JP5925599B2 - 超音波診断装置、音速導出方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波の送受信によって被検体の断層画像を生成する超音波診断装置、音速導出方法およびプログラムに関する。

超音波プローブから被検体に超音波を送信し、被検体内部からの反射波に基づいて被検体の断層画像を生成する超音波診断装置が知られている。電子スキャン方式の超音波診断装置においては、超音波を送信する際には超音波プローブの各電気音響変換素子にそれらの配置に応じた遅延時間差を有する駆動パルス信号を供給して素子間で超音波の送信タイミングをずらす送信フォーカスが行われる。一方、反射波を受信する際には、各電気音響変換素子において生成された受信信号の各々に対して各電気音響変換素子の配置に応じた遅延時間を与えて各受信信号の時相を揃える受信フォーカスが行われている。これにより、超音波画像の方位分解能を向上させることができる。

超音波の送信および受信の際に各信号に与えられる遅延時間は、各電気音響変換素子から焦点までの距離と伝搬媒質の音速に基づいて設定される。伝搬媒質の音速として通常、仮定した仮定音速を用いる。しかし、伝搬媒質となる生体組織はその部位によって音速が異なるので、遅延時間を設定するために用いた仮定音速と実際の音速との間に誤差が生じると送信および受信の双方において適切に焦点を形成できずに画質劣化を招来することとなる。この課題に対して、下記の特許文献には、受信信号に基づいて実際の音速を推定して超音波画像の画質を向上させる技術が開示されている。

例えば、特開２００７−７０４５号公報には、整相加算されたエコー信号から、設定音速が相違する複数のビームプロファイルを生成し、生成した複数のビームプロファイルを同一画面に重ねて表示し、そのうち最小ビーム幅を有するものに対応する音速を生体音速として選択することが記載されている。

また、特開２００１−２５２２７６号公報には、平均音速に対応した遅延時間で生体内へ超音波の試し打ちを行い、その受信信号を遅延制御した各チャンネルの信号から遅延時間誤差を演算により求め、この求めたデータを予め記憶された音速をパラメータとした複数の音速の遅延時間誤差データと比較し、それらのうち一致した遅延時間誤差に応じた音速を生体内の音速として求めることが記載されている。

特開２００７−７０４５号公報 特開２００１−２５２２７６号公報

上記の特許文献１に記載の技術によれば、受信信号に対して複数の設定音速を用いて整相加算処理を行った後、超音波強度分布を画像化するため、処理に多大な時間を要する。

一方、特許文献２に記載の技術においては、遅延制御した各チャンネルのエコー信号から遅延時間誤差を演算により求めている。しかしながら、チャンネル間における遅延時間誤差の測定を安定的に行うことは容易ではない。すなわち、生体内に送信された超音波が干渉などによって強度低下や波形歪みを生じると、遅延時間誤差の測定精度が著しく低下する。その結果、生体内における実際の音速の推定精度が低下してしまうことになる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、被検体内の音速の推定値をより安定的且つ高精度に導出することができる超音波診断装置、音速導出方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、各々が、被検体内に送信された超音波の反射波に応じて受信信号を生成する複数の電気音響変換素子と、同一反射点からの反射波に応じて生成される前記受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を、複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出する音速導出手段と、を含む。

上記の超音波診断装置は、前記複数の電気音響変換素子内の複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号を、複数の設定音速毎に整相する整相手段を更に含み、前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された受信信号相互間の相互類似度を導出するように構成されていてもよい。

前記類似度導出手段は、基準信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との相関値に基づいて前記相互類似度を導出してもよい。この場合、前記類似度導出手段は、前記基準信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との相関値を積算した値を前記相互類似度として導出してもよい。

前記基準信号は、整相された受信信号の各々を積算した整相加算信号とすることができる。

前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の相関値に基づいて前記相互類似度を導出してもよい。この場合、前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の相関値を積算した値を前記相互類似度として導出してもよい。

前記音速導出手段は、前記相互類似度が最大となる設定音速を前記被検体内の音速の推定値として導出してもよい。

前記音速導出手段は、前記相互類似度で前記設定音速の各々を重み付けして得られる重み付け平均値を前記被検体内の音速の推定値として導出してもよい。

前記整相手段が、前記音速導出手段によって導出された前記被検体内の音速の推定値に基づいて前記受信信号を整相し、加算手段が、前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々を積算して整相加算信号を生成し、画像生成手段が、前記整相加算信号に応じた画像を生成してもよい。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る音速導出方法は、被検体内に送信された超音波の同一反射点からの反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を複数の設定音速毎に導出するステップと、前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出するステップと、を含む。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係るプログラムは、コンピュータを被検体内に送信された超音波の同一反射点からの反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出する音速導出手段と、として機能させる。

本発明に係る超音波診断装置、音速導出方法およびプログラムによれば、被検体内の音速の推定値をより安定的且つ高精度に導出することが可能となる。

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である。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置において実行される最適設定音速導出処理プログラムの流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る類似度導出部による処理内容を説明するための図であり、設定音速に基づき整相された受信信号とテンプレート信号とを示す波形図である。 本発明の実施形態に係る類似度導出部によって導出された類似度の記憶形態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置において実行される画像生成処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、実質的に同一又は等価な構成要素又は部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図である。

超音波プローブ１０は、被検体の診断部位に向けて超音波を送信するとともに被検体の内部で反射した超音波を受信するものである。超音波プローブ１０は、直線状に配列された電気音響変換素子としてのｍ個の圧電素子１０ａを含んでいる。超音波の１回の送受信は、ｍ個の圧電素子１０ａの中から選択された隣接するｎ個（ｍ＞ｎ）の圧電素子群を使用して行われる。超音波の送受信に使用されるｎ個の圧電素子群を順次シフトさせることにより、被検体内の診断部位が超音波ビームによってスキャンされる。なお、超音波プローブ１０は、リニア型、コンベックス型、セクタ型等のいずれの走査方式を有するものであってもよい。圧電素子１０ａの各々は、ｍチャンネルの信号線を介してマルチプレクサ１１に接続されている。圧電素子１０ａの各々は、送信制御部１２からマルチプレクサ１１を介して供給される駆動パルス信号に応じて超音波を発生させる。また、圧電素子１０ａの各々は、被検体内で反射された超音波を受信して電気信号である受信信号を生成し、これをマルチプレクサ１１を介して受信信号処理部１６に供給する。

マルチプレクサ１１は、主制御部３０から供給される制御信号に応じて、超音波プローブ１０のｍ個の圧電素子１０ａの中から超音波の送受信に使用する隣接するｎ個の圧電素子群を選択する電子スイッチである。マルチプレクサ１１は、ｎチャンネルの信号線を介して送信制御部１２および受信信号処理部１６に接続されている。

送信制御部１２は、主制御部３０から供給される制御信号に応じて、ｎチャンネル分の駆動パルス信号を生成する。また、送信制御部１２は、主制御部３０によって指定された着目領域の深さ位置に超音波ビームを収束させる送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に時間差を付与する。送信制御部１２において生成された駆動パルス信号は、マルチプレクサ１１によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａの各々に供給される。

受信信号処理部１６は、チャンネル毎に設けられた増幅器およびＡ/Ｄ変換器を有する。マルチプレクサ１１によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａにおいて生成された受信信号の各々は、増幅器において増幅され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。

受信信号メモリ１７は、受信信号処理部１６によってデジタル信号に変換された各チャンネルの受信信号を受信データとして記憶する記憶媒体である。

整相処理部１８は、各受信信号を整相するべく主制御部３０から供給される設定音速に基づいて受信信号間の相対的な時間差を算出する。そして、整相処理部１８は、受信信号処理部１６または受信信号メモリ１７から供給されるチャンネル毎の受信信号に、算出した相対的な時間差を与えることによりチャンネル毎の受信信号の時相を揃える整相処理、すなわち受信フォーカス処理を行う。被検体内のある点で反射された超音波が各圧電素子１０ａに入射するタイミングは一致しない。これは、反射点から各圧電素子１０ａに至る超音波の伝搬距離が圧電素子毎に相違するからである。整相処理部１８は、反射点までの距離が比較的短い位置に配置された圧電素子が生成する受信信号に対して比較的長い遅延時間を与える。一方、反射点までの距離が比較的長い位置に配置された圧電素子が生成する受信信号に対して比較的短い遅延時間を与える。これにより、整相処理部１８は、各チャンネルの受信信号の時相を揃える整相処理を行う。

加算処理部２０は、整相処理部１８によって整相されたチャンネル毎の受信信号を積算して整相加算信号を生成する。

画像生成部２１は、加算処理部２０から供給される整相加算信号に対してフィルタリング処理、Ｌｏｇ圧縮処理、包絡線検波処理、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）処理、補間処理及び走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換した所謂Ｂモード画像を構築するための画像信号を生成する。

モニタ２２は、画像生成部２１によって生成された画像信号に基づいて診断部位における断層画像等を表示する液晶表示パネル等の表示装置である。
類似度導出部２３は、整相処理部１８が設定音速に基づいて整相したチャンネル毎の受信信号相互間の類似性を示す指標値である相互類似度を導出する。すなわち、相互類似度とは、設定音速に基づいて整相されたチャンネル毎の受信信号の全体としての類似性を示す指標値である。類似度導出部２３は、例えば、受信信号の時間軸方向（すなわち、撮像領域における深さ方向）において分割された複数の演算対象領域の各々において、後述する比較基準となるテンプレート信号Ｓｔ（ｔ）とチャンネル毎の受信信号Ｓ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）（共に図３参照）の各々との相関値を算出する。そして、算出した相関値に基づいて演算対象領域毎（深さ領域毎）に相互類似度を導出する。比較基準となるテンプレート信号は、例えば、各チャンネルの受信信号を整相加算したものを用いることができる。

整相処理部１８が各チャンネルの受信信号を整相する際に用いる設定音速が被検体内の実際の音速と略一致している場合には、各チャンネルの受信信号の時相が揃うので類似度導出部２３において導出される相互類似度の値は高くなる。整相処理部１８が各チャンネルの受信信号を整相する際に用いた設定音速と被検体内の実際の音速との差が大きくなるに従って、受信信号間で時相のずれが大きくなるので、類似度導出部２３において導出される相互類似度の値は低くなる。
最適設定音速導出部２４は、類似度導出部２３において複数の設定音速の各々について導出された受信信号群の相互類似度に基づいて、被検体内における実際の音速の推定値である最適設定音速を、上記した相互類似度の演算対象領域に対応する撮像領域内の単位領域毎に導出する。最適設定音速導出部２４は、例えば、受信信号群の相互類似度が最も高くなる設定音速を当該単位領域における最適設定音速として導出してもよい。

主制御部３０は、マルチプレクサ１１、送信制御部１２および整相処理部１８に制御信号を与えることにより超音波の送受信処理を統括的に制御する。

操作入力部４０は、ユーザによる各種の操作入力を受け付けるものであり、例えば、マウスなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力手段によって構成されるものである。

なお、送信制御部１２、受信信号処理部１６、整相処理部１８、加算処理部２０、画像生成部２１、類似度導出部２３、最適設定音速導出部２４、主制御部３０は、図２に示される後述の最適設定音速導出処理ルーチンにおける各処理を記述したプログラムを格納した記録媒体としてのＲＯＭと、このプログラムを実行するためのＣＰＵと、ＣＰＵにおける処理内容を一時的に記憶しておくためのＲＡＭ等を備えたコンピュータで構成され得る。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置１が、被検体内の最適設定音速を導出する処理について図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

ユーザが操作入力部４０から被検体内における最適設定音速の導出処理を開始させる操作を行うと、ステップＳ１において、主制御部３０はこれを受信し、送信制御部１２およびマルチプレクサ１１に超音波の送信を開始させるための制御信号を供給する。

ステップＳ２において、送信制御部１２は、主制御部３０から供給される制御信号に応じて各チャンネル毎に駆動パルス信号を生成する。送信制御部１２は、被検体内の着目領域に送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に適宜遅延時間を与える。送信制御部１２によって生成された駆動パルス信号の各々は、マルチプレクサ１１によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａにそれぞれ供給される。これにより、超音波プローブ１０の隣接するｎ個の圧電素子１０ａから被検体内に向けて超音波ビームが送信される。

超音波プローブ１０の各圧電素子１０ａから送信された超音波の反射によるエコーは、マルチプレクサ１１によって選択され超音波ビームを送信したｎ個の圧電素子１０ａによって受信される。各圧電素子１０ａは、反射エコーから電気信号である受信信号を生成してこれをマルチプレクサ１１を介して受信信号処理部１６に出力する。受信信号処理部１６は、各受信信号に対して増幅およびＡ/Ｄ変換を含む信号処理を施し、信号処理を施した受信信号を１ライン分の受信データとして当該ラインの識別ナンバーと対応付けて受信信号メモリ１７に格納する。

その後、マルチプレクサ１１は、主制御部３０から供給される制御信号に応じて選択対象となる圧電素子１０ａの切り替えを行ない、超音波の送受信を行う圧電素子１０ａを例えば圧電素子１つ分シフトさせる。その後、上記と同様に超音波の送受信が行われる。マルチプレクサ１１が超音波の送受信を行う圧電素子１０ａを順次シフトさせることにより、被検体内における撮像領域が順次送信される超音波ビームによってスキャンされる。これにより、各送信に対応する複数ライン（Ｌ［１］、Ｌ［２］、Ｌ［３］・・・Ｌ[ｋ]）の受信信号が取得され、各ラインの受信信号が当該ラインの識別ナンバーと対応付けられて受信信号メモリ１７に格納される。

ステップＳ３において、主制御部３０は、受信信号メモリ１７に格納された各ラインの受信信号のうち、類似度導出部２３による相互類似度の導出処理対象となるラインＬ［ｉ］（ｉはラインの識別ナンバーであり正の整数）の受信信号を選択する。主制御部３０は、初めにラインＬ［１］を選択する。これにより、第１回目の超音波の送信によって取得された第１ライン目の受信信号が相互類似度の導出の対象とされる。

ステップＳ４において、主制御部３０は、整相処理部１８において行われる受信信号の整相処理に使用される設定音速Ｃ［ｊ］（ｊは設定音速の識別ナンバーであり正の整数）を、予め定められた複数の設定音速の中からから１つ選択する。すなわち、主制御部３０は、例えば、１４００ｍ/ｓ〜１６５０ｍ/ｓの範囲において１０ｍ／ｓステップで設定された複数の設定音速Ｃ［１］、Ｃ［２］、Ｃ[３]、・・・を当該設定音速の識別ナンバーに対応付けて自身に備えるメモリ（図示せず）に予め保持している。そして、主制御部３０は、その中から１の設定音速を選択する。主制御部３０は、初めに設定音速Ｃ［１］を選択する。これにより整相処理に使用される設定音速値として１４００ｍ／ｓが選択される。なお、設定音速の範囲やステップの幅は、上記したものに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

ステップＳ５において、整相処理部１８は、主制御部３０から供給される制御信号に基づいてステップＳ３において主制御部３０によって選択されたラインＬ［ｉ］に対応する受信信号を受信信号メモリ１７から読み出す。次に、整相処理部１８は、主制御部３０から供給される制御信号に基づいてステップＳ４において主制御部３０によって選択された設定音速Ｃ[ｊ]から各チャンネル毎の受信遅延時間を算出する。そして、整相処理部１８は、受信信号メモリ１７から読み出した各チャンネルの受信信号に算出した受信遅延時間を与えることにより整相する。整相処理部１８は、整相処理された受信信号を類似度導出部２３に供給する。

ステップＳ６において、類似度導出部２３は、整相された各チャンネルの受信信号について相互類似度の導出を行う演算対象領域を設定する。演算対象領域は、受信信号をある時間幅（深さ範囲）で切り出すことにより設定される（図３参照）。

ステップＳ７において、類似度導出部２３は、ステップＳ６において設定された演算対象領域においてチャンネル毎の受信信号相互間の類似性の指標値である相互類似度を導出し、導出した相互類似度を自身に備えるメモリ（図示せず）に記憶する。図３は、類似度導出部２３によって行われる相互類似度の導出処理の内容を説明するための波形図である。

図３において、整相処理部１８において整相処理された選択されたラインにおける各チャンネルの受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）が示されている。類似度導出部２３は、受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）相互間の相互類似度を導出するための比較基準となるテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）を生成する。類似度導出部２３は、当該設定音速にて整相した受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）を同一時間毎に積算することにより得られる整相加算信号をテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）として用いることとしてもよい。

類似度導出部２３は、図３において破線で囲まれた演算対象領域において、テンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）と受信信号Ｓ_ｉ（ｔ）との相関値Ｒ_ｉを下記の式（１）に従って算出する（但しｉは１〜ｎの整数である）。式（１）において、分母は、演算対象領域内におけるテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）の各点の値の２乗の積算値の平方根と、演算対象領域内における受信信号Ｓ_ｉ（ｔ）の各点の値の２乗の積算値の平方根とを乗算した値である。分子は、演算対象領域内におけるテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）の各点の値と受信信号Ｓ_ｉ（ｔ）の各点の値とを乗算した値の積算値である。

類似度導出部２３は、受信信号Ｓ_１（ｔ）、Ｓ_２（ｔ）、Ｓ_３（ｔ）、・・・Ｓ_ｎ（ｔ）とテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）との間でそれぞれ、相関値Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３・・・Ｒ_ｎを算出する。そして、類似度導出部２３は、下記の式（２）に従って、各チャンネルの受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）の各々について算出した相関値Ｒ_ｉの絶対値の総和を受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）相互間の類似性を示す指標値、すなわち相互間類似度Ｒとして導出する。このようにして導出される相互類似度Ｒは、設定音速が被検体内の実際の音速に近いほど高い値となる。

なお、上記の例では、テンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）と各チャンネルの受信信号Ｓ_１（ｔ)〜Ｓ_ｎ（ｔ）との間でそれぞれ相関値を算出して相互類似度Ｒを求める方法を示したが、これに限定されるものではない。例えば、互いに隣り合う受信信号間（すなわち、Ｓ_ｉ（ｔ）とＳ_ｉ＋１（ｔ））で、相関値Ｒ_ｉを下記の式（３）に従ってそれぞれ求めて、それらの絶対値の総和を相互類似度Ｒとして導出することとしてもよい。この場合、テンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）を生成することを要しないので、演算処理の高速化が可能となる。

ステップＳ８において、類似度導出部２３は、受信信号の全深さ範囲（全時間範囲）について相互類似度の導出が完了したか否かを判定する。類似度算出部２３は、本ステップにおいて相互類似度の導出が完了していないと判定した場合には、ステップＳ６に戻り、演算対象領域を時間軸方向（深さ方向）にシフトさせ、新たな演算対象領域を設定して当該演算対象領域について上記と同様に相互類似度を導出する。類似度導出部２３は、受信信号の全時間範囲（全深さ範囲）について相互類似度の導出が完了するまでステップＳ６〜Ｓ８の処理を繰り返す。

ステップＳ９において、主制御部３０は、設定音速Ｃ［ｊ］の識別ナンバーｊを１つインクリメントする。ステップＳ１０において、主制御部３０は、インクリメントされた数値ｊと設定音速の識別ナンバーｊの最大値ｊ_maxとを比較することにより、全ての設定音速について相互類似度の導出が完了したか否かを判定する。ステップＳ１０において、全ての設定音速について相互類似度の導出が完了していないと判定された場合、処理はステップＳ４に戻され、新たな設定音速が設定され、ステップＳ５〜Ｓ１０の処理が同様に行われる。主制御部３０が設定音速Ｃ[ｊ]の識別ナンバーｊを順次インクリメントすることにより、１４００ｍ/ｓ〜１６５０ｍ/ｓの範囲内における各設定音速に基づいて整相された受信信号群の各々について受信信号相互間の相互類似度が導出される。

ステップＳ１１において、主制御部３０は、超音波の各送信に対応する受信信号のラインＬ［ｉ］の識別ナンバーｉを１つインクリメントする。ステップＳ１２において、主制御部３０は、インクリメントされた数値iと識別ナンバーｉの最大値を示す数値ｋとを比較することにより、全てのラインについて相互類似度の導出が完了したか否かを判定する。ステップＳ１２において、全てのラインについて相互類似度の導出が完了していないと判定された場合、処理はステップＳ３に戻され、相互類似度の導出対象となる新たなラインが選択され、ステップＳ４〜Ｓ１２の処理が同様に行われる。主制御部３０がラインＬ[ｉ]の識別ナンバーｉを順次インクリメントすることにより、各ラインの受信信号について、上記と同様に設定音速毎および演算対象領域毎に相互類似度が導出される。
類似度導出部２３は、上記の各処理を経ることにより導出した受信信号群の相互類似度の各々を図４に示すような形態で自身に備えるメモリ（図示せず）に記憶する。図４に示されるα_１１１、α_１１２、α_１１３、・・・は、設定音速毎に導出された各ラインの各演算対象領域（各深さ位置）における相互類似度である。図４に示すように、類似度導出部２３は、撮像領域を各ラインおよび各深さ位置で分割した単位領域における相互類似度を、各設定音速Ｃ［１］、Ｃ［２］、Ｃ［３］・・・が設定された場合の各々について導出する。

ステップＳ１３において、最適設定音速導出部２４は、類似度導出部２３によって導出された相互類似度を類似度導出部２３内のメモリから読み出し、読み出した相互類似度に基づいて被検体内の最適設定音速を導出する。例えば、最適設定音速導出部２４は、各ラインの各深さについて導出された受信信号群の相互類似度が最大となる設定音速をそのラインのその深さ位置における最適設定音速として導出する。

最適設定音速導出部２４は、このようにして導出された最適設定音速を主制御部３０に供給して本ルーチンが終了する。

以下に、撮像領域内の各部位毎に導出された最適設定音速を利用した画像生成処理の一例について図５に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

ステップＳ２１において、主制御部３０は、例えば、ユーザによる操作入力部４０からの操作入力に応じて、最適設定音速導出部２４によって導出された各ラインの各深さ位置における最適設定音速を整相処理部１８に供給し、整相処理部１８はこれを受信する。

ステップＳ２２において、整相処理部１８は、受信信号メモリ１７から各ラインの受信信号を読み出す。

ステップＳ２３において、整相処理部１８は、最適設定音速導出部２４によって導出された各点における最適設定音速に基づいて、各点における受信遅延時間を算出し、受信信号メモリ１７から読み出した受信信号に算出した受信遅延時間を与えて整相処理を行う。整相処理部１８は、整相した受信信号を加算処理部２０に供給する。

ステップＳ２４において、加算処理部２０は、整相処理部１８によって整相された各チャンネルの受信信号を積算して整相加算信号を生成し、これを画像生成部２１に供給する。

ステップＳ２５において、画像生成部２１は、加算処理部２０から供給された整相加算信号に対してフィルタリング処理、Ｌｏｇ圧縮処理、包絡線検波処理、ＳＴＣ処理、補間処理、走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換したＢモード画像を構築するための画像信号を生成する。画像生成部２１は、生成した画像信号をモニタ２２に供給する。

ステップＳ２６において、モニタ２２は、画像生成部２１によって生成された画像信号を表示する。

以上の各処理を経ることにより、本画像生成処理ルーチンが終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る超音波診断装置１は、各設定音速で整相された各チャンネルの受信信号相互間の類似性の指標値である相互類似度を導出し、導出した相互類似度に基づいて最適設定音速を導出する。すなわち、最適設定音速を導出する際に、受信信号を画像化する処理を要しないので、比較的短時間で最適設定音速を導出することが可能となる。また、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、各チャンネルの受信信号相互間の相互類似度に基づいて最適設定音速を導出するので、被検体内における超音波の干渉などに起因して受信信号の強度低下や波形歪みが生じた場合でも、相互類似度自体が大きく変動しないため、比較的安定的に最適設定音速を導出することが可能となり、最適設定音速の導出精度を高めることが可能となる。すなわち、最適設定音速と実際の音速との誤差を小さくすることができる。また、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、高い精度で導出された最適設定音速を用いて整相された受信信号から画像が生成されるので、歪みの少ない断層画像を生成することが可能となる。

なお、上記の実施形態では、各ラインの各深さ位置について最適設定音速を導出することとしたがこれに限定されるものではない。最適設定音速導出部２４は、複数ラインの複数深さ位置からなる各ブロックにおいて、当該ブロック内における各ラインの各深さ位置の受信信号の相互類似度の総和α_ＳＵＭを算出し、α_ＳＵＭの値が最も大きくなる設定音速を当該ブロックにおける最適設定音速として導出することとしてもよい。

また、上記の実施形態では、相互類似度が最大となる設定音速を当該部位における最適設定音速とすることとしたが、これに限定されるものではない。最適設定音速導出部２４は、受信信号の相互類似度で各設定音速を重み付けした重み付け平均値を算出して得た値を当該部位における最適設定音速として導出することとしてもよい。

また、上記の説明では、類似度導出部２３がテンプレート信号と各チャンネルの受信信号との間で１次元の相関値を算出する場合を例示したが、これに限定されるものではない。類似度算出部２３は、テンプレート信号を圧電素子の方向と時間軸方向（深さ方向）の２次元信号に展開して２次元の相関値を算出することとしてもよい。つまり、テンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）を各チャンネルの受信信号に対応して並べた２次元的なテンプレート信号Ｓ_ｔ１（１）、Ｓ_ｔ２（ｔ）、・・・、Ｓ_ｔｎ（ｔ）を生成し（ここで、Ｓ_ｔ１（ｔ）＝Ｓ_ｔ２（ｔ）＝・・・＝Ｓ_ｔｎ（ｔ））、これと各チャンネルの受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）との間で下記の式（４）に従って２次元的な相関値を算出して相関値Ｒとしてもよい。ここでΣはｔ(時間軸方向）とｉ（圧電素子の方向）に関する積算を示す。

また、３次元プローブを用いる場合には、３次元の相関値を算出することとしてもよい。

また、類似度導出部２３は、テンプレート信号Ｓｔ（ｔ）と各受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）との相互相関演算をそれぞれ行い、求められた相互相関関数のピーク値の存在する位置からテンプレート信号Ｓ_ｔ（ｔ）に対する各受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）の位相ずれ量を求め、各受信信号Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_ｎ（ｔ）について求めた位相ずれ量の絶対値の総和または分散を受信信号相互間の類似性の指標値として導出することとしてもよい。この場合、受信信号相互間の類似性が高くなるほど、導出される値は小さくなる。

また、上記の実施形態では、整相処理を施した後の受信信号を用いて類似度を導出することとしたがこれに限定されるものではなく、設定音速に基づいて各チャンネルの受信信号に対して算出された受信遅延時間を中心とする演算対象領域を各チャンネルの受信信号について求め、各演算対象領域内における受信信号間の相互類似度を導出してもよい。

１ 超音波診断装置
１０ 超音波プローブ
１０ａ 圧電素子
１２ 送信制御部
１６ 受信信号処理部
１７ 受信信号メモリ
１８ 整相処理部
２０ 加算処理部
２１ 画像生成部
２３ 類似度導出部
２４ 最適設定音速導出部
３０ 主制御部
４０ 操作入力部

Claims (12)

1. 各々が、被検体内に送信された超音波の反射波に応じて受信信号を生成する複数の電気音響変換素子と、
   同一反射点からの反射波に応じて生成される前記受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を、複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、
   前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出する音速導出手段と、
   を含む超音波診断装置。
2. 前記複数の電気音響変換素子内の複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号を、複数の設定音速毎に整相する整相手段を更に含み、
   前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された受信信号相互間の相互類似度を導出する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記類似度導出手段は、基準信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との相関値に基づいて前記相互類似度を導出する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記類似度導出手段は、前記基準信号と、前記整相手段によって整相された受信信号の各々との相関値を積算した値を前記相互類似度として導出する請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記基準信号は、整相された受信信号の各々を積算した整相加算信号である請求項３または４に記載の超音波診断装置。
6. 前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の相関値に基づいて前記相互類似度を導出する請求項２に記載の超音波診断装置。
7. 前記類似度導出手段は、前記整相手段によって整相された互いに隣接する受信信号間の相関値を積算した値を前記相互類似度として導出する請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記音速導出手段は、前記相互類似度が最大となる設定音速を前記被検体内の音速の推定値として導出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
9. 前記音速導出手段は、前記相互類似度で前記設定音速の各々を重み付けして得られる重み付け平均値を前記被検体内の音速の推定値として導出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
10. 前記整相手段が、前記音速導出手段によって導出された前記被検体内の音速の推定値に基づいて前記受信信号を整相し、
    加算手段が、前記整相手段によって整相された前記受信信号の各々を積算して整相加算信号を生成し、
    画像生成手段が、前記整相加算信号に応じた画像を生成する請求項２乃至７のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
11. 被検体内に送信された超音波の同一反射点からの反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を複数の設定音速毎に導出するステップと、
    前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出するステップと、
    を含む音速導出方法。
12. コンピュータを
    被検体内に送信された超音波の同一反射点からの反射波に応じて複数の電気音響変換素子の各々で生成された複数の受信信号の相互間の類似性であって、設定音速に基づいて抽出される前記受信信号の時間領域における類似性を示す相互類似度を複数の設定音速毎に導出する類似度導出手段と、
    前記類似度導出手段によって導出された前記複数の設定音速毎の相互類似度に基づいて前記被検体内の音速の推定値を導出する音速導出手段と、
    として機能させるためのプログラム。
    

Images