波束成形方法以及超聲波診斷裝置制造方法
【專利摘要】波束成形方法包括：主波束生成步驟（S21），通過將被檢體的第一區(qū)域作為焦點(diǎn)對(duì)從多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，生成主波束信號(hào)；副波束生成步驟（S22），根據(jù)接收回波信號(hào)生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比主波束信號(hào)的要低；以及窄波束生成步驟（S23），計(jì)算基于主波束信號(hào)以及副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于使主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將系數(shù)和主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)，在副波束生成步驟（S22）中，使用差信號(hào)來生成副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與第一區(qū)域不同的被檢體的兩個(gè)區(qū)域即互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)來對(duì)接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
【專利說明】波束成形方法以及超聲波診斷裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及波束成形方法以及超聲波診斷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為以往的超聲波診斷裝置，一般使用被稱作整相加法運(yùn)算法的方法作為接收所用的超聲波波束成形方法，(例如，非專利文獻(xiàn)I)。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]非專利文獻(xiàn)
[0005]非專利文獻(xiàn)1:伊東正安，望月剛共著“超聲波診斷裝置”〕口于社出版，2002年8月 26 日(P.42 ~P.45)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]然而，在如以往的超聲波診斷裝置那樣通過整相加法運(yùn)算法進(jìn)行波束成形時(shí)，在要觀測(cè)的區(qū)域中，無法使與接收波束的主波瓣相當(dāng)?shù)牟ㄊ銐蛘?使指向性高)，其結(jié)果是，存在對(duì)超聲波接收信號(hào)進(jìn)行顯示的圖像的分辨率未提高的問題。
[0008]本發(fā)明提供能夠使取得的超聲波診斷圖像高分辨率化的波束成形方法。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]為了解決上述課題，本發(fā)明的一方式涉及的波束成形方法，根據(jù)由多個(gè)接收元件接收從被檢體反射來的超聲波信號(hào)并生成的回波信號(hào)，生成波束信號(hào)，該波束成形方法具備:主波束生成步驟，通過以上述被檢體的第一區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)對(duì)從上述多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)；副波束生成步驟，根據(jù)上述接收回波信號(hào)，生成對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比上述主波束信號(hào)低的副波束信號(hào)；以及窄波束生成步驟，計(jì)算基于上述主波束信號(hào)以及上述副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于將上述主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將上述系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)，在上述副波束生成步驟中，使用差信號(hào)生成上述副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與上述第一區(qū)域不同的上述被檢體的兩個(gè)區(qū)域并且是互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)上述接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
[0011]此外，這些總的或具體的方式可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)可讀取的CD - ROM等記錄介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，也可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序及記錄介質(zhì)的任意的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0012]發(fā)明的效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明的波束成形方法，能夠使取得的超聲波診斷圖像高分辨率化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。[0015]圖2A是表示實(shí)施方式I中的波束成形方法的第一例的圖。
[0016]圖2B是實(shí)施方式I中的波束成形方法的流程圖。
[0017]圖3是表示實(shí)施方式I中的接收部與接收元件陣列的位置關(guān)系的圖。
[0018]圖4是表示實(shí)施方式I中的接收元件與對(duì)象區(qū)域的位置關(guān)系的圖。
[0019]圖5是表示靈敏度評(píng)價(jià)區(qū)域與對(duì)于靈敏度評(píng)價(jià)區(qū)域的接收靈敏度的關(guān)系的概念圖。
[0020]圖6是表示實(shí)施方式I中的主波束信號(hào)A (m，η)與信號(hào)B (m，η)的波束形狀的第一例的圖。
[0021]圖7是實(shí)施方式I中的來自第I整相加法運(yùn)算部的主波束輸出A (m，n)與來自第I乘法運(yùn)算部的副波束輸出c (m, η)的波束特性圖。
[0022]圖8是實(shí)施方式I中的來自第I整相加法運(yùn)算部的主波束輸出A(m，n)與來自第2乘法運(yùn)算部的波束成形器輸出D (m, η)的波束特性圖。
[0023]圖9是表示實(shí)施方式I中的波束成形方法的第二例的圖。
[0024]圖10是表示實(shí)施方式 I中的信號(hào)A (m，n)~D (m，η)的波束形狀的第二例的圖。
[0025]圖11是表示實(shí)施方式2中的波束成形方法的一例的圖。
[0026]圖12是深度η不同時(shí)的波束特性比較圖。
[0027]圖13是表示實(shí)施方式3中的波束成形方法的一例的圖。
[0028]圖14是發(fā)送頻率f不同時(shí)的波束特性比較圖。
[0029]圖15是表示關(guān)聯(lián)技術(shù)中的波束成形方法的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030](成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的知識(shí))
[0031]本
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)了“【背景技術(shù)】”欄中記載的波束成形方法中產(chǎn)生以下的問題。
[0032]圖15是示意性地表示本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)涉及的超聲波診斷裝置中的整相加法運(yùn)算法的圖。
[0033]執(zhí)行圖15所示的整相加法運(yùn)算法的超聲波診斷裝置具有:由接收超聲波的多個(gè)元件構(gòu)成的接收元件2101、隸屬于各個(gè)接收元件并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行延遲處理的延遲部2102、以及對(duì)延遲部2102的各個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算的加法運(yùn)算部2103。
[0034]在整相加法運(yùn)算法中，延遲部2102按每個(gè)元件對(duì)接收元件2101接收到的信號(hào)進(jìn)行延遲處理之后，加法運(yùn)算部2103對(duì)該延遲處理后的信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出其結(jié)果。由此，超聲波診斷裝置接收觀測(cè)點(diǎn)S發(fā)出的超聲波。
[0035]然而，在如上述的超聲波診斷裝置那樣通過整相加法運(yùn)算法進(jìn)行波束成形時(shí)，在想要觀測(cè)的區(qū)域中，無法使與接收波束的主波瓣相當(dāng)?shù)牟ㄊ銐蛘?提高指向性)，其結(jié)果是，存在對(duì)超聲波接收信號(hào)進(jìn)行了顯示的圖像的分辨率未提高這一問題。另外，還存在如下問題:來自想要觀測(cè)的區(qū)域以外的區(qū)域的雜音信號(hào)(來自觀測(cè)區(qū)域以外的回波信號(hào))混入到對(duì)觀測(cè)區(qū)域的特性進(jìn)行表示的波束從而S/N比降低并且顯示的圖像的品質(zhì)劣化等問題(與側(cè)波瓣關(guān)聯(lián)的問題)。
[0036]本發(fā)明解決上述的問題，目的在于提供波束成形方法等，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步抑制了雜音的高品質(zhì)的接收?qǐng)D像，而且能夠使超聲波診斷圖像高分辨率化。[0037]通過本發(fā)明的波束成形方法，能夠使取得的超聲波診斷圖像高分辨率化。具體而言，通過本結(jié)構(gòu)，能夠?qū)τ谏鲜龅某暡ㄔ\斷裝置實(shí)現(xiàn)窄波束化(窄角度化)。使用通過本波束成形方法波束成形后的信號(hào)所生成的圖像的分辨率以及畫質(zhì)提高。
[0038]為了解決上述的問題，本發(fā)明的一方式涉及的波束成形方法，根據(jù)由多個(gè)接收元件接收從被檢體反射來的超聲波信號(hào)并生成的回波信號(hào)，生成波束信號(hào)，該波束成形方法包括:主波束生成步驟，通過以上述被檢體的第一區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)對(duì)從上述多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)；副波束生成步驟，根據(jù)上述接收回波信號(hào)，生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比上述主波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度低；以及窄波束生成步驟，計(jì)算基于上述主波束信號(hào)以及上述副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于將上述主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將上述系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)，在上述副波束生成步驟中，使用差信號(hào)生成上述副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與上述第一區(qū)域不同的上述被檢體的兩個(gè)區(qū)域并且是互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)上述接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
[0039] 通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠使接收到的波束信號(hào)的靈敏度特性窄角度化。具體而言，通過本波束成形方法，使用從與檢查對(duì)象區(qū)域不同的檢體的區(qū)域獲得的兩個(gè)副波束信號(hào)，從檢體(被檢體)的檢查對(duì)象區(qū)域獲得的主波束信號(hào)得以窄角度化。在此，兩個(gè)副波束信號(hào)中分別包含從檢查對(duì)象區(qū)域獲得的信號(hào)，所以超聲波診斷裝置能夠使用上述的信號(hào)的差信號(hào)來生成在主波束信號(hào)的檢查對(duì)象區(qū)域具有靈敏度死角的信號(hào)。而且，通過對(duì)該信號(hào)和主波束信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，主波束信號(hào)得以窄角度化。因此，通過本波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠使取得的超聲波診斷圖像高分辨率化。
[0040]例如，可以是，在上述副波束生成步驟中，通過將上述差信號(hào)與上述主波束信號(hào)相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
[0041]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠使從副波束信號(hào)生成的信號(hào)的靈敏度死角窄角度化。通過對(duì)靈敏度死角被窄角度化后的信號(hào)和主波束信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，主波束信號(hào)進(jìn)一步被窄角度化。因此，通過本波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠進(jìn)一步使取得的超聲波診斷圖像高分辨率化。
[0042]例如，可以是，在上述副波束生成步驟中，通過將上述差信號(hào)、上述主波束信號(hào)及規(guī)定常數(shù)α相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
[0043]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠調(diào)整從副波束信號(hào)生成的信號(hào)的靈敏度死角的窄角度化的程度。因此，通過本波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠調(diào)整將取得的超聲波診斷圖像高分辨率化的程度。
[0044]例如，可以是，上述規(guī)定常數(shù)α按第一區(qū)域與由上述多個(gè)接收元件構(gòu)成的元件列的距離來確定，在上述副波束生成步驟中，使用根據(jù)接收到上述接收回波信號(hào)時(shí)的上述元件列與在上述副波束生成步驟中進(jìn)行整相加法運(yùn)算時(shí)的上述第一區(qū)域的距離確定的上述規(guī)定常數(shù)α，通過將上述差信號(hào)、上述主波束信號(hào)及上述規(guī)定常數(shù)α相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
[0045]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠根據(jù)檢體的檢查對(duì)象區(qū)域距檢體的體表的深度來調(diào)整靈敏度死角的窄角度化的程度。[0046]例如，可以是，上述波束成形方法還包括:操作步驟，受理用于變更上述規(guī)定常數(shù)α的由用戶進(jìn)行的操作。
[0047]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠基于用戶的操作來調(diào)整靈敏度死角的窄角度化的程度。超聲波的傳播特性因各種原因而變化，所以通過用戶對(duì)預(yù)先確定的常數(shù)進(jìn)行微調(diào)整，超聲波診斷裝置能夠更恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整靈敏度死角的窄角度化的程度。
[0048]例如，可以是，上述波束成形方法還包括:主波束分離步驟，基于分離頻率將在主波束生成步驟中生成的主波束信號(hào)分離為每個(gè)頻帶的信號(hào)，從而生成部分主波束信號(hào)；以及副波束分離步驟，基于上述分離頻率將在上述副波束生成步驟中生成的上述兩個(gè)波束信號(hào)分別分離為每個(gè)頻帶的信號(hào)，從而生成部分副波束信號(hào)，在上述窄波束生成步驟中，使用上述部分主波束信號(hào)作為上述主波束信號(hào)并且使用上述部分副波束信號(hào)作為上述副波束信號(hào)，生成每個(gè)頻帶的上述窄波束信號(hào)即部分窄波束信號(hào)，并對(duì)所生成的上述部分窄波束信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，從而生成上述窄波束信號(hào)。
[0049]通過 該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠按從檢體接收的超聲波的每個(gè)頻率而分離，并對(duì)于分離出的信號(hào)進(jìn)行與上述同樣的窄角度化。因?yàn)榻邮侦`敏度按超聲波的每個(gè)頻率而不同，所以通過如上所述的處理，能夠進(jìn)行與每個(gè)頻率的接收靈敏度相應(yīng)的窄角度化。
[0050]例如，可以是，上述規(guī)定常數(shù)α按每個(gè)頻帶而確定，在上述副波束生成步驟中，使用根據(jù)上述部分副波束信號(hào)的各自的頻帶而確定的上述規(guī)定常數(shù)α，將上述差信號(hào)、上述部分主波束信號(hào)及上述規(guī)定常數(shù)α相乘，由此生成上述部分副波束信號(hào)。
[0051]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠按從檢體接收的超聲波的每個(gè)頻率而分離，并使用預(yù)先確定的常數(shù)對(duì)于分離出的信號(hào)分別進(jìn)行與上述同樣的窄角度化。
[0052]例如，可以是，在上述副波束生成步驟中，使用在距由上述多個(gè)接收元件構(gòu)成的元件列的中心等距離處存在的兩個(gè)區(qū)域、即在距上述第一區(qū)域等距離處存在的兩個(gè)區(qū)域作為上述兩個(gè)區(qū)域，生成上述副波束信號(hào)。
[0053]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠生成在檢體的檢查對(duì)象區(qū)域具有靈敏度死角的信號(hào)。將該兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)并進(jìn)行整相加法運(yùn)算而得到的信號(hào)在與檢查對(duì)象區(qū)域相當(dāng)?shù)奈恢镁哂邢嗤撵`敏度。因此，上述信號(hào)的差信號(hào)在與檢查對(duì)象區(qū)域相當(dāng)?shù)奈恢镁哂徐`敏度為O的靈敏度死角。使用該方法，超聲波診斷裝置能夠更精確地使主波束信號(hào)窄角度化。
[0054]例如，可以是，上述接收回波信號(hào)包含在不同的三個(gè)時(shí)刻即第一時(shí)刻、第二時(shí)刻以及第三時(shí)刻分別由上述多個(gè)接收元件接收并生成的第一接收回波信號(hào)、第二接收回波信號(hào)以及第三接收回波信號(hào)，在上述主波束生成步驟中，使用上述第一接收回波信號(hào)作為上述接收回波信號(hào)來生成主波束信號(hào)，在上述副波束生成步驟中，使用上述第二接收回波信號(hào)以及上述第三接收回波信號(hào)作為上述兩個(gè)波束信號(hào)來生成副波束信號(hào)。
[0055]通過該波束成形方法，超聲波診斷裝置能夠依次生成主波束信號(hào)和副波束信號(hào)，并使用該主波束信號(hào)和副波束信號(hào)使主波束信號(hào)窄角度化。
[0056]另外，本發(fā)明的一方式涉及的超聲波診斷裝置，根據(jù)由多個(gè)接收元件接收從被檢體反射來的超聲波信號(hào)而生成的回波信號(hào)，生成波束信號(hào)，該超聲波診斷裝置具備:主波束生成部，通過以上述被檢體的第一區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)對(duì)從上述多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)；副波束生成部，根據(jù)上述接收回波信號(hào)生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比上述主波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度低；以及窄波束生成部，計(jì)算基于上述主波束信號(hào)以及上述副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于將上述主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將上述系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)，上述副波束生成部使用差信號(hào)生成上述副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與上述第一區(qū)域不同的上述被檢體的兩個(gè)區(qū)域并且是互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)上述接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。[0057]由此，起到與上述的波束成形方法同樣的效果。
[0058]此外，這些總的或具體的方式可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)可讀取的CD - ROM等的記錄介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，也可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或記錄介質(zhì)的任意的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0059]以下，參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0060]此外，以下說明的實(shí)施方式都表示總的或具體的例子。以下的實(shí)施方式所示的數(shù)值、形狀、材料、結(jié)構(gòu)要素、結(jié)構(gòu)要素的配置位置以及連接方式、步驟、步驟的順序等是一例，主旨不是限定本發(fā)明。另外，關(guān)于以下的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)要素中的、未記載于表示最上位概念的獨(dú)立如權(quán)利要求中的結(jié)構(gòu)要素，作為任意的結(jié)構(gòu)要素來說明。
[0061](實(shí)施方式I)
[0062]圖1表示實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式涉及的波束成形方法的超聲波診斷裝置I的結(jié)構(gòu)的一例。
[0063]超聲波診斷裝置I具備:探頭部501、Τ/R開關(guān)部502、脈沖發(fā)生器部503、AFE部504、波束成形器部505、圖像化部506、顯示部507以及操作部508。
[0064]探頭部501向檢體(也叫做被檢體。例如，生物體)發(fā)送超聲波,接收其反射波,并生成接收信號(hào)。
[0065]Τ/R開關(guān)部502出于電路保護(hù)等觀點(diǎn)，電氣地切換對(duì)探頭部501發(fā)送的發(fā)送信號(hào)和從探頭部501接收的接收信號(hào)。
[0066]脈沖發(fā)生器部503產(chǎn)生促進(jìn)超聲波發(fā)送的電信號(hào)。
[0067]AFE部504接收由探頭部501接收反射波而生成的接收信號(hào)，該反射波是指，通過由檢體反射由探頭部501發(fā)送出的超聲波而產(chǎn)生的超聲波。而且，AFE部504進(jìn)行接收信號(hào)的放大等，并通過AD變換變換為數(shù)字信號(hào)串。AFE部504相當(dāng)于所謂的模擬前端。
[0068]波束成形器部505根據(jù)由AFE部504生成的數(shù)字信號(hào)串，通過陣列信號(hào)處理進(jìn)行波束成形。所謂的波束成形，相當(dāng)于對(duì)于想要可視化的區(qū)域的聚焦處理。
[0069]圖像化部506根據(jù)由波束成形器部505獲得的信號(hào)生成顯示圖像(超聲波診斷圖像)。
[0070]顯示部507顯示由圖像化部506生成的顯示圖像。
[0071]操作部508進(jìn)行由上述的各功能塊進(jìn)行的處理的控制以及操作。另外，操作部508也可以受理用戶的操作并進(jìn)行上述的控制以及操作。
[0072]本發(fā)明的特征尤其在于波束成形器部505，該波束成形器部505生成對(duì)超聲波的接收信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算來生成超聲波診斷圖像所用的波束信號(hào)。此外，關(guān)于本發(fā)明的特征部以外的結(jié)構(gòu)要素，也能夠使用以往的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)要素。因此，也能夠?qū)氡景l(fā)明的波束成形器部505，來代替以往的超聲波診斷裝置的波束成形器部。
[0073]此外，本發(fā)明涉及的超聲波診斷裝置I不限于圖1所示的結(jié)構(gòu)的超聲波診斷裝置。例如，在發(fā)送元件與接收元件為不同的元件的情況下，Τ/R開關(guān)部502是不需要的。另外，可以是探頭部501內(nèi)置脈沖發(fā)生器部503的結(jié)構(gòu)，也可以是探頭部501內(nèi)置脈沖發(fā)生器部503以及AFE部504的結(jié)構(gòu)。并且，也可以是探頭部501內(nèi)置其他全部功能塊的結(jié)構(gòu)。
[0074]以下，對(duì)本實(shí)施方式的波束成形器部505進(jìn)行說明。
[0075]在此，示出能夠應(yīng)用于超聲波診斷裝置的方法、即、使用主波束信號(hào)和在主波束信號(hào)的接收靈敏度較高的對(duì)象區(qū)域形成靈敏度死角的副波束信號(hào)來使波束信號(hào)銳角化的方法。此外，以后，將波束信號(hào)、主波束信號(hào)以及副波束信號(hào)也分別記載為波束、主波束以及副波束。
[0076]首先，敘述減法運(yùn)算型波束成形器的特征。此外，本實(shí)施方式中的副波束的合成方法可以說是將對(duì)可聽區(qū)域的聲響信號(hào)進(jìn)行處理的送話器等波束成形器中使用的減法運(yùn)算型波束成形器的缺點(diǎn)進(jìn)行改善并應(yīng)用于面向超聲波診斷裝置的方法。
[0077]在對(duì)可聽域的聲響信號(hào)進(jìn)行處理的送話器等中，有使用主波束和在主波束的最大靈敏度方向形成靈敏度死角的副波束使波束銳角化的方法。在此情況下，對(duì)副波束使用能夠控制靈敏度死角方向的減法運(yùn)算型波束成形器。減法運(yùn)算型波束成形器是指，通過在進(jìn)行了相位調(diào)整后的兩元件間信號(hào)的減法運(yùn)算來在任意的方向上形成靈敏度死角的方法。關(guān)于該方法，元件間信號(hào)的 相位精度及靈敏度的一致精度(靈敏度偏差)敏感、以及波束成形后的有靈敏度區(qū)域的靈敏度降低成為問題是已知的。另一方面，超聲波的音速在傳播的介質(zhì)即體內(nèi)的各種組織之間不同，另外，在傳播中具有非線性。為此，超聲波診斷裝置的元件間的信號(hào)相關(guān)變小，如果是單純的減法運(yùn)算型波束成形器，難以在對(duì)象區(qū)域形成靈敏度死角。另外，生物體傳播中的信號(hào)衰減較大，所以減法運(yùn)算型波束成形器中的靈敏度降低的問題的影響較大。因此，難以將對(duì)于送話器元件輸出直接進(jìn)行減法運(yùn)算這種減法運(yùn)算型波束成形器應(yīng)用于超聲波診斷裝置。
[0078]在本實(shí)施方式中，示出了如下結(jié)構(gòu)，即，在超聲波診斷裝置中也保持高靈敏度，同時(shí)形成在對(duì)象區(qū)域可靠地形成靈敏度死角的副波束，并獲得主波束的銳角化的效果的結(jié)構(gòu)。
[0079]圖2A中示出了本實(shí)施方式的波束成形器部505的結(jié)構(gòu)。
[0080]波束成形器部505具備--第I整相加法運(yùn)算部21、第2整相加法運(yùn)算部22、第3整相加法運(yùn)算部23、第I減法運(yùn)算部30、第I乘法運(yùn)算部40、第I絕對(duì)值運(yùn)算部50、第I功率運(yùn)算部60、第I放大率計(jì)算部100以及第2乘法運(yùn)算部200。另外，波束成形器部505從接收部1000接收信號(hào)。
[0081]接收部1000具有從檢體接收超聲波的多個(gè)接收元件。多個(gè)接收元件分別接收超聲波，對(duì)與接收到的超聲波對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行放大，以及變換為數(shù)字信號(hào)(AD(Analog-Digital)變換),從而生成接收回波信號(hào)。即，接收部1000相當(dāng)于圖1中的探頭部501、Τ/R開關(guān)部502以及AFE部504。
[0082]將接收部1000具有的多個(gè)接收元件中的一部分作為第I接收元件陣列11，將與第I接收元件陣列11不同的一部分作為第2接收元件陣列12，并且將與第I接收元件陣列11和第2接收元件陣列12都不同的一部分作為第3接收元件陣列13。
[0083]第I整相加法運(yùn)算部21對(duì)于第I接收元件陣列11的各元件的輸出信號(hào)實(shí)施延遲處理，將深度η且線m的位置作為對(duì)象區(qū)域(焦點(diǎn))進(jìn)行整相加法運(yùn)算。在此，深度η表示將第I接收元件陣列11的中央作為原點(diǎn)、從接收部1000向檢體方向(檢體的深度方向)的距離。另外，線m是將第I接收元件陣列11的中央作為原點(diǎn)并以接收元件的間隔為單位對(duì)沿著第I接收元件陣列11的方向(接收元件的排列方向)的距離進(jìn)行表示的值。
[0084]第2整相加法運(yùn)算部22對(duì)于第2接收元件陣列12的各元件的輸出信號(hào)實(shí)施延遲處理，將深度η且線(m — I)的位置作為對(duì)象區(qū)域進(jìn)行整相加法運(yùn)算。 [0085]第3整相加法運(yùn)算部23對(duì)于第3接收元件陣列13的各元件的輸出信號(hào)實(shí)施延遲處理，將深度η且線(m + I)的位置作為對(duì)象區(qū)域進(jìn)行整相加法運(yùn)算。
[0086]第I減法運(yùn)算部30進(jìn)行第2整相加法運(yùn)算部22的輸出信號(hào)與第3整相加法運(yùn)算部23的輸出信號(hào)的減法運(yùn)算處理。
[0087]第I乘法運(yùn)算部40進(jìn)行第I整相加法運(yùn)算部21的輸出信號(hào)、第I減法運(yùn)算部30的輸出信號(hào)及常數(shù)α的乘法運(yùn)算處理。
[0088]第I絕對(duì)值運(yùn)算部50計(jì)算第I乘法運(yùn)算部40的輸出信號(hào)的絕對(duì)值。
[0089]第I功率運(yùn)算部60計(jì)算第I整相加法運(yùn)算部21的輸出信號(hào)的絕對(duì)值的平方。
[0090]第I放大率計(jì)算部100將第I絕對(duì)值運(yùn)算部50的輸出信號(hào)和第I功率運(yùn)算部60的輸出信號(hào)作為輸入，計(jì)算放大率G (m，n)。
[0091]第2乘法運(yùn)算部200進(jìn)行第I整相加法運(yùn)算部21的輸出信號(hào)A (m, η)與第I放大率計(jì)算部100計(jì)算的放大率G (m，η)的乘法運(yùn)算處理。第2乘法運(yùn)算部200的輸出信號(hào)D (m, η)成為波束成形器部505的輸出。
[0092]此外，第I整相加法運(yùn)算部21對(duì)應(yīng)于主波束生成部。第2整相加法運(yùn)算部22、第3整相加法運(yùn)算部23、第I減法運(yùn)算部30及第I乘法運(yùn)算部40對(duì)應(yīng)于副波束生成部1001。第I絕對(duì)值運(yùn)算部50、第I功率運(yùn)算部60、第I放大率計(jì)算部100、第2乘法運(yùn)算部200對(duì)應(yīng)于窄波束生成部1002。
[0093]對(duì)如以上那樣構(gòu)成的波束成形器部505的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0094]圖2Β是本實(shí)施方式中的波束成形方法的流程圖。
[0095]首先，主波束生成部將檢體的第一區(qū)域作為焦點(diǎn)對(duì)從多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)(主波束生成步驟，步驟S21 )。
[0096]接著，副波束生成部根據(jù)接收回波信號(hào)生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比主波束信號(hào)對(duì)于從第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度低(副波束生成步驟，步驟S22)。在此，副波束生成部使用差信號(hào)生成副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，通過將與第一區(qū)域不同的檢體的兩個(gè)區(qū)域即互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
[0097]接著，窄波束生成部計(jì)算基于主波束信號(hào)以及副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于使主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)(窄波束生成步驟，步驟S23)。
[0098]以下，進(jìn)一步詳細(xì)地說明波束成形器部505的動(dòng)作。
[0099]此外，η表示超聲波診斷裝置觀測(cè)的圖像的縱向(觀測(cè)對(duì)象的深度方向)，m表示超聲波診斷裝置觀測(cè)的圖像的橫向(接收元件陣列的排列方向)的線(最終地描畫圖像的線)。
[0100]圖3是表示實(shí)施方式I中的接收部與接收元件陣列的位置關(guān)系的圖。具體而言，圖3表示具有接收信號(hào)的多個(gè)接收元件的接收部1000與對(duì)于從接收部1000獲得的多個(gè)數(shù)字信號(hào)串預(yù)先設(shè)定的多個(gè)元件的組合(數(shù)值孔徑=64的例子)即第I接收元件陣列11、第2接收元件陣列12以及第3接收元件陣列13的關(guān)系。
[0101]圖3的(a)表示排列了第I接收元件Ul至第256接收元件u256的接收部1000的例子。圖3的(b)表示第2接收元件陣列12由第I接收元件ul至第64接收元件u64的接收元件的組合構(gòu)成的情況。通過第2接收元件陣列12，獲得線(m -1)的整相加法運(yùn)算輸出A Cm — I, η)。圖3的(c)表示第I接收元件陣列11由第2接收元件u2至第65接收元件u65的接收元件的組合構(gòu)成的情況。通過第I接收元件陣列11，獲得線m的整相加法運(yùn)算輸出(主波束)A (m，n)。圖3的(d)表示第3接收元件陣列13由第3接收元件u3至第66接收元件u66的接收元件的組合構(gòu)成的情況。通過第3接收元件陣列13，獲得線Cm+ I)的整相加法運(yùn)算輸出A (m + 1，η)。這樣，第2接收元件陣列12和第3接收元件陣列13示出了使用了以第I接收元件陣列11為中心相對(duì)地在元件的排列方向上移位了 I個(gè)元件后的元 件的組的情況。另外，圖3的(b)至圖3的(d)的組合是獲得線m的波束成形器結(jié)果的情況。通過使m—個(gè)一個(gè)增加并且重復(fù)進(jìn)行發(fā)送以及接收并一條線一條線地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而取得全部的線的數(shù)據(jù)，并生成超聲波診斷圖像。
[0102]圖4是表示接收元件陣列的各元件與對(duì)象區(qū)域的位置關(guān)系的例子的圖。以下，一邊參照該位置關(guān)系，一邊對(duì)(式I)至(式5)進(jìn)行說明。
[0103]在此，波束形狀(也稱為波束剖面輪廓)是指某深度η下的線m處的靈敏度水平的特性。以后的波束形狀的特性圖基于以下的整相加法運(yùn)算輸出信號(hào)A (k，n)來考慮。在以后的說明中，在記述為信號(hào)A(m，η)的情況下，意味著從與線m對(duì)應(yīng)的接收元件陣列獲得的整相加法運(yùn)算輸出信號(hào)。另外，在記述為A(k，η)的情況下，表示從與線m對(duì)應(yīng)的接收元件陣列獲得的整相加法運(yùn)算輸出的波束形狀(波束特性)，因此設(shè)為將接收元件陣列中心作為原點(diǎn)[0,0]來表示與坐標(biāo)[k, η]的位置相對(duì)應(yīng)的信號(hào)成分。
[0104]圖5是表示靈敏度評(píng)價(jià)區(qū)域與相對(duì)于靈敏度評(píng)價(jià)區(qū)域的接收靈敏度的關(guān)系的概念圖。圖5的(a)表示靈敏度評(píng)價(jià)區(qū)域。圖5的(b)表示接收元件陣列。圖5的(C)表示波束特性(波束形狀)。
[0105]在設(shè)與線k且深度η相對(duì)的坐標(biāo)為[k，η]并設(shè)第i個(gè)接收元件的坐標(biāo)為[um (i)，un (i)]時(shí)，從深度η的對(duì)象區(qū)域到各接收元件的距離d (k，n，i)如(式I)那樣表示。
[0106][數(shù)式I]
[0107]d(k, n, i) = sqrt {(k_um(i))2+(n_un (i))2}(式 I)
[0108]如圖4所示，在將接收元件陣列的中心設(shè)定為原點(diǎn)[0，0]時(shí)，對(duì)象區(qū)域坐標(biāo)為[0，n]，第 i 個(gè)接收元件坐標(biāo)為[um (i),un (i)] = [(i — 32.5).Ad,O]。
[0109]在此，Ad為元件間隔，Ad = 0.3mm。
[0110]整相加法運(yùn)算是為了使從對(duì)象區(qū)域[0，n]傳播到各元件的超聲波的相位一致并使傳播到各元件的超聲波互相增強(qiáng)而進(jìn)行加法運(yùn)算的運(yùn)算。通過以使從深度η的對(duì)象區(qū)域傳播來的超聲波延遲與到各接收元件的距離d(k，n, i)對(duì)應(yīng)的時(shí)間的量的方式進(jìn)行修正，由此使超聲波的相位一致。延遲的時(shí)間如(式2)所示。[0111][數(shù)式2]
[0112]
【權(quán)利要求】
1.一種波束成形方法，根據(jù)由多個(gè)接收元件接收從被檢體反射來的超聲波信號(hào)并生成的回波信號(hào)，生成波束信號(hào)， 該波束成形方法包括: 主波束生成步驟，通過以上述被檢體的第一區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)對(duì)從上述多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)； 副波束生成步驟，根據(jù)上述接收回波信號(hào)，生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比上述主波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度低；以及 窄波束生成步驟，計(jì)算基于上述主波束信號(hào)以及上述副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于將上述主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將上述系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)， 在上述副波束生成步驟中， 使用差信號(hào)生成上述副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與上述第一區(qū)域不同的上述被檢體的兩個(gè)區(qū)域并且是互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)上述接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
2.如權(quán)利要求1所述的波束成形方法， 在上述副波束生成步驟中， 通過將上述差信號(hào)與上述主波束信號(hào)相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的波束成形方法， 在上述副波束生成步驟中， 通過將上述差信號(hào)、上述主波束信號(hào)及規(guī)定常數(shù)α相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的波束成形方法， 上述規(guī)定常數(shù)α按第一區(qū)域與由上述多個(gè)接收元件構(gòu)成的元件列的距離來確定， 在上述副波束生成步驟中， 使用根據(jù)接收到上述接收回波信號(hào)時(shí)的上述元件列與在上述副波束生成步驟中進(jìn)行整相加法運(yùn)算時(shí)的上述第一區(qū)域的距離確定的上述規(guī)定常數(shù)α， 通過將上述差信號(hào)、上述主波束信號(hào)及上述規(guī)定常數(shù)α相乘，來生成上述副波束信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的波束成形方法， 上述波束成形方法還包括: 操作步驟，受理用于變更上述規(guī)定常數(shù)α的由用戶進(jìn)行的操作。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的波束成形方法， 上述波束成形方法還包括: 主波束分離步驟，基于分離頻率將在主波束生成步驟中生成的主波束信號(hào)分離為每個(gè)頻帶的信號(hào)，從而生成部分主波束信號(hào)；以及 副波束分離步驟，基于上述分離頻率將在上述副波束生成步驟中生成的上述兩個(gè)波束信號(hào)分別分離為每個(gè)頻帶的信號(hào)，從而生成部分副波束信號(hào)， 在上述窄波束生成步驟中， 使用上述部分主波束信號(hào)作為上述主波束信號(hào)并且使用上述部分副波束信號(hào)作為上述副波束信號(hào)，生成每個(gè)頻帶的上述窄波束信號(hào)即部分窄波束信號(hào)，并對(duì)所生成的上述部分窄波束信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，從而生成上述窄波束信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的波束成形方法， 上述規(guī)定常數(shù)α按每個(gè)頻帶而確定， 在上述副波束生成步驟中， 使用根據(jù)上述部分副波束信號(hào)的各自的頻帶而確定的上述規(guī)定常數(shù)α， 將上述差信號(hào)、上述部分主波束信號(hào)及上述規(guī)定常數(shù)α相乘，由此生成上述部分副波束信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的波束成形方法， 在上述副波束生成步驟中， 使用在距由上述多個(gè)接收元件構(gòu)成的元件列的中心等距離處存在的兩個(gè)區(qū)域、即在距上述第一區(qū)域等距離處存在的兩個(gè)區(qū)域作為上述兩個(gè)區(qū)域，生成上述副波束信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的波束成形方法， 上述接收回波信號(hào)包含在不同的三個(gè)時(shí)刻即第一時(shí)刻、第二時(shí)刻以及第三時(shí)刻分別由上述多個(gè)接收元件接收并生成的第一接收回波信號(hào)、第二接收回波信號(hào)以及第三接收回波信號(hào)， 在上述主波束生成步驟中， 使用上述第一接收回波信號(hào)作為上述接收回波信號(hào)來生成主波束信號(hào)， 在上述副波束生成步驟中， 使用上述第二接收回波信號(hào)以及上述第三接收回波信號(hào)作為上述兩個(gè)波束信號(hào)來生成副波束信號(hào)。
10.一種超聲波診斷裝置，根據(jù)由多個(gè)接收元件接收從被檢體反射來的超聲波信號(hào)并生成的回波信號(hào)，生成波束信號(hào)， 該超聲波診斷裝置包括: 主波束生成部，通過以上述被檢體的第一區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)對(duì)從上述多個(gè)接收元件獲得的接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算，來生成主波束信號(hào)； 副波束生成部，根據(jù)上述接收回波信號(hào)生成副波束信號(hào)，該副波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度比上述主波束信號(hào)對(duì)于從上述第一區(qū)域反射來的超聲波信號(hào)的靈敏度低；以及 窄波束生成部，計(jì)算基于上述主波束信號(hào)以及上述副波束信號(hào)確定的系數(shù)、即用于將上述主波束信號(hào)窄角度化的系數(shù)，并將上述系數(shù)和上述主波束信號(hào)相乘，從而生成窄波束信號(hào)， 上述副波束生成部， 使用差信號(hào)生成上述副波束信號(hào)，該差信號(hào)是指，將與上述第一區(qū)域不同的上述被檢體的兩個(gè)區(qū)域并且是互不相同的兩個(gè)區(qū)域分別作為焦點(diǎn)對(duì)上述接收回波信號(hào)進(jìn)行整相加法運(yùn)算而生成的兩個(gè)波束信號(hào)之差。
11.一種程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1所述的波束成形方法。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK103547220SQ201380001434
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】金森丈郎, 渡邊泰仁, 津島峰生 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社