. There is a fear.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 10 uses the set of a plurality of transducers 31 as a transmission target transducer 31 in one transmission beam forming, and performs second calibration for transmitting ultrasonic beams from the plurality of transducers 31. Processing can be executed.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 10 executes the repetition process of the second calibration process by changing the set of the plurality of transducers 31. Thereby, the precision of calculation of the relative positional relationship of the vibrator 31 can be further improved.
  • the second calibration process will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of transducers in the second calibration process.
  • the second calibration process is repeatedly executed with five transducers 31-1 to 31-5 as a set.
  • a state C1 in FIG. 6 represents an actual arrangement state of the vibrators 31-1 to 31-5.
  • the arrangement of the transducers 31-1 to 31-5 has not been estimated yet, and the relative positional relationship is still unknown.
  • the transmission BF unit 22 assumes that the arrangement of the transducers 31-1 to 31-5 is a serial fixed state as shown in the state C0, that is, the ultrasonic fixed beam is a reference array. Form a signal. Then, ultrasonic beams are transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 that are assumed to be in the state C0.
  • reception BF unit 25 and the delay calculation unit 26 perform reception beam forming on the reception waves of the transducers 31-1 to 31-5, and the phase difference (that is, based on the correlation of the output signals) , An estimated amount of positional deviation of each transducer 31).
  • a state indicating the estimated position of the placement of the transducers 31-1 to 31-5 based on the phase difference calculated in this manner is a state C2 in FIG.
  • the ultrasonic beam transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 which is assumed to be in the state C0, hits the target point F and is reflected.
  • the ultrasonic beams transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 are beam-formed in the assumed arrangement (because an ultrasonic beam signal is formed), they are properly narrowed down. Therefore, it diffuses and hits and reflects a target point other than the target point F. Therefore, the phase difference calculated based on the reflected wave from the target point F has a lot of noise and low accuracy. That is, the error with respect to the actual arrangement position (that is, the actual position deviation) in the estimated positions (that is, the estimated amount of position deviation) of the transducers 31-1 to 31-5 shown in the state C0 in FIG. It will be big.
  • the transmission BF unit 22 assumes that the arrangement of the transducers 31-1 to 31-5 is in the state C2, that is, forms the ultrasonic beam signal with the state C2 as a reference array. Specifically, it is assumed that the arrangement positions of the transducers 31-1 and 31-5 in the state C1 are virtually changed to be the arrangement of the state C2. Then, ultrasonic beams are transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 that are assumed to be in the state C2.
  • reception BF unit 25 and the delay calculation unit 26 perform reception beam forming on the reception waves of the transducers 31-1 to 31-5, and the phase difference (that is, based on the correlation of the output signals)
  • the estimated amount of positional deviation of each transducer 31) is calculated again.
  • a state indicating the estimated position of the placement of the transducers 31-1 to 31-5 based on the phase difference calculated again in this way is a state C3 in FIG.
  • the error with respect to the actual arrangement position (that is, the actual position deviation) in the estimated position (ie, the estimated amount of position deviation) of the transducers 31-1 to 31-5 shown in the state C3 is the state. It is smaller than the error in the case of the arrangement of C2. This is due to the following reason.
  • the ultrasonic beam transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 assumed to be in the arrangement of the state C 2 hits the target point F and is reflected. Also in this case, the ultrasonic beam transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 hits and reflects a target point other than the target point F.
  • the ultrasonic beam transmitted when the arrangement of the transducer 31 is assumed to be the arrangement of the state C2 is the ultrasonic beam transmitted when the arrangement of the vibrator 31 is assumed to be the arrangement of the state C0. Compared to, it is narrowed down. Therefore, the reflected wave from the target point other than the target point F of the ultrasonic beam transmitted when it is assumed that the transducer 31 is in the state C2 is reduced.
  • the transmission BF section 22 assumes that the arrangement of the transducers 31-1 to 31-5 is in the state C3, that is, forms an ultrasonic beam signal using the state C3 as a reference array. Specifically, it is assumed that the arrangement position of the transducer 31-5 in the state C2 is virtually changed to be the arrangement of the state C3. Then, ultrasonic beams are transmitted from the transducers 31-1 to 31-5 assumed to be in the arrangement of the state C3.
  • the second calibration process for calculating the phase difference (that is, the estimated amount of positional deviation) is repeated while the estimated position of the position of each transducer 31 is brought close to the correct answer (that is, the actual position).
  • the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 can be narrowed down.
  • the wavefront is synthesized by the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31, and the ultrasonic beam is transmitted from the transducer 31 virtually arranged in a concave shape, so that the ultrasonic beam is narrowed.
  • the accuracy of the second calibration process can be improved.
  • the narrowing of the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 is equivalent to the concentration of sound pressure. Therefore, the sound pressure of the reflected wave from the target point F is also increased. Furthermore, since the estimated position of the placement position of each transducer 31 approaches the correct answer (ie, the actual placement position), the phase difference of the phasing addition processing by the reception BF unit 25 is reduced, and the added sound pressure is increased. . Therefore, the accuracy of measurement of the measurement object can be improved.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the number of repetitions of the second calibration process and the sound pressure of the reflected wave from the target point F.
  • the vertical axis represents the sound pressure of the reflected wave from the target point F
  • the horizontal axis represents the number of repetitions of the second calibration process.
  • the phase difference (that is, the estimated amount of positional deviation) is calculated while changing the estimated position of each transducer 31 so as to approach the correct answer (that is, the actual position).
  • the correct answer that is, the actual position.
  • the sound pressure of the reflected wave from the target point F increases as the estimated position of each transducer 31 approaches the correct answer (that is, the actual position). In other words, while the estimated position of each transducer 31 is approaching the correct answer, the change in sound pressure is in the upward direction (positive direction). Ideally, when the estimated position of the placement position of each transducer 31 coincides with the correct answer, the sound pressure of the reflected wave from the target point F becomes the highest value, and thereafter, the second calibration process is performed. Even if it is repeated, if the estimated position of the placement position of each transducer 31 continues to match the correct answer, the sound pressure will not change while maintaining the maximum value.
  • the second calibration is stopped when the change in the sound pressure changes in the negative direction (that is, at the inflection point).
  • the number of repetitions of the second calibration process is set as a convergence condition. Can be determined. In this case, the upper limit of the number of repetitions of the second calibration process is also determined in advance.
  • a plurality of sets of a center point and a set of two points shifted by one pixel left and right in the horizontal direction with respect to the center point are extracted.
  • three points of sound pressure are obtained, and a set having the highest sound pressure at the center point is extracted as a set candidate including the target point F.
  • the center point with the highest sound pressure is determined as the target point F from these candidates.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of ultrasonic signal processing including the second calibration processing.
  • step S41 the mode control unit 21 determines whether the set mode is the calibration mode instructed by the user.
  • Step S41 When the calibration mode is set, it is determined as YES in Step S41, and the process proceeds to Step S42.
  • step S42 the transmission BF unit 22 performs transmission beam forming on a plurality of transducers. That is, in the first process of step S42, the transmission BF unit 22 drives a plurality of transducers as transmission target transducers, and the reference array of the plurality of transducers is fixed in series, that is, there is no positional deviation. A signal for transmitting an ultrasonic beam is formed assuming an array. In the second and subsequent processing of step S42, the transmission BF unit 22 drives a plurality of transducers as transmission target transducers, and the plurality of transducers are calculated in the processing of step S47 of the immediately previous time.
  • the ultrasonic beam is transmitted using the arrangement position as a reference arrangement. Signal for.
  • the transmission / reception switching unit 23 switches the position of the switch to the transmission BF unit 22 side.
  • step S43 the plurality of transducers 31 (for example, transducers 31-1 to 31-5) of the probe 24 generate and transmit an ultrasonic beam based on the signal formed in step S42 by the transmission BF unit 22. .
  • step S44 the transmission / reception switching unit 23 switches transmission / reception by switching the position of the switch from the transmission BF unit 22 side to the reception BF unit 25 side.
  • each transducer 31 receives the reflected wave corresponding to the ultrasonic beam transmitted in step S43. Each transducer 31 supplies the received reflected wave signal to the reception BF unit 25.
  • step S46 the reception BF unit 25 performs reception beam forming. That is, in the first process of step S46, the reception BF unit 25 delays the reflected wave signal supplied from each transducer 31 assuming that the reference array of each transducer 31 is in a serial fixed state. . In the second and subsequent processing in step S46, the reception BF unit 25 calculates the reflected wave signal supplied from each transducer 31, and the reference array of each transducer 31 is calculated in the processing in step S47 of the previous round. It is assumed that the position of each transducer 31 is specified by the phase difference (that is, the estimated position of each transducer 31), and is delayed.
  • step S47 the reception BF unit 25 calculates a phase difference. That is, the reception BF unit 25 calculates the correlation using the signal sequence of each transducer 31 delayed in step S46, and calculates the phase difference. The reception BF unit 25 supplies the calculated phase difference to the delay calculation unit 26.
  • step S48 the delay calculation unit 26 updates the delay amount.
  • the delay calculation unit 26 averages the phase difference (that is, positional deviation of each transducer) supplied from the reception BF unit 25 with the phase difference (that is, positional deviation of each transducer) supplied in the previous processing. And the phase difference of each transducer 31 is calculated. Then, the delay calculation unit 26 calculates the respective delay amounts of the transmission beam forming and the reception beam forming based on the calculated phase difference (that is, the average positional deviation of each transducer), and calculates the calculated delay. The amount of delay is updated by overwriting the amount.
  • step S49 the reception BF unit 25 determines whether the convergence condition is satisfied. That is, the reception BF unit 25 determines whether the amount of change in the sound pressure of the reflected wave from the target point F has become smaller than a predetermined threshold value or a negative value.
  • Step S49 If the convergence condition is not satisfied, it is determined as NO in Step S49, the process returns to Step S42, and the subsequent processes are repeated. That is, until the convergence condition is satisfied, the loop processing of steps S42 to S49 is repeated. Note that while the loop processing of steps S42 to S49 is repeated, the estimated position of the placement position of each transducer 31 is changed so as to approach the actual placement position, and the phase difference is calculated. Then, the delay amount is updated based on the calculated phase difference.
  • Step S49 if the convergence condition is satisfied, it is determined as YES in Step S49, and the process proceeds to Step S50.
  • step S50 the transmission BF unit 22 determines whether the processing of all the transducers 31 has been completed, that is, whether the processing of transmitting an ultrasonic beam from the plurality of transducers 31 has been performed in all the groups. .
  • Step S50 If the ultrasonic beams have not been transmitted from all the transducers 31 yet, it is determined as NO in Step S50, and the process proceeds to Step 51.
  • step S51 the transmission BF unit 22 changes the set of transducers 31 to be subjected to transmission beamforming. For example, it is changed to the next vibrator 31-6 to 31-10 (not shown). Thereafter, the process returns to step S42, and the subsequent processes are repeated. That is, the transmission beam forming by all the sets of transducers 31 is repeatedly executed, and each time the loop processing of steps S42 to S51 is repeated, the delay amounts of the transmission beam forming and the reception beam forming are updated. Go.
  • step S50 If all the transducers 31 have been processed, YES is determined in step S50, and the process proceeds to step S52.
  • step S52 the mode control unit 21 switches to the actual measurement mode. Then, the process returns to step S41.
  • step S41 the mode control unit 21 determines whether the set mode is the calibration mode.
  • Step S41 since the actual measurement mode is set, it is determined as NO in Step S41, and the process proceeds to Step S53.
  • step S53 the ultrasonic diagnostic apparatus 20 performs an actual measurement process. The details of the actual measurement processing have been described with reference to FIG.
  • step S53 When the actual measurement process in step S53 is finished, the ultrasonic signal process including the second calibration process is finished.
  • the second calibration process for calculating the phase difference (that is, the estimated amount of positional deviation) is repeated while the estimated position of the position of each transducer 31 is brought close to the correct answer (that is, the actual position).
  • the ultrasonic beam transmitted from each transducer 31 can be narrowed down.
  • the accuracy of the second calibration process can be improved.
  • the phase difference in the phasing addition processing by the reception BF unit 25 is reduced and the sound pressure to be added is increased, the measurement accuracy of the measurement target can be improved.
  • the ultrasonic signal processing including the first calibration processing of FIG. 4 may be performed before the ultrasonic signal processing including the second calibration processing of FIG. 8 is performed.
  • the relative positional relationship of each transducer 31 is calculated by ultrasonic signal processing including the first calibration processing. Therefore, the accuracy of the second calibration process is performed by executing the ultrasonic signal processing including the second calibration process using the calculated positional relationship as the initial state of the estimated position of the placement of each transducer 31. Can be further improved.
  • Each transducer 31 may be a one-dimensional array as described above, but may be a two-dimensional array.
  • a transducer having a fine structure mounted on a cMUT Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers
  • the cMUT is an ultrasonic transducer in which each transducer having a fine structure is mounted on a flexible substrate by MEMS (Micro-Electro-Mechanical systems) technology.
  • the shape of each transducer 31 in the cMUT is not particularly limited, and may be, for example, a shape as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cMUT.
  • 9A shows a cMUT 51a configured by mounting a circular vibrator 31a on a flexible substrate 41.
  • FIG. 9B shows a cMUT 51b configured by mounting a rectangular vibrator 31b on the flexible substrate 41.
  • the shape of the flexible substrate 41 used for the cMUT can be freely deformed. Therefore, when the cMUT is used as the probe 24, the shape thereof can be shaped into a belt shape, a belt shape, a sheet shape, or the like.
  • the cMUT since each vibrator 31 has a fine structure, it is difficult to mount a sensor on each vibrator 31 in order to calculate the positional relationship between the vibrators 31. Therefore, by applying the technique of the present technology to the cMUT, it is possible to calculate the positional relationship of each transducer 31 without mounting a sensor.
  • the ultrasonic signal processing when the technique of the present technology is applied to the cMUT is basically the same as the processing described above. However, in this case, since the structure of each vibrator 31 is fine, it can be assumed that the positional relationship between the adjacent vibrators 31 is substantially in a plane. Therefore, in the ultrasonic signal processing including the second calibration processing, the accuracy of the second calibration processing can be improved without increasing the number of repetitions of the second calibration processing.
  • the second calibration process if the ultrasonic beam is transmitted from many transducers 31 when the positional relationship of the transducers 31 is unknown, the actual transducers at the estimated positions of the transducers 31 are transmitted.
  • the error with respect to the arrangement position of 31 is large.
  • an error in estimating the placement of the transducers 31 can be suppressed to some extent. Therefore, even if the second calibration process is executed only once, the accuracy of the second calibration process can be improved.
  • a plurality of transducers 31 whose positional relationships are fixed are defined as one set (hereinafter, such a set is referred to as a function block), and a plurality of function blocks are defined.
  • the mutual positional relationship may be calculated by the technique of the present technology.
  • FIG. 10 is a diagram showing a probe composed of a plurality of functional blocks.
  • FIG. 10A shows a circular vibrator 31c.
  • the shape of the vibrator 31c is not particularly limited to a circle.
  • FIG. 10B a functional block 71 is shown.
  • FIG. 10C a probe 24c including a total of 15 transducers 31c is shown.
  • the probe 24c is composed of three functional blocks 71-1 to 71-3.
  • Each of the functional blocks 71-1 to 71-3 includes five vibrators 31.
  • the functional block 71-1 includes vibrators 31c1 to 31c5.
  • the functional block 71-2 includes vibrators 31c11 to 31c15.
  • the functional block 71-3 includes the vibrators 31c21 to 31c25.
  • the five vibrators 31c included in each of the functional blocks 71-1 to 71-3 are physically fixed and the positional relationship does not vary. Note that the five vibrators 31c may be physically fixed by being connected between the vibrators 31c. Further, in the functional blocks 71-1 to 71-3, the substrate on which the five vibrators 31 c are mounted is a non-flexible board, and the five vibrators 31 c are mounted on the non-flexible board to be physically fixed. May be.
  • the transmission BF unit 22 performs a calibration process for transmitting an ultrasonic beam with each of the functional blocks 71-1 to 71-3 as one unit in one transmission beam forming. Execute. Then, the reception BF unit 25 and the delay calculation unit 26 perform reception beam forming on the reception wave having each of the functional blocks 71-1 to 71-3 as a unit, and based on the correlation of each output signal The phase difference is calculated for each unit. Based on the phase difference calculated for each unit in this way, the relative positional relationship between the units, that is, the relative positional relationship between the adjacent functional blocks 71-1 to 71-3 can be calculated. it can.
  • the series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software.
  • a program constituting the software is installed in the computer.
  • the computer includes, for example, a general-purpose personal computer capable of executing various functions by installing various programs by installing a computer incorporated in dedicated hardware.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that executes the above-described series of processing by a program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • An input / output interface 105 is further connected to the bus 104.
  • An input unit 106, an output unit 107, a storage unit 108, a communication unit 109, and a drive 110 are connected to the input / output interface 105.
  • the input unit 106 includes a keyboard, a mouse, a microphone, and the like.
  • the output unit 107 includes a display, a speaker, and the like.
  • the storage unit 108 includes a hard disk, a nonvolatile memory, and the like.
  • the communication unit 109 includes a network interface or the like.
  • the drive 110 drives a removable medium 111 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory.
  • the CPU 101 loads, for example, the program stored in the storage unit 108 to the RAM 103 via the input / output interface 105 and the bus 104 and executes the program. Is performed.
  • the program executed by the computer (CPU 101) can be provided by being recorded in the removable medium 111 as a package medium, for example.
  • the program can be provided via a wired or wireless transmission medium such as a local area network, the Internet, or digital satellite broadcasting.
  • the program can be installed in the storage unit 108 via the input / output interface 105 by attaching the removable medium 111 to the drive 110. Further, the program can be received by the communication unit 109 via a wired or wireless transmission medium and installed in the storage unit 108. In addition, the program can be installed in the ROM 102 or the storage unit 108 in advance.
  • the program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
  • Embodiments of the present technology are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
  • the present technology can take a cloud computing configuration in which one function is shared by a plurality of devices via a network and is jointly processed.
  • each step described in the above flowchart can be executed by one device or can be shared by a plurality of devices.
  • the plurality of processes included in the one step can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.
  • this technique can also take the following structures. (1) Among the plurality of transducers whose relative positions are not fixed, each phase difference of the reflected wave signal of the plurality of transducers of the ultrasonic wave transmitted from the transducer to be transmitted and the arrangement of the plurality of transducers are used as a reference A phase difference that indicates a relative positional deviation between the plurality of transducers is calculated based on a difference from each known phase difference of a reflected wave signal in the plurality of transducers when it is assumed that the plurality of transducers are arranged.
  • a phase difference calculator comprising: a delay calculation unit that calculates a delay amount of each of the plurality of transducers used in beamforming based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit.
  • a delay calculation unit that calculates a delay amount of each of the plurality of transducers used in beamforming based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit.
  • phase difference calculation unit employs an array in which positional deviation of the plurality of transducers does not exist as the reference array.
  • the phase difference calculating unit adopts an array in which the positional deviations of the plurality of transducers do not exist as the reference array, and the second and subsequent cases.
  • an array of the plurality of transducers in a state in which there is a positional shift indicated by the phase difference calculated last time is used as the reference array. apparatus.
  • the signal processing device according to any one of (1) to (5), wherein the plurality of transducers are arranged one-dimensionally.
  • the signal processing device according to any one of (1) to (6), wherein the plurality of transducers are arranged two-dimensionally.
  • the plurality of vibrators are divided into a plurality of functional blocks, with a predetermined number of sets of the vibrators as functional blocks,
  • the signal processing device according to any one of (1) to (7), wherein the phase difference calculating unit calculates the phase difference indicating the positional deviation for each unit, with the functional block as a unit.
  • This technology can be applied to editing devices that edit content.

Landscapes

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Abstract

　本技術は、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングができるようにする信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。　受信ＢＦ部は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する。遅延計算部は、位相差算出部により算出された位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、複数の振動子の各々の遅延量を計算する。本技術は、超音波診断装置に適用することができる。

Description

信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラム
　本技術は、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にする、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
　従来、超音波診断装置は、プローブ内に含まれる複数の振動子から生体内に向けて送信した超音波の反射波を再びプローブで受信する。そして、超音波診断装置は、受信した反射波に処理を施すことによって、測定対象を画像化する。このとき、超音波診断装置では、ビームフォーミングが行われている。ビームフォーミングとは、各振動子が超音波を送受信するタイミングを、超音波の遅延量に基づいて個別に制御する処理である。
　プローブのなかには、各振動子の配置位置が固定されているものもある。このようなプローブを有する超音波診断装置では、ビームフォーミングを行うための各振動子の遅延量が、プローブ毎に各振動子の配置位置に基づいて予め計算されて、超音波診断装置内の記憶装置に固定値として記憶されている。そして、ビームフォーミングが行われる場合には、プローブ毎に、対応する遅延量が記憶装置から読み出されて用いられる。
　このような遅延量を記憶する記憶装置の容量を削減するために、プローブ内の振動子の配置位置に基づいて、ビームフォーミングを行う毎に遅延量が計算される手法が存在する（例えば、特許文献１参照）。
　一方、配置位置が固定されていない複数のプローブが連結され、各プローブにより得られる画像データが合成されて画像化される手法が存在する（例えば、特許文献２参照）。当該手法においては、プローブの連結部分に角度センサが設けられ、角度センサにより検出された角度に基づいて、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係が計算される。
特開平５－３１１０７号公報 特開２００５－１３７５８１号公報
　しかしながら、特許文献１の手法は、プローブ内の振動子の配置位置が既知である場合にのみ適用可能であり、振動子の配置位置が不明である場合、例えば振動子の位置関係が固定されていない場合には適用が困難である。
　また、特許文献２の手法は、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係を算出するために、各プローブに角度センサが実装される必要がある。したがって、プローブの数が増えた場合には、それに対応する数の角度センサが必要となり、構成が複雑となる。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にするようにしたものである。
　本技術の一側面の信号処理装置は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部とを備える。
　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つを前記送信対象として選択することができる。
　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上を前記送信対象として選択することができる。
　前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用することができる。
　前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用することができる。
　前記複数の振動子は、１次元に配列することができる。
　前記複数の振動子は、２次元に配列することができる。
　前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出することができる。
　本技術の一側面の信号処理方法、記録媒体、及びプログラムは、上述した本技術の一側面の信号処理装置に対応する方法、記録媒体、及びプログラムである。
　本技術の一側面の信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差が算出され、算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量が計算される。
　以上のごとく、本技術によれば、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にすることができる。
振動子と対象点との関係を示す図である。 本技術の概要について説明する図である。 本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 超音波信号処理の流れについて説明するフローチャートである。 実測処理の流れについて説明するフローチャートである。 複数の振動子を用いたキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。 第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と対象点Ｆからの反射波の音圧の関係を示す図である。 第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。 cMUTを示す図である。 複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。 本技術が適用される信号処理装置のハードウエアの構成例を示すブロック図である。
[受信ビームフォーミング]
　はじめに、本技術の理解を容易なものとすべく、超音波診断装置における受信ビームフォーミングについて説明する。
　図１は、振動子と対象点との関係を示す図である。
　受信ビームフォーミングとは、測定領域内の対象点からプローブ内の各振動子までの距離に基づいて、各振動子の受信波の各々を遅延させた各信号を加算する処理（以下、整相加算処理と適宜称する）によって受信波の位相をそろえ、測定領域内の対象点からの反射波の強度を示す信号（以下、反射波検出信号と称する）を生成することをいう。
　図１に示されるように、１次元に並んだアレイ状の振動子ＢＬ３，ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３のそれぞれから超音波が送信され、超音波ビームが形成される。この超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。対象点Ｆからの反射波は、点音源からの反射と考えることができるため、送出方向に同心円状に伝わる。対象点Ｆからの反射波が各振動子に到達する時刻は、各振動子の位置によって微小な差異が生ずる。この微小な差異は、反射波が対象点Ｆから同心円状に放射されるのに対して、各振動子は直線状に配置されているため、対象点Ｆから各振動子の各々までの距離が異なるために生ずる。
　例えば、対象点Ｆからの反射波は、距離ｄ０を進んで振動子Ｂ０に到達する一方で、振動子ＢＲ３に到達するためには距離ｄ３を進む必要がある。図１に示されるように、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離は、各振動子間の距離ｐの３倍（３×ｐ＝３ｐ）になる。したがって、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離（３×ｐ＝３ｐ）、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０、及び対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３の関係は、三角定理から、次の式（１）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３は、距離ｄ０，３ｐを用いて次の式（２）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３と、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０の距離差Δｄ’は、次の式（３）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、生体内の音速を1530m/sとした場合、距離差Δｄ’を時間差Δｔ’に変換すると、次の式（４）のように表される。この時間差Δｔ’が、基準となる振動子Ｂ０に対する、振動子ＢＲ３における遅延量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、上述の演算をデジタル処理する場合、サンプリング周波数を50MHzとすると、サンプル間隔は20ns（＝1/50000Hz）、0.0306mm（＝1530×20/1000000）に相当する。したがって、距離差Δｄ’に相当する遅延ステップ数Delaystep＝Δｄ’/0.0306となる。
　対象点Ｆから同心円状に広がった反射波が、振動子で効率よく受信されるためには、広がった反射波の全てが振動子で受信されて、各振動子における反射波の信号が、上述の時間差Δｔ’等の各振動子毎の遅延量分だけそれぞれ遅延されながら加算される処理、すなわち整相加算処理が行われるとよい。これにより、S/N比が高い信号を、反射波検出信号として検出することができる。
　精度良い整相加算処理の実現のためには、次の２つの条件が満たされる必要がある。第１の条件は、振動子間の相対的な位置関係が既知である、という条件である。この第１の条件から、距離差Δｄ’の算出が可能となる。第２の条件は、音速が一定であると仮定できる、という条件である。この第２の条件から、時間差Δｔ’の算出が可能となる。
　通常の場合、音速は一定であると仮定できるので、第２の条件は満たされる。第１の条件が満たされるためには、振動子間の位置関係が固定されていないプローブ（以下、フレキシブルプローブと称する）の場合、何らかの手法を用いて振動子間の相対的な位置関係を把握する必要がある。フレキシブルプローブの場合、例えば、上述の特許文献２の手法のように、センサ等を用いて振動子間の相対的な位置関係を求めることが可能であるが、この場合、構成が複雑になる。そこで、本技術の手法においては、このようなセンサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になるように、超音波ビームの送受信が複数回繰り返される。すなわち、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装することなく簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
[本技術の概要]
　図２は、本技術の概要について説明する図である。
　図２のＡに示される例では、複数の振動子ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２が、等距離に１次元に固定された状態（以下、直列固定状態と称する）で配列されている。この場合、振動子間の相対的な位置関係は既知である。図２のＡの左側に示されるように、振動子Ｂ０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたとする。
　すると、図２のＡの右側に示されるように、振動子Ｂ０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わって各振動子に到達する。ここで、図２のＡの場合、振動子間の相対的な位置関係は既知であり、対象点Ｆからの反射波は、最初に、対象点Ｆから最短距離の振動子Ｂ０において受信波として到達するため、当該振動子Ｂ０における受信波を、以下、基準受信波と称する。この場合、各振動子ＢＬ２，ＢＬ１，ＢＲ１，ＢＲ２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する遅延量（すなわち、位相差）ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々は、一意に算出することができる。
　具体的には、直列固定状態では、振動子Ｂ０の左側に隣接する振動子ＢＬ１における遅延量ＤＬ１，さらに当該振動子ＢＬ１の左側に隣接する振動子ＢＬ２の遅延量ＤＬ２の順に、その値は大きくなっていく。同様に、直列固定状態では、振動子Ｂ０の右側に隣接する振動子ＢＲ１における遅延量ＤＲ１，さらに当該振動子ＢＲ１の右側に隣接する振動子ＢＲ２の遅延量ＤＲ２の順に、その値は大きくなっていく。
　このように、直列固定状態では、各振動子の遅延量は既知の位置関係により算出可能であるため、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要はない。
　これに対して、図２のＢにおいては、複数の振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２は、相対的な位置関係が不明な状態で配置されている。図２のＢの場合には、これらの遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２のそれぞれは、上述の式（１）乃至式（４）のような計算により算出することができず、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要がある。
　例えば、図２のＢの左側に示されるように、振動子Ｂ１０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたものとする。
　この場合、図２のＢの右側に示されるように、振動子Ｂ１０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わり各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２に到達する。その際の各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，ＢＲ１１，ＢＲ１２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する実測の到達時間の差異が、遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１,ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々となる。
　振動子間の相対的な位置関係が既知である場合（すなわち、直列固定状態）の遅延量ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々（図２のＡの右側）と、振動子間の相対的な位置関係が未知である場合の実測により算出された遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々（図２のＢの右側）との差分のそれぞれが、各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２のＣの左側）を示すことになる。
　この各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２のＣの左側）は、基準となる振動子Ｂ２０に対する、振動子ＢＬ２２，ＢＬ２１，ＢＲ２１，ＢＲ２２の各々との位置の差（すなわち、位置ずれ）に簡単に変換することが可能になる。このようにして、位置関係が不明であった振動子の位置関係が、センサを採用せずとも簡単な演算のみで明確になる。
　このようにして算出された振動子の位置関係に対応する遅延量が、ビームフォーミングに用いられることにより、高画質の超音波画像の生成が可能となる。
[超音波診断装置の構成例]
　図３は、本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。　
　図３に示されるように、超音波診断装置１０は、モード制御部２１、送信ＢＦ（Beam Forming）部２２、送受信切り替え部２３、プローブ２４、受信ＢＦ部２５、遅延計算部２６、信号処理部２７、及び表示部２８を有する。
　プローブ２４は、図３の例では説明の簡略上、５つの振動子３１－１乃至３１－５を有するものとする。なお、以下では、振動子３１－１乃至３１－５を個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて振動子３１と称する。振動子３１の相対的な位置関係は不明であるとする。また、振動子３１の数は、図３の例では５つとされたが、特にこれに限定されない。
　モード制御部２１は、超音波診断装置１０のモードをキャリブレーションモードまたは実測モードのどちらか一方に切り替える。キャリブレーションモードにおいては、プローブ２４内の振動子３１の相対的な位置関係を算出するキャリブレーション処理が実行される。実測モードにおいては、キャリブレーションモードにおいて算出された振動子３１の相対的な位置関係を用いて、測定対象が測定され画像化されて表示される。
　本実施形態においては、各振動子３１の相対的な位置関係は固定されていないため、各振動子３１の位置が変化した場合に、キャリブレーション処理が実行されると好適である。また、例えば、測定対象の測定が実行される前に、毎回キャリブレーション処理が行われるようにしてもよい。
　送信ＢＦ部２２は、キャリブレーションモード時には、振動子を駆動して、当該振動子から送信する超音波ビームを形成する。送信ＢＦ部２２は、実測モード時には、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成する。
　送受信切り替え部２３は、内蔵するスイッチを切り替えることにより、送信ＢＦ部２２および受信ＢＦ部２５のいずれか一方を選択して、プローブ２４からの超音波ビームの送受信を切り替える。
　プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信ＢＦ部２２により形成された超音波ビームを送信する。また、プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信した超音波ビームに対応する反射波を受信して、受信した反射波の信号を受信ＢＦ部２５に供給する。
　受信ＢＦ部２５は、キャリブレーションモード時には、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準となる配列（以下、基準配列と称する）に基づいてそれぞれ遅延させる。また、受信ＢＦ部２５は、遅延した各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出して、遅延計算部２６に供給する。受信ＢＦ部２５は、実測モード時には、各振動子３１が受信した反射波の信号を、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、生成した反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
　遅延計算部２６は、キャリブレーションモード時に、受信ＢＦ部２５から供給された位相差を、前回までの処理で供給された位相差と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれで用いられる遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
　信号処理部２７は、実測モード時に、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
　表示部２８は、実測モード時に、信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。
[超音波信号処理]
　次に、このような超音波診断装置１０が実行する、測定対象の超音波画像を表示するまでの一連の処理（以下、超音波信号処理と称する）について、図４を参照して説明する。
　図４は、超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
　キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ２に進む。
　ステップＳ２において、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１を送信対象の振動子３１として駆動して、当該振動子３１から超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
　ステップＳ３において、プローブ２４の送信対象の振動子３１（例えば、振動子３１－１）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
　ステップＳ４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
　ステップＳ５において、各振動子３１は、ステップＳ３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
　ステップＳ６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定してそれぞれ遅延させる。
　ステップＳ７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。より具体的には、ステップＳ６の受信ビームフォーミングにおいては、図２のＡの右側と図２のＢの右側との差分を求める演算と等価な処理が実行されて、図２のＣの左側の信号がそれぞれ出力されることになる。この図２のＣの左側の信号の各位相差は、各振動子３１の位置ずれを示していることになる。すなわち、各振動子３１の位置ずれを示す位相差が、ステップＳ７の処理で算出される。
　ステップＳ８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
　ステップＳ９において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち全ての振動子３１から超音波ビームが送信されたかを判定する。
　まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１０に進む。
　ステップＳ１０において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１を変更する。例えば、次の振動子３１－２に変更される。その後、処理はステップＳ２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の各々による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ２乃至Ｓ１０のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
　全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ１１に進む。
　ステップＳ１１において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ１に戻される。
　ステップＳ１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
　いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１２に進む。
　ステップＳ１２において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細について図５を参照して説明する。
　図５は、実測処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ２１において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、各振動子３１から送信する超音波ビームが、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により算出（すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新）された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成するための信号を生成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
　ステップＳ２２において、各振動子３１は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２１で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
　ステップＳ２３において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
　ステップＳ２４において、各振動子３１は、ステップＳ２２において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
　ステップＳ２５において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１が受信した反射波の信号を、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により更新(すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新)された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって受信波の位相をそろえ、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
　ステップＳ２６において、信号処理部２７は、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
　ステップＳ２７において、表示部２８は、ステップＳ２６で信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。これにより実測処理は終了する。
　図４のフローチャートに戻り、以上のステップＳ１２の実測処理が終了すると、超音波信号処理は終了する。
[第２のキャリブレーション処理]
　図４の例のキャリブレーション処理（以下、第１のキャリブレーション処理と称する）においては、１回の送信ビームフォーミングにおいて超音波ビームが送信される振動子３１の数、すなわち送信対象の振動子３１は１つであった。しかしながら、この場合、１つの振動子３１から送信された超音波ビームは拡散するため、送信方向の真下にある対象点Ｆだけではなく、様々な位置にある対象点に当たって反射する場合がある。受信対象の振動子３１が、様々な位置にある対象点からの反射波を受信した場合、第１のキャリブレーション処理の精度が低くなり、各振動子３１の相対的な位置関係が正しく算出されないおそれがある。
　そこで、超音波診断装置１０は、１回の送信ビームフォーミングにおいて複数の振動子３１の組を送信対象の振動子３１として、当該複数の振動子３１から超音波ビームを送信する第２のキャリブレーション処理を実行することができる。超音波診断装置１０は、このような第２のキャリブレーション処理の繰り返し処理を、複数の振動子３１の組を変化させて実行する。これにより、振動子３１の相対的な位置関係の算出の精度をより向上させることができる。第２のキャリブレーション処理について、図６乃至図８を参照して説明する。
　図６は、第２のキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。図６においては、５つの振動子３１－１乃至３１－５が一組として、第２のキャリブレーションン処理が繰り返し実行される。
　具体的には、図６の状態Ｃ１は、振動子３１－１乃至３１－５の実際の配置状態を表わしている。ただし、振動子３１－１乃至３１－５の配置はまだ推定されておらず、その相対的な位置関係はまだ不明な状態である。
　はじめに、送信ＢＦ部２２は、振動子３１－１乃至３１－５の配置を、状態Ｃ０に示されるような直列固定状態であると仮定して、すなわち直列固定状態を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。そして、状態Ｃ０の配置であると仮定された振動子３１－１乃至３１－５から超音波ビームが送信される。
　そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１－１乃至３１－５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を算出する。このようにして算出された位相差に基づく、振動子３１－１乃至３１－５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ２である。
　ここで、状態Ｃ０の配置であると仮定した振動子３１－１乃至３１－５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。しかしながら、この場合、振動子３１－１乃至３１－５から送信された超音波ビームは、仮定した配置でビームフォーミングされているため（超音波ビームの信号が形成されているため）、正しく絞られていないので拡散し、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。したがって、対象点Ｆからの反射波に基づいて算出される位相差は、雑音が多く精度が低いものとなる。すなわち、図６の状態Ｃ０示す、振動子３１－１乃至３１－５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、大きいものとなる。
　そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１－１乃至３１－５の配置を状態Ｃ２であると仮定して、すなわち状態Ｃ２を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ１における振動子３１－１，３１－５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ２の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ２の配置であると仮定された振動子３１－１乃至３１－５から超音波ビームが送信される。
　そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１－１乃至３１－５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を再度算出する。このようにして再度算出された位相差に基づく、振動子３１－１乃至３１－５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ３である。
　ここで、状態Ｃ３に示す、振動子３１－１乃至３１－５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、状態Ｃ２の配置の場合の誤差と比較して小さくなっている。これは次の理由による。
　すなわち、状態Ｃ２の配置であると仮定した振動子３１－１乃至３１－５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。また、この場合も、振動子３１－１乃至３１－５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。しかしながら、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームは、振動子３１の配置が状態Ｃ０の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームと比較すると、絞られたものになっている。したがって、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームの、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波は減少するからである。
　そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１－１乃至３１－５の配置を、状態Ｃ３であると仮定して、すなわち状態Ｃ３を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ２における振動子３１－５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ３の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ３の配置であると仮定された振動子３１－１乃至３１－５から超音波ビームが送信される。
　このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。すなわち、各振動子３１から送信される超音波ビームにより波面が合成され、仮想的に凹状に配置された振動子３１から超音波ビームが送信される状態となるので、超音波ビームが絞られる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
　また、各振動子３１から送信される超音波ビームが絞られるということは、音圧が集中することと等価である。したがって、対象点Ｆからの反射波の音圧も高くなる。さらに、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくので、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなる。したがって、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
[第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数]
　ここで、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数について説明する。
　図７は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と、対象点Ｆからの反射波の音圧の関係とを示す図である。図７において、縦軸は、対象点Ｆからの反射波の音圧を示しており、横軸は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を示している。
　図７に示されるように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けるように変化させながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数が増えていく毎に、対象点Ｆからの反射波の音圧は変化する。
　ここで、上述したように、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくにつれ、対象点Ｆからの反射波の音圧が高くなる。すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に近づいている間は、音圧の変化は上昇方向（正の方向）に向かっている。そして、理想的には、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致すると、対象点Ｆからの反射波の音圧は最高値になり、それ以降、第２のキャリブレーションの処理が繰り返されても、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致し続けるならば、音圧も最高値を保ったまま変化しないことになる。すなわち、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量がほぼ無くなれば、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解にほぼ一致したとして、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。或いはまた、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化が上昇方向（正の方向）から下降方向（負の方向）に変化した場合は、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解から離れる方向に向かうことを意味しているので、音圧の変化が負の方向に変化した時点で（すなわち、変極点で）、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。
　そこで、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも低くなるか、または変化が負の方向に変化したときを収束条件として、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を決定することができる。なお、この場合、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数の上限も予め決めておく。
　次に、上述の収束条件に用いられる対象点Ｆの決定の手法について説明する。１列に配列された各振動子３１に対して、どれくらい離れた距離にある対象点Ｆを収束条件に用いるかは、例えば、次のようにして決定することができる。
　中心点と、その中心点に対して水平方向に左右に１画素分ずつずらした２点との集合を、複数組抽出する。次に、各集合毎に、３点の音圧をそれぞれ求め、中心点の音圧が最高となる集合を、対象点Ｆが含まれる集合の候補として抽出する。この場合、垂直方向に幾つもの候補が抽出されるので、これらの候補の中から、最も音圧が高い中心点を、対象点Ｆとして決定する。
[超音波信号処理]
　次に、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理について、図８を参照して説明する。
　図８は、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ４１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
　キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ４１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ４２に進む。
　ステップＳ４２において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定して超音波ビームを送信するための信号を形成する。また、２回目以降のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子が直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、当該配置位置を基準配列として超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
　ステップＳ４３において、プローブ２４の複数の振動子３１（例えば、振動子３１－１乃至３１－５）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ４２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
　ステップＳ４４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
　ステップＳ４５において、各振動子３１は、ステップＳ４３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
　ステップＳ４６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態であると仮定してそれぞれ遅延させる。また、２回目以降のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、それぞれ遅延させる。
　ステップＳ４７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ４６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。
　ステップＳ４８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を算出し、算出された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
　ステップＳ４９において、受信ＢＦ部２５は、収束条件を満たしたかを判定する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも小さくなったか、または負の値となったかを判定する。
　収束条件を満たしていない場合、ステップＳ４９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、収束条件を満たすまでの間、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される。なお、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される間、各振動子３１の配置位置の推定位置は、実際の配置位置に近づくように変化されながら位相差が算出される。そして、算出された位相差に基づいて遅延量が更新される。
　その後、収束条件を満たした場合、ステップＳ４９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５０に進む。
　ステップＳ５０において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち複数の振動子３１の組からの超音波ビームの送信の処理が、全ての組においてなされたかを判定する。
　まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ５０においてＮＯであると判定されて、処理はステップ５１に進む。
　ステップＳ５１において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１の組を変更する。例えば、図示せぬ次の振動子３１－６乃至３１－１０に変更される。その後、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の組による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ４２乃至Ｓ５１のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
　全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ５０においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５２に進む。
　ステップＳ５２において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ４１に戻される。
　ステップＳ４１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
　いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ４１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ５３に進む。
　ステップＳ５３において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細については、図５を用いて説明済みであり、重複するので省略する。
　ステップＳ５３の実測処理が終了すると、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理は終了する。
　このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。また、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなるので、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
　なお、図８の第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行される前に、図４の第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されるようにしてもよい。この場合、はじめに、第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理によって、各振動子３１の相対的な位置関係が算出される。したがって、算出された当該位置関係を各振動子３１の配置の推定位置の初期状態として、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されることにより、第２のキャリブレーション処理の精度をより向上させることができる。
[２次元配列の振動子]
　各振動子３１は、上述のように１次元アレイでもよいが、２次元アレイでもよい。２次元アレイの複数の振動子３１として、例えば、cMUT（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）に実装される微細構造の振動子を採用できる。cMUTは、MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）技術によって、微細構造の各振動子が、フレキシブル基板上に実装された超音波トランスデューサである。cMUTにおける各振動子３１の形状は、特に限定されず、例えば、図９に示されるような形状であってもよい。
　図９は、cMUTを示す図である。図９のＡには、フレキシブル基板４１に円形の振動子３１ａが実装されて構成されるcMUT５１ａが示されている。図９のＢには、フレキシブル基板４１に四角形の振動子３１ｂが実装されて構成されるcMUT５１ｂが示されている。
　cMUTに用いられるフレキシブル基板４１は、形状が自由に変形可能である。したがって、cMUTをプローブ２４として用いる場合、その形状を、ベルト状、帯状、シート状等に整形することができる。しかしながら、cMUTにおいては、各振動子３１が微細構造であることから、各振動子３１の位置関係を算出するために、各振動子３１にセンサを実装するのは困難である。そこで、本技術の手法をcMUTに適用することにより、センサを実装せずとも各振動子３１の位置関係を算出することが可能となる。
　本技術の手法をcMUTに適用した場合の超音波信号処理は、基本的に上述の処理と同様である。ただし、この場合、各振動子３１の構造が微細であることから、隣接する振動子３１の位置関係は、ほぼ平面に位置すると仮定することができる。したがって、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理において、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を増やさなくても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
　第２のキャリブレーション処理においては、振動子３１の位置関係が未知である場合、多くの振動子３１から超音波ビームが送信されると、振動子３１の配置の推定位置における、実際の振動子３１の配置位置に対する誤差は、大きいものとなる。しかしながら、隣接する振動子３１の位置関係を平面に位置すると仮定すると、振動子３１の配置の推定の誤差をある程度抑制することが可能となる。したがって、第２のキャリブレーション処理がたとえ１回だけ実行されたとしても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができるのである。
[機能ブロック]
　さらに、例えば、位置関係が固定された複数の振動子３１を１つの組（以下、このような組を機能ブロックと称する）として、複数の機能ブロックを定義して、これらの複数の機能ブロックの相互の位置関係を、本技術の手法により算出してもよい。
　図１０は、複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。
　図１０のＡには、円形の振動子３１ｃが示されている。なお、振動子３１ｃの形状は、特に円形に限定されない。図１０のＢには、機能ブロック７１が示されている。図１０のＣには、全部で１５個の振動子３１ｃからなるプローブ２４ｃが示されている。プローブ２４ｃは、３つの機能ブロック７１－１乃至７１－３から構成される。また、機能ブロック７１－１乃至７１－３には、それぞれ５つの振動子３１が含まれる。具体的には、機能ブロック７１－１には、振動子３１ｃ１乃至振動子３１ｃ５が含まれる。また、機能ブロック７１－２には、振動子３１ｃ１１乃至振動子３１ｃ１５が含まれる。また、機能ブロック７１－３には、振動子３１ｃ２１乃至振動子３１ｃ２５が含まれる。
　機能ブロック７１－１乃至７１－３にそれぞれ含まれる５つの振動子３１ｃは、物理的に固定されていて、位置関係が変動しない。なお、５つの振動子３１ｃは、振動子３１ｃ間で接続されることにより、物理的に固定されてもよい。また、機能ブロック７１－１乃至７１－３において、５つの振動子３１ｃが実装される基板を非フレキシブル基板として、５つの振動子３１ｃが非フレキシブル基板に実装されることにより、物理的に固定されてもよい。
　このような構成のブローブ２４ｃにおいては、送信ＢＦ部２２は、１回の送信ビームフォーミングにおいて、機能ブロック７１－１乃至７１－３の各々を１つの単位として超音波ビームを送信するキャリブレーション処理を実行する。そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、機能ブロック７１－１乃至７１－３の各々を単位とする受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差を単位毎に算出する。このようにして単位毎に算出された位相差に基づいて、各単位間の相対的な位置関係、すなわち隣接する機能ブロック７１－１乃至７１－３間の相対的な位置関係を算出することができる。
　このように、本技術の手法においては、センサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になる。したがって、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装しない簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
[本技術のプログラムへの適用]
　上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
　図１１は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
　コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
　バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、入力部１０６、出力部１０７、記憶部１０８、通信部１０９、及びドライブ１１０が接続されている。
　入力部１０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部１０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動する。
　以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
　コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア１１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
　コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
　なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
　また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
　さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
　なお、本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）
　相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
　前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
　を備える信号処理装置。
（２）
　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
　前記（１）に記載の信号処理装置。
（３）
　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
　前記（１）または（２）に記載の信号処理装置。
（４）
　前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
　前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の信号処理装置。
（５）
　前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
　前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の信号処理装置。
（６）
　前記複数の振動子は、１次元に配列されている
　前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の信号処理装置。
（７）
　前記複数の振動子は、２次元に配列されている
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の信号処理装置。
（８）
　前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
　前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
　前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の信号処理装置。
　本技術は、コンテンツを編集する編集装置に適用することができる。
　１０　超音波診断装置，　２１　モード制御部，　２２　送信ＢＦ部，　２３　送受信切り替え部，　２４　プローブ，　２５　受信ＢＦ部，　２６　遅延計算部，　２７　信号処理部，　２８　表示部，　３１　振動子，　４１　フレキシブル基板，　５１ａ，５１ｂ　cMUT，　７１　機能ブロック

Claims (11)

  1. 　相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
    　前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
    　を備える信号処理装置。
  2. 　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  4. 　前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
    　請求項２に記載の信号処理装置。
  5. 　前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
    　請求項３に記載の信号処理装置。
  6. 　前記複数の振動子は、１次元に配列されている
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  7. 　前記複数の振動子は、２次元に配列されている
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  8. 　前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
    　前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  9. 　前記信号処理装置が、
    　相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
    　算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
    　ステップを含む信号処理方法。
  10. 　相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
    　算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
    　ステップを含むプログラムが記録されている記録媒体。
  11. 　コンピュータを、
    　相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
    　前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
    　して機能させるためのプログラム。
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