超音波画像診断装置
【課題】受信超音波信号を所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行う超音波画像診断装置において、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に対応する。
【解決手段】相関部４に前記参照信号の係数列から成るテンプレートを設定するコントローラ１０に、テンプレート最適化部２３および更新制御部２４を設け、入力操作部２５からユーザが画質アップを要求している間、および出力信号（ｔ）をモニタし、現在のＳ／Ｎから自動判定して、更新（最適化）した方が望ましい状況で、更新制御部２４は前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える。したがって、テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させ、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に対応することができる。
【解決手段】相関部４に前記参照信号の係数列から成るテンプレートを設定するコントローラ１０に、テンプレート最適化部２３および更新制御部２４を設け、入力操作部２５からユーザが画質アップを要求している間、および出力信号（ｔ）をモニタし、現在のＳ／Ｎから自動判定して、更新（最適化）した方が望ましい状況で、更新制御部２４は前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える。したがって、テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させ、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に対応することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像診断装置に関し、特に受信超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、分解能を向上するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内に超音波信号を送信し、それによる被検体内からの超音波信号から、被検体内の画像を表示するようにした超音波画像診断装置において、時間的に或る程度の幅を有するパルスを送信超音波信号として用い、前記のように、受信超音波信号と所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、距離方向および方位方向の分解能を向上するようにしたものが、従来から提案されている。そのようなパルス圧縮技術を用いる超音波画像診断装置において、前記相関処理（マッチトフィルタ処理）に用いられる参照信号は、時間経過に対応した係数列から成り、テンプレートとして予め格納されている。
【０００３】
そして、特許文献１では、前記テンプレート（圧縮フィルタ）の係数ｋの最適化を図っている。すなわち、ｋｎｘｙ（前記係数ｋ）を予め決定し、この係数ｋからフィルタ特性ＲＦｎｘｙを算出し、与えられた参照波の特性ｒｎｘｙのもとで、形成されるピークの幅を少なくし、Ｓ／Ｎを最大にするｋｎｘｙ（前記係数ｋ）を求めている。
【特許文献１】特開平１１−１７４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
診断用途にあっては、体動や拍動などがあるために、上述の従来技術では、検査に先立ってフィルタを最適化しているので、必ずしも良好なパルス圧縮が得られるとは限らないという問題がある。また、診断ではプローブを動かしながら検査が行われるので、動きに合わせて検査対象の組成も連続的に変化して、最適なフィルタ特性も時々刻々と変化していることになり、これによってもまた、上述のように検査に先立って最適化されたフィルタでは、診断に充分なＳ／Ｎの画像が得られないという問題がある。特に、解像度を上げることができるティシューハーモニックイメージングにおいては、高調波の抽出にあたって、受信波の信号強度が極めて低く、また、基本波と同じフィルタ特性が高調波にも適しているとは限らないので、最適なフィルタ特性の決定は重要である。
【０００５】
本発明の目的は、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことができる超音波画像診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超音波画像診断装置は、送信部から被検体内に第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理を行うことによって、前記第２の超音波信号中に含まれる所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記参照信号の係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、その最適化結果に更新するテンプレート最適化部と、予め定めるトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与える更新制御部とを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、送信部から被検体内に基本波となる第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、前記第２の超音波信号中に含まれる前記基本波成分や高調波成分などの所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記相関部で使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートは、体動や手技操作等で少し部位が変わっただけで、或いは白黒Ｂモードからドップラーモードのようにモードが変わると、現在のテンプレートが最適である（最もＳ／Ｎが高い画像が得られている）とは限らなくなる。そこで本発明では、前記テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部を設け、更新制御部が、検査技師や医師などのユーザ操作に応答してその更新（最適化）が要求されている間は、或いは装置側が現在のＳ／Ｎから自動判定して更新（最適化）した方が望ましい状況では、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させる。
【０００８】
したがって、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことで、より鮮明な診断用画像を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波画像診断装置は、前記受信部で受信された第２の超音波信号を記録してゆく信号記録部をさらに備え、前記相関部のテンプレートがデフォルト値に設定された状態で、前記信号記録部への記録が行われるとともに、前記更新制御部からは、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークが入力可能であり、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、前記検査技師や医師などのユーザが、表示部への表示画像を確認しながらリアルタイムで前記テンプレートの更新（最適化）を行うだけでなく、前記検査技師などが前記受信部で受信された第２の超音波信号を信号記録部に記録して、後に医師などがその画像を確認して診断を行うような場合、その記録の段階で、前記更新制御部から、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークを入力するようにする。そして、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録しておく。
【００１１】
したがって、後に画像を確認する際は、ユーザは前記選択画像や選択領域だけを注目すればよく、或いは前記選択画像や選択領域だけしか表示が行われず、診断用画像の確認作業を大幅に簡略化することができるとともに、前記テンプレート最適化部によるテンプレートの更新（最適化）処理を削減することができる。また、前記テンプレート最適化部によるテンプレートの更新（最適化）処理にリアルタイム性は要求されず、該テンプレート最適化部の能力、すなわちコストを低く抑えることができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、前記テンプレート最適化部における最適化アルゴリズムは、山登り法に、大域的探索法であり、該テンプレート最適化部は、前記山登り法による最適化によっても所定レベルのＳ／Ｎが得られず、さらに前記更新制御部から更新のトリガが与えられる場合に、遺伝的アルゴリズム法に代表される大域的探索法を使用することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、最適化アルゴリズムを複数切換えて使用することで、或る最適化アルゴリズムが適していなくても、他の最適化アルゴリズムでＳ／Ｎの高い診断画像を作成することができる。さらに、山登り法を優先して使用することで、計算時間や調整パラメータを少なくすることができるとともに、特異的に効果のある係数列、すなわち局所解を探索することができる。
【００１４】
好ましくは、前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（Ｆ１＋βｔ）ｔ）であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波画像診断装置は、以上のように、受信超音波信号を所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行う超音波画像診断装置において、前記相関処理に使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートを、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部を設け、更新制御部が、ユーザ操作に応答してその更新（最適化）が要求されている間は、或いは装置側が現在のＳ／Ｎから自動判定して更新（最適化）した方が望ましい状況では、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させる。
【００１６】
したがって、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことで、より鮮明な診断用画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置１の電気的構成を示すブロック図である。この超音波画像診断装置１は、大略的に、図略の生体等の被検体に対して送信部２から第１の超音波信号ｆ１を送信すると共に、それによって被検体から来た第２の超音波信号（エコー）ｆ２を受信部３で受信し、相関部４が、前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、前記第２の超音波信号ｆ２中に含まれる前記基本波成分や高調波成分などの所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部５が前記被検体内の画像を作成し、表示部６に表示させるものである。
【００１８】
前記送信部２および受信部３は圧電素子から成り、１次元や２次元のマトリクス状に配列されて成る多数のこの圧電素子に対して、前記送信部２、受信部３および相関部４等がそれぞれ対応して設けられることになるが、この図１では、図面の簡略化のために、１素子分で説明している。また、前記相関処理（マッチトフィルタ処理）によって、前記第２の超音波信号ｆ２中に含まれる基本波成分や所望とする高調波成分を抽出可能であるが、複数の周波数帯を同時に使用する場合には、各圧電素子に対して、前記送信部２、受信部３および相関部４等が、周波数帯数分設けられることになる。
【００１９】
前記送信部２は、コントローラ１０の制御部１１からの送信信号に応答して、送信ビームフォーマ回路１２で作成されたアレイ駆動信号によって駆動され、前記第１の超音波信号ｆ１を送信する。前記各圧電素子への送信信号には、送信ビームフォーマ回路１２によって、フォーカルポイント（フォーカス点）および／またはステアリング角度（方位）に対応した時間差が付与されている。本実施の形態でこの送信部２から送信される前記第１の超音波信号ｆ１は、後述の相関部４による相関処理によって検出することが容易であるという観点から、周波数を時間経過に伴って所定割合で変化させるチャープ波が用いられる。図２には、周波数が時間経過に従って徐々に高くなるチャープ波を示している。この図２では、周波数変移の中心周波数に対する割合は、認識し易くするために１００％程度で示しているけれども、実際は、圧電素子のバンド幅内で、最大で７０％程度である。
【００２０】
一方、受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２は、アンプ１３で増幅された後、アナログ／デジタル変換器１４でデジタルデータに変換されて、前記相関部４に入力される。前記相関部４は、多段（ｎ段）の遅延器Ｄ１〜Ｄｎから成るシフトレジスタ１５と、その各段の遅延器Ｄ１〜Ｄｎからの出力に、予め定める係数をそれぞれ乗算する乗算器ｇ１〜ｇｎと、各乗算器ｇ１〜ｇｎからの出力を相互に加算する加算器１６とを備えて構成される。
【００２１】
前記各相関部４からの出力ｙａ，ｙｂ，・・・は、遅延補正部１７で遅延時間が調整された後、整相加算回路１８で相互に加算されることで受信ビームフォーミングが行われ、得られた出力信号Ｙ（ｔ）が前記画像処理部５に入力されるとともに、前記コントローラ１０に入力される。
【００２２】
上述のように構成される超音波画像診断装置１において、注目すべきは、本実施の形態では、相関部４において、遅延器Ｄ１〜Ｄｎからの出力に各乗算器ｇ１〜ｇｎが、それぞれ係数を乗算する、すなわち前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２と所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行い、受信波のパルス圧縮を行うにあたって、コントローラ１０が、その係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って、適宜最適化することである。このため、コントローラ１０は、最適化された、すなわち前記各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定されている現在のテンプレート値を記憶する記憶部２１と、前記テンプレートのデフォルト値（初期値）を記憶している記憶部２２と、前記記憶部２１，２２に記憶されているテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、前記各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定するとともに、記憶部２１の記憶内容をその最適化結果に更新させるテンプレート最適化部２３と、所定のトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える更新制御部２４と、前記制御部１１とを備えて構成される。
【００２３】
前記更新制御部２４は、検査技師や医師などのユーザが、Ｂモード表示画像を確認しながら、入力操作部２５から操作を行い、更新（最適化）が要求されている間は、前記テンプレート最適化部２３へのトリガ入力を行う。或いは、前記更新制御部２４は、前記整相加算回路１８からの出力信号Ｙ（ｔ）をモニタし、現在のＳ／Ｎから自動判定して、更新（最適化）した方が望ましい状況で、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える。その更新の停止は、前記入力操作部２５、すなわちユーザから更新（最適化）が要求されなくなった時点、もしくはＳ／Ｎが所定値以上となった時点、または所定回、たとえば１００回更新した時点などである。これによって、前記テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるようになっている。
【００２４】
ここで、前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、
Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（ｆ１＋βｔ）ｔ）
であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値である。なお、
ｗ（ｔ）＝ｗ１（ｔ）・ｗ２（ｔ）・ｗ３（ｔ）
であり、ｗ１（ｔ）はトランスデューサ出力帯域特性による歪み、ｗ２（ｔ）は生体伝播による歪み、ｗ３（ｔ）はケーブル等の伝送系による歪みである。
【００２５】
そして、異なる次元をもつパラメータを同時に最適化することは困難であるので、先ず周波数Ｆ１，Ｆ２を最適化し、次にチャープ長ｄを最適化し、最後に波形歪み係数ｗ（ｔ）を最適化する等の複数のステップに分けて最適化が行われる。各ステップでの最適化手法には、同じ手法に限らず、異なる手法が、また組合せて用いられてもよい。
【００２６】
このようなデフォルト値のテンプレートを使用して、前記図２で示す送信波形に対する図３の受信波形をパルス圧縮すると、たとえば図４で示すようになる。これに対して、図５の最適化したテンプレートを使用してパルス圧縮すると、たとえば図６で示すようになる。図４と図６とを比べると、図６では、明らかにパルスの時間幅が短くなっている。またノイズとピークの比も大きくなっている。
【００２７】
ここで、超音波画像診断装置１において、前記相関部４で使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートは、体動や手技操作等で少し部位が変わっだけで、或いは白黒Ｂモードからドップラーモードのようにモードが変わると、現在のテンプレートが最適である（最もＳ／Ｎが高い画像が得られている）とは限らなくなる。そこで上述のように前記テンプレートを、記憶部２２のデフォルト値から、或いは記憶部２１での一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部２３を設け、更新制御部２４が、前記ユーザ操作に応答して、或いは現在のＳ／Ｎから自動判定して、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させることで、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理が行え、距離方向のＳ／Ｎが向上し、より鮮明な診断用画像を得ることができるとともに、装置固有のばらつきを補償することもできる。
【００２８】
また、テンプレート最適化部２３によって、前記テンプレートを逐次最適化させることで、状況に応じた多数のテンプレートを記憶しておく必要はなく、テンプレートのデータベースを作成しておく必要もない。さらに、前記コントローラ１０内の各機能は、汎用のデジタルシグナルプロセッサなどのハードウェアに、ソフトウェアで実装することができ、ハードウェアへの負担を小さくすることができる。さらにまた、前記テンプレート最適化部２３によって、自動的にテンプレートが最適化されるので、ユーザに超音波の生体減衰等の予備知識が不要になる。
【００２９】
また注目すべきは、本実施の形態の超音波画像診断装置１は、前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷ（生）データ）を記録してゆく信号記録部３１をさらに備えることである。これに対応して、前記入力操作部２５から前記信号記録部３１へ記録を行うことが指示されると、前記更新制御部２４は、テンプレート最適化部２３に、記憶部２２のデフォルトテンプレートを選択させて相関部４の各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定させる。そして、前記表示部６での表示画像を確認しながら、検査技師などのユーザが、前記入力操作部２５から、選択画像または選択領域であることを表すマークを入力すると、前記信号記録部３１は、そのマークを前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）に合わせて記録する。前記選択画像とは、時系列の連続画像における任意の時刻の画像全体を示し、前記選択領域は、その任意の時刻の画像において、深さ方向に２点が指定されて引かれたライン間の範囲、或いは矩形や円形の窓で囲まれた範囲（関心領域）などである。
【００３０】
図７および図８は、上述のような一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、図７は記録時の動作を示し、図８は再生時の動作を示す。記録時には、図７を参照して、検査室にて、前記検査技師などのユーザが、前記デフォルトテンプレートによるＢモード画像再生の状態で、信号記録部３１に記録を開始させると、ステップＳ１に移り、病変と疑われる部分などが前記選択領域としてマークキングされ、ステップＳ２では、前記デジタル値（ＲＡＷデータ）が順次圧縮されて、ステップＳ３で保存される。その後、前記デフォルトテンプレートが合わせて記録され、前記ステップＳ１に戻る。なお、デフォルトテンプレートが固定である場合、このステップＳ４は省略されてもよい。
【００３１】
これに対して、再生時には、図８を参照して、診察室にて、前記医師などのユーザが再生を指示するとステップＳ１１に移り、前記信号記録部３１から圧縮信号が再生され、伸長処理されて相関部４に入力されてゆく。ステップＳ１２では、その再生されたデジタル値（ＲＡＷデータ）から、相関部４が前記基本波のデフォルトテンプレートに対応した状態でＢモード画像表示が行われる。続いてステップＳ１３では、高調波モード、すなわち前記第２調波を使用したハーモニックイメージングのモードが選択されたか否かが判断され、選択されない場合は前記ステップＳ１１に戻って、次のフレームでも通常の基本波によるＢモード画像再生の状態が継続され、高調波モードが選択されるとステップＳ１４に移る。
【００３２】
ステップＳ１４では、伸長処理されたデータ（ＲＡＷデータ）が相関部４に入力され、ステップＳ１５では、更新制御部２４によって、先ず第２調波のデフォルトテンプレートが選択されて、以降、出力信号Ｙ（ｔ）が所定のＳ／Ｎレベルに達するまで、所定回、たとえば１００回を限度として、前記テンプレート最適化部２３に、いわゆる山登り法によって、最適化処理を行わせる。こうしてステップＳ１６で所定のＳ／Ｎレベルの第２調波が抽出されると、ステップＳ１７で画像処理部５は表示部６にその第２調波に基づく画像を表示させる。次に、ステップＳ１８で所望とするレベルの画質が得られているか否かが判断され、得られているとステップＳ１９で再生が終了であるか否かが判断され、終了である場合は処理を終了し、終了でない場合は前記ステップＳ１１に戻って、次のフレームの処理を継続する。前記ステップＳ１８での判定は、更新制御部２４によって行われ、前記入力操作部２５からのユーザ操作に応答するものであってもよく、整相加算された前記出力信号Ｙ（ｔ）のＳ／Ｎに基づくものであってもよい。
【００３３】
一方、前記ステップＳ１８で所望とするレベルの画質が得られていない場合にはステップＳ２０に移り、前記更新制御部２４は、前記テンプレート最適化部２３に、いわゆる大域的探索法（本実施の形態では、その代表の遺伝的アルゴリズム法）によって最適化処理を行わせる。その後、さらにステップＳ２１で、前記山登り法によって最適化処理を行わせ、前記ステップＳ１６と同様にステップＳ２２で所定のＳ／Ｎレベルの第２調波が抽出されると、ステップＳ１７と同様にステップＳ２３で、画像処理部５は表示部６にその第２調波に基づく画像を表示させ、前記ステップＳ１９に移る。
【００３４】
この第２調波による画像表示時には、前記ステップＳ１での選択領域のデータだけが抽出されて、前記テンプレートの最適化から画像表示が行われてもよい。また、ステップＳ３での記録自体を、選択画像または選択領域の部分だけ行うようにしてもよい。
【００３５】
このように構成することで、前記検査技師や医師などのユーザが、表示部６への表示画像を確認しながらリアルタイムで前記テンプレートの更新（最適化）を行うだけでなく、前記検査技師などが前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）を信号記録部３１に記録して、後に医師などがその画像を確認して診断を行うような場合、その記録の段階で、前記入力操作部２４から、前記選択画像または選択領域であることを表すマークを入力するようにし、前記信号記録部３１は、そのマークを前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）に合わせて記録しておくことで、後に画像を確認する際は、ユーザは前記選択画像や選択領域だけを注目すればよく、或いは前記選択画像や選択領域だけしか表示が行われず、診断用画像の確認作業を大幅に簡略化することができるとともに、前記テンプレート最適化部２３によるテンプレートの更新（最適化）処理を削減することができる。また、前記テンプレート最適化部２３によるテンプレートの更新（最適化）処理にリアルタイム性は要求されず、該テンプレート最適化部の能力、すなわちコストを低く抑えることができる。こうして、リアルタイムで検査しているときには判別に迷うような診断画像を、演算処理負荷を過大にすることなく、最適なテンプレートで処理された鮮明な患部の（高調波）画像を表示できる。
【００３６】
また、前記テンプレート最適化部２３における最適化アルゴリズムに、山登り法に、遺伝的アルゴリズム法を用いるので、それら複数の最適化アルゴリズムを切換えて使用することで、或る最適化アルゴリズムが適していなくても、他の最適化アルゴリズムでＳ／Ｎの高い診断画像を作成することができる。また、前記更新制御部２４は、先ず山登り法を優先して使用することで、計算時間や調整パラメータを少なくすることができる。また、その山登り法による最適化によっても所定レベルのＳ／Ｎが得られない場合および入力操作部２５から更新のトリガが与えられる場合に、遺伝的アルゴリズム法を使用させ、再び山登り法を実施するので、特異的に効果のある係数列、すなわち局所解を探索することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態での送信波であるチャープ波の波形図例である。
【図３】パルス圧縮前の受信波形の例を示す波形図である。
【図４】デフォルトテンプレートを使用して受信波形をパルス圧縮した例を示す波形図である。
【図５】前記図３の波形に対して最適化したテンプレートの波形図の例である。
【図６】前記図３の波形に対して最適化したテンプレートを使用した場合の波形図である。
【図７】一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、記録時の動作を示す。
【図８】一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、再生時の動作を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１ 超音波画像診断装置
２ 送信部
３ 受信部
４ 相関部
５ 画像処理部
６ 表示部
１０ コントローラ
１１ 制御部
１２ 送信ビームフォーマ回路
１３ アンプ
１４ アナログ／デジタル変換器
１５ シフトレジスタ
１６ 加算器
１７ 遅延補正部
１８ 整相加算回路
２１，２２ 記憶部
２３ テンプレート最適化部
２４ 更新制御部
２５ 入力操作部
３１ 信号記録部
Ｄ１〜Ｄｎ 遅延器
ｇ１〜ｇｎ 乗算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像診断装置に関し、特に受信超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、分解能を向上するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内に超音波信号を送信し、それによる被検体内からの超音波信号から、被検体内の画像を表示するようにした超音波画像診断装置において、時間的に或る程度の幅を有するパルスを送信超音波信号として用い、前記のように、受信超音波信号と所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、距離方向および方位方向の分解能を向上するようにしたものが、従来から提案されている。そのようなパルス圧縮技術を用いる超音波画像診断装置において、前記相関処理（マッチトフィルタ処理）に用いられる参照信号は、時間経過に対応した係数列から成り、テンプレートとして予め格納されている。
【０００３】
そして、特許文献１では、前記テンプレート（圧縮フィルタ）の係数ｋの最適化を図っている。すなわち、ｋｎｘｙ（前記係数ｋ）を予め決定し、この係数ｋからフィルタ特性ＲＦｎｘｙを算出し、与えられた参照波の特性ｒｎｘｙのもとで、形成されるピークの幅を少なくし、Ｓ／Ｎを最大にするｋｎｘｙ（前記係数ｋ）を求めている。
【特許文献１】特開平１１−１７４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
診断用途にあっては、体動や拍動などがあるために、上述の従来技術では、検査に先立ってフィルタを最適化しているので、必ずしも良好なパルス圧縮が得られるとは限らないという問題がある。また、診断ではプローブを動かしながら検査が行われるので、動きに合わせて検査対象の組成も連続的に変化して、最適なフィルタ特性も時々刻々と変化していることになり、これによってもまた、上述のように検査に先立って最適化されたフィルタでは、診断に充分なＳ／Ｎの画像が得られないという問題がある。特に、解像度を上げることができるティシューハーモニックイメージングにおいては、高調波の抽出にあたって、受信波の信号強度が極めて低く、また、基本波と同じフィルタ特性が高調波にも適しているとは限らないので、最適なフィルタ特性の決定は重要である。
【０００５】
本発明の目的は、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことができる超音波画像診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超音波画像診断装置は、送信部から被検体内に第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理を行うことによって、前記第２の超音波信号中に含まれる所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記参照信号の係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、その最適化結果に更新するテンプレート最適化部と、予め定めるトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与える更新制御部とを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、送信部から被検体内に基本波となる第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、前記第２の超音波信号中に含まれる前記基本波成分や高調波成分などの所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記相関部で使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートは、体動や手技操作等で少し部位が変わっただけで、或いは白黒Ｂモードからドップラーモードのようにモードが変わると、現在のテンプレートが最適である（最もＳ／Ｎが高い画像が得られている）とは限らなくなる。そこで本発明では、前記テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部を設け、更新制御部が、検査技師や医師などのユーザ操作に応答してその更新（最適化）が要求されている間は、或いは装置側が現在のＳ／Ｎから自動判定して更新（最適化）した方が望ましい状況では、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させる。
【０００８】
したがって、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことで、より鮮明な診断用画像を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波画像診断装置は、前記受信部で受信された第２の超音波信号を記録してゆく信号記録部をさらに備え、前記相関部のテンプレートがデフォルト値に設定された状態で、前記信号記録部への記録が行われるとともに、前記更新制御部からは、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークが入力可能であり、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、前記検査技師や医師などのユーザが、表示部への表示画像を確認しながらリアルタイムで前記テンプレートの更新（最適化）を行うだけでなく、前記検査技師などが前記受信部で受信された第２の超音波信号を信号記録部に記録して、後に医師などがその画像を確認して診断を行うような場合、その記録の段階で、前記更新制御部から、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークを入力するようにする。そして、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録しておく。
【００１１】
したがって、後に画像を確認する際は、ユーザは前記選択画像や選択領域だけを注目すればよく、或いは前記選択画像や選択領域だけしか表示が行われず、診断用画像の確認作業を大幅に簡略化することができるとともに、前記テンプレート最適化部によるテンプレートの更新（最適化）処理を削減することができる。また、前記テンプレート最適化部によるテンプレートの更新（最適化）処理にリアルタイム性は要求されず、該テンプレート最適化部の能力、すなわちコストを低く抑えることができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、前記テンプレート最適化部における最適化アルゴリズムは、山登り法に、大域的探索法であり、該テンプレート最適化部は、前記山登り法による最適化によっても所定レベルのＳ／Ｎが得られず、さらに前記更新制御部から更新のトリガが与えられる場合に、遺伝的アルゴリズム法に代表される大域的探索法を使用することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、最適化アルゴリズムを複数切換えて使用することで、或る最適化アルゴリズムが適していなくても、他の最適化アルゴリズムでＳ／Ｎの高い診断画像を作成することができる。さらに、山登り法を優先して使用することで、計算時間や調整パラメータを少なくすることができるとともに、特異的に効果のある係数列、すなわち局所解を探索することができる。
【００１４】
好ましくは、前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（Ｆ１＋βｔ）ｔ）であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波画像診断装置は、以上のように、受信超音波信号を所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行う超音波画像診断装置において、前記相関処理に使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートを、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部を設け、更新制御部が、ユーザ操作に応答してその更新（最適化）が要求されている間は、或いは装置側が現在のＳ／Ｎから自動判定して更新（最適化）した方が望ましい状況では、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させる。
【００１６】
したがって、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理を行うことで、より鮮明な診断用画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置１の電気的構成を示すブロック図である。この超音波画像診断装置１は、大略的に、図略の生体等の被検体に対して送信部２から第１の超音波信号ｆ１を送信すると共に、それによって被検体から来た第２の超音波信号（エコー）ｆ２を受信部３で受信し、相関部４が、前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行うことによって、受信波のパルス圧縮を行い、前記第２の超音波信号ｆ２中に含まれる前記基本波成分や高調波成分などの所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部５が前記被検体内の画像を作成し、表示部６に表示させるものである。
【００１８】
前記送信部２および受信部３は圧電素子から成り、１次元や２次元のマトリクス状に配列されて成る多数のこの圧電素子に対して、前記送信部２、受信部３および相関部４等がそれぞれ対応して設けられることになるが、この図１では、図面の簡略化のために、１素子分で説明している。また、前記相関処理（マッチトフィルタ処理）によって、前記第２の超音波信号ｆ２中に含まれる基本波成分や所望とする高調波成分を抽出可能であるが、複数の周波数帯を同時に使用する場合には、各圧電素子に対して、前記送信部２、受信部３および相関部４等が、周波数帯数分設けられることになる。
【００１９】
前記送信部２は、コントローラ１０の制御部１１からの送信信号に応答して、送信ビームフォーマ回路１２で作成されたアレイ駆動信号によって駆動され、前記第１の超音波信号ｆ１を送信する。前記各圧電素子への送信信号には、送信ビームフォーマ回路１２によって、フォーカルポイント（フォーカス点）および／またはステアリング角度（方位）に対応した時間差が付与されている。本実施の形態でこの送信部２から送信される前記第１の超音波信号ｆ１は、後述の相関部４による相関処理によって検出することが容易であるという観点から、周波数を時間経過に伴って所定割合で変化させるチャープ波が用いられる。図２には、周波数が時間経過に従って徐々に高くなるチャープ波を示している。この図２では、周波数変移の中心周波数に対する割合は、認識し易くするために１００％程度で示しているけれども、実際は、圧電素子のバンド幅内で、最大で７０％程度である。
【００２０】
一方、受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２は、アンプ１３で増幅された後、アナログ／デジタル変換器１４でデジタルデータに変換されて、前記相関部４に入力される。前記相関部４は、多段（ｎ段）の遅延器Ｄ１〜Ｄｎから成るシフトレジスタ１５と、その各段の遅延器Ｄ１〜Ｄｎからの出力に、予め定める係数をそれぞれ乗算する乗算器ｇ１〜ｇｎと、各乗算器ｇ１〜ｇｎからの出力を相互に加算する加算器１６とを備えて構成される。
【００２１】
前記各相関部４からの出力ｙａ，ｙｂ，・・・は、遅延補正部１７で遅延時間が調整された後、整相加算回路１８で相互に加算されることで受信ビームフォーミングが行われ、得られた出力信号Ｙ（ｔ）が前記画像処理部５に入力されるとともに、前記コントローラ１０に入力される。
【００２２】
上述のように構成される超音波画像診断装置１において、注目すべきは、本実施の形態では、相関部４において、遅延器Ｄ１〜Ｄｎからの出力に各乗算器ｇ１〜ｇｎが、それぞれ係数を乗算する、すなわち前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２と所定の参照信号との相関処理（マッチトフィルタ処理）を行い、受信波のパルス圧縮を行うにあたって、コントローラ１０が、その係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って、適宜最適化することである。このため、コントローラ１０は、最適化された、すなわち前記各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定されている現在のテンプレート値を記憶する記憶部２１と、前記テンプレートのデフォルト値（初期値）を記憶している記憶部２２と、前記記憶部２１，２２に記憶されているテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、前記各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定するとともに、記憶部２１の記憶内容をその最適化結果に更新させるテンプレート最適化部２３と、所定のトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える更新制御部２４と、前記制御部１１とを備えて構成される。
【００２３】
前記更新制御部２４は、検査技師や医師などのユーザが、Ｂモード表示画像を確認しながら、入力操作部２５から操作を行い、更新（最適化）が要求されている間は、前記テンプレート最適化部２３へのトリガ入力を行う。或いは、前記更新制御部２４は、前記整相加算回路１８からの出力信号Ｙ（ｔ）をモニタし、現在のＳ／Ｎから自動判定して、更新（最適化）した方が望ましい状況で、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与える。その更新の停止は、前記入力操作部２５、すなわちユーザから更新（最適化）が要求されなくなった時点、もしくはＳ／Ｎが所定値以上となった時点、または所定回、たとえば１００回更新した時点などである。これによって、前記テンプレートを、デフォルト値から、或いは一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるようになっている。
【００２４】
ここで、前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、
Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（ｆ１＋βｔ）ｔ）
であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値である。なお、
ｗ（ｔ）＝ｗ１（ｔ）・ｗ２（ｔ）・ｗ３（ｔ）
であり、ｗ１（ｔ）はトランスデューサ出力帯域特性による歪み、ｗ２（ｔ）は生体伝播による歪み、ｗ３（ｔ）はケーブル等の伝送系による歪みである。
【００２５】
そして、異なる次元をもつパラメータを同時に最適化することは困難であるので、先ず周波数Ｆ１，Ｆ２を最適化し、次にチャープ長ｄを最適化し、最後に波形歪み係数ｗ（ｔ）を最適化する等の複数のステップに分けて最適化が行われる。各ステップでの最適化手法には、同じ手法に限らず、異なる手法が、また組合せて用いられてもよい。
【００２６】
このようなデフォルト値のテンプレートを使用して、前記図２で示す送信波形に対する図３の受信波形をパルス圧縮すると、たとえば図４で示すようになる。これに対して、図５の最適化したテンプレートを使用してパルス圧縮すると、たとえば図６で示すようになる。図４と図６とを比べると、図６では、明らかにパルスの時間幅が短くなっている。またノイズとピークの比も大きくなっている。
【００２７】
ここで、超音波画像診断装置１において、前記相関部４で使用され、前記参照信号の係数列から成るテンプレートは、体動や手技操作等で少し部位が変わっだけで、或いは白黒Ｂモードからドップラーモードのようにモードが変わると、現在のテンプレートが最適である（最もＳ／Ｎが高い画像が得られている）とは限らなくなる。そこで上述のように前記テンプレートを、記憶部２２のデフォルト値から、或いは記憶部２１での一旦変更された値からさらに、最適化アルゴリズムに従って逐次最適化させることができるテンプレート最適化部２３を設け、更新制御部２４が、前記ユーザ操作に応答して、或いは現在のＳ／Ｎから自動判定して、前記テンプレート最適化部２３に更新のトリガを与え、更新（最適化）を継続させることで、時々刻々と変化している被検体の状態や関心領域に最も適合したパルス圧縮処理が行え、距離方向のＳ／Ｎが向上し、より鮮明な診断用画像を得ることができるとともに、装置固有のばらつきを補償することもできる。
【００２８】
また、テンプレート最適化部２３によって、前記テンプレートを逐次最適化させることで、状況に応じた多数のテンプレートを記憶しておく必要はなく、テンプレートのデータベースを作成しておく必要もない。さらに、前記コントローラ１０内の各機能は、汎用のデジタルシグナルプロセッサなどのハードウェアに、ソフトウェアで実装することができ、ハードウェアへの負担を小さくすることができる。さらにまた、前記テンプレート最適化部２３によって、自動的にテンプレートが最適化されるので、ユーザに超音波の生体減衰等の予備知識が不要になる。
【００２９】
また注目すべきは、本実施の形態の超音波画像診断装置１は、前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷ（生）データ）を記録してゆく信号記録部３１をさらに備えることである。これに対応して、前記入力操作部２５から前記信号記録部３１へ記録を行うことが指示されると、前記更新制御部２４は、テンプレート最適化部２３に、記憶部２２のデフォルトテンプレートを選択させて相関部４の各乗算器ｇ１〜ｇｎに設定させる。そして、前記表示部６での表示画像を確認しながら、検査技師などのユーザが、前記入力操作部２５から、選択画像または選択領域であることを表すマークを入力すると、前記信号記録部３１は、そのマークを前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）に合わせて記録する。前記選択画像とは、時系列の連続画像における任意の時刻の画像全体を示し、前記選択領域は、その任意の時刻の画像において、深さ方向に２点が指定されて引かれたライン間の範囲、或いは矩形や円形の窓で囲まれた範囲（関心領域）などである。
【００３０】
図７および図８は、上述のような一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、図７は記録時の動作を示し、図８は再生時の動作を示す。記録時には、図７を参照して、検査室にて、前記検査技師などのユーザが、前記デフォルトテンプレートによるＢモード画像再生の状態で、信号記録部３１に記録を開始させると、ステップＳ１に移り、病変と疑われる部分などが前記選択領域としてマークキングされ、ステップＳ２では、前記デジタル値（ＲＡＷデータ）が順次圧縮されて、ステップＳ３で保存される。その後、前記デフォルトテンプレートが合わせて記録され、前記ステップＳ１に戻る。なお、デフォルトテンプレートが固定である場合、このステップＳ４は省略されてもよい。
【００３１】
これに対して、再生時には、図８を参照して、診察室にて、前記医師などのユーザが再生を指示するとステップＳ１１に移り、前記信号記録部３１から圧縮信号が再生され、伸長処理されて相関部４に入力されてゆく。ステップＳ１２では、その再生されたデジタル値（ＲＡＷデータ）から、相関部４が前記基本波のデフォルトテンプレートに対応した状態でＢモード画像表示が行われる。続いてステップＳ１３では、高調波モード、すなわち前記第２調波を使用したハーモニックイメージングのモードが選択されたか否かが判断され、選択されない場合は前記ステップＳ１１に戻って、次のフレームでも通常の基本波によるＢモード画像再生の状態が継続され、高調波モードが選択されるとステップＳ１４に移る。
【００３２】
ステップＳ１４では、伸長処理されたデータ（ＲＡＷデータ）が相関部４に入力され、ステップＳ１５では、更新制御部２４によって、先ず第２調波のデフォルトテンプレートが選択されて、以降、出力信号Ｙ（ｔ）が所定のＳ／Ｎレベルに達するまで、所定回、たとえば１００回を限度として、前記テンプレート最適化部２３に、いわゆる山登り法によって、最適化処理を行わせる。こうしてステップＳ１６で所定のＳ／Ｎレベルの第２調波が抽出されると、ステップＳ１７で画像処理部５は表示部６にその第２調波に基づく画像を表示させる。次に、ステップＳ１８で所望とするレベルの画質が得られているか否かが判断され、得られているとステップＳ１９で再生が終了であるか否かが判断され、終了である場合は処理を終了し、終了でない場合は前記ステップＳ１１に戻って、次のフレームの処理を継続する。前記ステップＳ１８での判定は、更新制御部２４によって行われ、前記入力操作部２５からのユーザ操作に応答するものであってもよく、整相加算された前記出力信号Ｙ（ｔ）のＳ／Ｎに基づくものであってもよい。
【００３３】
一方、前記ステップＳ１８で所望とするレベルの画質が得られていない場合にはステップＳ２０に移り、前記更新制御部２４は、前記テンプレート最適化部２３に、いわゆる大域的探索法（本実施の形態では、その代表の遺伝的アルゴリズム法）によって最適化処理を行わせる。その後、さらにステップＳ２１で、前記山登り法によって最適化処理を行わせ、前記ステップＳ１６と同様にステップＳ２２で所定のＳ／Ｎレベルの第２調波が抽出されると、ステップＳ１７と同様にステップＳ２３で、画像処理部５は表示部６にその第２調波に基づく画像を表示させ、前記ステップＳ１９に移る。
【００３４】
この第２調波による画像表示時には、前記ステップＳ１での選択領域のデータだけが抽出されて、前記テンプレートの最適化から画像表示が行われてもよい。また、ステップＳ３での記録自体を、選択画像または選択領域の部分だけ行うようにしてもよい。
【００３５】
このように構成することで、前記検査技師や医師などのユーザが、表示部６への表示画像を確認しながらリアルタイムで前記テンプレートの更新（最適化）を行うだけでなく、前記検査技師などが前記受信部３で受信された第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）を信号記録部３１に記録して、後に医師などがその画像を確認して診断を行うような場合、その記録の段階で、前記入力操作部２４から、前記選択画像または選択領域であることを表すマークを入力するようにし、前記信号記録部３１は、そのマークを前記第２の超音波信号ｆ２のデジタル値（ＲＡＷデータ）に合わせて記録しておくことで、後に画像を確認する際は、ユーザは前記選択画像や選択領域だけを注目すればよく、或いは前記選択画像や選択領域だけしか表示が行われず、診断用画像の確認作業を大幅に簡略化することができるとともに、前記テンプレート最適化部２３によるテンプレートの更新（最適化）処理を削減することができる。また、前記テンプレート最適化部２３によるテンプレートの更新（最適化）処理にリアルタイム性は要求されず、該テンプレート最適化部の能力、すなわちコストを低く抑えることができる。こうして、リアルタイムで検査しているときには判別に迷うような診断画像を、演算処理負荷を過大にすることなく、最適なテンプレートで処理された鮮明な患部の（高調波）画像を表示できる。
【００３６】
また、前記テンプレート最適化部２３における最適化アルゴリズムに、山登り法に、遺伝的アルゴリズム法を用いるので、それら複数の最適化アルゴリズムを切換えて使用することで、或る最適化アルゴリズムが適していなくても、他の最適化アルゴリズムでＳ／Ｎの高い診断画像を作成することができる。また、前記更新制御部２４は、先ず山登り法を優先して使用することで、計算時間や調整パラメータを少なくすることができる。また、その山登り法による最適化によっても所定レベルのＳ／Ｎが得られない場合および入力操作部２５から更新のトリガが与えられる場合に、遺伝的アルゴリズム法を使用させ、再び山登り法を実施するので、特異的に効果のある係数列、すなわち局所解を探索することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態での送信波であるチャープ波の波形図例である。
【図３】パルス圧縮前の受信波形の例を示す波形図である。
【図４】デフォルトテンプレートを使用して受信波形をパルス圧縮した例を示す波形図である。
【図５】前記図３の波形に対して最適化したテンプレートの波形図の例である。
【図６】前記図３の波形に対して最適化したテンプレートを使用した場合の波形図である。
【図７】一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、記録時の動作を示す。
【図８】一時記録によるテンプレート最適化動作を説明するためのフローチャートであり、再生時の動作を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１ 超音波画像診断装置
２ 送信部
３ 受信部
４ 相関部
５ 画像処理部
６ 表示部
１０ コントローラ
１１ 制御部
１２ 送信ビームフォーマ回路
１３ アンプ
１４ アナログ／デジタル変換器
１５ シフトレジスタ
１６ 加算器
１７ 遅延補正部
１８ 整相加算回路
２１，２２ 記憶部
２３ テンプレート最適化部
２４ 更新制御部
２５ 入力操作部
３１ 信号記録部
Ｄ１〜Ｄｎ 遅延器
ｇ１〜ｇｎ 乗算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信部から被検体内に第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理を行うことによって、前記第２の超音波信号中に含まれる所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、
前記参照信号の係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、その最適化結果に更新するテンプレート最適化部と、
予め定めるトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与える更新制御部とを含むことを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記受信部で受信された第２の超音波信号を記録してゆく信号記録部をさらに備え、
前記相関部のテンプレートがデフォルト値に設定された状態で、前記信号記録部への記録が行われるとともに、前記更新制御部からは、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークが入力可能であり、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録することを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記テンプレート最適化部における最適化アルゴリズムは、山登り法に、大域的探索法であり、該テンプレート最適化部は、前記山登り法による最適化の後に、さらに前記更新制御部から更新のトリガが与えられる場合に、大域的探索法を使用することを特徴とする請求項１または２記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、
Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（Ｆ１＋βｔ）ｔ）
であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【請求項１】
送信部から被検体内に第１の超音波信号を送信し、それによる被検体内からの第２の超音波信号を受信部で受信し、相関部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号と予め定められる時間経過に対応した係数列から成る参照信号との相関処理を行うことによって、前記第２の超音波信号中に含まれる所望周波数成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、
前記参照信号の係数列から成るテンプレートを最適化アルゴリズムに従って最適化し、その最適化結果に更新するテンプレート最適化部と、
予め定めるトリガ入力に応答して、前記テンプレート最適化部に更新のトリガを与える更新制御部とを含むことを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記受信部で受信された第２の超音波信号を記録してゆく信号記録部をさらに備え、
前記相関部のテンプレートがデフォルト値に設定された状態で、前記信号記録部への記録が行われるとともに、前記更新制御部からは、予め定める選択画像または選択領域であることを表すマークが入力可能であり、前記信号記録部は、そのマークを前記第２の超音波信号に合わせて記録することを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記テンプレート最適化部における最適化アルゴリズムは、山登り法に、大域的探索法であり、該テンプレート最適化部は、前記山登り法による最適化の後に、さらに前記更新制御部から更新のトリガが与えられる場合に、大域的探索法を使用することを特徴とする請求項１または２記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記テンプレートは、前記時間経過に伴って周波数を変化させるチャープ波形Ｆ（ｔ）を形成するものであり、波形歪み係数をｗ（ｔ）とし、チャープ開始周波数をＦ１とし、チャープ終了周波数をＦ２とし、チャープ長をｄとし、β＝（Ｆ２−Ｆ１）／ｄとするとき、
Ｆ（ｔ）＝ｗ（ｔ）ｓｉｎ（２π（Ｆ１＋βｔ）ｔ）
であり、前記デフォルト値は、各周波数Ｆ１，Ｆ２、チャープ長ｄ、波形歪み係数ｗ（ｔ）の初期値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４２４４２（Ｐ２０１０−１４２４４２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２３３０５（Ｐ２００８−３２３３０５）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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