(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動部に連通するシャフトにより回転自在に保持され、被検体に超音波を送信するとともに該被検体から反射された超音波を受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子を覆う位置に設けられた超音波を透過する音響キャップと、
前記超音波振動子が前記被検体からの反射超音波を受信して得られる超音波エコー信号をディジタル信号データに変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記ディジタル信号データを前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位に関連付けて逐次書き込み、該ディジタル信号データに基づいて構成された超音波画像データを数フレーム分集めた超音波受信データを格納するメモリと、
前記超音波受信データから、前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位が対応した複数のディジタル信号データを抽出して該複数のディジタル信号データの平均値を算出し、前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位が該平均値と同一な任意のフレームのデータ成分から該平均値を減算するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタを通過した信号を超音波画像信号に変換してモニタに出力する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に超音波を送信するとともに、該被検体から反射された超音波を受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子の前面に設けられた超音波を透過する音響整合層及び音響レンズと、
前記超音波振動子が前記被検体からの反射超音波を受信して得られる超音波エコー信号をディジタル信号データに変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記ディジタル信号データを前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位に関連付けて逐次書き込み、該ディジタル信号データに基づいて構成された超音波画像データを数フレーム分集めた超音波受信データを格納するメモリと、
前記超音波受信データから、前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位が対応した複数のディジタル信号データを抽出して該複数のディジタル信号データの平均値を算出し、前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位が該平均値と同一な任意のフレームのデータ成分から該平均値を減算するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタを通過した信号を超音波画像信号に変換してモニタに出力する画像処理手段と、
を備え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】
本発明は被検体に超音波を送受信して超音波診断画像を表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受信信号の信号処理により多重エコーを除去する従来の技術として、特開２０００−１０７１７７がある。
【０００３】
この特開２０００−１０７１７７公報では、求めようとする音線データの前後複数本の音線データの平均値を用いて多重エコーを除去するものである。基本原理としては、計算に用いる複数本の音線すべてについて多重エコーの帰ってくる時間及び振幅が一致することを前提としている。
【０００４】
しかし、現実には製造上の寸法のばらつきや超音波振動子と反射体の間の角度のばらつきにより、多重エコーの帰ってくる時間及び振幅は音線ごとに変動するため多重エコーの除去は難しくなる。
【０００５】
そこで、特開２０００−１０７１７７では多重エコーの原因となる反射体と超音波振動子との間隔が各音線において一定でない場合にも対応するため、反射体と超音波振動子の間隔を示す情報をあらかじめ記憶する間隔情報メモリ部を備える構成についても記載している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構成では超音波探触子（超音波プローブ）の種類ごとに超音波振動子と反射体の間隔をあらかじめ測定し、メモリに格納しておく必要がある。また、製造上のばらつき等により、超音波振動子と反射体の間隔がメモリに格納された間隔値と一致しない場合は、多重エコーを効果的に除去できないという問題がある。
【０００７】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、簡単かつ高精度に多重エコーを除去することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による超音波診断装置は、回転駆動部に連通するシャフトにより回転自在に保持され、被検体に超音波を送信するとともに該被検体から反射された超音波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子を覆う位置に設けられた超音波を透過する音響キャップと、前記超音波振動子が前記被検体からの反射超音波を受信して得られる超音波エコー信号をディジタル信号データに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号データを前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位に関連付けて逐次書き込み、該ディジタル信号データに基づいて構成された超音波画像データを数フレーム分集めた超音波受信データを格納するメモリと、前記超音波受信データから、前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位が対応した複数のディジタル信号データを抽出して該複数のディジタル信号データの平均値を算出し、前記超音波振動子の回転の中心からの被検体の距離及び方位が該平均値と同一な任意のフレームのデータ成分から該平均値を減算するディジタルフィルタと、前記ディジタルフィルタを通過した信号を超音波画像信号に変換してモニタに出力する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明による超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともに、該被検体から反射された超音波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子の前面に設けられた超音波を透過する音響整合層及び音響レンズと、前記超音波振動子が前記被検体からの反射超音波を受信して得られる超音波エコー信号をディジタル信号データに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号データを前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位に関連付けて逐次書き込み、該ディジタル信号データに基づいて構成された超音波画像データを数フレーム分集めた超音波受信データを格納するメモリと、前記超音波受信データから、前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位が対応した複数のディジタル信号データを抽出して該複数のディジタル信号データの平均値を算出し、前記超音波振動子からの被検体の距離及び方位が該平均値と同一な任意のフレームのデータ成分から該平均値を減算するディジタルフィルタと、前記ディジタルフィルタを通過した信号を超音波画像信号に変換してモニタに出力する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の超音波診断装置の全体構成を示し、図２は超音波プローブの先端部の構造を示し、図３は多重エコー、被検体からのエコー信号、超音波振動子で受信されるエコー信号の信号波形例を示し、図４はディジタルフィルタの周波数に対する特性を示し、図５は図３のような信号波形により、ディジタルフィルタにより多重エコーが除去される説明図を示す。
【００１１】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１は被検体内に挿入され、超音波の送受を行う超音波プローブ２と、この超音波プローブ２が着脱自在に接続され、超音波画像を構築する処理を行う超音波診断装置本体（超音波観測装置）３と、この超音波観測装置３から出力される映像信号が入力されることにより超音波断層画像を表示するモニタ４と、超音波観測装置３に対する設定指示や、多重エコー除去のパラメータ変更等の指示入力を行う操作部５とから構成される。
【００１２】
超音波プローブ２は、被検体内等に挿入し易いように細長に形成した挿入部６と、この挿入部６の後端に設けた操作部（把持部）７とを有し、挿入部６の先端部８には超音波振動子９が内蔵されている。
【００１３】
この超音波振動子９は、挿入部６内を挿通されたフレキシブルシャフト１１の先端側に取り付けられ、このフレキシブルシャフト１１の後端は例えば操作部７に設けた回転駆動部１２に接続され、回転駆動部１２内部の図示しないモータによりフレキシブルシャフト１１と共に、超音波振動子９は回転駆動される。
【００１４】
この超音波振動子９はフレキシブルシャフト１１内部を挿通された信号線を介して超音波観測装置３内部に設けた送信回路２１と増幅回路２２とに接続される。
【００１５】
送信回路２１はパルス状の送信信号を発生し、その送信信号を超音波振動子９に印加し、超音波振動子９は励振されることにより超音波に変換してその超音波を被検体側に送信し、被検体側で反射された反射超音波を受信して超音波エコー信号に変換して増幅回路２２に出力する。
【００１６】
なお、増幅回路２２は超音波エコー信号の受信時間が大きくなるにつれて増幅度を大きくする機能、いわゆるＳＴＣ機能も備えている。また、大きな信号が入力されたときに出力信号が飽和してしまうのを避けるため、ＡＧＣ機能を備える構成としても良い。
【００１７】
増幅回路２２で増幅された超音波エコー信号はアンチエリエイジングフィルタ（折り返し除去フィルタ）として機能するローパスフィルタ（ＬＰＦと略記）２３により不要な高周波信号成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器２４に入力される。
【００１８】
このＡ／Ｄ変換器２４によりアナログ信号からディジタル信号（ディジタル信号データ）に変換された後、メモリ２５に入力され、ディジタル信号は一時記憶される。このメモリ２５はパルス状の超音波の送受信のたびにデータが書き込まれ、その結果、１フレーム分のデータが距離方向、方位方向からなる２次元の画像データを時間軸方向に数フレーム分集めた３次元の超音波受信データが逐次格納される。
【００１９】
メモリ２５に格納された超音波受信データは、ディジタルフィルタ２６において後述する方法により、多重エコー信号が除去される。この多重エコー信号が除去された超音波受信データは圧縮・検波回路２７に入力され、圧縮・検波回路２７により超音波受信データを対数値に変換及びその後に検波処理される。
【００２０】
検波された信号データは走査変換回路２８に入力され、モニタ４の画面表示に適した画像信号（映像信号）に変換され、モニタ４に出力され、モニタ４の表示面には２次元の超音波断層像等が表示される。
【００２１】
また、超音波プローブ２において、挿入部６内に挿通されたフレキシブルシャフト１１は先端部８付近において、軸受け３１で回転自在に支持された硬質のシャフト３２を介して超音波振動子９に接続されている。
【００２２】
この先端部８は図２に示すように超音波を透過する音響キャップ３３で覆われ、超音波振動子９の周囲は超音波を伝達（伝播）する超音波伝播媒体３４で満たされている。なお、図１に示す軸受け３１は超音波伝播媒体３４を音響キャップ３３から後方側に漏れるのを防止するシール機能も有する。
【００２３】
上述のように回転駆動部１２が回転することにより、シャフト３２に取り付けられた超音波振動子９も図２の矢印で示すように回転駆動され、超音波を放射状に送信し、ラジアル走査する。つまり、本実施の形態は機械走査式の超音波プローブである。
【００２４】
具体的には、超音波振動子９から放射状に送信される超音波はその周囲の超音波伝播媒体３４及び円筒形状の音響キャップ３３を透過してその外側表面が当接される被検体側に送信される。
【００２５】
そして、被検体側における音響インピーダンスの変化部分で反射されたた音線に沿った反射超音波を音響キャップ３３を透過させて超音波振動子９で受信し、超音波エコー信号に変換する。
【００２６】
この場合、超音波振動子９から送信される超音波の一部が音響キャップ３３で反射され、超音波振動子９で受信されると共に、さらにその一部が超音波振動子９で反射されて音響キャップ３３側に進行するという具合となり、超音波振動子９と音響キャップ３３とで多重反射が起こり、超音波振動子９はその多重反射の超音波も受信する。
【００２７】
従って、本来検出しようと望む被検体側からの反射超音波を受信した超音波エコー信号には、音響キャップ３３による多重エコーが重畳された形となる。図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、多重エコー信号、被検体からの（超音波）エコー信号、超音波振動子９で（実際に）受信されるエコー信号の関係を示す。
【００２８】
図３に示すように、（Ａ）の多重エコー信号と（Ｂ）の被検体からのエコー信号を足し合わせたものが（Ｃ）の超音波振動子９で受信されるエコー信号となる。
【００２９】
なお、本実施の形態の図示に従って機械走査式の超音波プローブの場合で説明したが、電子走査式の超音波プローブにおいても、その場合の超音波振動子と、その超音波振動子の前面に設けた音響整合層及び音響レンズの間で超音波の反射が起こり（多重反射となり）、従って被検体からのエコー信号にその多重反射による多重エコーが重畳する現象が同様に起こる。
【００３０】
以下に説明する多重エコーの除去手段は、機械走査式の超音波プローブの場合にも、電子走査式の超音波プローブにおいても同様に適用することができる。
【００３１】
上述したように超音波振動子９で受信した超音波エコー信号（以下では、受信信号ともいう）は増幅回路２２で増幅され、ＬＰＦ２３で不要な高周波成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器２４でディジタル量の受信データに変換された後、メモリ２５に数フレーム分のデータが格納される。
【００３２】
メモリ２５に格納された受信データは、ディジタルフィルタ２６により多重エコー信号線分が除去される。次にこのディジタルフィルタ２６の作用を説明する。
【００３３】
このディジタルフィルタ２６では、メモリ２５から読み出された３次元の受信データを用いて以下の式（１）の演算を行い、添え字ｉｎで示す右辺の第１項と第２項で示す演算処理を行って、添え字ｏｕｔで示すような左辺の受信データを得る。
【００３４】
0003828450.tif 000002
ここで、ｄxyＮ はメモリ２５に格納されているＮフレーム目の距離方向にｙ番目、方位方向にｘ番目の受信データである。また、Ｂ、Ｌはフィルタ係数であり、それぞれ操作部５からユーザが可変設定することができる。
【００３５】
上記式（１）における右辺第１項は、フィルタ処理前の原データ、第２項はＬフレームにわたって時間平均値を求める項を示す。
【００３６】
係数Ｂは−１から０までの任意の値から選択可能である。例えば、係数ＢをＢ＝−１にすると、原データから時間平均値が引き算されるので、出力データには時間平均値が残らない。つまり、ディジタルフィルタ２７により、受信データから時間変動の少ない成分を完全に除去する。
【００３７】
反対に、係数ＢをＢ＝０に近づけることで、フィルタの機能を下げ、（実際に受信した）原画像に近づけることができる。係数Ｌは任意の自然数から選択可能であり、時間変動の除去の特性を決定する。
【００３８】
一方、係数Ｌの値によりカットオフ周波数ｆｃが、
ｆｃ＝ＳＲＦ／Ｌ        （２）
という式（２）決定され、ディジタルフィルタ２６は図４に示すフィルタ特性となる。ここで、ＳＲＦは超音波の走査の繰り返し周波数である。
【００３９】
このようにディジタルフィルタ２６を通すフィルタ処理することで、時間変動の少ない成分、即ち多重エコー信号が簡単な構成で高精度に除去される。
【００４０】
一方、被検体としての生体からのエコー信号は、ゆっくりではあるが必ず変動しており、ディジタルフィルタ２６では除去されない。ディジタルフィルタ２６による多重エコーの除去の例を図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
【００４１】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は図３（Ａ）〜（Ｃ）と同じであり、図５（Ｄ）がディジタルフィルタ２６を通した後のエコー信号（受信データ）である。つまり、図５（Ｃ）に示すディジタルフィルタ２６を通す前のエコー信号はディジタルフィルタ２６を通すことにより、図５（Ｄ）に示すようになり、図５（Ｂ）に示すエコー信号と殆ど同じエコー信号を得ることができる。
【００４２】
図５に示すようにディジタルフィルタ２６によって多重エコーが除去された後、圧縮・検波回路２７で対数特性に圧縮され、検波された後、走査変換回路２８で直交座標系に変換されてモニタ４に出力され、モニタ４の表示面には多重エコーが殆どない被検体に対する超音波断層像を表示することができる。
【００４３】
本実施の形態によれば、機械走査式の場合には超音波振動子９と先端キャップ３３との間隔、電子走査式の場合には超音波振動子と音響整合層及び音響レンズとの間隔の情報を必要とすることなく、ディジタルフィルタ２６による簡単な構成で多重エコーを高精度に除去でき、多重エコーに影響されない質の良い超音波断層像を得ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、上記間隔が製造上でばらつくような場合にも対応できる。
【００４５】
このため、超音波観測装置３に実際に接続される超音波プローブ２が異なる場合にも、多重エコーを有効に除去できる。つまり、ユーザ側では、超音波プローブ２の仕様が大きく異なるような種類の場合のみに、操作部５等からその仕様等に応じた変更設定を行うのみで、簡単に多重エコーを有効に除去できる。このため、操作性を大幅に向上して、質の良い超音波断層像を得ることができる。
【００４６】
従って、本実施の形態は以下の効果を有する。
【００４７】
本実施の形態によれば、時間変動の少ない超音波エコー信号、すなわち多重エコー信号を簡単に除去でき、生体からのエコー信号のみを画像化した質の良い超音波断層像を得ることができる。また、操作性を向上できる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図６を参照して説明する。本実施の形態の超音波診断装置は図１に示す第１の実施の形態と同様の構成であり、超音波観測装置３におけるディジタルフィルタ２６のフィルタ処理が異なる。
【００４９】
従って、以下では第２の実施の形態におけるディジタルフィルタ２６によるフィルタ処理を説明する。このフィルタ処理は、より具体的にはフィルタ係数が異なる。
【００５０】
このフィルタ係数は、以下の式（３）で与えられる。
【００５１】
0003828450.tif 000003
ここで、フィルタ係数Ｂ、Ｌは第１の実施の形態で説明したものと同じである。また、フィルタ係数Ｃ、及びｋxyは、フィルタ係数Ｂ及びＬと同様に操作部５からユーザが可変設定することができる。この式（３）における右辺の第３項は、振動子面に平行な方向の平均値を求める項である。
【００５２】
係数Ｃは−１から０までの任意の値から選択可能である。例えばＣ＝−１に設定すると、原データから振動子面（音線と垂直な方向の面）に平行な方向の平均値が引き算される。従って、ディジタルフィルタ２６により、振動子面に平行な方向に変動の少ない成分が除去される。
【００５３】
反対に、Ｃ＝０に近づけることで、フィルタの機能を下げ、原画像に近づけることができる。一方、係数ｋxyは振動子に平行なデータの除去の特性を決定するパラメータであり、具体的には以下のような形を取る。
【００５４】
0003828450.tif 000004
ここで、ｊ行目には、ｊ列目を先頭にｊ＋ｅ−１列目までｊ＋ｅ−１という計数がｅ個並ぶ構成となっている。ｊ＋ｅ−１がｍ列目を越える場合は、１列目に戻り、１／ｅという係数が行中に常にｅ個存在するようにする。ｅは任意の自然数であり、操作部５を用いてユーザーが可変することができる。
【００５５】
この係数ｋxyはｅ個のデータの平均をとるためのものである。ｅを大きくすると、多重エコー信号のみを確実に除去できるようになるが、演算時間が多くかかる。一方、ｅを小さくすると多重エコー以外の信号が誤って除去されてしまう可能性はあるが、演算時間を短縮できる。ユーザーは両者のバランスを見ながらパラメータｅを調整する。
【００５６】
このとき、図６に示すように方位方向にｅ本以上に渡って変動のないデータを除去するフィルタ特性となる。本実施の形態では、ディジタルフィルタ２６ら出力される超音波受信データは時間変動が少なく、かつ方位方向に変動の少ない信号成分、すなわち多重エコー信号を除去したものとなる。
【００５７】
その後は第１の実施の形態と同様に超音波断層像が作成され、モニタ４に表示される。
【００５８】
本実施の形態は以下の効果を有する。
【００５９】
時間変動が少ないと同時に超音波振動子面に平行な超音波エコー信号、すなわち多重エコー信号が除去され、生体からのエコー信号のみを画像化した超音波断層像を得ることができる。
【００６０】
なお、ディジタルフィルタ２６は、ＣＰＵやＤＳＰ等で構成しても良い。
【００６１】
［付記］
１．被検体に超音波を送受信して超音波走査を行い、前記被検体からの超音波エコー信号を超音波診断画像として表示することにより被検体の検査を行う超音波診断装置において、
前記エコー信号から被検体の期待される超音波エコー信号に比べ、超音波エコー信号の中の所定成分の時間変動の少ない超音波エコー信号を多重エコー成分として除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で前記多重エコー成分の除去された超音波エコー信号を処理して超音波画像を得る画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【００６２】
（付記１の効果）付記１の構成によると、時間変動の少ない超音波エコー信号、すなわち多重エコー信号が除去され、生体からのエコー信号のみを画像化した超音波断層像を得ることができる。
【００６３】
２．被検体に超音波を送受信して超音波走査を行い、前記被検体からの超音波エコー信号を超音波診断画像として表示することにより被検体の検査を行う超音波診断装置において、
前記エコー信号から被検体の期待される超音波エコー信号に比べ、超音波エコー信号の中の所定成分の時間変動の少なくかつ振動子面と平行な方向に変動の少ない超音波エコー信号を多重エコー成分として除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で前記多重エコー成分の除去された超音波エコー信号を処理して超音波画像を得る画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【００６４】
（付記２の効果）付記２に記載の構成によると、時間変動が少ないと同時に超音波振動子面に平行な超音波エコー信号、すなわち多重エコー信号が除去され、生体からのエコー信号のみを画像化した超音波断層像を得ることができる。
【００６５】
３．被検体に超音波を送受信して超音波走査を行う超音波振動子を内蔵した超音波プローブが着脱自在に装着され、超音波振動子により受信して得られた超音波エコー信号を超音波診断画像として表示することにより被検体の検査を行う超音波診断装置において、
前記エコー信号から被検体の期待される超音波エコー信号に比べ、超音波エコー信号の中の所定成分の時間変動の少ない超音波エコー信号を多重エコー成分として除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波エコー信号の中の例えば時間に対する変動等の少ない多重エコーを有効に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の全体構成図。
【図２】超音波プローブの先端部の構造を示す断面図。
【図３】多重エコー、被検体からのエコー信号、超音波振動子で受信されるエコー信号の信号波形例を示す図。
【図４】ディジタルフィルタの周波数に対する特性図。
【図５】ディジタルフィルタにより多重エコーが除去される説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるディジタルフィルタの周波数に対する特性図。
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…超音波プローブ
３…超音波観測装置
４…モニタ
５…操作部
６…挿入部
７…操作部
８…先端部
９…超音波振動子
２１…送信回路
２２…増幅回路
２３…ＬＰＦ
２４…Ａ／Ｄ変換器
２５…メモリ
２６…ディジタルフィルタ
２７…圧縮・検波回路
２８…走査変換回路
３２…シャフト
３３…音響キャップ
３４…超音波伝播媒体
【図１】
0003828450.tif 000005
【図２】
0003828450.tif 000006
【図３】
0003828450.tif 000007
【図４】
0003828450.tif 000008
【図５】
0003828450.tif 000009
【図６】
0003828450.tif 000010