(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信フォーカス点の深さ方向の移動に伴って変化する重み付け関数に従って、複数の受信信号に対する重み付け処理を実行する重み付け処理部と、
前記重み付け処理された複数の受信信号に対する整相加算処理を実行する整相加算処理部と、
前記重み付け処理の前又は後の複数の受信信号の状態を表す複数のインデックスデータと、前記複数の受信信号に与えられる複数の重み値と、に基づいて、評価係数を求める評価係数演算部と、
前記評価係数に基づいて前記整相加算後の受信信号の利得が変更されるようにする利得可変部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記インデックスデータは、振幅値が正であるか又は負であるかを表す符号データである、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記評価係数演算部は、前記評価係数を演算するために、受信信号ごとに当該受信信号の符号データに基づいて当該受信信号に与えられる重み値に対して加算処理又は減算処理を適用する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記評価係数演算部は、
前記複数の重み値についての加減算処理により加減算処理結果値を求める手段と、
前記複数の重み値についての加算処理により加算処理結果値を求める手段と、
前記加算処理結果値を用いて前記加減算処理結果を規格化する手段と、
前記規格化後の値から前記評価係数を決定する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項２記載の装置において、
前記評価係数演算部は、前記評価係数を演算するために、受信信号ごとに当該受信信号に対する重み値に基づいて当該受信信号の符号データの加算処理の要否を判定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記評価係数演算部は、
前記重み値が所定条件を満たすか否かを判定する手段と、
前記重み値が所定条件を満たす場合に前記符号データを累積加算する手段と、
前記重み値が所定条件を満たす場合に前記符号データの絶対値を累積加算する手段と、
前記符号データの絶対値の累積加算結果を用いて前記符号データの累積加算結果を規格化する手段と、
前記規格化後の値から前記評価係数を決定する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記利得可変部は、前記規格化後の評価係数から利得を決定する非線形の換算関数を用いて利得を決定する、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記重み付け関数は、受信フォーカス点が深くなるに従って受信開口を増大させる関数である、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、
前記評価係数に対して平滑化を行う手段を含み、
前記平滑化後の評価係数に基づいて前記整相加算後の受信信号の利得が調整される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、不要信号（サイドローブ、グレーティングローブ、ノイズ等）を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像の画質を高めるためには、受信ビームフォーマにおいて、サイドローブ（side lobe）、グレーティングローブ（grating lobe）、雑音（ノイズ）などの不要信号（不要成分）を低減することが望まれる。そのような不要成分低減技術が非特許文献１に記載されている。
【０００３】
先に一般的な技術について説明すると、受信ビームフォーマでは、フォーカシングのため、複数の信号素子からの複数の受信信号が整相処理(遅延処理)され、その後に、それらが加算される。加算後において、ＲＦ信号としてのビームデータが得られる。ビームデータは超音波画像の形成で用いられるものである。フォーカス点からの反射波であれば、遅延処理後の複数の受信信号間では位相(時相)が揃っているため、加算後において振幅の大きいＲＦ信号が得られる。これに対して、フォーカス点以外の所からの反射波の場合、複数の受信信号間で位相が一致していないため、振幅の低いＲＦ信号が観測される。換言すれば不要信号（サイドローブ成分）がより多く観測されることになる。
【０００４】
非特許文献１に記載された技術は、上記の位相関係に着目し、不要成分を低減するものである。図１には、非特許文献１の図７に記載された構成が示されている。複数の受信信号は位相を合わせるために複数の遅延器１０に入力され、そこで遅延処理される。遅延処理後の複数の受信信号は加算器１２において加算される。その出力はＲＦ信号としてのビームデータである。この信号処理の流れとは別に、符号加算器１４において、複数の受信信号が有する複数の符号（sign-bit）データが加算される。この例では、符号としては１（正）又は−１（負）しかない。チャンネル数（Ｎ個）分の符号データが加算され、この加算値ＳＢがＳＣＦテーブル１６に入力され、ＳＣＦテーブルから評価係数ＳＣＦ (Sign Coherence Factor)が出力される。ＳＣＦがＲＦ信号（ビームデータ）に乗算され、これにより利得が調整される。ＳＣＦは以下のように演算される。Ｐは所定の指数である。
【０００５】
【数１】
0005396242.tif 000002
【０００６】
ＳＣＦは０〜１の値をもつものである。全てのチャンネルの位相が揃っていれば(フォーカス点の場合)、ＳＢ2＝Ｎ2となり、ＳＣＦは最大値１となる。雑音であれば極性がランダムとなるので、ＳＣＦは０に近づく。このように真の成分のＳＣＦに対して不要成分のＳＣＦは相対的に小さくなる。サイドローブ、グレーティングローブと言われる不要成分の場合にもＳＣＦが小さくなる。よって、ＳＣＦを受信信号に乗算することにより、利得を調整して、真の成分を保存しつつ不要成分を抑圧することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Camacho,et al, "Phase Coherence Imaging", IEEE trans. UFFC, vol.56, No.5, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、超音波診断装置では、複数の受信信号に対する重み付け処理（アブダイゼーション；apodization）が一般的に実行される。これもサイドローブ等を低減する技術である。非特許文献１の技術によると、この重み付け処理が不要になるとも言える。しかし、非特許文献１の技術は確率的又は統計的に基づく手法であり、一方、重み付け処理は理論的に基づく手法であるから、両手法は異なる性質をもつものである。非特許文献１には、重み付け処理との組み合わせについては記載されていない。非特許文献１に記載された方式（符号加算方式）と重み付け処理とを旨く組み合わせた、あるいは、両者の相乗効果を期待できる構成の実現が期待される。
【０００９】
本発明の目的は、従来法よりも不要信号の低減効果を高めることにある。
【００１０】
本発明の目的は、複数の不要信号低減法をそれぞれの良さを生かしながら複合化し更に発展させることにより新しい不要信号処理方式を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る超音波診断装置は、受信フォーカス点の深さ方向の移動に伴って変化する重み付け関数に従って、複数の受信信号に対する重み付け処理を実行する重み付け処理部と、前記重み付け処理された複数の受信信号に対する整相加算処理を実行する整相加算処理部と、前記重み付け処理の前又は後の複数の受信信号の状態を表す複数のインデックスデータと、前記複数の受信信号に与えられる複数の重み値と、に基づいて、評価係数を求める評価係数演算部と、前記評価係数に基づいて前記整相加算後の受信信号の利得が変更されるようにする利得可変部と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、複数の受信信号の状態を示す複数のインデックス信号と、複数の重み値とから評価係数が求められ、評価係数に基づいて受信信号の利得が変更される。つまり、複数の受信信号に与えられる複数の重み値が各受信信号の個別的な寄与度、影響度、重要度を表すことから、それを考慮することにより、不要信号を抑圧するための評価係数を適切に求めることができる。望ましくは、前記インデックスデータは、振幅値が正であるか又は負であるかを表す符号データである。もっとも、インデックスデータが受信信号レベルが閾値以上か否かを示す値等であってもよい。重み値が正だけではなく負もとり得る場合には、重み付け処理前の受信信号の符号を参照するのが望ましい。受信フォーカス点は受信ダイナミックフォーカス法に従って動的に変更される。
【００１３】
上記構成によれば、インデックスデータの一様性あるいはランダム性を評価する際に、重み値を考慮することができ、つまり、より重要な受信信号についてはそれを評価係数演算でより考慮できるから、個々の不要成分低減法では実現できないような大幅な不要成分低減効果を得ることが可能となる。つまり、２つの不要成分低減法の相乗関係あるいは補間関係を旨く使って超音波画像の画質を高められるのである。条件次第では大幅な画質改善効果を得られることが実験により確認されている。
【００１４】
望ましくは、前記評価係数演算部は、前記評価係数を演算するために、受信信号ごとに当該受信信号の符号データに基づいて当該受信信号に与えられる重み値に対して加算処理又は減算処理を適用する。加算処理はそれまでに求められた値に今回の重み値を加える処理であり、減算処理はそれまでに求められた値から今回の重み値を引く処理である。望ましくは、前記評価係数演算部は、前記複数の重み値についての加減算処理により加減算処理結果値を求める手段と、前記複数の重み値についての加算処理により加算処理結果値を求める手段と、前記加算処理結果値を用いて前記加減算処理結果を規格化する手段と、前記規格化後の値から前記評価係数を決定する手段と、を含む。規格化を行えば信号の大小によらない自然な不要成分低減効果を期待できる。加算処理結果値は、望ましくは、各重み値の絶対値を累積加算した値である。
【００１５】
望ましくは、前記評価係数演算部は、前記評価係数を演算するために、受信信号ごとに当該受信信号に対する重み値に基づいて当該受信信号の符号データの加算の要否を判定する。望ましくは、前記評価係数演算部は、前記重み値が所定条件を満たすか否かを判定する手段と、前記重み値が所定条件を満たす場合に前記符号データを累積加算する手段と、前記重み値が所定条件を満たす場合に前記符号データの絶対値を累積加算する手段と、前記符号データの絶対値の累積加算結果を用いて前記符号データの累積加算結果を規格化する手段と、前記規格化後の値から前記評価係数を決定する手段と、を含む。
【００１６】
望ましくは、前記利得可変部は、前記規格化後の評価係数から利得を決定する非線形の換算関数を用いて利得を決定する。望ましくは、前記重み付け関数は、受信フォーカス点が深くなるに従って受信開口を増大させる関数である。望ましくは、前記利得可変部は、前記評価係数に対して平滑化を行う手段を含み、前記平滑化後の評価係数に基づいて前記整相加算後の受信信号の利得が調整される。平滑化を行えば滑らかな不要成分抑圧作用を期待できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来法よりも不要信号の低減効果を高められる。あるいは、複数の不要信号低減法をそれぞれの良さを生かしながら複合化し更に発展させることにより新しい不要信号処理方式を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の受信部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る超音波診断装置の受信部の構成を示すブロック図である。
【図３】重み付け関数の深さ方向への変化を示す図である。
【図４】受信部の第２例を示す図である。
【図５】受信部の第３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図２には、超音波診断装置の受信部の構成が示されている。符号２０は受信ダイナミックフォーカスを実行する受信ビームフォーマーを示している。複数の受信信号は複数のＡ／Ｄ変換器２２に入力される。これによりアナログ受信信号がデジタル受信信号に変換される。ここで先頭ビットが符号ビットに相当する。デジタル処理後の複数の受信信号は複数の遅延器２４に入力され、そこで遅延処理される。遅延処理後の複数の受信信号が複数の乗算器２６を経て加算器３０において加算される。この加算により整相加算後の受信信号（ビームデータ）がＲＦ信号として出力される。複数の乗算器２６は重み付け処理のための回路であり、各乗算器２６において重み値が受信信号に乗算される。複数の重み値を決定するのが重み付け関数であり、当該関数は関数発生部２８から出力される。
【００２１】
図３に示すように、重み付け関数は、受信フォーカス点が深くなればなるほど、受信開口を大きくする関数である。符号４２は中心線を示している。符号４０はアレイ振動子を表しており、それは複数の振動素子により構成される。符号４４〜５２は重み付け関数の例を示している。受信フォーカス点が深くなればなるほど、その関数形は広がっている。このような重み付け処理は不要信号の抑圧を行うためのものであるが、それだけでは超音波画像の画質を十分に高めることができない場合があった。
【００２２】
図２に戻って、符号１００は利得制御部を示している。それは、重み加減算器３２、重み加算器３４、評価係数算出部３６、平滑化回路３７、乗算器３８を含む。重み加減算器３２には、この例では、重み付け処理後の複数の受信信号から取り出された複数の符号データ（インデックスデータ）が入力されている。また、複数の受信信号に与える複数の重み値が入力されている。個々のチャンネル（つまり受信信号）ごとに、符号データが＋１であるか、−１であるかが判別され、＋１であれば重み値の加算処理が実行され、−１であれば重み値の減算処理が実行される。従来においては、＋１又は−１の加算が行われていたわけであるが、本実施形態によれば、重み値を利用して符号の正負を積極的に利用することができるのである。あるいは、より重要な受信信号についてはより考慮することが可能となる。仮に、複数の受信信号間において位相に一様性が認められる場合、加減算の結果として正又は負の大きな値が得られる。逆に、複数の受信信号間において位相に多様性が認められる場合、加減算の結果として正又は負の小さな値が得られる。重み関数によって加減算の結果が相違することになるので、加減算の結果を重み値の総和で除するのが望ましく、つまり規格化処理を施すのが望ましい。重み値の総和は重み加算器３４において演算され、規格化演算は評価係数算出部３６において実行されている。この評価係数算出部３６は具体的には以下の演算を行うものである。なお、Ａは重み加減算器３２の出力である加減算値を示している。
【００２３】
【数２】
0005396242.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｎはチャンネル数を示しており、ｂは各チャンネル受信信号の符号データ(＋１又は−１)を示しており、ａは各チャンネルにおける重み値を示している。加減算値Ａは規格化によって0 〜１の値をもつ。それから評価係数Ｓを求めるには、以下のような非線形関数（あるいは単調増加関数）を用いればよい。Ｓも0 〜１の間の値をもつ。
【００２５】
【数３】
0005396242.tif 000004
【００２６】
ここで、ｎはｎ≧0であり、Ａに対するＳの変化度合いを調整するものである。また、式(4)のｈは０〜１の間で設定でき、Ｓに対してベース値又はオフセット値を与えるものである。なお、ｎ＝０又はｈ＝１にすれば、Ｓ＝１となり、不要成分を低減しない従来法の状態になる。すなわち、ｎとｈの値の可変により、不要成分の低減度や形成画像の質感を調整できる。
【００２７】
図２において、評価係数算出部３６は、(1)式を実行して評価係数Ｓを算出する。但し、図２の構成では画質改善が滑らかに行われるように評価係数Ｓを平滑化する平滑化回路３７が設けられている。すなわち、評価係数Ｓを深さ方向(時間)に平滑化し、それが整相加算されたＲＦ信号に乗算される。この平滑化は、ＦＩＲ型又はＩＩＲ型のローパスフィルタによって構成することができ、Ｓの統計的変動を緩和できる。
【００２８】
なお、重み付け関数は、通常、ガウスやハニングなどの窓関数をベースとして生成されるものである。深さに依存して窓幅(開口長)と窓関数が変化するが、そのような変化が受信ビーム毎に変わらなければ、(1)式中の右辺の分母をテーブル化することができる。
【００２９】
上記構成は、基本波の送受信の他、ハーモニック・イメージング、ドプラ・モード等にも適用できる。また、二次元アレイ振動子を用いた多方向同時受信方式にも適用できる。
【００３０】
次に、図４及び図５を用いて他の実施形態について説明する。なお、図２に示した構成と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
図４においては、重み加減算器３２に対して、重み付け処理前の複数の受信信号が有する複数の符号データが入力されている。この構成によれば、重み付け関数がマイナス符号を部分的にもったものであっても、そのような符号反転に影響されずに評価係数を演算することができる。
【００３２】
図５においては、図４の構成と同じく、重み付け処理前の複数の受信信号が有する複数の符号データが利用されているが、それらは比較回路５４に入力されている。比較回路５４は、各チャンネルごとに、重み値が閾値＋Ｈ以上又は−Ｈ以下である場合に限り、符号データをそのまま出力するものである。具体的には、重み値が閾値＋Ｈよりも大きければあるいは−Ｈよりも小さければ符号データがそのまま出力され、重み値が閾値＋Ｈと−Ｈとの間にあれば０が出力される。つまり、比較回路５４の出力は三値（＋１，０，−１）をとる。その出力ｂが加算器５６で加算され、その加算値が評価係数算出部３６へ出力される。一方、絶対値加算器５８においては、比較回路５４の出力の絶対値を累積加算し、その加算値Ｍを規格化のために評価係数算出部３６へ出力する。評価係数算出部３６は以下のような演算を行う。
【００３３】
【数４】
0005396242.tif 000005
【００３４】
図５の構成によれば、重みが小さい場合にはそれを評価対象から除外して、それ以外の場合において符号ビットを考慮して一様性と多様性の違いを利得の決定に反映させることができる。例えば、重み値が０〜１．０の範囲をとる場合において、Ｈを０．３に設定すれば、重み付け関数のピークから約−１０ｄＢ以内のチャンネルについてだけその符号ビットを参酌することができる。
【符号の説明】
【００３５】
２０  受信ビームフォーマー、２６  乗算器、２８  関数発生部、３２  重み加減算器、３４  重み加算器、３６  評価係数算出部、３７  平滑化回路、３８  乗算器。
【図１】
0005396242.tif 000006
【図２】
0005396242.tif 000007
【図３】
0005396242.tif 000008
【図４】
0005396242.tif 000009
【図５】
0005396242.tif 000010