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JP6776766B2 - Ultrasonic measuring device and control method of ultrasonic measuring device - Google Patents
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JP6776766B2 - Ultrasonic measuring device and control method of ultrasonic measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、超音波測定を行う超音波測定装置等に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measuring device or the like that performs ultrasonic measurement.

従来から、複数の超音波素子(超音波振動子)が配列された超音波プローブを用いて超音波ビームを走査し、生体内部の様子を画像化する超音波測定装置が知られている。画像化にあたっては、超音波素子毎に受信した受信信号を加算するビームフォーミング(BF;Beam Forming)処理を行う。単純なビームフォーミング処理では画像の分解能が低いため、より高分解能の画像を得るための技術が開発されている。例えば、特許文献1に記載の適応型ビームフォーミング処理がその1つである。 Conventionally, there has been known an ultrasonic measuring device that scans an ultrasonic beam using an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic elements (ultrasonic vibrators) are arranged to image the inside of a living body. In imaging, beamforming (BF; Beam Forming) processing is performed in which received signals received for each ultrasonic element are added. Since the resolution of an image is low in a simple beamforming process, a technique for obtaining a higher resolution image has been developed. For example, the adaptive beamforming process described in Patent Document 1 is one of them.

ところで、適応型ビームフォーミング処理は、非適応型の従来のビームフォーミング処理に比べて高い分解能が得られる一方で、計算量が増大する問題がある。この問題を解決するための技術としては、例えば、特許文献2の技術が挙げられる。特許文献2の技術は、隣接するチャンネルからのエコー検出データ(受信信号)を加算してデータを間引き、その上で適応型信号処理(適応型ビームフォーミング処理)を実行することによって信号処理の高速化を図ったものである。 By the way, the adaptive beamforming process has a problem that the amount of calculation increases while a higher resolution can be obtained as compared with the non-adaptive conventional beamforming process. Examples of the technique for solving this problem include the technique of Patent Document 2. The technique of Patent Document 2 adds echo detection data (received signals) from adjacent channels, thins out the data, and then executes adaptive signal processing (adaptive beamforming processing) to perform high-speed signal processing. It is intended to be converted.

特開2015−77393号公報JP-A-2015-77393 特開2011−5237号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-5237

特許文献2の技術によれば、適応型ビームフォーミング処理が処理対象とする受信信号の信号本数を減らせるため、その分計算量を削減できる。しかし、その結果分解能を高める適応型ビームフォーミング処理の効果が薄まり、生成される超音波画像の画質に影響する場合があった。 According to the technique of Patent Document 2, since the number of received signals to be processed by the adaptive beamforming process can be reduced, the amount of calculation can be reduced accordingly. However, as a result, the effect of the adaptive beamforming process for increasing the resolution is diminished, which may affect the image quality of the generated ultrasonic image.

本発明は、こうした事情を鑑みてなされたものであり、適応型ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減しつつ、超音波画像の画質の劣化を抑制することを目的として考案されたものである。 The present invention has been made in view of these circumstances, and has been devised for the purpose of suppressing deterioration of the image quality of ultrasonic images while reducing the amount of calculation related to the execution of adaptive beamforming processing. is there.

上記課題を解決するための第1の発明は、超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブと、前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成する演算処理部と、を備えた超音波測定装置である。 The first invention for solving the above-mentioned problems is an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged, and beamforming processing and an adaptive beam for a received signal received for each ultrasonic element. A calculation processing unit that is multi-stage signal processing with forming processing, performs a plurality of the multi-stage signal processing having different setting conditions of the beam forming processing, and generates an ultrasonic image based on the average signal of the result of each multi-stage signal processing. It is an ultrasonic measuring device equipped with.

また、他の発明として、超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行うことと、前記複数の多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成することと、を含む制御方法を構成してもよい。 Another invention is a control method of an ultrasonic measuring device that performs ultrasonic measurement using an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged, and receives each ultrasonic element. It is a multi-stage signal processing of the beamforming process and the adaptive beamforming process for the received signal, and the multiple-stage signal processing having different setting conditions of the beamforming process is performed, and the result of the plurality of multi-stage signal processing. A control method may be configured that includes generating an ultrasonic image based on the average signal of.

第1の発明等によれば、ビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理を行うため、適応型ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減することができる。また、ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果を平均して用いて超音波画像を生成することができる。これによれば、ビームフォーミング処理の実行により生じ得る超音波画像の画質の劣化を抑制できる。 According to the first invention and the like, since the multi-stage signal processing of the beamforming process and the adaptive beamforming process is performed, the amount of calculation related to the execution of the adaptive beamforming process can be reduced. Further, it is possible to perform a plurality of multi-stage signal processing having different setting conditions for the beamforming processing and generate an ultrasonic image by averaging the results of each multi-stage signal processing. According to this, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the ultrasonic image that may occur due to the execution of the beamforming process.

また、第2の発明として、前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理を並行して行う、第1の発明の超音波測定装置を構成してもよい。 Further, as a second invention, the arithmetic processing unit may configure the ultrasonic measuring apparatus of the first invention, which performs the plurality of multi-stage signal processing in parallel.

第2の発明によれば、各多段信号処理を並行して行うことができる。そのため、信号処理を高速化することができる。 According to the second invention, each multi-stage signal processing can be performed in parallel. Therefore, the signal processing can be speeded up.

また、第3の発明として、前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理の処理対象とする前記受信信号の信号本数が互いに異なり、且つ、互いに倍数とならない本数である前記設定条件で前記複数の多段信号処理を行う、第1又は第3の発明の超音波測定装置を構成してもよい。 Further, as a third invention, the arithmetic processing unit has the plurality of multistages under the setting condition in which the number of signals of the received signal to be processed by the beamforming process is different from each other and is not a multiple of each other. The ultrasonic measuring apparatus of the first or third invention which performs signal processing may be configured.

第3の発明によれば、各多段信号処理において、互いに倍数とならない異なる信号本数の受信信号を処理対象としたビームフォーミング処理を実行することができる。この結果、多段信号処理による超音波画像の画質劣化を抑制することができる。 According to the third invention, in each multi-stage signal processing, beamforming processing can be executed for receiving signals having different numbers of signals that are not multiples of each other. As a result, deterioration of the image quality of the ultrasonic image due to multi-stage signal processing can be suppressed.

また、第4の発明として、前記複数の多段信号処理に係る前記設定条件の前記信号本数は、互いに共通の素因数を含まない本数である、第3の発明の超音波測定装置を構成してもよい。 Further, as a fourth invention, the ultrasonic measuring apparatus of the third invention may be configured in which the number of signals under the setting conditions related to the plurality of multi-stage signal processing is a number that does not include a prime factor common to each other. Good.

第4の発明によれば、各多段信号処理において、互いに共通の素因数を含まない信号本数の受信信号を処理対象としたビームフォーミング処理を実行することができる。この結果、多段信号処理による超音波画像の画質劣化を抑制することができる。 According to the fourth invention, in each multi-stage signal processing, it is possible to execute a beamforming process for processing received signals having a number of signals that do not include a common prime factor. As a result, deterioration of the image quality of the ultrasonic image due to multi-stage signal processing can be suppressed.

また、第5の発明として、前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理の結果を加重平均して前記平均信号を算出する、第1〜第4の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。 Further, as a fifth invention, the arithmetic processing unit calculates the average signal by weight-averaging the results of the plurality of multi-stage signal processing, according to the ultrasonic measuring apparatus of any one of the first to fourth inventions. It may be configured.

第5の発明によれば、各多段信号処理の結果を加重平均して用いて超音波画像を生成することができる。 According to the fifth invention, an ultrasonic image can be generated by weighted averaging the results of each multi-stage signal processing.

また、第6の発明として、前記適応型ビームフォーミング処理は、前記超音波素子毎の受信信号に基づいて重みを算出し、当該重みを用いて前記受信信号を重み付き加算する処理である、第1〜第5の何れかの発明の超音波測定装置を構成できる。適応型ビームフォーミング処理を実行することにより、非適応型のビームフォーミング処理に比べて分解能(方位分解能)を高めることができるため、超音波画像の画質を向上させることができる。 Further, as a sixth invention, the adaptive beamforming process is a process of calculating a weight based on a received signal for each ultrasonic element and weighting and adding the received signal using the weight. The ultrasonic measuring device of any one of the first to fifth inventions can be configured. By executing the adaptive beamforming process, the resolution (direction resolution) can be increased as compared with the non-adaptive beamforming process, so that the image quality of the ultrasonic image can be improved.

また、第7の発明として、前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理を実行する演算回路を前記多段信号処理毎に備える、第1〜第6の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。 Further, as a seventh invention, the arithmetic processing unit constitutes an ultrasonic measuring apparatus according to any one of the first to sixth inventions, which includes an arithmetic circuit for executing the beamforming process for each of the multi-stage signal processes. You may.

第7の発明によれば、多段信号処理毎に備えた演算回路を用いてビームフォーミング処理を実行することができる。 According to the seventh invention, the beamforming process can be executed by using the arithmetic circuit provided for each multi-stage signal processing.

超音波測定装置のシステム構成例を示す図。The figure which shows the system configuration example of the ultrasonic measuring apparatus. BF処理の処理ブロックを示す図。The figure which shows the processing block of BF processing. 図2のBF処理に係る受信感度特性例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics related to the BF process of FIG. 適応型BF処理の処理ブロックを示す図。The figure which shows the processing block of adaptive BF processing. 図4のBF処理に係る受信感度特性例を示す図。The figure which shows the receiving sensitivity characteristic example which concerns on the BF process of FIG. 多段信号処理の処理ブロック例を示す図。The figure which shows the processing block example of multi-stage signal processing. 多段信号処理の処理ブロックの他の例を示す図。The figure which shows another example of the processing block of multi-stage signal processing. 図7の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics related to multi-stage signal processing in FIG. 7. 図8の受信感度特性の拡大図。FIG. 8 is an enlarged view of the reception sensitivity characteristic of FIG. 多段信号処理の処理ブロックの他の例を示す図。The figure which shows another example of the processing block of multi-stage signal processing. 図10の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図。The figure which shows the receiving sensitivity characteristic example which concerns on the multi-stage signal processing of FIG. 図11の受信感度特性の拡大図。FIG. 11 is an enlarged view of the reception sensitivity characteristic of FIG. 図7の多段信号処理と図10の多段信号処理とを並行実行する場合の処理ブロック例を示す図。The figure which shows the processing block example at the time of executing the multi-stage signal processing of FIG. 7 and the multi-stage signal processing of FIG. 図13の多段信号処理の並行実行に係る受信感度特性例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics related to parallel execution of multi-stage signal processing of FIG. 図14の受信感度特性の拡大図。FIG. 14 is an enlarged view of the reception sensitivity characteristic of FIG. 超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the functional configuration example of an ultrasonic measuring apparatus. 設定条件テーブルのデータ構成例を示す図。The figure which shows the data structure example of the setting condition table. 超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the ultrasonic image generation processing.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and the embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments. Further, in the description of the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals.

図1は、本実施形態における超音波測定装置10のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置10は、超音波測定を利用して被検体2の生体情報を取得するためのものであり、測定結果や操作情報を画像表示するための手段および操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル12と、操作入力をするためのキーボード14と、超音波プローブ(探触子)16と、画像処理装置30とを備える。 FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of the ultrasonic measuring device 10 according to the present embodiment. The ultrasonic measuring device 10 is for acquiring biological information of the subject 2 by using ultrasonic measurement, and also serves as a means for displaying a measurement result and an operation information as an image and a means for inputting an operation. It includes a touch panel 12, a keyboard 14 for inputting operations, an ultrasonic probe (probe) 16, and an image processing device 30.

超音波プローブ16は、そのセンサー面側において列状に等間隔で配置された複数の超音波素子(超音波振動子)を内蔵しており、例えば、超音波素子の配列方向に超音波ビームの入射位置をずらしながら互いに平行な複数の走査線に沿って超音波ビームを送受信する、いわゆるリニア走査方式で超音波測定を行う。この超音波プローブ16は、センサー面を被検体2の生体表面(図1では頸部)に密着させて使用される。なお、スキャン方式はリニア走査方式に限らず、例えばセクター走査方式等の他の走査方式を採用する場合にも本実施形態を同様に適用することが可能である。また、超音波プローブ16が当てられる測定部位は頸部に限らず、手首、腕、腹部等、測定の目的に応じた被検体2の部位とされる。 The ultrasonic probe 16 has a plurality of ultrasonic elements (ultrasonic vibrators) arranged in rows at equal intervals on the sensor surface side thereof, and for example, the ultrasonic beam is arranged in the arrangement direction of the ultrasonic elements. Ultrasonic measurement is performed by a so-called linear scanning method in which ultrasonic beams are transmitted and received along a plurality of scanning lines parallel to each other while shifting the incident position. The ultrasonic probe 16 is used with the sensor surface in close contact with the biological surface (neck in FIG. 1) of the subject 2. The scanning method is not limited to the linear scanning method, and the present embodiment can be similarly applied when another scanning method such as a sector scanning method is adopted. The measurement site to which the ultrasonic probe 16 is applied is not limited to the neck, but is the site of the subject 2 such as the wrist, arm, and abdomen according to the purpose of measurement.

画像処理装置30には、制御基板31が搭載されており、タッチパネル12、キーボード14、超音波プローブ16等の装置各部と信号送受可能に接続されている。制御基板31には、CPU(Central Processing Unit)32、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の各種集積回路の他、ICメモリーやハードディスク等による記憶媒体33と、外部装置とのデータ通信を実現する通信IC34とが搭載されている。超音波測定装置10は、画像処理装置30においてCPU32等が記憶媒体33に記憶されているプログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとする生体情報の取得に必要な処理を行う。 A control board 31 is mounted on the image processing device 30, and is connected to various parts of the device such as the touch panel 12, the keyboard 14, and the ultrasonic probe 16 so as to be able to transmit and receive signals. The control board 31 includes a CPU (Central Processing Unit) 32, various integrated circuits such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array), a storage medium 33 such as an IC memory and a hard disk, and an external device. It is equipped with a communication IC 34 that realizes data communication with the device. The ultrasonic measuring device 10 performs processing necessary for acquiring biological information including ultrasonic measurement by executing a program in which the CPU 32 or the like is stored in the storage medium 33 in the image processing device 30.

具体的には、超音波測定装置10は、画像処理装置30の制御により超音波プローブ16から被検体2へ超音波ビームを送信し、その反射波を受信して超音波測定を行う。そして、反射波の受信信号を増幅・信号処理し、被検体2の生体内構造の位置情報や経時変化等の反射波データを生成する。超音波測定は、所定周期で繰り返し行われる。測定単位を「フレーム」と呼ぶ。 Specifically, the ultrasonic measuring device 10 transmits an ultrasonic beam from the ultrasonic probe 16 to the subject 2 under the control of the image processing device 30, receives the reflected wave, and performs ultrasonic measurement. Then, the received signal of the reflected wave is amplified and signal-processed to generate reflected wave data such as the position information of the in-vivo structure of the subject 2 and the change with time. The ultrasonic measurement is repeated at a predetermined cycle. The unit of measurement is called a "frame".

反射波データには、いわゆるAモード、Bモード、Mモード、カラードップラーモードの各モードの画像が含まれる。Aモードは、第1軸を超音波ビームの送受信方向(走査線の方向)に沿った受信信号のサンプリング点列とし、第2軸を各サンプリング点での反射波の受信信号強度として、反射波の振幅(Aモード像)を表示するモードである。また、Bモードは、超音波ビームを所定の走査範囲内で走査させながら得た反射波振幅(Aモード像)を輝度値に変換することで可視化した、生体内構造の二次元の超音波画像(Bモード画像)を表示するモードである。 The reflected wave data includes images in so-called A mode, B mode, M mode, and color Doppler mode. In the A mode, the first axis is a sequence of sampling points of the received signal along the transmission / reception direction (direction of the scanning line) of the ultrasonic beam, and the second axis is the reception signal intensity of the reflected wave at each sampling point. This is a mode for displaying the amplitude (A mode image) of. Further, in the B mode, a two-dimensional ultrasonic image of the in-vivo structure is visualized by converting the reflected wave amplitude (A mode image) obtained while scanning the ultrasonic beam within a predetermined scanning range into a brightness value. This is a mode for displaying (B mode image).

[概要]
反射波データの生成に際し、超音波測定装置10は、サンプリング点毎に各超音波素子(以下、「チャンネル」ともいう)からの受信信号を整相加算する処理を行う(受信ビームフォーミング)。複数の超音波素子群が1つのチャンネルを構成して超音波の送受信を行う場合は、当該超音波素子群毎に得られる受信信号を整相加算する。以下、超音波素子又は超音波素子群で構成される各チャンネルからの受信信号を「チャンネル信号」という。
[Overview]
When generating the reflected wave data, the ultrasonic measuring device 10 performs a process of phase-adjusting and adding the received signals from each ultrasonic element (hereinafter, also referred to as “channel”) at each sampling point (received beamforming). When a plurality of ultrasonic element groups form one channel to transmit and receive ultrasonic waves, the received signals obtained for each ultrasonic element group are phase-aligned and added. Hereinafter, the received signal from each channel composed of the ultrasonic element or the ultrasonic element group is referred to as a “channel signal”.

具体的には、各チャンネルからのチャンネル信号に遅延をかける受信フォーカス処理(整相処理)の後、当該受信フォーカス処理後の各チャンネル信号を加算するビームフォーミング処理を行う。これにより、位相が同じ所望の方向(走査線の方向)からの信号のみを増幅することができ、当該走査線の方向からの所望波を抽出できる。 Specifically, after the reception focus processing (phase adjustment processing) that delays the channel signals from each channel, the beamforming processing that adds each channel signal after the reception focus processing is performed. Thereby, only the signal from the desired direction (direction of the scanning line) having the same phase can be amplified, and the desired wave from the direction of the scanning line can be extracted.

ここで、以下の説明においてビームフォーミング処理(BF処理)とは、例えば、受信指向性が固定の固定ビームフォーミングのことをいい、非適応型のビームフォーミング処理のことである。すなわち、BF処理は、予め定められる固定の加算ウェイト(重み)を用いて各チャンネルからのチャンネル信号を重み付き加算する処理である。図2は、12個のチャンネルからのチャンネル信号x〜x12をBF処理する処理ブロックPdsを示す図であり、図3は、図2のBF処理Pdsに係る受信感度特性例を示す図である。図3では、正面(走査線の方向)を0度とし、正面からの所望波とともに、それと同じ信号強度の不要波を斜めの方向から受信したときの各方向の受信感度をグラフ化して示している。 Here, in the following description, the beamforming process (BF process) refers to, for example, fixed beamforming with a fixed reception directivity, and is a non-adaptive beamforming process. That is, the BF process is a process of weighted addition of channel signals from each channel using a predetermined fixed addition weight (weight). FIG. 2 is a diagram showing a processing block P ds for BF processing channel signals x 1 to x 12 from 12 channels, and FIG. 3 shows an example of reception sensitivity characteristics according to the BF processing P ds of FIG. It is a figure. In FIG. 3, the front surface (direction of the scanning line) is set to 0 degrees, and the reception sensitivity in each direction when an unnecessary wave having the same signal strength as the desired wave from the front surface is received from an oblique direction is shown as a graph. There is.

図3に示すように、BF処理Pdsの受信感度特性では、0度に現れるメインローブML1は理想的な急峻形状とは異なり、幅が広い。また、正面から外れた斜めの方向に現れるサイドローブSL11,SL13のレベルもゼロに近いとは言えず、大きい。ここで、メインローブとは、すなわち所望波に対する感度であり、サイドローブとは、不要波に対する感度である。メインローブの幅が狭く、サイドローブのレベルが低いほど分解能(方位分解能)が高い。しかし、BF処理Pdsでは、上記のようにメインローブML1の幅は広くサイドローブSL11,SL13も大きいため、メインローブML1の広がりやサイドローブSL11,SL13によって、走査線の方向以外の方向からの不要波に対しても感度を持つ。これは、分解能を低下させ、超音波画像の画質の劣化を招く。 As shown in FIG. 3, in the reception sensitivity characteristic of the BF processed P ds , the main lobe ML1 appearing at 0 degrees has a wide width unlike the ideal steep shape. In addition, the levels of the side lobes SL11 and SL13 appearing in the diagonal direction off the front are not close to zero and are large. Here, the main lobe is the sensitivity to the desired wave, and the side lobe is the sensitivity to the unwanted wave. The narrower the width of the main lobe and the lower the level of the side lobes, the higher the resolution (direction resolution). However, in the BF processing P ds , as described above, the width of the main lobe ML1 is wide and the side lobes SL11 and SL13 are also large. It is also sensitive to unwanted waves. This lowers the resolution and causes deterioration of the image quality of the ultrasonic image.

このBF処理に対して、チャンネル信号の加算に用いる加算ウェイトを到来波に応じて動的に変える適応型ビームフォーミング処理(適応型BF処理)が知られている。適応型BF処理手順を簡単に説明すると、サンプリング点毎に次の処理を行う。先ず、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号をもとに相関行列を算出する。続いて、走査線の方向に基づき規定したステアリングベクトルを用い、算出した相関行列から各チャンネル信号に乗じる加算ウェイトを算出する。その後は、算出した加算ウェイトを用い、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号を重み付き加算する。適応型BF処理の具体例としては、MV(Minimum Variance)法や、APES(Amplitude and Phase Estimation)法等があり、適宜採用してよい。この適応型BF処理によれば、走査線の方向からの所望波のみに感度を持ち、不要波に対しては感度を持たないように方向に拘束を付けてチャンネル信号を重み付き加算することができ、高い分解能が実現できる。 In contrast to this BF process, an adaptive beamforming process (adaptive BF process) that dynamically changes the addition weight used for adding channel signals according to the incoming wave is known. To briefly explain the adaptive BF processing procedure, the following processing is performed for each sampling point. First, the correlation matrix is calculated based on the channel signal of each channel after the reception focus processing. Subsequently, the addition weight to be multiplied by each channel signal is calculated from the calculated correlation matrix using the steering vector defined based on the direction of the scanning line. After that, the calculated addition weight is used, and the channel signal of each channel after the reception focus processing is weighted and added. Specific examples of the adaptive BF treatment include an MV (Minimum Variance) method, an APES (Amplitude and Phase Optimization) method, and the like, which may be appropriately adopted. According to this adaptive BF process, the channel signal can be weighted and added by constraining the direction so as to have sensitivity only to the desired wave from the direction of the scanning line and not to the unnecessary wave. And high resolution can be achieved.

図4は、図2と同じ12個のチャンネルからのチャンネル信号x〜x12を適応型BF処理する処理ブロックPmvを示す図である。また、図5は、図4の適応型BF処理Pmvに係る受信感度特性例を示す図であり、図3と同様の条件下での各方向の受信感度をグラフ化して示している。図5に示すように、適応型BF処理Pmvの受信感度特性では、BF処理Pdsと異なりメインローブML2の幅が狭い。一方、サイドローブはほとんど現れておらず、小さく抑えられている。 FIG. 4 is a diagram showing a processing block P mv for performing adaptive BF processing of channel signals x 1 to x 12 from the same 12 channels as in FIG. Further, FIG. 5 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics according to the adaptive BF processing P mv of FIG. 4, and shows a graph of reception sensitivity in each direction under the same conditions as in FIG. As shown in FIG. 5, in the reception sensitivity characteristic of the adaptive BF processing P mv , the width of the main lobe ML2 is narrow unlike the BF processing P ds . On the other hand, the side lobes are barely visible and are kept small.

しかし、適応型BF処理は、上記の通りチャンネル信号に乗じる加算ウェイトを毎回算出する複雑な処理であるため、計算量が増大する問題がある。適応型BF処理の実行に係る計算量は、チャンネル数M(適応型BF処理が処理対象とするチャンネル信号の信号本数)と加算ウェイトを算出する算出式の次数によって決まり、O記法で表すとO(M^3)となる(図4ではM=12)。 However, the adaptive BF process is a complicated process for calculating the addition weight to be multiplied by the channel signal each time as described above, so that there is a problem that the amount of calculation increases. The amount of calculation related to the execution of the adaptive BF process is determined by the number of channels M (the number of channel signals to be processed by the adaptive BF process) and the order of the calculation formula for calculating the addition weight, and is expressed in O notation as O. (M ^ 3) (M = 12 in FIG. 4).

そこで、本実施形態では、BF処理と適応型BF処理との多段信号処理を行い、超音波画像の画質の劣化を抑制しつつ計算量の低減を図る。図6は、多段信号処理の処理ブロック例を示す図である。図6に示すように、多段信号処理では、適応型BF処理Pmvの前段でBF処理Pdsを行う。具体的には、各超音波素子で受信し、アナログ信号からデジタル信号に変換された各チャンネル(図6では256チャンネル)のチャンネル信号に対して、超音波素子(チャンネル)の配列順に所定数本(例えば8本)ずつBF処理Pdsを適用する。これにより、各チャンネルのチャンネル信号を所定数本ずつ束ねることができる。 Therefore, in the present embodiment, multi-stage signal processing of BF processing and adaptive BF processing is performed to reduce the amount of calculation while suppressing deterioration of the image quality of the ultrasonic image. FIG. 6 is a diagram showing a processing block example of multi-stage signal processing. As shown in FIG. 6, in the multi-stage signal processing, the BF processing P ds is performed before the adaptive BF processing P mv . Specifically, for each channel signal received by each ultrasonic element and converted from an analog signal to a digital signal (256 channels in FIG. 6), a predetermined number of ultrasonic elements (channels) are arranged in order. BF processing P ds is applied (for example, 8 lines) at a time. As a result, a predetermined number of channel signals of each channel can be bundled.

ここで、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号をxとし、適応型BF処理が処理対象とするチャンネル信号をyとする。そして、BF処理の適用単位(BF処理が処理対象とする信号本数;以下、「単位BF処理本数」という)をqとしてq本ずつBF処理する場合(つまり、チャンネル信号yの本数をチャンネル数Mの1/qにする場合)、yは、次式(1)で表される。図6の例では、チャンネル信号x〜x256は、BF処理Pdsによってチャンネル数M=256の1/8である32チャンネルのチャンネル信号y〜y32とされて、適応型BF処理Pmvへ渡される。

Figure 0006776766
Here, a channel signal of each channel after reception focusing processing and x m, a channel signal adaptive BF process is processed to y n. Then, in the case of performing BF processing by q with q as the application unit of BF processing (the number of signals processed by BF processing; hereinafter referred to as "the number of unit BF processing") (that is, the number of channel signals y n is the number of channels). (When 1 / q of M), y n is represented by the following equation (1). In the example of FIG. 6, the channel signal x 1 ~x 256 may be a channel signal y 1 ~y 32 of 32 channels of a 1/8 channel number M = 256 by BF process P ds, adaptive BF process P It is passed to mv .
Figure 0006776766

[原理]
多段信号処理の問題は、BF処理を行ってチャンネルを束ねたことで、適応型BF処理の効果が薄まる点である。図7は、チャンネル数が図2と同じ12チャンネルの場合であって、単位BF処理本数q=4の場合の多段信号処理P11の処理ブロック例を示す図である。本構成の多段信号処理では、12個のチャンネルからの各チャンネル信号x〜x12が前段のBF処理Pdsにおいて4本ずつ束ねられ、3本のチャンネル信号ya1〜ya3とされて適応型BF処理Pmvへ渡される。
[principle]
The problem with multi-stage signal processing is that the effect of adaptive BF processing is diminished by performing BF processing and bundling channels. FIG. 7 is a diagram showing a processing block example of the multi-stage signal processing P11 when the number of channels is the same as that in FIG. 2 and the number of channels is 12 and the unit BF processing number q = 4. In the multi-stage signal processing of this configuration, each channel signal x 1 to x 12 from 12 channels is bundled by 4 in the BF processing P ds of the previous stage, and is adapted as 3 channel signals y a1 to y a3. It is passed to the type BF process P mv .

図8は、図7の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図であり、図3と同様の条件下での各方向の受信感度をグラフ化して示している。図9は、図8の縦軸の範囲を狭くしてサイドローブを示した拡大図である。図7の多段信号処理の受信感度特性では、図8および図9に示すように、±30度付近と±80度付近でサイドローブが現れ、感度を持つ。したがって、当該多段信号処理では、±30度付近および±80度付近の各方向からの不要波を受信してしまうと分解能が低下し、超音波画像の画質に影響を及ぼす。 FIG. 8 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics related to the multi-stage signal processing of FIG. 7, and shows a graph of reception sensitivity in each direction under the same conditions as in FIG. FIG. 9 is an enlarged view showing side lobes by narrowing the range of the vertical axis of FIG. In the reception sensitivity characteristic of the multi-stage signal processing of FIG. 7, side lobes appear at around ± 30 degrees and around ± 80 degrees as shown in FIGS. 8 and 9, and have sensitivity. Therefore, in the multi-stage signal processing, if unnecessary waves from each direction of around ± 30 degrees and around ± 80 degrees are received, the resolution is lowered and the image quality of the ultrasonic image is affected.

また、図10は、単位BF処理本数q=3の場合の多段信号処理P13の処理ブロック例を示す図である。図11は、図10の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図であり、図12は、図11の縦軸を狭めた拡大図である。本構成の多段信号処理では、12個のチャンネルからの各チャンネル信号x〜x12が前段のBF処理Pdsにおいて3本ずつ束ねられ、4本のチャンネル信号yb1〜yb4とされて適応型BF処理Pmvへ渡される。この多段信号処理の受信感度特性では、図11および図12に示すように、±40度付近でサイドローブが現れ、感度を持つ。したがって、±40度付近の各方向からの不要波が、超音波画像の画質に影響を及ぼすこととなる。 Further, FIG. 10 is a diagram showing an example of a processing block of the multi-stage signal processing P13 when the unit BF processing number q = 3. FIG. 11 is a diagram showing an example of reception sensitivity characteristics related to the multi-stage signal processing of FIG. 10, and FIG. 12 is an enlarged view in which the vertical axis of FIG. 11 is narrowed. In the multi-stage signal processing of this configuration, each channel signal x 1 to x 12 from 12 channels is bundled by 3 in the BF processing P ds of the previous stage, and is adapted as 4 channel signals y b1 to y b4. It is passed to the type BF process P mv . In the reception sensitivity characteristic of this multi-stage signal processing, as shown in FIGS. 11 and 12, side lobes appear at around ± 40 degrees and have sensitivity. Therefore, unnecessary waves from each direction near ± 40 degrees affect the image quality of the ultrasonic image.

ところで、単位BF処理本数q=4の場合の多段信号処理(図7〜図9)と、単位BF処理本数q=3の場合の多段信号処理(図10〜図12)の各受信感度特性によれば、何れの場合も0度において幅の狭いメインローブが現れる。一方、サイドローブが現れた角度(方向)、すなわちある程度のレベルが現れることで不要波に対して感度を持つ角度(方向)については、両者で異なる。したがって、各多段信号処理の結果を平均すれば、各々のサイドローブのレベルが小さくなるように受信感度特性を修正できる。 By the way, the reception sensitivity characteristics of the multi-stage signal processing (FIGS. 7 to 9) when the unit BF processing number q = 4 and the multi-stage signal processing (FIGS. 10 to 12) when the unit BF processing number q = 3 According to this, in each case, a narrow main lobe appears at 0 degrees. On the other hand, the angle (direction) at which the side lobe appears, that is, the angle (direction) at which the side lobe appears and has sensitivity to unnecessary waves is different between the two. Therefore, by averaging the results of each multi-stage signal processing, the reception sensitivity characteristic can be modified so that the level of each side lobe becomes small.

以上のことから、本実施形態では、設定条件としての単位BF処理本数qの設定が異なる複数の多段信号処理を並行して行い、各多段信号処理結果の平均信号を算出する。図13は、図7の多段信号処理P11と図10の多段信号処理P13とを並行実行する場合の処理ブロック例を示す図である。図13において、多段信号処理P11,P13の後段の平均化処理P2は、一方の多段信号処理における適応型BF処理Pmvの出力信号fと、他方の多段信号処理における適応型BF処理Pmvの出力信号fとの平均信号fを算出して出力する。平均信号fの算出式は、次式(2)で表される。

Figure 0006776766
From the above, in the present embodiment, a plurality of multi-stage signal processes having different settings of the unit BF processing number q as setting conditions are performed in parallel, and the average signal of each multi-stage signal processing result is calculated. FIG. 13 is a diagram showing an example of a processing block when the multi-stage signal processing P11 of FIG. 7 and the multi-stage signal processing P13 of FIG. 10 are executed in parallel. 13, averaging processing P2 in a subsequent stage of the multi-stage signal processing P11, P13 is the output signal f a of the adaptive BF process P mv in one of the multi-stage signal processing, adaptive BF process P mv of the other multi-stage signal processing The average signal f with the output signal f b of is calculated and output. The formula for calculating the average signal f is represented by the following formula (2).
Figure 0006776766

ここで、具体的な単位BF処理本数qの値は例示した「3」と「4」の組合せに限定されないが、不要波に対して同じ角度に感度を持つのでは、サイドローブを小さくする効果は得られない。本実施形態では、互いに共通の素因数を含まない信号本数として設定する。これにより、各多段信号処理に係る受信感度特性において、サイドローブが異なる角度に現れるようにすることができる。 Here, the specific value of the unit BF processing number q is not limited to the combination of “3” and “4” illustrated, but having sensitivity to unnecessary waves at the same angle has the effect of reducing the side lobe. Cannot be obtained. In the present embodiment, it is set as the number of signals that do not include the prime factors common to each other. As a result, the side lobes can be made to appear at different angles in the reception sensitivity characteristics related to each multi-stage signal processing.

図14は、図13に示す2つの多段信号処理P11,P13の並行実行に係る受信感度特性を示す図であり、図15は、図14の縦軸の範囲を狭めた拡大図である。図14および図15に示すように、本構成によれば、±30度、±40度、および±80度の各角度付近のサイドローブのレベルを、各多段信号処理P11,P13を単独で実行した場合(図9や図12等を参照)と比べて小さく抑えることができる。したがって、BF処理を実行することで生じ得る超音波画像の画質の劣化を抑制できる。 FIG. 14 is a diagram showing reception sensitivity characteristics related to parallel execution of the two multi-stage signal processes P11 and P13 shown in FIG. 13, and FIG. 15 is an enlarged view in which the range of the vertical axis of FIG. 14 is narrowed. As shown in FIGS. 14 and 15, according to this configuration, side lobe levels near each angle of ± 30 degrees, ± 40 degrees, and ± 80 degrees are performed independently for each multi-stage signal processing P11 and P13. It can be kept smaller than the case where (see FIGS. 9 and 12 and the like). Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the ultrasonic image that may occur by executing the BF process.

また、多段信号処理を並行実行する場合の適応型BF処理の実行に係る計算量は、O(M/3^3+M/4^3)となる。例えば、M=13である図13の場合の計算量を図4の場合の計算量O(M^3)と比べると、計算量は約1/19に削減できる。 Further, the amount of calculation related to the execution of the adaptive BF processing when the multi-stage signal processing is executed in parallel is O (M / 3 ^ 3 + M / 4 ^ 3). For example, when the calculation amount in the case of FIG. 13 where M = 13 is compared with the calculation amount O (M ^ 3) in the case of FIG. 4, the calculation amount can be reduced to about 1/19.

なお、並行実行する多段信号処理は2つに限らず、3つ以上の多段信号処理を並行実行する構成としてよい。その場合も、各多段信号処理に係る単位BF処理本数は、互いに共通の素因数を含まない信号本数とするのが好適である。 The multi-stage signal processing to be executed in parallel is not limited to two, and may be configured to execute three or more multi-stage signal processes in parallel. Even in that case, it is preferable that the number of unit BF processing related to each multi-stage signal processing is the number of signals that do not include the prime factors common to each other.

また、平均化処理P2は、式(2)により出力信号f,fを単純平均して算出する処理に限定されない。例えば、次式(3)を用い、出力信号fと出力信号fとを加重平均して平均信号fを算出する処理でもよい。

Figure 0006776766
Further, the averaging process P2 is not limited to the process of calculating the output signals f a and f b by simple averaging according to the equation (2). For example, using the following equation (3) may be a process of calculating the average signal f with respect to the output signal f a and the output signal f b weighted average of.
Figure 0006776766

ここで、超音波プローブ16から送信される超音波ビームは、走査線の方向(0度の方向)に沿って放射される音圧の高い放射ビームが主な放射ビーム(メインローブと呼ばれる)となるため、受信信号の信号強度は、一般的に0度に近いほど強く、0度から離れるほど弱くなる。したがって、その受信感度特性において0度に近い角度に感度を持つ多段信号処理ほど、不要波の影響を受け易いといえる。そのため、加重平均を算出する場合には、0度に近い角度にサイドローブが現れる受信感度特性の多段信号処理結果に乗じる重みを小さくするとよい。本例では、多段信号処理P11の場合は±30度付近および±80度付近で感度を持ち、多段信号処理P13の場合は±40度付近で感度を持つことから、出力信号fに対する重みαよりも、出力信号fの重みαを小さくするとよい(α<α)。 Here, the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic probe 16 is mainly a radiation beam (called a main lobe) having a high sound pressure emitted along the direction of the scanning line (direction of 0 degrees). Therefore, the signal strength of the received signal is generally stronger as it is closer to 0 degrees and weaker as it is farther from 0 degrees. Therefore, it can be said that the multi-stage signal processing having a sensitivity at an angle close to 0 degrees in the reception sensitivity characteristic is more susceptible to the influence of unnecessary waves. Therefore, when calculating the weighted average, it is preferable to reduce the weight to be multiplied by the multi-stage signal processing result of the reception sensitivity characteristic in which the side lobe appears at an angle close to 0 degrees. In this example, the multi-stage signal processing P11 has sensitivity near ± 30 degrees and ± 80 degrees, and the multi-stage signal processing P13 has sensitivity near ± 40 degrees. Therefore, the weight α with respect to the output signal f b . than b, it is preferable to reduce the weight alpha a of the output signal f a (α a <α b ).

[機能構成]
図16は、超音波測定装置10の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置10は、画像処理装置30と、超音波プローブ16とを備え、画像処理装置30は、操作入力部310と、表示部330と、通信部350と、演算処理部370と、記憶部500とを備える。
[Functional configuration]
FIG. 16 is a block diagram showing a functional configuration example of the ultrasonic measuring device 10. The ultrasonic measuring device 10 includes an image processing device 30 and an ultrasonic probe 16, and the image processing device 30 includes an operation input unit 310, a display unit 330, a communication unit 350, an arithmetic processing unit 370, and storage. A unit 500 is provided.

超音波プローブ16は、複数の超音波素子(チャンネル)を配列して備え、画像処理装置30(より詳細には演算処理部370の超音波測定制御部371)からのパルス電圧に基づいて超音波を送信する。そして、送信した超音波の反射波を受信し、各チャンネルからのチャンネル信号を超音波測定制御部371へ出力する。 The ultrasonic probe 16 includes a plurality of ultrasonic elements (channels) arranged in an array, and ultrasonic waves are based on the pulse voltage from the image processing device 30 (more specifically, the ultrasonic measurement control unit 371 of the arithmetic processing unit 370). To send. Then, the reflected wave of the transmitted ultrasonic wave is received, and the channel signal from each channel is output to the ultrasonic measurement control unit 371.

操作入力部310は、ユーザーによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を演算処理部370へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス等により実現できる。図1ではタッチパネル12やキーボード14がこれに該当する。 The operation input unit 310 receives various operation inputs by the user and outputs an operation input signal corresponding to the operation input to the arithmetic processing unit 370. This can be achieved with button switches, lever switches, dial switches, trackpads, mice, etc. In FIG. 1, the touch panel 12 and the keyboard 14 correspond to this.

表示部330は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置によって実現され、演算処理部370からの表示信号に基づく各種表示を行う。図1ではタッチパネル12がこれに該当する。 The display unit 330 is realized by a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), and performs various displays based on the display signal from the arithmetic processing unit 370. In FIG. 1, the touch panel 12 corresponds to this.

通信部350は、演算処理部370の制御のもと、外部との間でデータを送受するための通信装置である。この通信部350の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドル等と呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。図1では通信IC34がこれに該当する。 The communication unit 350 is a communication device for transmitting and receiving data to and from the outside under the control of the arithmetic processing unit 370. As the communication method of the communication unit 350, a form of wired connection via a cable conforming to a predetermined communication standard, a form of connecting via an intermediate device also used as a charger called a cradle, and wireless communication are used. Various methods such as a wireless connection format can be applied. In FIG. 1, the communication IC 34 corresponds to this.

演算処理部370は、例えば、CPUやGPU(Graphics Processing Unit)等のマイクロプロセッサーや、ASIC、FPGA、ICメモリー等の電子部品によって実現される。そして、演算処理部370は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部310からの操作入力信号、超音波プローブ16からの各チャンネルのチャンネル信号等に基づき各種の演算処理を実行して、被検体2の生体情報を算出する。図1ではCPU32がこれに該当する。なお、演算処理部370を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。 The arithmetic processing unit 370 is realized by, for example, a microprocessor such as a CPU or GPU (Graphics Processing Unit), or an electronic component such as an ASIC, FPGA, or IC memory. Then, the arithmetic processing unit 370 performs input / output control of data with each functional unit, and determines a predetermined program and data, an operation input signal from the operation input unit 310, and a channel signal of each channel from the ultrasonic probe 16. The biological information of the subject 2 is calculated by executing various arithmetic processes based on the above. In FIG. 1, the CPU 32 corresponds to this. It should be noted that each unit constituting the arithmetic processing unit 370 may be configured by hardware such as a dedicated module circuit.

この演算処理部370は、超音波測定制御部371と、画像生成部400とを含む。 The arithmetic processing unit 370 includes an ultrasonic measurement control unit 371 and an image generation unit 400.

超音波測定制御部371は、超音波プローブ16とともに超音波測定部20を構成し、この超音波測定部20によって超音波測定が行われる。超音波測定制御部371は、公知技術を用いて実現できる。すなわち、超音波測定制御部371は、超音波プローブ16による超音波パルスの送信タイミングを制御し、送信タイミングでパルス電圧を発生させて超音波プローブ16へ出力する。その際、送信遅延処理を行って各チャンネルへのパルス電圧の出力タイミングの調整を行う。また、超音波プローブ16からの各チャンネルのチャンネル信号の増幅やフィルター処理を行って、処理後の各チャンネルのチャンネル信号(測定結果)を画像生成部400へ出力する。 The ultrasonic measurement control unit 371 constitutes an ultrasonic measurement unit 20 together with the ultrasonic probe 16, and the ultrasonic measurement unit 20 performs ultrasonic measurement. The ultrasonic measurement control unit 371 can be realized by using a known technique. That is, the ultrasonic measurement control unit 371 controls the transmission timing of the ultrasonic pulse by the ultrasonic probe 16, generates a pulse voltage at the transmission timing, and outputs the pulse voltage to the ultrasonic probe 16. At that time, transmission delay processing is performed to adjust the output timing of the pulse voltage to each channel. Further, the channel signal of each channel from the ultrasonic probe 16 is amplified and filtered, and the processed channel signal (measurement result) of each channel is output to the image generation unit 400.

画像生成部400は、超音波測定制御部371からの各チャンネルのチャンネル信号に基づいて、超音波画像を生成する。この画像生成部400は、受信フォーカス処理部410と、ビームフォーミング処理部420とを含む。 The image generation unit 400 generates an ultrasonic image based on the channel signal of each channel from the ultrasonic measurement control unit 371. The image generation unit 400 includes a reception focus processing unit 410 and a beamforming processing unit 420.

受信フォーカス処理部410は、各チャンネルのチャンネル信号に、該当するチャンネルについて予め定められるディレイ時間を加えて遅延をかける受信フォーカス処理を行う。受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号は、ビームフォーミング処理部420において複数の多段信号処理部430が備える各BF処理部431に出力される。 The reception focus processing unit 410 performs reception focus processing for delaying the channel signal of each channel by adding a predetermined delay time for the corresponding channel. The channel signal of each channel after the reception focus processing is output to each BF processing unit 431 included in the plurality of multi-stage signal processing units 430 in the beamforming processing unit 420.

ビームフォーミング処理部420は、複数の多段信号処理部430(第1多段信号処理部430−1,第2多段信号処理部430−2,・・・)と、平均化処理部440とを備え、サンプリング点毎に各多段信号処理部430による多段信号処理を並行して行い、各多段信号処理結果の平均信号を算出する。複数の多段信号処理部430の各々は、BF処理部431と、適応型BF処理部433とを備える。 The beam forming processing unit 420 includes a plurality of multi-stage signal processing units 430 (first multi-stage signal processing unit 430-1, second multi-stage signal processing unit 430-2, ...) And an averaging processing unit 440. Multi-stage signal processing by each multi-stage signal processing unit 430 is performed in parallel for each sampling point, and the average signal of each multi-stage signal processing result is calculated. Each of the plurality of multi-stage signal processing units 430 includes a BF processing unit 431 and an adaptive BF processing unit 433.

記憶部500は、ICメモリーやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。この記憶部500には、超音波測定装置10を動作させ、超音波測定装置10が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。図1では、制御基板31に搭載されている記憶媒体33がこれに該当する。なお、演算処理部370と記憶部500との接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、LAN(Local Area Network)やインターネット等の通信回線で実現してもよい。その場合、記憶部500は、超音波測定装置10とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。 The storage unit 500 is realized by a storage medium such as an IC memory, a hard disk, or an optical disk. The storage unit 500 stores in advance a program for operating the ultrasonic measuring device 10 and realizing various functions included in the ultrasonic measuring device 10, data used during execution of the program, and the like. Or, it is temporarily stored each time it is processed. In FIG. 1, the storage medium 33 mounted on the control board 31 corresponds to this. The connection between the arithmetic processing unit 370 and the storage unit 500 is not limited to the connection by the internal bus circuit in the device, but may be realized by a communication line such as a LAN (Local Area Network) or the Internet. In that case, the storage unit 500 may be realized by an external storage device different from the ultrasonic measuring device 10.

また、記憶部500には、超音波測定プログラム510と、受信信号データ520と、反射波データ530と、設定条件テーブル540とが格納される。 Further, the storage unit 500 stores the ultrasonic measurement program 510, the received signal data 520, the reflected wave data 530, and the setting condition table 540.

演算処理部370は、超音波測定プログラム510を読み出して実行することにより、超音波測定制御部371や画像生成部400等の機能を実現する。なお、これらの機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。 The arithmetic processing unit 370 realizes functions such as the ultrasonic measurement control unit 371 and the image generation unit 400 by reading and executing the ultrasonic measurement program 510. When these functional parts are realized by hardware such as an electronic circuit, a part of the program for realizing the functions can be omitted.

受信信号データ520は、超音波測定の結果得られた各走査線の走査に係る各超音波素子(チャンネル)の受信信号(チャンネル信号)を記憶する。 The received signal data 520 stores the received signal (channel signal) of each ultrasonic element (channel) related to the scanning of each scanning line obtained as a result of the ultrasonic measurement.

反射波データ530は、フレーム毎に繰り返される超音波測定で得た反射波データを記憶する。この反射波データ530は、超音波画像であるフレーム毎のBモード像のデータを含む。 The reflected wave data 530 stores the reflected wave data obtained by the ultrasonic measurement repeated for each frame. The reflected wave data 530 includes data of a B-mode image for each frame, which is an ultrasonic image.

設定条件テーブル540は、単位BF処理本数qを設定したデータテーブルである。図17は、設定条件テーブル540のデータ構成例を示す図である。図17に示すように、設定条件テーブル540には、ビームフォーミング処理部420を構成する複数の多段信号処理部430(第1多段信号処理部430−1,第2多段信号処理部430−2,・・・)の各々について、そのBF処理部431が実行するBF処理の単位BF処理本数qが設定される。本実施形態では、各々の単位BF処理本数qには、互いに共通の素因数を含まない信号本数が設定される。 The setting condition table 540 is a data table in which the unit BF processing number q is set. FIG. 17 is a diagram showing a data configuration example of the setting condition table 540. As shown in FIG. 17, in the setting condition table 540, a plurality of multi-stage signal processing units 430 (first multi-stage signal processing unit 430-1, second multi-stage signal processing unit 430-2,) constituting the beamforming processing unit 420 For each of (...), the unit BF processing number q of the BF processing executed by the BF processing unit 431 is set. In the present embodiment, the number of signals that does not include the prime factors common to each other is set in each unit BF processing number q.

[処理の流れ]
図18は、本実施形態における超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャートである。ここで説明する処理は、例えば、ユーザーにより超音波プローブ16が被検体2の体表面に当てられ、所定の測定開始操作が為されると開始される。なお、本処理は、演算処理部370が記憶部500から超音波測定プログラム510を読み出して実行し、超音波測定装置10の各部を動作させることで実現できる。
[Processing flow]
FIG. 18 is a flowchart showing the flow of the ultrasonic image generation processing in the present embodiment. The process described here is started, for example, when the ultrasonic probe 16 is applied to the body surface of the subject 2 by the user and a predetermined measurement start operation is performed. This process can be realized by the arithmetic processing unit 370 reading the ultrasonic measurement program 510 from the storage unit 500 and executing the process to operate each part of the ultrasonic measurement device 10.

超音波測定に先立ち、演算処理部370は、複数の多段信号処理部430において各々のBF処理部431が実行するBF処理の単位BF処理本数qを、設定条件テーブル540から読み出して設定する(ステップS1)。その後は、ステップS3以降の処理をフレーム単位で繰り返す。 Prior to the ultrasonic measurement, the arithmetic processing unit 370 reads out from the setting condition table 540 and sets the unit BF processing number q of the BF processing executed by each BF processing unit 431 in the plurality of multi-stage signal processing units 430 (step). S1). After that, the processing after step S3 is repeated in frame units.

先ず、超音波測定部20が、超音波測定を行う(ステップS3)。ここでの処理により、受信信号データ520へ測定結果が格納されていく。 First, the ultrasonic measurement unit 20 performs ultrasonic measurement (step S3). By the processing here, the measurement result is stored in the received signal data 520.

その後は、ビームフォーミング処理部420が、受信信号データ520を参照しながら走査ライン毎にループAの処理を繰り返す(ステップS5〜ステップS17)。そして、ループAでは、ステップS3の超音波測定の測定結果を用いて処理対象ラインについて一定時間のサンプリングを行い、各サンプリング点についてループBの処理を行う(ステップS7〜ステップS15)。 After that, the beamforming processing unit 420 repeats the processing of the loop A for each scanning line while referring to the received signal data 520 (steps S5 to S17). Then, in loop A, sampling is performed for a certain period of time on the processing target line using the measurement result of the ultrasonic measurement in step S3, and loop B processing is performed for each sampling point (steps S7 to S15).

ループBでは先ず、受信フォーカス処理部410が、各チャンネルからのチャンネル信号にディレイ時間の遅延をかける受信フォーカス処理を行う(ステップS9)。続いて、複数の多段信号処理部430の各々が、多段信号処理を並行して行う(ステップS11)。ここでの処理により、先ず、各多段信号処理部430のBF処理部431が、それぞれステップS1で設定された異なる単位BF処理本数qでBF処理を実行し、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号xをq本ずつ束ねる。そして、各多段信号処理部430の適応型BF処理部433は、対応するBF処理部431からのBF処理後のチャンネル信号yを処理対象として、適応型BF処理を実行する。 In loop B, first, the reception focus processing unit 410 performs reception focus processing for delaying the delay time on the channel signals from each channel (step S9). Subsequently, each of the plurality of multi-stage signal processing units 430 performs multi-stage signal processing in parallel (step S11). By the processing here, first, the BF processing unit 431 of each multi-stage signal processing unit 430 executes the BF processing with the different unit BF processing number q set in step S1, and the channel of each channel after the reception focus processing. Bundle q signals x m at a time. Then, the adaptive BF processing unit 433 of each multi-stage signal processing unit 430 executes the adaptive BF processing with the channel signal y n after the BF processing from the corresponding BF processing unit 431 as the processing target.

続いて、平均化処理部440が、ステップS11で並行実行した各多段信号処理結果を平均し、平均信号fを算出する(ステップS13)。 Subsequently, the averaging processing unit 440 averages the results of each multi-stage signal processing executed in parallel in step S11 and calculates the averaging signal f (step S13).

このループBの処理を繰り返し、処理対象ラインのサンプリングを終えたならば、処理対象ラインについてのループAの処理を終える。そして、全ての走査ラインを処理対象としてループAの処理を行ったならば、サンプリング点毎に得られた平均信号fに対し必要な処理を行って、超音波画像を生成する(ステップS19)。生成された超音波画像は、適宜表示部330に表示制御される。 When the processing of the loop B is repeated and the sampling of the processing target line is completed, the processing of the loop A for the processing target line is completed. Then, when the loop A processing is performed with all the scanning lines as the processing targets, the average signal f obtained at each sampling point is subjected to the necessary processing to generate an ultrasonic image (step S19). The generated ultrasonic image is appropriately displayed and controlled on the display unit 330.

以上説明したように、本実施形態によれば、BF処理と適応型BF処理との多段信号処理であって、BF処理の設定条件として単位BF処理本数qが異なる複数の多段信号処理を並行実行することができる。そして、各多段信号処理結果を平均して用い、超音波画像を生成することができる。したがって、適応型BF処理の実行に係る計算量を削減しつつ、超音波画像の画質の劣化を抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, in the multi-stage signal processing of the BF processing and the adaptive BF processing, a plurality of multi-stage signal processing having a different unit BF processing number q is executed in parallel as a setting condition of the BF processing. can do. Then, the ultrasonic image can be generated by averaging the results of each multi-stage signal processing. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the ultrasonic image while reducing the amount of calculation related to the execution of the adaptive BF process.

なお、複数の多段信号処理部430において各々のBF処理部431が行うBF処理の単位BF処理本数qは、互いに倍数とならない異なる信号本数として設定するのでもよい。例えば、多段信号処理部430を多数(例えば、4つや5つ、またはそれ以上)設ける構成では、各々の多段信号処理部430に係る単位BF処理本数が、互いに共通の素因数を含まない信号本数として構成することが困難な場合が想定される。各々の多段信号処理部430の出力信号は最終的に平均処理されるため、単位BF処理本数を、互いに倍数とならない異なる信号本数として構成することができれば、本実施形態と同様の効果が得られるからである。 The unit BF processing number q of the BF processing performed by each BF processing unit 431 in the plurality of multi-stage signal processing units 430 may be set as different signal numbers that are not multiples of each other. For example, in a configuration in which a large number of multi-stage signal processing units 430 are provided (for example, four, five, or more), the number of unit BF processing related to each multi-stage signal processing unit 430 is set as the number of signals that do not include a common prime factor. It may be difficult to configure. Since the output signals of each multi-stage signal processing unit 430 are finally average-processed, the same effect as that of the present embodiment can be obtained if the unit BF processing number can be configured as different signal numbers that are not multiples of each other. Because.

また、画像生成部400において受信フォーカス処理部410が各チャンネルからのチャンネル信号を受信フォーカス処理し、BF処理部431がこれをBF処理する構成は、FPGA等のハードウェア(演算回路)を用いて容易に実現できる。一方、適応型BF処理部433が行う適応型BF処理は、加算ウェイトを算出する複雑な処理であるため、ソフトウェアにより実現するのがよい。その場合でも、上記したように適応型BF処理が処理対象とする信号本数をチャンネル数Mの1/qにすることができることから、BF処理から適応型BF処理へと渡すデータ量についても削減でき、データの転送量を削減できる。 Further, in the image generation unit 400, the reception focus processing unit 410 receives and focuses the channel signal from each channel, and the BF processing unit 431 performs the BF processing of this by using hardware (arithmetic circuit) such as FPGA. It can be easily realized. On the other hand, the adaptive BF process performed by the adaptive BF processing unit 433 is a complicated process for calculating the addition weight, and therefore should be realized by software. Even in that case, since the number of signals to be processed by the adaptive BF processing can be set to 1 / q of the number of channels M as described above, the amount of data passed from the BF processing to the adaptive BF processing can also be reduced. , The amount of data transfer can be reduced.

10…超音波測定装置、16…超音波プローブ、20…超音波測定部、30…画像処理装置、310…操作入力部、330…表示部、350…通信部、370…演算処理部、371…超音波測定制御部、400…画像生成部、410…受信フォーカス処理部、420…ビームフォーミング処理部、430…多段信号処理部、431…BF処理部、433…適応型BF処理部、440…平均化処理部、500…記憶部、510…超音波測定プログラム、520…受信信号データ、530…反射波データ、540…設定条件テーブル、2…被検体 10 ... Ultrasonic measuring device, 16 ... Ultrasonic probe, 20 ... Ultrasonic measuring unit, 30 ... Image processing device, 310 ... Operation input unit, 330 ... Display unit, 350 ... Communication unit, 370 ... Arithmetic processing unit, 371 ... Ultrasound measurement control unit, 400 ... image generation unit, 410 ... reception focus processing unit, 420 ... beamforming processing unit, 430 ... multi-stage signal processing unit, 431 ... BF processing unit, 433 ... adaptive BF processing unit, 440 ... average Chemical processing unit, 500 ... Storage unit, 510 ... Ultrasonic measurement program, 520 ... Received signal data, 530 ... Reflected wave data, 540 ... Setting condition table, 2 ... Subject

Claims (8)

超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブと、
前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成する演算処理部と、
を備えた超音波測定装置。
An ultrasonic probe in which multiple ultrasonic elements that transmit and receive ultrasonic waves are arranged, and
It is a multi-stage signal processing of beamforming processing and adaptive beamforming processing for a received signal received for each ultrasonic element, and a plurality of the multi-stage signal processing having different setting conditions of the beamforming processing is performed, and each multi-stage signal is performed. An arithmetic processing unit that generates an ultrasonic image based on the average signal of the processing result,
Ultrasonic measuring device equipped with.
前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理を並行して行う、
請求項1に記載の超音波測定装置。
The arithmetic processing unit performs the plurality of multi-stage signal processing in parallel.
The ultrasonic measuring device according to claim 1.
前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理の処理対象とする前記受信信号の信号本数が互いに異なり、且つ、互いに倍数とならない本数である前記設定条件で前記複数の多段信号処理を行う、
請求項1又は2に記載の超音波測定装置。
The arithmetic processing unit performs the plurality of multi-stage signal processing under the setting conditions in which the number of signals of the received signals to be processed by the beamforming processing is different from each other and is not a multiple of each other.
The ultrasonic measuring device according to claim 1 or 2.
前記複数の多段信号処理に係る前記設定条件の前記信号本数は、互いに共通の素因数を含まない本数である、
請求項3に記載の超音波測定装置。
The number of signals under the setting conditions related to the plurality of multi-stage signal processing is a number that does not include a prime factor common to each other.
The ultrasonic measuring device according to claim 3.
前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理の結果を加重平均して前記平均信号を算出する、
請求項1〜4の何れか一項に記載の超音波測定装置。
The arithmetic processing unit calculates the average signal by weighted averaging the results of the plurality of multi-stage signal processing.
The ultrasonic measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記適応型ビームフォーミング処理は、前記超音波素子毎の受信信号に基づいて重みを算出し、当該重みを用いて前記受信信号を重み付き加算する処理である、
請求項1〜5の何れか一項に記載の超音波測定装置。
The adaptive beamforming process is a process of calculating a weight based on a received signal for each ultrasonic element and weighting and adding the received signal using the weight.
The ultrasonic measuring device according to any one of claims 1 to 5.
前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理を実行する演算回路を前記多段信号処理毎に備える、
請求項1〜6の何れか一項に記載の超音波測定装置。
The arithmetic processing unit includes an arithmetic circuit for executing the beamforming processing for each multi-stage signal processing.
The ultrasonic measuring device according to any one of claims 1 to 6.
超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、
前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行うことと、
前記複数の多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成することと、
を含む制御方法。
It is a control method of an ultrasonic measuring device that performs ultrasonic measurement using an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged.
It is a multi-stage signal processing of beamforming processing and adaptive beamforming processing for a received signal received for each ultrasonic element, and a plurality of the multi-stage signal processing having different setting conditions of the beamforming processing is performed.
To generate an ultrasonic image based on the average signal as a result of the plurality of multi-stage signal processing,
Control method including.
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