JP2012096095A - 超音波診断装置、超音波診断装置制御プログラム及び超音波信号処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の走査線それぞれに、位相が反転した2種類の超音波を送信し、走査線ごとに前記2種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号EA、EBを受信する送受信部21と、第1、第2のエコー信号EA、EBを走査線ごとに加算して第3のエコー信号ECを生成する第1の加算部23と、第1のエコー信号EAに基づいて第1の処理信号SAを生成し、かつ第3のエコー信号ECに基づいて第2の処理信号SCを生成する第1の信号生成手段と、第1、第2の処理信号SA、SCに基づいて第3の処理信号SDを生成する第2の加算部29と、第3の処理信号SDに基づいて超音波画像を生成する画像処理部30と、超音波画像を表示する表示モニタ33とを具備する。
【選択図】図2
Description
前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得する非線形成分取得ユニットと、前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分を含む基本波成分を含む基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、前記合成信号に基づく画像を表示する表示ユニットと、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
まず、図1と図2を用いて本発明の第1実施形態について説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。
図1に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ10と装置本体20とから構成されている。
本実施形態における超音波走査では、走査線ごとに、位相が180度反転した2本の超音波、すなわち第1、第2の超音波が連続して送信される。これら第1、第2の超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不連続面で反射して、位相が180度反転した2本のエコー信号、すなわち前記第1、第2の超音波に対応した第1、第2のエコー信号EA、EBとなって送受信部21に受信される。なお、第1、第2のエコー信号EA、EBは、基本波成分とハーモニック成分の両方を含んでいるが、基本波成分に比べてハーモニック成分が極めて小さいため、基本波成分が反映されたエコー信号とみなされる。
と表現される。
図2を見ると、重み係数WAは、浅部で小さく、深部に行くにつれて大きくなっている。逆に、重み係数WCは、浅部で大きく、深部に行くにつれて小さくなっている。そして、中間部では、重み係数WAとWCが近い値となっている。したがって、第3の処理信号SDは、浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されていることになる。
本実施形態における第3の処理信号SDは、基本波成分が反映された第1の処理信号SAに重み係数WAをかけ、ハーモニック成分が反映された第2の処理信号SCに重み係数WCをかけ、これらを加算することにより生成されている。そして、第1の処理信号SAの重み係数WAは、被検体の浅部で大きく、かつ深部で小さくなるように設定され、第2の処理信号SCの重み係数WCは、被検体の浅部で小さく、かつ深部で大きくなるように設定されている。
次に、図3と図4を用いて本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態では、第1実施形態における第1の加算部23の代わりに、加減算部(加算手段、減算手段)23Aが使用されている。
本実施形態における超音波走査では、走査線ごとに、位相が180度反転した2本の超音波、すなわち第1、第2の超音波が連続して送信される。これら第1、第2の超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不連続面で反射して、位相が180度反転した2本のエコー信号、すなわち前記第1、第2の超音波に対応した第1、第2のエコー信号EA、EBとなって送受信部21に受信される。
と表現される。
図4を見ると、重み係数WCは、浅部で大きく、深部に行くにつれて小さくなっている。逆に、重み係数WC´は、浅部で小さく、深部に行くにつれて大きくなっている。そして、中間部では、重み係数WCとWC´が近い値となっている。したがって、第3の処理信号SDは、浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されていることになる。さらに、基本波成分の寄与率を表現している重み係数WC´の曲線は、第1実施形態における重み係数WAの曲線よりも緩やかとなっている。
本実施形態における第2の処理信号SC´は、第1実施形態における第1の処理信号SAと同じく、基本波成分が主に反映された処理信号であるが、基本波成分が2倍に強調された第4のエコー信号EC´に基づいて生成されているので、第1実施形態における第1処理信号SAに対して約2倍の強度を持っていることになる。
次に、図5を用いて本発明の第3実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1、第2実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態は、第1実施形態における超音波診断装置に対して、いわゆる周波数コンパウンドを適用した例である。そのために、本実施形態における超音波診断装置では、送受信部21の後段が4つのパスP1〜P4に分離され、第2の加算部29の前段で再び連結されている。
送受信部21で受信された第1、第2のエコー信号EA、EBは、それぞれパスP1〜P4に分離され、パスごとに信号処理されることになる。例えば、パスP1に送られた第1、第2のエコー信号EA1、EB1は、それぞれ第1実施形態と同じ要領で処理され、基本波成分が反映された第1の処理信号SA1と、ハーモニック成分SC1が反映された第2の処理信号SC1となって、Log圧縮部27から順次出力される。なお、これら第1、第2の処理信号SA1、SC1は、第1実施形態における第1、第2の処理信号SA、SCに対応している。
“SD=SA1×WA1+SA2×WA2+SA3×WA3+SA4×WA4+SC1×WC1+SC2×WC2+SC3×WC3+SC4×WC4”
と表現される。
本実施形態における第3の処理信号SDは、互いに周波数が異なる4種類の基本波成分と、互いに周波数が異なる4種類のハーモニック成分とから構成されている。したがって、第3の処理信号SDに基づいて生成される超音波画像は、コンパウンド効果によりスペックル感の無い極めて密なものとなる。その結果、超音波画像における生体組織の細部まで詳細に表示されるから、従来よりも診断能が向上することになる。
次に、図6と図7を用いて本発明の第4実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1〜第3実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略する。 図6は本発明の第4実施形態に係る超音波診断装置のインターフェース部34周辺のブロック図、図7は同実施形態に係る重み係数WCのグラフである。
図6に示すように、本実施形態は、第1実施形態における超音波診断装置に対して、インターフェース部(可変手段)34を付加したものである。このインターフェース部34は、医師等の操作者が指定した重み係数を入力するためのものである。なお、本実施形態における重み係数としては、深さに対してリニアに変化したものが用いられる。また、インターフェース部34としては、例えばダイヤル、スライド式スイッチ、ボタン、タッチパネル式スイッチ等が用いられる。
次に、図8と図9を用いて本発明の第5実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1〜第4実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略する。 図8は本発明の第5実施形態に係る超音波診断装置の重み係数テーブル35周辺のブロック図、図9は同実施形態に係る重み係数WC、WA(1)、WA(1)、…WA(n)のグラフである。
図8に示すように、本実施形態は、第1実施形態に係る超音波診断装置に対して、インターフェース部(可変手段)34Aと重み係数テーブル35とを付加したものである。 インターフェース部34Aは、超音波の送信周波数や医師等の操作者が指定した重み係数等の各種設定情報を入力するためのものである。重み係数テーブル35は、図9に示すように、重み係数WCと、超音波の送信周波数や表示深さに対応した重み係数WA(1)、WA(2)、…WA(n)を記憶している。
先ず、図10〜図15を用いて第1の実施形態について説明する。
図10は本発明の第6の実施形態における超音波診断装置のブロック図である。
本実施形態における走査シーケンスでは、走査線ごとに位相が反転した2本の超音波、即ち第1、第2の超音波が連続して送信される。第1、第2の超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不連続面で反射して、位相が反転した2本のエコー信号、即ち第1、第2の超音波に対応した第1、第2のエコー信号EA、EBとなって送受信部21に受信される。
SD=SA×WA+SC×WC
と表現される。なお、重み係数WA、WCは、重み係数計算部40によって算出されたものであるが、その算出方法については、後に詳述することとする。
図11に示すように、重み係数WAは、浅部で小さく、深部に行くにつれて大きくなっている。逆に、重み係数WCは、浅部で大きく、深部に行くにつれて小さくなっている。そして、中間部では、重み係数WAとWCが近い値となっている。したがって、第3の画像信号SDは、浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されていることになる。
図12は同実施形態における重み係数WA、WCの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図12に示すように、入力部36が押されると(ステップS1)、重み係数WA、WCの設定シーケンスが開始される。重み係数WA、WCの設定シーケンスでは、先ず送受信部21によって1フレーム分の空受信が実施される(ステップS2)。なお、空受信とは、超音波の送信を実施することなく、受信だけを実施することである。したがって、送受信部21によって1フレーム分の空受信が実施されると、超音波プローブ10や装置本体20に固有の内部ノイズによって1フレーム分のノイズ信号が生成されることになる。ちなみに、超音波プローブ10や装置本体20からのノイズ信号は、画像表示部33に白く表示されるため、ホワイトノイズと呼ばれることがある。
図13に示すように、ノイズゲインGNとシグナルゲインGCは、ある深さで交差していて、その交差ポイントPより深い領域では、ノイズゲインGNがシグナルゲインGCより低くなっている。これは、交差ポイントPより深い領域におけるノイズ信号の強度が第2の画像信号SCの強度より大きいことを示している。
図14(a)、図14(b)は同実施形態における0.7[dB/MHz・cm]の減衰率を有するファントムの診断画像である。すなわち、図14(a)は重み係数WA、WCの設定シーケンスが作動していない場合、図14(b)は重み係数WA、WCの設定シーケンスが作動している場合を示している。なお、ファントムの深部には、球形のターゲットTが埋め込まれている。
本実施形態において、第3の画像信号SDは、基本波成分が反映された第1の画像信号SAに重み係数WAをかけ、ハーモニック成分が反映された第2の画像信号SCに重み係数WCをかけ、これらを加算することにより生成されている。そして、第1の画像信号SAの重み係数WAは、被検体の浅部で大きく、かつ深部で小さくなるように設定され、第2の画像信号SCの重み係数WCは、被検体の浅部で小さく、かつ深部で大きくなるように設定されている。
次に、図16を用いて第2の実施形態について説明する。
図16は本発明の第2の実施形態における重み係数WA、WCの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図16に示すように、本実施形態における診断画像の生成工程は、第1の実施形態における表示シーケンスのステップS7とステップS8の中間に、二点鎖線で示すように、ステップS9〜ステップ13が追加されている。
次に、図17を用いて第8の実施形態について説明する。
図17は本発明の第8の実施形態におけるテーブルの概念図である。
本実施形態において、装置本体20に搭載されたメモリ(図示しない)は、図17に示すようなテーブルを保存している。テーブルは、交差ポイントPの深さと、それぞれの深さに最適な送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジとを対応づけるものである。
他の実施形態に係る超音波診断装置は、複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信し、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号を受信する送受信ユニットと、前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を加算して非線形信号を取得する非線形信号取得ユニットと、前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、前記合成信号に基づく画像を表示する画像表示ユニットと、を具備するものである。
他の実施形態に係る超音波診断装置は、複数の走査線それぞれに対して、それぞれが第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含み位相が反転する2種類の超音波を送信し、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号を受信する送受信ユニットと、前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得する非線形成分取得ユニットと、前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、前記合成信号に基づく画像を表示する表示ユニットと、を具備するものである。
一実施形態に係る超音波信号処理プログラムは、超音波信号を処理するためのプログラムであって、コンピュータに、複数の走査線それぞれに対して、第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含む超音波の送受信によって得られるエコー信号から、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、前記第1、第2の周波数成分を含む基本波成分を含む基本波信号を取得させる基本波信号取得機能と、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、を実現させるものである。
他の実施形態に係る超音波信号処理プログラムは、超音波診断装置を制御するためのプログラムであって、前記超音波診断装置に、複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信させる送信機能と、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した反射波を受信して得られる第1、第2のエコー信号を加算することで、非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、前記第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得させる基本波信号取得機能と、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、を実現させるものである。
他の実施形態に係る超音波信号処理プログラムは、超音波診断装置を制御するためのプログラムであって、前記超音波診断装置に、複数の走査線それぞれに対して、それぞれが第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含み位相が反転する2種類の超音波を送信させる送信機能と、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した反射波を受信して得られる第1、第2のエコー信号から、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、前記第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得させる基本波取得機能と、前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、を実現させるものである。
Claims (20)
- 複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信し、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号を受信する送受信ユニットと、
前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を加算して非線形信号を取得する非線形信号取得ユニットと、
前記送受信ユニットにより受信された第1のエコー信号又は第2のエコー信号を含む基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、 前記合成信号に基づく画像を表示する画像表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記合成信号生成ユニットは、前記非線形信号と前記基本波信号に対し、それぞれ被検体の深さに応じて定められた重み係数を積算した後、これらを加算することで前記合成信号を生成することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
- 前記非線形成分を深さ方向に一定にさせる第1のゲインと、ノイズ成分を深さ方向に一定にさせる第2のゲインとを算出するゲイン算出ユニットと、
前記第1のゲインと、前記第2のゲインの深さ方向に従った大小関係に基づき、前記それぞれの重み係数を算出する重み係数算出ユニットと、
をさらに具備することを特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。 - 前記第1のゲイン係数と前記第2のゲイン係数とが等しくなる深さよりも深いところでは、浅いところよりも、前記基本波信号の重み係数に対する前記非線形成分の重み係数が相対的に小さいことを特徴とする請求項3記載の超音波診断装置。
- 複数の走査線それぞれに対して、第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含む超音波の送受信を行う送受信ユニットと、
前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得する非線形成分取得ユニットと、
前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分を含む基本波成分を含む基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、 前記合成信号に基づく画像を表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記合成信号生成ユニットは、前記非線形信号と前記基本波信号に対し、それぞれ被検体の深さに応じて定められた重み係数を積算した後、これらを加算することで前記合成信号を生成することを特徴とする請求項5記載の超音波診断装置。
- 前記非線形成分を深さ方向に一定にさせる第1のゲインと、ノイズ成分を深さ方向に一定にさせる第2のゲインとを算出するゲイン算出ユニットと、
前記第1のゲインと、前記第2のゲインの深さ方向に従った大小関係に基づき、前記それぞれの重み係数を算出する重み係数算出ユニットと、
をさらに具備することを特徴とする請求項6記載の超音波診断装置。 - 前記第1のゲイン係数と前記第2のゲイン係数とが等しくなる深さよりも深いところでは、浅いところよりも、前記基本波信号の重み係数に対する前記非線形成分の重み係数が相対的に小さいことを特徴とする請求項7記載の超音波診断装置。
- 複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信し、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号を受信する送受信ユニットと、
前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を加算して非線形信号を取得する非線形信号取得ユニットと、
前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、 前記合成信号に基づく画像を表示する画像表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記合成信号生成ユニットは、前記非線形信号と前記基本波信号に対し、それぞれ被検体の深さに応じて定められた重み係数を積算した後、これらを加算することで前記合成信号を生成することを特徴とする請求項9記載の超音波診断装置。
- 前記非線形成分を深さ方向に一定にさせる第1のゲインと、ノイズ成分を深さ方向に一定にさせる第2のゲインとを算出するゲイン算出ユニットと、
前記第1のゲインと、前記第2のゲインの深さ方向に従った大小関係に基づき、前記それぞれの重み係数を算出する重み係数算出ユニットと、
をさらに具備することを特徴とする請求項10記載の超音波診断装置。 - 前記第1のゲイン係数と前記第2のゲイン係数とが等しくなる深さよりも深いところでは、浅いところよりも、前記基本波信号の重み係数に対する前記非線形成分の重み係数が相対的に小さいことを特徴とする請求項11記載の超音波診断装置。
- 複数の走査線それぞれに対して、それぞれが第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含み位相が反転する2種類の超音波を送信し、前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した第1、第2のエコー信号を受信する送受信ユニットと、
前記超音波の送受信に基づいて、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得する非線形成分取得ユニットと、
前記送受信ユニットにより受信された第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得する基本波信号取得ユニットと、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成する合成信号生成ユニットと、 前記合成信号に基づく画像を表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記合成信号生成ユニットは、前記非線形信号と前記基本波信号に対し、それぞれ被検体の深さに応じて定められた重み係数を積算した後、これらを加算することで前記合成信号を生成することを特徴とする請求項13記載の超音波診断装置。
- 前記非線形成分を深さ方向に一定にさせる第1のゲインと、ノイズ成分を深さ方向に一定にさせる第2のゲインとを算出するゲイン算出ユニットと、
前記第1のゲインと、前記第2のゲインの深さ方向に従った大小関係に基づき、前記それぞれの重み係数を算出する重み係数算出ユニットと、
をさらに具備することを特徴とする請求項14記載の超音波診断装置。 - 前記第1のゲイン係数と前記第2のゲイン係数とが等しくなる深さよりも深いところでは、浅いところよりも、前記基本波信号の重み係数に対する前記非線形成分の重み係数が相対的に小さいことを特徴とする請求項15記載の超音波診断装置。
- 超音波診断装置を制御するためのプログラムであって、
前記超音波診断装置に、
複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信させる送信機能と、
前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した反射波を受信して得られる第1、第2のエコー信号を加算することで、非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、
前記第1のエコー信号又は前記第2のエコー信号を含む基本波信号を取得させる基本波取得機能と、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、
前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波診断装置制御プログラム。 - 超音波信号を処理するためのプログラムであって、
コンピュータに、
複数の走査線それぞれに対して、第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含む超音波の送受信によって得られるエコー信号から、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、
前記第1、第2の周波数成分を含む基本波成分を含む基本波信号を取得させる基本波信号取得機能と、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、
前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波信号処理プログラム。 - 超音波診断装置を制御するためのプログラムであって、
前記超音波診断装置に、
複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した2種類の超音波を送信させる送信機能と、
前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した反射波を受信して得られる第1、第2のエコー信号を加算することで、非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、
前記第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得させる基本波信号取得機能と、
前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、
前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波診断装置制御プログラム。 - 超音波診断装置を制御するためのプログラムであって、
前記超音波診断装置に、
複数の走査線それぞれに対して、それぞれが第1の周波数成分と当該第1の周波数成分より高い第2の周波数成分とを含み位相が反転する2種類の超音波を送信させる送信機能と、
前記走査線ごとに前記二種類の超音波に対応した反射波を受信して得られる第1、第2のエコー信号から、前記第1、第2の周波数成分の差音成分を含む非線形信号を取得させる非線形信号取得機能と、
前記第1、第2のエコー信号を減算して基本波信号を取得させる基本波取得機能と、 前記非線形信号と前記基本波信号とから合成信号を生成させる生成機能と、
前記合成信号に基づく画像を表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波診断装置制御プログラム。
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