(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子素子が複数配列され被検体内に超音波を送受信する探触子と、該探触子からの受信信号を各チャンネル毎に遅延させて加算する整相加算手段と、該整相加算手段で加算される受信信号の相関に応じて前記整相加算手段における各チャンネル毎の遅延時間を求める遅延時間検出手段と、を備えてなる超音波診断装置において、
前記遅延時間検出手段で求められた各チャンネル毎の遅延時間について、任意の複数チャンネルにおける遅延時間から各チャンネルと遅延時間との相関を近似する近似式を生成し、時間的又は空間的に異なる近似式相互を比較して該近似式を補正し、該補正された近似式に基づいて上記遅延時間が各チャンネル間で連続性をもって変化するように修正する遅延時間修正手段を設けた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、超音波ビームを走査させることで被検体の診断部位について断層像を得る超音波診断装置に関し、特に生体の不均一を考慮した受波フォーカシングを行い得る超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置として、例えば図６に示すような構成のものがあった。
このものは、振動子素子が複数配列され被検体内に超音波を送受信する探触子１と、該探触子１を駆動して超音波を発生させると共に受信した反射エコーの信号を処理する超音波送受信部２と、該超音波送受信部２を介して得られる受信信号をデジタル信号に変換して整相加算し、１走査線分の画像データを得るデジタル整相部１３と、走査線毎のデータを書き込んで画像データを形成するスキャンコンバータ８と、該スキャンコンバータ８から出力された画像データを表示する画像表示装置９とを備えて構成される。
【０００３】
前記デジタル整相部１３は、例えば図示したように、受信信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器３と、該アナログ／デジタル変換器３を介して得られたデジタル信号を時系列に全チャンネル分記録するメモリ４と、該メモリ４からデータを読み出して加算する加算器７とから構成される。
【０００４】
また、前記メモリ４からの読み出し開始アドレスの指定によって、各チャンネルにおける信号の遅延時間を制御するための構成として、メモリ４から２つのチャンネルのデータを読み出し、該読み出したデータの相関から遅延時間演算を行う適応像再生遅延時間検出部５と、該適応像再生遅延時間検出部５で演算された遅延時間に基づいてメモリ４に対して読み出し開始アドレスを指定する適応像再生制御部６とが設けられる。
【０００５】
前記適応像再生遅延時間検出部５は、２つのチャンネルの受信信号を相互相関法，位相検出法などによって解析することで、各振動子素子への到達時間差を求め、該到達時間差に対応する遅延時間を設定するものである。尚、整相加算によって得られる１次元の断層像のフォーカス具合が最適となるように前記遅延時間を決定する最大輝度法と呼ばれる方法が用いられる場合もある。
【０００６】
このように構成された超音波診断装置においては、生体内の音速が不均一であっても、その不均一を考慮した精度の良い受波フォーカシングが可能となるものであり、かかる機能を一般に適応像再生と称している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のように構成された超音波診断装置においては、適応像再生のための遅延時間の演算を、２つのチャンネルの信号の相関に基づいて行っているため、受信信号にノイズが乗ったときには、かかるノイズ部分と正常な信号成分との位相を合わせるような誤った遅延時間が演算され、これによって、画像にボケや虚像が表れる可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、ノイズ等に影響された不適切な遅延時間に基づいて整相加算が行われることを回避でき、以て、ボケや虚像のない断層像が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装置は、振動子素子が複数配列され被検体内に超音波を送受信する探触子と、該探触子からの受信信号を各チャンネル毎に遅延させて加算する整相加算手段と、該整相加算手段で加算される受信信号の相関に応じて前記整相加算手段における各チャンネル毎の遅延時間を求める遅延時間検出手段と、を備えてなる超音波診断装置において、前記遅延時間検出手段で求められた各チャンネル毎の遅延時間について、任意の複数チャンネルにおける遅延時間から各チャンネルと遅延時間との相関を近似する近似式を生成し、時間的又は空間的に異なる近似式相互を比較して該近似式を補正し、該補正された近似式に基づいて上記遅延時間が各チャンネル間で連続性をもって変化するように修正する遅延時間修正手段を設けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる超音波診断装置の第１の実施形態におけるシステム構成を示すブロック図である。
【００１４】
この図１において、探触子１は、機械的又は電気的に超音波ビームを走査して被検体に超音波を送信及び受信するもので、該探触子１には、超音波の発生源であると共に反射エコーを受信する複数の振動子素子が配列されている。超音波送受信部２は、上記探触子１に対して駆動パルスを送出して超音波を発生させると共に受信した反射エコーの信号を処理するもので、探触子１から被検体へ送波する超音波ビームを形成するための公知の送波パルサ及び送波遅延回路と、上記探触子１の各振動子素子で受信した反射エコー信号を増幅する受波増幅器が内蔵されている。
【００１５】
デジタル整相部１３（整相加算手段）は、上記超音波送受信部２で得られた受信信号をデジタルに変換して整相加算を行なうものであり、アナログ／デジタル変換器３，メモリ４，加算器７を備えて構成される。アナログ／デジタル変換器３は、上記超音波送受信部２で得られた各チャンネル毎の受信信号をデジタル信号に変換するものである。メモリ４は、アナログ／デジタル変換器３でデジタル信号に変換された受信信号を各チャンネル毎に時系列に記録するものである。加算器７は、後述するようにして指定される読み出し開始アドレスに従って順次メモリ４から読み出されるデータを加算するものである。
【００１６】
ここで、適応像再生遅延時間検出部５（遅延時間検出手段）は、メモリ４に記録された２つのチャンネルの信号から、適応像再生のため遅延時間値を算出するもので、相互相関法、位相検出法、最大輝度法などのアルゴリズムによって前記遅延時間を演算する。遅延補間部１０Ａは、適応像再生遅延時間検出部５で得られた遅延時間について補間演算を行って遅延時間を再計算するものであり、実用遅延時間生成部１１は、遅延補間部１０Ａで再計算された遅延時間に基づいてメモリ４に記録された受信信号の読み出し開始アドレスを生成するものである。適応像再生制御部６は、上記適応像再生に関連する部分について適切な連携を保つよう制御するためのものである。上記遅延補間部１０Ａ及び実用遅延時間生成部１１によって、本実施の形態における遅延時間修正手段が構成される。
【００１７】
スキャンコンバータ８は、加算器７から超音波ビームの走査線毎に出力されるデータを断層画像のデータヘ変換するものであり、画像表示装置９はスキャンコンバータ８で作成された断層画像を表示するためのもので、たとえばテレビモニタからなる。
【００１８】
以下、このように構成された第１の実施形態の超音波診断装置の動作を詳細に説明する。
超音波ビームの走査線ｘ，深度ｙの点Ｆ（ｘ，ｙ）からの超音波反射波は、探触子１で受信されたのち、超音波送受信部２，アナログ／デジタル変換器３を経て、メモリ４に一旦蓄えられる。
【００１９】
ここで、メモリ４は、探触子１に含まれる受信素子数（チャンネル数）と１走査線のデータの２次元配列の構成をとり、これを以下の説明のために、Ｍ（ｃｈ，ｔ）という配列で定義するものとする。例えば、Ｍ（３，３０）というのは、チャンネル３で受信した受信開始から３０単位時間後の受信データ値を表わすものである。
【００２０】
適応像再生遅延時間検出部５では、適応像再生のための遅延時間を求めるが、ここでは、一例として相互相関法について説明する。
基準となる受信チャンネルをＳとし、遅延時間を求めたいチャンネルをｉとすると、それぞれのデータは、Ｍ（Ｓ，ｔ）、Ｍ（ｉ，ｔ）となり、２つの相互相関値Ｒ（τi ）は、前記チャンネルｉに与える遅延時間をτi としたときに、
Ｒ（τi ）＝∫Ｍ（Ｓ，ｔ）・Ｍ（ｉ，ｔ−τi ）ｄｔ
で表わされる。ここで、Ｒ（τi ）が最大となるようなτi を求めて２つのチャンネル間の遅延時間とする。この操作をすべてのチャンネルｉについて行ってそれぞれにτi を求める。
【００２１】
次に、遅延補間部１０Ａでは、上記のようにして求められた任意の複数のτi より他のτi を補間演算を用いて再計算し、それを最終的な遅延時間とする。例えば、τi-1 とτi+1 よりτi を次の計算式にて再計算する。
τi ＝（τi-1 ＋τi+1 ）／２
即ち、一般的な被検体においては、各チャンネルにおける遅延時間は、各チャンネル間で連続性をもって変化するのが通常であることから、補間演算を行うことで前記連続性をもった遅延時間に修正するものである。このようにして、再計算されたτi を遅延時間に基づき、実用遅延時間生成部１１では、読み出し開始アドレスを生成する。
【００２２】
上記構成によれば、ノイズ等に影響されて誤った遅延時間が計算されても、隣接するチャンネルでの遅延時間に基づく補間演算によって、本来の連続的な変化特性を示す値に修正されるので、誤った遅延時間がそのまま用いられて画像のボケや虚像が発生することを抑止でき、以て、分解能の高い断層像を得ることができる。
【００２３】
図２は、第２の実施形態における超音波診断装置のシステム構成を示すブロック図であり、図１に示す遅延補間部１０Ａに代えて、遅延近似式生成部１０Ｂを設けたものであって、その他の構成は図１に示したものと同一である。従って、図１と同一の構成要素については説明を省略する。尚、以下の第２〜第４の実施形態においては、遅延近似式生成部１０Ｂ及び実用遅延時間生成部１１によって、遅延時間修正手段が構成される。
【００２４】
前記遅延近似式生成部１０Ｂは、適応像再生遅延時間検出部５で得られた遅延時間から、各チャンネルを変数とした遅延時間の近似式を生成するもので、例えば、ｎ次多項式やスプライン関数などの近似式を生成する。そして、実用遅延時間生成部１１は、遅延近似式生成部１０Ｂで得られた近似式から、実際に整相加算時において用いる遅延時間を各チャンネル毎に算出し、メモリ４に記録された受信信号の読み出し開始アドレスを生成する。
【００２５】
ここで、上記第２の実施形態における超音波診断装置の動作を、図３を参照しつつ詳細に説明する。
遅延近似式生成部１０Ｂでは、上記したように、適応像再生遅延時間検出部５で得られた任意の複数のτi よりチャンネルｉを変数とする近似関数ｆ（ｉ）を生成する。前記近似関数ｆ（ｉ）を、例えば３次の多項式とする場合には、
ｆ（ｉ）＝Ａｉ3 ＋Ｂｉ2 ＋Ｃｉ＋Ｄ
となり、この近似関数ｆ（ｉ）がフォーカス点Ｆ（ｘ，ｙ）における遅延時間の近似関数となる。
【００２６】
そして、実用遅延時間生成部１１では、Ｆ（ｘ，ｔ）点における適応像再生のための遅延時間を、上記遅延近似式生成部１０Ｂで得られた近似関数ｆ（ｉ）をそのまま用いて計算し、チャンネルｉの遅延時間とし、該遅延時間に応じて読み出し開始アドレスを生成する。
【００２７】
上記第２の実施形態によると、各チャンネルｉ毎に遅延時間が計算された後で、遅延時間の特性をチャンネルｉを変数とする近似式で近似し、該近似した関数上の値を用いて遅延処理を行わせるから、ノイズ等に影響されて近似式で示される連続的な変化特性から逸脱する値（特異値）については、近似式上の値に置き換えられて遅延処理が行われることになり、誤った遅延時間がそのまま用いられて画像のボケや虚像が発生することを抑止でき、以て、分解能の高い断層像を得ることができる。
【００２８】
図４は、第３の実施形態における超音波診断装置のシステム構成を示すブロック図であり、図２に示した構成に加えて、遅延記録部１２を追加してある。
前記遅延記録部１２は、前記遅延近似式生成部１０Ｂで得られた近似関数ｆ（ｉ）を記録するためのものであり、実用遅延時間生成部１１では、遅延近似式生成部１０Ｂで生成された近似関数と、前記遅延記録部１２に記録されている時間的又は空間的に異なる近似関数とを比較することで、近似関数に補正を加え、該補正された近似関数に基づいて各チャンネルの遅延時間を計算し、該遅延時間に応じた読み出し開始アドレスを生成する。
【００２９】
ここで、上記第３の実施形態における超音波診断装置の動作を、図５を参照しつつ詳細に説明する。
まず、隣接する３本の走査線Ｆ（ｘ−１，ｔ），Ｆ（ｘ，ｔ），Ｆ（ｘ＋１，ｔ）における近似関数ｆx-1 （ｉ），ｆx （ｉ），ｆx+1 （ｉ）をそれぞれ上記遅延近似式生成部１０Ｂにおいて求め、遅延記録部１２に記録しておく。
ｆx-1 （ｉ）＝Ａx-1 ｉ3 ＋Ｂx-1 ｉ2 ＋Ｃx-1 ｉ＋Ｄx-1 
ｆx   （ｉ）＝Ａx ｉ3 ＋Ｂx ｉ2 ＋Ｃx ｉ＋Ｄx 
ｆx+1 （ｉ）＝Ａx+1 ｉ3 ＋Ｂx+1 ｉ2 ＋Ｃx+1 ｉ＋Ｄx+1 
【００３０】
実用遅延時間生成部１１では、走査線Ｆ（ｘ，ｔ）における近似関数ｆx （ｉ）と空間的に異なる他の２つの走査線Ｆ（ｘ−１，ｔ），Ｆ（ｘ＋１，ｔ）における近似関数ｆx-1 （ｉ），ｆx+1 （ｉ）とを比較して、係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの差をそれぞれに演算する。そして、この係数の差がある規定値αを越える場合は、Ｆ（ｘ，ｔ）の近似関数ｆx （ｉ）の係数を、例えば係数Ａの例で示すと、Ａx ＝（Ａx-1 ＋Ａx+1 ）／２として補正し、近似関数ｆx （ｉ）が他の２つの近似関数ｆx-1 （ｉ），ｆx+1 （ｉ）に対して連続的な相関を示すようにする。一方、前記係数の差が規定値α以下であれば、近似関数ｆx （ｉ）の空間的な連続性が確保されていると見做して、係数の補正は行わない。
【００３１】
このようして、係数に補正が加えられた近似関数ｆx （ｉ）を用いて、各チャンネルｉに対する遅延時間を計算し、該遅延時間に応じた読み出し開始アドレスを生成する。
尚、上記動作を、１本の走査線で深さ方向に隣接するＦ（ｘ，ｔ−１）、Ｆ（ｘ，ｔ），Ｆ（ｘ，ｔ＋１）の３点で同様に行っても良い。
【００３２】
上記第３の実施形態によると、近似関数ｆx （ｉ）が空間的な連続性を有することに基づいて、近似関数ｆx （ｉ）をより適切に補正するので、ノイズ等に影響された近似関数ｆx （ｉ）に基づいて遅延時間の計算が行われることを回避でき、以て、ボケや虚像のない分解能の高い断層像をより確実に得ることができる。
【００３３】
次に、第４の実施形態を説明するが、該第４の実施形態におけるハードウェア構成は、前述の第３の実施形態と同様であるので、図４及び図５を参照しつつその動作を以下に説明する。
第４の実施形態においては、同じ走査線Ｆ（ｘ，ｔ）について異なる３つの時刻Ｔｎ−１，Ｔｎ，Ｔｎ＋１でそれぞれ計算された近似関数ｆn-1 （ｉ），ｆn （ｉ），ｆn+1 （ｉ）をそれぞれ上記遅延近似式生成部１０Ｂにおいて求め、遅延記録部１２に記録しておく。
ｆn-1 （ｉ）＝Ａn-1 ｉ3 ＋Ｂn-1 ｉ2 ＋Ｃn-1 ｉ＋Ｄn-1 
ｆn   （ｉ）＝Ａn ｉ3 ＋Ｂn ｉ2 ＋Ｃn ｉ＋Ｄn 
ｆn+1 （ｉ）＝Ａn+1 ｉ3 ＋Ｂn+1 ｉ2 ＋Ｃn+1 ｉ＋Ｄn+1 
【００３４】
そして、前記第３の実施形態と同様に、異なる時刻に演算された３つの近似関数ｆn-1 （ｉ），ｆn （ｉ），ｆn+1 （ｉ）の係数を比較することで係数の補正を行い、係数が補正された近似関数ｆn （ｉ）に基づき各チャンネルの遅延時間を計算し、該遅延時間に応じて読み出し開始アドレスを生成する。
【００３５】
上記第４の実施形態によると、近似関数ｆx （ｉ）が時間的な連続性を有することに基づいて、近似関数ｆx （ｉ）をより適切に補正するので、ノイズ等に影響された近似関数ｆx （ｉ）に基づいて遅延時間の計算が行われることを回避でき、以て、ボケや虚像のない分解能の高い断層像をより確実に得ることができる。
尚、空間的な近似関数の比較と、時間的な近似関数の比較とを組み合わせて実行し、近似関数の補正を行わせる構成としても良い。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、遅延時間修正手段により、遅延時間検出手段で求められた各チャンネル毎の遅延時間について、任意の複数チャンネルにおける遅延時間から各チャンネルと遅延時間との相関を近似する近似式を生成し、時間的又は空間的に異なる近似式相互を比較して該近似式を補正し、該補正された近似式に基づいて上記遅延時間が各チャンネル間で連続性をもって変化するように修正することができる。これにより、ノイズの影響を受けて誤った遅延時間が求められても、この遅延時間がそのまま用いられて画像のボケや虚像が発生することを抑止できる。また、前記遅延時間の修正を各チャンネルと遅延時間との相関を近似する近似式に基づいて行わせることにより、全チャンネルにおける遅延時間の連続性を確保でき、より精度良く遅延時間を求めることができる。さらに、時間的又は空間的に異なる近似式相互を比較して近似式を補正し、該補正された近似式に基づいて遅延時間を修正するようにしたことにより、近似式の誤りを正してより一層精度良く遅延時間を求めることができる。したがって、分解能の高い断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる超音波診断装置の第１の実施形態におけるシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかる超音波診断装置の第２の実施形態におけるシステム構成を示すブロック図である。
【図３】上記第２の実施形態における遅延近似式生成部及び実用遅延時間生成部の詳細を示すブロック図である。
【図４】本発明にかかる超音波診断装置の第３及び第４の実施形態に共通のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】上記第３及び第４の実施形態における遅延近似式生成部及び実用遅延時間生成部の詳細を示すブロック図である。
【図６】従来の超音波診断装置のシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…探触子
２…超音波送受信部
３…アナログ／デジタル変換器
４…メモリ
５…適応像再生遅延時間検出部
６…適応像再生制御部
７…加算器
８…スキャンコンバータ
９…画像表示装置
１０Ａ…遅延補間部
１０Ｂ…遅延近似式生成部
１１…実用遅延時間生成部
１２…遅延記録部
１３…デジタル整相部
【図１】
0004137202.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004137202.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004137202.tif 000006
【図６】
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