超聲波攝像裝置制造方法

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超聲波攝像裝置制造方法
【專利摘要】提供一種超聲波攝像裝置。以自適應信號處理的手法以及較少的運算量精度良好地進行超聲波攝像裝置的波面形變所導致的畫質劣化的補償。由元件(106)接收來自被檢體的超聲波信號，通過延遲電路(204)按照規定的接收焦點的位置分別使多個元件接收到的接收信號延遲。周邊信息運算部(205)從延遲后接收信號中分別獲取針對接收焦點以及接收焦點的周邊區域之中的多個點的信息。例如，求取與多個導向角度相對應的自適應權重。周邊信息合成部(206)對多個信息(自適應權重)進行合成，使用合成后的信息來生成相位調整輸出。或者，使用多個自適應權重和接收信號生成相位調整輸出后進行合成。
【專利說明】超聲波攝像裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用超聲波來對被檢體內的圖像進行攝像的超聲波攝像技術。

【背景技術】
[0002] 所謂超聲波攝像技術是指，使用超聲波（無意去聽取的聲波，一般為20kHz以上的高頻的聲波）對以人體為首的被檢體的內部以非侵入方式進行圖像化的技術。作為一個例子，簡單說明醫用超聲波攝像裝置。超聲波探頭向患者的體內發送超聲波，并接收從患者體內反射的回波信號。接收信號在超聲波探頭以及超聲波攝像裝置主體的一方或者其雙方中被實施了信號處理后，移交至圖像顯示部，顯示超聲波圖像。更詳細來說明，例如在超聲波攝像裝置主體中的發送波束形成器中，生成發送波束的信號，在經由發送接收分離電路（T/ R)后，送至超聲波探頭。超聲波探頭發出超聲波。超聲波探頭接收了來自體內的回波信號后，向攝像裝置主體傳遞信號。在攝像裝置主體中，接收信號再次經由發送接收分離電路，在接收波束形成器中被實施了相位調整處理后，傳遞至圖像處理部。在圖像處理部中，執行各種濾波器、掃描變換器等各種圖像處理。最終在圖像顯示部中顯示超聲波圖像。
[0003] 這樣，一般的超聲波診斷裝置由送波波束形成、接收波束形成、以及后端的圖像處理這3種技術構成。特別，發送時以及接收時的波束形成器進行RF(高頻）電平下的信號處理，所以波束形成器的算法和實際安裝構造決定超聲波圖像的基本畫質。由此，波束形成器是裝置的主干部。
[0004] 接收波束形成器對于構成超聲波探頭的多個元件的各接收信號（接收數據），按照焦點位置和元件的位置之間的關系來給出延遲量在凹面型中分布的延遲時間，在虛擬地對空間的某一點對準焦點后，將接收信號數據相加。該方法被稱為基于延遲加法方式的相位調整。在該延遲加法方式中，將由超聲波診斷裝置的多個元件接收到的接收數據和儲存在診斷裝置中的固定的權重矢量相乘，加權后相加。不僅僅是接收波束形成器，這對于發送波束形成器也同樣。
[0005] 另一方面，作為超聲波攝像裝置的基本問題，已知存在方位方向分辨率的制約。超聲波的發送接收通過具有有限的開口直徑的陣列來進行，所以會產生開口部邊緣的衍射的影響。如果準備無限長的陣列，則與深度方向同樣地存在無限的分辨率提高的可能性，但是實際情況下，存在收發陣列的長度這樣的裝置設計上的物理方面的限制，因此妨礙了方位方向的分辨率提高。近年，使在波束形成器的延遲加法時為了延遲而使用的前述的固定的權重矢量，相對于時間序列的發送接收數據中的一個一個數據自適應地進行變化，由此嘗試獲取更精細的超聲波圖像，這樣的技術正在受到關注。由此，存在作為波束形成技術中本質性課題之一的方位方向的分辨率顯著提高的可能性。
[0006] 特別，在近年，開始報告有如下技術：將以移動體通信的領域中發展起來的MVDR 法（Minimum Variance Distortionless Response,最小方差無失真口向應；Capon 法）為首的自適應信號處理的技術應用于接收數據的波束形成器中的方位方向的分辨率的改善技術（非專利文獻1?6)。這些自適應的手法通過基于接收數據的相關矩陣使用于延遲加法的權重矢量的復分量自適應地發生變化來實現。即，以往，權重矢量為固定值，但是在自適應的手法中，按接收信號的時間方向的每個樣本點，使用接收信號通過運算來求取權重矢量，并將其與接收信號相乘。
[0007] 在自適應信號處理中，與現有的延遲加法方式相同地，介質中的不均勻聲速分布和微小體的雜亂散射所引起的超聲波波面的形變成為課題。在自適應信號處理中，也假設聲速固定并且同質（均勻）的介質來對裝置所設定的接收波束形成器的焦點進行設定。由此，在聲波傳播中存在形變的情況下，存在像變模糊或者在與實際的位置不同的場所成像這樣的課題。在現有延遲加法方式中，波面形變的校正早就成為課題，研究了利用相互相關處理的象差校正技術，在自適應波束形成器中，介質內的不均勻導致超聲波圖像的畫質有較大改變也同樣成為課題。
[0008] 作為與本發明相關的波束形成器的在先技術，關于利用多個波束的延遲時間調整，已知有專利文獻1?3,關于延遲輸出的合計，已知有專利文獻4,關于基于延遲時間調整的波面形變的校正技術，已知有專利文獻5。
[0009] 在先技術文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 JP特開2010-82371號公報
[0012] 專利文獻2 :JP特開2010-63875號公報
[0013] 專利文獻3 :JP特開平5-249088號公報
[0014] 專利文獻4 :JP特開2002-336249號公報
[0015] 專利文獻5 :JP特開平7-303640號公報
[0016] 非專利文獻
[0017] 非專利文獻 1 :Ι· K. Holfort，et al.，"Adaptive receive and transmit apodization for synthetic aperture ultrasound imaging，，'Proc. IEEE Ultrason. Symp. , pp. 1-4(2009).
[0018] 非專利文獻 2 :J. Capon :High_resolution frequency wavenumber spectrum analysis，Proc. IEEE，Vol. 57, pp. 1408-1418, Aug. (1969) ·
[0019] 非專利文獻 3 :F. Vignon et al. ：Capon beamforming in medical ultrasound imaging with focused beams，IEEE Trans.Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, Vol. 55, No. 3, pp. 619-628,（2008).
[0020] 非專利文獻 4 :J. F. Synnevag et al· :Benefits of Minimum-Variance Beamforming in Medical Ultrasound Imaging， IEEE Trans.Ultrason, Ferroelectr. Freq. Control, Vol. 56, No. 9, pp. 1868-1879, (2009).
[0021] 非專利文獻5 :I. K. Holfort et al. ：Broadband minimum variance beamforming for ultrasound imaging，IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. , Vol. 56, No. 2, pp.314-325,（2009).
[0022] 非專利文獻 6 :Z. Wang et al·，"Time-delay-and time-reversal-based robust capon beamformers for ultrasound imaging，，'IEEE Trans. Med. Imag. , 24 (10), pp. 1308-1322(2005).

【發明內容】

[0023] 發明要解決的課題
[0024] 在使用自適應波束形成器的超聲波診斷裝置中，已知波束的指向性敏銳。但是，由于實際的被檢體介質是不均勻的，因此發送的超聲波信號在焦點被反射，在焦點的周圍發生散射，所以焦點的對象物的信息也在焦點的周圍存在。在使用自適應波束形成器的指向性敏銳的波束中，存在不能獲取在焦點的周圍存在的超聲波信號，從而畫質劣化這樣的問題。此外，由于被檢體介質是不均勻的，所以會發生由于聲速不均一等導致的波面形變。由于波面形變，這次來自焦點周圍的介質的反射波與接收聲波混合存在。該來自周圍的介質的反射波是與來自焦點的信息具有相關性的噪音信號，由于該相關性噪音，也存在畫質劣化這樣的問題。
[0025] 因此，尋求能夠再現散布于焦點的周圍的焦點的信息并且同時減少來自焦點周圍的介質的不必要的相關性噪音的技術。即，期望具備以下畫質劣化補償手法的自適應波束形成技術，在該畫質劣化補償手法中，減少散布于焦點的周圍的超聲波信號的錯失，對于波面形變引起的相關性噪音的健壯性較高，并且處理負荷較小。
[0026] 本發明的目的在于，提供一種能夠補償起因于被檢體介質的不均勻性的畫質劣化的超聲波攝像裝置。
[0027] 用于解決課題的手段
[0028] 本發明的超聲波攝像裝置具有：接收來自被檢體的超聲波信號的多個元件；延遲部，其按照規定的接收焦點的位置分別使多個元件接收到的接收信號延遲并生成延遲后接收信號；周邊信息運算部，其從延遲后接收信號中分別獲取針對接收焦點以及接收焦點的周邊區域之中的多個點的信息；周邊信息合成部，其對針對多個點分別獲取到的信息進行合成，使用合成后的信息來生成相位調整輸出；以及圖像處理部，其使用相位調整輸出來生成圖像數據。
[0029] 發明效果
[0030] 根據本發明，由于能夠獲取散布于焦點的周圍的超聲波信號，所以能夠減少信號的錯失，對于起因于波面形變的相關性噪音的健壯性較高，并且不使處理負荷較大增加就能夠進行畫質劣化補償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1(a)是表示本實施方式的超聲波攝像裝置的概略構成的立體圖，（b)是方框圖。
[0032] 圖2是表示第1實施方式的接收波束形成器的構成的方框圖。
[0033] 圖3是表示第2實施方式的接收波束形成器的構成的方框圖。
[0034] 圖4是表示第2實施方式的延遲電路的動作的說明圖。
[0035] 圖5(a)?（f)是表示本發明的實施方式的效果的說明圖。
[0036] 圖6是表示第2實施方式的信號處理的動作和效果的說明圖。
[0037] 圖7是表示第3實施方式的接收波束形成器的周邊信息合成部的構成的方框圖。
[0038] 圖8是表示第4實施方式的延遲電路的動作的說明圖。
[0039] 圖9是表示第4實施方式的接收波束形成器的構成的方框圖。
[0040] 圖10(a)?（c)是表示第4實施方式的接收波束形成器的導向矢量（steering vector)的說明圖。
[0041] 圖11是表示第5實施方式的接收波束形成器的構成的方框圖。
[0042] 圖12是表示第6實施方式的接收波束形成器的臨時保存部的構成的方框圖。
[0043] 圖13是表示第6實施方式的信號處理的動作和效果的方框圖。
[0044] 圖14是表示第7實施方式的接收波束形成器的臨時保存部的構成的方框圖。
[0045] 圖15是表示第7實施方式的信號處理的動作和效果的方框圖。
[0046] 圖16是表示第8實施方式的接收波束形成器的臨時保存部的構成的方框圖。
[0047] 圖17是表示第8實施方式的信號處理的動作和效果的方框圖。
[0048] 圖18是表示第9實施方式的接收波束形成器的臨時保存部的構成的方框圖。
[0049] 圖19是表不第9實施方式的信號處理的動作和效果的方框圖。
[0050] 圖20(a)?（g)是表示第10實施方式的調整部所進行的導向矢量的設定動作的說明圖。
[0051] 圖21是表示第11實施方式的接收波束形成器的構成的方框圖。
[0052] 圖22(a)是根據超聲波圖像的位置來表示焦點處的反射所形成的信號的擴展區域（橢圓區域2205)和基于固定的導向角度的點擴展函數2204的失配（mismatch)的說明圖，（b)是表示通過固定的導向角得到的超聲波圖像（B模式像）的亮度分布的說明圖，（c) 是表示基于由第11實施方式設定的導向角度的點擴展函數2204和橢圓區域2205之間的關系的說明圖，（d)是通過由第11實施方式設定的導向角得到的超聲波圖像（B模式像）的亮度分布的說明圖。
[0053] 圖23(a)是表示第12實施方式中B模式圖像的信號強度或者亮度分布的圖表， (b)是表示根據圖（a)的圖表求取出的導向角度的分布的圖表和表示預先決定的導向角度的分布的圖表。
[0054] 圖24是本實施方式的超聲波攝像裝置的控制臺的立體圖。
[0055] 圖25是本實施方式的超聲波攝像裝置的另外的具體例的控制臺和圖像顯示部的立體圖。
[0056] 圖26 (a)是在超聲波波束中未產生波面變形的情況下的6個點散射體的超聲波圖像（B模式像），（b)是在超聲波波束中產生波面變形的情況下的6個點散射體的超聲波圖像（B模式像）。
[0057] 圖27是針對圖26的超聲波圖像表示1個點散射體和其周圍的亮度分布的圖表。

【具體實施方式】
[0058] 說明本發明的實施方式。
[0059](第1實施方式）
[0060] 第1實施方式的超聲波攝像裝置具有：接收來自被檢體的超聲波信號的多個元件；延遲部，其按照規定的接收焦點的位置分別使多個元件接收到的接收信號延遲并生成延遲后接收信號；周邊信息運算部；周邊信息合成部；以及圖像處理部。周邊信息運算部從延遲后接收信號中分別獲取針對接收焦點以及接收焦點的周邊區域之中的、多個點的信息。周邊信息合成部對針對多個點分別獲取到的信息進行合成，使用合成后的信息來生成相位調整輸出。圖像處理部使用相位調整輸出來生成圖像數據。以下，具體進行說明。 [0061] 首先，使用圖1(a)、（b)針對超聲波攝像裝置的整體構成進行說明。圖1(a)是裝置的立體圖，圖1(b)是表示內部的概略構成的方框圖。
[0062] 如圖1 (a)所示，超聲波攝像裝置具備：超聲波探頭101、裝置主體102、圖像顯示部 103、和控制臺110。在裝置主體102內，如圖1(b)所示，配置有：發送波束形成器104、發送接收分離電路（T/R) 107、接收波束形成器108、圖像處理部109、以及控制這些部件的動作的控制部111。
[0063] 超聲波探頭101具備排列為陣列狀的多個元件（超聲波振子）106。在發送波束形成器104中生成發送波束用的信號，經由發送接收分離電路107，移交至超聲波探頭101。超聲波探頭101從多個元件向被檢體100的體內發送超聲波。在體內反射的回波信號由超聲波探頭101接收。接收信號再次經由發送接收分離電路107后，在接收波束形成器108 中被實施相位調整運算處理等。相位調整運算處理后的接收信號被移交至圖像處理部109，被執行各種濾波器、掃描變換器等各種圖像處理，生成超聲波圖像。超聲波圖像被移交至圖像顯示部103并顯示。
[0064] 圖2是表示接收波束形成器108的構成的方框圖。如圖2所示，接收波束形成器 108包括：延遲電路204、周邊信息運算部205、周邊信息合成部206、以及從延遲電路204的輸出至周邊信息合成部的旁路線207。這些接收波束形成器108的各部分能夠分別由獨立的電路構成，也能夠構成為通過預先保存程序的存儲器和讀入該程序并執行的CPU來實現各部分的動作。
[0065] 在本實施方式的接收波束形成器108中，在控制部111的控制下，占線通道設定部 (未圖示）在超聲波探頭101的有限口徑的一部分設定占線通道（active channel)，進行接收波束形成處理。即，在接收到針對1束發送超聲波波束的接收回波的構成超聲波探頭 101的多個元件106之中，將一部分范圍的元件106作為占線通道201，使用占線通道201 的接收信號來生成超聲波傳播方向的1束的圖像數據（光柵：相位調整輸出y(η))。如圖2 所示，一面使元件106的位置一點一點地偏移，一面依次構成占線通道202、占線通道201、占線通道203,針對各個占線通道202、201、203來生成光柵，對該結果排列后形成超聲波圖像。
[0066] 延遲電路204配置為周邊信息運算部205的前級，是進行以下處理的模塊，S卩：對于構成占線通道201的多個元件106的各接收信號（接收數據），按照元件的位置來給出延遲時間，并虛擬地對空間的某一點對準焦點。按每個元件106賦予的延遲時間與攝像對象在空間內的各個對象位置相對應，預先作為延遲時間組來準備。延遲電路204按照設定的焦點位置來選擇延遲時間組，對于多個元件的各接收信號給出分別不同的延遲時間。由此，能夠進行將攝像對象的整個空間包羅在內的聚焦處理。
[0067] 周邊信息運算部205進行對由于來自接收焦點的反射而散布于接收焦點的周邊的信息進行收集的動作。例如，周邊信息運算部205通過進行自適應信號處理，針對接收焦點以及其周邊部（周邊區域）之中的、2個以上的點，求取自適應權重（adaptive weight)。由此，能夠收集接收焦點的周邊信息。另外，所謂周邊部（周邊區域），是由于接收焦點處的信號的反射而散布有信號的區域，雖然根據接收元件、發送頻率、接收頻率、超聲波脈沖的波形、元件陣列的尺寸/間距、點擴展函數等條件的不同其大小會有上下改變，但粗略來說，以連結接收焦點和占線通道的中心的軸作為中心軸在占線通道方向上具有±5°以內程度的擴展的長軸，在與占線通道方向正交的超聲波傳播方向上具有與占線通道方向相同程度的長度或者短一些的長度的短軸，是像這樣大體上橢圓形狀（三維的情況下為橢圓球）的區域。此時，焦點位于短軸和長軸的交點。此外，同時，所謂周邊部（周邊區域）也是以下這樣的區域，即：由于波面形變，來自焦點周圍的介質的反射波與接收聲波混合存在，該來自周圍的介質的反射波作為與來自焦點的信息具有相關性的噪音信號而在接收信號中顯現化的這樣的區域。
[0068] 此外，周邊信息合成部206對在周邊信息運算部205中收集到的周邊信息進行合成（復合），求取最終的相位調整輸出y (η)。例如，求取對周邊信息運算部205所求取出的 2點以上的自適應權重進行合成后得到的合成權重，利用該合成權重對由延遲電路204進行了延遲處理的各元件106的信號進行加權，并進行相位調整，由此能夠對周邊信息進行合成。
[0069] 該最終的相位調整輸出y(n)按分別與占線通道202、201、203相對應的每個光柵，被依次傳遞至圖像處理部109,并基于該合成后的相位調整輸出來生成超聲波圖像。
[0070] 這樣，在第1實施方式中，通過由周邊信息運算部205收集來自接收焦點的周圍的信息，能夠一面使用指向性較高的自適應波束形成器，一面收集在焦點被反射并散布于周圍的信息。進一步地，通過使用收集到的周邊信息，能夠利用相關性信號的非對稱性，能夠進行起因于波面形變的相關性噪音的消除（無相關化）。由此，即使被檢體的介質不均勻，也能夠防止畫質劣化，并且也不易受到波面變形導致的相關性噪音的影響，能夠得到健壯性較高的超聲波攝像裝置。
[0071] (第2實施方式）
[0072] 在第2實施方式中，在第1實施方式的超聲波攝像裝置中，周邊信息運算部205通過進行自適應波束形成，來求取自適應權重作為信息。
[0073] 周邊信息運算部205構成為，使用對由第1實施方式所示的多個元件106構成的陣列表面的規定的位置和多個點進行連結的方向矢量即導向矢量來求取針對多個點的自適應權重。
[0074] 進一步地，周邊信息運算部205構成為，包括：使用延遲后接收信號來生成協方差矩陣的矩陣運算部；以及根據協方差矩陣和上述導向矢量來求取針對上述多個點的自適應權重矢量的權重矢量運算部。周邊信息合成部206構成為，包括：對周邊信息運算部205所求取出的針對多個點的自適應權重進行相加來生成合成權重的權重合成部；以及將合成權重和延遲后接收信號相乘來生成相位調整輸出的內積運算部。
[0075] 在周邊信息運算部205和權重合成部之間也可以配置固定變跡乘法部，該固定變跡乘法部對于周邊信息運算部所求取出的針對多個點的自適應權重，分別乘以預先決定的固定的權重。
[0076] 內積運算部在延遲后接收信號上分別乘以合成權重后，加上延遲后接收信號，由此生成相位調整輸出。
[0077] 使用圖3,針對本發明的第2實施方式的超聲波攝像裝置具體進行說明。另外，針對與第1實施方式相同的構成的部分省略說明。
[0078] 在第2實施方式中，周邊信息運算部205通過針對接收焦點及其周邊部之中的、 2個以上的點來求取自適應權重，由此收集接收焦點的周邊信息。具體來說，在計算自適應權重時，使用多個導向矢量a，針對來自超聲波探頭的占線通道的元件的方向偏離了接收焦點的點（即導向矢量的方向與焦點方向不同的點）也求取自適應權重。周邊信息合成部 206對周邊信息運算部205所求取出的2點以上的自適應權重進行合成，使用得到的合成權重來進行接收信號的相位調整處理。所謂導向矢量，是連結占線通道的中心位置和上述點的方向矢量。針對導向矢量，通過后述的式（4)進行詳細說明。進一步地，具體進行說明。
[0079] 圖3是表示第2實施方式的接收波束形成器108的構成的方框圖，這里，作為本發明的優選的實施方式，示出使用將自適應信號處理技術應用于波束形成器的自適應波束形成器的方式。另外，關于接收波束形成器108以外的部分、即位于接收波束形成器108的前級的超聲波探頭101、發送波束形成器104以及發送接收電路107、以及位于接收波束形成器108的后級的圖像處理部109以及圖像顯示部103,由于與第1實施方式相同，所以省略說明以及圖示。
[0080] 如圖3所示，接收波束形成器108內的周邊信息運算部205具備矩陣運算部300和自適應權重運算部301。自適應權重運算部301包括多個權重矢量運算部3021、3022、3023，針對接收焦點及其周邊部的點分別計算權重矢量。這里，由于配置有3個權重矢量運算部 3021?3023,所以能夠針對3個點來求取權重矢量。但是，本實施方式中，權重矢量運算部的數目不限定為3個，只要是多個則可以為任何數目。
[0081] 在矩陣運算部300中，接受來自延遲電路204的輸入（延遲后接收數據X (η))，生成空間協方差矩陣R(n)。空間協方差矩陣被輸入至自適應權重運算部301，在多個權重矢量運算部3021、3022、3023的每一個中，針對接收焦點及其周邊部之中的、導向矢量的方向不同的規定的3個點，計算權重矢量^仏)、w 2(n)、w3(n),并輸出至周邊信息合成部206。針對導向矢量以后詳細說明。
[0082] 周邊信息合成部206具備權重合成部306和內積運算部307。權重合成部306通過將多個權重矢量wjn)、w 2(n)、w3(n)相加來進行合成，生成合成權重￥_〇1)。內積運算部307利用該合成權重w sum (η)，對從旁路線207輸入的延遲后接收數據X (η)加權后進行相力口，得到相位調整輸出y(n)。由此，能夠得到同一光柵內的、來自導向矢量的方向不同的多個點的信息，作為1個相位調整輸出。內積運算部307具體來說，具備以下部件而構成：將合成權重(η)和延遲后接收數據x(n)相乘的乘法部3071 ;以及計算乘法后的延遲后數據之和的加法部3072。
[0083] 此外，在周邊信息合成部206中，能夠根據需要，來附加固定變跡乘法部305。固定變跡乘法部305對權重矢量^ (n)、w2 (n)、w3(n)分別乘以預先設定的固定的權重，進行加權。
[0084] 由周邊信息合成部206得到的相位調整輸出y (η)被傳遞至圖像處理部109。在圖像處理部109中基于相位調整結果y (η)而生成超聲波圖像。
[0085] 在以下的說明中，進一步地詳細說明對與1次發送接收相對應的1個占線通道201 的各元件106的接收數據進行處理，來生成1光柵的相位調整數據時的各部分的動作。
[0086] 圖4是表示延遲電路204等的動作的圖。首先，通過構成占線通道201的Κ個元件106,分別接收Κ個接收數據。以下，將Κ個接收數據也稱為Κ通道的接收數據u(n)。接收數據u(n)經由發送接收分離電路107被輸入至延遲電路204。延遲電路204對于構成占線通道201的K個元件106的接收信號（接收數據404) Ul (n)、u2 (η).....uK(n)，按照元件106的位置，來給出延遲量在凹面型405中以空間內的一點401為中心進行分布的延遲時間，得到延遲后接收數據xjn)、x2(n)、. . .、χκ(η)。由此,在焦點401處虛擬地對準焦點。這里，η是超聲波接收信號的時間方向（超聲波傳播方向的深度方向）的某時刻（快照時刻）。對于1光柵的樣本總數Ν，為0 < η < (Ν+1)。通過使該快照時刻η偏移，并進一步使凹面型405的形狀改變為不同的凹面型（例如凹面型406、407)，能夠在點402、403處分別對準焦點。由此，能夠對準于希望的焦點，使各元件106的接收信號404延遲，得到波面一致的接收信號（延遲后接收數據）的時間序列數據408、409、410。
[0087] 如果構成占線通道201的元件數（通道數）為Κ個，則某快照時刻η的Κ個延遲后接收數據能夠表示為下記式（1)的左邊的矢量X (η)。
[0088] [數式 1]
[0089] X (η) = [χ! (η), χ2 (η), . . . , χκ (η) ]τ ···(]_)
[0090] 在現有技術的自適應波束形成器中，該延遲后接收數據X (η)被輸入至自適應處理部，生成由快照時刻η的Κ個通道中的每一個通道的權重值wK (η)構成的自適應權重矢量￥(11) = [￥1(11)，￥2(11)，...，￥1^(11)]1'。進一步地，通過對該自適應權重矢量￥(11)和延遲后接收數據χ(η)在內積運算部中進行內積運算，得到某快照時刻η的自適應波束形成器輸出y (η)。在本發明中，使用多個導向矢量a，針對焦點位置的周邊部分也求取自適應權重矢量。
[0091] 延遲后接收數據矢量X(n)如圖3所示，被輸入至周邊信息運算部205。在周邊信息運算部中，首先，在矩陣運算部300中，通過下式（2)來求取空間協方差矩陣R(n)。在求取R(n)時，可以將x(n)直接作為實信號來使用，也可以使用實施希爾伯特變換（Hilbert transformation)或基帶調制等而變換為復數數據的信號。這里，作為更具一般性的某方式，以將X (η)變換為復數據ξ (η)，并如式⑵這樣求取空間協方差矩陣R(n)的情況為例進行說明。式（2)的R(n)取式（3)所表示的復矢量ξ (η)和其（復）共軛轉置矢量ξΗ(η) 之積的總體平均。
[0092] [數式 2]
[0093]

【權利要求】
1. 一種超聲波攝像裝置，其特征在于，具有：接收來自被檢體的超聲波信號的多個元件；延遲部，其按照規定的接收焦點的位置分別使上述多個元件接收到的接收信號延遲而生成延遲后接收信號；周邊信息運算部，其從上述延遲后接收信號中分別獲取針對上述接收焦點以及接收焦點的周邊區域之中的多個點的信息；周邊信息合成部，其對針對上述多個點分別獲取到的上述信息進行合成，使用合成后的上述信息來生成相位調整輸出；以及圖像處理部，其使用上述相位調整輸出來生成圖像數據。
2. 根據權利要求1所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述延遲部針對不同的多個接收焦點分別生成上述延遲后接收信號，上述周邊信息運算部以及上述周邊信息合成部按多個上述接收焦點中的每一個接收焦點，針對上述接收焦點以及該接收焦點的周邊區域之中的上述多個點來獲取上述信息，生成上述相位調整輸出。
3. 根據權利要求2所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有占線通道設定部，該占線通道設定部對于上述多個元件將占線通道按時間序列依次設定在不同的位置，將上述占線通道中包含的上述元件的接收信號移交至上述延遲部，針對某時間點的上述占線通道的上述接收信號的多個上述接收焦點的一部分，與針對不同的時間點的上述占線通道的多個上述接收焦點的一部分位置重疊。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述周邊信息運算部通過進行自適應波束形成來求取自適應權重作為上述信息。
5. 根據權利要求4所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述周邊信息運算部使用將上述多個元件之中的規定的元件和上述多個點連結的方向矢量即導向矢量來求取針對上述多個點的上述自適應權重。
6. 根據權利要求4或5所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述周邊信息合成部包括：權重合成部，其將上述周邊信息運算部所求取出的針對上述多個點的自適應權重相加來生成合成權重；以及內積運算部，其對上述合成權重和上述延遲后接收信號進行內積運算來生成上述相位調整輸出。
7. 根據權利要求4或5所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述周邊信息合成部包括：多個內積運算部，該多個內積運算部將上述周邊信息運算部所求取出的針對上述多個點的上述自適應權重分別與上述延遲后接收信號進行內積運算，生成多個上述自適應權重中的每一個自適應權重的合成前相位調整輸出；以及輸出合成部，其將上述多個自適應權重中的每一個自適應權重的合成前相位調整輸出相加來進行合成，生成在上述圖像數據的生成中使用的上述相位調整輸出。
8. 根據權利要求1?7中任一項所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有占線通道設定部，該占線通道設定部對于上述多個元件將占線通道按時間序列依次設定在不同的位置，將上述占線通道中包含的上述元件的接收信號移交至上述延遲部，上述周邊信息合成部對上述周邊信息運算部從一個上述占線通道的上述接收信號中得到的上述信息進行合成來生成上述圖像處理部在圖像生成中使用的最終的上述相位調整輸出。
9. 根據權利要求6所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有占線通道設定部，該占線通道設定部對于上述多個元件將占線通道按時間序列依次設定在不同的位置，將上述占線通道中包含的上述元件的接收信號移交至上述延遲部，上述周邊信息合成部將上述周邊信息運算部從一個上述占線通道的上述接收信號中得到的、上述多個自適應權重中的每一個自適應權重的合成前相位調整輸出相加，按每個上述占線通道生成上述圖像處理部在圖像生成中使用的最終的上述相位調整輸出。
10. 根據權利要求7所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，在上述相位調整部和上述加法部之間配置保存部，該保存部保存由上述相位調整部生成的、上述多個自適應權重中的每一個自適應權重的上述合成前相位調整輸出。
11. 根據權利要求10所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有占線通道設定部，該占線通道設定部對于上述多個元件將占線通道按時間序列依次設定在不同的位置，并將上述占線通道中包含的上述元件的接收信號移交至上述延遲部，上述相位調整部針對各個上述占線通道，生成多個上述自適應權重中的每一個自適應權重的合成前相位調整輸出，上述加法部從上述保存部以及上述相位調整部中獲取針對不同的上述占線通道而生成的上述合成前相位調整輸出并相加，來生成上述相位調整輸出。
12. 根據權利要求10所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，上述多個元件是二維地排列的二維陣列，上述周邊信息運算部生成針對在上述二維方向上設定的上述多個點的上述合成前相位調整輸出，上述保存部保存上述合成前相位調整輸出。
13. 根據權利要求5所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，具有調整部，該調整部對上述導向矢量的個數以及方向之中的至少一方進行調整。
14. 根據權利要求13所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有存儲部，該存儲部按照由上述圖像處理部生成的圖像內的上述接收焦點的位置，預先存儲朝向上述多個點的導向矢量的擴展角的分布，上述調整部使用按照上述接收焦點的位置從上述存儲部讀出的擴展角的導向矢量來求取上述自適應權重。
15. 根據權利要求13所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，進一步具有顯示上述圖像的圖像顯示部以及操作部，在上述圖像顯示部以及操作部中的至少一方配置受理部，該受理部從操作者受理對上述調整部的導向矢量的設定。
【文檔編號】A61B8/00GK104114099SQ201380009474
【公開日】2014年10月22日申請日期:2013年1月23日優先權日:2012年2月15日
【發明者】池田貞一郎, 鱒澤裕, 田原麻梨江, 高野慎太, 橋場邦夫申請人:株式會社日立制作所

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