WO2014109234A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a technique for reducing unnecessary signal components.
  • a plurality of received signals obtained from a plurality of vibration elements are delayed according to the focus position, and the phases of the reflected waves from the focus position are aligned. That is, a plurality of received signals are phased. Then, a plurality of received signals after delay processing are added to form a received beam signal.
  • the received signal obtained from each vibration element includes an unnecessary reflected wave component from other than the focus position. Therefore, an unnecessary signal component resulting from an unnecessary reflected wave component is included in the received beam signal obtained by adding the plurality of received signals after delay processing. Techniques for reducing this unnecessary signal component have been proposed.
  • Patent Document 1 describes a technique for reducing unnecessary signal components using a CF (Coherence Factor) indicating the degree of phasing.
  • CF Coherence Factor
  • Non-Patent Document 1 describes PCF (Phase Coherence Factor) and SCF (Sign Coherence Factor)
  • Patent Document 2 describes STF (Sign Transit Factor).
  • Non-patent document 2 describes GCF (Generalized Coherence Factor).
  • a CF or the like indicating the degree of phasing is particularly suitable for reducing unnecessary signal components related to a one-dimensional array transducer in which a plurality of vibration elements are arranged one-dimensionally.
  • the inventors of the present application have conducted research and development on the reduction of unnecessary signal components in a two-dimensional array transducer in which a plurality of vibration elements are two-dimensionally arranged.
  • the present invention has been made in the course of research and development, and an object thereof is to provide a technique for reducing unnecessary signal components in a two-dimensional array transducer.
  • a suitable ultrasonic diagnostic apparatus that meets the above-described object includes a plurality of vibration elements arranged two-dimensionally, a delay processing unit that delays a plurality of received signals obtained from the plurality of vibration elements, and phase-adjusts the received signals.
  • An evaluation value calculation unit that obtains a two-dimensional evaluation value regarding a plurality of two-dimensionally arranged vibration elements by evaluating the degree of phasing based on the plurality of delay-processed received signals;
  • An addition processing unit that adds a plurality of reception signals to obtain a reception signal, and a signal adjustment unit that reduces unnecessary signal components by adjusting the reception signal based on the two-dimensional evaluation value.
  • the evaluation value calculation unit calculates a one-dimensional evaluation value by evaluating the degree of phasing for each arrangement direction in a plurality of different arrangement directions with respect to the plurality of vibration elements arranged two-dimensionally.
  • the two-dimensional evaluation value indicating the degree of phasing over the entire two-dimensional array is calculated based on a plurality of one-dimensional evaluation values obtained from a plurality of arrangement directions.
  • the plurality of vibration elements are arranged in a lattice pattern along the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y direction), for example, to form a two-dimensional array transducer.
  • the vibrator surface formed by the plurality of vibration elements may be rectangular or circular.
  • adjacent vibration elements may be arranged so as to be displaced from each other, or a sparse two-dimensional array transducer may be formed using several vibration elements as invalid elements.
  • the evaluation value calculation unit calculates a one-dimensional evaluation value by evaluating the degree of phasing for each arrangement direction of the plurality of vibration elements.
  • the degree of phasing is a degree related to the phase state of a plurality of received signals after delay processing. For example, in the evaluation of the degree of phasing, how much the phases are aligned or how much the phases are shifted.
  • examples of the one-dimensional evaluation value include CF (Coherence) Factor) in Patent Literature 1 and PCF (Phase Coherence Factor in Non-Patent Literature 1). ), SCF (Sign Coherence Factor), STF (Sign Transit Factor) of Patent Document 2 and the like can be used.
  • CF Coherence
  • PCF Phase Coherence Factor
  • STF Synign Transit Factor
  • the evaluation value calculation unit calculates a two-dimensional evaluation value indicating the degree of phasing over the entire two-dimensional array based on a plurality of one-dimensional evaluation values obtained from a plurality of arrangement directions.
  • the two-dimensional evaluation value may be calculated by a relatively simple calculation such as addition, multiplication, or sum of squares regarding a plurality of one-dimensional evaluation values.
  • the received signal obtained by adding the plurality of delayed reception signals is adjusted based on the two-dimensional evaluation value.
  • the signal adjustment unit changes the gain (amplitude) of the received signal in accordance with the magnitude of the two-dimensional evaluation value.
  • the phase of the received signal may be adjusted based on the two-dimensional evaluation value as necessary.
  • the signal adjustment unit adjusts the received signal based on the two-dimensional evaluation value, thereby reducing unnecessary signal components.
  • the evaluation value calculation unit performs, for each arrangement direction, one-dimensional evaluation of the arrangement direction based on a plurality of received signals obtained from at least one row of vibration elements along the arrangement direction. A value is calculated.
  • the evaluation value calculation unit calculates a one-dimensional evaluation value for each arrangement direction for two arrangement directions orthogonal to each other, and based on two one-dimensional evaluation values obtained from the two arrangement directions. The two-dimensional evaluation value is calculated.
  • the present invention provides a technique for reducing unnecessary signal components in a two-dimensional array transducer. For example, according to a preferred aspect of the present invention, based on a plurality of one-dimensional evaluation values obtained from a plurality of arrangement directions, two degrees indicating the degree of phasing over the whole two-dimensional arrangement of a plurality of vibration elements. A dimension evaluation value is calculated, and the received signal is adjusted based on the two-dimensional evaluation value to reduce unnecessary signal components.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus that is suitable for implementing the present invention. It is a figure which shows the specific example of the several vibration element 12 arranged in two dimensions. 3 is a diagram showing a coordinate system based on a two-dimensional array transducer 10. FIG. It is a figure which shows the wave front of the received signal after a delay process.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for implementing the present invention.
  • the plurality of vibration elements 12 are elements that transmit and receive ultrasonic waves, and are two-dimensionally arranged to form the two-dimensional array transducer 10.
  • the two-dimensional array transducer 10 is a three-dimensional image ultrasonic probe that three-dimensionally scans an ultrasonic beam within a three-dimensional diagnostic region.
  • the two-dimensional array transducer 10 may electronically scan an ultrasonic beam in a three-dimensional manner, or may perform a three-dimensional scan by a combination of electronic scanning and mechanical scanning.
  • the transmission unit 20 outputs a transmission signal to each of the plurality of vibration elements 12 included in the two-dimensional array transducer 10 to control transmission of the plurality of vibration elements 12 to form a transmission beam. Scan the transmit beam at. That is, the transmission unit 20 has a transmission beamformer function.
  • Each vibration element 12 is controlled to be transmitted by the transmission unit 20 and transmits an ultrasonic wave, and receives the ultrasonic wave obtained from the diagnosis region along with the transmission.
  • a reception signal obtained by receiving the ultrasonic wave by each vibration element 12 is sent from each vibration element 12 to the delay processing unit 30 via the preamplifier 14.
  • the delay processing unit 30 includes a plurality of delay circuits 32.
  • Each delay circuit 32 performs a delay process on the received signal obtained from the corresponding vibration element 12 via the preamplifier 14.
  • the plurality of received signals obtained from the plurality of vibration elements 12 are delayed according to the focus position, and the phases of the reflected waves from the focus position are aligned. That is, a plurality of received signals are phased.
  • the plurality of received signals after the delay processing are added in the addition processing unit 40 to form a received beam signal.
  • the delay processing unit 30 and the addition processing unit 40 perform the phasing addition processing, thereby realizing the function of the reception beamformer. Then, the reception beam is scanned over the entire diagnosis area so as to follow the scanning of the transmission beam, and the reception beam signal is collected along the reception beam.
  • the evaluation value calculation unit 50 calculates a two-dimensional evaluation value related to a two-dimensional array of the plurality of vibration elements 12 by evaluating the degree of phasing based on the plurality of received signals obtained from the delay processing unit 30. To do.
  • the multiplier 60 multiplies the received beam signal output from the addition processing unit 40 by the two-dimensional evaluation value and adjusts the gain of the received beam signal. Thereby, an unnecessary signal component is reduced. That is, the multiplication unit 60 functions as a signal adjustment unit that adjusts the received signal based on the two-dimensional evaluation value.
  • the image forming unit 70 forms a three-dimensional ultrasonic image based on the reception beam signal adjusted by the multiplication unit 60.
  • the image forming unit 70 uses, for example, a volume rendering method to form an ultrasonic image that represents the diagnosis target in a three-dimensional manner.
  • the image forming unit 70 may form a tomographic image (B-mode image) or a Doppler image to be diagnosed.
  • the ultrasonic image formed in the image forming unit 70 is displayed on the display unit 72 realized by a liquid crystal display or the like.
  • the control part 80 controls intensively in the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG.
  • the preamplifier 14, the transmission unit 20, the delay processing unit 30, the addition processing unit 40, the evaluation value calculation unit 50, the multiplication unit 60, and the image forming unit 70 are respectively
  • it can be realized using hardware such as an electric / electronic circuit or a processor, and a device such as a memory may be used as necessary in the realization.
  • the control unit 80 can be realized by, for example, cooperation between hardware such as a CPU, a processor, and a memory, and software (program) that defines the operation of the CPU and the processor.
  • the outline of the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 is as described above. Next, the two-dimensional evaluation value used in the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 will be described in detail. In addition, about the structure (part) shown in FIG. 1, the code
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific example of a plurality of vibration elements 12 arranged two-dimensionally.
  • FIG. 2 shows an arrangement state of a plurality of vibration elements 12 constituting the two-dimensional array transducer 10.
  • the plurality of vibration elements 12 are arranged along the x direction and the y direction orthogonal to each other, and arranged in a lattice shape to form the transducer surface of the two-dimensional array transducer 10. Is forming.
  • the two-dimensional evaluation value is calculated based on the one-dimensional evaluation value for each of the x direction and the y direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system based on the two-dimensional array transducer 10.
  • FIG. 3 shows an xyz orthogonal coordinate system and an r ⁇ polar coordinate system with the center of the transducer surface of the two-dimensional array transducer 10 as the origin.
  • Equation 1 The propagation distance of the ultrasonic wave from the reception focus point F (r, ⁇ , ⁇ ) to the vibration element 12 (x, y) is calculated by the equation (1).
  • Equation 1 c is the speed of the ultrasonic wave, and t f is the propagation time of the ultrasonic wave.
  • Equation 1 When both the absolute value of x and the absolute value of y are sufficiently smaller than r, Equation 1 can be approximated as Equation 2.
  • Equation 3 is derived by the same derivation.
  • the reflected wave (received signal) from the reception focus point F (r, ⁇ , ⁇ ) and the reflected wave (received signal) from the point P (r, ⁇ , ⁇ ) in the vibration element 12 (x, y). ) Is expressed by the following equation (4), where f is the ultrasonic frequency.
  • the number of the vibration elements 12 arranged in the x direction and the number of the vibration elements 12 arranged in the y direction are both N, and the element interval between the adjacent vibration elements 12 is ⁇ / 2.
  • Equation 5 if the element number of the vibration elements 12 arranged in the x direction is m, and the element number of the vibration elements 12 arranged in the y direction is n, Equation 5 is obtained.
  • Equation 7 the reflected wave (received signal) from the reception focus point F (r, ⁇ , ⁇ ) and the point P (r, ⁇ , The phase difference of the reflected wave (received signal) from ⁇ ) is expressed by Equation 7.
  • Equation 7 is a plane equation in the (m, n, ⁇ ) coordinate system.
  • Equation 8 G is a complex amplitude.
  • the two-dimensional evaluation value is a value indicating the degree of phasing of the received signal over the entire plurality of vibration elements 12 arranged two-dimensionally, and is a one-dimensional evaluation value for each of the x direction and the y direction.
  • CF CoherenceCFFactor
  • PCF Phase Coherence Factor
  • SCF Signal Coherence Factor
  • STF Synign Transit Factor
  • the evaluation value calculation unit 50 calculates the equation 11 based on a plurality of received signals after delay processing output from the delay processing unit 30 (see equation 8), thereby obtaining a one-dimensional evaluation value CF in the x direction.
  • a two-dimensional evaluation value CF 2D in the xy plane is obtained from 1Dx and the one-dimensional evaluation value CF 1Dy in the y direction.
  • the standard deviation ⁇ ( ⁇ (m, n)) when the vibration elements 12 are two-dimensionally arranged is expressed by the following expression (13).
  • Mathematical formula 13 is transformed into mathematical formula 15 by utilizing the dispersion property shown in mathematical formula 14.
  • Expression 12 representing one-dimensional PCF is expanded to two dimensions
  • Expression 16 representing two-dimensional PCF is obtained.
  • 1/2 is added in the square root in order to normalize the standard deviation expanded in two dimensions.
  • the evaluation value calculation unit 50 calculates the equation 17 based on a plurality of received signals after delay processing output from the delay processing unit 30, thereby obtaining the one-dimensional evaluation value PCF 1Dx in the x direction and the primary value in the y direction.
  • a two-dimensional evaluation value PCF 2D on the xy plane is obtained from the original evaluation value PCF 1Dy .
  • the SCF is based on the same principle as the PCF, and uses the standard deviation of the binarized signal b (i) as an index without calculating the phase by binarizing the received signal.
  • the standard deviation of the binarized signal b (i) is a value of 0 to 1
  • ⁇ and ⁇ 0 in the PCF equation 12 are omitted, and the one-dimensional SCF is equation 18.
  • the evaluation value calculation unit 50 binarizes the plurality of received signals after delay processing output from the delay processing unit 30 and calculates Expression 19 to calculate the one-dimensional evaluation value SCF 1Dx in the x direction and the y direction.
  • the two-dimensional evaluation value SCF 2D on the xy plane is obtained from the one-dimensional evaluation value SCF 1Dy .
  • the evaluation value calculation unit 50 may obtain a two-dimensional evaluation value by raising SCF 2D to the pth power using the adjustment coefficient p.
  • the reflected wave (received signal) and the point P (r, ⁇ , ⁇ ) from the reception focus point F (r, ⁇ , ⁇ ) in the vibrating element 12 (element numbers m, n).
  • the phase difference of the reflected wave (received signal) from (2) is a plane type as shown in equation (7).
  • the received signal from the point P (r, ⁇ , ⁇ ) after the delay processing is expressed by Equation 8.
  • FIG. 4 is a diagram showing the wavefront of the received signal after the delay processing.
  • the xy coordinate system corresponds to the transducer surface of the two-dimensional array transducer 10, and the solid line in the xy coordinate system is a portion where the phase is 2n ⁇ [rad] (n is an integer).
  • a broken line in the xy coordinate system is a portion where the phase is (2n + 1) ⁇ [rad] (n is an integer).
  • the average frequency f 2D in the direction of the maximum frequency is used in the wavefront shown in FIG.
  • the average frequency f 2D from the frequency f y of a frequency f x and y direction of the x-direction, can be calculated by the number 21 expression.
  • the evaluation value calculation unit 50 calculates the equation (22) based on a plurality of received signals after delay processing output from the delay processing unit 30, thereby obtaining a one-dimensional evaluation value STF 1Dx in the x direction and a primary in the y direction.
  • a two-dimensional evaluation value STF 2D on the xy plane is obtained from the original evaluation value STF 1Dy . Since the higher the zero-crossing density is, the farther the signal is from the main lobe (the signal to be reduced), for example, using the adjustment factor p, (1 ⁇ STF 2D ) is raised to the power p to obtain a two-dimensional evaluation value. Also good.
  • Equation 7 The calculation of the two-dimensional evaluation value using CF, PCF, SCF, and STF is as described above. Since the phase difference shown in Equation 7 is a planar equation, for example, when calculating a one-dimensional evaluation value in the x direction, the same result can be theoretically obtained in any column along the x direction. Therefore, for example, in FIG. 2, based on a plurality of received signals after delay processing obtained from a plurality of transducer elements 12 included in the representative row, with any one row arranged in the x direction as a representative row, An original evaluation value can be calculated. As the representative row, for example, one row passing through the center of the vibrator surface or the vicinity thereof is preferable.
  • any one column arranged in the y direction is set as a representative column.
  • the representative column may be a plurality of columns, and the average value regarding the plurality of columns may be a one-dimensional evaluation value.
  • the evaluation value calculation unit 50 can calculate a one-dimensional evaluation value based on the received signal after channel reduction, and obtain a two-dimensional evaluation value from the one-dimensional evaluation value.

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Abstract

　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から得られる複数の受波信号に基づいて整相の度合いを評価することにより、複数の振動素子１２の二次元的な配列に関する二次元評価値を算出する。評価値算出部５０は、ｘ方向の一次元評価値とｙ方向の一次元評価値から、ｘｙ平面の二次元評価値を得る。また、乗算部６０は、加算処理部４０から出力される受信ビーム信号と二次元評価値を乗算して受信ビーム信号の利得を調整する。これにより、不要信号成分が低減される。

Description

超音波診断装置
　本発明は、超音波診断装置に関し、特に、不要信号成分を低減する技術に関する。
　超音波画像の画質を改善するにあたって、受信信号に含まれるサイドローブやグレーティングローブなどの不要信号成分を低減することが望ましい。超音波の受信ビームの形成においては、複数の振動素子から得られる複数の受波信号がフォーカス位置に応じて遅延処理され、フォーカス位置からの反射波の位相が揃えられる。つまり、複数の受波信号が整相される。そして、遅延処理後の複数の受波信号が加算処理されて受信ビーム信号が形成される。
　ところが、各振動素子から得られる受波信号には、フォーカス位置以外からの不要な反射波成分も含まれている。そのため、遅延処理後の複数の受波信号を加算処理して得られる受信ビーム信号内には、不要な反射波成分に起因した不要信号成分が含まれる。この不要信号成分を低減する技術が従来から提案されている。
　例えば、特許文献１には、整相の度合いを示すＣＦ（Coherence Factor）を用いて不要信号成分を低減する技術が記載されている。また、整相の度合いを示す値として、非特許文献１には、ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）とＳＣＦ（Sign Coherence Factor）が記載されており、特許文献２には、ＳＴＦ（Sign Transit Factor）が記載されており、非特許文献２には、ＧＣＦ（Generalized Coherence Factor）が記載されている。
米国特許第５９１０１１５号明細書 特開２０１２－８１１１４号公報
J. Camacho,et al, "Phase Coherence Imaging", IEEE trans. UFFC, vol.56, No.5, 2009. Pai-Chi Li,et al, "Adaptive Imaging Using the Generalized Coherence Factor", IEEE trans. UFFC, vol.50, No.2, 2003.
　整相の度合いを示すＣＦ等は、複数の振動素子を一次元的に配列した一次元アレイ振動子に関する不要信号成分の低減において特に好適である。
　このような状況において、本願の発明者は、複数の振動素子を二次元的に配列した二次元アレイ振動子における不要信号成分の低減について研究開発を重ねてきた。
　本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、二次元アレイ振動子において不要信号成分を低減する技術を提供することにある。
　上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、二次元的に配列された複数の振動素子と、複数の振動素子から得られる複数の受波信号を遅延処理して整相する遅延処理部と、遅延処理された複数の受波信号に基づいて整相の度合いを評価することにより、二次元的に配列された複数の振動素子に関する二次元評価値を得る評価値算出部と、遅延処理された複数の受波信号を加算処理して受信信号を得る加算処理部と、前記二次元評価値に基づいて前記受信信号を調整することにより不要信号成分を低減する信号調整部と、を有することを特徴とする。望ましくは、前記評価値算出部は、二次元的に配列された複数の振動素子について、互いに異なる複数の配列方向において各配列方向ごとに整相の度合いを評価して一次元評価値を算出し、複数の配列方向から得られる複数の一次元評価値に基づいて、二次元的な配列の全体に亘る整相の度合いを示す前記二次元評価値を算出する、ことを特徴とする。
　上記装置において、複数の振動素子は、例えば、横方向（ｘ方向）と縦方向（ｙ方向）に沿って格子状に配列されて二次元アレイ振動子を構成する。複数の振動素子により形成される振動子面は、矩形状でもよいし円形状でもよい。また、隣接する振動素子が互いにずれるように配列されてもよいし、いくつかの振動素子を無効素子としてスパース型の二次元アレイ振動子が形成されてもよい。
　評価値算出部は、複数の振動素子の各配列方向ごとに整相の度合いを評価して一次元評価値を算出する。整相の度合いとは、遅延処理後における複数の受波信号に関する位相の状態に関する程度であり、例えば、整相の度合いの評価には、位相がどの程度揃っているか又は位相がどの程度ずれているかを評価することが含まれる。評価値算出部は、整相の度合いを一次元的に評価すればよいため、一次元評価値としては、例えば、特許文献１のＣＦ（Coherence Factor）、非特許文献１のＰＣＦ（Phase Coherence Factor）やＳＣＦ（Sign Coherence Factor）、特許文献２のＳＴＦ（Sign Transit Factor）などを利用することができる。もちろん、これら以外の一次元評価値が利用されてもよい。
　そして、評価値算出部は、複数の配列方向から得られる複数の一次元評価値に基づいて二次元的な配列の全体に亘る整相の度合いを示す二次元評価値を算出する。例えば、複数の一次元評価値に関する加算や乗算や二乗和等の比較的簡易な演算により、二次元評価値を算出してもよい。
　そして、遅延処理された複数の受波信号を加算処理して得られる受信信号が二次元評価値に基づいて調整される。信号調整部は、例えば、二次元評価値の大きさに応じて受信信号の利得（振幅）を変更する。また、必要に応じて、二次元評価値に基づいて受信信号の位相などが調整されてもよい。信号調整部が二次元評価値に基づいて受信信号を調整することにより、不要信号成分が低減される。
　望ましい具体例において、前記評価値算出部は、各配列方向ごとに、その配列方向に沿った少なくとも１列の振動素子から得られる複数の受波信号に基づいて、その配列方向についての一次元評価値を算出する、ことを特徴とする。
　望ましい具体例において、前記評価値算出部は、互いに直交する二つの配列方向について、各配列方向ごとに一次元評価値を算出し、二つの配列方向から得られる二つの一次元評価値に基づいて前記二次元評価値を算出する、ことを特徴とする。
　本発明により二次元アレイ振動子において不要信号成分を低減する技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、複数の配列方向から得られる複数の一次元評価値に基づいて、複数の振動素子の二次元的な配列の全体に亘る整相の度合いを示す二次元評価値が算出され、その二次元評価値に基づいて受信信号が調整されて不要信号成分が低減される。
本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。 二次元的に配列された複数の振動素子１２の具体例を示す図である。 二次元アレイ振動子１０を基準とした座標系を示す図である。 遅延処理後における受波信号の波面を示す図である。
　図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。複数の振動素子１２は、各々が超音波を送受する素子であり、二次元的に配列されて二次元アレイ振動子１０を構成する。二次元アレイ振動子１０は、三次元の診断領域内において超音波ビームを立体的に走査する三次元画像用の超音波探触子である。二次元アレイ振動子１０は、電子的に超音波ビームを立体的に走査させてもよいし、電子的な走査と機械的な走査の組み合わせにより立体的な走査を行ってもよい。
　送信部２０は、二次元アレイ振動子１０が備える複数の振動素子１２の各々に対して送信信号を出力することにより、複数の振動素子１２を送信制御して送信ビームを形成し、診断領域内において送信ビームを走査する。つまり、送信部２０は、送信ビームフォーマの機能を備えている。
　各振動素子１２は、送信部２０により送信制御されて超音波を送波し、その送波に伴って診断領域から得られる超音波を受波する。各振動素子１２が超音波を受波することにより得られた受波信号は、各振動素子１２からプリアンプ１４を介して遅延処理部３０へ送られる。
　遅延処理部３０は、複数の遅延回路３２で構成されている。各遅延回路３２は、それに対応する振動素子１２からプリアンプ１４を経由して得られる受波信号に対して遅延処理を施す。これにより、複数の振動素子１２から得られる複数の受波信号がフォーカス位置に応じて遅延処理され、フォーカス位置からの反射波の位相が揃えられる。つまり、複数の受波信号が整相される。そして、遅延処理後の複数の受波信号が加算処理部４０において加算処理され、受信ビーム信号が形成される。
　このように、遅延処理部３０と加算処理部４０により整相加算処理が実行され、受信ビームフォーマの機能が実現される。そして、送信ビームの走査に追従するように、診断領域の全域に亘って受信ビームが走査され、受信ビームに沿って受信ビーム信号が収集される。
　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から得られる複数の受波信号に基づいて整相の度合いを評価することにより、複数の振動素子１２の二次元的な配列に関する二次元評価値を算出する。また、乗算部６０は、加算処理部４０から出力される受信ビーム信号と二次元評価値を乗算して受信ビーム信号の利得を調整する。これにより、不要信号成分が低減される。つまり、乗算部６０は、二次元評価値に基づいて受信信号を調整する信号調整部として機能する。
　画像形成部７０は、乗算部６０において調整された受信ビーム信号に基づいて、三次元の超音波画像を形成する。画像形成部７０は、例えばボリュームレンダリング法を利用して、診断対象を立体的に表現した超音波画像を形成する。なお、画像形成部７０は、診断対象の断層画像（Ｂモード画像）やドプラ画像などを形成してもよい。画像形成部７０において形成された超音波画像は、液晶ディスプレイ等で実現される表示部７２に表示される。そして、制御部８０は、図１の超音波診断装置内の全体を集中的に制御する。
　なお、図１に示す構成（各機能ブロック）のうち、プリアンプ１４，送信部２０，遅延処理部３０，加算処理部４０，評価値算出部５０，乗算部６０，画像形成部７０は、それぞれ、例えば、電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、制御部８０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。
　図１の超音波診断装置の概要は以上のとおりである。次に、図１の超音波診断装置において利用される二次元評価値について詳述する。なお、図１に示した構成（部分）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
　図２は、二次元的に配列された複数の振動素子１２の具体例を示す図である。図２には二次元アレイ振動子１０を構成する複数の振動素子１２の配列状態が示されている。図２に示す具体例において、複数の振動素子１２は、互いに直交するｘ方向とｙ方向のぞれぞれに沿って並べられ、格子状に配列されて二次元アレイ振動子１０の振動子面を形成している。二次元評価値は、ｘ方向とｙ方向のそれぞれについての一次元評価値に基づいて算出される。
　図３は、二次元アレイ振動子１０を基準とした座標系を示す図である。図３には、二次元アレイ振動子１０の振動子面の中心を原点としたｘｙｚ直交座標系とｒθφ極座標系が図示されている。
　受信フォーカス点Ｆ（ｒ，θ，φ）から振動素子１２（ｘ，ｙ）までの超音波の伝播距離は、数１式により算出される。数１式において、ｃは超音波の速さであり、ｔfは超音波の伝播時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ｘの絶対値とｙの絶対値が共にｒよりも十分に小さい場合には、数１式が数２式のように近似できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、原点からの距離が受信フォーカス点Ｆ（ｒ，θ，φ）と同じ点Ｐ（ｒ，α，β）から振動素子１２（ｘ，ｙ）までの超音波の伝播距離は、数２式と同様な導出により数３式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、振動素子１２（ｘ，ｙ）における、受信フォーカス点Ｆ（ｒ，θ，φ）からの反射波（受波信号）と点Ｐ（ｒ，α，β）からの反射波（受波信号）の位相差は、超音波の周波数をｆとすると数４式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　二元アレイ振動子１０について、ｘ方向に並ぶ振動素子１２の素子数とｙ方向に並ぶ振動素子１２の素子数が共にＮ個であり、隣接する振動素子１２同士の素子間隔がλ／２であり、ｘ方向に並ぶ振動素子１２の素子番号をｍ、ｙ方向に並ぶ振動素子１２の素子番号をｎとすると、数５式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　そして、数４式に数５式を代入することにより数６式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　さらに、数６式を簡潔にすると、振動素子１２（素子番号ｍ，ｎ）における、受信フォーカス点Ｆ（ｒ，θ，φ）からの反射波（受波信号）と点Ｐ（ｒ，α，β）からの反射波（受波信号）の位相差は数７式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　数７式は、（ｍ，ｎ，ΔΨ）座標系における平面式となる。その平面はｘ＝ｙ＝０でΔΨ＝０となる。したがって、ｘ方向とｙ方向のそれぞれについて位相の変化を別々に評価することにより、数７式で表現される平面を特定することができる。
　また、受信フォーカス点をＦ（ｒ，θ，φ）とした遅延処理を行うと、遅延処理後における点Ｐ（ｒ，α，β）からの反射波（受波信号）は、数７式に示す位相差だけずれていることから、数８式で表される。なお、数８式におけるＧは複素振幅である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　数８式の結果を利用して、二次元評価値の算出について検討する。二次元評価値は、二次元的に配列された複数の振動素子１２の全体に亘る受波信号の整相の度合いを示す値であり、ｘ方向とｙ方向のそれぞれについての一次元評価値に基づいて算出される。一次元評価値としては、ＣＦ（Coherence Factor）、ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）、ＳＣＦ（Sign Coherence Factor）、ＳＴＦ（Sign Transit Factor）などを利用することができる。
　＜ＣＦ（Coherence Factor）＞
　一次元的に配列されたｉ番目の振動素子１２における受波信号をｓ（ｉ）とすると、一次元のＣＦは、数９式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　二次元的に配列された（ｍ，ｎ）番目の振動素子１２における受波信号をｓ（ｍ，ｎ）として数９式を二次元に拡張すると、二次元のＣＦを表す数１０式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　そして、数８式を数１０式に代入すると、複素振幅Ｇは互いに打ち消され、ｍ，ｎは互いに独立した数値であるため、数１１式に示す結果が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から出力される遅延処理後の複数の受波信号（数８式参照）に基づいて数１１式を計算することにより、ｘ方向の一次元評価値ＣＦ1Dxとｙ方向の一次元評価値ＣＦ1Dyから、ｘｙ平面の二次元評価値ＣＦ2Dを得る。
　＜ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）＞
　振動素子１２の配列方向における受波信号の位相の標準偏差σ（ΔΨ（ｉ））を用いると、一次元のＰＣＦは、数１２式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　振動素子１２が二次元的に配列されている場合の標準偏差σ（ΔΨ（ｍ，ｎ））は、数７式の結果から数１３式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　数１３式は、数１４式に示す分散の性質を利用することにより、数１５式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　したがって、一次元のＰＣＦを表す数１２式を二次元に拡張すると、二次元のＰＣＦを表す数１６式が得られる。なお、数１６式では、二次元に拡張した標準偏差を規格化するために、平方根内に１／２が追加されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ｘ方向の一次元のＰＣＦ1Dxとｙ方向の一次元のＰＣＦ1Dyを用いると、数１６式から数１７式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から出力される遅延処理後の複数の受波信号に基づいて数１７式を計算することにより、ｘ方向の一次元評価値ＰＣＦ1Dxとｙ方向の一次元評価値ＰＣＦ1Dyから、ｘｙ平面の二次元評価値ＰＣＦ2Dを得る。
　＜ＳＣＦ（Sign Coherence Factor）＞
　ＳＣＦは、ＰＣＦと同じ原理に基づいており、受波信号を二値化することにより、位相を算出することなく、二値化信号ｂ（ｉ）の標準偏差を指標とする。この場合、二値化信号ｂ（ｉ）の標準偏差は０～１の値となるため、ＰＣＦの数１２式におけるγとσ0が省略され、一次元のＳＣＦは数１８式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　また、数１６式と数１７式と同様に計算を進めることにより、二次元のＳＣＦが数１９式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から出力される遅延処理後の複数の受波信号を二値化して数１９式を計算することにより、ｘ方向の一次元評価値ＳＣＦ1Dxとｙ方向の一次元評価値ＳＣＦ1Dyから、ｘｙ平面の二次元評価値ＳＣＦ2Dを得る。また、評価値算出部５０は、調整係数ｐを用いてＳＣＦ2Dをｐ乗して二次元評価値を得てもよい。
　＜ＳＴＦ（Sign Transit Factor）＞
　一次元のＳＴＦは、振動素子１２の配列方向における受波信号の零交差密度（平均周波数に相当する）から、数２０式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　二次元アレイ振動子１０の場合、振動素子１２（素子番号ｍ，ｎ）における、受信フォーカス点Ｆ（ｒ，θ，φ）からの反射波（受波信号）と点Ｐ（ｒ，α，β）からの反射波（受波信号）の位相差は数７式に示したように平面式となる。また、遅延処理後における点Ｐ（ｒ，α，β）からの受波信号は数８式となる。
　図４は、遅延処理後における受波信号の波面を示す図である。図４において、ｘｙ座標系は、二次元アレイ振動子１０の振動子面に対応しており、ｘｙ座標系内の実線は、位相が２ｎπ[ｒａｄ]（ｎは整数）となる部分である。また、ｘｙ座標系内の破線は、位相が（２ｎ＋１）π[ｒａｄ]（ｎは整数）となる部分である。
　整相の度合いを示す指標として、図４に示す波面において、最大周波数となる方向における平均周波数ｆ2Dを用いる。平均周波数ｆ2Dは、ｘ方向の周波数ｆxとｙ方向の周波数ｆyから、数２１式により算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　零交差密度は、平均周波数に相当するため、数２１式に基づいて２次元への拡張を行うと、二次元のＳＴＦが数２２式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　評価値算出部５０は、遅延処理部３０から出力される遅延処理後の複数の受波信号に基づいて数２２式を計算することにより、ｘ方向の一次元評価値ＳＴＦ1Dxとｙ方向の一次元評価値ＳＴＦ1Dyから、ｘｙ平面の二次元評価値ＳＴＦ2Dを得る。なお、零交差密度が高いほどメインローブから離れた信号（低減すべき信号）であるため、例えば、調整係数ｐを用いて（１－ＳＴＦ2D）をｐ乗して二次元評価値を得てもよい。
　ＣＦ、ＰＣＦ、ＳＣＦ、ＳＴＦを利用した二次元評価値の算出は以上のとおりである。数７式に示す位相差は平面式であるため、例えば、ｘ方向について一次元評価値を算出する場合、理論上、ｘ方向に沿うどの列においても同じ結果が得られる。したがって、例えば、図２において、ｘ方向に並ぶいずれか一列を代表列として、代表列に含まれる複数の振動素子１２から得られる遅延処理後の複数の受波信号に基づいて、ｘ方向の一次元評価値を算出することができる。代表列としては、例えば、振動子面の中心またはその近傍を通る一列が好適である。また、ｙ方向について一次元評価値を算出する場合にも、ｙ方向に並ぶいずれか一列を代表列とする。もちろん、代表列を複数列として、複数列に関する平均値を一次元評価値としてもよい。
　また、二次元アレイ振動子１０は、振動素子１２の素子数が多いため、プローブ内においてチャンネルリダクションを行う場合がある。この場合、評価値算出部５０は、チャンネルリダクション後の受波信号に基づいて一次元評価値を算出し、一次元評価値から二次元評価値を得ることができる。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
　１０　二次元アレイ振動子、１２　振動素子、２０　送信部、３０　遅延処理部、３２　遅延回路、４０　加算処理部、５０　評価値算出部、６０　乗算部、７０　画像形成部、７２　表示部、８０　制御部。

Claims (12)

  1. 　二次元的に配列された複数の振動素子と、
    　複数の振動素子から得られる複数の受波信号を遅延処理して整相する遅延処理部と、
    　遅延処理された複数の受波信号に基づいて整相の度合いを評価することにより、二次元的に配列された複数の振動素子に関する二次元評価値を得る評価値算出部と、
    　遅延処理された複数の受波信号を加算処理して受信信号を得る加算処理部と、
    　前記二次元評価値に基づいて前記受信信号を調整することにより不要信号成分を低減する信号調整部と、
    　を有する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、遅延処理された複数の受波信号に基づいて複数の一次元評価値を算出し、複数の一次元評価値に基づいて前記二次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、二次元的に配列された複数の振動素子について、互いに異なる複数の配列方向において各配列方向ごとに整相の度合いを評価して一次元評価値を算出し、複数の配列方向から得られる複数の一次元評価値に基づいて、二次元的な配列の全体に亘る整相の度合いを示す前記二次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  4. 　請求項３に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、各配列方向ごとに、その配列方向に沿った少なくとも１列の振動素子から得られる複数の受波信号に基づいて、その配列方向についての一次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  5. 　請求項３に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、互いに異なる二つの配列方向について、各配列方向ごとに一次元評価値を算出し、二つの配列方向から得られる二つの一次元評価値に基づいて前記二次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  6. 　請求項５に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、各配列方向ごとに、その配列方向に沿った少なくとも１列の振動素子から得られる複数の受波信号に基づいて、その配列方向についての一次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  7. 　請求項３に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、互いに直交する二つの配列方向について、各配列方向ごとに一次元評価値を算出し、二つの配列方向から得られる二つの一次元評価値に基づいて前記二次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  8. 　請求項７に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、各配列方向ごとに、その配列方向に沿った少なくとも１列の振動素子から得られる複数の受波信号に基づいて、その配列方向についての一次元評価値を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  9. 　請求項３に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、前記各一次元評価値として、ＣＦ（Coherence Factor）、ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）、ＳＣＦ（Sign Coherence Factor）またはＳＴＦ（Sign Transit Factor）を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  10. 　請求項５に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、前記各一次元評価値として、ＣＦ（Coherence Factor）、ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）、ＳＣＦ（Sign Coherence Factor）またはＳＴＦ（Sign Transit Factor）を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  11. 　請求項７に記載の超音波診断装置において、
    　前記評価値算出部は、前記各一次元評価値として、ＣＦ（Coherence Factor）、ＰＣＦ（Phase Coherence Factor）、ＳＣＦ（Sign Coherence Factor）またはＳＴＦ（Sign Transit Factor）を算出する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  12. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記信号調整部は、前記加算処理部から得られる加算処理後の受信信号と、前記評価値算出部から得られる二次元評価値と、を乗算することにより、前記加算処理後の受信信号を調整して不要信号成分を低減する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
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