(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域について各周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う手段であって、前記複数の周波数帯域に対応して設けられた複数の個別帯域抽出用バンドパスフィルタで構成された個別帯域抽出手段と、
前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する手段であって、前記広帯域に対応した広帯域抽出用バンドパスフィルタで構成された広帯域抽出手段と、
前記複数の周波数帯域についての複数の信号成分及び前記広帯域の信号成分を重み付け加算する加算手段と、
前記個別帯域抽出手段を構成する複数の個別帯域抽出用バンドバスフィルタの特性を診断距離に応じて可変設定すると共に前記広帯域抽出手段を構成する広帯域抽出用バンドパスフィルタの特性を診断距離に応じて可変設定する帯域制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域について各周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う手段であって、前記複数の周波数帯域に対応して設けられた複数の第１直交検波器及び複数の狭帯域ローパスフィルタで構成された個別帯域抽出手段と、
前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する手段であって、前記広帯域に対応した第２直交検波器及び広帯域ローパスフィルタで構成された広帯域抽出手段と、
前記複数の周波数帯域についての複数の信号成分及び前記広帯域の信号成分を重み付け加算する加算手段と、
前記複数の第１直交検波器に対して、前記複数の周波数帯域に対応した互いに異なる周波数をもった複数の第１参照信号を供給する第１参照信号出力部と、
前記第２直交検波器に対して、前記広帯域に対応した周波数をもった第２参照信号を供給する第２参照信号出力部と、
前記複数の第１参照信号の周波数を診断距離に応じて可変設定すると共に前記第２参照信号の周波数を診断距離に応じて可変設定する帯域制御部と、
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に周波数コンパウンド法が適用される超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置において表示されるＢモード画像（白黒断層画像）には、生体内の構造物と直接は関係なく、超音波の波面の干渉により発生する粒状模様のスペックルというアーティファクトが存在する。これを低減する方法として、以下のような文献に記載されている周波数コンパウンド法が知られている。
【０００３】
１）G.E.Trahey,J.W.Allison,S.W.Smith,and O.T.von Ramm,A Quantitative Approach to Speckle Reduction via Frequency Compounding,Ultrasonic Imaging 8151-164(1986)
２）Steve M.Gehlbach,F.Graham Sommer,Frequency Diversity Speckle Processing, Ultrasonic Imaging 9,92-105(1987)
３）吉田、中島、油田、超音波断層像におけるスペックルノイズの実時間軽減法,Jpn J Med Ultrasonics Vol.13,No.5,305-314,(1986)
この周波数コンパウンド法は、受信信号を複数の帯域に分割し、各帯域で独立に検波した後、その結果を重ね合わせることでスペックルノイズを低減する方法である。つまり、干渉条件を帯域ごとに変化させてスペックルノズルを目立たなくするものである。
【０００４】
従来手法では、複数の帯域分割に当たって、複数の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）が利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の周波数コンパウンド法によると、スペックルノイズは低減されるものの、距離分解能が低下し、このため画像がぼやけてしまうというという画質劣化の問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、スペックルノイズの低減を行いつつも距離分解能の低下を改善可能な超音波診断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う個別帯域抽出手段と、前記受信信号から、前記複数の周波数帯域をカバーする広帯域の信号成分を抽出する広帯域抽出手段と、前記複数の周波数帯域ごとの信号成分及び前記広帯域の信号成分を加算する加算手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、個別帯域抽出手段によって抽出された狭帯域の複数の信号成分と、広帯域抽出手段によって抽出された広帯域の信号成分と、を加算することによって、スペックル低減効果を得ると同時に、距離方向（深さ方向）の空間分解能が向上可能である。
【０００９】
望ましくは、前記加算手段は重み付け加算を行う。各重み付け係数はスペックル低減を強調するか空間分解能を強調するか等によって適宜調整可能である。例えば、診断部位、体質などの要因に基づいて人為的に又は自動的に重み付け係数の切換設定を行うようにしてもよい。
【００１０】
望ましくは、前記個別帯域抽出手段は各帯域ごとに並列に設けられた複数のバンドパスフィルタで構成され、前記広帯域抽出手段は前記広帯域に対応したバンドパスフィルタで構成される。望ましくは、前記各バンドパスフィルタの特性が診断距離に応じて可変設定される。エコーの周波数特性は深さに応じて変化するため、それ応じてバンドパスフィルタの特性を可変すれば、より適切な効果を発揮させることができる。
【００１１】
望ましくは、前記個別抽出手段は、各帯域ごとに並列に設けられた複数の第１直交検波器及び複数の狭帯域ローパスフィルタで構成され、前記広帯域抽出手段は前記広帯域に対応した第２直交検波器及び広帯域ローパスフィルタで構成される。このように直交検波方式を利用しても所望の帯域成分の抽出を行える。
【００１２】
望ましくは、前記複数の第１直交検波器に対して、前記各帯域に対応した互いに異なる周波数をもった複数の第１参照信号を供給する第１参照信号出力部と、前記第２直交検波器に対して、前記広帯域に対応した周波数をもった第２参照信号を供給する第２参照信号出力部と、を含む。望ましくは、前記第１参照信号及び前記第２参照信号の各周波数が診断距離に応じて可変設定される。
【００１３】
（２）なお、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から、互いに異なる複数の周波数帯域ごとに信号成分の分離抽出を行う個別帯域抽出手段と、前記複数の周波数帯域ごとの信号成分及び前記受信信号を重み付け加算する加算手段と、を設けることもできる。
【００１４】
この構成によれば、事実上の広帯域信号を重み付け加算して、スペックル低減効果と空間分解能向上の効果とを得ることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
プローブ１０は、体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられる超音波探触子である。プローブ１０内にはアレイ振動子が収容され、そのアレイ振動子に対して電子リニア走査や電子セクタ走査を適用することによって二次元データ取込領域である走査面を形成可能である。送信器１２は、プローブ１０に対して送信信号を供給する回路である。
【００１８】
プローブ１０から出力される受信信号（具体的には各振動素子から出力される複数の受信信号）は、受信アンプ１４によってそれぞれ増幅された後、ＡＤ変換器１６に入力され、そこでアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された複数の受信信号は整相加算器１８に入力され、そこで受信ビーム形成のための整相加算を実行することにより、整相加算後の受信信号が生成される。その受信信号はスペックル低減回路２０に入力されている。このスペックル低減回路２０は、互いに並列接続されたｎ個の狭帯域通過フィルタ２２１〜２２ｎと、それらの各狭帯域通過フィルタ２２１〜２２ｎごとに設けられたｎ個の包絡線検出器２６１〜２６ｎと、広帯域通過フィルタ２４と、その後段に設けられた包絡線検出器２８と、各包絡線検出器２６１〜２６ｎ及び２８から出力される検波後の受信信号を重み付け加算する加算器３０と、で構成されている。ここで、図３には、各帯域通過フィルタの周波数特性が示されている。ちなみに、図２には従来におけるスペックル低減回路に含まれる各帯域通過フィルタの周波数特性が示されている。
【００１９】
従来においては、受信信号を１００のスペクトルに対して互いにできるだけオーバーラップしないように複数の狭帯域１０２〜１０８が設定され、それぞれの狭帯域ごとの信号成分を加算する処理が行われていた。
【００２０】
これに対し、本実施形態においては、図３に示すように、複数の狭帯域１０２〜１０８は従来同様に設定されるが、更に、それらをカバーする広帯域１１０が設定される。ここで、各狭帯域１０２〜１０８は、図１に示した狭帯域通過フィルタ２２１〜２２ｎの周波数特性に相当するものであり、広帯域１１０は図１に示した広帯域通過フィルタ２４の周波数特性に相当している。
【００２１】
したがって、従来例においては、確かにスペックルが低減されるものの距離方向の空間分解能の低下という問題があったが、本実施形態によれば、広帯域成分を補って信号加算を行うことができるので、そのような距離方向における空間分解能の低下を低減できるという利点がある。
【００２２】
ちなみに、図６には、一般論として、フィルタにおける帯域幅と距離方向の空間分解能との関係が示されており、図示されるように帯域幅が狭くなればなるほど距離方向の空間分解能が劣化する。
【００２３】
ちなみに、図３に示したフィルタ特性において、できるだけ各帯域の信号の相互相関値を小さくした方がスペックル低減効果が高くなるため、隣り合う狭帯域は互いにオーバーラップしないように設定しておくのが望ましい。
【００２４】
上記のように、各包絡線検出器２６１〜２６ｎ及び２８から出力される検波後の受信信号は加算器３０において重み付け加算される。ここで各重み付け係数は任意に設定することが可能であり、例えばスペックル低減効果をより優先させるならば、複数の狭帯域に対応する受信信号成分に対してより大きな重み付け値を与えればよく、また、距離方向の時間分解能を優先させるならば、広帯域の受信信号成分に対してより大きな重み付け値を与えればよい。
【００２５】
スペックル低減回路２０から出力される処理後の受信信号は、従来同様に、信号圧縮器３２に入力され、そこで対数圧縮が行われた後、低域通過フィルタ３４にて低域成分のみが抽出される。そして、その低域成分を有する受信信号は、スキャン変換器３６に入力される。ここで、スキャン変換器３６はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）として構成されるものであり、従来同様にスキャン変換器３６において座標変換や補間処理などが行われ、それにより形成された超音波画像が表示器３８に表示される。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、図示されていない帯域制御部によって、狭帯域通過フィルタ２２１〜２２ｎと広帯域通過フィルタ２４の周波数特性が可変設定されている。具体的には、図４に示すような深さとの関数において帯域通過フィルタの中心周波数が連続的に可変設定されている。具体的に見ると、符号２０２は広帯域通過フィルタ２４の中心周波数を表しており、符号２００，２０１，２０３，２０４は、それぞれ狭帯域通過フィルタ２２１〜２２ｎの中心周波数を表している。周知のように、超音波のエコーはその深さが深くなるにしたがって高域成分が低減することが知られており、図４に示すような中心周波数の連続可変によれば、そのような超音波の特有の性質に合致して適切なフィルタリングを行えるという利点がある。
【００２７】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、超音波画像に生ずる特有のスペックルという現象を低減できるとともに、そのスペックル低減に伴う距離方向分解能の低下という問題に対処することが可能となる。よって、超音波画像の画質を著しく向上できるという利点がある。
【００２８】
図５には、他の実施形態が示されている。この図５に示すスペックル低減回路２０Ａは図１に示すスペックル低減回路２０に相当するものである。このスペックル低減回路２０Ａにおいては、複数の直交検波部３９が設けられている。具体的には、複数の狭帯域ごとに直交検波部が設けられ、また広帯域に対応して１つの直交検波部が設けられている。ここで、図５において、符号４０，４２は、受信信号に対して参照信号を混合するミキサを表しており、それぞれのミキサ４０，４２には、位相シフタ４１の作用によって互いに９０度位相の異なる参照信号が供給されている。２つのミキサ４０，４２から出力される受信信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４４，４６を介して演算器４８に入力されている。ローパスフィルタ４４，４６はベースバンド領域の信号成分を抽出する回路である。ローパスフィルタ４４，４６は狭帯域のローパスフィルタであり、後述するローパスフィルタ６４，６６が広帯域のローパスフィルタである。
【００２９】
演算器４８は、各ローパスフィルタから出力される受信信号、具体的には複素信号に対して所定の演算を実行する回路であり、実数部の二乗と虚数部の二乗を加算し、さらに加算結果に対して平方根を演算することによって、受信信号の振幅を演算する回路である。その振幅情報は重み付け回路５０によって重み付けが行われた後、加算器５２に出力されている。
【００３０】
一方、広帯域処理に対しては、上記同様に受信信号に対してミキサ６０，６２において互いに位相の異なる２つの参照信号が混合される。ここで、符号６１は位相シフタを表している。上記のように広帯域用のローパスフィルタ６４，６６を介して出力された受信信号は演算器６８に入力され、上記演算器４８と同様の演算を実行することによって広帯域成分の振幅が演算される。その情報は重み付け回路７０によって重み付けされた後、加算器５２に送られる。
【００３１】
加算器５２は各信号成分に対する加算を実行し、その加算結果を演算器５４に出力する。ここで、その演算器５４は重み付け値の総数で加算結果を割ることにより規格化を行うものである。ちなみに、図５において各信号成分に乗算される重み付け値はａ１〜ａｎ及びａｗで表されている。
【００３２】
図５に示すスペックル低減回路２０Ａにおいても複数の狭帯域及び広帯域の中心周波数をエコーの深さに応じて連続的に可変するのが望ましく、その場合においては図４に示すような特性にしたがって中心周波数の可変設定が行われる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波画像特有のスペックルを低減しつつ距離方向分解能を改善できるという利点がある。また、本発明によれば、帯域の中心周波数を連続可変することにより、深さ方向にわたってより良好な画質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図２】  従来における周波数コンパウンド方式に従う帯域設定を説明するための図である。
【図３】  本実施形態に係る周波数コンパウンド方式に従う帯域設定を説明するための図である。
【図４】  帯域通過フィルタの中心周波数の連続可変を説明するための図である。
【図５】  他の実施形態に係るスペックル低減回路の構成例を示す図である。
【図６】  帯域幅と距離方向空間分解能との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  プローブ、１２  送信器、１４  受信アンプ、１６  ＡＤ変換器、１８整相加算器、２０  スペックル低減回路、３２  信号圧縮器、３４  低域通過フィルタ、３６  スキャン変換器、３８  表示器。
【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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