專利名稱：超聲波診斷裝置、發送和接收超聲波的方法、以及用于發送和接收超聲波的程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用具有多個超聲波換能器的超聲波探頭來診斷對象(例如，人體)內部的超聲波診斷裝置；涉及發送和接收超聲波的方法，該方法發送和接收從超聲波探頭至對象的超聲波；涉及用于發送和接收超聲波的程序，該程序使得計算機執行發送和接收超聲波的方法的多個步驟，即，發送和接收超聲波的多個步驟；以及涉及在其中記錄了用于發送和接收超聲波的程 序的計算機可讀記錄介質。具體地，本發明涉及允許穿刺術(paracentesis)等的技術,在該技術中，在觀看超聲波圖像時將穿刺針插入對象中。
背景技術：
通過集成多個超聲波換能器(振動器)來形成在超聲波診斷裝置中使用的超聲波振動器。在發送和接收超聲波時，在多個超聲波換能器中的每個超聲波換能器上設置發送開口和接收開口，以及針對每個超聲波換能器，適當地控制每個超聲波換能器的發送開口的發送輸出與接收開口的接收輸出中每個的延遲時間(延遲量)。分別合成超聲波發送波束和超聲波接收波束，以獲得超聲波接收圖像數據。超聲波診斷裝置是已知的，其具有以下結構(穿刺適配器)可以將穿刺針安裝到超聲波探頭，使得可以使用專用穿刺針來容易地執行在作為測量目標的對象中特定位置上的活組織檢查(biopsy)。在該裝置中，在顯示器上顯示插入穿刺針時的導向(guideline)。如果在根據導向將穿刺針插入對象時，使用超聲波探頭來操作超聲波診斷裝置，操作者可以同時確認對象中的圖像和穿刺針在顯示器上的運動，由此執行安全的穿刺術(活組織檢查、引流等等)。然而，在相關技術的超聲波診斷裝置中，存在著以下問題取決于穿刺針的進入角度，來自穿刺針的回波信號的強度較弱，并且在顯示器上難以查看穿刺針的圖像。作為解決該問題的方法，已知對穿刺針的尖端表面進行粗糙處理(粗糙化)的技術。然而，該技術具有以下問題未充分加強來自穿刺針的除針頭外部分的回波信號，并且未充分加強回波信號本身。為此，JP 9-28708A描述了以下技術當將穿刺針插入對象中時，將超聲波掃描波束的發送波束方向調整為相對于穿刺針的進入路徑實質成直角，以及控制每個超聲波換能器的輸出的延遲量，以使得每個掃描波束的發送波束焦點位置在穿刺針的位置附近。
發明內容
另一方面，在JP 9-28708A中描述的技術中，使用超聲波掃描波束的發送波束的方向和焦點控制，可以加強目標線路(例如，穿刺針進入對象的線路)的超聲回波信號，然而存在的問題是使得發送和接收控制變得顯著的復雜。在JP 9-28708A中描述的技術中，沒有將超聲波掃描波束的接收波束的方向性等充分考慮在內，并且存在的問題是提高來自穿刺針的回波信號的強度的效果不夠。例如，在JP 9-28708A中描述的技術中，存在以下問題，如果穿刺針的插入角度增加，在接收時，發送波束的鏡面反射分量會在多個超聲波換能器上設置的接收開口之外，以及不能充分接收到來自穿刺針的回波信號，由此導致回波信號的強度被削弱。此外，還存在以下問題由于超聲波掃描波束的發送是相對于對象表面而傾斜的轉向發送(steer transmission),即使在可以提高穿刺針的可見度的情況下，除穿刺針之外的圖像的質量會惡化。在JP 9-28708A中描述的技術中，由于沒有直接存儲來自穿刺針的超聲回波信號，存在以下問題在接收后進行圖像處理時，可能未提高來自穿刺針的超聲回波信號的強度，且從而未提高穿刺針的可見度。考慮到上述情況而完成了本發明，且本發明的目標是提供能夠提高來自穿刺針的超聲回波信號的強度并提高穿刺針的可見度的超聲波診斷裝置、發送和接收超聲波的方 法、用于發送和接收超聲波的程序以及記錄介質。為了實現以上目標，根據本發明的第一方面的一種超聲波診斷裝置被配置為包括多個超聲波換能器，執行對對象的包含穿刺針的目標部位的發送和接收超聲波；發送控制設備，用于形成要從在多個超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束；獲取設備，用于獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息；接收控制設備，用于基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，設置與在多個超聲波換能器上設置的發送開口不同的第一接收開口 ；以及接收信號處理設備，用于處理由多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。優選地，獲取設備根據多個超聲波換能器與穿刺針之間的位置關系，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。優選地，獲取設備根據插入對象中的穿刺針相對于多個超聲波換能器的插入角度，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。優選地，發送控制設備形成要被偏轉的超聲波束，以及獲取設備根據穿刺針的插入角度和超聲波束的偏轉角度，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。優選地，接收信號處理設備對超聲回波信號執行加權處理，以突出鏡面反射分量。優選地，接收信號處理設備還包括臨時存儲超聲回波信號的存儲單元。優選地，接收信號處理設備還包括臨時存儲超聲回波信號的存儲單元，對超聲回波信號執行用于增強對象組織分量的加權處理，以及將被執行了用于增強對象組織分量的加權處理的該超聲回波信號與被執行了用于增強鏡面反射分量的加權處理的超聲回波信號進行合成。優選地，接收控制設備設置第一接收開口，以包含位于與將穿刺針引入對象的插入位置相對于發送開口相對的一側處的超聲波換能器。優選地，接收信號控制設備設置與第一接收開口不同的第二接收開口，以及接收信號控制設備根據發送開口的多次發送，將使用第一接收開口和第二接收開口獲得的超聲回波信號進行合成。優選地，接收控制設備設置在多個超聲波換能器上不連續分隔開的多個分隔接收開口作為第一接收開口 ；在兩個相鄰的分隔接收開口之間存在至少一個不被用作接收開口的超聲波換能器；以及針對發送開口的一次發送，接收信號處理設備對使用多個分隔接收開口獲得的超聲回波信號進行合成。為了實現以上目標，根據本發明的第二方面的一種發送和接收超聲波的方法被配置為使用多個超聲波換能器對對象的包含穿刺針的目標部位發送和接收超聲波的方法，該方法包括以下步驟形成要從在多個超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束；向對象的目標部位發送所形成的超聲波束；獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息；基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，在多個超聲波換能器上設置與發送開口不同的第一接收開口 ；多個超聲波換能器使用所設置的第一接收開口接收超聲波束的超聲回波信號；以及處理多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。為了實現以上目標，根據本發明的第三方面的一種用于發送和接收超聲波的程序被配置為如下用于發送和接收超聲波的程序使計算機執行根據上述本發明第二方面的發送和接收超聲波的單個步驟，作為使用多個超聲波換能器向對象的包含穿刺針的目標部位發送和接收超聲波的步驟。從而，該方面是用于發送和接收超聲波的程序，該程序使計算機執行使用多個超聲波換能器對對象的包含穿刺針的目標部位發送和接收超聲波的多個步驟，其中，該多個步驟包括以下步驟形成要從在多個超聲波換能器上設置的發送開口發送 的超聲波束；向對象的目標部位發送所形成的超聲波束；獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息；基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，在多個超聲波換能器上設置與發送開口不同的第一接收開口 ；以及多個超聲波換能器使用所設置的第一接收開口接收超聲波束的超聲回波信號；以及處理多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。為了實現以上目標，根據本發明第四方面的一種記錄介質被配置為計算機可讀記錄介質，在該計算機可讀記錄介質上記錄了上述根據本發明第三方面的用于發送和接收超聲波的程序。根據本發明，有可能提高來自穿刺針的回波信號的強度并提高穿刺針的可見度。
圖I是示出了根據本發明的實施例I的超聲波診斷裝置的主配置的示例的立體圖。圖2是示出了圖I所示的超聲波診斷裝置的主配置的框圖。圖3是示出了相關技術的超聲波探頭中所發送的超聲波和反射的超聲波之間的幾何關系的不意圖。圖4是示出了本發明的實施例中發送和接收超聲波的方法的基本概念的示意圖。圖5是示出了根據本發明的實施例的發送和接收超聲波的方法的示例概要的示意圖。圖6是示出了在根據本發明的實施例的方法中的在顯示器上顯示的超聲波探頭、穿刺導向和來自穿刺針的鏡面反射超聲波的示例的示意圖。圖7A是示出了在相關技術的超聲波診斷裝置中發送和接收相關技術的超聲波的方法的示意圖，以及圖7B是示出了在根據本發明的實施例的超聲波診斷裝置中發送和接收超聲波的另一方法示例的概要的示意圖。圖8是示出了根據本發明的實施例的方法的另一示例的概要的示意圖。
圖9是示出了根據本發明的實施例的方法的另ー示例的概要的示意圖。圖10是示出了根據本發明的實施例的方法的另ー示例的概要的示意圖。圖11是示出了根據本發明的實施例的方法的另ー示例的概要的示意圖。圖12是示出了根據本發明的實施例的發送和接收超聲波的方法的示例的流程圖。
具體實施例方式下文中，將基于附圖中示出的優選實施例來詳細描述根據本發明的超聲波診斷裝置、發送和接收超聲波的方法、用于發送和接收超聲波的程序以及記錄介質。(實施例I) 圖I是示出根據本發明的實施例的超聲波診斷裝置的主配置示例的立體圖，該超聲波診斷裝置執行根據本發明的發送和接收超聲波的方法。在這里將描述分別提供以下各項的情況作為探頭的超聲波探頭、執行超聲波探頭的控制和對所獲得的超聲回波信號的分析并合成超聲波診斷圖像的超聲波診斷裝置本體、以及顯示所合成的圖像的顯示器。將穿刺適配器安裝到超聲波探頭上。如圖I所示，根據本發明的實施例I的超聲波診斷裝置10執行根據本發明發送和接收超聲波的方法，并包括超聲波探頭(下文中簡稱為探頭)12、超聲波診斷裝置本體(下文中簡稱為裝置本體)14、輸入單元16以及顯示器18。該實施例的超聲波診斷裝置10還包括穿刺適配器20，穿刺適配器20在被安裝到探頭12的狀態下使用。超聲波診斷裝置10被配置為易于由推車移動。探頭12是這樣的探頭，在該探頭中，由一維或ニ維換能器陣列的多個超聲波換能器13來執行超聲波的發送和接收，該探頭還在以下狀態下使用其末端處的陣列部分緊靠在人體對象的表面，該末端上布置了多個超聲波換能器13。每個超聲波換能器13基于所施加的激活信號向對象發送超聲波，接收對象反射的超聲回波并輸出接收信號。每個超聲波換能器13由振動器構成，在振動器中，在壓電材料(壓電體)的兩端形成電極，壓電材料是例如由PZT (鋯鈦酸鉛)為代表的壓電陶瓷或者由PVDF (聚偏ニ氟乙烯)為代表的壓電聚合物。如果在振動器的電極上施加脈沖電壓或連續波電壓，壓電體將膨脹和收縮。隨著膨脹和收縮，從振動器產生脈沖或連續超聲波，以及合成超聲波以形成超聲波束。當接收正在傳播的超聲波時，振動器膨脹和收縮以產生電信號。將電信號作為超聲波接收信號輸出。作為超聲波探頭12的類型，存在著各種的類型，例如，凸面類型、線性掃描類型、或者扇面掃描類型。通過線纜24將探頭12連接到裝置本體14，其操作由裝置本體14控制。將可拆卸和可替換的穿刺適配器20安裝到探頭12。穿刺適配器20安裝到探頭12，并作為允許穿刺針以特定的角度插入對象(例如，人體対象)的目標部位中的引導(guide)。具體地，穿刺針沿著在穿刺適配器20中提供的穿孔移動，以在事先設置的特定插入方向上移動，并且穿刺針的尖端插入到對象的目標部位中。在穿刺適配器20中，可用的穿刺針的尺寸、穿刺針插入人體對象的插入角度、調整范圍、插入位置、插入路徑等等根據類型而各不相同。替換穿刺適配器20，從而改變了可用的穿刺針的尺寸、插入角度、范圍、插入位置、插入路徑等等。在實現定義了可用穿刺針的大小和插入角度的適配器20的情況下，可以在適配器20中提供存儲單元，以及可以事先將與可用穿刺針的大小和插入角度有關的信息存儲在存儲單元中，作為穿刺適配器信息。裝置本體14具有對超聲波診斷裝置10的對應單元的操作執行整體控制的功能。在裝置本體14中，探頭12發送和接收超聲波，由接收到的回波產生斷層成像(tomographic)圖像，并將其顯示在顯示器18上。裝置本體14產生B模式圖像或M模式圖像來作為斷層成像圖像，并實時在顯示器18上顯示B模式圖像或M模式圖像。裝置本體14的詳細配置將在下面描述。輸入單元16包括鍵盤、指向設備或者用于輸入各種信息的各種按鈕或撥盤。操作者(例如，醫師或者技術員)使用輸入單元16來操作超聲波診斷裝置10。例如，操作者使用輸入單元16來根據所觀察的部位指派與超聲波診斷裝置10的操作模式有關的各種設置值，或者改變從探頭12發送的超聲波束的聚焦深度。操作者使用輸入單元16來指派關注區域(ROI)。操作者使用輸入單元16來輸入穿刺適配器20的穿刺適配器信息(插入角度)。 當事先將與可用穿刺針的尺寸和插入角度有關的信息存儲在穿刺適配器20的存儲單元中時，不需要在輸入單兀16中輸入。顯示器18例如是光柵掃描型的IXD等等，并基于從裝置本體14輸出的被模擬轉換的圖像信號，將超聲波圖像顯示為移動圖像或靜止圖像。在本實施例中，由推車22來支撐超聲波診斷裝置10的對應組件。即，將裝置本體14放置在推車22上，并由推車22支撐。將輸入單元16和顯示器18安裝到推車的上部。將探頭12固定在探頭固定器26中，探頭固定器26是在安裝了輸入單元16的推車22的側面上提供的。將連接探頭12和裝置本體14的線纜24放(hold)在鉤子28上，鉤子28是在安裝了輸入單元16的推車22的背面上提供的。推車22包括用于移動超聲波診斷裝置10的4個輪腳。雖然在本實施例中，提供了支撐超聲波診斷裝置10的對應組件的推車22以移動超聲波診斷裝置10，本發明不限于此。圖2是示出圖I所示的超聲波診斷裝置的超聲波診斷裝置本體的主配置和外圍設備的示例的框圖。將不提供對已經在圖I中示出并在以上描述了的功能的描述。裝置本體14包括系統控制器32、發送電路34、復用器36、接收電路38、接收數據存儲單元40、鏡面反射分量計算器42、信號處理器44、圖像處理器46和顯示處理器48。系統控制器32控制整個超聲波診斷裝置10，以執行適當操作。具體地，在維持探頭12筆直的情況下，系統控制器32通過發送電路34和接收電路38順序地設置超聲波束的發送方向和超聲回波的接收方向。系統控制器32具有根據所設置的發送方向來選擇發送延遲模式的發送控制功能，以及根據所設置的接收方向來選擇接收延遲模式的接收控制功能。發送延遲模式是以下延遲時間模式將該延遲時間模式強加于每個超聲波換能器13的激活信號，以使得可以由從多個超聲波換能器13發送的超聲波在所期望的方向上形成超聲波束。接收延遲模式是以下延遲時間模式將該延遲時間模式強加于接收信號，以使得可以由多個超聲波換能器13從所期望的方向接收到的超聲波提取超聲回波。安裝到系統控制器32上的存儲裝置存儲彼此區分開的多個發送延遲模式和多個接收延遲模式，以及取決于所期望的發送方向和接收方向，選擇性地使用多個發送延遲模式和多個接收延遲模式。系統控制 器32控制復用器36，復用器36設置由多個超聲波換能器13構成的發送開ロ以用于發送，以及設置多個超聲波換能器13構成的接收開ロ以用于接收。根據該實施例，對接收開口和發送開ロ進行設置，以使其不同，使得例如接收開ロ大于發送開ロ。系統控制器32向鏡面反射分量計算器42輸出從輸入單元16或穿刺適配器20報告的穿刺適配器信息(插入角度等等)。系統控制器32可以事先從穿刺適配器20的存儲單元讀出穿刺適配器信息，以將穿刺適配器信息存儲在系統控制器32的存儲裝置中，并讀出必須向鏡面反射分量計算器42輸出的穿刺適配器信息。系統控制器32向執行接收聚焦處理的信號處理器44輸出接收延遲模式。發送電路34包括與發送開ロ的最大數目相對應的多個電路，并產生分別施加到多個超聲波換能器13的多個激活信號，該多個超聲波換能器13由系統控制器32通過復用器36設置為發送開ロ。此時，可能基于系統控制器32選擇的發送延遲模式向多個激活信號中的每ー個給出延遲時間。發送電路34調整多個激活信號中每個的延遲量，以使得從被設置為發送開ロ的多個超聲波換能器13發送的超聲波形成超聲波束，并將激活信號提供給探頭12。復用器36包括多個開關的組，由系統控制器32進行控制，對設置為發送開ロ或接收開ロ的多個超聲波換能器進行切換。隨著復用器36的切換，從探頭12的N個(例如，192個)超聲波換能器13中選擇要使用的超聲波換能器組(例如，最大96個，普通使用64個)，并將其設置為發送開ロ或接收開ロ，以及執行從發送電路34向探頭12傳送發送信號，從探頭12向接收電路38傳送接收信號。具體地，復用器36通過N根信號線連接到探頭12的N個超聲波換能器。復用器36被用于電掃描，并且將超聲波換能器13適當地選擇為發送開ロ或接收開ロ，以確定掃描超聲波束的位置的方向。接收電路38包括與接收開ロ的最大數目(例如，96個)相對應的多個電路。接收電路38接收從被設置為接收開ロ的多個超聲波換能器13輸出的多個模擬接收信號，并將模擬接收信號轉換為數字接收信號(接收數據)，該接收開ロ是由系統控制器32通過復用器36設置的。將已進行數字轉換的接收數據順序地存儲在接收數據存儲單元40中，數據存儲単元40具有用于蓄積與針對多個幀的超聲波圖像相對應的接收信號數據的存儲容量。接收數據存儲單元40具有作為用于存儲從接收電路38輸出的接收數據(原始數據)的存儲設備的功能，并基于來自信號處理器44的讀取指令向信號處理器適當地輸出接收數據。鏡面反射分量計算器42計算與超聲波束中在穿刺針上的鏡面反射分量有關的信息，井向系統控制器32和信號處理器44提供結果(計算出的與鏡面反射分量有關的信息)，該超聲波束是如下所述基于從系統控制器32提供的穿刺適配器信息從探頭12發送的。信號處理器44執行接收聚焦處理，基于系統控制器32選擇的接收延遲模式，向多條接收數據中的每條給出延遲時間，并將這些條接收數據相加。通過該接收聚焦處理，縮窄超聲回波的焦點以形成接收數據(聲線數據)。接下來，信號處理器44執行對聲線數據的檢測處理，例如，包絡檢測處理或正交檢測處理，然后取決于根據超聲波的反射位置深度的距離，由STC(敏感時間增益控制)來校正衰減。圖像處理器46產生表示B模式圖像的圖像數據，井向顯示處理器48輸出圖像數據。具體地，圖像處理器46對從信號處理器44讀出的聲線數據進行預處理(例如，對數壓縮或增益調整)以及用于基于普通電視信號掃描系統將聲線數據轉換為圖像數據的掃描線轉換處理，以產生B模式圖 像。顯示處理器48產生用于在顯示器18上顯示屏幕的視頻信號，并向顯示器18輸出該視頻信號。顯示器18顯示包括從顯示處理器48輸出的超聲波圖像、測量結果等在內的屏幕，以向操作者提供各種信息。接下來，將描述本實施例的超聲波診斷裝置10的操作概要和原理，以及根據本發明的發送和接收超聲波的方法。圖3是示出了相關技術的超聲波探頭中超聲波的發送波和反射波之間的幾何關系的示意圖。為了描述的簡單，示出了在對象BI的本體表面沒有折射的情況(對后續圖也同樣成立)。穿刺針由金屬形成，并且在超聲波阻抗方面與周圍的對象組織明顯不同。由于該原因，認為在超聲波圖像中明顯地獲得了穿刺針的圖像。然而，實際上如果捕獲到超聲波圖像，穿刺針沒有形成與其他組織區分開的圖像。相反，存在著很多間歇性地查看到穿刺針的情況。相應地，發明人進行了仔細的研究，并得到以下發現。S卩，如圖3所示，如果從探頭12的多個超聲波換能器13向對象BI發送的超聲波進入緊靠穿刺針NI的對象BI，并由穿刺針NI進行了鏡面反射，則存在反射波在探頭12的接收范圍之外的情況。例如，從Pl發送的超聲波以圖3中的參考符號“a”所指示的入射波方向進入對象BI，并在鏡面反射中由穿刺針NI在圖3中由參考符號“b”指示的方向上反射，而在P1’處接收到具有由圖3中的參考符號“I”指示的強度分布的反射波。對象組織所反射的普通超聲回波信號在由圖3中的參考符號“c”指示的方向上行進，并在Pl處接收至IJ。然而，從P2發送的超聲波被穿刺針NI所鏡面反射，到達P2’，并因此在探頭12的接收范圍之外。據此將描述以下現象如果反射波的部分或整體逃離并且沒有到達探頭12，難以在超聲波圖像中查看到穿刺針NI的圖像。一般而言，假設在將器官的組織假設為對象的超聲波診斷技術中，接收到當超聲波被器官的組織所反射時所獲得的普通超聲回波信號(例如，具有點反射分量)，并由該超聲回波信號形成圖像。然而，一般而言，穿刺針是金屬體，并且其表面是光滑的。在這種情況下，預見超聲波在穿刺針表面的反射特性與器官的組織明顯不同，并且鏡面反射很突出。由于從超聲波探頭的多個超聲波換能器發射的超聲波在穿刺針的光滑表面上進行了鏡面反射，在相關技術的超聲波診斷裝置中，當使用在作為對象的器官的本體表面布置的超聲波探頭接收在其中疊加了從器官組織反射的普通超聲回波信號(也稱為點反射分量)和穿刺針的表面鏡面反射的鏡面反射分量的信號，以同時收集與器官組織有關的信息和與穿刺針的尖端部分有關的信息吋，難以將穿刺針的尖端部分作為在超聲波圖像數據上的圖像穩定地觀察到。相應地，關于可以捕捉到到達圖3中P2’的反射波的超聲波診斷裝置，發明人獲得了以下發現。首先，第一發現在干與相關技術相比具有長的接收范圍的超聲波探頭，具體地，與相關技術相比，制造了以下超聲波探頭其具有陣列部分，在陣列部分中布置了超聲波換能器。然而，這是不夠的。例如，雖然具有256個超聲波換能器的超聲波探頭具有相對長的陣列部分，在發送和接收超聲波的普通方法中，存在著很多如下情況關于單個發送和接收，僅使用64個超聲波換能器(對應于256的1/4)來設置64個通道，或者可設置更短數目的通道。相應地，固有的問題不是指陣列部分的長度，而是指在超聲波探頭的多個超聲波 換能器上設置的接收開ロ是否覆蓋了超聲波被預測要到達的范圍，該超聲波從超聲波探頭的多個超聲波換能器上設置的發送開ロ發送，并在穿刺針的表面鏡面反射。相應地，發明人的第二發現在于預測鏡面反射波要到達的范圍，以及基于預測結果將超聲波探頭的接收開ロ設置為與發送開ロ不同，例如，大于發送開ロ，以使得超聲波探頭可以覆蓋(接收)鏡面反射波。發送開口和接收開ロ是在多個超聲波換能器上設置的，并且意味著用于接收的超聲波換能器的位置和超聲波換能器的數目(通道數)。為了僅獲得穿刺針的圖像，僅考慮來自穿刺針的鏡面反射波(也稱為鏡面反射分量)。首先，由于穿刺術是在存在穿刺術的目標(對象組織)的情況下將穿刺針向對象插入的動作，重要的是獲得穿刺術的目標以及周圍組織的圖像。在這種情況下，對于超聲波診斷裝置來說，不僅覆蓋穿刺針的鏡面反射分量，而且充分接收從普通對象組織反射的普通超聲回波信號，這都是必要的。圖4是示出了根據本發明的實施例發送和接收超聲波的方法的基本概念的示意圖，該方法是由本實施例的超聲波診斷裝置執行的。圖4示出了探頭12的發送開ロ Tl和接收開ロ R1，以及與相關技術的超聲波診斷裝置類似，用于接收從對象組織等反射的普通超聲回波信號(點反射分量)的接收開ロ R2與發送開ロ Tl相一致。同時，在圖4中，用于從穿刺針NI接收鏡面反射分量的接收開ロ R3與發送開ロ Tl不一致，井向右擴展。更具體地，設置R3以包括超聲波換能器13中的以下超聲波換能器位于與將穿刺針NI插入對象BI的插入位置相對于發送開ロ Tl的相對側處，以使得接收開ロ R3被設置在位于適當位置中的兩個或更多超聲波換能器13上，以接收由穿刺針N反射的超聲波束的鏡面反射分量。在本實施例的發送和接收超聲波的方法中，在其中組合了用于普通超聲回波信號的接收開ロ R2和用于鏡面反射分量的接收開ロ R3的合成開ロ是接收開ロ Rl。從而，與本領域中的已知類型相比，接收開ロ Rl向著與穿刺針NI進入對象BI的插入位置相對于發送開ロ Tl的相對側擴展了更多。通過這種方式，裝置本體14使用根據穿刺針的鏡面反射分量來改變探頭12的接收開ロ Rl的位置和寬度(通道數目)的模式。雖然實質上只有普通超聲回波信號到達用于普通超聲回波信號的接收開ロ R2，將顯而易見的是，鏡面反射分量和普通超聲回波信號到達用于鏡面反射分量的接收開ロ R3。圖5是示出了在本實施例中對在穿刺針上鏡面反射的超聲波到達的范圍進行預測的方法示例的示意圖。
如果穿刺針NI進入對象BI的插入角度是0 1，傳輸發送波束的中心位置是P11，在中心位置Pll處從對象BI的表面到穿刺針NI的深度是D1，當在距離超聲波發送波束的中心位置Pll的深度Dl處，在穿刺針NI上發生鏡面反射之后，超聲波換能器接收到反射波的點是PlT，以及從超聲波發送波束的中心位置Pll到穿刺針的插入位置之間的距離是W1，通過表達式(I)來計算反射波返回的點Pir與發送波束的中心點Pii之間的距離Li。L1 = D1 tan 2 0 = W1 tan 0 :tan2 0 x ... (I)相應地，優選地考慮反射波返回的點pit，以確定接收開ロ的寬度。例如，在不考慮穿刺針NI的普通發送和接收中，將發送開ロ Tl和接收開ロ R2(參見圖4)設置在64個元素中，以及當基于穿刺針NI的反射波來接收回波信號吋，向反射波的到達點PU’擴展接收開ロ Rl (參見圖4)，以將接收開ロ的數目設置為例如最大數目，即96個元素。具體地，當在發送開ロ的最右端形成超聲波發送波束時，超聲波發送波束的反射超聲波返回的最右端處的點是臨界點，以且在最佳狀態下，接收開ロ覆蓋該點。當有必要考慮到對象BI的本體表面或對象BI內部的折射的影響時，優選根據Snell定律執行計算。在鏡面反射分量計算器42中，產生確定接收開ロ的寬度所必需的信息(例如，在上述的示例中，反射波返回的點Pir的位置信息)，以作為鏡面反射分量信息。信號處理器44基于該信息確定對來自接收數據存儲単元40的接收數據進行處理的方法，以及系統控制器32控制復用器36中的切換方法。從系統控制器32向鏡面反射分量計算器42提供穿刺針NI進入超聲波換能器陣列的插入角度9 1，以作為穿刺適配器信息。如圖6中所示，當穿刺適配器20安裝到探頭12時，可以在顯示器18上顯示用來引導穿刺針NI的穿刺導向G，且對于技術員，可以將穿刺針NI的插入角度0 I作為穿刺導向G和對象BI的表面之間的角度。雖然未示出，可以向裝置本體14単獨提供穿刺針檢測器，以使得基于穿刺針的位置信息來確定插入角度，穿刺針的位置信息由穿刺針檢測器基于超聲波圖像自動識別，并從穿刺針檢測器輸出。如上所述，在根據本發明的實施例I的發送和接收超聲波的超聲波診斷裝置和方法中，基于穿刺針和超聲波探頭之間的位置關系來確定接收開ロ的寬度(通道數目)，以及針對在對應接收開口中獲得的接收信號來執行波束成形。相應地，由于可能提高包括所插入的穿刺針在內的超聲波圖像的分辨率，穿刺針的可見度也提高了。對穿刺針和超聲波探頭之間的位置關系進行表示的信息中最重要的參數是所發送的超聲波的行進方向與穿刺針之間的角度，以及，穿刺針的插入角度。在本實施例中描述了這樣的模式將接收開ロ相比于相關技術中的接收開ロ加以擴展，以接收鏡面反射分量和普通的超聲回波信號(點反射分量)。然而，例如在沒有向普通的超聲回波信號給出權重時，可以使用基于鏡面反射分量信息來改變接收開ロ的位置的模式。雖然在本實施例中，已描述了改變接收開ロ的寬度的情況(例如，從64個元素到96個元素的改變)，然而可以改變接收開ロ的位置，以使得將發送波束方向上的中心位置以及來自穿刺針的鏡面反射分量的到達位置包含在接收開ロ中。可以分別設置用于從發送波束方向接收超聲回波的接收開ロ以及針對于來自穿刺針的鏡面反射分量的到達位置的接收開ロ。(實施例2)根據本發明的實施例2的超聲波診斷裝置具有接收變跡功能，該接收變跡(apodization)功能被添加到實施例I的超聲波診斷裝置10的裝置本體14的信號處理器44中。除了接收變跡功能外，本實施例的超聲波診斷裝置的配置與圖I和2中的超聲波診斷裝置10實質上相同，并因此將不提供與圖相結合的描述。下文中，在本實施例的超聲波診斷裝置的詳細描述中，以相同的引用標號來表示與圖2中示出的超聲波診斷裝置10的組件相同的那些組件。接收變跡是在執行求和處理之前向多條接收數據給出加權因子的技術。具體地，針對來自超聲波束中心處的超聲波換能器的接收信號設置最大的權重，以及隨著到中心的距離增加，對接收信號設置越小的權重。從而，有可能在對從所觀察的目標直接到達的接收信號(其將在超聲波束的中心處)加以突出的同時，執行接收處理，以使得接收到的超聲波束可具有聞精度。圖7A是示出了發送和接收相關技術的超聲波的方法的示意圖，該方法由相關技術的超聲波診斷裝置執行。圖7B是示出了本實施例的發送和接收超聲波的方法示例的概要的示意圖，該方法由本實施例的超聲波診斷裝置執行。圖7A示出了相關技術的接收變跡的概要。通常將接收變跡的加權曲線W21的波峰與發送波束的中心位置C21設置為彼此一致。圖7B示出了本實施例的接收變跡的概要。從圖7B中將會理解，在本實施例中，接收變跡的加權曲線W22具有兩個波峰。一個波峰被設置為與發送波束的中心位置C22—致，以及另一個波峰被設置在來自于穿刺針的鏡面反射分量的中心位置C23處。根據表達式
(I)，將鏡面反射分量的中心位置C23設置在與發送波束的中心位置C22相距Dltan2 0 I的位置處。在由圖2所示的裝置本體14的信號處理器44所進行的接收聚焦處理中的附加處理之前，執行接收變跡處理。通過這種方式，關于接收變跡的權重設置，設置了兩個波峰，S卩，要突出接收信號的兩個部位，由此獲得具有高精度的對象組織的圖像，并且還獲得了高精度的穿刺針的圖像。如上所述，根據本實施例的超聲波診斷裝置，在發送波段中心位置和穿刺針上的鏡面反射分量的到達位置處執行接收變跡。因此，可能對這兩個所觀察的目標的接收信號執行突出處理，并且還提高了包括所插入的穿刺針在內的超聲波圖像的顯示分辨率。雖然在本實施例中，已經描述了通過接收變跡，通過權重設置來設置兩個波峰的模式，例如當沒有向來自對象組織的普通超聲回波信號(點反射分量)給出權重時，可以使用僅針對鏡面反射分量設置波峰的模式。在圖7B中，已經描述了兩個波峰在接收變跡的加權曲線W22中畫出相同的正態曲線的模式。然而，也考慮對象組織和穿刺針之間加權曲線不同的情況，并因此可以將適合針的加權曲線應用到鏡面反射分量。 雖然在圖7B所示的實施例中使用了具有兩個波峰的加權曲線W22，以實現針對發送波束中心位置與來自穿刺針的鏡面反射分量到達的位置的接收變跡，本發明不限于此；為了實現針對單個位置的接收變跡，可以針對這些位置中的每ー個使用具有單個波峰的加權曲線。例如，圖8中示出的實施例使用了具有單個波峰的加權曲線W23，該單個波峰被設置為與發送波束中心位置C22 —致，以實現發送波束中心位置的接收變跡，以及使用了具有單個波峰的加權曲線W24，該單個波峰被設置為與穿刺針反射的鏡面反射分量的中心位置C23 —致，以實現針對穿刺針反射的鏡面反射分量到達的位置的接收變跡。相應地，由于在本實施例中將包含來自對象組織的普通超聲回波信號(下文中也稱為對象組織分量)和來自穿刺針的鏡面反射分量在內的接收信號存儲在接收數據存儲単元40中，信號處理器44針對所存儲的相同接收數據實現了用于使用加權曲線W23來增強對象組織的接收變跡(對象組織增強處理)，以及用于使用加權曲線W24增強來自穿刺針的鏡面反射分量的接收變跡(鏡面反射分量增強處理)，并且圖像處理器46合成単獨增強的接收數據。可以在合成之前執行例如濾波處理的增強處理。從而，當重復使用存儲在接收數據存儲單元40中的相同接收數據時，使得用于對象組織分量和來自穿刺針的鏡面反射分量的最優圖像處理成為可能。用于接收變跡的加權曲線W23和W24是均具有展示出彼此類似的正態曲線的波峰的示例，然而本發明不限于此；如果所使用的加權曲線適于對象組織分量和來自穿刺針的鏡面反射分量，波峰可以不同。(實施例3)根據本發明的實施例3的超聲波診斷裝置具有不同于增加到實施例I的超聲波診斷裝置10的裝置本體14的實施例I的開ロ合成功能。除了開ロ合成功能不同外，本實施例的超聲波診斷裝置的配置與圖I和2中的超聲波診斷裝置10的配置實質上相同，并因此將不提供與圖相結合的描述。下文中，在本實施例的超聲波診斷裝置的詳細描述中，以相同的引用標號來表示與圖2中示出的超聲波診斷裝置10的組件相同的那些組件。在本實施例中使用的開ロ合成技術是共同轉讓的JP 2010-29374A中描述的技木。具體地，根據該技術，超聲波束發送多次，通過多個不同的接收開口中的多個超聲波換能器來接收所產生的超聲回波信號，將接收信號臨時存儲在存儲器中，對不同接收開口中獲得的接收信號進行合成，并在所產生的接收信號上執行接收聚焦處理。圖9是示出了本實施例的發送和接收超聲波的方法示例的概要的示意圖，該方法由本實施例的超聲波診斷裝置執行。在本實施例中，發送開口和接收開ロ I彼此一致，以及穿刺針NI對從發送開ロ發送的超聲波束進行鏡面反射。在圖9的情況下，超聲波束返回接收開ロ 2，而不是接收開ロ I。為此，當確定應該在本實施例的超聲波診斷裝置中執行開ロ合成處理時，使用相同的發送開ロ將超聲波束發送兩次。在第一次接收中，在接收開ロ I中執行接收處理，以將接收數據臨時存儲在接收數據存儲單元40中，以及在第二次接收中，復用器36切換超聲波換能器13，并在接收開ロ 2中接收信號。下文中，對兩次接收中獲得的信號全部進行合成。在本實施例的超聲波診斷裝置中，由系統控制器32基于從鏡面反射分量計算器42提供的鏡面反射分量信息，進行對是否應該執行開ロ合成處理的確定。具體地，系統控制器32確定當滿足表達式(2)時，將執行接收開ロ I和接收開ロ 2的開ロ合成，以使得使用充分的接收開ロ寬度接收來自發送波束方向的普通超聲回波信號(點反射分量)以及來自、穿刺針NI的鏡面反射分量。Dltan20 I 彡(接收開ロ寬度)/2... (2)在開ロ合成處理中，當系統控制器32控制復用器36和發送電路34吋，實現多次的超聲波束的發送處理。在開ロ合成處理中，當系統控制器32控制復用器36、接收電路38、接收數據存儲單元40以及信號處理器44時，實現多個不同開ロ的接收處理。信號處理器44對從接收系統(例如，接收電路38)發送的接收數據執行對應的接收聚焦處理，以獲得開ロ合成接收數據。如上所述，根據本實施例的超聲波診斷裝置，將接收開ロ I的元素數據和接收開ロ 2的元素數據經過開ロ合成，由此獲得所觀察的兩個目標的接收信號，并且還進ー步提高包括所插入的穿刺針在內的超聲波圖像的顯示分辨率，其中，在接收開ロ I的元素數據中，來自對象組織BI的普通超聲回波信號(點反射分量)占主導，在接收開ロ 2的元素數據中，來自穿刺針NI的鏡面反射分量占主導。 (實施例4)根據本發明的實施例4的超聲波診斷裝置具有不同于增加到實施例I中描述的超聲波診斷裝置10的裝置本體14的實施例3的開ロ合成功能。如上所述，與以上實施例3不同，根據本實施例的接收開ロ對應于以上實施例I的接收開ロ，針對一次發送，該接收開ロ被劃分為用于在發送波束方向上接收超聲回波信號(點反射分量)的接收開ロ、以及用于由穿刺針反射的鏡面反射分量到達的位置的接收開ロ。因此，將省略類似的描述，并主要描述區別。圖10是示出了根據本實施例的發送和接收超聲波的方法示例的概要的示意圖，該方法由本實施例的超聲波診斷裝置執行。本實施例中設置的接收開ロ是以發送方向為中心的接收開ロ A，以及以用于鏡面反射分量的超聲波換能器為中心的接收開ロ B，通過至少一個沒有被用作接收開ロ的超聲波換能器13，將接收開ロ A和B彼此分開，這些接收開ロ A和B均包括多個超聲波換能器13。根據本實施例，發送開口和接收開ロ A—致，以及從發送開ロ發送的超聲波束被普通對象組織所反射，并作為普通超聲回波信號(點反射分量)返回到接收開ロ A，而鏡面反射(鏡像反射)中由穿刺針NI反射的鏡面反射波(鏡面反射分量)沒有返回接收開ロA，而是返回接收開ロ B。從而，在根據本實施例的超聲波診斷裝置中，接收開ロ A可以接收到普通超聲回波信號，以及接收開ロ B可以接收到來自穿刺針NI的鏡面反射分量。根據本實施例，發送開口和接收開ロ A沒有必要一致。從而，根據本實施例，對兩個接收開ロ A和B接收到的超聲回波信號進行合成，即，執行對接收開ロ A和接收開ロ B的開ロ合成處理，以合成對象組織BI和穿刺針NI的圖像。將沒有被用作接收開ロ的超聲波換能器13的至少ー個元素放置在接收開ロ A和接收開ロ B之間的原因是為了確保接收到緊挨著普通圖像信號強的發送開口下方的信號以及來自穿刺針的鏡面反射分量強的信號，即使使用在接收電路中僅具有少量元素的便攜式低成本類型，也將ー個接收開ロ與另ー個接收開ロ明顯地分隔開。根據本發明，由于可以通過兩個分開的接收開ロ A和B來接收超聲波束的一次發送中的普通超聲回波信號和來自穿刺針NI的鏡面反射分量，具有少量通道的裝置也可以接收鏡面反射分量。復用器36可以容易地進行在很多超聲波換能器13上設置兩個分開的接收開ロ A和B。根據本實施例，通過將接收回波信號作為接收數據(單個超聲波換能器13接收到的接收數據，下面可以將其簡稱為元素數據)臨時存儲在接收數據存儲單元40中，在一次發送中根據元素數據在兩個或更多方向(包括發送波束方向和穿刺針鏡面反射方向)上執行接收波束成形，以及合成并顯示這些超聲回波信號數據的數據，可以在不降低幀速率的情況下提供具有增強的穿刺針可見度的圖像，當插入穿刺針時，這是重要的。從而，根據以上實施例3，執行了多次超聲波束發送處理，并且針對每個所發送的超聲波束執行開ロ合成處理，由此，普通的超聲回波信號(點反射分量)和來自穿刺針NI的鏡面反射分量被多個不同的開ロ所接收到并進行合成。根據本實施例，另ー方面，接收開ロ A和接收開ロ B可以在一次發送中接收在發送波束方向上和穿刺針鏡面反射方向上的回波信號，以使得與以上實施例3相比，不降低幀速率，其中，在多次發送中，接收開ロ I和接收開ロ 2分別接收在發送波束方向上和穿刺針鏡面反射方向上的回波信號，以及此外，沒 有必要如以上在實施例3中所要求的，通過復用器36在發送開口和接收開ロ I與發送開ロ和接收開ロ 2之間切換，由此通過復用器36實現了從發送開ロ到兩個接收開ロ A和B的容易且快速的切換。從而，可以消除在以上實施例3中很可能發生的諸如切換時間中的延遲之類的問題。此外，根據本實施例，由于在開ロ合成處理中合并了接收開ロ A的元素數據和接收開ロ B的元素數據，由此增加了具有所插入的穿刺針的超聲波圖像的顯示分辨率，其中，在接收開ロ A的元素數據中，來自對象組織BI的普通超聲回波信號(點反射分量)占主導，在接收開ロ B的元素數據中，來自穿刺針NI的鏡面反射分量占主導。(實施例5)根據本發明的實施例5的超聲波診斷裝置與實施例I的超聲波診斷裝置10的不同之處在于，探頭12具有發送具有偏轉角度的超聲波束，而不是在與超聲波換能器13的陣列方向垂直的方向上發送超聲波束的功能(參見圖11)。除此之外，本實施例的超聲波診斷裝置與圖I和2中的超聲波診斷裝置10實質上相同，且因此將不提供與圖相結合的描述。本實施例的超聲波診斷裝置的裝置本體具有與該新穎功能相對應的配置。下文中，在本實施例的超聲波診斷裝置的詳細描述中，以相同的引用標號來表示與圖2中示出的超聲波診斷裝置10的組件相同的那些組件。圖11是示出了預測范圍的方法示例的示意圖，在以偏轉角發送的超聲波束中，來自穿刺針的超聲波的鏡面反射波(鏡面反射分量)在該范圍中到達。如果穿刺針NI進入對象BI的插入角度是0 2，當以傾角小2從超聲波的進入位置P41進入的超聲波在穿刺針NI上導致在深度D2處的鏡面反射之后，從對象BI發射反射波的點是P41’，以及從超聲波的進入位置P41到穿刺針NI的插入位置之間的距離是W2，反射波返回的點P41’與進入點P41之間的距離L2由表達式(3)來計算。相應地，在本實施例的超聲波診斷裝置中，優選考慮到反射波返回的點P41’來確定接收開ロ的寬度。
權利要求
1.一種超聲波診斷裝置，包括 多個超聲波換能器，執行對對象的包含穿刺針的目標部位的超聲波發送和接收； 發送控制設備，用于形成要從在所述多個超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束； 獲取設備，用于獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息； 接收控制設備，用于基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，設置與在多個超聲波換能器上設置的發送開口不同的第一接收開口 ；以及 接收信號處理設備，用于處理由多個超聲波換能器使用所述第一接收開口接收到的超聲回波信號。
2.根據權利要求I所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述獲取設備根據多個超聲波換能器與穿刺針之間的位置關系，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。
3.根據權利要求2所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述獲取設備根據插入對象中的穿刺針相對于多個超聲波換能器的插入角度，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。
4.根據權利要求3所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述發送控制設備形成要被偏轉的超聲波束，以及 所述獲取設備根據穿刺針的插入角度和超聲波束的偏轉角度，來獲取與鏡面反射分量有關的信息。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收信號處理設備對超聲回波信號執行加權處理，以突出鏡面反射分量。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收信號處理設備還具有臨時存儲超聲回波信號的存儲單元。
7.根據權利要求5所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收信號處理設備還包括臨時存儲超聲回波信號的存儲單元，對超聲回波信號執行用于增強對象組織分量的加權處理，以及將被這樣執行了用于增強對象組織分量的加權處理的超聲回波信號與被執行了用于增強鏡面反射分量的加權處理的超聲回波信號進行合成。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收控制設備設置第一接收開口，以包含位于與將穿刺針引入對象的插入位置相對于發送開口相對的一側處的超聲波換能器。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收控制設備還設置與第一接收開口不同的第二接收開口 ；以及 所述接收信號處理設備根據發送開口的多次發送，將使用第一接收開口和第二接收開口獲得的超聲回波信號進行合成。
10.根據權利要求I至8中任一項所述的超聲波診斷裝置， 其中，所述接收控制設備設置在多個超聲波換能器上不連續分隔的多個分隔接收開口作為第一接收開口； 在兩個相鄰的分隔接收開口之間存在至少一個不被用作接收開口的超聲波換能器；以及 針對發送開口的一次發送，所述接收信號處理設備對使用多個分隔接收開口獲得的超聲回波信號進行合成。
11.一種使用多個超聲波換能器對對象的包含穿刺針的目標部位發送和接收超聲波的方法，所述方法包括以下步驟 形成要從在多個超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束； 向對象的目標部位發送所形成的超聲波束； 獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息； 基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，在多個超聲波換能器上設置與發送開口不同的第一接收開口； 多個超聲波換能器使用所設置的第一接收開口接收超聲波束的超聲回波信號；以及 處理多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。
12.一種用于發送和接收超聲波的程序，所述程序使計算機執行多個步驟，以使用多個超聲波換能器向對象的包含穿刺針的目標部位發送和接收超聲波， 其中，所述多個步驟包括以下步驟 形成要從在多個超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束； 向對象的目標部位發送所形成的超聲波束； 獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息； 基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，在多個超聲波換能器上設置與發送開口不同的第一接收開口 ；以及 多個超聲波換能器使用所設置的第一接收開口接收超聲波束的超聲回波信號；以及 處理多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。
13.—種計算機可讀記錄介質,在所述計算機可讀記錄介質上記錄了根據權利要求12所述的用于發送和接收超聲波的程序。
全文摘要
超聲波診斷裝置包括多個超聲波換能器，該多個超聲波換能器執行對對象的包含穿刺針的目標部位的超聲波發送和接收。發送和接收超聲波的方法使用該超聲波換能器。該裝置和方法形成要從在超聲波換能器上設置的發送開口發送的超聲波束，獲取與穿刺針中的超聲波束的鏡面反射分量有關的信息；基于與超聲波束的鏡面反射分量有關的信息，設置與在多個超聲波換能器上設置的發送開口不同的第一接收開口，以及處理多個超聲波換能器使用第一接收開口接收到的超聲回波信號。
文檔編號A61B8/00GK102652678SQ20121004819
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月28日 優先權日2011年3月3日
發明者宮地幸哉, 田代理香, 勝山公人 申請人:富士膠片株式會社