超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序的制作方法
超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序的制作方法
【专利摘要】超声波观测装置具备：第一变换部，其将由发送和接收部接收到的作为时域信号的超声波信号变换为频域信号；回归分析部，其计算针对由第一变换部变换得到的频域信号的回归式；衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的回归式中的一次系数来计算衰减校正系数；衰减校正处理部，其根据由衰减校正系数计算部计算出的衰减校正系数来进行频域信号的衰减校正处理；第二变换部，其将由衰减校正处理部进行了衰减校正处理的频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成部，其根据第二时域信号来生成超声波图像数据。
【专利说明】超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波 观测装置的动作程序
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用超声波来观测检体的组织的超声波观测装置、超声波观测装 置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
【背景技术】
[0002] 作为使用超声波进行的乳腺癌等的检查技术，已知一种超声波弹性成像技术（例 如参照专利文献1)。超声波弹性成像是利用生物体内的癌、肿瘤组织的硬度由于疾病的发 展状况、生物体不同而不同的技术。在该技术中，在从外部挤压检查位置的状态下，使用超 声波对该检查位置的生物体组织的应变量、弹性率进行测量，将该测量结果变换为断层图 像来进行图像显示。
[0003] 由于超声波在生物体内衰减，因此在进行检查方面获知其衰减量或者衰减校正系 数是重要的。作为校正随着超声波的传播而产生的衰减的技术，已知一种与传播距离相应 地使放大率变化的STC(SensitivityTimeControl:灵敏度时间控制）校正（例如参照专 利文献2)。在该技术中，根据接收深度来变更信号的放大率，无法校正依赖于频率的衰减。 因此，在远离超声波振子的接收深度大的区域，高频成分会衰减，存在空间分辨率降低的问 题。
[0004] 与此相对，已知还存在一种依赖于信号的频率进行校正的技术（例如参照专利文 献3)。在该技术中，在对接收到的信号实施高速傅里叶变换（FFT)之后，进行衰减校正使其 与规定的频谱一致，并实施高速傅里叶逆变换（IFFT)。
[0005] 另外，已知还存在以下技术：针对实施了FFT的信号，按每个频率求出倒数，将以 与测量信号相反的图案进行增减的谱作为校正系数的谱而求出，在对测量得到的信号的频 谱乘上该校正系数之后，实施IFFT(例如参照专利文献4)。
[0006] 专利文献1 :日本特开2004-135929号公报 [0007]专利文献2 :日本特开平8-131435号公报 [0008] 专利文献3 :日本特开平9-173334号公报 [0009]专利文献4 :日本特开平10-33529号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011] 然而，在专利文献3所记载的技术中，仅进行与规定的频谱一致的衰减校正，不是 实时地反映所接收到的信号本身受到的衰减，该谱未必是与测量结果相应的适当的谱。
[0012] 另外，专利文献4所记载的技术只是用于校正超声波探头的往复分散性的技术， 并没有校正依赖于信号的频率的衰减。
[0013] 本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够根据测量结果来实时地 进行适当的衰减校正的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置 的动作程序。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]为了解决上述问题并达到目的，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，具 备：发送和接收部，其对检体发送作为时域信号的超声波信号并且接收由上述检体反射的 上述超声波信号；第一变换部，其将由上述发送和接收部接收到的上述超声波信号变换为 频域信号；回归分析部，其计算针对由上述第一变换部变换得到的上述频域信号的回归式； 衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数来计算 衰减校正系数；衰减校正处理部，其根据由上述衰减校正系数计算部计算出的上述衰减校 正系数来进行上述频域信号的衰减校正处理；第二变换部，其将由上述衰减校正处理部进 行了衰减校正处理的上述频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成部，其根据上 述第二时域信号来生成超声波图像数据。
[0016] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述衰减校正 系数是构成一组的两点的上述一次系数之差除以该两点的接收深度之差得到的量。
[0017] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述衰减校正 处理部应用根据用于计算上述衰减校正系数的两点的接收深度计算出的上述衰减校正系 数对上述两点的接收深度中的大的接收深度的上述频域信号进行衰减校正处理。
[0018] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备频带限 制校正部，在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换前、或者在上述 衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换后，该频带限制校正部进行限制为 规定的频带来削减该频带以外的频率成分的贡献的校正。
[0019] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述图像数据 生成部根据上述第二时域信号的振幅信息来生成上述超声波图像数据。
[0020] 另外，在本发明所涉及的超声波观测装置的动作方法中，该超声波观测装置对检 体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在 于，包括：第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号；回归分 析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式；衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数 计算部根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数来计算衰减校正系数；衰 减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰减校正 处理；第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信 号变换为第二时域信号；以及图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号 来生成超声波图像数据。
[0021] 在本发明所涉及的超声波观测装置的动作程序中，该超声波观测装置对检体发送 超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作程序的特征在于，使 超声波观测装置执行以下步骤：第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变 换为频域信号；回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式；衰减校正系数 计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数 来计算衰减校正系数；衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行 上述频域信号的衰减校正处理；第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行 了衰减校正的上述频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成步骤，图像数据生成 部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
[0022] 发明的效果
[0023] 根据本发明，提供一种能够根据测量结果来实时地进行适当的衰减校正的超声波 观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
[0025] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的信号放大部所进行的 放大处理中的回波信号的接收深度与放大率之间的关系的图。
[0026] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的放大校正部所进行的 放大处理中的接收深度与放大率之间的关系的图。
[0027] 图4是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程 图。
[0028] 图5是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的FFT处理部所进行的 FFT处理的概要的流程图。
[0029] 图6是示意性地示出本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置设为处理对象 的一个声线的数据排列的图。
[0030] 图7是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的FFT处理部所计算出 的频谱的例子的图。
[0031] 图8是示意性地示出本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的衰减校正系 数计算部所进行的衰减校正系数计算处理的图。
[0032] 图9是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的衰减校正处理部所进 行的衰减校正处理的概要的图。
[0033] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
[0034]图11是表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所计算出的频谱曲 线及其近似曲线的图。
【具体实施方式】
[0035] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】用于实施本发明的方式（以下称为"实施方式"）。
[0036](实施方式1)
[0037] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。该图示 出的超声波观测装置1是用于使用超声波来观测作为诊断对象的检体的装置。
[0038] 超声波观测装置1具备：超声波探头2,其向外部输出超声波脉冲，并且接收在外 部反射的超声波回波；发送和接收部3,其与超声波探头2之间进行电信号的发送和接收； 运算部4,其对变换超声波回波而得到的电回波信号实施规定的运算；图像数据生成部5， 其生成与变换超声波回波而得到的电回波信号对应的图像数据；输入部6,其使用键盘、鼠 标、触摸面板等接口来实现，接受各种信息的输入；显示部7,其使用由液晶或者有机EL等 构成的显示面板来实现，显示包括由图像数据生成部5生成的图像的各种信息；存储部8， 其存储包括在频率分析时使用的窗函数的各种信息；以及控制部9,其对超声波观测装置1 进行动作控制。
[0039] 超声波探头2具有信号变换部21，该信号变换部21将从发送和接收部3接收到的 电脉冲信号变换为超声波脉冲（声脉冲信号），并且将由外部的检体反射而得到的超声波 回波变换为电回波信号。超声波探头2可以是以机械方式使超声波振子进行扫描的探头， 也可以是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头。
[0040] 发送和接收部3与超声波探头2电连接，将脉冲信号发送给超声波探头2,并且从 超声波探头2接收作为接收信号的回波信号。具体地说，发送和接收部3根据预先设定的 波形和发送定时来生成脉冲信号，将所生成的该脉冲信号发送给超声波探头2。
[0041] 发送和接收部3具有对回波信号进行放大的信号放大部31。具体地说，信号放大 部31进行如下的STC校正，S卩、回波信号的接收深度越大则以越高的放大率进行放大。图2 是表示回波信号的接收深度与放大率之间的关系的图。图2示出的接收深度z是根据从开 始接收超声波的时刻起的经过时间而计算出的量。如图2所示，在接收深度z小于阈值Zth 的情况下，放大率β(dB)随着接收深度z的增加而从向PthOPci)线性增加。另外，在 接收深度ζ为阈值Zth以上的情况下，将放大率β设为固定值Pth。阈值Zth的值是从检体 接收到的超声波信号大部分衰减而噪声处于支配地位的值。更通常地，在接收深度ζ小于 阈值Zth的情况下，放大率β随着接收深度ζ的增加而单调增加即可。
[0042] 发送和接收部3在对由信号放大部31放大得到的回波信号实施滤波等处理之后， 通过进行A/D变换来生成时域数字RF信号并输出。此外，在超声波探头2是以电子方式使 多个超声波振子进行扫描的探头的情况下，发送和接收部3具有与多个超声波振子对应的 束合成用的多通道电路。
[0043] 运算部4具有：放大校正部41，其对由发送和接收部3输出的数字RF信号进行放 大校正，该放大校正用于使放大率与接收深度无关地成为固定；FFT处理部42,其通过对进 行了放大校正的数字RF信号实施高速傅里叶变换（FFT)来得到频域信号（频谱）；回归分 析部43,其对由FFT处理部42实施了FFT的信号进行回归分析；衰减校正系数计算部44， 其根据由回归分析部43进行回归分析而得到的结果来计算衰减校正系数；衰减校正处理 部45,其使用由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数对实施了FFT的信号进行衰 减校正；以及IFFT处理部46,其通过对由衰减校正处理部45进行衰减校正而得到的信号 实施高速傅里叶逆变换（IFFT)来得到时域信号。
[0044] 图3是表示由放大校正部41进行的放大处理中的接收深度与放大率之间的关系 的图。如图3所示，由放大校正部41进行的放大处理中的放大率β(dB)在接收深度ζ为 零时取最大值Pth-β〇,接收深度ζ从零开始直到达到阈值Zth为止放大率β(dB)线性减 少，在接收深度ζ为阈值Zth以上时放大率β(dB)为零。放大校正部41根据这样决定的放 大率来对数字RF信号进行放大校正，由此能够抵消信号放大部31中的STC校正的影响，输 出固定放大率Pth的信号。此外，放大校正部41的接收深度ζ与放大率β之间的关系根 据信号放大部31中的接收深度与放大率之间的关系不同而不同，这是不言而喻的。
[0045]FFT处理部42针对作为处理对象的各声线（行数据），对由规定的数据量构成的 FFT数据群实施FFT，由此计算频域信号即频谱。FFT处理部42相当于将由发送和接收部3 接收到的超声波信号变换为频域信号的第一变换部。以复数得到FFT的计算结果，并存储 于存储部8。频谱根据检体的组织性状不同而示出不同的倾向。这是由于，频谱与作为使超 声波散射的散射体的检体的大小、密度、声阻抗等具有相关性。
[0046] 回归分析部43通过对在利用强度I(f，z)和相位CP'（f，z) (f为频率）来表现由 FFT处理部42计算出的两点以上的接收深度z(从超声波探头2所具有的超声波振子起的 距离）的频谱时的强度1(f)的谱分别进行回归分析来计算由一次式构成的回归式。回归 式的一次系数（以下称为斜率）与超声波的衰减校正系数的大小具有相关性，衰减校正系 数越大则针对超声波的传播距离的斜率的变化越大。
[0047] 衰减校正系数计算部44使用由回归分析部43提取出的回归式的斜率以及计算出 回归式的两点以上的不同接收深度来计算超声波的衰减校正系数。具体地说，在将接收深 度Z1处的频谱的回归式的斜率设为ai、将接收深度Z2处的频谱的回归式的斜率设为a2时， 衰减校正系数计算部44利用下式（1)计算两点ZpZ2Oz1)之间的衰减校正系数α。
[0048] a=Cafa2V(Z2-Z1) ......(1)
[0049] 根据式⑴还可知，衰减校正系数α相当于两点之间的平均衰减校正系数。在此， 能够根据回波信号的接收定时来计算式（1)中的接收深度Zl、z2。此外，两个点的接收深度 之差Z2-Z1如果是与由超声波探头2输出的超声波的波长大致相等的长度左右（例如几_ 左右），则更为优选。
[0050] 衰减校正处理部45根据由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数来进行 频谱的衰减校正处理。具体地说，衰减校正处理部45对接收深度Z1的频谱的除去了相位 成分得到的强度I(f，Z1)进行如下校正。
[0051] I，（f,Z1) =I(f,Z1)+2a(Z1)zj......(2)
[0052] 在此，例如用式（1)的α对右边的α(Zl)赋值。
[0053] IFFT处理部46通过对由衰减校正处理部45进行校正得到的频谱实施IFFT处理 来得到时域信号（第二时域信号）。IFFT处理部46相当于将由衰减校正处理部45进行衰 减校正得到的频域信号变换为第二时域信号的第二变换部。该第二时域信号是进行了与接 收深度以及频率相应的衰减校正得到的超声波信号。因而，与如现有技术那样仅提高信号 的放大率的处理不同，会得到高频成分也被恢复的超声波信号。
[0054] 图像数据生成部5对由运算部4实施衰减校正得到的第二时域信号的实数部进行 滤波处理、对数压缩、增益处理、对比度处理等使用了公知技术的信号处理，并且进行数据 的间隔剔除等，由此生成超声波图像数据，其中，与根据显示部7中的图像的显示范围而决 定的数据步长相应地进行数据的间隔剔除。该超声波图像数据相当于对B模式图像数据进 行依赖于频率的衰减校正而得到的图像数据，该B模式图像数据是使采用RGB表色系作为 颜色空间的情况下的变量即R(红）、G(绿）、B(蓝）的值一致而得到的灰度等级图像。
[0055] 存储部8具有：放大率信息存储部81，其存储在信号放大部31和放大校正部41进 行放大处理时参照的放大率的信息；窗函数存储部82,其存储Hamming、Hanning、Blackman 等窗函数中的至少任一个窗函数来作为FFT处理部42进行FFT处理时使用的窗函数；以及 衰减校正信息存储部83,其将由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数α与上述 式⑴中的斜率apa2、接收深度Zl、z2-起进行存储。
[0056]使用预先存储有本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序、启动规定的OS的程序等的ROM以及存储各处理的运算参数、数据等的RAM等来实现存储部8。
[0057]使用CPU等来实现控制部9,控制部9统一地控制超声波观测装置1的动作。控制 部9从存储部8读出由存储部8存储、保存的信息以及包括上述超声波观测装置的动作程 序的各种程序，由此执行与本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作方法相关联的运 算处理。
[0058] 此外，也能够将本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序记录到硬盘、 快闪存储器、⑶-ROM、DVD-ROM、软盘等计算机可读取的记录介质而广泛流通。
[0059] 图4是表示具有上述结构的超声波观测装置1的处理的概要的流程图。在图4中， 超声波观测装置1首先使用超声波探头2进行新检体的测量（步骤SI)。
[0060] 接着，从超声波探头2接收到回波信号的信号放大部31对该回波信号进行放大 (步骤S2)。在此，信号放大部31根据图2示出的放大率与接收深度之间的关系来进行放 大（STC校正）。
[0061] 之后，放大校正部41对从发送和接收部3输出的信号进行校正，使放大率与接收 深度无关地成为固定（步骤S3)。在此，放大校正部41例如根据图3示出的放大率与接收 深度之间的关系来进行放大校正。
[0062] 接着，FFT处理部42对进行放大校正得到的信号实施FFT处理（步骤S4)。图5是 表示由FFT处理部42进行的FFT处理的概要的流程图。以下，参照图5详细地说明由FFT 处理部42进行的FFT处理。
[0063] 首先，FFT处理部42将用于识别作为分析对象的声线的计数k设为1? (步骤S21)。
[0064] 接着，FFT处理部42设定代表用于进行FFT运算而获取的一系列数据群（FFT数 据群）的数据位置（相当于接收深度）z(k)的初始值Zwtl (步骤S22)。图6是示意性地示出 一个声线的数据排列的图。在该图示出的声线SRk中，白色或者黑色的长方形意味着一个数 据。以与发送和接收部3进行的A/D变换中的采样频率（例如50MHz)对应的时间间隔使 声线SRk离散化。在图6中，示出将声线SRk的第一个数据位置设定为初始值Zwtl的情况， 但是能够任意地设定初始值的位置。
[0065]之后，FFT处理部42获取数据位置Z(k)的FFT数据群（步骤S23)，使由窗函数存 储部82存储的窗函数作用于获取到的FFT数据群（步骤S24)。这样使窗函数作用于FFT 数据群，由此避免FFT数据群在边界处不连续，从而能够防止产生伪像。
[0066] 接着，FFT处理部42判断数据位置Z(k)的FFT数据群是否为正常的数据群（步骤 525) 。在此，FFT数据群需要具有2的乘方个数据数。以下，将FFT数据群的数据数设为 2n(n为正整数）。FFT数据群正常是指数据位置Z(k)在该FFT数据群中位于从前方起第2η4 个位置处。换言之，FFT数据群正常是指在数据位置Z(k)的前方存在2η4-1(设为=N)个数 据而在数据位置Z(k)的后方存在2η4(设为=M)个数据。在图6示出的情况下，FFT数据群 F2、F3均正常。其中，在图6中设为n= 4(N= 7、M= 8)。
[0067] 在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z(k)的FFT数据群正常的情况下（步骤 S25 :"是"），FFT处理部42转移到后述的步骤S27。
[0068] 在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z(k)的FFT数据群不正常的情况下（步骤 S25 :"否"），FFT处理部42对不足部分插入零数据，由此来生成正常的FFT数据群（步骤 526) 。在追加零数据之前使窗函数作用于在步骤S25中判断为不正常的FFT数据群。因此， 即使对FFT数据群插入零数据，也不会产生数据的不连续。在步骤S26之后，FFT处理部42 转移到后述的步骤S27。
[0069] 在步骤S27中，FFT处理部42使用FFT数据群来进行FFT运算，由此得到由复数 构成的频谱（步骤S27)。
[0070] 接着，FFT处理部42使数据位置Z(k)以步长D变化（步骤S28)。步长D设为预先 存储于存储部8。在图6中，例示了D= 15的情况。期望的是，数据步长D与图像数据生成 部5生成B模式图像数据时利用的数据步长一致，但是在想要削减FFT处理部42中的运算 量的情况下，也可以设定为比图像数据生成部5所利用的数据步长大的值。
[0071] 之后，FFT处理部42判断数据位置Z(k)是否大于声线SRk中的最大值Z(k)max(步骤 S29)。在数据位置Z(k)大于最大值Z(k)max的情况下（步骤S29 :"是"），FFT处理部42使计 数k增加1(步骤S30)。另一方面，在数据位置Z(k)为最大值Z(k)max以下的情况下（步骤 S29 :"否"），FFT处理部42返回至步骤S23。这样，FFT处理部42针对声线SRk，对[{(Z(k) max-Z(k)Q)/D}+l]个FFT数据群进行FFT运算。在此，[X]表示不超过X的最大的整数。
[0072] 在步骤S30之后，FFT处理部42判断计数k是否大于最大值kmax (步骤31)。在计 数k大于kmax的情况下（步骤S31 :"是")，FFT处理部42结束一系列FFT处理。另一方面， 在计数k为kmax以下的情况下（步骤S31 :"是"），FFT处理部返回至步骤S22。
[0073] 此外，在此是以FFT处理部42对接收到超声波信号的全部区域进行FFT处理为前 提，但是也可以预先通过输入部6接受特定的关心区域的设定输入，在该关心区域内进行 FFT处理。
[0074] 图7是表示由FFT处理部42计算出的频谱的例子的图。在图7中，横轴f表示频 率，纵轴I表示强度。在图7示出的频谱曲线C1中，给出在某些数据位置（接收深度）Z(k) 处除去了相位成分得到的强度谱。此外，在本实施方式1中，曲线和直线由离散的点的集合 构成。关于这一点，后述的实施方式也相同。频带是根据超声波探头2的频带、由发送和接 收部3发送的脉冲信号的频带等来决定的。在图7示出的情况下，频带是夹在下限频率4 与上限频率fH之间的区域。此时的频谱的下限频率4与上限频率fH的具体的值例如是4 = 3MHz、fH= 10MHz。此外，也可以是在声线上的点中的接收深度大于规定值的点处将频带 的上限值设定为小于上限频率fH的值。另外，图7示出的频带只是一例，也可以是，将下限 频率4附近的其它值设定为下限值，另一方面，将上限频率fH附近的其它值设定为上限值。 在后文中说明图7示出的直线U。
[0075] 再次返回至图4的流程图继续进行说明。接着上述步骤S4的FFT处理，回归分析 部43通过对由FFT处理部42计算出的频谱进行回归分析来提取回归式的参数（步骤S5)。 具体地说，回归分析部43通过回归分析计算出频带t〈f〈fH的频谱的回归式（一次式），由 此提取斜率a。图7示出的直线L1是在该步骤S5中回归分析部43对频谱曲线C1进行回 归分析处理而得到的回归直线。
[0076] 之后，衰减校正系数计算部44按照上式（1)来计算衰减校正系数α(步骤S6)。 图8是示意性地示出衰减校正系数计算部44所进行的衰减校正系数计算处理的图。在图 8示出的声线SR中，示出了一个声线上的沿着接收深度的方向邻接的被计算出衰减校正系 数的三个点P、Q、R。将点P、Q、R的接收深度分别设为zP、zQ、Zk(Zp〈Zq〈Zr)。另外，将点P、 Q、R的频谱的近似直线的斜率分别设为aP、aQ、aK。此时，通过将点Q的接收深度zQ和斜率 aQ以及作为与点Q相邻的点的、接收深度小于点Q的接收深度的点P的接收深度Zp和斜率 aP代入到式（1)，来计算点Q的衰减校正系数a(Zq)。
[0077]a(Zq) = (aP_aQ) / (zQ-zP) · · · (3)
[0078] 同样地，通过将点R的接收深度ζκ和斜率aK以及作为与点R相邻的点的、接收深 度小于点R的接收深度的点Q的接收深度zQ和斜率aQ代入到式（1)，来计算点R的衰减校 正系数Cl(Zk)。
[0079]a(Zr) = (aQ_aK) / (Zk-Zq) · · · (4)
[0080] 将这样由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数存储于衰减校正信息存 储部83。
[0081] 接着，衰减校正处理部45根据由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数 来进行衰减校正处理（步骤S7)。图9是表示衰减校正处理部45所进行的衰减校正处理 的概要的图。衰减校正处理部45使用式（3)来对频谱进行衰减校正。具体地说，利用下式 (5)来校正强度谱I(f，z)。
[0082]If(f,z)=I(f,z) +2a(z)zf· · · (5)
[0083] 由此，得到衰减校正后的频谱曲线C2。
[0084] 此外，也可以在计算图8的点Q的衰减校正系数时使用点Q与点R的数据位置和 斜率。这样，计算某一点的衰减校正系数时的自身以外的点的选择方法并不限定于上述方 法。
[0085] 之后，IFFT处理部46对衰减校正后的频谱实施IFFT处理（步骤S8)。具体地说， 对将式（5)的强度谱I'（f，z)加上校正前的频谱的相位成分得到的复数实施IFFT处理。 由此，得到实施了依赖于频率的衰减校正的时域的超声波信号。
[0086] 接着，图像数据生成部5根据由运算部4进行衰减校正得到的频域的超声波信号 来生成图像数据（步骤S9)。
[0087]显示部7显示与由图像数据生成部5生成的图像数据对应的图像（步骤S10)。[0088] 根据上述说明的本发明的实施方式1，在使用根据接收深度不同的两点以上的回 归式的一次系数计算出的衰减校正系数对进行FFT处理得到的信号进行衰减校正处理之 后，根据通过实施IFFT处理得到的时域信号来生成超声波图像数据，由此能够根据测量结 果实时地进行适当的衰减校正。
[0089] 另外，根据本实施方式1，通过校正依赖于频率的衰减，即使是远离超声波探头的 区域，也能够显示空间分辨率良好的超声波图像。
[0090] 此外，在本实施方式1中，使用一个声线上的两点来计算衰减校正系数，但是也可 以更普遍地使用一个声线上的多个点来计算衰减校正系数。例如在使用三点的情况下，该 三点中两点的组合有三种。在该情况下，衰减校正系数计算部44在根据式（1)计算出邻 接的两点之间的衰减校正系数之后，将计算出的两个衰减校正系数的平均值作为最终的衰 减校正系数计算出来即可。另外，在使用三点的情况下，衰减校正系数计算部44还可以针 对从该三点得到的所有两点的组合计算衰减校正系数，将其平均值设为最终的衰减校正系 数。
[0091](实施方式2)
[0092] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构的框图。与超 声波观测装置1相比，该图示出的超声波观测装置101的运算部102的结构是不同的。因 此，对具有与超声波观测装置1的结构要素相同的功能的结构要素标注与图1相同的附图 记。
[0093] 运算部102除了具有超声波观测装置1的运算部4所具有的结构（放大校正部 41、FFT处理部42、回归分析部43、衰减校正系数计算部44、衰减校正处理部45以及IFFT 处理部46)以外，还具有频带限制校正部103。
[0094] 频带限制校正部103对由衰减校正处理部45进行校正得到的频谱进行校正，该校 正用于限制频带来削减规定的频带以外的频率成分的贡献。作为这种校正，频带限制校正 部103例如进行将规定的频带以外的频率成分处的不需要的谱强度替换为零的处理。例如 能够通过使规定的窗函数作用于频谱来执行该处理。
[0095] 根据上述说明的本发明的实施方式2,除了与上述实施方式1相同的效果以外，还 能够防止由于衰减校正而过度强调高频成分的噪声。
[0096]此外，在本实施方式2中，也可以代替将不需要的谱强度替换为零而对不需要的 谱强度乘以规定的权重以使其衰减。
[0097] 另外，在本实施方式2中，也可以是，频带限制校正部103使由IFFT处理部46实 施IFFT处理而得到的时域的超声波信号中的不需要的谱强度衰减。
[0098](其它实施方式）
[0099]目前为止说明了用于实施本发明的方式，但是本发明并不仅限定于上述两个实施 方式。图11是表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所计算出的频谱曲线 以及通过对该频谱曲线进行回归分析而得到的回归曲线的图。在图11中，曲线C31是频谱 曲线C3的回归曲线（设为接收深度Z3)，曲线C41是频谱曲线C4 (设为接收深度Z4Oz3))的 回归曲线。
[0100] 当假设随着超声波的传播而产生的衰减分别与接收深度以及频率成比例时，在频 谱曲线C3 的式I3(f) =c3(l+c31f+c32f2+ ···与频谱曲线C4 的式I4(f) =c4(l+c41f+c42f2+ ···的 差中，一次项处于支配地位。
[0101]I3 (f)-I4 (f)?（C31-C41)f· · · (6)
[0102] 因而，能够如下那样定义接收深度Z3与接收深度Z4之间的衰减校正系数α。
[0103] a=(C31-C41)/(Z4-Z3) · · ·(7)
[0104] 这样，在本发明中，即使在无法通过一次式对频谱进行近似的情况下，也能够通过 进行更普遍的使用了多项式的回归分析来准确且简单地计算出衰减校正系数。
[0105] 另外，在本发明中，只要是普通地根据振幅信息生成的图像，就能够通过进行依赖 于频率的衰减校正来得到与上述相同的效果。作为这种图像，可以列举出A模式图像、C模 式图像以及三维显示图像等图像。
[0106] 另外，在本发明中，也可以使用由衰减校正系数计算部计算出的衰减校正系数来 判断生物体组织的组织性状。这是由于，在观测对象是生物体组织的情况下，超声波的衰减 校正系数与该生物体组织的组织性状具有关联性是公知的。
[0107] 根据上述说明还可知，本发明在不脱离记载于权利要求的技术思想的范围内能够 包括各种实施方式等。
[0108] 附图标记说明
[0109] 1、101 :超声波观测装置；2 :超声波探头；3 :发送和接收部；4、102 :运算部；5 :图 像数据生成部；6 :输入部；7 :显示部；8 :存储部；9 :控制部；21 :信号变换部；31 :信号放大 部；41 :放大校正部；42 :FFT处理部；43 :回归分析部；44 :衰减校正系数计算部；45 :衰减 校正处理部；46 :IFFT处理部；81 :放大率信息存储部；82 :窗函数存储部；83 :衰减校正信 息存储部；103 :频带限制校正部。
【权利要求】
1. 一种超声波观测装置，其特征在于，具备： 发送和接收部，其对检体发送作为时域信号的超声波信号并且接收由上述检体反射的 上述超声波信号； 第一变换部，其将由上述发送和接收部接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析部，其计算针对由上述第一变换部变换得到的上述频域信号的回归式； 衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的、上述回归式中的一次系数 来计算衰减校正系数； 衰减校正处理部，其根据由上述衰减校正系数计算部计算出的上述衰减校正系数来进 行上述频域信号的衰减校正处理； 第二变换部，其将由上述衰减校正处理部进行了衰减校正处理的上述频域信号变换为 第二时域信号；以及 图像数据生成部，其根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
2. 根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述衰减校正系数是构成一组的两点的上述一次系数之差除以该两点的接收深度之 差得到的量。
3. 根据权利要求2所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述衰减校正处理部应用根据用于计算上述衰减校正系数的两点的接收深度计算出 的上述衰减校正系数对上述两点的接收深度中的大的接收深度的上述频域信号进行衰减 校正处理。
4. 根据权利要求1?3中的任一项所述的超声波观测装置，其特征在于， 还具备频带限制校正部，在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变 换前、或者在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换后，该频带限制 校正部进行限制为规定的频带来削减该频带以外的频率成分的贡献的校正。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述图像数据生成部根据上述第二时域信号的振幅信息来生成上述超声波图像数据。
6. -种超声波观测装置的动作方法，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由 上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在于，包括： 第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式； 衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的、上述 回归式中的一次系数来计算衰减校正系数； 衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰 减校正处理； 第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信号 变换为第二时域信号；以及 图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
7. -种超声波观测装置的动作程序，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由 上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作程序的特征在于，使超声波观测装置执 行以下步骤： 第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式； 衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的、上述 回归式中的一次系数来计算衰减校正系数； 衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰 减校正处理； 第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信号 变换为第二时域信号；以及 图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
【文档编号】A61B8/00GK104411250SQ201380035913
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年1月23日
【发明者】宫木浩仲 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
【专利摘要】超声波观测装置具备：第一变换部，其将由发送和接收部接收到的作为时域信号的超声波信号变换为频域信号；回归分析部，其计算针对由第一变换部变换得到的频域信号的回归式；衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的回归式中的一次系数来计算衰减校正系数；衰减校正处理部，其根据由衰减校正系数计算部计算出的衰减校正系数来进行频域信号的衰减校正处理；第二变换部，其将由衰减校正处理部进行了衰减校正处理的频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成部，其根据第二时域信号来生成超声波图像数据。
【专利说明】超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波 观测装置的动作程序
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用超声波来观测检体的组织的超声波观测装置、超声波观测装 置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
【背景技术】
[0002] 作为使用超声波进行的乳腺癌等的检查技术，已知一种超声波弹性成像技术（例 如参照专利文献1)。超声波弹性成像是利用生物体内的癌、肿瘤组织的硬度由于疾病的发 展状况、生物体不同而不同的技术。在该技术中，在从外部挤压检查位置的状态下，使用超 声波对该检查位置的生物体组织的应变量、弹性率进行测量，将该测量结果变换为断层图 像来进行图像显示。
[0003] 由于超声波在生物体内衰减，因此在进行检查方面获知其衰减量或者衰减校正系 数是重要的。作为校正随着超声波的传播而产生的衰减的技术，已知一种与传播距离相应 地使放大率变化的STC(SensitivityTimeControl:灵敏度时间控制）校正（例如参照专 利文献2)。在该技术中，根据接收深度来变更信号的放大率，无法校正依赖于频率的衰减。 因此，在远离超声波振子的接收深度大的区域，高频成分会衰减，存在空间分辨率降低的问 题。
[0004] 与此相对，已知还存在一种依赖于信号的频率进行校正的技术（例如参照专利文 献3)。在该技术中，在对接收到的信号实施高速傅里叶变换（FFT)之后，进行衰减校正使其 与规定的频谱一致，并实施高速傅里叶逆变换（IFFT)。
[0005] 另外，已知还存在以下技术：针对实施了FFT的信号，按每个频率求出倒数，将以 与测量信号相反的图案进行增减的谱作为校正系数的谱而求出，在对测量得到的信号的频 谱乘上该校正系数之后，实施IFFT(例如参照专利文献4)。
[0006] 专利文献1 :日本特开2004-135929号公报 [0007]专利文献2 :日本特开平8-131435号公报 [0008] 专利文献3 :日本特开平9-173334号公报 [0009]专利文献4 :日本特开平10-33529号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011] 然而，在专利文献3所记载的技术中，仅进行与规定的频谱一致的衰减校正，不是 实时地反映所接收到的信号本身受到的衰减，该谱未必是与测量结果相应的适当的谱。
[0012] 另外，专利文献4所记载的技术只是用于校正超声波探头的往复分散性的技术， 并没有校正依赖于信号的频率的衰减。
[0013] 本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够根据测量结果来实时地 进行适当的衰减校正的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置 的动作程序。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]为了解决上述问题并达到目的，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，具 备：发送和接收部，其对检体发送作为时域信号的超声波信号并且接收由上述检体反射的 上述超声波信号；第一变换部，其将由上述发送和接收部接收到的上述超声波信号变换为 频域信号；回归分析部，其计算针对由上述第一变换部变换得到的上述频域信号的回归式； 衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数来计算 衰减校正系数；衰减校正处理部，其根据由上述衰减校正系数计算部计算出的上述衰减校 正系数来进行上述频域信号的衰减校正处理；第二变换部，其将由上述衰减校正处理部进 行了衰减校正处理的上述频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成部，其根据上 述第二时域信号来生成超声波图像数据。
[0016] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述衰减校正 系数是构成一组的两点的上述一次系数之差除以该两点的接收深度之差得到的量。
[0017] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述衰减校正 处理部应用根据用于计算上述衰减校正系数的两点的接收深度计算出的上述衰减校正系 数对上述两点的接收深度中的大的接收深度的上述频域信号进行衰减校正处理。
[0018] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备频带限 制校正部，在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换前、或者在上述 衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换后，该频带限制校正部进行限制为 规定的频带来削减该频带以外的频率成分的贡献的校正。
[0019] 另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述图像数据 生成部根据上述第二时域信号的振幅信息来生成上述超声波图像数据。
[0020] 另外，在本发明所涉及的超声波观测装置的动作方法中，该超声波观测装置对检 体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在 于，包括：第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号；回归分 析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式；衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数 计算部根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数来计算衰减校正系数；衰 减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰减校正 处理；第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信 号变换为第二时域信号；以及图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号 来生成超声波图像数据。
[0021] 在本发明所涉及的超声波观测装置的动作程序中，该超声波观测装置对检体发送 超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作程序的特征在于，使 超声波观测装置执行以下步骤：第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变 换为频域信号；回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式；衰减校正系数 计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的上述回归式中的一次系数 来计算衰减校正系数；衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行 上述频域信号的衰减校正处理；第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行 了衰减校正的上述频域信号变换为第二时域信号；以及图像数据生成步骤，图像数据生成 部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
[0022] 发明的效果
[0023] 根据本发明，提供一种能够根据测量结果来实时地进行适当的衰减校正的超声波 观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
[0025] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的信号放大部所进行的 放大处理中的回波信号的接收深度与放大率之间的关系的图。
[0026] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的放大校正部所进行的 放大处理中的接收深度与放大率之间的关系的图。
[0027] 图4是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程 图。
[0028] 图5是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的FFT处理部所进行的 FFT处理的概要的流程图。
[0029] 图6是示意性地示出本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置设为处理对象 的一个声线的数据排列的图。
[0030] 图7是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的FFT处理部所计算出 的频谱的例子的图。
[0031] 图8是示意性地示出本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的衰减校正系 数计算部所进行的衰减校正系数计算处理的图。
[0032] 图9是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的衰减校正处理部所进 行的衰减校正处理的概要的图。
[0033] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
[0034]图11是表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所计算出的频谱曲 线及其近似曲线的图。
【具体实施方式】
[0035] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】用于实施本发明的方式（以下称为"实施方式"）。
[0036](实施方式1)
[0037] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。该图示 出的超声波观测装置1是用于使用超声波来观测作为诊断对象的检体的装置。
[0038] 超声波观测装置1具备：超声波探头2,其向外部输出超声波脉冲，并且接收在外 部反射的超声波回波；发送和接收部3,其与超声波探头2之间进行电信号的发送和接收； 运算部4,其对变换超声波回波而得到的电回波信号实施规定的运算；图像数据生成部5， 其生成与变换超声波回波而得到的电回波信号对应的图像数据；输入部6,其使用键盘、鼠 标、触摸面板等接口来实现，接受各种信息的输入；显示部7,其使用由液晶或者有机EL等 构成的显示面板来实现，显示包括由图像数据生成部5生成的图像的各种信息；存储部8， 其存储包括在频率分析时使用的窗函数的各种信息；以及控制部9,其对超声波观测装置1 进行动作控制。
[0039] 超声波探头2具有信号变换部21，该信号变换部21将从发送和接收部3接收到的 电脉冲信号变换为超声波脉冲（声脉冲信号），并且将由外部的检体反射而得到的超声波 回波变换为电回波信号。超声波探头2可以是以机械方式使超声波振子进行扫描的探头， 也可以是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头。
[0040] 发送和接收部3与超声波探头2电连接，将脉冲信号发送给超声波探头2,并且从 超声波探头2接收作为接收信号的回波信号。具体地说，发送和接收部3根据预先设定的 波形和发送定时来生成脉冲信号，将所生成的该脉冲信号发送给超声波探头2。
[0041] 发送和接收部3具有对回波信号进行放大的信号放大部31。具体地说，信号放大 部31进行如下的STC校正，S卩、回波信号的接收深度越大则以越高的放大率进行放大。图2 是表示回波信号的接收深度与放大率之间的关系的图。图2示出的接收深度z是根据从开 始接收超声波的时刻起的经过时间而计算出的量。如图2所示，在接收深度z小于阈值Zth 的情况下，放大率β(dB)随着接收深度z的增加而从向PthOPci)线性增加。另外，在 接收深度ζ为阈值Zth以上的情况下，将放大率β设为固定值Pth。阈值Zth的值是从检体 接收到的超声波信号大部分衰减而噪声处于支配地位的值。更通常地，在接收深度ζ小于 阈值Zth的情况下，放大率β随着接收深度ζ的增加而单调增加即可。
[0042] 发送和接收部3在对由信号放大部31放大得到的回波信号实施滤波等处理之后， 通过进行A/D变换来生成时域数字RF信号并输出。此外，在超声波探头2是以电子方式使 多个超声波振子进行扫描的探头的情况下，发送和接收部3具有与多个超声波振子对应的 束合成用的多通道电路。
[0043] 运算部4具有：放大校正部41，其对由发送和接收部3输出的数字RF信号进行放 大校正，该放大校正用于使放大率与接收深度无关地成为固定；FFT处理部42,其通过对进 行了放大校正的数字RF信号实施高速傅里叶变换（FFT)来得到频域信号（频谱）；回归分 析部43,其对由FFT处理部42实施了FFT的信号进行回归分析；衰减校正系数计算部44， 其根据由回归分析部43进行回归分析而得到的结果来计算衰减校正系数；衰减校正处理 部45,其使用由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数对实施了FFT的信号进行衰 减校正；以及IFFT处理部46,其通过对由衰减校正处理部45进行衰减校正而得到的信号 实施高速傅里叶逆变换（IFFT)来得到时域信号。
[0044] 图3是表示由放大校正部41进行的放大处理中的接收深度与放大率之间的关系 的图。如图3所示，由放大校正部41进行的放大处理中的放大率β(dB)在接收深度ζ为 零时取最大值Pth-β〇,接收深度ζ从零开始直到达到阈值Zth为止放大率β(dB)线性减 少，在接收深度ζ为阈值Zth以上时放大率β(dB)为零。放大校正部41根据这样决定的放 大率来对数字RF信号进行放大校正，由此能够抵消信号放大部31中的STC校正的影响，输 出固定放大率Pth的信号。此外，放大校正部41的接收深度ζ与放大率β之间的关系根 据信号放大部31中的接收深度与放大率之间的关系不同而不同，这是不言而喻的。
[0045]FFT处理部42针对作为处理对象的各声线（行数据），对由规定的数据量构成的 FFT数据群实施FFT，由此计算频域信号即频谱。FFT处理部42相当于将由发送和接收部3 接收到的超声波信号变换为频域信号的第一变换部。以复数得到FFT的计算结果，并存储 于存储部8。频谱根据检体的组织性状不同而示出不同的倾向。这是由于，频谱与作为使超 声波散射的散射体的检体的大小、密度、声阻抗等具有相关性。
[0046] 回归分析部43通过对在利用强度I(f，z)和相位CP'（f，z) (f为频率）来表现由 FFT处理部42计算出的两点以上的接收深度z(从超声波探头2所具有的超声波振子起的 距离）的频谱时的强度1(f)的谱分别进行回归分析来计算由一次式构成的回归式。回归 式的一次系数（以下称为斜率）与超声波的衰减校正系数的大小具有相关性，衰减校正系 数越大则针对超声波的传播距离的斜率的变化越大。
[0047] 衰减校正系数计算部44使用由回归分析部43提取出的回归式的斜率以及计算出 回归式的两点以上的不同接收深度来计算超声波的衰减校正系数。具体地说，在将接收深 度Z1处的频谱的回归式的斜率设为ai、将接收深度Z2处的频谱的回归式的斜率设为a2时， 衰减校正系数计算部44利用下式（1)计算两点ZpZ2Oz1)之间的衰减校正系数α。
[0048] a=Cafa2V(Z2-Z1) ......(1)
[0049] 根据式⑴还可知，衰减校正系数α相当于两点之间的平均衰减校正系数。在此， 能够根据回波信号的接收定时来计算式（1)中的接收深度Zl、z2。此外，两个点的接收深度 之差Z2-Z1如果是与由超声波探头2输出的超声波的波长大致相等的长度左右（例如几_ 左右），则更为优选。
[0050] 衰减校正处理部45根据由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数来进行 频谱的衰减校正处理。具体地说，衰减校正处理部45对接收深度Z1的频谱的除去了相位 成分得到的强度I(f，Z1)进行如下校正。
[0051] I，（f,Z1) =I(f,Z1)+2a(Z1)zj......(2)
[0052] 在此，例如用式（1)的α对右边的α(Zl)赋值。
[0053] IFFT处理部46通过对由衰减校正处理部45进行校正得到的频谱实施IFFT处理 来得到时域信号（第二时域信号）。IFFT处理部46相当于将由衰减校正处理部45进行衰 减校正得到的频域信号变换为第二时域信号的第二变换部。该第二时域信号是进行了与接 收深度以及频率相应的衰减校正得到的超声波信号。因而，与如现有技术那样仅提高信号 的放大率的处理不同，会得到高频成分也被恢复的超声波信号。
[0054] 图像数据生成部5对由运算部4实施衰减校正得到的第二时域信号的实数部进行 滤波处理、对数压缩、增益处理、对比度处理等使用了公知技术的信号处理，并且进行数据 的间隔剔除等，由此生成超声波图像数据，其中，与根据显示部7中的图像的显示范围而决 定的数据步长相应地进行数据的间隔剔除。该超声波图像数据相当于对B模式图像数据进 行依赖于频率的衰减校正而得到的图像数据，该B模式图像数据是使采用RGB表色系作为 颜色空间的情况下的变量即R(红）、G(绿）、B(蓝）的值一致而得到的灰度等级图像。
[0055] 存储部8具有：放大率信息存储部81，其存储在信号放大部31和放大校正部41进 行放大处理时参照的放大率的信息；窗函数存储部82,其存储Hamming、Hanning、Blackman 等窗函数中的至少任一个窗函数来作为FFT处理部42进行FFT处理时使用的窗函数；以及 衰减校正信息存储部83,其将由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数α与上述 式⑴中的斜率apa2、接收深度Zl、z2-起进行存储。
[0056]使用预先存储有本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序、启动规定的OS的程序等的ROM以及存储各处理的运算参数、数据等的RAM等来实现存储部8。
[0057]使用CPU等来实现控制部9,控制部9统一地控制超声波观测装置1的动作。控制 部9从存储部8读出由存储部8存储、保存的信息以及包括上述超声波观测装置的动作程 序的各种程序，由此执行与本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作方法相关联的运 算处理。
[0058] 此外，也能够将本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序记录到硬盘、 快闪存储器、⑶-ROM、DVD-ROM、软盘等计算机可读取的记录介质而广泛流通。
[0059] 图4是表示具有上述结构的超声波观测装置1的处理的概要的流程图。在图4中， 超声波观测装置1首先使用超声波探头2进行新检体的测量（步骤SI)。
[0060] 接着，从超声波探头2接收到回波信号的信号放大部31对该回波信号进行放大 (步骤S2)。在此，信号放大部31根据图2示出的放大率与接收深度之间的关系来进行放 大（STC校正）。
[0061] 之后，放大校正部41对从发送和接收部3输出的信号进行校正，使放大率与接收 深度无关地成为固定（步骤S3)。在此，放大校正部41例如根据图3示出的放大率与接收 深度之间的关系来进行放大校正。
[0062] 接着，FFT处理部42对进行放大校正得到的信号实施FFT处理（步骤S4)。图5是 表示由FFT处理部42进行的FFT处理的概要的流程图。以下，参照图5详细地说明由FFT 处理部42进行的FFT处理。
[0063] 首先，FFT处理部42将用于识别作为分析对象的声线的计数k设为1? (步骤S21)。
[0064] 接着，FFT处理部42设定代表用于进行FFT运算而获取的一系列数据群（FFT数 据群）的数据位置（相当于接收深度）z(k)的初始值Zwtl (步骤S22)。图6是示意性地示出 一个声线的数据排列的图。在该图示出的声线SRk中，白色或者黑色的长方形意味着一个数 据。以与发送和接收部3进行的A/D变换中的采样频率（例如50MHz)对应的时间间隔使 声线SRk离散化。在图6中，示出将声线SRk的第一个数据位置设定为初始值Zwtl的情况， 但是能够任意地设定初始值的位置。
[0065]之后，FFT处理部42获取数据位置Z(k)的FFT数据群（步骤S23)，使由窗函数存 储部82存储的窗函数作用于获取到的FFT数据群（步骤S24)。这样使窗函数作用于FFT 数据群，由此避免FFT数据群在边界处不连续，从而能够防止产生伪像。
[0066] 接着，FFT处理部42判断数据位置Z(k)的FFT数据群是否为正常的数据群（步骤 525) 。在此，FFT数据群需要具有2的乘方个数据数。以下，将FFT数据群的数据数设为 2n(n为正整数）。FFT数据群正常是指数据位置Z(k)在该FFT数据群中位于从前方起第2η4 个位置处。换言之，FFT数据群正常是指在数据位置Z(k)的前方存在2η4-1(设为=N)个数 据而在数据位置Z(k)的后方存在2η4(设为=M)个数据。在图6示出的情况下，FFT数据群 F2、F3均正常。其中，在图6中设为n= 4(N= 7、M= 8)。
[0067] 在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z(k)的FFT数据群正常的情况下（步骤 S25 :"是"），FFT处理部42转移到后述的步骤S27。
[0068] 在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z(k)的FFT数据群不正常的情况下（步骤 S25 :"否"），FFT处理部42对不足部分插入零数据，由此来生成正常的FFT数据群（步骤 526) 。在追加零数据之前使窗函数作用于在步骤S25中判断为不正常的FFT数据群。因此， 即使对FFT数据群插入零数据，也不会产生数据的不连续。在步骤S26之后，FFT处理部42 转移到后述的步骤S27。
[0069] 在步骤S27中，FFT处理部42使用FFT数据群来进行FFT运算，由此得到由复数 构成的频谱（步骤S27)。
[0070] 接着，FFT处理部42使数据位置Z(k)以步长D变化（步骤S28)。步长D设为预先 存储于存储部8。在图6中，例示了D= 15的情况。期望的是，数据步长D与图像数据生成 部5生成B模式图像数据时利用的数据步长一致，但是在想要削减FFT处理部42中的运算 量的情况下，也可以设定为比图像数据生成部5所利用的数据步长大的值。
[0071] 之后，FFT处理部42判断数据位置Z(k)是否大于声线SRk中的最大值Z(k)max(步骤 S29)。在数据位置Z(k)大于最大值Z(k)max的情况下（步骤S29 :"是"），FFT处理部42使计 数k增加1(步骤S30)。另一方面，在数据位置Z(k)为最大值Z(k)max以下的情况下（步骤 S29 :"否"），FFT处理部42返回至步骤S23。这样，FFT处理部42针对声线SRk，对[{(Z(k) max-Z(k)Q)/D}+l]个FFT数据群进行FFT运算。在此，[X]表示不超过X的最大的整数。
[0072] 在步骤S30之后，FFT处理部42判断计数k是否大于最大值kmax (步骤31)。在计 数k大于kmax的情况下（步骤S31 :"是")，FFT处理部42结束一系列FFT处理。另一方面， 在计数k为kmax以下的情况下（步骤S31 :"是"），FFT处理部返回至步骤S22。
[0073] 此外，在此是以FFT处理部42对接收到超声波信号的全部区域进行FFT处理为前 提，但是也可以预先通过输入部6接受特定的关心区域的设定输入，在该关心区域内进行 FFT处理。
[0074] 图7是表示由FFT处理部42计算出的频谱的例子的图。在图7中，横轴f表示频 率，纵轴I表示强度。在图7示出的频谱曲线C1中，给出在某些数据位置（接收深度）Z(k) 处除去了相位成分得到的强度谱。此外，在本实施方式1中，曲线和直线由离散的点的集合 构成。关于这一点，后述的实施方式也相同。频带是根据超声波探头2的频带、由发送和接 收部3发送的脉冲信号的频带等来决定的。在图7示出的情况下，频带是夹在下限频率4 与上限频率fH之间的区域。此时的频谱的下限频率4与上限频率fH的具体的值例如是4 = 3MHz、fH= 10MHz。此外，也可以是在声线上的点中的接收深度大于规定值的点处将频带 的上限值设定为小于上限频率fH的值。另外，图7示出的频带只是一例，也可以是，将下限 频率4附近的其它值设定为下限值，另一方面，将上限频率fH附近的其它值设定为上限值。 在后文中说明图7示出的直线U。
[0075] 再次返回至图4的流程图继续进行说明。接着上述步骤S4的FFT处理，回归分析 部43通过对由FFT处理部42计算出的频谱进行回归分析来提取回归式的参数（步骤S5)。 具体地说，回归分析部43通过回归分析计算出频带t〈f〈fH的频谱的回归式（一次式），由 此提取斜率a。图7示出的直线L1是在该步骤S5中回归分析部43对频谱曲线C1进行回 归分析处理而得到的回归直线。
[0076] 之后，衰减校正系数计算部44按照上式（1)来计算衰减校正系数α(步骤S6)。 图8是示意性地示出衰减校正系数计算部44所进行的衰减校正系数计算处理的图。在图 8示出的声线SR中，示出了一个声线上的沿着接收深度的方向邻接的被计算出衰减校正系 数的三个点P、Q、R。将点P、Q、R的接收深度分别设为zP、zQ、Zk(Zp〈Zq〈Zr)。另外，将点P、 Q、R的频谱的近似直线的斜率分别设为aP、aQ、aK。此时，通过将点Q的接收深度zQ和斜率 aQ以及作为与点Q相邻的点的、接收深度小于点Q的接收深度的点P的接收深度Zp和斜率 aP代入到式（1)，来计算点Q的衰减校正系数a(Zq)。
[0077]a(Zq) = (aP_aQ) / (zQ-zP) · · · (3)
[0078] 同样地，通过将点R的接收深度ζκ和斜率aK以及作为与点R相邻的点的、接收深 度小于点R的接收深度的点Q的接收深度zQ和斜率aQ代入到式（1)，来计算点R的衰减校 正系数Cl(Zk)。
[0079]a(Zr) = (aQ_aK) / (Zk-Zq) · · · (4)
[0080] 将这样由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数存储于衰减校正信息存 储部83。
[0081] 接着，衰减校正处理部45根据由衰减校正系数计算部44计算出的衰减校正系数 来进行衰减校正处理（步骤S7)。图9是表示衰减校正处理部45所进行的衰减校正处理 的概要的图。衰减校正处理部45使用式（3)来对频谱进行衰减校正。具体地说，利用下式 (5)来校正强度谱I(f，z)。
[0082]If(f,z)=I(f,z) +2a(z)zf· · · (5)
[0083] 由此，得到衰减校正后的频谱曲线C2。
[0084] 此外，也可以在计算图8的点Q的衰减校正系数时使用点Q与点R的数据位置和 斜率。这样，计算某一点的衰减校正系数时的自身以外的点的选择方法并不限定于上述方 法。
[0085] 之后，IFFT处理部46对衰减校正后的频谱实施IFFT处理（步骤S8)。具体地说， 对将式（5)的强度谱I'（f，z)加上校正前的频谱的相位成分得到的复数实施IFFT处理。 由此，得到实施了依赖于频率的衰减校正的时域的超声波信号。
[0086] 接着，图像数据生成部5根据由运算部4进行衰减校正得到的频域的超声波信号 来生成图像数据（步骤S9)。
[0087]显示部7显示与由图像数据生成部5生成的图像数据对应的图像（步骤S10)。[0088] 根据上述说明的本发明的实施方式1，在使用根据接收深度不同的两点以上的回 归式的一次系数计算出的衰减校正系数对进行FFT处理得到的信号进行衰减校正处理之 后，根据通过实施IFFT处理得到的时域信号来生成超声波图像数据，由此能够根据测量结 果实时地进行适当的衰减校正。
[0089] 另外，根据本实施方式1，通过校正依赖于频率的衰减，即使是远离超声波探头的 区域，也能够显示空间分辨率良好的超声波图像。
[0090] 此外，在本实施方式1中，使用一个声线上的两点来计算衰减校正系数，但是也可 以更普遍地使用一个声线上的多个点来计算衰减校正系数。例如在使用三点的情况下，该 三点中两点的组合有三种。在该情况下，衰减校正系数计算部44在根据式（1)计算出邻 接的两点之间的衰减校正系数之后，将计算出的两个衰减校正系数的平均值作为最终的衰 减校正系数计算出来即可。另外，在使用三点的情况下，衰减校正系数计算部44还可以针 对从该三点得到的所有两点的组合计算衰减校正系数，将其平均值设为最终的衰减校正系 数。
[0091](实施方式2)
[0092] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构的框图。与超 声波观测装置1相比，该图示出的超声波观测装置101的运算部102的结构是不同的。因 此，对具有与超声波观测装置1的结构要素相同的功能的结构要素标注与图1相同的附图 记。
[0093] 运算部102除了具有超声波观测装置1的运算部4所具有的结构（放大校正部 41、FFT处理部42、回归分析部43、衰减校正系数计算部44、衰减校正处理部45以及IFFT 处理部46)以外，还具有频带限制校正部103。
[0094] 频带限制校正部103对由衰减校正处理部45进行校正得到的频谱进行校正，该校 正用于限制频带来削减规定的频带以外的频率成分的贡献。作为这种校正，频带限制校正 部103例如进行将规定的频带以外的频率成分处的不需要的谱强度替换为零的处理。例如 能够通过使规定的窗函数作用于频谱来执行该处理。
[0095] 根据上述说明的本发明的实施方式2,除了与上述实施方式1相同的效果以外，还 能够防止由于衰减校正而过度强调高频成分的噪声。
[0096]此外，在本实施方式2中，也可以代替将不需要的谱强度替换为零而对不需要的 谱强度乘以规定的权重以使其衰减。
[0097] 另外，在本实施方式2中，也可以是，频带限制校正部103使由IFFT处理部46实 施IFFT处理而得到的时域的超声波信号中的不需要的谱强度衰减。
[0098](其它实施方式）
[0099]目前为止说明了用于实施本发明的方式，但是本发明并不仅限定于上述两个实施 方式。图11是表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所计算出的频谱曲线 以及通过对该频谱曲线进行回归分析而得到的回归曲线的图。在图11中，曲线C31是频谱 曲线C3的回归曲线（设为接收深度Z3)，曲线C41是频谱曲线C4 (设为接收深度Z4Oz3))的 回归曲线。
[0100] 当假设随着超声波的传播而产生的衰减分别与接收深度以及频率成比例时，在频 谱曲线C3 的式I3(f) =c3(l+c31f+c32f2+ ···与频谱曲线C4 的式I4(f) =c4(l+c41f+c42f2+ ···的 差中，一次项处于支配地位。
[0101]I3 (f)-I4 (f)?（C31-C41)f· · · (6)
[0102] 因而，能够如下那样定义接收深度Z3与接收深度Z4之间的衰减校正系数α。
[0103] a=(C31-C41)/(Z4-Z3) · · ·(7)
[0104] 这样，在本发明中，即使在无法通过一次式对频谱进行近似的情况下，也能够通过 进行更普遍的使用了多项式的回归分析来准确且简单地计算出衰减校正系数。
[0105] 另外，在本发明中，只要是普通地根据振幅信息生成的图像，就能够通过进行依赖 于频率的衰减校正来得到与上述相同的效果。作为这种图像，可以列举出A模式图像、C模 式图像以及三维显示图像等图像。
[0106] 另外，在本发明中，也可以使用由衰减校正系数计算部计算出的衰减校正系数来 判断生物体组织的组织性状。这是由于，在观测对象是生物体组织的情况下，超声波的衰减 校正系数与该生物体组织的组织性状具有关联性是公知的。
[0107] 根据上述说明还可知，本发明在不脱离记载于权利要求的技术思想的范围内能够 包括各种实施方式等。
[0108] 附图标记说明
[0109] 1、101 :超声波观测装置；2 :超声波探头；3 :发送和接收部；4、102 :运算部；5 :图 像数据生成部；6 :输入部；7 :显示部；8 :存储部；9 :控制部；21 :信号变换部；31 :信号放大 部；41 :放大校正部；42 :FFT处理部；43 :回归分析部；44 :衰减校正系数计算部；45 :衰减 校正处理部；46 :IFFT处理部；81 :放大率信息存储部；82 :窗函数存储部；83 :衰减校正信 息存储部；103 :频带限制校正部。
【权利要求】
1. 一种超声波观测装置，其特征在于，具备： 发送和接收部，其对检体发送作为时域信号的超声波信号并且接收由上述检体反射的 上述超声波信号； 第一变换部，其将由上述发送和接收部接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析部，其计算针对由上述第一变换部变换得到的上述频域信号的回归式； 衰减校正系数计算部，其根据接收深度不同的两点以上的、上述回归式中的一次系数 来计算衰减校正系数； 衰减校正处理部，其根据由上述衰减校正系数计算部计算出的上述衰减校正系数来进 行上述频域信号的衰减校正处理； 第二变换部，其将由上述衰减校正处理部进行了衰减校正处理的上述频域信号变换为 第二时域信号；以及 图像数据生成部，其根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
2. 根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述衰减校正系数是构成一组的两点的上述一次系数之差除以该两点的接收深度之 差得到的量。
3. 根据权利要求2所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述衰减校正处理部应用根据用于计算上述衰减校正系数的两点的接收深度计算出 的上述衰减校正系数对上述两点的接收深度中的大的接收深度的上述频域信号进行衰减 校正处理。
4. 根据权利要求1?3中的任一项所述的超声波观测装置，其特征在于， 还具备频带限制校正部，在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变 换前、或者在上述衰减校正处理部进行校正后且上述第二变换部进行变换后，该频带限制 校正部进行限制为规定的频带来削减该频带以外的频率成分的贡献的校正。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的超声波观测装置，其特征在于， 上述图像数据生成部根据上述第二时域信号的振幅信息来生成上述超声波图像数据。
6. -种超声波观测装置的动作方法，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由 上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在于，包括： 第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式； 衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的、上述 回归式中的一次系数来计算衰减校正系数； 衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰 减校正处理； 第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信号 变换为第二时域信号；以及 图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
7. -种超声波观测装置的动作程序，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由 上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作程序的特征在于，使超声波观测装置执 行以下步骤： 第一变换步骤，第一变换部将接收到的上述超声波信号变换为频域信号； 回归分析步骤，回归分析部针对上述频域信号计算回归式； 衰减校正系数计算步骤，衰减校正系数计算部根据接收深度不同的两点以上的、上述 回归式中的一次系数来计算衰减校正系数； 衰减校正处理步骤，衰减校正处理部根据上述衰减校正系数来进行上述频域信号的衰 减校正处理； 第二变换步骤，第二变换部将在上述衰减校正步骤中进行了衰减校正的上述频域信号 变换为第二时域信号；以及 图像数据生成步骤，图像数据生成部根据上述第二时域信号来生成超声波图像数据。
【文档编号】A61B8/00GK104411250SQ201380035913
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年1月23日
【发明者】宫木浩仲 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
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