WO2021240756A1 - 超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラム - Google Patents

超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic signal processing device, an operating method of the ultrasonic signal processing device, and an operating program of the ultrasonic signal processing device.
  • an ultrasonic image may be generated using a harmonic component generated from an ultrasonic wave (fundamental wave) propagating in a living body. Furthermore, the fundamental wave component is obtained by irradiating the living body with a positive-phase ultrasonic pulse and a negative-phase ultrasonic pulse, respectively, and adding the positive-phase echo signal and the negative-phase echo signal reflected in the living body.
  • a pulse inversion method is known in which a pulse inversion method is used in which only the harmonic component is extracted.
  • Patent Document 1 discloses a technique for appropriately extracting harmonic components by a gain or a filter.
  • Patent Document 1 it is necessary to adjust the gain and the strength of the filter for each position in the depth direction in order to appropriately extract the harmonic component and appropriately remove the fundamental wave component, which is troublesome. rice field.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is possible to easily adjust the residual intensity of the fundamental wave component when the harmonic component is appropriately extracted and the fundamental wave component is appropriately removed. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic signal processing device, an operation method of the ultrasonic signal processing device, and an operation program of the ultrasonic signal processing device.
  • the ultrasonic signal processing device is an ultrasonic signal processing device, which is an ultrasonic signal having a positive phase and an ultrasonic signal having a negative phase.
  • a receiving unit that receives the received signal, a phasing addition unit that rectifies and adds the positive-phase ultrasonic receiving signal, and the opposite-phase ultrasonic receiving signal, respectively, and the phasing-added positive phase. It is provided with a positive-phase / negative-phase addition unit for adding the ultrasonic reception signal of
  • the ultrasonic signal processing device further includes a storage unit, and the positive-phase / negative-phase addition unit includes the positive-phase ultrasonic reception signal received by the reception unit and the reception unit.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit includes the positive-phase ultrasonic reception signal received by the reception unit and the reception unit.
  • a plurality of combined waves obtained by adding the received ultrasonic received signals of the opposite phase by shifting them by a plurality of different times are calculated, and in the storage unit, the positive phase / negative phase addition unit is among the plurality of combined waves.
  • the time shifted when calculating the synthetic wave having the minimum fundamental wave component is stored as the predetermined time.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit sets the predetermined time to a different time depending on the depth, and the storage unit is at least one point in the depth direction.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit stores the time shifted when calculating the combined wave having the smallest fundamental wave component among the plurality of combined waves as the predetermined time.
  • the ultrasonic signal processing apparatus further includes an input unit for inputting an observation position, in the positive-phase / negative-phase addition unit, and the storage unit at the input observation position.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit stores the time shifted when calculating the combined wave having the smallest fundamental wave component among the plurality of combined waves as the predetermined time.
  • the storage unit is basic among the plurality of synthetic waves as the depth is shallower from the observation position.
  • the time shifted when calculating the composite wave with a large wave component is stored as the predetermined time, and the composite wave having the larger fundamental wave component among the plurality of composite waves is calculated as the depth becomes deeper from the observation position.
  • the time shifted at the time of is stored as the predetermined time.
  • the receiving unit receives the positive-phase ultrasonic wave receiving signal and the negative-phase ultrasonic wave receiving signal, and the phasing addition unit is described above.
  • the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the negative-phase ultrasonic wave reception signal are phase-adjusted and added, and the positive-phase and negative-phase addition unit performs the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the positive-phase ultrasonic wave reception signal.
  • the phase-adjusted and added reverse-phase ultrasonic wave reception signals are added with a predetermined time shift.
  • the receiving unit receives the positive-phase ultrasonic wave receiving signal and the negative-phase ultrasonic wave receiving signal, and the phasing addition unit is described above.
  • the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the negative-phase ultrasonic wave reception signal are phase-adjusted and added, and the positive-phase and negative-phase addition unit performs the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the positive-phase ultrasonic wave reception signal.
  • the phase-adjusted and added reverse-phase ultrasonic wave reception signals are added with a predetermined time shift.
  • an ultrasonic signal processing device ultrasonic wave, which can easily adjust the residual intensity of the fundamental wave component when the harmonic component is appropriately extracted and the fundamental wave component is appropriately removed. It is possible to realize the operation method of the signal processing device and the operation program of the ultrasonic signal processing device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an entire endoscope system including the ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system including an ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating processing for an echo signal.
  • FIG. 4 is a diagram showing a general state in which a positive phase ultrasonic wave reception signal and a reverse phase ultrasonic wave reception signal are added.
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of addition by changing the amount of time shift between the ultrasonic echo of the positive phase and the ultrasonic echo of the negative phase in terms of frequency components.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an entire endoscope system including the ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system including an ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating processing for an echo signal.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the depth and the intensity of the fundamental wave component and the harmonic component, and the relationship between the depth and the shift amount.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an outline of the processing executed by the ultrasonic signal processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an input example of the observation position.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an ultrasonic image.
  • the ultrasonic signal processing device for performing phase adjustment addition, an operating method of the ultrasonic signal processing device, and an operating program of the ultrasonic signal processing device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an entire endoscope system including the ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • the endoscope system 1 is a system for observing ultrasonic waves in a subject such as a person using an ultrasonic endoscope.
  • the endoscope system 1 includes an ultrasonic endoscope 2, an ultrasonic observation device 3 which is an ultrasonic signal processing device, an endoscope observation device 4, a display device 5, and the like.
  • a light source device 6 and an ultrasonic transducer 7 are provided.
  • the ultrasonic endoscope 2 has an ultrasonic transducer 7 at its tip, and ultrasonically transmits an electrical pulse signal (hereinafter, also referred to as “ultrasonic transmission signal”) transmitted from the ultrasonic observation device 3. It is converted into a pulse (acoustic pulse) and irradiated to the subject, and at the same time, it is converted into an electrical echo signal (hereinafter, also referred to as "ultrasonic reception signal”) that expresses the ultrasonic echo reflected by the subject by a voltage change. Convert and output.
  • an electrical pulse signal hereinafter, also referred to as “ultrasonic transmission signal”
  • the ultrasonic endoscope 2 usually has an imaging optical system and an imaging element, and is inserted into the digestive tract (esophagus, stomach, duodenum, large intestine) or respiratory organ (trachea, bronchus) of the subject for digestion. It is possible to image the tube and respiratory organs. In addition, the surrounding organs (pancreas, gallbladder, bile duct, biliary tract, lymph nodes, mediastinal organs, blood vessels, etc.) can be imaged using ultrasound. Further, the ultrasonic endoscope 2 has a light guide that guides the illumination light to irradiate the subject at the time of optical imaging. The tip of the light guide reaches the tip of the insertion portion of the ultrasonic endoscope 2 into the subject, while the proximal end is connected to the light source device 6 that generates illumination light.
  • the ultrasonic endoscope 2 has a light guide that guides the illumination light to irradiate the subject at the time of optical imaging. The tip of the
  • the ultrasonic endoscope 2 includes an insertion unit 21, an operation unit 22, a universal cord 23, and a connector 24.
  • the insertion portion 21 is a portion to be inserted into the subject.
  • the insertion portion 21 is connected to a rigid tip hard portion 211 that is provided on the tip side and holds an ultrasonic vibrator 7 for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a base end side of the tip rigid portion 211. It is provided with a curved portion 212 that can be curved and curved, and a flexible tube portion 213 that is connected to the base end side of the curved portion 212 and has flexibility.
  • a light guide for transmitting the illumination light supplied from the light source device 6 and a plurality of signal cables for transmitting various signals are routed inside the insertion portion 21.
  • an insertion passage for the treatment tool for inserting the treatment tool is formed.
  • the ultrasonic vibrator 7 side of the insertion portion 21 is the tip end side
  • the side connected to the operation portion 22 is the base end side.
  • the operation unit 22 is connected to the base end side of the insertion unit 21 and is a part that receives various operations from a doctor or the like. As shown in FIG. 1, the operation unit 22 includes a bending knob 221 for performing a bending operation on the bending portion 212, and a plurality of operating members 222 for performing various operations. Further, the operation unit 22 is formed with a treatment tool insertion port 223 that communicates with the treatment tool insertion passage and inserts the treatment tool into the treatment tool insertion passage.
  • the universal cord 23 is a cable extending from the operation unit 22 and having a plurality of signal cables for transmitting various signals, an optical fiber for transmitting illumination light supplied from the light source device 6, and the like.
  • the connector 24 is provided at the tip of the universal cord 23.
  • the connector 24 includes first to third connector portions 241 to 243 to which the ultrasonic cable 31, the video cable 41, and the optical fiber cable 61 are connected, respectively.
  • the ultrasonic observation device 3 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via an ultrasonic cable 31 (see FIG. 1), and is a pulse signal to the ultrasonic endoscope 2 via the ultrasonic cable 31.
  • the ultrasonic transmission signal is output and the echo signal is input from the ultrasonic endoscope 2. Then, the ultrasonic observation device 3 applies a predetermined process to the echo signal to generate an ultrasonic image.
  • the endoscope observation device 4 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via a video cable 41 (see FIG. 1), and an image signal from the ultrasonic endoscope 2 is input via the video cable 41. do. Then, the endoscope observation device 4 performs a predetermined process on the image signal to generate an endoscope image.
  • the display device 5 is configured by using a liquid crystal display or an organic EL (Electroluminescence), a projector, a CRT (Cathode Ray Tube), or the like, and an ultrasonic image generated by the ultrasonic observation device 3 or an endoscopic observation device 4 Display the endoscopic image etc. generated in.
  • a liquid crystal display or an organic EL (Electroluminescence), a projector, a CRT (Cathode Ray Tube), or the like and an ultrasonic image generated by the ultrasonic observation device 3 or an endoscopic observation device 4 Display the endoscopic image etc. generated in.
  • the light source device 6 is connected to the ultrasonic endoscope 2 via an optical fiber cable 61 (FIG. 1), and supplies illumination light for illuminating the inside of the subject via the optical fiber cable 61 to the ultrasonic endoscope 2. do.
  • the scanning type of the ultrasonic vibrator 7 may be convex, linear, radial, or the like.
  • the ultrasonic endoscope 2 may be one that mechanically scans the ultrasonic transducer 7, or a plurality of piezoelectric elements are provided in an array as the ultrasonic transducer 7, and the piezoelectric elements involved in transmission / reception are electronic. It may be electronically scanned by switching the piezoelectric element or delaying the transmission / reception of each piezoelectric element. Further, the ultrasonic transducer 7 may be a two-dimensional array of piezoelectric elements.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system including an ultrasonic signal processing device according to the first embodiment.
  • the ultrasonic observation device 3 includes a transmission / reception unit 32, a signal processing unit 33, an image processing unit 34, a phase adjustment addition unit 35, a positive / negative phase addition unit 36, and an input unit 37. , A control unit 38, and a storage unit 39.
  • the transmission / reception unit 32 transmits / receives signals of positive phase and negative phase to and from the plurality of piezoelectric elements of the ultrasonic vibrator 7.
  • the transmission / reception unit 32 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 and transmits an ultrasonic transmission signal composed of a high-frequency pulse to the ultrasonic transducer 7 based on a predetermined waveform and transmission timing.
  • it also has a receiving unit that receives an electric echo signal from the ultrasonic transducer 7 to generate and output digital high frequency (RF: Radio Frequency) signal data (hereinafter referred to as RF data).
  • RF Radio Frequency
  • the frequency band of the pulse signal transmitted by the transmission / reception unit 32 is the linear response frequency band of electroacoustic conversion of the pulse signal into the ultrasonic pulse in the ultrasonic transducer 7, the frequency band, and the band of the harmonic generated by the frequency band. Is desirable to be included. Further, the transmission / reception unit 32 transmits various control signals output by the control unit 38 to the ultrasonic endoscope 2, and also receives various digital data including an ID for identification from the ultrasonic endoscope 2. It also has a digital data communication function for transmitting to the control unit 38.
  • the signal processing unit 33 is a composite output data input from the positive / negative phase addition unit 36 (or the phase adjustment addition unit 35) (ultrasonic reception signal after phase adjustment addition or composite signal after positive / negative phase addition). Generates digital B-mode received data based on. Specifically, the signal processing unit 33 performs known processing such as a band path filter, envelope detection, and logarithmic conversion on the combined output data to generate digital B-mode reception data. In logarithm conversion, the common logarithm of the amount obtained by dividing the combined output data by the reference voltage V c is taken and expressed in decibel values. The signal processing unit 33 outputs the generated B-mode reception data for one frame to the image processing unit 34.
  • the signal processing unit 33 is realized by using a CPU (Central Processing Unit), various arithmetic circuits, and the like.
  • the image processing unit 34 generates image data based on the B mode received data input from the signal processing unit 33.
  • the image processing unit 34 performs signal processing on the B mode received data from the signal processing unit 33 using known techniques such as scan converter processing, gain processing, and contrast processing.
  • scan converter process the scanning direction of the received data for B mode is converted from the scanning direction of the ultrasonic wave to the display direction of the display device 5.
  • the B mode image is a grayscale image in which the values of R (red), G (green), and B (blue), which are variables when the RGB color system is adopted as the color space, are matched.
  • the image processing unit 34 performs coordinate conversion on the received data for B mode from the signal processing unit 33 so that the scanning range can be spatially correctly expressed, and then performs interpolation processing between the received data for B mode. This fills the gap between the received data for B mode and generates B mode image data according to the display range of the image in the display device 5.
  • the image processing unit 34 is realized by using a CPU, various arithmetic circuits, and the like.
  • the phase adjustment addition unit 35 adds the phase adjustment to the RF data input from the transmission / reception unit 32.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating processing for an echo signal. As shown in FIG. 3, each piezoelectric element of the ultrasonic transducer 7 receives an echo signal in a state of being temporally deviated according to the distance r from the sampling point SP. The received echo signal is output as RF data from the transmission / reception unit 32, temporarily stored in the storage unit 39, and then input to the phase adjustment addition unit 35.
  • the phasing addition unit 35 applies an appropriate delay to the RF data according to the distance r, aligns the phases and adds them, and obtains the phasing-added ultrasonic reception signal.
  • the phase-adjusting addition unit 35 is realized by using a CPU, various arithmetic circuits, and the like.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 is a composite signal obtained by adding the positive-phase ultrasonic wave reception signal after the phase-adjusting addition and the negative-phase ultrasonic wave reception signal after the phase-adjusting addition after matching the timings (hereinafter,). , Also referred to as "synthetic wave").
  • FIG. 4 is a diagram showing a general state in which a positive phase ultrasonic wave reception signal and a reverse phase ultrasonic wave reception signal are added.
  • the vertical axis of FIG. 4 is the amplitude, and the horizontal axis is the time. As shown in FIG.
  • the positive phase fundamental wave W11 shown by the alternate long and short dash line and the reverse phase fundamental wave W21 indicated by the two-dot chain line are obtained. Are removed by canceling each other out.
  • the positive-phase harmonic W12 and the negative-phase harmonic W22 shown by the broken line strengthen each other and have double the amplitude. As a result, ideally only the harmonic components remain.
  • the positive-phase ultrasonic wave reception signal there may be a time lag between the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the negative-phase ultrasonic wave reception signal.
  • ultrasonic transmission between positive phase and negative phase due to reasons such as the response of the semiconductor when generating an ultrasonic transmission signal differs depending on the voltage polarity, the impedance of the ultrasonic transducer 7 differs depending on the polarity of the applied voltage, and the like.
  • the signal is shifted in the time direction with respect to each transmission timing in the transmission / reception unit 32, which is a reference for matching the timing relationship between the positive phase and the negative phase in the positive / negative phase addition unit 36.
  • the positive / negative phase addition unit 36 in the first embodiment shifts the positive phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition and the reverse phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition by a predetermined time.
  • the positive phase / negative phase addition unit 36 receives a positive phase ultrasonic echo received by the transmission / reception unit 32 and a reverse phase received by the transmission / reception unit 32.
  • the ultrasonic echoes of the above are staggered by a plurality of different times to calculate a plurality of composite signals, and the time shifted when calculating the composite signal having the smallest fundamental wave component among the plurality of composite signals (hereinafter referred to as).
  • a “reference shift amount”) is set at a predetermined time and stored in the storage unit 39.
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of adding by changing the amount of time shift between the ultrasonic echo of the positive phase and the ultrasonic echo of the negative phase in terms of frequency components.
  • the vertical line in FIG. 5 is the amplitude of the ultrasonic wave, and the horizontal line is the frequency (MHz).
  • FIG. 5 shows the amplitude of the positive phase and the amplitude of the combined signal when the shift amount is ⁇ t, 0, ⁇ t.
  • the peak PK1 of the fundamental wave component appears in the amplitude of the positive phase shown by the solid line
  • the peak PK2 of the harmonic component appears in the amplitude of the addition result (combined signal) of the positive phase and the negative phase shown by other than the solid line.
  • the difference ⁇ A between the peak PK1 of the fundamental wave component and the peak PK2 of the harmonic component is 28 dB.
  • the fundamental wave component corresponding to the peak PK1 remains. You can confirm that you are doing it.
  • the time between the positive phase ultrasonic wave reception signal after phasing addition and the negative phase ultrasonic wave reception signal after phasing addition is shifted by ⁇ t, the basic corresponding to the peak PK1. The wave component becomes sufficiently weak with respect to the harmonic component.
  • the fundamental wave component corresponding to the peak PK1 is indicated by the two-dot chain line.
  • the residual amount of is further increased than when the time is not staggered.
  • the intensity of the harmonic component corresponding to the peak PK2 is almost the same. It should be noted that the amplitude of the harmonic component of the positive phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition shown by the solid line is half the size of the other lines because the addition is not performed.
  • the output of the fundamental wave of the positive phase negative phase addition unit 36 when the phase of the positive phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition and the negative phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition are shifted by ⁇ is output.
  • PIf can be expressed as the difference between sine waves.
  • PIf ⁇ sin ( ⁇ t + ⁇ / 2) -sin ( ⁇ t- ⁇ / 2) -2 ⁇ cos ( ⁇ t) ⁇ sin ( ⁇ ) (Equation 1) It can be expressed as.
  • the output of the harmonic of the positive / negative phase addition unit 36 is PIh
  • PIh can be expressed as the sum of sine waves.
  • the magnitude of PIf residual intensity of the fundamental wave component of the combined signal added by the positive-phase / negative-phase adder 36
  • PIh intensity of harmonic components
  • the positive phase / negative phase addition unit 36 sets ⁇ t at a predetermined time from a plurality of shift amounts ( ⁇ t, 0, ⁇ t) as shown in FIG. 5, and stores it in the storage unit 39. Then, the positive / negative phase addition unit 36 reads a predetermined time from the storage unit 39 at the time of observation, and receives the positive phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition and the reverse phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition. Add up after shifting by a predetermined time. However, the positive / negative phase addition unit 36 is the positive phase ultrasonic reception signal and the phase adjustment addition unit 35 after the phase adjustment addition input from the phase adjustment addition unit 35 at the start of observation, for each frame, and for each sound line.
  • the time shifted at the time of calculation may be set to a predetermined time.
  • the phase-adjusting addition unit 35 interpolates the sampling value of the RF data of each piezoelectric element in the time direction. Therefore, it is possible to realize a shift of a predetermined time.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 may set a predetermined time to a different value according to the depth, and set the reference shift amount to the predetermined time at at least one point in the depth direction.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 may set the reference shift amount to a predetermined time at the observation position input by the user by the input unit 37.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the depth and the intensity of the fundamental wave component and the harmonic component, and the relationship between the depth and the shift amount.
  • the line L1 in FIG. 6 shows the intensity of the fundamental wave component in the depth direction
  • the line L2 shows the estimated intensity of the harmonic component in the depth direction
  • the line L3 shows the positive phase ultrasonic wave reception signal and the reverse phase in the depth direction.
  • the amount of deviation from the ultrasonic reception signal is shown.
  • the residual intensity of the fundamental wave component can be minimized (substantially zero) at the observation position P.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 increases the amount of deviation (predetermined time) between the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the negative-phase ultrasonic wave reception signal up to ⁇ 2 as the depth becomes shallower from the observation position P. It is changed to increase the residual intensity of the fundamental wave component to I1.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 sets a predetermined time as the time shifted when calculating the composite wave having a large fundamental wave component among the plurality of composite signals as the depth becomes shallower from the observation position P. .. Similarly, the positive-phase / negative-phase addition unit 36 changes the amount of shift between the positive-phase ultrasonic wave reception signal and the negative-phase ultrasonic wave reception signal up to ⁇ 3 from the observation position P toward a deeper depth, and is basic. Increases the residual intensity of the wave component to I2.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 sets a predetermined time as the time shifted when calculating the composite wave having a large fundamental wave component among the plurality of composite signals as the depth becomes deeper from the observation position P. .. This is because the intensity of the harmonic component is weak in the region near and far from the ultrasonic transducer 7, so that the residual intensity of the fundamental wave component is increased to complement the ultrasonic image.
  • FIG. 6 shows an example in which the phase shift amount is linearly changed, the shift amount is not limited to this, and the shift amount may be changed along a predetermined curve or may be changed discretely.
  • the positive / negative phase addition unit 36 may adjust the strength of the gain, the filter, or the like according to the depth, in addition to shifting the phase.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 is realized by using a CPU, various arithmetic circuits, and the like.
  • the input unit 37 is realized by using a user interface such as a keyboard, a mouse, a touch panel, and a trackball, and accepts input of various information.
  • the input unit 37 accepts the input of the observation position by the user.
  • the observation position is the position that the user wants to observe most in the ultrasonic image.
  • the control unit 38 controls the entire endoscope system 1.
  • the control unit 38 is realized by using a CPU having calculation and control functions, various calculation circuits, and the like.
  • the control unit 38 collectively controls the ultrasonic observation device 3 by reading information stored and stored by the storage unit 39 from the storage unit 39 and executing various arithmetic processes related to the operation method of the ultrasonic observation device 3. do. It is also possible to configure the control unit 38 by using a CPU or the like common to the signal processing unit 33, the image processing unit 34, the phase adjustment addition unit 35, or the positive phase negative phase addition unit 36.
  • the storage unit 39 stores various programs for operating the endoscope system 1, data including various parameters necessary for the operation of the endoscope system 1, and the like. Further, the storage unit 39 stores various programs including an operation program for executing the operation method of the endoscope system 1.
  • the operation program can also be recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, flash memory, CD-ROM, DVD-ROM, or flexible disk and widely distributed.
  • the various programs described above can also be acquired by downloading them via a communication network.
  • the communication network referred to here is realized by, for example, an existing public line network, LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc., and may be wired or wireless.
  • the storage unit 39 having the above configuration is realized by using a ROM (Read Only Memory) in which various programs and the like are pre-installed, and a RAM (Random Access Memory) for storing calculation parameters and data of each process. ..
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • FIG. 7 is a flowchart showing an outline of the processing executed by the ultrasonic signal processing apparatus according to the first embodiment.
  • the input unit 37 of the ultrasonic observation device 3 accepts the input of the observation position P (see FIG. 6) and the residual intensities I1 and I2 (see FIG. 6) of the fundamental wave component (step S1). ).
  • FIG. 8 is a diagram showing an input example of the observation position.
  • the user sets the observation position P by moving the position of the marker M displayed on the display device 5 by operating the input unit 37.
  • the vertical axis of FIG. 8 can be defined by, for example, the luminance value of the ultrasonic image, and the solid line is a normalized value obtained by dividing the luminance value of the fundamental wave component by the luminance value at the peak of the harmonic component.
  • the alternate long and short dash line represents the luminance value of the harmonic component standardized with the maximum value set to 1.
  • the luminance value of the fundamental wave component shown by the solid line becomes the minimum value (substantially zero).
  • the residual intensity I1 of the fundamental wave component is set to 1.0 and the residual intensity I2 is set to 0.5 in advance.
  • the observation positions P and the residual intensities I1 and I2 of the fundamental wave components may be set in advance and stored in the storage unit 39.
  • the horizontal axis of FIG. 8 represents the depth (cm), and the position closest to the ultrasonic transducer 7 to the display range value is displayed.
  • control unit 38 calculates the delay amount for the ultrasonic transmission signal transmitted to each piezoelectric element of the ultrasonic transducer 7 (step S2). Specifically, the control unit 38 calculates an appropriate delay amount according to the position of the piezoelectric element of the ultrasonic vibrator 7.
  • control unit 38 calculates the amount of time shift when adding the positive phase ultrasonic wave reception signal and the negative phase ultrasonic wave reception signal in the positive phase negative phase addition unit 36 (step S3).
  • the control unit 38 calculates the amount of delay applied to the RF data obtained from each piezoelectric element of the ultrasonic vibrator 7 according to the distance r from the sampling point SP in the phase adjustment addition of the phase adjustment addition unit 35. (Step S4).
  • the predetermined time requires a resolution finer than the sampling period Ts
  • the predetermined time (the amount of time shift between the positive phase and the negative phase) is included in this delay amount.
  • control unit 38 determines whether or not the input unit 37 has received a predetermined operation input corresponding to the start of measurement (step S5).
  • step S5 When the control unit 38 determines that the input unit 37 has not received the predetermined operation input corresponding to the start of measurement (step S5: No), it is in a standby state in which step S5 is repeated.
  • control unit 38 determines that the input unit 37 has received a predetermined operation input corresponding to the start of measurement (step S5: Yes)
  • the transmission / reception unit 32 transmits an ultrasonic transmission signal to each piezoelectric element of the ultrasonic vibrator 7 under the control of the control unit 38 (step S7).
  • the transmission / reception unit 32 receives the ultrasonic reception signal from each piezoelectric element of the ultrasonic vibrator 7 (step S8).
  • the RF data received by the transmission / reception unit 32 is stored in the storage unit 39 (step S9).
  • r 0 is the radius of the surface of the ultrasonic transducer 7.
  • the phasing addition unit 35 performs phasing addition at the sampling point SP at the distance r (step S11).
  • control unit 38 determines whether or not the distance r is r> R (step S13). When the control unit 38 determines that the distance r is not r> R (step S13: No), it returns to step S11 and continues the process. That is, by the processing of steps S10 ⁇ S13, the ultrasound observation apparatus 3, up to a distance r 0 ⁇ R is the delay-and-sum at intervals of [Delta] r. In other words, the ultrasound observation apparatus 3, in the range of the distance r 0 ⁇ R can generate an ultrasound image.
  • step S13 When the control unit 38 determines that the distance r is r> R (step S13: Yes), the control unit 38 determines whether or not the phase adjustment addition is completed in both the positive phase and the negative phase. (Step S14).
  • step S14 determines that the phase adjustment addition has not been completed in each of the positive phase and the negative phase (step S14: No)
  • the control unit 38 switches between the positive phase and the negative phase (step S15).
  • step S7 the ultrasonic observation device 3 transmits and receives positive-phase ultrasonic waves to perform phase-adjusting addition, and then transmits and receives reverse-phase ultrasonic waves to perform phase-adjusting addition.
  • step S14 When the control unit 38 determines that the phase adjustment addition is completed in each of the positive phase and the negative phase (step S14: Yes), the positive phase negative phase addition unit 36 receives the ultrasonic wave of the positive phase added.
  • the signal and the ultrasonic reception signal of the opposite phase to which the phase adjustment has been added are added with a predetermined time shift (step S16). However, if the shift of the predetermined time has already been realized in step S4, it is not necessary to shift here.
  • control unit 38 determines whether or not the variable n is n> N (step S18). When the control unit 38 determines that the variable n is not n> N (step S13: No), it returns to step S7 and continues the process.
  • N corresponds to the number of piezoelectric elements included in the ultrasonic transducer 7. Therefore, by the processing of steps S6 to S18, the ultrasonic observation device 3 has the positive phase ultrasonic reception signal and the phasing addition at the positions of all the piezoelectric elements from the piezoelectric element numbers 1 to N. The ultrasonic wave reception signals of the opposite phase are added with a predetermined time shift.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an ultrasonic image. As shown in FIG. 9, the generated ultrasonic image is displayed on the display device 5.
  • the ultrasonic transducer 7 is a convex type ultrasonic transducer, the ultrasonic transducer 7 is located above the ultrasonic image.
  • Distance R shown in FIG. 9 corresponds to a value obtained by adding the radius r 0 of the ultrasonic transducer 7 (distance to the display range values from the position closest to the ultrasonic transducer 7) the width of the horizontal axis in FIG. 8 ..
  • the values of the observation positions P and the residual intensities I1 and I2 of the fundamental wave components set in FIG. 8 may be displayed side by side with the ultrasonic image. Further, the observation position P may be changed by shifting the position of the marker M on this screen.
  • the positive-phase / negative-phase addition unit 36 transfers the positive-phase ultrasonic wave reception signal after the phase-adjusting addition and the negative-phase ultrasonic wave reception signal after the phase-adjusting addition. Since the fundamental wave component can be minimized at the position desired by the user by shifting the addition by a predetermined time, a high-resolution ultrasonic image can be generated by the harmonic component at the position desired by the user. .. Further, in the region near and far from the ultrasonic transducer 7 where the intensity of the harmonic component is small, the residual intensity of the fundamental wave component is increased according to the user's input or the like to generate an ultrasonic image that is easy to observe. can do. As described above, according to the ultrasonic observation device 3, the residual intensity of the fundamental wave component can be easily adjusted.
  • the amount of time shift between the positive phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition and the reverse phase ultrasonic wave reception signal after the phase adjustment addition, which are added by the positive phase negative phase addition unit 36, is set in advance. It may be a fixed value according to the input value or input, but feedback control, depending on the instruction of the depth desired to be observed by the user, the observation mode, the characteristics of the received ultrasonic reception signal, the analysis of the ultrasonic image, etc. It may be a value calculated by predictive control or control by AI (Artificial Integrity).

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Abstract

超音波信号処理装置であって、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信する受信部と、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算する整相加算部と、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する正相逆相加算部と、を備える。これにより、高調波成分を適切に抽出し、且つ、基本波成分を適切に除去する場合に、基本波成分の残留強度を容易に調整することができる超音波信号処理装置を提供する。

Description

超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラム
　本発明は、超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラムに関する。
　従来、超音波観測技術においては、生体内を伝搬する超音波（基本波）から生じる高調波成分を用いて超音波画像を生成することがある。さらに、生体内に正相の超音波パルスと逆相の超音波パルスとをそれぞれ照射し、生体内において反射された正相のエコー信号と逆相のエコー信号とを加算することによって基本波成分を除去し、高調波成分のみを抽出するパルスインバージョン（Ｐｕｌｓｅ　Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）法が知られている。
　ところで、正相と逆相とが非対称な場合には、加算しても基本波成分を除去できず、高調波成分を適切に抽出することができない。この問題を解決するために、特許文献１では、ゲインやフィルタによって高調波成分を適切に抽出する技術が開示されている。
特許第５３３７８３６号公報
　特許文献１の技術では、高調波成分を適切に抽出し、且つ、基本波成分を適切に除去するために、深度方向の位置ごとにゲインやフィルタの強度を調整する必要があり手間がかかっていた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高調波成分を適切に抽出し、且つ、基本波成分を適切に除去する場合に、基本波成分の残留強度を容易に調整することができる超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、超音波信号処理装置であって、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信する受信部と、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算する整相加算部と、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する正相逆相加算部と、を備える。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、記憶部を更に備え、前記正相逆相加算部は、前記受信部が受信した前記正相の超音波受信信号と前記受信部が受信した前記逆相の超音波受信信号とを複数の異なる時間ずらしてそれぞれ加算した複数の合成波を算出し、前記記憶部は、前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、前記正相逆相加算部は、前記所定時間を深度に応じて異なる時間に設定し、前記記憶部は、深度方向の少なくとも一点において、前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、観測位置を入力する入力部を更に備え、前記正相逆相加算部において、前記記憶部は、前記入力された観測位置において、前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、前記正相逆相加算部において、前記記憶部は、前記観測位置から深度が浅い位置に向かうほど、前記複数の合成波のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶し、前記観測位置から深度が深い位置に向かうほど、前記複数の合成波のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置の作動方法は、受信部が、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信し、整相加算部が、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算し、正相逆相加算部が、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する。
　また、本発明の一態様に係る超音波信号処理装置の作動プログラムは、受信部が、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信し、整相加算部が、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算し、正相逆相加算部が、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する。
　本発明によれば、高調波成分を適切に抽出し、且つ、基本波成分を適切に除去する場合に、基本波成分の残留強度を容易に調整することができる超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラムを実現することができる。
図１は、本実施の形態１に係る超音波信号処理装置を含む内視鏡システム全体を模式的に示す図である。 図２は、本実施の形態１に係る超音波信号処理装置を含む内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図３は、エコー信号に対する処理を説明する図である。 図４は、一般的な、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを加算する様子を表す図である。 図５は、正相の超音波エコーと逆相の超音波エコーとの時間のずらし量を変化させて加算した結果を周波数成分で表す図である。 図６は、深度と基本波成分及び高調波成分の強度との関係及び深度とずらし量との関係を表す図である。 図７は、実施の形態１に係る超音波信号処理装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。 図８は、観測位置の入力例を表す図である。 図９は、超音波画像の一例を表す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラムの実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、整相加算を行う超音波信号処理装置、超音波信号処理装置の作動方法、及び超音波信号処理装置の作動プログラム一般に適用することができる。
　また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
〔内視鏡システムの構成〕
　図１は、本実施の形態１に係る超音波信号処理装置を含む内視鏡システム全体を模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波観測を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波信号処理装置である超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６と、超音波振動子７と、を備える。
　超音波内視鏡２は、その先端部に超音波振動子７を有し、超音波観測装置３から送信した電気的なパルス信号（以下において、「超音波送信信号」ともいう）を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号（以下において、「超音波受信信号」ともいう）に変換して出力する。
　超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系及び撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、又は呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器の撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
　超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、コネクタ２４と、を備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられ、超音波を送受信する超音波振動子７を保持する硬性の先端硬質部２１１と、先端硬質部２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３と、を備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路が形成されている。なお、本明細書では、挿入部２１の超音波振動子７側を先端側、操作部２２に連なる側を基端側とする。
　操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２と、を備える。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
　ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、及び光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
　コネクタ２４は、ユニバーサルコード２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、及び光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１～第３コネクタ部２４１～２４３を備える。
　超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号である超音波送信信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
　内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
　表示装置５は、液晶又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、プロジェクタ、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
　光源装置６は、光ファイバケーブル６１（図１）を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
　超音波振動子７の走査タイプは、コンベックス、リニア及びラジアル等のいずれでも構わない。超音波内視鏡２は、超音波振動子７をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子７として複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。また、超音波振動子７は、圧電素子を２次元的に配列したものであってもよい。
　図２は、本実施の形態１に係る超音波信号処理装置を含む内視鏡システムの構成を示すブロック図である。超音波観測装置３は、図２に示すように、送受信部３２と、信号処理部３３と、画像処理部３４と、整相加算部３５と、正相逆相加算部３６と、入力部３７と、制御部３８と、記憶部３９と、を備える。
　送受信部３２は、制御部３８による制御のもと、超音波振動子７が有する複数の圧電素子との間において、正相と逆相との信号を送受信する。具体的には、送受信部３２は、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形及び送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる超音波送信信号を超音波振動子７へ送信する送信部を有するとともに、超音波振動子７から電気的なエコー信号を受信してデジタルの高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成し、出力する受信部を有する。送受信部３２が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子７におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域に、その周波数帯域と、それにより発生する高調波の帯域が含まれることが望ましい。また、送受信部３２は、制御部３８が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信するとともに、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種デジタルデータを受信して制御部３８へ送信するデジタルデータ通信機能も有する。
　信号処理部３３は、正相逆相加算部３６（または整相加算部３５）から入力した合成出力データ（整相加算後の超音波受信信号、または、正相逆相加算後の合成信号）をもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３３は、合成出力データに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、合成出力データを基準電圧Ｖｃで除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。信号処理部３３は、生成した１フレーム分のＢモード用受信データを、画像処理部３４へ出力する。信号処理部３３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や各種演算回路等を用いて実現される。
　画像処理部３４は、信号処理部３３から入力したＢモード用受信データに基づいて画像データを生成する。画像処理部３４は、信号処理部３３からのＢモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行う。スキャンコンバーター処理では、Ｂモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置５の表示方向に変換する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。また、画像処理部３４は、信号処理部３３からのＢモード用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、表示装置５における画像の表示レンジに応じたＢモード画像データを生成する。画像処理部３４は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
　整相加算部３５は、送受信部３２から入力したＲＦデータを整相加算する。図３は、エコー信号に対する処理を説明する図である。図３に示すように、超音波振動子７の各圧電素子は、サンプリング点ＳＰからの距離ｒに応じて時間的にずれた状態でエコー信号を受信する。受信したエコー信号は、送受信部３２からＲＦデータとして出力され、記憶部３９に一時記憶された後に、整相加算部３５に入力される。整相加算部３５は、距離ｒに応じて、ＲＦデータに適切な遅延をかけ、位相を揃えて加算し、整相加算された超音波受信信号を得る。整相加算部３５は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
　正相逆相加算部３６は、整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号とを、タイミングを一致させた上で加算した合成信号（以下において、「合成波」ともいう）を得る。図４は、一般的な、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを加算する様子を表す図である。図４の縦軸は振幅、横軸は時間である。図４に示すように、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを加算すると、一点鎖線で示す正相の基本波Ｗ１１と二点鎖線で示す逆相の基本波Ｗ２１とが互いに打ち消しあって除去される。一方、破線で示す正相の高調波Ｗ１２及び逆相の高調波Ｗ２２は、互いに強め合い、倍の振幅となる。その結果、理想的には高調波成分のみが残留する。
　しかしながら、実際には、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号には時間方向にずれが生じることがある。例えば、超音波送信信号を生成する際の半導体の応答が電圧の極性で異なる、超音波振動子７のインピーダンスが印加電圧の極性で異なる等の理由により、正相と逆相との超音波送信信号は、正相逆相加算部３６での正相と逆相とのタイミングの関係を一致させるための基準となる送受信部３２における各々の送信タイミングに対し時間方向にずれが生じる。そのため、正相と逆相との間には、意図しない相対的な時間方向のずれがあることになり、その各超音波送信信号によって生じた超音波による超音波受信信号の正相と逆相との間にも同様の意図しない時間方向のずれが生じることになる。その結果、合成信号において基本波成分が打ち消しきれずに残留してしまう。そこで、実施の形態１での正相逆相加算部３６は、整相加算後の正相の超音波受信信号と、整相加算後の逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算することにより、整相加算後の正相の超音波受信信号と、整相加算後の逆相の超音波受信信号との合成信号における基本波成分を残留させる強度、即ち、基本波成分の残留強度を最小にする。
　正相逆相加算部３６は、所定時間を設定する際（例えば、超音波観測装置３の製造時）に、送受信部３２が受信した正相の超音波エコーと送受信部３２が受信した逆相の超音波エコーとを複数の異なる時間ずらしてそれぞれ加算した複数の合成信号を算出し、複数の合成信号のうち基本波成分が最小である合成信号の算出の際にずらした時間（以下において、「基準ずらし量」という）を所定時間に設定し、記憶部３９に記憶する。
　図５は、正相の超音波エコーと逆相の超音波エコーとの時間のずらし量を変化させて加算した結果を周波数成分で表す図である。図５の縦線は超音波の振幅であり、横線は周波数（ＭＨｚ）である。図５には、正相の振幅と、ずらし量を－Δｔ、０、Δｔとした場合の合成信号の振幅を示した。実線で示す正相の振幅には基本波成分のピークＰＫ１が、実線以外で示す正相と逆相との加算結果（合成信号）の振幅には高調波成分のピークＰＫ２が表れる。図５では、基本波成分のピークＰＫ１と高調波成分のピークＰＫ２との差ΔＡが２８ｄＢである。一点鎖線で示す整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号との時間をずらさずに加算した場合、ピークＰＫ１に対応する基本波成分が残留していることを確認することができる。これに対して、破線で示す整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号との時間を－Δｔだけずらした場合、ピークＰＫ１に対応する基本波成分が高調波成分に対して十分弱くなる。なお、二点鎖線で示す整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号との時間をΔｔだけずらした場合、ピークＰＫ１に対応する基本波成分の残留量は時間をずらさない場合よりもさらに増大する。また、各線において、ピークＰＫ２に対応する高調波成分は強度がほとんど変わらない。なお、実線で示す整相加算後の正相の超音波受信信号の高調波成分の振幅は、加算を行っていないため他の線の半分の大きさである。
　ここで、整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号との位相がΔθずれた場合の正相逆相加算部３６の基本波の出力をＰＩｆとすると、ＰＩｆは正弦波の差として表すことができ、
ＰＩｆ∝ｓｉｎ（ωｔ＋Δθ／２）－ｓｉｎ（ωｔ－Δθ／２）＝－２×ｃｏｓ（ωｔ）×ｓｉｎ（Δθ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式１）
と表すことができる。これに対し、正相逆相加算部３６の高調波の出力をＰＩｈとすると、ＰＩｈは正弦波の和として表すことができ、
ＰＩｈ∝ｓｉｎ（２ωｔ＋Δθ／２）＋ｓｉｎ（２ωｔ－Δθ／２）＝２×ｓｉｎ（２ωｔ）×ｃｏｓ（Δθ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
と表すことができる。Δθがゼロに近似できる程度に小さい場合、ＰＩｆ及びＰＩｈを微分すると、
ｄＰＩｆ／ｄΔθ∝ｄｓｉｎ（Δθ）／ｄΔθ≒１　　　　　　　　　　　　（式３）
ｄＰＩｈ／ｄΔθ∝ｄｃｏｓ（Δθ）／ｄΔθ≒０　　　　　　　　　　　　（式４）
となる。従って、ＰＩｆは、Δθがゼロ近傍において、変動量はΔθに比例し、ＰＩｈは、Δθがゼロ近傍において、変動量はほぼゼロである。その結果、Δθがゼロ近傍においてＰＩｆの大きさ（正相逆相加算部３６が加算した合成信号の基本波成分の残留強度）を、ＰＩｈの大きさ（高調波成分の強度）に影響を与えずに、Δθによって制御することができる。さらに、位相差を時間差に換算することにより、整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号との時間のずらし量によって、正相逆相加算部３６が加算した合成信号の基本波成分の残留強度を制御することができる。
　正相逆相加算部３６は、図５に示すような複数のずらし量（Δｔ、０、－Δｔ）から－Δｔを所定時間に設定し、記憶部３９に記憶する。そして、正相逆相加算部３６は、観測時に記憶部３９から所定時間を読み出し、整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算後の逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する。ただし、正相逆相加算部３６は、観測開始時やフレーム毎、音線毎に、整相加算部３５から入力された整相加算後の正相の超音波受信信号と整相加算部３５から入力された整相加算後の逆相の超音波受信信号とを複数の異なる時間ずらしてそれぞれ加算した複数の合成信号を算出し、複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成信号の算出の際にずらした時間を所定時間に設定してもよい。
　また、所定時間は、整相加算部３５の出力である超音波受信信号のサンプリング周期Ｔｓより細かい分解能が必要となることがある。その場合は、特開平５－１５５３２号公報のように、整相加算部３５にて各圧電素子のＲＦデータのサンプリング値の時間方向の補間を行うときに、補間位置に所定時間を含ませることで、所定時間のずらしを実現できる。
　また、正相逆相加算部３６は、所定時間を深度に応じて異なる値に設定し、深度方向の少なくとも一点において、基準ずらし量を所定時間としてもよい。例えば、正相逆相加算部３６は、ユーザが入力部３７により入力した観測位置において基準ずらし量を所定時間に設定してもよい。図６は、深度と基本波成分及び高調波成分の強度との関係及び深度とずらし量との関係を表す図である。図６の線Ｌ１は深度方向における基本波成分の強度を示し、線Ｌ２は深度方向における高調波成分の推定した強度を示し、線Ｌ３は深度方向における正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とのずらし量を示す。図６に示すように、正相逆相加算部３６が正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを所定時間（基準ずらし量＝－Δｔ１）だけずらして加算することにより、観測位置Ｐにおいて基本波成分の残留強度を最小（略ゼロ）にすることができる。また、正相逆相加算部３６は、観測位置Ｐから深度が浅い位置に向かうほど、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とのずらし量（所定時間）を－Δθ２まで変化させ、基本波成分の残留強度をＩ１まで増大させる。換言すると、正相逆相加算部３６は、観測位置Ｐから深度が浅い位置に向かうほど、複数の合成信号のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を所定時間とする。同様に、正相逆相加算部３６は、観測位置Ｐから深度が深い位置に向かって、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とのずらし量をΔθ３まで変化させ、基本波成分の残留強度をＩ２まで増大させる。換言すると、正相逆相加算部３６は、観測位置Ｐから深度が深い位置に向かうほど、複数の合成信号のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を所定時間とする。超音波振動子７に近い領域及び遠い領域では、高調波成分の強度が弱いため、基本波成分の残留強度を増大させて超音波画像を補完するためである。なお、図６では、位相のずらし量を線形に変化させる例を示したが、これに限られず、ずらし量は所定の曲線に沿って変化させてもよく、離散的に変化させてもよい。また、正相逆相加算部３６は、位相をずらすことに加えて、深度に応じてゲインやフィルタ等の強度を調整してもよい。正相逆相加算部３６は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
　入力部３７は、キーボード、マウス、タッチパネル、トラックボール等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。入力部３７は、ユーザによる観測位置の入力を受け付ける。観測位置は、超音波画像内においてユーザが最も観測したい位置である。
　制御部３８は、内視鏡システム１全体を制御する。制御部３８は、演算及び制御機能を有するＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。制御部３８は、記憶部３９が記憶、格納する情報を記憶部３９から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部３８を信号処理部３３、画像処理部３４、整相加算部３５、又は正相逆相加算部３６と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。
　記憶部３９は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、及び内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。また、記憶部３９は、内視鏡システム１の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
　以上の構成を有する記憶部３９は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現される。
〔超音波観測装置の動作〕
　次に、超音波観測装置３の動作を説明する。図７は、実施の形態１に係る超音波信号処理装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、超音波観測装置３の入力部３７は、観測位置Ｐ（図６参照）及び基本波成分の残留強度Ｉ１、Ｉ２（図６参照）の入力を受け付ける（ステップＳ１）。
　図８は、観測位置の入力例を表す図である。図８に示すように、表示装置５に表示されているマーカＭの位置を、入力部３７に対する操作によって動かすことにより、ユーザは観測位置Ｐを設定する。図８の縦軸は、例えば超音波画像の輝度値により規定することができ、実線は基本波成分の輝度値を高調波成分のピークにおける輝度値で除算し、規格化した値である。また、一点鎖線は、最大値を１として規格化した高調波成分の輝度値を表す。観測位置Ｐにおいて、実線で示す基本波成分の輝度値が最小値（略ゼロ）になる。また、基本波成分の残留強度Ｉ１は１．０、残留強度Ｉ２は０．５に予め設定されているものとする。観測位置Ｐ及び基本波成分の残留強度Ｉ１、Ｉ２はあらかじめ設定され、記憶部３９に記憶されたものを用いてもよい。図８の横軸は、深度（ｃｍ）を表し、最も超音波振動子７に近い位置から表示レンジ値までが表示される。
　続いて、制御部３８は、超音波振動子７の各圧電素子に送信する超音波送信信号に対する遅延量を算出する（ステップＳ２）。具体的に、制御部３８は、超音波振動子７の圧電素子の位置に応じて適切な遅延量を算出する。
　さらに、制御部３８は、正相逆相加算部３６において、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを加算する際の時間のずらし量を算出する（ステップＳ３）。
　そして、制御部３８は、整相加算部３５の整相加算において、サンプリング点ＳＰからの距離ｒに応じて、超音波振動子７の各圧電素子から得たＲＦデータにかける遅延量を算出する（ステップＳ４）。ここで、所定時間が、サンプリング周期Ｔｓより細かい分解能が必要となる場合は、この遅延量に所定時間（正相と逆相との時間ずらし量）を含ませておく。
　その後、制御部３８は、入力部３７が測定開始に対応する所定の操作入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ５）。
　制御部３８が、入力部３７が測定開始に対応する所定の操作入力を受け付けていないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ５を繰り返す待機状態となる。
　一方、制御部３８が、入力部３７が測定開始に対応する所定の操作入力を受け付けたと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御部３８は、圧電素子の番号を表す変数ｎをｎ＝１に設定する（ステップＳ６）。
　続いて、送受信部３２は、制御部３８による制御のもと、超音波振動子７の各圧電素子に超音波送信信号を送信する（ステップＳ７）。
　さらに、送受信部３２は、超音波振動子７の各圧電素子からの超音波受信信号を受信する（ステップＳ８）。
　送受信部３２が受信したＲＦデータは、記憶部３９に記憶される（ステップＳ９）。
　続いて、制御部３８は、深度を表す距離ｒをｒ＝ｒ０に設定する（ステップＳ１０）。ｒ０は超音波振動子７の表面の半径である。
　そして、整相加算部３５は、距離ｒのサンプリング点ＳＰにおける整相加算を行う（ステップＳ１１）。
　その後、制御部３８は、距離ｒをｒ＝ｒ＋Δｒに設定する（ステップＳ１２）。
　さらに、制御部３８は、距離ｒが、ｒ＞Ｒであるか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御部３８が、距離ｒが、ｒ＞Ｒではないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り処理を継続する。すなわち、ステップＳ１０～Ｓ１３の処理により、超音波観測装置３は、距離ｒ０～ＲまでをΔｒの間隔で整相加算する。換言すると、超音波観測装置３は、距離ｒ０～Ｒのレンジで超音波画像を生成することができる。
　制御部３８が、距離ｒが、ｒ＞Ｒであると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御部３８は、正相及び逆相の双方において整相加算が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。
　制御部３８が、正相及び逆相のそれぞれにおいて整相加算が終了していないと判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御部３８は、正相と逆相とを切り替え（ステップＳ１５）、ステップＳ７に戻る。すなわち、超音波観測装置３は、正相の超音波の送受信を行って整相加算を行った後、逆相の超音波の送受信を行って整相加算を行う。
　制御部３８が、正相及び逆相のそれぞれにおいて整相加算が終了したと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、正相逆相加算部３６は、整相加算された正相の超音波受信信号と、整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する（ステップＳ１６）。ただし、ステップＳ４にて、所定時間のずらしが既に実現されている場合は、ここでずらす必要はない。
　その後、制御部３８は、変数ｎをｎ＝ｎ＋１に設定する（ステップＳ１７）。
　さらに、制御部３８は、変数ｎが、ｎ＞Ｎであるか否かを判定する（ステップＳ１８）。制御部３８が、変数ｎが、ｎ＞Ｎではないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ７に戻り処理を継続する。ここで、Ｎは、超音波振動子７が有する圧電素子の個数に対応する。従って、ステップＳ６～Ｓ１８の処理により、超音波観測装置３は、圧電素子の番号１～Ｎまでの全ての圧電素子の位置における整相加算された正相の超音波受信信号と、整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する。
　その後、超音波観測装置３は、正相逆相加算部３６の算出結果を用いて超音波画像を生成し、表示装置５に表示させる。図９は、超音波画像の一例を表す図である。図９に示すように、生成した超音波画像が表示装置５に表示される。超音波振動子７がコンベックス型の超音波振動子である場合、超音波画像の上方に超音波振動子７が位置する。図９に示す距離Ｒは、図８の横軸の幅（最も超音波振動子７に近い位置から表示レンジ値までの距離）に超音波振動子７の半径ｒ０を加えた値に対応する。このとき、図８において設定した観測位置Ｐ及び基本波成分の残留強度Ｉ１、Ｉ２の値を超音波画像と並べて表示してもよい。また、この画面において、マーカＭの位置をずらすことにより、観測位置Ｐを変更可能としてもよい。
　以上説明したように、実施の形態１によれば、正相逆相加算部３６が整相加算後の正相の超音波受信信号と、整相加算後の逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算することにより、ユーザが観測したい位置において基本波成分を最小とすることができるため、ユーザが観測したい位置において高調波成分により解像度の高い超音波画像を生成することができる。また、高調波成分の強度が小さい、超音波振動子７に近い領域及び遠い領域では、ユーザの入力等に応じて基本波成分の残留強度を増大させて、観測のしやすい超音波画像を生成することができる。このように、超音波観測装置３によれば、基本波成分の残留強度を容易に調整することができる。
　なお、正相逆相加算部３６で加算される、整相加算後の正相の超音波受信信号と、整相加算後の逆相の超音波受信信号との時間のずらし量は、予め設定した値や入力に応じた固定値であってよいが、ユーザが観測したい深さの指示、観測モード、受信した超音波受信信号の特性、又は超音波画像の解析等に応じて、フィードバック制御、予測制御、又はＡＩ（　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　）による制御により算出した値としてもよい。
　また、上述した実施の形態１では、正相の超音波と逆相の超音波との２回、超音波を送受信する例を説明したが、超音波を送受信する回数は特に限定されない。例えば、正相の超音波と逆相の超音波とを２回ずつ、計４回超音波を送受信してこれらを加算してもよい。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　１　内視鏡システム
　２　超音波内視鏡
　３　超音波観測装置
　４　内視鏡観察装置
　５　表示装置
　６　光源装置
　７　超音波振動子
　２１　挿入部
　２２　操作部
　２３　ユニバーサルコード
　２４　コネクタ
　３１　超音波ケーブル
　３２　送受信部
　３３　信号処理部
　３４　画像処理部
　３５　整相加算部
　３６　正相逆相加算部
　３７　入力部
　３８　制御部
　３９　記憶部
　４１　ビデオケーブル
　６１　光ファイバケーブル
　２１１　先端部
　２１２　湾曲部
　２１３　可撓管部
　２２１　湾曲ノブ
　２２２　操作部材
　２２３　処置具挿入口
　２４１　第１コネクタ部
　２４２　第２コネクタ部
　２４３　第３コネクタ部

Claims (7)

  1. 　超音波信号処理装置であって、
    　正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信する受信部と、
    　前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算する整相加算部と、
    　前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する正相逆相加算部と、
    　を備える超音波信号処理装置。
  2. 　記憶部を更に備え、
    前記正相逆相加算部は、
    　前記受信部が受信した前記正相の超音波受信信号と前記受信部が受信した前記逆相の超音波受信信号とを複数の異なる時間ずらしてそれぞれ加算した複数の合成波を算出し、
    　前記記憶部は、
    　前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する
    請求項１に記載の超音波信号処理装置。
  3. 　前記正相逆相加算部は、
    　前記所定時間を深度に応じて異なる時間に設定し、
    　前記記憶部は、
    　深度方向の少なくとも一点において、前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する
    請求項２に記載の超音波信号処理装置。
  4. 　観測位置を入力する入力部を更に備え、
    　前記正相逆相加算部において、
    　前記記憶部は、
    　前記入力された観測位置において、前記正相逆相加算部が、前記複数の合成波のうち基本波成分が最小である合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する
    請求項２に記載の超音波信号処理装置。
  5. 　前記正相逆相加算部において、
    　前記記憶部は、
    　前記観測位置から深度が浅い位置に向かうほど、前記複数の合成波のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶し、
    　前記観測位置から深度が深い位置に向かうほど、前記複数の合成波のうち基本波成分が大きい合成波の算出の際にずらした時間を前記所定時間として記憶する
    請求項４に記載の超音波信号処理装置。
  6. 　受信部が、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信し、
    　整相加算部が、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算し、
    　正相逆相加算部が、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算する超音波信号処理装置の作動方法。
  7. 　受信部が、正相の超音波受信信号と逆相の超音波受信信号とを受信し、
    　整相加算部が、前記正相の超音波受信信号、及び、前記逆相の超音波受信信号を、それぞれ整相加算し、
    　正相逆相加算部が、前記整相加算された正相の超音波受信信号と、前記整相加算された逆相の超音波受信信号とを、所定時間ずらして加算することを超音波信号処理装置に実行させる超音波信号処理装置の作動プログラム。
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