JP4690537B2

JP4690537B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP4690537B2
Application number: JP2000364515A
Authority: JP
Inventors: 哲也川岸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002165796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織の非線形波形伝搬や造影剤（マイクロバブル）の非線形振動に由来するハーモニック成分（高調波成分、非線形成分とも言う）を映像化する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組織の非線形伝搬や造影剤の非線形振動で生じる基本周波数の整数倍のハーモニック成分を抽出して映像化することにより、高分解能にして、アーティファクト（偽像ノイズ）の少ない非常に質の高い画像を生成できることは周知のとおりである。
【０００３】
受信信号からハーモニック成分を取り出す方法としては、フィルタ法が代表的であるが、それよりも効果的に基本波成分を除去して、ハーモニック成分を抽出する方法が、阿比留巌、鎌倉友男共著「超音波パルスの非線形伝搬」（信学技法、ＵＳ８９−２３、ｐ５３）に記述されている。これは、同じ超音波走査線に対して互いに位相反転させた２種類の超音波パルスを交互に送信し、それに対応した２種類の受信信号を加算するいわゆるパルスインバージョン法であり、この方法は、基本波成分に対しては相殺作用を発生し、それによりフィルタ法では決して除去できないハーモニック帯域に入り込んだ基本波成分の除去を可能とするもので、しかもハーモニック成分に対しては逆に加算増強作用を発揮するという非常に有益な方法である。
【０００４】
同様な目的で開発された方法として、Ted Christopherによる”Finite Amplitude Distortion Based Inhomogeneous Pulse Echo Ultrasonic Imaging”(IEEE UFFC vol.44 No.1 January 1997)には、同じ超音波走査線に対して振幅の相違する２種類の超音波パルスを交互に送信し、それに対応した２種類の受信信号をゲイン補正して減算する振幅変化法が、掲載されている。
【０００５】
上記２つの方法の基本波成分の除去及びハーモニック成分の強調性能は、理論上では、非常に有効なものであるが、臨床上の問題を抱えている。
【０００６】
それは、いずれの方法も、同じ超音波走査線に対して超音波パルスを何度か繰り返し送信するものであり、これらの送信の間に、生体組織が固定していることはなく、多少なりとも動きがある。その組織の動きに起因して、加算又は減算後に、その変動成分が残留することになる。
【０００７】
この残留基本波成分はいわゆるモーションアーチファクトとして画質を著しく劣化させる。図１０（ａ）には、加算又は減算前の受信信号の基本波成分とハーモニック成分のスペクトルを示しており、基本波成分はハーモニック成分に対して信号強度が高く、図１０（ｂ）に示すように若干の残留成分であってもハーモニック成分からみると高い。このためモーションアーチファクトは無視できるほど小さくはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、超音波診断装置において、基本波成分の除去及びハーモニック成分の抽出に関して高い性能を維持しながら、組織の動き等に起因する残留基本波成分の画質に対する悪影響を抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面は、複数の超音波走査線各々に対して超音波を繰り返し送信する送受信手段と、前記超音波のエコーを受信し、前記複数の超音波走査線に対してそれぞれ複数の受信信号を得る受信手段と、前記複数の受信信号に含まれる基本波成分を減衰し、ハーモニック成分を抽出するために、前記超音波走査線ごとに前記複数の受信信号に対する加算又は減算を伴う処理を行う信号処理手段と、前記信号処理手段による処理の施された信号に残留する前記基本波成分の残留成分の少なくとも一部をフィルタにより減衰させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力に基づいて超音波画像を表示する表示手段とを具備し、前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択する選択手段をさらに有し、前記選択手段は、前記残留成分の強度に応じて、前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択する。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明を実施形態に係る超音波診断装置の構成を示している。１１は、一次元または二次元的に配列された典型的には圧電効果を有する複数の振動素子（電気／音響変換素子）を備えた超音波プローブであり、図示しないコネクタを介して装置本体１２に装着される。なお、１つ又は近隣の数個の振動素子は、１つのチャンネルを構成している。ここでは１つ振動素子が１つのチャンネルを構成するものと仮定する。この超音波プローブ１１の各振動素子には、パルサ／プリアンプユニット１５から高周波（周波数ω１）の送信パルス電圧が印加される。振動素子は、その電気的な振動を機械的な振動に変換する。これにより振動素子から超音波が中心周波数（基本周波数）ω１で発生する。パルサ／プリアンプユニット１５は、送信パルス電圧の印加タイミングに関して、チャンネル間で時間差を与える。この時間差（遅延時間）は、複数の振動素子から発生した超音波を集束するとともに、その集束超音波を偏向するために設けられている。この遅延時間を変化することにより、焦点距離及び偏向角（送信方位）を任意に変化することが可能である。
【００１１】
装置本体１２に接続されたプローブ１１から、生体内の超音波が送信され、生体組織の非線形伝搬により、ハーモニック成分が発生する。また、造影剤が注入されている場合には、その非線形振動によりハーモニック成分が発生する。基本周波数ω１を中心とした基本波成分と、その整数倍のハーモニック成分は、体内組織の音響インピーダンスの境界、又は微小散乱体により後方散乱され、超音波受信信号として同じプローブ１１で受信される。なお、超音波造影剤としてのマイクロバブルの場合は、そのマイクロバブル自体の散乱エコーに非線形成分が発生する。
【００１２】
この受信信号は、パルサ／プリアンプユニット１５、受信遅延回路１６を経由して、ハーモニックユニット１７に送られる。受信遅延回路１６は、受信の際のビームフォーミング（整相加算処理）を行い、超音波ビームの方向・集束を制御するためのものであり、複数のビームを形成し並列同時受信をするために複数の回路セットから構成されていても良い。受信信号は、信号処理に適したサンプリング周波数でサンプリングされ、ディジタル信号に変換され、そしてビーム形成される。
【００１３】
詳細は後述するが、本発明では、各超音波走査線に対する送信は典型的には遇数回ずつ行われる。ここでは、各超音波走査線に対して２回ずつ送信する例で説明するが、もちろんを４回、６回、更にそれ以上の遇数回ずつ送信するようにしてもよい。なお、各超音波走査線に対する送信は奇数回ずつ行うようにしてもよく、その場合には、受信信号を加重加算することが必要とされる。
【００１４】
ハーモニックユニット１７では、同じ超音波走査線に関する複数の受信信号を加算又は減算を伴う処理に供することにより、受信信号から基本波成分を除去し、ハーモニック成分を主に抽出する。このハーモニックユニット１７の処理部分は、本発明の中心的な部分であり、その詳細は後述する。
【００１５】
ハーモニックユニット１７で抽出されたハーモニック信号は、検波ユニット１８で、体内の組織構造や造影剤等を示す形態画像を得るための一般的な検波処理・対数圧縮等にかけられる。その出力は表示ユニット１９でスキャンコンバートされ、画像処理を受け、その後にビデオ信号に変換され、モニタ１３に濃淡画像として表示される。この濃淡画像は、ハーモニック成分の強度に応じて濃淡がつけられた画像である。輝度変換され、画像信号に変換される。なお、検波処理は、ハーモニックユニット１７の前段で行っても良い。この装置の動作及び処理は、ホストＣＰＵ１４によって制御されている。
【００１６】
図２には、ハーモニックユニット１７の構成を示している。ハーモニックユニット１７には、受信信号から基本波成分を除去し、ハーモニック成分を抽出するために、同じ超音波走査線に関する複数の受信信号を加算又は減算を伴う処理を行う受信信号プロセッサ２０と、主にレート間の組織の動きを原因として受信信号プロセッサ２０で削除し切れなかった残留基本波成分を減衰するために受信信号プロセッサ２０の出力を濾過するフィルタ２１とが設けられている。
【００１７】
受信信号プロセッサ２０で行う処理方法は、送信方法と密接に関係している。本実施形態で採用する送信方法としては、以下に説明する２種類の方法のいずれかであるが、もちろん他の種類の方法であってもよい。
【００１８】
第１の送信方法としては、パルスインバージョン法である。このパルスインバージョン法は、各超音波走査線に対して超音波パルスを複数回（少なくとも２回）繰り返し送信するもので、特に、奇数回目（又は偶数回目）には図３（ａ）に時間波形を示す移相ゼロの正極先行の超音波パルス３１を送信し、偶数回目（又は奇数回目）には図３（ｂ）に時間波形を示す１８０°移相させた、つまり超音波パルス３１を位相反転させた負極先行の超音波パルス３２を送信する。パルスインバージョン法の信号処理では、このような送信方法で各超音波走査線ごとに送信回数に応じた数の受信信号を加算することで、基本波成分を相殺し、ハーモニック成分を増強するもので、この信号処理に従って受信信号プロセッサ２０は図５（ａ）に示すように加算処理部２２で構成される。
【００１９】
また、第２の送信方法としては、振幅変化法である。この振幅変化法も、各超音波走査線に対して超音波パルスを複数（少なくとも２回）繰り返し送信することはパルスインバージョン法と同様であるが、奇数回目（又は偶数回目）には図４（ａ）に時間波形を示すように高振幅で超音波パルス３３を送信し、偶数回目（又は奇数回目）には図４（ｂ）に時間波形を示すように低振幅で超音波パルス３４を送信する。振幅変化法の信号処理では、このような送信方法で各超音波走査線ごとに高振幅送信に対応する受信信号から、ゲイン補正した低振幅送信に対応する受信信号を減算する。ハーモニック成分の発生にはある程度以上のエネルギーが必要とされ、それ未満のエネルギーでは殆ど発生しない。これがビームを実質的に細くして分解能を上げることができる要因である。これと同じ理由で、低振幅送信に対応する受信信号には、ハーモニック成分は殆ど含まれないと考えてよい。従ってゲイン補正により高振幅送信に対応する受信信号と信号強度をほぼ揃えて、高振幅送信に対応する受信信号から減算することで、基本波成分を選択的に除去し、ハーモニック成分を残すことができる。この振幅変化法の原理に応じて、受信信号プロセッサ２０は図５（ｂ）に示すように低振幅送信に対応する受信信号を振幅を高く補正する振幅補正部２３と、振幅補正部２３で振幅補正した低振幅送信に対応する受信信号を、高振幅送信に対応する受信信号から減算する減算処理部２４とから構成される。
【００２０】
図６（ａ）には受信信号プロセッサ２０で基本波成分を除去する前段階にある受信信号の周波数スペクトルを示し、図６（ｂ）には受信信号プロセッサ２０で基本波成分を除去した後段階にある受信信号の周波数スペクトルを示し、図６（ｃ）にはフィルタ２１を通した後の受信信号の周波数スペクトルを示している。まず、受信信号プロセッサ２０で加算又は減算前の段階では、受信信号には、ハーモニック成分（図では二次高調波成分だけを示しているが、三次以降の高調波成分も実際には含まれる）とともに、それよりも非常に高パワーで基本波成分が含まれている。この受信信号を上述したように受信信号プロセッサ２０を通すことで、図６（ｂ）に示すように、ハーモニック成分が抽出される。しかし、基本波成分は完全には除去されず、一部分が残留する。
【００２１】
基本波成分の一部が残留する原因の主なものは、従来技術でも説明した通り、レート間での組織の動きによるものである。この残留成分は、基本周波数ω１を中心として広がっており、これを図６（ｃ）に示すようにフィルタ２１で減衰し、ハーモニック成分を通過させる。
【００２２】
フィルタ２１は、深さ方向に関して受信信号を濾過するＦＩＲ又はＩＩＲ型のディジタルフィルタで構成され、そのカットオフ周波数は、基本周波数ω１と二次高調波の周波数２・ω１との間であって、ハーモニック成分及び残留基本波成分それぞれの広がりを考慮して、ハーモニック成分に対する不要な減衰をできるだけ避け、残留基本波成分に対する効果的な減衰を実現する例えば二次高調波の周波数２・ω１から３〜６ｄＢ程度下がった周波数位置に設定される。つまり、実際的にはハーモニック成分はフィルタ２１の通過帯域外にも広がっていて、その外の部分は、残留基本波成分と共に減衰されてしまう。逆に、残留基本波成分はフィルタ２１の通過帯域内にも入り込んでおり、その入り込んだ部分はハーモニック成分と共に依然として残留する。
【００２３】
このように残留基本波成分と共に減衰されてしまうハーモニック成分の一部分をできるだけ減少させることと、ハーモニック成分と共に依然として消え残る残留基本波成分の一部分をできるだけ減らすこととは、互いにトレードオフの関係にあり、この関係を理解した上で、フィルタ２１の特性を最適化するのは、経験則及び観察者の嗜好に委ねるべきであると考える。また、ハーモニック成分及び残留基本波成分それぞれの広がり方は、個人差があり、また検査部位によっても異なり、さらにそのときの被検体の体調によっても変動する。これらのことを考慮して、フィルタ２１のフィルタ特性、特にカットオフ周波数は、ω１から２・ω１までの範囲で調整可能にフィルタ２１をデザインすることとし、実際には、操作者が、その場その場で超音波画像を見て最適な位置に設定することが好ましいといえる。なお、フィルタ２１の適用の効果は、残留成分を除去して、モーションアーティファクトを排除するのみならず、複数レート送信でのパルサ１５による波形の精度不足による基本波の消え残りも除去する効果もある。
【００２４】
ここで、図７に示すように、レート間での組織の動き大小の対象に応じて、残留基本波成分の現れ方が明らかに相違する。つまり、組織の動きが比較的大きいときには、比較的高いパワーで残留基本波成分が現れ、逆に、組織の動きが比較的小さいときには、残留基本波成分は殆ど現れない。残留基本波成分が殆ど現れていない状態でプロセッサ２０の出力をフィルタ２１に通すことは、残留基本波成分を除去するという本来のプラスの機能がほとんど無効化するにも関わらず、上述したフィルタ２１の通過帯域外に広がっているハーモニック成分の一部分を減衰させてしまうという若干とはいえマイナスの機能だけが発揮されることになる。つまり、フィルタ２１をオフすることで、基本波の帯域に入り込んでいるハーモニック成分も映像化可能であり、感度が向上する可能性がある。
【００２５】
このために、ハーモニックユニット１７は、フィルタ２１を実効的にオフにする、具体的な例としては、図８（ａ）に示すように、フィルタ２１を迂回するバイパス２７を追加し、切替器２６の選択に従ってフィルタ２１を通すのと、フィルタ２１を迂回するのとを切り替えることができるように変形される。また、同様に、ハーモニックユニット１７は、図８（ｂ）に示すように、フィルタコントローラ２７の制御により、フィルタ２１のフィルタ特性を、図７に示した残留成分を減衰しハーモニック成分を通過する特性と、ほぼフラットに全帯域を減衰しないで通過する特性とで切り替えることができるように変形される。図８（ａ）の切替器２６は比較器２５の出力に応じて接続先を切り替える。また、図８（ｂ）のフィルタコントローラ２７によるフィルタ特性の切り替えは、比較器２５の出力に応じて行われる。
【００２６】
比較器２５は、レート間に組織の動きが比較的大きいのか、あるいは比較的小さいのかを判定する回路であり、この判定は、例えば図９に示すように、プロセッサ２０の出力信号の基本周波数ω１のパワーをしきい値ＴＨと比較することにより行われる。レート間の組織の動きが比較的大きいときは残留成分が多く、その残留成分の中心位置、つまり基本周波数ω１のパワーも大きくなるので、それはしきい値ＴＨよりも高くなる。一方、レート間の組織の動きが比較的小さいときは残留成分が少なく、基本周波数ω１のパワーも小さくなるので、それはしきい値ＴＨよりも低くなる。しきい値ＴＨの調整により、その判定程度を任意に設定できる。
【００２７】
この判定結果に従って、基本周波数ω１のパワーがしきい値ＴＨよりも高いときには、組織の動きが大きく、従って残留成分も多いものとして、図８（ａ）のケースでは、プロセッサ２０の出力信号をフィルタ２１に供給するために切替器２６がフィルタ２１側に接続され、逆に、基本周波数ω１のパワーがしきい値ＴＨよりも低いときには、組織の動きが小さく、従って残留成分は非常に少ないものとして、プロセッサ２０の出力信号をフィルタ２１を迂回して出力するために切替器２６が迂回路２７側に接続される。
【００２８】
同様に、基本周波数ω１のパワーがしきい値ＴＨよりも高いときには、図８（ｂ）のケースでは、フィルタコントローラ２７はフィルタ２１の特性を図９の特性に設定し、逆に、基本周波数ω１のパワーがしきい値ＴＨよりも低いときには、フィルタコントローラ２７はフィルタ２１の特性を全帯域ほぼ通過型に設定する。
【００２９】
以上のように本実施形態によると、パルスインバージョン法又は振幅変化法を採用することで、基本波成分の除去及びハーモニック成分の抽出に関して高い性能を維持し、しかも特定のフィルタ特性をもつフィルタを採用することにより、組織の動き等に起因する残留基本波成分を十分減衰させることができる。
【００３０】
なお、上述の説明では、受信信号プロセッサ２０で加算処理により基本波成分をできるだけ除去し、ハーモニック成分を抽出してから、フィルタ２１を通して残留基本波成分を減衰し、ハーモニック成分を通過させるようにしているが、その順番は、可逆である。つまり、受信信号の基本波成分をまずフィルタ２１を通すことで減衰し、その後に、受信信号プロセッサ２０の加算処理によりフィルタ２１の残留基本波成分を除去し、ハーモニック成分を抽出するようにしてもよい。
【００３１】
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波診断装置において、基本波成分の除去及びハーモニック成分の抽出に関して高い性能を維持しながら、組織の動き等に起因する残留基本波成分の画質に対する悪影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１のハーモニックユニットの構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態において、パルスインバージョン法に従って送信される互いに位相の反転した２種の超音波パルスの波形例を示す図。
【図４】本実施形態において、振幅変化法に従って送信される振幅の相違する２種の超音波パルスの波形例を示す図。
【図５】本実施形態において、パルスインバージョン法に対応する図２の受信信号プロセッサの構成と、振幅変化法に対応する図２の受信信号プロセッサの構成を示す図。
【図６】本実施形態において、図２の受信信号プロセッサの入力信号、その出力信号、図２のフィルタの出力信号それぞれのスペクトルを示す図。
【図７】本実施形態において、図２のフィルタの入出力信号それぞれのスペクトルとそのフィルタ特性を示す図。
【図８】本実施形態において、受信信号プロセッサの変形例を示す図。
【図９】本実施形態において、図８の比較器で受信信号プロセッサの出力と比較されるしきい値を示す図。
【図１０】従来において、パルスインバージョン法の問題点として、組織の動きに起因する残留基本波成分を示す図。
【符号の説明】
１１…超音波プローブ、
１２…装置本体、
１３…モニタ、
１４…ホストＣＰＵ、
１５…パルサ／プリアンプユニット、
１６…受信遅延回路、
１７…ハーモニックユニット、
１８…検波ニット、
１９…表示ユニット、
２０…受信信号プロセッサ、
２１…フィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that visualizes a harmonic component (also referred to as a harmonic component or a nonlinear component) derived from nonlinear waveform propagation of a biological tissue or nonlinear vibration of a contrast agent (microbubble).
[0002]
[Prior art]
By extracting and visualizing harmonic components that are integral multiples of the fundamental frequency generated by nonlinear tissue propagation or contrast agent nonlinear vibration, high resolution images with very low artifacts can be obtained. It is well known that it can be generated.
[0003]
A typical method for extracting the harmonic component from the received signal is the filter method, but a method that removes the fundamental component and extracts the harmonic component more effectively than that is co-authored by Toru Atoru and Tomio Kamakura. Nonlinear propagation of ultrasonic pulses "(Science Technique, US89-23, p53). This is a so-called pulse inversion method in which two types of ultrasonic pulses that are phase-inverted with respect to the same ultrasonic scanning line are alternately transmitted, and two types of received signals corresponding thereto are added. In addition, it cancels out the fundamental wave component, which makes it possible to remove the fundamental wave component that has entered the harmonic band, which can never be removed by the filter method. It is a very useful way of exerting its effect.
[0004]
As a method developed for the same purpose, “Finite Amplitude Distortion Based Inhomogeneous Pulse Echo Ultrasonic Imaging” (IEEE UFFC vol.44 No.1 January 1997) by Ted Christopher describes the difference in amplitude for the same ultrasonic scan line. An amplitude change method is described in which two types of ultrasonic pulses to be transmitted are alternately transmitted, and two types of received signals corresponding thereto are subjected to gain correction and subtracted.
[0005]
The removal performance of the fundamental component and the enhancement performance of the harmonic component of the above two methods are theoretically very effective, but have clinical problems.
[0006]
In either method, ultrasonic pulses are repeatedly transmitted to the same ultrasonic scanning line several times, and the living tissue is not fixed between these transmissions. There is movement. Due to the movement of the tissue, the fluctuation component remains after addition or subtraction.
[0007]
This residual fundamental wave component significantly degrades the image quality as a so-called motion artifact. FIG. 10A shows the spectrum of the fundamental wave component and the harmonic component of the received signal before addition or subtraction. The fundamental wave component has a higher signal strength than the harmonic component, and is shown in FIG. Thus, even a slight residual component is high when viewed from the harmonic component. For this reason, motion artifacts are not small enough to be ignored.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to suppress an adverse effect on the image quality of a residual fundamental wave component caused by tissue movement or the like while maintaining high performance with respect to the removal of the fundamental wave component and the extraction of a harmonic component in an ultrasonic diagnostic apparatus. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An aspect of the present invention includes a transmission / reception unit that repeatedly transmits an ultrasonic wave to each of a plurality of ultrasonic scanning lines, and an echo of the ultrasonic wave, and a plurality of receptions for each of the plurality of ultrasonic scanning lines. Receiving means for obtaining a signal; and processing for adding or subtracting the plurality of reception signals for each ultrasonic scanning line in order to attenuate the fundamental wave component included in the plurality of reception signals and extract a harmonic component. Signal processing means to perform, filter means for attenuating at least a part of the residual component of the fundamental wave component remaining in the signal processed by the signal processing means by a filter, and ultrasonic waves based on the output of the filter means comprising a display means for displaying an image, further comprising a selection means for selecting whether to perform the attenuation process by the filter means, said selection means, said residual component Depending on the strength, it selects whether to perform the attenuation process by the filter means.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. An ultrasonic probe 11 includes a plurality of vibration elements (electrical / acoustic conversion elements) typically having a piezoelectric effect arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and the apparatus main body 12 via a connector (not shown). It is attached to. One or several adjacent vibrating elements constitute one channel. Here, it is assumed that one vibration element constitutes one channel. A high-frequency (pulse frequency ω1) transmission pulse voltage is applied from the pulsar / preamplifier unit 15 to each vibration element of the ultrasonic probe 11. The vibration element converts the electrical vibration into mechanical vibration. Thereby, an ultrasonic wave is generated from the vibration element at the center frequency (fundamental frequency) ω1. The pulser / preamplifier unit 15 gives a time difference between channels with respect to the application timing of the transmission pulse voltage. This time difference (delay time) is provided to focus the ultrasonic waves generated from the plurality of vibration elements and to deflect the focused ultrasonic waves. By changing the delay time, the focal length and the deflection angle (transmission direction) can be arbitrarily changed.
[0011]
In-vivo ultrasonic waves are transmitted from the probe 11 connected to the apparatus body 12, and a harmonic component is generated by nonlinear propagation of the living tissue. Further, when a contrast agent is injected, a harmonic component is generated by the nonlinear vibration. The fundamental wave component centered on the fundamental frequency ω1 and the harmonic component that is an integral multiple of the fundamental wave component are backscattered by the boundary of the acoustic impedance of the body tissue or the minute scatterer, and are received by the same probe 11 as the ultrasonic reception signal. Note that in the case of microbubbles as an ultrasound contrast agent, a nonlinear component is generated in the scattering echo of the microbubbles themselves.
[0012]
This received signal is sent to the harmonic unit 17 via the pulser / preamplifier unit 15 and the reception delay circuit 16. The reception delay circuit 16 performs beam forming (phasing addition processing) at the time of reception, and controls the direction and focusing of the ultrasonic beam. In order to form a plurality of beams and perform parallel simultaneous reception It may be composed of a plurality of circuit sets. The received signal is sampled at a sampling frequency suitable for signal processing, converted to a digital signal, and beamformed.
[0013]
Although details will be described later, in the present invention, transmission to each ultrasonic scanning line is typically performed several times. Here, an example in which transmission is performed twice for each ultrasonic scanning line will be described, but, of course, transmission may be performed four times, six times, and even more times. Note that transmission to each ultrasonic scanning line may be performed an odd number of times, and in this case, it is necessary to perform weighted addition of received signals.
[0014]
The harmonic unit 17 removes the fundamental wave component from the received signal and mainly extracts the harmonic component by subjecting a plurality of received signals related to the same ultrasonic scanning line to processing involving addition or subtraction. The processing part of the harmonic unit 17 is a central part of the present invention, and details thereof will be described later.
[0015]
The harmonic signal extracted by the harmonic unit 17 is subjected to a general detection process, logarithmic compression, and the like for obtaining a morphological image showing a tissue structure in the body, a contrast agent, and the like by the detection unit 18. The output is scan-converted by the display unit 19, subjected to image processing, then converted into a video signal, and displayed on the monitor 13 as a grayscale image. This grayscale image is an image that is shaded according to the intensity of the harmonic component. The luminance is converted to an image signal. The detection process may be performed before the harmonic unit 17. The operation and processing of this apparatus are controlled by the host CPU 14.
[0016]
FIG. 2 shows the configuration of the harmonic unit 17. The harmonic unit 17 includes a reception signal processor 20 that performs processing involving addition or subtraction of a plurality of reception signals related to the same ultrasonic scanning line in order to remove the fundamental wave component from the reception signal and extract the harmonic component. In addition, a filter 21 is provided for filtering the output of the received signal processor 20 in order to attenuate residual fundamental wave components that could not be completely deleted by the received signal processor 20 due to tissue movement between rates.
[0017]
The processing method performed by the reception signal processor 20 is closely related to the transmission method. The transmission method employed in the present embodiment is one of the two types of methods described below, but of course other types of methods may be used.
[0018]
The first transmission method is a pulse inversion method. In this pulse inversion method, an ultrasonic pulse is repeatedly transmitted to each ultrasonic scanning line a plurality of times (at least twice). In particular, in the odd number (or even number), the time shown in FIG. A positive phase leading ultrasonic pulse 31 indicating a waveform is transmitted, and an even number (or odd number) of ultrasonic pulses 31 are shifted by 180 ° indicating a time waveform in FIG. The ultrasonic pulse 32 preceded by the negative electrode with the phase inverted is transmitted. In the signal processing of the pulse inversion method, by adding the number of reception signals corresponding to the number of transmissions for each ultrasonic scanning line by such a transmission method, the fundamental wave component is canceled and the harmonic component is enhanced. In accordance with this signal processing, the reception signal processor 20 is configured by an addition processing unit 22 as shown in FIG.
[0019]
The second transmission method is an amplitude change method. In this amplitude change method, it is the same as the pulse inversion method that ultrasonic pulses are repeatedly transmitted to each ultrasonic scanning line (at least twice). However, in the odd number (or even number), FIG. The ultrasonic pulse 33 is transmitted with a high amplitude as shown in FIG. 4A, and the ultrasonic pulse 34 is transmitted with a low amplitude as shown in FIG. Send. In the signal processing of the amplitude change method, the reception signal corresponding to the low-amplitude transmission subjected to gain correction is subtracted from the reception signal corresponding to the high-amplitude transmission for each ultrasonic scanning line by such a transmission method. The generation of the harmonic component requires a certain amount of energy, and almost no energy is generated with less energy. This is a factor that can substantially reduce the beam and increase the resolution. For the same reason, it may be considered that the harmonic signal is hardly included in the reception signal corresponding to the low amplitude transmission. Therefore, it is possible to remove the fundamental wave component selectively and leave the harmonic component by subtracting the received signal corresponding to the high amplitude transmission by subtracting it from the received signal corresponding to the high amplitude transmission by substantially matching the received signal corresponding to the high amplitude transmission by gain correction. it can. In accordance with the principle of the amplitude change method, the received signal processor 20 corrects the received signal corresponding to the low amplitude transmission to a higher amplitude as shown in FIG. The subtraction processing unit 24 subtracts the corrected reception signal corresponding to the low amplitude transmission from the reception signal corresponding to the high amplitude transmission.
[0020]
FIG. 6A shows the frequency spectrum of the received signal before the fundamental wave component is removed by the received signal processor 20, and FIG. 6B shows the stage after the fundamental wave component is removed by the received signal processor 20. FIG. 6C shows the frequency spectrum of the received signal after passing through the filter 21. First, in the stage before addition or subtraction by the reception signal processor 20, the reception signal includes harmonic components (in the figure, only the second harmonic component is shown, but the third and subsequent harmonic components are actually included). At the same time, the fundamental wave component is included at a much higher power. By passing this received signal through the received signal processor 20 as described above, a harmonic component is extracted as shown in FIG. However, the fundamental wave component is not completely removed, and a part remains.
[0021]
The main cause of the remaining part of the fundamental wave component is due to the movement of the tissue between the rates as described in the prior art. This residual component spreads around the fundamental frequency ω1, and is attenuated by the filter 21 as shown in FIG. 6C to pass the harmonic component.
[0022]
The filter 21 is composed of an FIR or IIR type digital filter that filters the received signal in the depth direction, and the cut-off frequency is between the fundamental frequency ω1 and the second harmonic frequency 2 · ω1, Considering the spread of each of the harmonic component and the residual fundamental wave component, avoid unnecessary attenuation for the harmonic component as much as possible and realize effective attenuation for the residual fundamental wave component. For example, the second harmonic frequency 2 · ω1 to 3 It is set at a frequency position that is lowered by about 6 dB. In other words, the harmonic component actually spreads outside the pass band of the filter 21, and the other portion is attenuated together with the residual fundamental wave component. Conversely, the residual fundamental wave component also enters the pass band of the filter 21, and the portion that has entered still remains together with the harmonic component.
[0023]
There is a trade-off relationship between reducing as much as possible the portion of the harmonic component that is attenuated together with the residual fundamental component and reducing as much as possible the portion of the residual fundamental component that still remains with the harmonic component, After understanding this relationship, it is considered that optimizing the characteristics of the filter 21 should be left to the rule of thumb and the preference of the observer. In addition, the spreading method of the harmonic component and the residual fundamental wave component varies among individuals, varies depending on the examination site, and also varies depending on the physical condition of the subject at that time. In consideration of these matters, the filter 21 is designed so that the filter characteristics, particularly the cutoff frequency, of the filter 21 can be adjusted in the range from ω1 to 2 · ω1. It can be said that it is preferable to set the optimal position by viewing the ultrasonic image on the spot. Note that the effect of applying the filter 21 is not only to eliminate residual components and eliminate motion artifacts, but also to eliminate the disappearance of the fundamental wave due to insufficient waveform accuracy by the pulsar 15 in multi-rate transmission. .
[0024]
Here, as shown in FIG. 7, the appearance of the residual fundamental wave component is clearly different depending on the target of the tissue movement between the rates. That is, when the tissue movement is relatively large, the residual fundamental wave component appears at a relatively high power. Conversely, when the tissue movement is relatively small, the residual fundamental wave component hardly appears. Passing the output of the processor 20 through the filter 21 in a state in which the residual fundamental wave component hardly appears, though the original positive function of removing the residual fundamental wave component is almost invalidated, the filter 21 described above. Only a negative function is exhibited, although it slightly attenuates a part of the harmonic component spreading out of the passband. That is, when the filter 21 is turned off, the harmonic component entering the fundamental band can be visualized, and the sensitivity may be improved.
[0025]
For this purpose, the harmonic unit 17 effectively turns off the filter 21. As a specific example, a bypass 27 that bypasses the filter 21 is added as shown in FIG. The filter 21 is modified so that switching between passing the filter 21 and bypassing the filter 21 can be performed. Similarly, as shown in FIG. 8B, the harmonic unit 17 controls the filter characteristics of the filter 21 by the control of the filter controller 27 so that the residual component shown in FIG. 7 is attenuated and the harmonic component passes. And can be switched so that it can be switched to a characteristic that passes through the entire band without being attenuated in a substantially flat manner. The switch 26 in FIG. 8A switches the connection destination according to the output of the comparator 25. Further, the switching of the filter characteristics by the filter controller 27 in FIG. 8B is performed according to the output of the comparator 25.
[0026]
The comparator 25 is a circuit for determining whether the tissue motion is relatively large or relatively small between the rates, and this determination is performed by, for example, as shown in FIG. 9, the fundamental frequency ω1 of the output signal of the processor 20. Is compared with the threshold value TH. When the movement of the tissue between the rates is relatively large, there are many residual components, and the center position of the residual components, that is, the power of the fundamental frequency ω1, also increases, which is higher than the threshold value TH. On the other hand, when the tissue movement between the rates is relatively small, the residual component is small and the power of the fundamental frequency ω1 is also small, which is lower than the threshold value TH. The degree of determination can be arbitrarily set by adjusting the threshold value TH.
[0027]
According to this determination result, when the power of the fundamental frequency ω1 is higher than the threshold value TH, it is assumed that the tissue movement is large and therefore there are many residual components. In the case of FIG. 8A, the output signal of the processor 20 is filtered. When the switch 26 is connected to the filter 21 side to supply to 21 and the power of the fundamental frequency ω1 is lower than the threshold value TH, the movement of the tissue is small, and therefore the residual component is very small. In order to output the output signal of the processor 20 by bypassing the filter 21, a switch 26 is connected to the bypass circuit 27 side.
[0028]
Similarly, when the power of the fundamental frequency ω1 is higher than the threshold value TH, in the case of FIG. 8B, the filter controller 27 sets the characteristic of the filter 21 to the characteristic of FIG. 9, and conversely, the fundamental frequency ω1. When the power of the filter is lower than the threshold value TH, the filter controller 27 sets the characteristics of the filter 21 to be substantially the pass type in the entire band.
[0029]
As described above, according to the present embodiment, by adopting the pulse inversion method or the amplitude change method, it is possible to maintain a high performance with respect to the removal of the fundamental wave component and the extraction of the harmonic component and to have a filter having a specific filter characteristic. By adopting it, it is possible to sufficiently attenuate the residual fundamental wave component caused by tissue movement or the like.
[0030]
In the above description, the reception signal processor 20 removes the fundamental wave component as much as possible by the addition process, extracts the harmonic component, attenuates the residual fundamental wave component through the filter 21, and passes the harmonic component. The order is reversible. That is, the fundamental component of the received signal is first attenuated by passing through the filter 21, and then the residual fundamental component of the filter 21 is removed by the addition processing of the received signal processor 20 to extract the harmonic component. Good.
[0031]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Furthermore, the above embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, some constituent requirements may be deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the ultrasonic diagnostic apparatus, it is possible to suppress an adverse effect on the image quality of the residual fundamental wave component due to the movement of the tissue or the like while maintaining high performance regarding the removal of the fundamental wave component and the extraction of the harmonic component. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the harmonic unit of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a waveform example of two types of ultrasonic pulses transmitted in accordance with the pulse inversion method and having phases inverted with respect to each other in the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing waveform examples of two types of ultrasonic pulses with different amplitudes transmitted according to the amplitude change method in the present embodiment.
5 is a diagram showing the configuration of the reception signal processor of FIG. 2 corresponding to the pulse inversion method and the configuration of the reception signal processor of FIG. 2 corresponding to the amplitude change method in the present embodiment.
6 is a diagram showing the spectrum of each of the input signal of the reception signal processor of FIG. 2, its output signal, and the output signal of the filter of FIG. 2 in the present embodiment.
7 is a diagram showing the spectrum of each of the input and output signals of the filter of FIG. 2 and its filter characteristics in the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the received signal processor in the present embodiment.
9 is a diagram showing threshold values that are compared with the output of the received signal processor in the comparator of FIG. 8 in the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a residual fundamental wave component caused by tissue movement as a problem of the pulse inversion method in the related art.
[Explanation of symbols]
11 ... ultrasonic probe,
12 ... The device body,
13 ... Monitor,
14: Host CPU,
15 ... Pulsar / preamplifier unit,
16: Reception delay circuit,
17 ... Harmonic unit,
18 ... Detection knit,
19 ... Display unit,
20: Receive signal processor,
21: Filter.

Claims

複数の超音波走査線各々に対して超音波を繰り返し送信する送受信手段と、
前記超音波のエコーを受信し、前記複数の超音波走査線に対してそれぞれ複数の受信信号を得る受信手段と、
前記複数の受信信号に含まれる基本波成分を減衰し、ハーモニック成分を抽出するために、前記超音波走査線ごとに前記複数の受信信号に対する加算又は減算を伴う処理を行う信号処理手段と、
前記信号処理手段による処理の施された信号に残留する前記基本波成分の残留成分の少なくとも一部をフィルタにより減衰させるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力に基づいて超音波画像を表示する表示手段とを具備し、
前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択する選択手段をさらに有し、
前記選択手段は、前記残留成分の強度に応じて、前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択することを特徴とする超音波診断装置。Transmitting / receiving means for repeatedly transmitting ultrasonic waves to each of the plurality of ultrasonic scanning lines;
Receiving means for receiving the ultrasonic echoes and obtaining a plurality of received signals for the plurality of ultrasonic scanning lines;
Signal processing means for performing processing involving addition or subtraction on the plurality of reception signals for each ultrasonic scanning line in order to attenuate fundamental wave components included in the plurality of reception signals and extract harmonic components ;
Filter means for attenuating at least a part of the residual component of the fundamental wave component remaining in the signal processed by the signal processing means by a filter;
Display means for displaying an ultrasonic image based on the output of the filter means,
A selection means for selecting whether to perform attenuation processing by the filter means;
The ultrasonic diagnostic apparatus , wherein the selection unit selects whether or not to perform attenuation processing by the filter unit according to the intensity of the residual component .

複数の超音波走査線各々に対して超音波を繰り返し送信する送受信手段と、
前記超音波のエコーを受信し、前記複数の超音波走査線に対してそれぞれ複数の受信信号を得る受信手段と、
前記複数の受信信号に含まれる基本波成分を減衰し、ハーモニック成分を抽出するために、前記超音波走査線ごとに前記複数の受信信号に対する加算又は減算を伴う処理を行う信号処理手段と、
前記信号処理手段による処理の施された信号に残留する前記基本波成分の残留成分の少なくとも一部をフィルタにより減衰させるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力に基づいて超音波画像を表示する表示手段とを具備し、
前記残留成分の強度に応じて、前記フィルタ手段を実質的に通過させるように前記残留成分の強度に応じて前記フィルタ手段のフィルタ特性を変えることを特徴とする超音波診断装置。Transmitting / receiving means for repeatedly transmitting ultrasonic waves to each of the plurality of ultrasonic scanning lines;
Receiving means for receiving the ultrasonic echoes and obtaining a plurality of received signals for the plurality of ultrasonic scanning lines;
Signal processing means for performing processing involving addition or subtraction on the plurality of reception signals for each ultrasonic scanning line in order to attenuate fundamental wave components included in the plurality of reception signals and extract harmonic components ;
Filter means for attenuating at least a part of the residual component of the fundamental wave component remaining in the signal processed by the signal processing means by a filter;
Display means for displaying an ultrasonic image based on the output of the filter means,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the filter characteristic of the filter means is changed in accordance with the intensity of the residual component so as to substantially pass through the filter means in accordance with the intensity of the residual component .

送信波形の非線形成分を映像化する超音波診断装置において、
複数の超音波走査線各々に対して超音波を繰り返し送受信することで得られた複数の受信信号に対して前記超音波走査線ごとに基本波成分を減衰する処理を行う信号処理手段と、
前記基本波成分を減衰する処理の施された信号に残留する前記基本波成分の残留成分の少なくとも一部をフィルタにより減衰するフィルタ手段と、
この濾過後の信号に基づいて超音波画像を表示する表示手段とを具備し、
前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択する選択手段をさらに有し、
前記選択手段は、前記残留成分の強度に応じて、前記フィルタ手段による減衰処理を行うか否かを選択することを特徴とする超音波診断装置。In the ultrasonic diagnostic equipment that visualizes the nonlinear component of the transmission waveform,
A signal processing means for performing a process of attenuating a fundamental wave component for each of the ultrasonic scanning lines with respect to a plurality of reception signals obtained by repeatedly transmitting and receiving ultrasonic waves to and from each of the plurality of ultrasonic scanning lines;
Filter means for attenuating at least a part of the residual component of the fundamental wave component remaining in the signal subjected to processing for attenuating the fundamental wave component by a filter;
A display means for displaying an ultrasonic image based on the filtered signal;
A selection means for selecting whether to perform attenuation processing by the filter means;
The ultrasonic diagnostic apparatus , wherein the selection unit selects whether or not to perform attenuation processing by the filter unit according to the intensity of the residual component .

送信波形の非線形成分を映像化する超音波診断装置において、
複数の超音波走査線各々に対して超音波を繰り返し送受信することで得られた複数の受信信号に対して前記超音波走査線ごとに基本波成分を減衰する処理を行う信号処理手段と、
前記基本波成分を減衰する処理の施された信号に残留する前記基本波成分の残留成分の少なくとも一部をフィルタにより減衰するフィルタ手段と、
この濾過後の信号に基づいて超音波画像を表示する表示手段とを具備し、
前記残留成分の強度に応じて、前記フィルタ手段を実質的に通過させるように前記残留成分の強度に応じて前記フィルタ手段のフィルタ特性を変えることを特徴とする超音波診断装置。In the ultrasonic diagnostic equipment that visualizes the nonlinear component of the transmission waveform,
A signal processing means for performing a process of attenuating a fundamental wave component for each of the ultrasonic scanning lines with respect to a plurality of reception signals obtained by repeatedly transmitting and receiving ultrasonic waves to and from each of the plurality of ultrasonic scanning lines;
Filter means for attenuating at least a part of the residual component of the fundamental wave component remaining in the signal subjected to processing for attenuating the fundamental wave component by a filter;
A display means for displaying an ultrasonic image based on the filtered signal;
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the filter characteristic of the filter means is changed in accordance with the intensity of the residual component so as to substantially pass through the filter means in accordance with the intensity of the residual component .

前記信号処理手段は、
前記超音波走査線各々に対して互いに位相反転した２種類の超音波を少なくとも１回ずつ送信し、それにより得られた前記位相反転した複数の受信信号を加算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の超音波診断装置。The signal processing means includes
2. Two types of ultrasonic waves whose phases are inverted with respect to each of the ultrasonic scanning lines are transmitted at least once, and the plurality of received signals whose phases are inverted are added. The ultrasonic diagnostic apparatus as described in any one of thru | or 4 .

前記信号処理手段は、
前記超音波走査線各々に対して振幅の異なる少なくとも２種類の超音波をそれぞれ少なくとも１回ずつ送信し、前記振幅の異なる複数の受信信号の少なくともいずれかにゲイン補正を施して減算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の超音波診断装置。The signal processing means includes
At least two types of ultrasonic waves having different amplitudes are transmitted to each of the ultrasonic scanning lines at least once, and gain correction is applied to and subtracted from at least one of the plurality of received signals having different amplitudes. The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4 .

前記フィルタ手段は前記送受信手段により送信された超音波の基本周波数と、前記基本周波数の２倍の周波数との間にカットオフ周波数が位置するフィルタ特性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の超音波診断装置。The filter means according to claim 1 to 4, characterized in that it has a filter characteristic which is located the cut-off frequency between the fundamental frequency of the ultrasonic wave transmitted by the transmitting and receiving unit, twice the frequency of the fundamental frequency The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of the above.

前記フィルタ手段は前記信号処理手段によって処理された信号に対して深さ方向に関してフィルタをかけることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の超音波診断装置。It said filter means is an ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that filtering with respect to the depth direction with respect to the processed signal by said signal processing means.