(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する複数の振動素子と、
前記複数の振動素子からの複数の素子受信信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段と、
前記遅延処理後の複数の素子受信信号の加算処理により受信信号を生成する加算処理手段と、
前記遅延処理後且つ前記加算処理前の複数の素子受信信号の状態を表す複数のインデックスデータと、送信フォーカス点から受信フォーカス点までの距離と、に基づいて、前記加算処理後の受信信号に含まれる不要信号成分を抑圧する処理を実行する抑圧処理手段と、
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１又は２記載の装置において、
前記抑圧処理手段は、前記送信フォーカス点から前記受信フォーカス点までの距離が大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用が弱まるようにする、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、
前記抑圧処理手段は、前記送信フォーカス点から前記受信フォーカス点までの距離が大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用が弱まるようにし、且つ、前記受信フォーカス点の深さが大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用を弱まるようにする、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記抑圧処理手段は、前記受信信号に対して乗算される利得係数を演算する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
超音波を送受波する複数の振動素子と、
前記複数の振動素子からの複数の素子受信信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段と、
前記遅延処理後の複数の素子受信信号の加算処理により受信信号を生成する加算処理手段と、
前記遅延処理後且つ前記加算処理前の複数の素子受信信号の状態を表す複数のインデックスデータ、送信フォーカス点及び受信フォーカス点に基づいて、前記加算処理後の受信信号に含まれる不要信号成分を抑圧する処理を実行する抑圧処理手段と、
を含み、
前記抑圧処理手段は、
前記複数のインデックスデータに基づいて前記複数の素子受信信号のばらつき度合いに応じて変化する第１係数を生成する第１係数生成部と、
前記送信フォーカス点及び前記受信フォーカス点に基づいてそれらに応じて変化する第２係数を生成する第２係数生成部と、
前記第１係数及び前記第２係数に基づいて前記受信信号に対して乗算される利得係数を演算する利得係数演算部と、
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５又は６記載の装置において、
前記利得係数の一次元平滑化又は二次元平滑化を実行する手段を含む、
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、不要信号成分を抑圧する処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は生体に対して超音波の送受波を行って超音波画像を表示する装置である。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。
【０００３】
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素子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。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素子受信信号間で位相(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、複数の素子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、不要信号成分がより多く含まれることになる。非特許文献１及び特許文献１等には複数の素子受信信号間における位相の一様性あるいはばらつき度合いに着目して不要成分を低減する技術が開示されている。
【０００４】
そのような従来技術における一般的手法を以下に説明する。複数の振動素子からの複数の素子受信信号が位相調整用の複数の遅延器に入力され、そこで遅延処理される。遅延処理後の複数の素子受信信号は信号加算器において加算され、これによりＲＦ信号としてのビームデータ（整相加算処理後の受信信号）が得られる。この信号処理の流れとは別に、符号加算器において、遅延処理後かつ加算処理前の複数の素子受信信号が有する複数の符号（sign-bit）データが加算される。ここで符号データがとる値は１（正）又は−１（負）である。より詳しくは、受信開口を構成する素子数つまりチャンネル数（Ｎ個）分の符号データが加算され、この加算値Ｓに基づいて、ビームデータに対して乗算される重み付け用の係数ｋ（あるいは利得調整用の係数ｋ）が演算される。一般にｋはビームデータにそのまま乗算され、これにより利得が調整される。ｋは例えば以下の（１）式及び（２）式のように演算される。ちなみに、Ｓは符号データの加算値であり、Ｐは効果を増減するための指数である。受信点の深さによって受信開口が変動するので、Ｎは受信点の深さに応じて変化する。ａは中間的に生成される係数であって、複数の符号データについてのばらつき度合いを示す係数である。
【０００５】
【数１】
0005634817.tif 000002
【０００６】
ｋ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)、Ｓ2＝Ｎ2となり、ａが０になり、ｋが最大値となる。雑音であれば極性がランダムとなるので、ｋが０に近づく。このように真の信号成分と不要信号成分とで重み付け係数を変化させることが可能となる。サイドローブ、グレーティングローブと言われる不要信号成分が支配的である場合には受信信号に対して小さな値をもったｋが乗算され、不要信号成分が抑圧される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０１８２８２
【非特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術によると、送信フォーカス点等の諸条件が考慮されていないために、必要以上に受信信号を抑圧してしまい、超音波画像上で輝度不足の部分（黒抜け）が生じやすいという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、不要信号の低減にあたり、受信信号の過剰な抑圧を防止又は軽減して超音画像の画質を維持又は向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る装置は、超音波を送受波する複数の振動素子と、前記複数の振動素子からの複数の素子受信信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段と、前記遅延処理後の複数の素子受信信号の加算処理により受信信号を生成する加算処理手段と、前記遅延処理後且つ前記加算処理前の複数の素子受信信号の状態を表す複数のインデックスデータ、送信フォーカス点及び受信フォーカス点に基づいて、前記加算処理後の受信信号に含まれる不要信号成分を抑圧する処理を実行する抑圧処理手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、遅延処理後且つ加算処理前の複数の素子受信信号の状態に基づき、更に送信フォーカス点及び受信フォーカス点をも考慮して、受信信号中の不要信号成分を抑圧する処理を実行できる。不要信号成分の抑圧処理を深さ方向に一律に行うならば黒抜け等の過剰な抑制結果が生じ易くなるが、上記構成によれば、例えば、送信フォーカス点から受信フォーカス点までの距離に応じた位相の乱れ度合いを考慮して抑圧処理を実行させることができる。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。
【００１３】
望ましくは、前記抑圧処理手段は、前記送信フォーカス点から前記受信フォーカス点までの距離が大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用が弱まるようにする。当該距離が大きくなると位相の乱れが自然に大きくなって抑圧作用が必要以上に高まってしまうことがあったが、上記構成によれば、そのような問題を回避又は軽減できる。
【００１４】
望ましくは、前記抑圧処理手段は、前記送信フォーカス点から前記受信フォーカス点までの距離が大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用が弱まるようにし、且つ、前記受信フォーカス点の深さが大きくなればなるほど前記不要信号成分の抑圧作用を弱まるようにする。この構成によれば、より実情に即した不要信号成分の抑圧処理を実行させることができる。
【００１５】
望ましくは、前記抑圧処理手段は、前記受信信号に対して乗算される利得係数を演算する。望ましくは、前記抑圧処理手段は、前記複数のインデックスデータに基づいて前記複数の素子受信信号のばらつき度合いに応じて変化する第１係数を生成する第１係数生成部と、前記送信フォーカス点及び前記受信フォーカス点に基づいてそれらに応じて変化する第２係数を生成する第２係数生成部と、前記第１係数及び前記第２係数に基づいて前記受信信号に対して乗算される利得係数を演算する利得係数演算部と、を含む。
【００１６】
望ましくは、前記利得係数の一次元平滑化又は二次元平滑化を実行する手段を含む。この構成によれば画質が突然に変化してしまうことがなくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、不要信号の低減にあたり、受信信号の過剰な抑圧を防止又は軽減して超音画像の画質を維持又は向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】送信フォーカス点から受信フォーカス点までの距離に応じて係数ｂ１を決定する関数を示す図である。
【図３】受信フォーカス点の深さに応じて係数ｂ２を決定する関数を示す図である。
【図４】図２に示した関数と図３に示した関数を合成することによって生成される関数を示す図である。
【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１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波によって得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する装置である。本実施形態においては、超音波画像としてＢモード断層画像が形成されているが、もちろんドプラ画像等が形成されてもよい。この超音波診断装置は上述した不要信号成分の抑圧機能を有している。
【００２１】
図１において、アレイ振動子１０は、超音波探触子内に配置され、複数の振動素子１２により構成される。複数の振動素子１２は直線状に配列されている。もちろん、それらが円弧状に配列されていてもよい。複数の振動素子１２を利用して超音波ビーム（送信ビーム、受信ビーム）が形成され、それが電子的に走査される。電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査等が知られている。１Ｄアレイ振動子に代えて２Ｄアレイ振動子を用いることも可能である。
【００２２】
送信部１４は送信ビームフォーマーである。すなわち、送信部１４は送信時において複数の振動素子１２に対して所定の遅延関係を有する複数の送信信号を供給する。これにより送信ビームが形成される。受信時において、生体内の各点からの反射波がアレイ振動子１０にて受波される。これにより複数の受信信号（素子受信信号）が生じ、それが増幅部１６へ出力される。増幅部１６、遅延部２０及び信号加算部２８が受信部を構成し、その受信部は受信ビームフォーマーである。
【００２３】
増幅部１６は、複数のアンプ１８により構成されている。その後段には遅延部２０が設けられ、その遅延部２０は複数の遅延器２２により構成されている。それらの遅延器２２によって遅延処理（整相処理）が実行される。各遅延器２２に与える遅延時間すなわちディレイデータは制御部５０から供給される。遅延部２０の後段にアポダイゼーション処理部が設けられてもよい。遅延処理後の複数の受信信号（複数の素子受信信号）が信号加算部２８に入力される。そこでそれらの複数の受信信号が加算され、電子的に受信ビームが形成される。整相加算処理後の受信信号が検波部３０に出力されている。検波部３０は検波処理を行う公知の回路である。制御部５０には入力部５２が接続されている。
【００２４】
本実施形態においては、不要信号成分の抑圧を行うために不要信号成分抑圧部３２が設けられている。それは、具体的には、符号加算部３４、重みテーブル３６、利得係数演算部３８及び乗算器４０を有する。
【００２５】
符号加算部３４には、遅延処理後であって加算処理前の各受信信号の内で正負の符号を示す符号ビットだけが入力されている。すなわち、そこには複数の符号データが並列的に入力されている。符号加算部３４は、複数の符号データを加算することによって加算値Ｓを演算し、その加算値Ｓとデータ数Ｎとから上記（１）式によって中間的な係数ａを演算する（上記の（１）式参照）。この係数ａは、複数の受信信号についてのばらつき度合いを示すものである。複数の符号データがすべて１（正）又は−１（負）の一方に揃っていれば係数ａの値は０となる。逆にバラバラであれば係数ａの値は１に近付く。このように複数の符号データ（符号ビット）を参照するだけで複数の受信信号におけるばらつき度合いを評価することが可能である。インデックスデータとして符号データに代えて受信信号それ自体を参照してもよい。以上のように、符号加算部３４はばらつき度合いを示す係数ａの演算部である。なお、この演算はリアルタイムで実行され、受信点ごとに実行される。制御部５０から符号加算部３４へチャンネル数Ｎを示す情報がわたされている。
【００２６】
一方、重みテーブル３６は、送信フォーカス点の深さ１００と受信点（受信ダイナミックフォーカス点）の深さ１０２に基づいて重みとして別の係数ｂを求める回路である。これに関して以下に詳述する。
【００２７】
一般に、送信フォーカス点付近については理想的な遅延処理を行えるために受信チャンネル間で位相が揃っているのに対して、送信フォーカス点から前後方向へ離れた近距離領域及び遠距離領域については遅延処理によっても受信チャンネル間の位相があまり揃わないという傾向が認められる。つまり、不要信号成分の大小によらず送信フォーカス点から前後に離れるに従って自然と位相の乱れが大きくなってしまうのである。そのような状況下で、単純に符号データのばらつき度合いを評価して利得調整用の係数を演算すると、送信フォーカス点よりも手前側及び奥側において過剰な利得制限作用が生じて、超音波画像上において輝度低下つまり黒抜け等の問題が生じてしまう。よって、送信フォーカス点から前後に離れるに従って抑圧作用を弱める方が望ましく、逆に言えば、送信フォーカス点及びその付近において不要信号の抑圧が強く行われるようにするのが望ましい。また、周知のように、送受波面から遠くなればなるほど受信信号が弱くなると同時に位相の乱れも大きくなる。不要信号の大小によらずにそのような傾向が認められる。よって、送受波原点から遠ざかるに従って受信信号の抑圧作用を弱めるのが望ましく、逆に言えば、位相が乱れにくい近距離ほど受信信号の抑圧作用を高めるのが望ましい。重みテーブル３６は上記の２つの要請を同時に満たすものである。
【００２８】
図２には重みテーブル３６が発揮する第１作用が概念的に示されており、図３には重みテーブル３６が発揮する第２作用が概念的に示されている。図２において、横軸は受信点深度１０２を示し、縦軸は係数（重み）ｂ１を示している。ある送信フォーカス点深度１００に対しては関数２００が選択される。当該関数２００は送信フォーカス点に受信点が一致した場合に最大の重みを生じさせ、そこから近距離領域及び遠距離領域の方向へ受信点が離れるに従って徐々に小さくなる重みを生じさせるものである。送信フォーカス点深度１００が近距離に移動した場合には例えば関数２０２が利用され、一方、送信フォーカス点深度１００が遠距離に移動した場合には例えば関数２０４が利用される。いずれも送信フォーカス点から離れるに従って位相の乱れが大きくなりやすいことに対応して重みの値を低減したものである。図３には、受信点深度１０２に応じて徐々に係数（重み）ｂ２を小さくするための関数２０６が示されている。これは送受波原点から遠くなればなるほどＳＮＲが低下すると同時に位相が乱れることに対応した特性である。符号２０８は重みを途中から変化させた関数であるが、そのような関数を利用して重みｂ２を定めることもできる。
【００２９】
図４には、図２に示した重み関数と図３に示した重み関数とを掛け合わせたあるいは合成した重み関数２１０が示されている。これは送信フォーカス点から受信フォーカス点までの距離に加えて受信フォーカス点の深度を考慮したものである。このような重み関数２１０を利用して補正係数としての重み付け係数ｂが決定される。
図１に戻って、重みテーブル３６には図４に示したような重み関数が記憶されており、制御部５０から、送信フォーカス点深度と受信フォーカス点深度が与えられると、それらの組み合わせに対応した重みｂを出力する（以下の（３）式参照）。利得係数演算部３８は、符号加算部３４から出力された不要信号低減用の係数ａと、上記の重みｂとを乗算することによって、利得調整用の係数ｋを求める（以下の（４）式参照）。
【００３０】
【数２】
0005634817.tif 000003
【００３１】
以上のように求められた係数ｋが乗算器４０へ出力され、それが受信信号（ビームデータ）に乗算される。これにより、不要信号成分が多く含まれているような場合には受信信号の利得がより低減されて、不要信号の効果的な抑圧が行われ、不要信号の含有率が小さいような場合には受信信号の利得ができるだけ維持されて、つまりそれに対する抑圧があまりなされずに真の信号が保存されることになる。しかも、受信点が送信フォーカス点から離れるのに従って、つまり位相が自然に乱れる度合いに従って、受信信号の抑圧作用が弱められ、また、受信点が深くなればなるほど受信信号の抑圧作用が弱められるから、音場固有の位相の乱れに起因して必要以上に係数ａが大きくなっている場合においても、その作用を低減させることが可能となる。つまり、過剰な信号抑圧を防止して黒抜け等の画質低下を防止することが可能となる。
【００３２】
ちなみに、本実施形態においては係数の乗算が行われていたが、信号の減算等の他の手法を利用して不要信号成分の抑圧あるいは低減を行うようにしてもよい。また、複数の関数値の乗算によって、係数ｂを決定するようにしてもよい。
【００３３】
以上のような処理を経た受信信号は信号処理部４２へ送られる。信号処理部４２は対数変換等の各種信号処理を実行し、その処理後の信号が画像形成部４４へ送られる。画像形成部４４は本実施形態においてデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）により構成されている。これによりＢモード断層画像が構成される。その画像のデータは表示処理部４６を介して表示器４８へ送られる。本実施形態においてはＢモード画像が形成されているが、２次元血流画像等が形成されてもよい。
【００３４】
深さ方向に並ぶ複数の係数ｋからなる一次元係数列に対して平滑化処理を施した上で平滑化後の係数ｋを乗算器に与えるようにしてもよい。あるいは、深さ方向及びビーム走査方向に整列した二次元係数列に対して二次元の平滑化処理を施した上で平滑化後の係数ｋを乗算器に与えるようにしてもよい。これによれば画質の急峻な変化を緩和できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  アレイ振動子、１４  送信部、３２  不要信号成分抑圧部、３４  符号加算部、３６  重みテーブル、３８  利得係数演算部、４０  乗算器。
【図１】
0005634817.tif 000004
【図２】
0005634817.tif 000005
【図３】
0005634817.tif 000006
【図４】
0005634817.tif 000007