信号処理装置、信号処理方法、プログラム、記憶媒体および超音波診断装置
【課題】 反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度とＳ／Ｎ比を高める。
【解決手段】 雑音低減フィルタ（６００）においてＱ信号およびＩ信号の両者が位相計算部（６１０）に入力される。位相計算部（６１０）には位相フィルタ部（６３０）が接続され、位相フィルタ部（６３０）は位相（Φ）の移動平均（Φaverage）を演算する。
このように、位相（Φ）に対して直接フィルタ処理を施すことにより、位相性雑音を効果的に除去し得る。
【解決手段】 雑音低減フィルタ（６００）においてＱ信号およびＩ信号の両者が位相計算部（６１０）に入力される。位相計算部（６１０）には位相フィルタ部（６３０）が接続され、位相フィルタ部（６３０）は位相（Φ）の移動平均（Φaverage）を演算する。
このように、位相（Φ）に対して直接フィルタ処理を施すことにより、位相性雑音を効果的に除去し得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波を利用して生体内部組織の断層像や運動反射体の運動速度を表示する超音波診断装置等に好適な信号処理装置および信号処理方法に係り、特に雑音低減フィルタを備えた信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９に示すように、従来の超音波診断装置は、超音波を送受信する探触子１と、探触子１を駆動して超音波を発生させる送信手段２と、探触子１で受信した反射信号を所定レベルに増幅する受信手段３とを有する。受信手段３には帯域フィルタ４、直交検波器５、フィルタ手段６が順次接続され、帯域フィルタによって信号帯域以外の雑音を除去した信号を、直交検波器５によってＱ／Ｉ信号（複素信号）に分離する。
【０００３】
図２０に示すように、フィルタ手段６は複素信号におけるＱ信号が入力されるフィルタ部１０とＩ信号が入力されるフィルタ部１１とを有し、フィルタ部１０、１１によってＱ／Ｉ信号それぞれについて雑音を除去する。
【０００４】
フィルタ手段６で雑音除去されたＱ信号Ｑf、Ｉ信号Ｉfは出力部２０に入力される。出力部２０は信号処理手段７、表示処理手段８および表示手段９を含み、信号処理手段７では、例えばドプラ音の生成処理が行なわれる。その後、信号処理手段７の出力信号について表示処理手段８によってドプラ音が駆動され、表示手段９から出力される。
【０００５】
そしてフィルタ部１０、１１としてはハイパスフィルタやローパスフィルタが使用されている。
【０００６】
なお、従来の雑音低減フィルタを備えた超音波診断装置として、例えば特許文献１記載の装置が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−００９５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波診断装置における雑音は、組織、臓器からの超音波多重反射波等に起因するものであるが、従来の雑音低減フィルタは、主に加法性雑音に着目したものであり、位相性雑音には有効でなく、またＱ／Ｉ信号の直交性が損なわれることがある。このため従来は、反射信号の忠実度およびＳ／Ｎ比を充分高めることができなかった。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、受信信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることを目的とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超音波反射信号等の受信信号から位相性雑音を除去でき、忠実度およびＳ／Ｎ比を高め得る。また超音波診断装置においては、鮮明な診断画像等を生成し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る信号処理装置は、受信信号から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部とを備える。これによって反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１２】
本発明に係る信号処理装置は、前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部をさらに備えたものであってもよい。これによって加法性雑音をも有効に除去し得る。
【００１３】
本発明に係る信号処理装置において、前記振幅フィルタ部は、例えば振幅信号の移動平均を算出する。
【００１４】
本発明に係る信号処理装置において、前記位相フィルタ部は、例えば、位相信号の移動平均を算出し、あるいは、位相信号の平滑化微分を算出する。前者は穏やかに正弦的に変位する反射体、例えば拡張、収縮を繰り返す心臓壁等に有効である。また後者は、運動速度が略一定の反射体、例えば鞭状の運動をする心臓弁等に有効である。
【００１５】
本発明に係る信号処理装置において、前記受信信号は、例えば超音波診断装置等の超音波反射信号である。
【００１６】
本発明に係る信号処理方法は、受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップとを備える。これによって反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１７】
本発明に係るコンピュータ実行可能なプログラムは、受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップとをコンピュータに実行させるプログラムコードを含む。これによって、汎用コンピュータによって、反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１８】
さらにこのようなプログラムをコンピュータ読取可能な記憶媒体に記憶すれば、記憶媒体から汎用コンピュータにプログラムを読み込んで、汎用コンピュータによって、反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１９】
本発明は、検査部位に対して超音波を発信し、前記検査部位からの超音波反射信号を受信する探触子と、前記探触子を駆動して超音波を発生する送信手段と、前記探触子で受信した超音波反射信号を増幅する受信手段と、前記受信手段の出力から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から雑音を除去する雑音低減フィルタ手段と、前記雑音低減フィルタ手段から出力される信号によって検査部位の診断に必要な情報を出力する出力手段とを備えた超音波診断装置であって、前記雑音低減フィルタ手段は、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部と、前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＱ信号を再生するＱ信号再生部と、前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＩ信号を再生するＩ信号再生部とを備える。超音波反射信号の加法性雑音および位相性雑音の両者を有効に除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明に係る超音波診断装置の好適な実施例を図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
［全体装置］
図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施例１を示すブロック図、図２は、図１における雑音低減フィルタ部を示すブロック図、図３は、図２の雑音低減フィルタ部における各構成要素の詳細を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、超音波診断装置は、超音波を送受信する探触子１００と、探触子１００を駆動して超音波を発生させる送信手段２００と、探触子１で受信した反射信号を所定レベルに増幅する受信手段３００とを有する。受信手段３００には帯域フィルタ４００、直交検波器５００が順次接続され、帯域フィルタ４００によって信号帯域以外の雑音を除去した信号を、直交検波器５００によってＱ／Ｉ信号（複素信号）に分離する。帯域フィルタ４００および直交検波器５００は公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能であり、受信手段３００は公知のアナログ回路によって実現可能である。
【００２３】
直交検波器５００から出力されるＱ信号、Ｉ信号は雑音低減フィルタ６００に入力され、雑音低減処理の後に出力部（出力手段）９５０に入力される。出力部９５０は、信号処理手段７００、表示処理手段８００および表示手段９００を含む。信号処理手段７００は、入力されたＱ信号、Ｉ信号から例えばドプラ信号を発生させる演算処理を実行する。
【００２４】
信号処理手段７００の出力は表示処理手段８００に入力され、表示処理手段８００においてドプラ音が駆動され、表示手段９００から出力される。なお、表示処理手段８００においてＱ信号、Ｉ信号に基いて１フレームごとの画像信号を生成し、表示手段９において画像信号に基いて画像を表示する構成も採用し得る。
【００２５】
出力部９５０は例えば図２１のように構成され、信号処理手段７００としては帯域制限部７２０、表示処理手段８００として信号レベル検出部８２０および音響用パワーアンプ８４０、表示手段としてスピーカ９２０が採用される。
【００２６】
帯域制限部７２０は、ドプラ周波数中の必要な信号帯域のみを抽出するフィルタを含み、例えば２．５ＭＨｚの超音波を使用して胎児心臓のドプラ音を抽出する場合、２００Ｈｚ〜１．５ｋＨｚの周波数帯域の信号を抽出する。
【００２７】
表示処理手段８００の信号レベル検知部８２０は、探触子１００を生体に擦り付けた際の定格を超えるような過大信号がスピーカに入ることを防ぐために、帯域制限部７２０出力の信号レベルを監視する。信号レベルが所定値を超えたときは音響用パワーアンプ８４０が信号を出力しないように制御（ミュート）する。また音響用パワーアンプ８４０は、スピーカ９２０を駆動する。
【００２８】
スピーカ９２０はドプラ音を出力するためのものであり、心臓のドプラ音等の出力のためには低音域が鮮明なものが使用される。
［雑音低減フィルタ］
図２および図３において、雑音低減フィルタ６００は位相計算部６１０と振幅計算部６２０を有し、Ｑ信号およびＩ信号の両者が位相計算部６１０および振幅計算部６２０に入力される。
【００２９】
位相計算部６１０は式（１）の演算によって位相Φを算出し、振幅計算部６２０は式（２）の演算によって振幅Ａを算出する。
【００３０】
【数１】
位相計算部６１０、振幅計算部６２０には、位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０がそれぞれ接続されている。位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０はローパスフィルタであり、位相フィルタ部６３０は位相Φの移動平均Φaverageを演算し、振幅フィルタ部６４０は振幅Ａの移動平均Ａaverageを演算する。ローパスフィルタは公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能である。
【００３１】
図４はデジタルフィルタによって実現ざれたローパスフィルタの一例を示すブロック図である。
【００３２】
図４において、ローパスフィルタは入力信号Ｓ（ｔ）が入力される加算部２０００と、加算部２０００の出力が入力される乗算部２０１０およびホールド回路２０２０と、ホールド回路２０２０の出力が入力される乗算部２０３０とを備え、乗算部２０３０の出力は加算部２０００にフィードバックされている。
【００３３】
加算部２０００の加算結果は、ホールド回路２０２０で保持された後に加算部２０００において入力信号に足し込まれ、入力信号が順次積算される。積算結果は乗算部２０１０において入力信号数で除算され、入力信号Ｓ（ｔ）の移動平均が乗算部２０１０から出力される。乗算部２０１０、２０３０の乗数はそれぞれＣ４１、Ｃ４２である。
【００３４】
なお、積分フィルタは図４のローパスフィルタと同様の回路で実現でき、さらに図１の帯域フィルタは、微分フィルタを高域フィルタとして使用し、この高域フィルタとローパスフィルタを組み合わせる（直列接続等）ことにより実現し得る。
【００３５】
位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０の両者にはＱ信号再生部６５０およびＩ信号再生部６６０が接続され、Ｑ信号再生部６５０は位相移動平均Φaverageおよび振幅移動平均Ａaverageに基いてＱ信号を再生し、Ｉ信号再生部６６０は位相移動平均Φaverageおよび振幅移動平均Ａaverageに基いてＩ信号を再生する。
【００３６】
このように、位相Φに対して直接フィルタ処理を施すことにより、位相性雑音を効果的に除去し得る。位相Φは反射体の変位量に比例し、あるいは略比例する等、反射体の変位量を代表する。そして、位相Φは、穏やかに正弦的に変位する反射体、例えば拡張、収縮を繰り返す心臓壁等の反射波において、瞬時の変動を雑音として除去することにより、忠実度、Ｓ／Ｎ比を著しく高めることができる。
【００３７】
Ｑ信号再生部６５０、Ｉ信号再生部６６０によって再生されるＱ信号、Ｉ信号は雑音低減フィルタ６００によって雑音低減された信号であるので、それぞれＱfilter、Ｉfilterと表記する。Ｑ信号再生部６５０、Ｉ信号再生部６６０は、式（３）、（４）の演算によってＱ信号Ｑfilter、Ｉ信号Ｉfilterをそれぞれ演算する。
【００３８】
【数２】
Ｑ信号ＱfilterおよびＩ信号Ｉfilterは信号処理手段７００に入力される。
【００３９】
以上のとおり、実施例１では位相フィルタ部６３０を設けたことによって位相Φの雑音を除去でき、同時に振幅フィルタ部６４０によって加法性雑音をも除去し得る。
【００４０】
なお加法性雑音が比較的少ない受信信号につては、振幅フィルタ部６４０を省略することも可能である。
［処理例］
図５は、実施例１によって処理されたＱ信号、Ｉ信号の例を示すグラフである。
【００４１】
図５において、（Ａ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）は振幅計算部６２０の出力Ａ、（Ｄ）は位相計算部６１０の出力Φ、（Ｅ）は振幅フィルタ部６４０の出力Ａaverage、（Ｆ）は位相フィルタ部６３０の出力Φaverage、（Ｇ）はＩ信号再生部６６０の出力Ｉfilter、（Ｈ）はＱ信号再生部６５０の出力Ｑfilterを示す。
【００４２】
図５の（Ｄ）と（Ｆ）を比較すると、Φaverageでは、位相Φの全体に含まれていた、雑音に基く変位変動成分が除去され、位相性雑音が除去されていることが分かる。
【００４３】
また図５の（Ｃ）と（Ｅ）から明らかなように、Ａaverageでは、振幅Ａの全体に含まれていた微小な振動成分が除去され、加法性雑音が除去されていることが分かる。
【００４４】
図６は、実施例１によって処理されたＱ信号、Ｉ信号の他の例を示すグラフである。図５と同様、図６における（Ａ）は入力Ｉ信号、（Ｂ）は入力Ｑ信号、（Ｃ）は振幅Ａ、（Ｄ）は位相Φ、（Ｅ）は出力Ａaverage、（Ｆ）は出力Φaverage、（Ｇ）は出力Ｉfilter、（Ｈ）は出力Ｑfilterを示す。
【００４５】
図６の（Ｄ）と（Ｆ）を比較すると、Φaverageでは、特に、位相ΦのＤ５１、Ｄ５２、Ｄ５３で示す部分に含まれていた微小な振動成分が除去され、位相性雑音が除去されていることが分かる。
【００４６】
また図６の（Ｃ）と（Ｅ）から明らかなように、Ａaverageでは、振幅Ａの全体に含まれていた微小な振動成分が除去され、加法性雑音が除去されていることが分かる。
【００４７】
さらに図７は、同一のＱ信号Ｑ、Ｉ信号Ｉを従来例によって処理した結果と実施例１によって処理した結果を比較するグラフである。
【００４８】
図７において、（Ａ）はフィルタ手段６および雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）はフィルタ手段６および雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）はフィルタ手段６から出力されるＩ信号Ｉf、（Ｄ）はフィルタ手段６から出力されるＱ信号Ｑf、（Ｅ）は雑音低減フィルタ６００の出力Ｉfilter、（Ｆ）は雑音低減フィルタ６００の出力Ｑfilterを示す。
【００４９】
図７（Ａ）、（Ｂ）のＱ、Ｉに含まれる微小な振動成分（雑音に基く変位変動成分）はＱｆ、Ｉｆ、Ｑfilter、Ｉfilterのいずれにおいても除去されているが、（Ａ）のＡ６１で示すＩの有効な信号成分において、（Ｃ）のＣ６１に示すようにＩｆでは振動成分が減衰して（なまって）いる。一方、（Ｅ）のＥ６１に示すように、Ｉfilterでは振動成分（Ａ６１）が保存されている。また（Ｂ）のＢ６１で示すＱの有効な信号成分において、（Ｄ）のＤ６１に示すようにＱｆでは振動成分が減衰して（なまって）いる。一方、（Ｅ）のＥ６１に示すように、Ｉfilterでは振動成分（Ａ６１）が保存されている。すなわち良好な忠実度が得られている。
【００５０】
図８は、図５のＩfilterおよびＱfilterの信号を図２１の出力部で処理したドプラ音の信号、Ｉ信号ＩsoundおよびＱ信号Ｑsoundをそれぞれ示す。超音波診断装置では一方の信号を使用して、いわゆるドプラ音を出力する。
【００５１】
以上のとおり、実施例１は、従来例に比較して忠実度およびＳ／Ｎ比を改善し得る。
【実施例２】
【００５２】
［雑音低減フィルタ］
図９は、本発明に係る超音波診断装置の実施例２の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。図中、実施例１と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
実施例２は、雑音低減フィルタ６００における位相フィルタ部を、実施例１のローパスフィルタに替えて微分フィルタとしており、他の構成は実施例１と同様である。
【００５４】
図９において、位相計算部６１０で演算された位相Φは位相フィルタ部６３５に入力され、位相フィルタ部６３５は式（５）に示す演算によって、位相Φの時間微分ΔΦを算出し、さらに微分ΔΦの移動平均（平滑化微分）ΔΦaverageを算出する。
【００５５】
時間微分ΔΦは反射体の運動速度を代表しており、微分ΔΦの移動平均（平滑化微分）ΔΦaverageを算出することにより、運動速度が略一定の反射体、例えば鞭状の運動をする心臓弁等の反射波を、良好な忠実度、高Ｓ／Ｎ比で検出し得る。
【００５６】
式（５）において、Ｑ−１、Ｉ−１はＱ、Ｉよりも所定タイミング前のＱ、Ｉ信号を意味する。
【００５７】
Ｑ信号生成部６５０、Ｉ信号生成部６６０には実施例１の位相Φに替えて、式（６）によって算出したΔΦaverageが入力され、式（７）、（８）によってＱfilter、Ｉfilterが算出される。
【００５８】
【数３】
微分フィルタ、積分フィルタは公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能である。
【００５９】
図１０はデジタルフィルタによって実現ざれた微分フィルタ、積分フィルタの一例を示すブロック図である。
【００６０】
図１０において、微分フィルタは入力信号Ｓ（ｔ）が入力される乗算部２０４０およびホールド回路２０７０と、乗算部２０４０の出力が入力される加算部２０５０と、ホールド回路２０７０の出力が入力される乗算部２０６０とを備え、乗算部２０６０の出力は加算部２０５０に減算要素として入力される。
【００６１】
これによって加算部２０５０から入力信号Ｓ（ｔ）の時間差分が出力される。なお、乗算部２０４０、２０７０の乗数はそれぞれＣ１０１、Ｃ１０２である。
［処理例］
図１１は、図９の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。
【００６２】
図１１において、（Ａ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）は振幅計算部６２０の出力Ａ、（Ｄ）は位相フィルタ部６１０の演算過程で算出されるΔΦ、（Ｅ）は振幅フィルタ部６４０の出力Ａaverage、（Ｆ）はΔΦの移動平均ΔΦaverage、（Ｇ）はＩ信号再生部６６０の出力Ｉfilter、（Ｈ）はＱ信号再生部６５０の出力Ｑfilterを示す。
【００６３】
図１１の（Ｄ）においては、位相Φの変化が抽出されるとともに、急激な変化が強調されており、（Ｆ）においては、（Ｄ）で抽出された位相Φにおける、雑音に基く運動速度変動成分が除去されている。
【００６４】
これによって、鞭状の運動をする心臓弁等、運動速度が略一定の部位における反射信号を忠実に抽出することができる。
【００６５】
図１２は、図９の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。図１２において、図１１と同様、（Ａ）は入力Ｉ信号、（Ｂ）は入力Ｑ信号、（Ｃ）は振幅Ａ、（Ｄ）は微分位相ΔΦ、（Ｅ）は振幅出力Ａaverage、（Ｆ）は平滑化微分ΔΦaverage、（Ｇ）は出力Ｉfilter、（Ｈ）は出力Ｑfilterを示す。
【００６６】
図１２から明らかなように、検査部位は運動速度が略一定であり、（Ｄ）では運動速度の微小変化（雑音）が生じているが、（Ｆ）の平滑化微分では雑音成分が除去されている。これによって検査部位の略一定速度の運動が明瞭に表現される。
【００６７】
図５〜７、１０、１１では信号処理の内容が明らかになるように比較的単純なＱ信号、Ｉ信号を例示したが、図１３は、実際の実施例１、２で処理される信号の例を示す。
【実施例３】
【００６８】
［超音波診断装置］
図１４は、本発明に係る超音波診断装置の実施例３を示す外観図、図１５は、図１４の超音波診断装置の構成を示すブロック図、図１６は、図１４の超音波診断装置の処理を示すフローチャートである。
【００６９】
図１４に示すように、超音波診断装置は、モニタ１０１０を備えた汎用コンピュータ１０００に探触子１００を接続して構成されており、図１５に示すように、探触子１００は、汎用コンピュータ１０００に装着された信号処理ボード１１００に接続されている。
【００７０】
信号処理ボード１１００には、実施例１の受信手段３００に対応する受信手段１２００、帯域フィルタ４００に対応する帯域フィルタ１３００と、帯域フィルタ１３００の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１４００が設けられている。Ａ／Ｄ変換部１４００の出力は、汎用コンピュータ１０００のバス１５００に接続され、汎用コンピュータ１０００のＣＰＵ１６００はＡ／Ｄ変換部１４００の出力を所定のタイミングでフレームメモリ１８００に書き込む。
［信号処理ステップ］
フレームメモリ１８００には所定期間、例えば１フレーム分の受信信号（反射信号）が書き込まれ、ＣＰＵ１６００はフレームメモリ１８００内の受信信号について、以下の処理を実行する。
【００７１】
ステップＳ１６０１：フレームメモリ１８００内の受信信号について直交検波の処理を実行し、Ｑ信号およびＩ信号を抽出する。
【００７２】
ステップＳ１６０２：ステップＳ１６０１で抽出されたＱ信号およびＩ信号に基いて、振幅Ａを算出する。
【００７３】
ステップＳ１６０３：ステップＳ１６０１で抽出されたＱ信号およびＩ信号に基いて、位相Φを算出する。
【００７４】
ステップＳ１６０４：ステップＳ１６０２で算出された振幅Ａの移動平均Ａaverageを算出する振幅フィルタ処理を実行する。
【００７５】
ステップＳ１６０５：ステップＳ１６０３で算出された位相Φの移動平均Φaverage位相フィルタ処理を実行する。なお、実施例２同様、移動平均に替えて平滑化微分ΔΦaverageを算出してもよい。
【００７６】
ステップＳ１６０６：ステップＳ１６０４およびＳ１６０５でフィルタ処理された振幅Ａおよび位相Φに基いて、Ｑ信号を再生する。
【００７７】
ステップＳ１６０７：ステップＳ１６０４およびＳ１６０５でフィルタ処理された振幅Ａおよび位相Φに基いて、Ｉ信号を再生する。
【００７８】
ステップＳ１６０８：ステップＳ１６０６およびＳ１６０７で再生されたＱ信号、Ｉ信号に基いて超音波画像その他診断に必要な情報を生成して、システムメモリ１７００に書き込み、モニタ１０１０に表示する。
【実施例４】
【００７９】
［超音波診断装置］
図１７は、本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。実施例４は雑音低減フィルタのためにプログラムしたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いている。
【００８０】
図１７において、雑音低減フィルタ部はＤＳＰ３０００を有し、ＤＳＰ３０００の入力側には、アナログ入力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部３０１０が接続されている。
【００８１】
ＤＳＰ３０００内部には、直交検波器５００に対応する直行検波部３０１２、位相計算部６１０に対応する位相計算部３０１４、振幅計算部６２０に対応する振幅計算部３０１６、フィルタ部６３０、６４０にそれぞれ対応するフィルタ部３０１８、３０２０、再生部６５０、６６０にそれぞれ対応する再生部３０２２、３０２４の回路、あるいはこれら回路の構成要素が構成され、図１６と同様のプログラムによって、Ｑ信号、Ｉ信号の雑音を低減し得る。
【００８２】
近年高速（システムクロック１．０ＧＨｚ以上）の汎用ＤＳＰが市販されており、比較的容易に図１７の構成を実現し得る。
【実施例５】
【００８３】
［超音波診断装置］
図１８は、本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。実施例５は、アナログ回路を多く用いている。
【００８４】
図１８において、雑音低減フィルタ部は、アナログタイプの直交検波処理回路４０００と、ＤＳＰ４０１０と、アナログタイプのフィルタ４０２０、４０３０、アナログタイプの再生部４０４０、４０５０を有する。
【００８５】
直交検波処理回路４０００はアナログ集積回路として市販されているものがあり、内部にＡ／Ｄ変換部を含みデジタル出力が有られる。
【００８６】
ＤＳＰ４０１０は位相計算および振幅計算を実行し、計算結果をアナログ出力する。
【００８７】
フィルタ４０２０、４０３０は、位相アナログ出力、振幅アナログ出力のそれぞれを、フィルタ部６３０、６４０と同様に雑音低減処理する。
【００８８】
再生部４０４０、４０５０は雑音低減された位相アナログ信号、振幅アナログ信号から、アナログＱ信号、アナログＩ信号を生成する。
【００８９】
以上のとおり、位相計算、振幅計算以外の雑音低減処理をアナログ回路によって実現することも可能である。
【００９０】
なお、以上の実施例では超音波診断装置について説明したが、本発明は複素信号を受信する任意の信号処理装置に適用でき、良好な雑音除去性能を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施例１を示すブロック図である。（実施例１）
【図２】図１における雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例１）
【図３】図２の雑音低減フィルタ部における各構成要素の詳細を示すブロック図である。（実施例１）
【図４】図３のローパスフィルタの例を示すブロック図である。（実施例１）
【図５】図１の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図６】図１の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図７】従来例と実施例１の出力信号を比較するグラフである。（実施例１）
【図８】図１の超音波診断装置におけるさらに他の各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図９】本発明に係る超音波診断装置の実施例２の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例２）
【図１０】図９の微分フィルタの例を示すブロック図である。（実施例２）
【図１１】図７の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。（実施例２）
【図１２】図７の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。（実施例２）
【図１３】実施例１または２によって処理される超音波信号の例を示すグラフである。（実施例１、２）
【図１４】本発明に係る超音波診断装置の実施例３を示す外観図である。（実施例３）
【図１５】図１４の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。（実施例３）
【図１６】図１４の超音波診断装置の処理を示すフローチャートである。（実施例３）
【図１７】本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例４）
【図１８】本発明に係る超音波診断装置の実施例５の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例５）
【図１９】従来の超音波診断装置を示すブロック図である。（従来例）
【図２０】図１９におけるフィルタ手段を示すブロック図である。（従来例）
【図２１】図１の出力部の例を示すブロック図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００９２】
１００ 探触子
２００ 送信手段
３００ 受信手段
４００ 帯域フィルタ
５００ 直交検波器
６００ 雑音低減フィルタ
６１０ 位相計算部
６２０ 振幅計算部
６３０、６３５ 位相フィルタ部
６４０ 振幅フィルタ部
６５０ Ｑ信号再生部
６６０ Ｉ信号再生部
７００ 信号処理手段
８００ 表示処理手段
９００ 表示手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波を利用して生体内部組織の断層像や運動反射体の運動速度を表示する超音波診断装置等に好適な信号処理装置および信号処理方法に係り、特に雑音低減フィルタを備えた信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９に示すように、従来の超音波診断装置は、超音波を送受信する探触子１と、探触子１を駆動して超音波を発生させる送信手段２と、探触子１で受信した反射信号を所定レベルに増幅する受信手段３とを有する。受信手段３には帯域フィルタ４、直交検波器５、フィルタ手段６が順次接続され、帯域フィルタによって信号帯域以外の雑音を除去した信号を、直交検波器５によってＱ／Ｉ信号（複素信号）に分離する。
【０００３】
図２０に示すように、フィルタ手段６は複素信号におけるＱ信号が入力されるフィルタ部１０とＩ信号が入力されるフィルタ部１１とを有し、フィルタ部１０、１１によってＱ／Ｉ信号それぞれについて雑音を除去する。
【０００４】
フィルタ手段６で雑音除去されたＱ信号Ｑf、Ｉ信号Ｉfは出力部２０に入力される。出力部２０は信号処理手段７、表示処理手段８および表示手段９を含み、信号処理手段７では、例えばドプラ音の生成処理が行なわれる。その後、信号処理手段７の出力信号について表示処理手段８によってドプラ音が駆動され、表示手段９から出力される。
【０００５】
そしてフィルタ部１０、１１としてはハイパスフィルタやローパスフィルタが使用されている。
【０００６】
なお、従来の雑音低減フィルタを備えた超音波診断装置として、例えば特許文献１記載の装置が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−００９５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波診断装置における雑音は、組織、臓器からの超音波多重反射波等に起因するものであるが、従来の雑音低減フィルタは、主に加法性雑音に着目したものであり、位相性雑音には有効でなく、またＱ／Ｉ信号の直交性が損なわれることがある。このため従来は、反射信号の忠実度およびＳ／Ｎ比を充分高めることができなかった。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、受信信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることを目的とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超音波反射信号等の受信信号から位相性雑音を除去でき、忠実度およびＳ／Ｎ比を高め得る。また超音波診断装置においては、鮮明な診断画像等を生成し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る信号処理装置は、受信信号から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部とを備える。これによって反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１２】
本発明に係る信号処理装置は、前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部をさらに備えたものであってもよい。これによって加法性雑音をも有効に除去し得る。
【００１３】
本発明に係る信号処理装置において、前記振幅フィルタ部は、例えば振幅信号の移動平均を算出する。
【００１４】
本発明に係る信号処理装置において、前記位相フィルタ部は、例えば、位相信号の移動平均を算出し、あるいは、位相信号の平滑化微分を算出する。前者は穏やかに正弦的に変位する反射体、例えば拡張、収縮を繰り返す心臓壁等に有効である。また後者は、運動速度が略一定の反射体、例えば鞭状の運動をする心臓弁等に有効である。
【００１５】
本発明に係る信号処理装置において、前記受信信号は、例えば超音波診断装置等の超音波反射信号である。
【００１６】
本発明に係る信号処理方法は、受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップとを備える。これによって反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１７】
本発明に係るコンピュータ実行可能なプログラムは、受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップとをコンピュータに実行させるプログラムコードを含む。これによって、汎用コンピュータによって、反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１８】
さらにこのようなプログラムをコンピュータ読取可能な記憶媒体に記憶すれば、記憶媒体から汎用コンピュータにプログラムを読み込んで、汎用コンピュータによって、反射信号における位相性雑音を除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００１９】
本発明は、検査部位に対して超音波を発信し、前記検査部位からの超音波反射信号を受信する探触子と、前記探触子を駆動して超音波を発生する送信手段と、前記探触子で受信した超音波反射信号を増幅する受信手段と、前記受信手段の出力から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から雑音を除去する雑音低減フィルタ手段と、前記雑音低減フィルタ手段から出力される信号によって検査部位の診断に必要な情報を出力する出力手段とを備えた超音波診断装置であって、前記雑音低減フィルタ手段は、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部と、前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＱ信号を再生するＱ信号再生部と、前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＩ信号を再生するＩ信号再生部とを備える。超音波反射信号の加法性雑音および位相性雑音の両者を有効に除去し、忠実度およびＳ／Ｎ比を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明に係る超音波診断装置の好適な実施例を図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
［全体装置］
図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施例１を示すブロック図、図２は、図１における雑音低減フィルタ部を示すブロック図、図３は、図２の雑音低減フィルタ部における各構成要素の詳細を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、超音波診断装置は、超音波を送受信する探触子１００と、探触子１００を駆動して超音波を発生させる送信手段２００と、探触子１で受信した反射信号を所定レベルに増幅する受信手段３００とを有する。受信手段３００には帯域フィルタ４００、直交検波器５００が順次接続され、帯域フィルタ４００によって信号帯域以外の雑音を除去した信号を、直交検波器５００によってＱ／Ｉ信号（複素信号）に分離する。帯域フィルタ４００および直交検波器５００は公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能であり、受信手段３００は公知のアナログ回路によって実現可能である。
【００２３】
直交検波器５００から出力されるＱ信号、Ｉ信号は雑音低減フィルタ６００に入力され、雑音低減処理の後に出力部（出力手段）９５０に入力される。出力部９５０は、信号処理手段７００、表示処理手段８００および表示手段９００を含む。信号処理手段７００は、入力されたＱ信号、Ｉ信号から例えばドプラ信号を発生させる演算処理を実行する。
【００２４】
信号処理手段７００の出力は表示処理手段８００に入力され、表示処理手段８００においてドプラ音が駆動され、表示手段９００から出力される。なお、表示処理手段８００においてＱ信号、Ｉ信号に基いて１フレームごとの画像信号を生成し、表示手段９において画像信号に基いて画像を表示する構成も採用し得る。
【００２５】
出力部９５０は例えば図２１のように構成され、信号処理手段７００としては帯域制限部７２０、表示処理手段８００として信号レベル検出部８２０および音響用パワーアンプ８４０、表示手段としてスピーカ９２０が採用される。
【００２６】
帯域制限部７２０は、ドプラ周波数中の必要な信号帯域のみを抽出するフィルタを含み、例えば２．５ＭＨｚの超音波を使用して胎児心臓のドプラ音を抽出する場合、２００Ｈｚ〜１．５ｋＨｚの周波数帯域の信号を抽出する。
【００２７】
表示処理手段８００の信号レベル検知部８２０は、探触子１００を生体に擦り付けた際の定格を超えるような過大信号がスピーカに入ることを防ぐために、帯域制限部７２０出力の信号レベルを監視する。信号レベルが所定値を超えたときは音響用パワーアンプ８４０が信号を出力しないように制御（ミュート）する。また音響用パワーアンプ８４０は、スピーカ９２０を駆動する。
【００２８】
スピーカ９２０はドプラ音を出力するためのものであり、心臓のドプラ音等の出力のためには低音域が鮮明なものが使用される。
［雑音低減フィルタ］
図２および図３において、雑音低減フィルタ６００は位相計算部６１０と振幅計算部６２０を有し、Ｑ信号およびＩ信号の両者が位相計算部６１０および振幅計算部６２０に入力される。
【００２９】
位相計算部６１０は式（１）の演算によって位相Φを算出し、振幅計算部６２０は式（２）の演算によって振幅Ａを算出する。
【００３０】
【数１】
位相計算部６１０、振幅計算部６２０には、位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０がそれぞれ接続されている。位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０はローパスフィルタであり、位相フィルタ部６３０は位相Φの移動平均Φaverageを演算し、振幅フィルタ部６４０は振幅Ａの移動平均Ａaverageを演算する。ローパスフィルタは公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能である。
【００３１】
図４はデジタルフィルタによって実現ざれたローパスフィルタの一例を示すブロック図である。
【００３２】
図４において、ローパスフィルタは入力信号Ｓ（ｔ）が入力される加算部２０００と、加算部２０００の出力が入力される乗算部２０１０およびホールド回路２０２０と、ホールド回路２０２０の出力が入力される乗算部２０３０とを備え、乗算部２０３０の出力は加算部２０００にフィードバックされている。
【００３３】
加算部２０００の加算結果は、ホールド回路２０２０で保持された後に加算部２０００において入力信号に足し込まれ、入力信号が順次積算される。積算結果は乗算部２０１０において入力信号数で除算され、入力信号Ｓ（ｔ）の移動平均が乗算部２０１０から出力される。乗算部２０１０、２０３０の乗数はそれぞれＣ４１、Ｃ４２である。
【００３４】
なお、積分フィルタは図４のローパスフィルタと同様の回路で実現でき、さらに図１の帯域フィルタは、微分フィルタを高域フィルタとして使用し、この高域フィルタとローパスフィルタを組み合わせる（直列接続等）ことにより実現し得る。
【００３５】
位相フィルタ部６３０および振幅フィルタ部６４０の両者にはＱ信号再生部６５０およびＩ信号再生部６６０が接続され、Ｑ信号再生部６５０は位相移動平均Φaverageおよび振幅移動平均Ａaverageに基いてＱ信号を再生し、Ｉ信号再生部６６０は位相移動平均Φaverageおよび振幅移動平均Ａaverageに基いてＩ信号を再生する。
【００３６】
このように、位相Φに対して直接フィルタ処理を施すことにより、位相性雑音を効果的に除去し得る。位相Φは反射体の変位量に比例し、あるいは略比例する等、反射体の変位量を代表する。そして、位相Φは、穏やかに正弦的に変位する反射体、例えば拡張、収縮を繰り返す心臓壁等の反射波において、瞬時の変動を雑音として除去することにより、忠実度、Ｓ／Ｎ比を著しく高めることができる。
【００３７】
Ｑ信号再生部６５０、Ｉ信号再生部６６０によって再生されるＱ信号、Ｉ信号は雑音低減フィルタ６００によって雑音低減された信号であるので、それぞれＱfilter、Ｉfilterと表記する。Ｑ信号再生部６５０、Ｉ信号再生部６６０は、式（３）、（４）の演算によってＱ信号Ｑfilter、Ｉ信号Ｉfilterをそれぞれ演算する。
【００３８】
【数２】
Ｑ信号ＱfilterおよびＩ信号Ｉfilterは信号処理手段７００に入力される。
【００３９】
以上のとおり、実施例１では位相フィルタ部６３０を設けたことによって位相Φの雑音を除去でき、同時に振幅フィルタ部６４０によって加法性雑音をも除去し得る。
【００４０】
なお加法性雑音が比較的少ない受信信号につては、振幅フィルタ部６４０を省略することも可能である。
［処理例］
図５は、実施例１によって処理されたＱ信号、Ｉ信号の例を示すグラフである。
【００４１】
図５において、（Ａ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）は振幅計算部６２０の出力Ａ、（Ｄ）は位相計算部６１０の出力Φ、（Ｅ）は振幅フィルタ部６４０の出力Ａaverage、（Ｆ）は位相フィルタ部６３０の出力Φaverage、（Ｇ）はＩ信号再生部６６０の出力Ｉfilter、（Ｈ）はＱ信号再生部６５０の出力Ｑfilterを示す。
【００４２】
図５の（Ｄ）と（Ｆ）を比較すると、Φaverageでは、位相Φの全体に含まれていた、雑音に基く変位変動成分が除去され、位相性雑音が除去されていることが分かる。
【００４３】
また図５の（Ｃ）と（Ｅ）から明らかなように、Ａaverageでは、振幅Ａの全体に含まれていた微小な振動成分が除去され、加法性雑音が除去されていることが分かる。
【００４４】
図６は、実施例１によって処理されたＱ信号、Ｉ信号の他の例を示すグラフである。図５と同様、図６における（Ａ）は入力Ｉ信号、（Ｂ）は入力Ｑ信号、（Ｃ）は振幅Ａ、（Ｄ）は位相Φ、（Ｅ）は出力Ａaverage、（Ｆ）は出力Φaverage、（Ｇ）は出力Ｉfilter、（Ｈ）は出力Ｑfilterを示す。
【００４５】
図６の（Ｄ）と（Ｆ）を比較すると、Φaverageでは、特に、位相ΦのＤ５１、Ｄ５２、Ｄ５３で示す部分に含まれていた微小な振動成分が除去され、位相性雑音が除去されていることが分かる。
【００４６】
また図６の（Ｃ）と（Ｅ）から明らかなように、Ａaverageでは、振幅Ａの全体に含まれていた微小な振動成分が除去され、加法性雑音が除去されていることが分かる。
【００４７】
さらに図７は、同一のＱ信号Ｑ、Ｉ信号Ｉを従来例によって処理した結果と実施例１によって処理した結果を比較するグラフである。
【００４８】
図７において、（Ａ）はフィルタ手段６および雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）はフィルタ手段６および雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）はフィルタ手段６から出力されるＩ信号Ｉf、（Ｄ）はフィルタ手段６から出力されるＱ信号Ｑf、（Ｅ）は雑音低減フィルタ６００の出力Ｉfilter、（Ｆ）は雑音低減フィルタ６００の出力Ｑfilterを示す。
【００４９】
図７（Ａ）、（Ｂ）のＱ、Ｉに含まれる微小な振動成分（雑音に基く変位変動成分）はＱｆ、Ｉｆ、Ｑfilter、Ｉfilterのいずれにおいても除去されているが、（Ａ）のＡ６１で示すＩの有効な信号成分において、（Ｃ）のＣ６１に示すようにＩｆでは振動成分が減衰して（なまって）いる。一方、（Ｅ）のＥ６１に示すように、Ｉfilterでは振動成分（Ａ６１）が保存されている。また（Ｂ）のＢ６１で示すＱの有効な信号成分において、（Ｄ）のＤ６１に示すようにＱｆでは振動成分が減衰して（なまって）いる。一方、（Ｅ）のＥ６１に示すように、Ｉfilterでは振動成分（Ａ６１）が保存されている。すなわち良好な忠実度が得られている。
【００５０】
図８は、図５のＩfilterおよびＱfilterの信号を図２１の出力部で処理したドプラ音の信号、Ｉ信号ＩsoundおよびＱ信号Ｑsoundをそれぞれ示す。超音波診断装置では一方の信号を使用して、いわゆるドプラ音を出力する。
【００５１】
以上のとおり、実施例１は、従来例に比較して忠実度およびＳ／Ｎ比を改善し得る。
【実施例２】
【００５２】
［雑音低減フィルタ］
図９は、本発明に係る超音波診断装置の実施例２の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。図中、実施例１と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
実施例２は、雑音低減フィルタ６００における位相フィルタ部を、実施例１のローパスフィルタに替えて微分フィルタとしており、他の構成は実施例１と同様である。
【００５４】
図９において、位相計算部６１０で演算された位相Φは位相フィルタ部６３５に入力され、位相フィルタ部６３５は式（５）に示す演算によって、位相Φの時間微分ΔΦを算出し、さらに微分ΔΦの移動平均（平滑化微分）ΔΦaverageを算出する。
【００５５】
時間微分ΔΦは反射体の運動速度を代表しており、微分ΔΦの移動平均（平滑化微分）ΔΦaverageを算出することにより、運動速度が略一定の反射体、例えば鞭状の運動をする心臓弁等の反射波を、良好な忠実度、高Ｓ／Ｎ比で検出し得る。
【００５６】
式（５）において、Ｑ−１、Ｉ−１はＱ、Ｉよりも所定タイミング前のＱ、Ｉ信号を意味する。
【００５７】
Ｑ信号生成部６５０、Ｉ信号生成部６６０には実施例１の位相Φに替えて、式（６）によって算出したΔΦaverageが入力され、式（７）、（８）によってＱfilter、Ｉfilterが算出される。
【００５８】
【数３】
微分フィルタ、積分フィルタは公知のデジタルフィルタ、アナログフィルタあるいはソフトウエアによって実現可能である。
【００５９】
図１０はデジタルフィルタによって実現ざれた微分フィルタ、積分フィルタの一例を示すブロック図である。
【００６０】
図１０において、微分フィルタは入力信号Ｓ（ｔ）が入力される乗算部２０４０およびホールド回路２０７０と、乗算部２０４０の出力が入力される加算部２０５０と、ホールド回路２０７０の出力が入力される乗算部２０６０とを備え、乗算部２０６０の出力は加算部２０５０に減算要素として入力される。
【００６１】
これによって加算部２０５０から入力信号Ｓ（ｔ）の時間差分が出力される。なお、乗算部２０４０、２０７０の乗数はそれぞれＣ１０１、Ｃ１０２である。
［処理例］
図１１は、図９の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。
【００６２】
図１１において、（Ａ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＩ信号、（Ｂ）は雑音低減フィルタ６００に入力されるＱ信号、（Ｃ）は振幅計算部６２０の出力Ａ、（Ｄ）は位相フィルタ部６１０の演算過程で算出されるΔΦ、（Ｅ）は振幅フィルタ部６４０の出力Ａaverage、（Ｆ）はΔΦの移動平均ΔΦaverage、（Ｇ）はＩ信号再生部６６０の出力Ｉfilter、（Ｈ）はＱ信号再生部６５０の出力Ｑfilterを示す。
【００６３】
図１１の（Ｄ）においては、位相Φの変化が抽出されるとともに、急激な変化が強調されており、（Ｆ）においては、（Ｄ）で抽出された位相Φにおける、雑音に基く運動速度変動成分が除去されている。
【００６４】
これによって、鞭状の運動をする心臓弁等、運動速度が略一定の部位における反射信号を忠実に抽出することができる。
【００６５】
図１２は、図９の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。図１２において、図１１と同様、（Ａ）は入力Ｉ信号、（Ｂ）は入力Ｑ信号、（Ｃ）は振幅Ａ、（Ｄ）は微分位相ΔΦ、（Ｅ）は振幅出力Ａaverage、（Ｆ）は平滑化微分ΔΦaverage、（Ｇ）は出力Ｉfilter、（Ｈ）は出力Ｑfilterを示す。
【００６６】
図１２から明らかなように、検査部位は運動速度が略一定であり、（Ｄ）では運動速度の微小変化（雑音）が生じているが、（Ｆ）の平滑化微分では雑音成分が除去されている。これによって検査部位の略一定速度の運動が明瞭に表現される。
【００６７】
図５〜７、１０、１１では信号処理の内容が明らかになるように比較的単純なＱ信号、Ｉ信号を例示したが、図１３は、実際の実施例１、２で処理される信号の例を示す。
【実施例３】
【００６８】
［超音波診断装置］
図１４は、本発明に係る超音波診断装置の実施例３を示す外観図、図１５は、図１４の超音波診断装置の構成を示すブロック図、図１６は、図１４の超音波診断装置の処理を示すフローチャートである。
【００６９】
図１４に示すように、超音波診断装置は、モニタ１０１０を備えた汎用コンピュータ１０００に探触子１００を接続して構成されており、図１５に示すように、探触子１００は、汎用コンピュータ１０００に装着された信号処理ボード１１００に接続されている。
【００７０】
信号処理ボード１１００には、実施例１の受信手段３００に対応する受信手段１２００、帯域フィルタ４００に対応する帯域フィルタ１３００と、帯域フィルタ１３００の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１４００が設けられている。Ａ／Ｄ変換部１４００の出力は、汎用コンピュータ１０００のバス１５００に接続され、汎用コンピュータ１０００のＣＰＵ１６００はＡ／Ｄ変換部１４００の出力を所定のタイミングでフレームメモリ１８００に書き込む。
［信号処理ステップ］
フレームメモリ１８００には所定期間、例えば１フレーム分の受信信号（反射信号）が書き込まれ、ＣＰＵ１６００はフレームメモリ１８００内の受信信号について、以下の処理を実行する。
【００７１】
ステップＳ１６０１：フレームメモリ１８００内の受信信号について直交検波の処理を実行し、Ｑ信号およびＩ信号を抽出する。
【００７２】
ステップＳ１６０２：ステップＳ１６０１で抽出されたＱ信号およびＩ信号に基いて、振幅Ａを算出する。
【００７３】
ステップＳ１６０３：ステップＳ１６０１で抽出されたＱ信号およびＩ信号に基いて、位相Φを算出する。
【００７４】
ステップＳ１６０４：ステップＳ１６０２で算出された振幅Ａの移動平均Ａaverageを算出する振幅フィルタ処理を実行する。
【００７５】
ステップＳ１６０５：ステップＳ１６０３で算出された位相Φの移動平均Φaverage位相フィルタ処理を実行する。なお、実施例２同様、移動平均に替えて平滑化微分ΔΦaverageを算出してもよい。
【００７６】
ステップＳ１６０６：ステップＳ１６０４およびＳ１６０５でフィルタ処理された振幅Ａおよび位相Φに基いて、Ｑ信号を再生する。
【００７７】
ステップＳ１６０７：ステップＳ１６０４およびＳ１６０５でフィルタ処理された振幅Ａおよび位相Φに基いて、Ｉ信号を再生する。
【００７８】
ステップＳ１６０８：ステップＳ１６０６およびＳ１６０７で再生されたＱ信号、Ｉ信号に基いて超音波画像その他診断に必要な情報を生成して、システムメモリ１７００に書き込み、モニタ１０１０に表示する。
【実施例４】
【００７９】
［超音波診断装置］
図１７は、本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。実施例４は雑音低減フィルタのためにプログラムしたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いている。
【００８０】
図１７において、雑音低減フィルタ部はＤＳＰ３０００を有し、ＤＳＰ３０００の入力側には、アナログ入力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部３０１０が接続されている。
【００８１】
ＤＳＰ３０００内部には、直交検波器５００に対応する直行検波部３０１２、位相計算部６１０に対応する位相計算部３０１４、振幅計算部６２０に対応する振幅計算部３０１６、フィルタ部６３０、６４０にそれぞれ対応するフィルタ部３０１８、３０２０、再生部６５０、６６０にそれぞれ対応する再生部３０２２、３０２４の回路、あるいはこれら回路の構成要素が構成され、図１６と同様のプログラムによって、Ｑ信号、Ｉ信号の雑音を低減し得る。
【００８２】
近年高速（システムクロック１．０ＧＨｚ以上）の汎用ＤＳＰが市販されており、比較的容易に図１７の構成を実現し得る。
【実施例５】
【００８３】
［超音波診断装置］
図１８は、本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。実施例５は、アナログ回路を多く用いている。
【００８４】
図１８において、雑音低減フィルタ部は、アナログタイプの直交検波処理回路４０００と、ＤＳＰ４０１０と、アナログタイプのフィルタ４０２０、４０３０、アナログタイプの再生部４０４０、４０５０を有する。
【００８５】
直交検波処理回路４０００はアナログ集積回路として市販されているものがあり、内部にＡ／Ｄ変換部を含みデジタル出力が有られる。
【００８６】
ＤＳＰ４０１０は位相計算および振幅計算を実行し、計算結果をアナログ出力する。
【００８７】
フィルタ４０２０、４０３０は、位相アナログ出力、振幅アナログ出力のそれぞれを、フィルタ部６３０、６４０と同様に雑音低減処理する。
【００８８】
再生部４０４０、４０５０は雑音低減された位相アナログ信号、振幅アナログ信号から、アナログＱ信号、アナログＩ信号を生成する。
【００８９】
以上のとおり、位相計算、振幅計算以外の雑音低減処理をアナログ回路によって実現することも可能である。
【００９０】
なお、以上の実施例では超音波診断装置について説明したが、本発明は複素信号を受信する任意の信号処理装置に適用でき、良好な雑音除去性能を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施例１を示すブロック図である。（実施例１）
【図２】図１における雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例１）
【図３】図２の雑音低減フィルタ部における各構成要素の詳細を示すブロック図である。（実施例１）
【図４】図３のローパスフィルタの例を示すブロック図である。（実施例１）
【図５】図１の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図６】図１の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図７】従来例と実施例１の出力信号を比較するグラフである。（実施例１）
【図８】図１の超音波診断装置におけるさらに他の各部信号を示すグラフである。（実施例１）
【図９】本発明に係る超音波診断装置の実施例２の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例２）
【図１０】図９の微分フィルタの例を示すブロック図である。（実施例２）
【図１１】図７の超音波診断装置における各部信号を示すグラフである。（実施例２）
【図１２】図７の超音波診断装置における他の各部信号を示すグラフである。（実施例２）
【図１３】実施例１または２によって処理される超音波信号の例を示すグラフである。（実施例１、２）
【図１４】本発明に係る超音波診断装置の実施例３を示す外観図である。（実施例３）
【図１５】図１４の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。（実施例３）
【図１６】図１４の超音波診断装置の処理を示すフローチャートである。（実施例３）
【図１７】本発明に係る超音波診断装置の実施例４の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例４）
【図１８】本発明に係る超音波診断装置の実施例５の雑音低減フィルタ部を示すブロック図である。（実施例５）
【図１９】従来の超音波診断装置を示すブロック図である。（従来例）
【図２０】図１９におけるフィルタ手段を示すブロック図である。（従来例）
【図２１】図１の出力部の例を示すブロック図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００９２】
１００ 探触子
２００ 送信手段
３００ 受信手段
４００ 帯域フィルタ
５００ 直交検波器
６００ 雑音低減フィルタ
６１０ 位相計算部
６２０ 振幅計算部
６３０、６３５ 位相フィルタ部
６４０ 振幅フィルタ部
６５０ Ｑ信号再生部
６６０ Ｉ信号再生部
７００ 信号処理手段
８００ 表示処理手段
９００ 表示手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、
前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記振幅フィルタ部は振幅信号の移動平均を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記位相フィルタ部は位相信号の移動平均を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記位相フィルタ部は位相信号の平滑化微分を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記受信信号は超音波反射信号であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項７】
受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、
前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップと、
を備えた信号処理方法。
【請求項８】
受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、
前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップと、
をコンピュータに実行させるプログラムコードを含む、コンピュータ実行可能なプログラム。
【請求項９】
請求項８記載のプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１０】
検査部位に対して超音波を発信し、前記検査部位からの超音波反射信号を受信する探触子と、
前記探触子を駆動して超音波を発生する送信手段と、
前記探触子で受信した超音波反射信号を増幅する受信手段と、
前記受信手段の出力から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から雑音を除去する雑音低減フィルタ手段と、
前記雑音低減フィルタ手段から出力される信号によって検査部位の診断に必要な情報を出力する出力手段と、
を備えた超音波診断装置であって、
前記雑音低減フィルタ手段は、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、
前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、
前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部と、
前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＱ信号を再生するＱ信号再生部と、
前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＩ信号を再生するＩ信号再生部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項１】
受信信号から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、
前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記振幅フィルタ部は振幅信号の移動平均を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記位相フィルタ部は位相信号の移動平均を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記位相フィルタ部は位相信号の平滑化微分を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記受信信号は超音波反射信号であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信号処理装置。
【請求項７】
受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、
前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップと、
を備えた信号処理方法。
【請求項８】
受信信号から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算ステップと、
前記直交検波ステップで抽出された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算ステップと、
前記位相計算ステップで生成された位相信号から位相性雑音を除去する位相フィルタステップと、
をコンピュータに実行させるプログラムコードを含む、コンピュータ実行可能なプログラム。
【請求項９】
請求項８記載のプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１０】
検査部位に対して超音波を発信し、前記検査部位からの超音波反射信号を受信する探触子と、
前記探触子を駆動して超音波を発生する送信手段と、
前記探触子で受信した超音波反射信号を増幅する受信手段と、
前記受信手段の出力から所定帯域の信号を抽出する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタの出力から複素信号のＱ信号およびＩ信号を抽出する直交検波器と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から雑音を除去する雑音低減フィルタ手段と、
前記雑音低減フィルタ手段から出力される信号によって検査部位の診断に必要な情報を出力する出力手段と、
を備えた超音波診断装置であって、
前記雑音低減フィルタ手段は、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から振幅信号を生成する振幅計算部と、
前記直交検波器から出力された前記Ｑ信号およびＩ信号から位相信号を生成する位相計算部と、
前記位相計算部の出力から位相性雑音を除去する位相フィルタ部と、
前記振幅計算部の出力から加法性雑音を除去する振幅フィルタ部と、
前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＱ信号を再生するＱ信号再生部と、
前記位相フィルタ部および振幅フィルタ部から出力される信号からＩ信号を再生するＩ信号再生部と、
を備えた超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−８７７５７（Ｐ２００６−８７７５７Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７８６６２（Ｐ２００４−２７８６６２）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（３９１０２９０４８）トーイツ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（３９１０２９０４８）トーイツ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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