(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームの電子セクタ走査を実行する超音波診断装置において、
前記電子セクタ走査の中央ビーム方位を中心としてそこからビーム走査方向の両側に広がるノイズキャンセル部分範囲を設定する設定手段と、
前記電子セクタ走査に従って超音波ビームを走査する場合における当該超音波ビームの方位又はフォーカス点が前記ノイズキャンセル部分範囲内に含まれる場合に現時点がノイズキャンセル期間内であると判定する判定手段と、
前記現時点が前記ノイズキャンセル期間内であると判定された場合において、超音波の送受波によって得られた受信信号に対して、電磁ノイズが含まれる参照信号を用いてノイズキャンセル処理を施すノイズキャンセル手段と、
を含み、
前記ノイズキャンセル部分範囲は前記超音波ビームの電子セクタ走査により形成されるビーム走査面の一部をなす二次元領域である、
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、
前記ノイズキャンセル部分範囲は前記超音波ビームの電子セクタ走査により形成されるビーム走査面の一部をなすセクタ状の二次元領域である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記ノイズキャンセル部分範囲は所定深度よりも深い二次元領域であり、
前記ノイズキャンセル部分範囲のビーム走査方向の幅が深さ方向に可変設定された、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
体腔内に挿入されるプローブを含み、
前記プローブは、
超音波を送受波する複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子に接続され、送信信号及び受信信号を伝送する複数の信号線と、
電磁ノイズを観測するためのダミー振動子と、
前記ダミー振動子に接続されたダミー信号線と、
を含み、
前記参照信号は前記ダミー信号線の出力信号である、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、
前記超音波ビームは送信ビーム及び受信ビームにより構成され、
前記設定手段は、各送信ビーム方位で送信ビームを形成するための送信ディレイデータ、及び、各受信ビーム方位で受信ビームを動的に形成するための受信ディレイデータ、の内の少なくとも１つに基づいて、前記ノイズキャンセル部分範囲を設定する、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、センターノイズのキャンセル処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波ビームの電子走査方式として電子セクタ走査が周知である。電子セクタ走査においては、複数の振動素子に供給される複数の送信信号に対して、それぞれ、送信フォーカス点の空間的位置に応じた遅延時間が与えられる。同様に、複数の受信信号に対しても受信フォーカス点に応じて遅延時間が与えられる。但し、受信時には一般に受信ダイナミックフォーカスが適用されて、各受信信号に対する遅延時間が動的に可変される。いずれにしても、超音波ビームの偏向角度の大小によって、適用される遅延時間カーブ（ディレイカーブ）が異なり、偏向角度が大きいほど、複数の振動素子の全体として大きな変化をもった遅延時間カーブが利用される。逆に言えば、ビーム偏向角度がゼロであるセンター位置の場合、あるいは、その近傍においては、複数の振動素子に与えられる複数の遅延時間が相互間において大差ないものとなる。
【０００３】
以上から、電子セクタ走査が適用される場合、扇状の超音波画像上において、中心線近傍にセンターノイズと称される特有のノイズ集団が生じる（特許文献１参照）。これを具体的に説明する。複数の受信信号に対して同じタイミングで電磁ノイズが入り込むと、整相加算処理後のビームデータにおいても電磁ノイズが現れる。その際、ビーム偏向角度が大きければつまり遅延時間カーブが大きな変化をもっていれば、それぞれの電磁ノイズの発現位置が分散化され、超音波画像において電磁ノイズはあまり目立たない。一方、ビーム偏向角度が小さく（特にゼロ付近で）遅延時間カーブが小さな変化しかもっていない場合、それぞれの電磁ノイズの発現位置が密集して、超音波画像上において、中心線付近にノイズ集団が生じる。これは特に中心線における深い領域において顕著となる。図７には電子セクタ走査により形成された断層画像２００上に現れたセンターノイズ２０２が模式的に示されている。電子セクタ走査においては深い部位ほどビーム間の間隔が大きくなり、深い部位ほど補間画素数が多くなるため、ノイズも不必要に強調されてしまうものと考えられる。
【０００４】
ノイズの発生源としては、例えば手術中に使用される各種の機器をあげることができる。特に電気メスは大きなノイズを生じさせることが知られている。もちろん、それ以外の機器もノイズの発生源になり得る。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２１２２６４号公報
【特許文献２】特開平６−６３０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子セクタ走査においては、超音波画像の画質を高めるために上記センターノイズを効果的に除去又は低減することが望まれる。特許文献２には電磁ノイズをキャンセルする技術が開示されいるが、センターノイズに着目した処理ではなく、ノイズキャンセルが常時行われるために、場合によっては不必要な部分まで処理されてしまい、かえって画質が低下してしまうことが危惧される。
【０００７】
本発明の目的は、電子セクタ走査において発生するセンターノイズを効果的に除去又は低減することにある。特に、センターノイズに対して局所的な対処を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、超音波ビームの電子セクタ走査を実行する超音波診断装置において、前記電子セクタ走査の中央ビーム方位を中心としてそこからビーム走査方向の両側に広がるノイズキャンセル部分範囲を設定する設定手段と、前記電子セクタ走査に従って超音波ビームを走査する場合における当該超音波ビームの方位又はフォーカス点が前記ノイズキャンセル部分範囲内に含まれる場合にノイズキャンセル期間内を判定する判定手段と、前記ノイズキャンセル期間内において、超音波の送受波によって得られた受信信号に対して、電磁ノイズが含まれる参照信号を用いてノイズキャンセル処理を施すノイズキャンセル手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置に関する。
【０００９】
上記構成によれば、電子セクタ走査において、超音波ビームの方位又はフォーカス点がノイズキャンセル部分範囲内に入ると、ノイズキャンセル期間内であると判定されて、その期間内においては、参照信号を利用して受信信号に含まれる電磁ノイズの除去処理が実行される。よって、超音波画像全体に対して常にノイズキャンセル処理が適用されるのではなく特定の部分範囲だけについてノイズキャンセル処理が施されるので、それ以外の部分について不必要にノイズキャンセル処理が施されて画質が劣化してしまうことを防止できる。判定基準の候補となる超音波ビームの方位は送信ビーム方位又は受信ビーム方位であり、また、判定基準の候補となる超音波ビームのフォーカス点は送信フォーカス点又は受信フォーカス点である。ダミー信号線から出力された電磁ノイズを表す信号、心電信号における電磁ノイズ成分等を参照信号としてもよい。複数の受信信号に対して個別的にノイズキャンセル処理を施した上で、それらの受信信号に対して整相加算処理を適用するのが望ましい。
【００１０】
望ましくは、前記ノイズキャンセル部分範囲は前記超音波ビームの電子セクタ走査により形成されるビーム走査面の一部をなすセクタ状の二次元領域である。この構成によれば、制御が簡便となる。望ましくは、前記ノイズキャンセル部分範囲は所定深度よりも深い二次元領域であり、前記ノイズキャンセル部分範囲のビーム走査方向の幅が深さ方向に可変設定される。この構成によればノイズキャンセルの要否をきめ細かく制御できる。
【００１１】
望ましくは、体腔内に挿入されるプローブを含み、前記プローブは、超音波を送受波する複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子に接続され、送信信号及び受信信号を伝送する複数の信号線と、電磁ノイズを観測するためのダミー振動子と、前記ダミー振動子に接続されたダミー信号線と、を含み、前記参照信号は前記ダミー信号線の出力信号である。
【００１２】
望ましくは、前記超音波ビームは送信ビーム及び受信ビームにより構成され、前記設定手段は、各送信ビーム方位で送信ビームを形成するための送信ディレイデータ、及び、各受信ビーム方位で受信ビームを動的に形成するための受信ディレイデータ、の内の少なくとも１つに基づいて、前記ノイズキャンセル部分範囲を設定する。この場合、中央ビームについてのディレイデータ（例えばディレイ量ゼロ）と、個々のビームについてのディレイデータと、の間でチャンネルごとにディレイ量の差分（望ましくは絶対値）を演算し、その差分の総和を求め、その総和が所定値以下の場合に、つまりセンター付近であるとみなせる場合に、ノイズキャンセル部分範囲であると定めることができる。更に、深さ方向にノイズキャンセル部分範囲の幅が動的可変されるように構成するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、電子セクタ走査において発生するセンターノイズを効果的に除去又は低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の要部構成がブロック図として示されている。この超音波診断装置は、経食プローブを有し、食道において超音波の送受波を行って心臓に対する超音波診断を行う装置である。もちろん、本発明は他のタイプの超音波診断装置に対しても適用可能である。
【００１６】
プローブ１０は、上記の経食プローブであり、その挿入管内には複数の信号線１２，１４が設けられている。図示される複数の信号線１２は送信信号及び受信信号を伝送するための本来の信号線であり、信号線１４は電磁ノイズを伝送するためのダミー信号線である。挿入管の先端にはプローブヘッドが設けられ、そのプローブヘッド内には１Ｄアレイ振動子が設けられている。１Ｄアレイ振動子は複数の振動素子１６により構成される。１Ｄアレイ振動子により超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。本実施形態では、電子走査方式は電子セクタ走査である。
【００１７】
複数の振動素子１６にはそれぞれ信号線１２が接続されている。一方、ダミー信号線１４の先端には、振動素子１６と電気的に等価な（同様の電気的インピーダンスをもった）キャパシタ１８が接続されている。このキャパシタ１８はプローブヘッド内において外部機器、特に電気メスからの電磁ノイズを受信するセンサとして機能する。同様に、ダミー信号線１４も電磁ノイズを受信するセンサとして機能する。本実施形態においては、このようにダミー振動素子であるキャパシタ１８及びダミー信号線１４によって外部からの電磁ノイズが体内で観測されている。心電信号等に含まれる電磁ノイズを利用してノイズキャンセル処理を行うことも可能である。
【００１８】
複数の送信器２２はそれぞれ波形発生器であり、そこから出力された送信信号がアンプ２４を介して、さらにスイッチ２０を介して、対応する信号線１２へ送られる。各アンプ２４は送信アンプであり、それは電力増幅を行うものである。各スイッチ２０は送信時において信号線１２を送信器に接続し、受信時において信号線１２を受信器へ接続する回路である。複数の送信器２２及び複数の送信アンプ２４はそれら全体として送信ビームフォーマを構成するものである。
【００１９】
一方、受信ビームフォーマの構成について説明すると、各信号線１２からの受信信号は各スイッチ２０を介して、さらに各差動アンプ２６を介して、対応するＡ／Ｄ変換器３０に送られている。各Ａ／Ｄ変換器３０の後段には図示されていないメモリ等が設けられており、メモリから読み出された複数の受信信号が加算器３２において加算される。すなわち、そのような整相加算処理によって受信ビームが構成され、加算器３２からビームデータとしての整相加算後の受信信号が出力される。
【００２０】
本実施形態においては、各チャンネルごとにすなわち各信号線１２ごとに図示されるように差動アンプ２６が設けられている。この差動アンプ２６はノイズキャンセル処理を実行するものであり、以下に説明するように、特定されたキャンセル期間内において生成されるキャンセル信号１０６を用いて、受信信号に含まれるノイズ成分を除去するものである。具体的には、キャンセル信号１０６は電磁ノイズそのものにより構成され、受信信号中に含まれる電磁ノイズが、キャンセル信号１０６によって打ち消される。
【００２１】
ノイズキャンセル制御部４４は、ノイズキャンセル期間を表すゲート信号１０２を生成する。本実施形態ではセクタ状の走査面における中央部の領域（センターノイズが発現する領域）がノイズキャンセル部分領域として定められており、送受信の基準座標（ビーム方位、フォーカス点）が当該ノイズキャンセル部分範囲内に入った場合に、時間軸上においてノイズキャセル期間が判定される。
【００２２】
スイッチ部３３は、図示されるように２つのスイッチ回路３４，３６とアンプ４２とを含むものである。アンプ４２はインピーダンス変換を行うための回路である。スイッチ回路３４，３６はゲート信号１０２がノイズキャンセル期間を表す場合において（つまりＨＩの場合に）オン動作し、ダミー信号線１４から出力される信号１０４をアンプ４２の入力へ接続する。これにより、その信号１０４がキャンセル信号１０６として各差動アンプ２６へ送られることになる。一方、ゲート信号１０２がノイズキャンセル期間外を表している場合、スイッチ回路３４，３６はダミー信号線１４及びアンプ４２の入力側をグランドに接続し、ノイズキャンセル処理が行われないようにする。すなわち、キャンセル信号１０６は実質的に出力されず、これによってノイズ発生部位以外において不必要に受信信号のキャンセル処理が行われてしまう問題が効果的に防止されている。すなわち、本実施形態においては、ノイズキャンセル処理を常時行うことによる問題を解消するために、ノイズキャンセル部分範囲を表すゲート信号を生成しており、ノイズキャンセル期間内においてだけ局所的にノイズキャンセル処理が行われている。なお、ノイズキャンセル部分領域内では、先の送信期間において各スイッチ２０が送信器を選択している場合においてスイッチ部３３を先行してオン動作させるように構成してもよい。
【００２３】
図２には、図１に示したノイズキャンセル制御部４４の具体例が示されている。ノイズキャンセル制御部４４は、図２に示される構成例において、ノイズキャンセルテーブル５０とテーブル作成部５２とで構成されている。テーブル作成部５２は、ノイズキャンセルテーブル５０の内容を演算によって求めるものであり、その入力には送受信データを含む各種の条件が入力されている。このテーブル作成部５２はＣＰＵ及び動作プログラムによって構成されてもよい。例えば、電子セクタ走査における中央の送信ビームについてのディレイデータと、個々の送信ビームについてのディレイデータと、の間でチャンネル単位でディレイ量の差分を演算し、その差分の総和が所定値以下の場合にノイズキャンセル対象としてのビームを判定するようにしてもよい。すなわち、センターノイズは図７に示したように電子セクタ走査における中央部分特にその下方に発現するため、その部分をビーム走査方向における部分範囲として特定するものである。もちろん、深さ方向にノイズキャンセル部分範囲のビーム走査方向の幅を動的に可変するようにしてもよい。テーブル作成部５２によって作成されたテーブルデータは上述したようにノイズキャンセルテーブル５０に書き込まれる。ノイズキャンセルテーブル５０においては、ビーム走査に伴ってビームアドレスθが入力され、そのθがノイズキャンセル部分範囲内に属する場合にゲート信号１０２が出力される。ちなみに、ノイズキャンセル部分範囲がビーム方向θ及び深さｒとで定義される場合には、それらの入力パラメータがノイズキャンセル部分範囲に属する場合にゲート信号１０２が出力されることになる。
【００２４】
ノイズキャンセルテーブル５０の一例が図３に概念的に示されている。送信ビームの方位として１番からｎ番までが定められており、ノイズキャンセル部分範囲６０はビーム走査方向におけるｊ番からｋ番までの範囲として定義されている。すなわち当該ノイズキャンセル部分範囲６０に送信ビーム方向が該当する場合には受信信号に対するノイズキャンセル処理が施される。つまり、図１に示したように各差動アンプ２６において、各受信信号に含まれる電磁ノイズがキャンセル信号１０６によって打ち消される。ちなみに、図３において、符号６２及び符号６４はノイズキャンセル部分範囲以外の範囲を表しており、その範囲内においてはノイズキャンセル処理は実行されない。これによりセンターノイズが発生する可能性が低い領域において不必要にノイズキャンセル処理が行われて画質が劣化してしまう問題を未然に防止できるという利点が得られる。
【００２５】
図４には、ノイズキャンセル処理を行う場合におけるタイミングチャートが示されている。（Ａ）はフレームトリガ信号を表しており、この信号により１フレームが規定される。（Ｂ）には各ビーム方向ごとに生成されるライントリガ信号つまり送信トリガが示されている。（Ｃ）にはビームカウンタの値すなわちθの内容が示されている。そして、（Ｄ）にはゲート信号が示されており、その信号がＨＩの状態においてノイズキャンセル処理が実行される。そのＨＩの状態はセンターノイズの発生期間を表すものであり、換言すれば、ノイズキャンセル部分範囲に相当するものである。
【００２６】
図５及び図６には他の例が示されている。図５においては、ノイズキャンセル部分範囲６６が電子セクタ走査におけるビーム走査領域の中央部分に設定されているが、送受信原点に近い領域についてはノイズキャンセル対象外となっており、中央部における下方にだけノイズキャンセル部分範囲６６が設定されている。それ以外の領域６８はノイズキャンセル処理が行われない領域である。このような構成が採用される場合、図６に示すような動作が実行される。ここで、図６において（Ａ）〜（Ｄ）に示した各信号は、図４において示した（Ａ）〜（Ｄ）に示した信号と同一である。注目すべきことは、（Ｄ）に示されるゲート信号において、ビーム走査方向における一定の範囲内において、しかも一定の深さ範囲内において有効なゲート期間が設定されているということである。このような構成によれば、センターノイズの発生確率が高い領域だけにノイズキャンセル部分範囲を設定することができるので、送信原点つまりプローブに近い領域について不必要にノイズキャンセル処理が適用されてしまうことによる問題を未然に防止することができる。図５及び図６に示す構成が採用される場合、受信ビームにおける受信フォーカス点のビームアドレス及び深さに基づいてノイズキャンセル処理の要否を判断するのが望ましい。一般に、受信時においては受信ダイナミックフォーカスが適用され、すなわち受信ビーム軸上において送受信原点から深い方向に動的に受信ダイナミックフォーカス点のスキャンが実行されるため、そのような受信ダイナミックフォーカス点の位置に応じてノイズキャンセル処理の要否を判断するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示すノイズキャンセル制御部の具体的な構成例を示す図である。
【図３】ノイズキャンセル部分範囲の一例を示す図である。
【図４】図３に示すノイズキャンセル部分範囲が適用される場合における回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】他のノイズキャンセル部分範囲を示す図である。
【図６】図５に示したノイズキャンセル部分範囲が適用される場合における回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】センターノイズを説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  プローブ、１２  信号線、１４  ダミー信号線、１６  振動素子、１８  ダミー振動素子（キャパシタ）、２０  スイッチ、２２  送信器、２６  差動アンプ、３３  スイッチ部、３４，３６  スイッチ回路、４４  ノイズキャンセル制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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