JP2009078124A - 超音波診断装置、並びに、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】いかなるタイプの超音波探触子を用いた場合においても、フレームレートを低下させずに的確にビーム集束度の判定を行い、超音波画像の画質を向上させることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】この超音波診断装置は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、超音波トランスデューサから出力される受信信号を処理する送受信部と、位相整合パラメータを用いて設定される遅延量に従って受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、音線信号に対して包絡線検波処理を施す受信制御部と、音線信号に基づいて画像信号を生成する超音波画像生成部と、音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、位相整合パラメータを自動調整するビーム集束度判定部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。さらに、本発明は、そのような超音波診断装置において用いられる画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

一般的に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信して受信フォーカス処理を行うことにより、超音波エコーの強度に基づいて、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）に関する画像情報が得られる。

通常は、被検体内の音速が一定であるとして受信フォーカス処理が行われるが、実際には、被検体内の組織によって音速が異なるので、ビーム集束度が劣化するという問題が生じており、この問題に対する解決策が提案されている。

関連する技術として、特許文献１には、電子的なビーム制御に要求される最適設定音速値を正確かつ容易に設定することを目的とした超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置のシステム制御部は、予め設定されている設定音速値に基づいて異なる方向からの斜め走査によって得られた２枚の予備撮影用画像を表示部において重畳表示しながら設定音速値を順次更新する。遅延時間演算部は、更新された設定音速値を用いて前記方向に超音波ビームを偏向するための遅延時間を算出し、送信部及び受信部の遅延時間を制御する。設定音速値が順次更新されて、表示部に重畳表示された２枚の画像間のずれが最小となったときの設定音速値に基づいて、ビーム集束用の遅延時間が設定され、本撮影が行われる。しかしながら、このような音速値設定方法は、リニアプローブ以外では効果が得られ難く、また、同一領域に対して複数回の走査を行うので、フレームレートが劣化してしまう。

また、特許文献２には、設定集束点と実際の集束点とを絶えず一致させることにより、ダイナミック集束法の効果を最大限に生かして超音波断層像の画質を向上させることを目的とした超音波診断装置が開示されている。この超音波撮像装置は、隣接する走査線上の受信信号の内で、断層像上で指定された領域（任意の深さ）内の信号間の相関関係を示す量（相関量）を演算し、演算された相関量に基づいて受信信号の集束度合（受信フォーカスの深さ位置等）を制御する。しかしながら、隣接する走査線上の信号間の相関量は、ノイズの影響を受け易いので、実際には、ビームの集束度合を判定することは困難である。
特開２００５−４６１９３号公報（第１頁、図６） 特許第３６４５３４７号公報（第６頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、いかなるタイプの超音波探触子を用いた場合においても、フレームレートを低下させずに的確にビーム集束度の判定を行い、超音波画像の画質を向上させ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。さらに、本発明は、そのような超音波診断装置において用いられる画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給すると共に、複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って、送受信部から出力される複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す受信制御手段と、受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、受信制御手段から出力される音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整するビーム集束度判定手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る画像処理方法は、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理方法であって、少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ａ）と、音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において自動調整された少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて得られる音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ｃ）とを具備する。

さらに、本発明の１つの観点に係る画像処理プログラムは、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理プログラムであって、少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ａ）と、音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する手順（ｂ）と、手順（ｂ）において自動調整された少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて得られる音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ｃ）とをＣＰＵに実行させる。

本発明によれば、受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整するので、いかなるタイプの超音波探触子を用いた場合においてもフレームレートを低下させずに的確にビーム集束度の判定を行い、超音波画像の画質を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の第１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である。この超音波診断装置は、超音波探触子１０と、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、駆動信号発生部１４と、受信信号処理部２１と、受信遅延パターン記憶部２２と、受信制御部２３と、Ｂモード画像生成部３０と、Ｄ／Ａ変換器３４と、表示部３５と、ビーム集束度判定部４０と、操作卓５１と、制御部５２と、格納部５３とを有している。

超音波探触子１０は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、電子ラジアルスキャン方式、メカニカルラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。超音波探触子１０は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０ａを備えている。それらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して受信信号を出力する。

各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。超音波ビームによる被検体の走査は、電子的に行われても良いし、メカニカルに行われても良い。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。

駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部１４は、送信制御部１３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給する。

受信信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２１ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２１ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力される受信信号は、増幅器２１ａにおいて増幅され、増幅器２１ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２１ｂによってディジタルの受信信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２１ｂは、ディジタルの受信信号を、受信制御部２３に出力する。

受信遅延パターン記憶部２２は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２３は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンと、少なくとも１つの位相整合パラメータとに基づいて、複数の受信信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。さらに、受信制御部２３は、形成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す。

ここで、少なくとも１つの位相整合パラメータは、被検体内の音速に関する情報を含んでいる。一般には、人体内の音速値Ｃ０として、１５３０ｍ／ｓ又は１５４０ｍ／ｓが用いられるが、実際には、人体内の組織によって音速値が異なっている。そこで、位相整合パラメータに基づいて被検体内の音速値Ｃｉを設定し、受信遅延パターンにおける遅延量Ｄ０（ｊ）に（Ｃ０／Ｃｉ）を乗ずることにより、複数の遅延量Ｄ１（ｊ）＝（Ｃ０／Ｃｉ）・Ｄ０（ｊ）が設定される（ｊ＝１、２、・・・、Ｌ）。なお、Ｌは、使用される超音波トランスデューサの数である。

あるいは、少なくとも１つの位相整合パラメータは、被検体内の音速に基づいて算出される遅延量に関する情報、例えば、遅延量に乗ずる係数を含んでも良い。位相整合パラメータに基づいて係数Ｋｉを設定し、受信遅延パターンにおける遅延量Ｄ０（ｊ）に係数Ｋｉを乗ずることにより、複数の遅延量Ｄ１（ｊ）＝Ｋｉ・Ｄ０（ｊ）が設定される（ｊ＝１、２、・・・、Ｌ）。

Ｂモード画像生成部３０は、受信制御部２３から出力される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。そのために、Ｂモード画像生成部３０は、音線信号格納部３１と、ＳＴＣ（sensitivity time control）部３２と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）３３とを含んでいる。

音線信号格納部３１は、メモリ等で構成され、受信制御部２３から出力される音線信号（音線データ）を一旦格納する。ＳＴＣ部３２は、音線信号格納部３１から読み出された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣ３３は、ＳＴＣ部３２によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。

Ｄ／Ａ変換器３４は、Ｂモード画像生成部３０から出力されるディジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部３５は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて超音波画像を表示する。

制御部５２は、オートフォーカス（ＡＦ）モードにおいて、Ｂモード画像生成部３０によるＢモード画像信号の生成と並行して、ビーム集束度を判定及び／又は調整するように、ビーム集束度判定部４０及び／又は走査制御部１１を制御する。ビーム集束度判定部４０は、受信制御部２３から出力される音線信号に基づいて、受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する。

また、制御部５２は、音速計測モードにおいて、Ｂモード画像生成部３０によるＢモード画像信号の生成と並行して、被検体内の音速を計測するように、ビーム集束度判定部４０及び／又は走査制御部１１を制御する。ビーム集束度判定部４０は、受信フォーカス処理におけるビーム集束度に基づいて被検体内の音速をＮ回計測し（Ｎは２以上の整数）、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を表示部３５に表示させる。

ビーム集束度判定部４０は、音線信号格納部４１と、帯域制限画像生成部４２と、フォーカス判定部４３とを含んでいる。音線信号格納部４１は、メモリ等によって構成され、受信制御部２３から出力される音線信号（音線データ）を一旦格納する。帯域制限画像生成部４２は、音線信号格納部４１から読み出された音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成する。

フォーカス判定部４３は、ＡＦモードにおいて、帯域制限画像生成部４２によって生成される帯域制限画像信号に基づいてフォーカスずれと判定した場合に、少なくとも１つの位相整合パラメータを調整する。位相整合パラメータの調整において、フォーカス判定部４３は、フォーカスを判定するために受信制御部２３によって行われる受信フォーカス処理において用いられる少なくとも１つの位相整合パラメータを変化させながら、連続する複数フレームの帯域制限画像信号についてフォーカス判定値を算出し、算出された複数のフォーカス判定値に基づいて新たな位相整合パラメータを設定する。設定された新たな位相整合パラメータは、超音波画像を生成するために受信制御部２３によって行われる受信フォーカス処理において用いられる。これにより、Ｂモード画像生成部３０において生成されるＢモード画像信号において、超音波画像の画質が改善される。

また、フォーカス判定部４３は、音速計測モードにおいて、フォーカスを判定するために受信制御部２３によって行われる受信フォーカス処理において用いられる音速値を変化させながら、連続する複数フレームの帯域制限画像信号についてフォーカス判定値を算出し、算出された複数のフォーカス判定値に基づいて最適な音速値を求める。これにより、被検体内の音速が計測される。このようにして、ビーム集束度判定部４０は、被検体内の音速をＮ回計測し、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を表示部３５に表示させる。これにより、音速の計測結果を診断に取り入れて良いか否かの判断材料が示されるので、診断能力の向上につながる。

制御部５２は、操作卓５１を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部１１、Ｂモード画像生成部３０、ビーム集束度判定部４０等を制御する。例えば、制御部５２は、各部を制御して、フリーズモード（格納されているデータに基づいて同じ画面を繰り返し表示するモード）を設定することができる。また、操作卓５１には、ＡＦモードにおける位相整合パラメータの自動調整をオン／オフするために用いられる切換手段（切換スイッチ又は切換ボタン等）５１ａと、音速計測モードをオン（設定）／オフ（解除）するために用いられる切換手段５１ｂと、被検体内の音速を計測する回数Ｎを設定するために用いられる計測回数設定手段（テンキー等）５１ｃとが設けられている。

本実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１３、受信制御部２３、ＳＴＣ３２、ＤＳＣ３３、帯域制限画像生成部４２、フォーカス判定部４３、及び、制御部５２が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、これらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。ソフトウェア（プログラム）は、格納部５３に格納される。格納部５３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

次に、図１に示すビーム集束度判定部４０について、図２〜図７を参照しながら詳しく説明する。ビーム集束度判定部４０の帯域制限画像生成部４２は、音線信号格納部４１から読み出された音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像信号を生成する。その際に、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、帯域制限画像信号の周波数帯域を設定するようにしても良い。

図２は、図１に示す帯域制限画像生成部の第１の構成例を示す図であり、図３は、図２に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。

図２に示すように、第１の構成例に係る帯域制限画像生成部４２ａは、ダウンサンプリング部６１と、アップサンプリング部６２と、減算部６３とを含んでいる。音線信号格納部４１から読み出された１フレーム分の音線信号（オリジナルデータ）Ｉ_ＯＲＧは、ダウンサンプリング部６１によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮが生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮは、アップサンプリング部６２において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、元の音線データＩ_ＯＲＧと同じデータサイズのアップサンプリングデータ（低解像度画像信号）Ｉ_ＬＯＷが得られる。図３に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＬＯＷは、カットオフ周波数ｆ_Ｃよりも低い空間周波数成分を有し、解像度の低いボケ画像を表している。

次に、減算部６３によって、次式（１）に示すように、オリジナルデータＩ_ＯＲＧからアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷを減算する処理が行われる。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢが得られる。
Ｉ_ＳＵＢ＝│Ｉ_ＯＲＧ−Ｉ_ＬＯＷ│ ・・・（１）

図３に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢは、カットオフ周波数ｆ_Ｃよりも高い空間周波数成分を有する。このようにして、帯域制限画像生成部４２ａは、オリジナルデータＩ_ＯＲＧに対してハイパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像信号を生成する。

制御部５２は、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、カットオフ周波数ｆ_Ｃを設定する。例えば、制御部５２は、超音波の周波数が高ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを高くし、一方、超音波の周波数が低ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを低くする。また、制御部５２は、焦点の深度が浅ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを高くし、一方、焦点の深度が深ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを低くする。

図４は、図１に示す帯域制限画像生成部の第２の構成例を示す図であり、図５は、図４に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。

図４に示すように、第２の構成例に係る帯域制限画像生成部４２ｂは、ダウンサンプリング部７１及び７４と、アップサンプリング部７２及び７５と、減算部７３、７６、７７とを含んでいる。音線信号格納部４１から読み出された１フレーム分の音線信号（オリジナルデータ）Ｉ_ＯＲＧは、ダウンサンプリング部７１によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ１が生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ１は、アップサンプリング部７２において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、元の音線データＩ_ＯＲＧと同じデータサイズのアップサンプリングデータ（低解像度画像信号）Ｉ_ＬＯＷが得られる。図５に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＬＯＷは、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１（ボケ画像解像度１）よりも低い空間周波数成分を有している。

次に、減算部７３によって、次式（２）に示すように、オリジナルデータＩ_ＯＲＧからアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷを減算する処理が行われる。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１が得られる。
Ｉ_ＳＵＢ１＝│Ｉ_ＯＲＧ−Ｉ_ＬＯＷ│ ・・・（２）

図５に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１は、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１よりも高い空間周波数成分を有する。サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１は、ダウンサンプリング部７４によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ２が生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ２は、アップサンプリング部７５において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１と同じデータサイズのアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１が得られる。

このアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１を帯域制限画像信号として用いても良いのであるが、さらに、減算部７６によって、式（３）に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１からアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１を減算してサブバンドデータＩ_ＳＵＢ２を生成し、減算部７７によって、式（４）に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１からサブバンドデータＩ_ＳＵＢ２を減算してサブバンドデータＩ_ＭＩＤ２を生成して、帯域制限画像信号としても良い。
Ｉ_ＳＵＢ２＝│Ｉ_ＳＵＢ１−Ｉ_ＭＩＤ１│ ・・・（３）
Ｉ_ＭＩＤ２＝│Ｉ_ＳＵＢ１−Ｉ_ＳＵＢ２│ ・・・（４）

図５に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１（又はサブバンドデータＩ_ＭＩＤ２）は、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１（ボケ画像解像度１）よりも高くカットオフ周波数ｆ_Ｃ２（ボケ画像解像度２）よりも低い空間周波数成分を有している。このようにして、帯域制限画像生成部４２ａは、オリジナルデータＩ_ＯＲＧに対してバンドパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像を生成する。

制御部５２は、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を設定する。例えば、制御部５２は、超音波の周波数が高ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を高くし、一方、超音波の周波数が低ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を低くする。また、制御部５２は、焦点の深度が浅ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を高くし、一方、焦点の深度が深ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を低くする。

図１に示すフォーカス判定部４３は、帯域制限画像生成部４２によって生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出する。例えば、１フレーム中の帯域制限画像信号をＩ_ＳＵＢ（ｐ）とすると（ピクセル番号ｐ＝１、２、・・・、Ｍ）、フォーカス判定部４３は、フォーカス判定値として、帯域制限画像信号Ｉ_ＳＵＢ（ｐ）の平均値Ｉ_ＡＶＥ＝ΣＩ_ＳＵＢ（ｐ）／Ｍ、又は、帯域制限画像信号Ｉ_ＳＵＢ（ｐ）のエネルギー値（画像エネルギー量）Ｉ_ＥＮＧ＝ΣＩ_ＳＵＢ（ｐ）^２を算出する。

オペレータは、操作卓５１を操作することにより、フォーカス判定部４３によるフォーカス判定値の算出に用いられる画像領域を設定することができる。例えば、システム設定から、座標やトラックボールを用いて設定したり、システム設定から、中央部、浅部、深部等の領域を選択したりすることができる。あるいは、フォーカス判定部４３によるフォーカス判定値の算出に用いられる画像領域は、予め分割された複数の領域の平均輝度に基づいて自動的に選択されても良い。例えば、最も高い平均輝度を有する領域が選択されたり、中央値に最も近い平均輝度を有する領域が選択される。

フォーカス判定部４３は、フォーカス判定値が閾値よりも大きい場合に、フォーカスが合っていると判定し、フォーカス判定値が閾値以下の場合に、フォーカスがずれていると判定する。さらに、フォーカス判定部４３は、フォーカスがずれていると判定した場合に、少なくとも１つの位相整合パラメータを変化させながら、連続する複数フレームの帯域制限画像信号についてフォーカス判定値を算出し、算出された複数のフォーカス判定値に基づいて、少なくとも１つの位相整合パラメータを調整し、及び／又は、最適な音速値を求める。

図６は、図１に示す超音波診断装置の動作を説明するための図である。ここでは、位相整合パラメータとして、被検体中の音速が用いられる。図６に示すように、各フレーム周期において、超音波を送受信することにより受信信号が生成される。最初のフレーム周期において、受信制御部２３が、被検体中の音速の初期値Ｃ０を用いて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、音線信号が収集されて音線信号格納部３１及び４１に格納される。

Ｂモード画像生成部３０が、最初のフレーム周期において収集された音線信号に基づいてＢモード画像信号を生成することにより、第２のフレーム周期において、超音波画像が表示される。また、帯域制限画像生成部４２が、最初のフレーム周期において収集された音線信号に基づいて帯域制限画像信号を生成することにより、第２のフレーム周期において、フォーカス判定部４３がフォーカス判定値を算出する。フォーカス判定部４３は、フォーカス判定値が閾値よりも大きい場合に、フォーカスが合っていると判定し、フォーカス判定値が閾値以下の場合に、フォーカスがずれていると判定する。

さらに、フォーカス判定部４３は、ＡＦモードにおいてフォーカスがずれていると判定した場合に、又は、音速計測モードにおいて、所定数のフレームに相当する期間において、音速値を、Ｃ０、Ｃ１、・・・、Ｃｎと変化させる。受信制御部２３は、音速の初期値Ｃ０を用いて超音波画像生成用の受信フォーカス処理を行うことにより収集された音線信号を音線信号格納部３１に格納すると共に、フォーカス判定部４３によって設定された音速値Ｃ０、Ｃ１、・・・、Ｃｎを用いて受信フォーカス処理を行うことにより収集された音線信号を音線信号格納部４１に格納する。

フォーカス判定部４３は、所定数のフレームの帯域制限画像から複数のフォーカス判定値を算出し、その結果に基づいて、音速値Ｃ０、Ｃ１、・・・、Ｃｎの内から最適な音速値を求める。例えば、フォーカス判定値が最大となる音速値が、新たな音速値Ｃ_ＮＥＷとして設定される。次のフレーム周期において、新たな音速値Ｃ_ＮＥＷが、受信制御部２３が超音波画像生成用の受信フォーカス処理を行うために用いられる。このような位相整合パラメータの自動調整動作は、動画が撮影されている間に行われても良いし、超音波探触子１０の移動が停止している間に行われても良い。

図７は、図１に示すフォーカス判定部の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１１において、フォーカス判定部４３が、最初のフレーム周期において収集された音線信号に基づいて生成された帯域制限画像信号からフォーカス判定値を算出する。ステップＳ１２において、フォーカス判定部４３が、算出されたフォーカス判定値が閾値よりも大きいか否かを判定する。フォーカス判定値が閾値よりも大きい場合には、ステップＳ１１〜Ｓ１２のフォーカス判定処理が繰り返され、フォーカス判定値が閾値以下の場合には、ステップＳ１３以降のフォーカス調整処理が行われる。

ステップＳ１３において、フォーカス判定部４３が、音速値Ｃ０、Ｃ１、・・・、Ｃｎに対応する所定数のフレームの帯域制限画像から複数のフォーカス判定値を算出する。ステップＳ１４において、フォーカス判定部４３が、フォーカス判定値が最大となる最適な音速値を求め、最適な音速値を新たな音速値Ｃ_ＮＥＷとして設定する。

音速計測モードにおいては、上記のように最適な音速値を求めることによって音速を計測する動作がＮ回行われる。さらに、フォーカス判定部４３は、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を算出する。音速の信頼度は、例えば、Ｎ回計測された音速の分散又は標準偏差を用いて算出される。ここで、Ｎ回計測された音速Ｃ（ｉ）（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の平均値をＣ_ＡＶＥとすると、分散σ^２は、次式（５）で表され、標準偏差σは、次式（６）で表される。音速のばらつきが大きい程、音速の信頼度が小さくなり、音速のばらつきが小さい程、音速の信頼度が大きくなる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２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である。第２の実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す第１の実施形態に係る超音波診断装置におけるビーム集束度判定部４０の替わりに、ビーム集束度判定部４４を有している。ビーム集束度判定部４４は、第１の実施形態において説明した音線信号格納部４１と、帯域制限画像生成部４２と、フォーカス判定部４３とに加えて、超音波探触子１０が移動しているか停止しているかを判定する探触子停止判定部４５をさらに含んでいる。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。

探触子停止判定部４５は、帯域制限画像生成部４２によって生成された帯域制限画像信号（例えば、低解像度画像信号）のフレーム間差分を求めることにより、超音波探触子１０が移動しているか停止しているかを判定する。探触子停止判定部４５が、超音波探触子１０が停止していると判定している間に、フォーカス判定部４３が、受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する。

図９は、図８に示す帯域制限画像生成部及び探触子停止判定部の構成例を示す図である。帯域制限画像生成部の構成は、図２に示すものと同一である。探触子停止判定部４５は、フレームメモリ６４と、減算部６５と、判定部６６とを含んでいる。

帯域制限画像生成部４２ａのアップサンプリング部６２によって得られるアップサンプリングデータ（低解像度画像信号）Ｉ_ＬＯＷが、フレームメモリ６４に格納されると共に、減算部６５に入力される。減算部６５は、アップサンプリング部６２から入力されたアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷと、フレームメモリ６４に格納されている１フレーム前のアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷとの差分（探触子停止判定値）を算出する。判定部６６は、探触子停止判定値が所定の値よりも大きい場合に超音波探触子１０が移動していると判定し、探触子停止判定値が所定の値以下である場合に超音波探触子１０が停止していると判定する。

図１０は、図８に示す探触子停止判定部及びフォーカス判定部の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２１において、探触子停止判定部４５が、帯域制限画像生成部４２によって生成された帯域制限画像信号から探触子停止判定値を算出する。ステップＳ２２において、探触子停止判定部４５が、超音波探触子１０が移動しているか停止しているかを判定する。探触子停止判定値が所定の値よりも大きい場合には、ステップＳ２１〜Ｓ２２の探触子停止判定処理が繰り返され、探触子停止判定値が所定の値以下の場合には、ステップＳ２３以降のフォーカス判定処理が行われる。

ステップＳ２３において、フォーカス判定部４３が、音線信号に基づいて生成された帯域制限画像信号からフォーカス判定値を算出する。ステップＳ２４において、フォーカス判定部４３が、算出されたフォーカス判定値が閾値よりも大きいか否かを判定する。フォーカス判定値が閾値よりも大きい場合には、ステップＳ２３〜Ｓ２４のフォーカス判定処理が繰り返され、フォーカス判定値が閾値以下の場合には、ステップＳ２５以降のフォーカス調整処理が行われる。

ステップＳ２５において、フォーカス判定部４３が、音速値Ｃ０、Ｃ１、・・・、Ｃｎに対応する所定数のフレームの帯域制限画像から複数のフォーカス判定値を算出する。ステップＳ２６において、フォーカス判定値が最大となる最適な音速値を求め、最適な音速値を新たな音速値Ｃ_ＮＥＷとして設定する。

音速計測モードにおいては、上記のように最適な音速値を求めることによって音速を計測する動作がＮ回行われる。さらに、フォーカス判定部４３は、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を算出する。算出された音速の平均値及び信頼度は、表示部３５（図８）に表示される。

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の第１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である。 図１に示す帯域制限画像生成部の第１の構成例を示す図である。 図２に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。 図１に示す帯域制限画像生成部の第２の構成例を示す図である。 図４に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。 図１に示す超音波診断装置の動作を説明するための図である。 図１に示すフォーカス判定部の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２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である。 図８に示す帯域制限画像生成部及び探触子停止判定部の構成例を示す図である。 図８に示す探触子停止判定部及びフォーカス判定部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 超音波探触子
１０ａ 超音波トランスデューサ
１１ 走査制御部
１２ 送信遅延パターン記憶部
１３ 送信制御部
１４ 駆動信号発生部
２１ 受信信号処理部
２１ａ 増幅器
２１ｂ Ａ／Ｄ変換器
２２ 受信遅延パターン記憶部
２３ 受信制御部
３０ Ｂモード画像生成部
３１ 音線信号格納部
３２ ＳＴＣ部
３３ ＤＳＣ
３４ Ｄ／Ａ変換器
３５ 表示部
４０、４４ ビーム収束度判定部
４１ 音線信号格納部
４２、４２ａ、４２ｂ 帯域制限画像生成部
４３ フォーカス判定部
４５ 探触子停止判定部
５１ 操作卓
５１ａ 切換手段
５２ 制御部
５３ 格納部
６１、７１、７４ ダウンサンプリング部
６２、７２、７５ アップサンプリング部
６３、６５、７３、７６、７７ 減算部
６４ フレームメモリ
６６ 判定部

Claims (19)

1. 複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
   複数の駆動信号を前記複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給すると共に、前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、
   少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って、前記送受信部から出力される複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す受信制御手段と、
   前記受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、
   前記受信制御手段から出力される音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整するビーム集束度判定手段と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記少なくとも１つの位相整合パラメータが、被検体内の音速に関する情報、又は、被検体内の音速に基づいて算出される遅延量に関する情報を含む、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記ビーム集束度判定手段が、
   前記受信制御手段から出力される音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成する帯域制限画像生成手段と、
   前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号に基づいてフォーカス判定値を算出し、該フォーカス判定値に基づいてフォーカスずれと判定した場合に、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを調整するフォーカス判定手段と、
   を含む、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
4. 前記帯域制限画像生成手段が、前記受信制御手段から出力される音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより帯域制限画像信号を生成する、請求項３記載の超音波診断装置。
5. 送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号の周波数帯域を設定する制御部をさらに具備する、請求項３又は４記載の超音波診断装置。
6. 前記フォーカス判定手段が、前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出し、フォーカス判定値が閾値以下の場合にフォーカスずれと判定する、請求項３記載の超音波診断装置。
7. 前記フォーカス判定手段が、前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号に基づいてフォーカスずれと判定した場合に、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを変化させながら、連続する複数フレームの帯域制限画像信号についてフォーカス判定値を算出し、算出された複数のフォーカス判定値に基づいて、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを調整する、請求項３又は６記載の超音波診断装置。
8. 前記フォーカス判定手段によるフォーカス判定値の算出に用いられる画像領域を設定するための操作部をさらに具備する、請求項３記載の超音波診断装置。
9. 動画が撮影されている間に、前記ビーム集束度判定手段が、受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
10. 前記超音波探触子が移動しているか停止しているかを判定する探触子移動判定手段をさらに具備し、
    前記探触子移動判定手段が、前記超音波探触子が停止していると判定している間に、前記ビーム集束度判定手段が、受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する、
    請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
11. 前記探触子移動判定手段が、前記受信制御手段から出力される音線信号の解像度を制限することにより生成された低解像度画像信号のフレーム間差分を算出することにより、前記超音波探触子が移動しているか停止しているかを判定する、請求項１０記載の超音波診断装置。
12. 前記ビーム集束度判定手段による位相整合パラメータの自動調整をオン／オフするために用いられる切換手段をさらに具備する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の超音波診断装置。
13. 音速計測モードの設定又は解除を行うために用いられる切換手段をさらに具備し、音速計測モードにおいて、前記ビーム集束度判定手段が、受信フォーカス処理におけるビーム集束度に基づいて被検体内の音速をＮ回計測し（Ｎは２以上の整数）、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を表示部に表示させる、請求項１〜１２のいずれか１項記載の超音波診断装置。
14. 被検体内の音速を計測する回数Ｎが、設定手段を用いて設定可能である、請求項１３記載の超音波診断装置。
15. 前記ビーム集束度判定手段が、表示部に表示される音速の信頼度を、Ｎ回計測された音速の分散又は標準偏差を用いて算出する、請求項１３又は１４記載の超音波診断装置。
16. 複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理方法であって、
    少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ａ）と、
    音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整するステップ（ｂ）と、
    ステップ（ｂ）において自動調整された少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて得られる音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ｃ）と、
    を具備する画像処理方法。
17. 音速計測モードにおいて、受信フォーカス処理におけるビーム集束度に基づいて被検体内の音速をＮ回計測し（Ｎは２以上の整数）、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を表示部に表示させるステップ（ｄ）をさらに具備する請求項１６記載の画像処理方法。
18. 複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理プログラムであって、
    少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて設定される複数の遅延量に従って複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ａ）と、
    音線信号に基づいて受信フォーカス処理におけるビーム集束度を判定し、判定結果に従って、前記少なくとも１つの位相整合パラメータを自動調整する手順（ｂ）と、
    手順（ｂ）において自動調整された少なくとも１つの位相整合パラメータを用いて得られる音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ｃ）と、
    をＣＰＵに実行させる画像処理プログラム。
19. 音速計測モードにおいて、受信フォーカス処理におけるビーム集束度に基づいて被検体内の音速をＮ回計測し（Ｎは２以上の整数）、Ｎ回計測された音速の平均値及び信頼度を表示部に表示させる手順（ｄ）をさらにＣＰＵに実行させる請求項１８記載の画像処理プログラム。

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