超声波摄像装置、信号处理装置以及信号处理方法与流程

1.本发明涉及超声波摄像装置。


背景技术：

2.生物体中的声速因脂肪、肌肉等组织而不同，此外还具有个体差异。超声波摄像装置进行如下的接收波束成形处理：从超声波元件列朝向生物体发送超声波，由此接收在生物体内产生的回波信号，通过与接收焦点和各超声波元件的距离对应的延迟时间使所得到的接收信号(信道rf信号)延迟后相加等。通常，预先设定在生物体内传播的超声波的声速的平均值等，并使用该平均值来计算出接收波束成形时的延迟时间。然而，如果设定声速与实际的声速不同，则各信道的回波信号间的相干性降低，导致低画质化。
3.因此，在非专利文献1所记载的技术中，暂时保存从摄像对象得到的信道rf信号，使接收波束成形中使用的声速变化为多种，计算每个声速的延迟时间。使用计算出的延迟时间进行接收波束成形，按多种的每个声速生成超声波图像，评价这些图像的聚焦程度。基于所求出的聚焦程度，决定最佳的延迟时间，生成超声波图像。由此，能够以适合于摄像对象的声速拍摄超声波图像。得到这样的最优图像的波束成形声速与作为组织的物性值的声速相区别地被称为平均声速等。若摄像对象的物性值声速相同，则平均声速与物性值声速一致，但在摄像对象具有多个物性值声速的情况下，超声波的传播路径中的平均声速被推定为最佳的波束成形声速。
4.另一方面，在非专利文献2中公开了通过根据接收信号的相干性对信号进行加权来抑制相干性低的伪影、噪声分量的自适应波束成形(adaptive-beamforming)技术。
5.在先技术文献
6.非专利文献
7.非专利文献1：david napolitano，et.al，”sound speed correction in ultrasound imaging，ultrasonics”，volume 44，p43-46(2006)，issn 0041-624x
8.非专利文献2：s.m.hverven，o.m.h.rindal，a.rodriguez-molares and a.austeng，
″
the influence of speckle statistics on contrast metrics in ultrasound imaging，
″
2017ieee international ultrasonics symposium(ius)，washington，dc，usa，2017，pp.1-4


技术实现要素：

9.发明所要解决的课题
10.由于摄像对象以复杂的配置包括声速不同的多个组织，所以如果能够评价以像素为单位的聚焦程度，则能够提取相干性高的像素，能够进行声速推定的鲁棒性、推定精度的提高、降低了伪影、噪声的高画质的摄像。
11.然而，非专利文献1的技术能够针对多种声速的每种声速生成超声波图像，针对每个图像评价其聚焦程度，但不能评价以像素为单位的聚焦程度。
12.另一方面，在自适应波束成形技术中，由于使用各信道的回波信号间的相关运算，所以运算量大，需要在装置的前端搭载自适应波束成形专用电路、专用软件等。
13.本发明的目的在于，以较少的运算量针对每个像素计算接收信号的相干指标，得到高画质的超声波图像。
14.用于解决课题的手段
15.为了实现上述目的，本发明的超声波摄像装置具有：存储器，保存接收信号；超声波图像生成部；声速变化图像生成部；以及相干指标计算部。存储器保存接收信号，所述接收信号通过多个超声波元件的列接收在接受到超声波的发送的摄像对象中被反射的超声波，并将被反射的超声波按每个超声波元件输出。超声波图像生成部从存储器接收多个超声波元件的每个超声波元件的接收信号，使用基于波束成形用声速设定的延迟时间进行接收波束成形处理，从而针对给定的摄像范围生成图像。声速变化图像生成部使超声波图像生成部生成使波束成形用声速变化为多种的多种图像，或者基于超声波图像生成部生成的图像的数据来生成使波束成形用声速变化为多种的多种图像。相干指标计算部通过按照波束成形用声速的顺序排列声速变化图像生成部生成的多种图像间的对应的位置的像素的信号强度，从而求出波束成形用声速方向的信号强度的变化，基于求出的信号强度的变化，计算表示用于该像素的波束成形的多个所述接收信号的相干性的相干指标。
16.发明效果
17.根据本发明，能够以较少的运算量针对每个像素计算接收信号的相干指标，得到高画质的超声波图像。
附图说明
18.图1是表示实施方式1的超声波摄像装置的结构的框图。
19.图2的(a)是表示使接收信号以由最佳的声速计算出的延迟时间延迟后相加得到的信号的波形和使用该波形生成的b像的说明图，图2的(b)是表示使接收信号以由比最佳的声速慢的声速计算出的延迟时间延迟后相加得到的信号的波形、和使用该波形生成的b像的说明图。
20.图3的(a)以及(b)是表示实施方式1的声速变化图像生成部54生成的三维数据集和相干指标计算部55的处理的说明图，图3的(c)表示相干指标计算部55提取出的对应的像素的亮度的声速c的变化的图表。
21.图4的(a)是表示实施方式1的相干性高的像素的亮度与声速的关系的图表，图4的(b)是表示实施方式1的相干性低的像素的亮度与声速的关系的图表。
22.图5是表示实施方式1的平均声速推定部56的处理的说明图，图5的(a)是表示roi71内的相干指标的分布的图，图5的(b)是表示roi内的信号强度的分布的图，图5的(c)是表示平均声速推定部56求出的roi内的相干指标与信号强度的积的总和或者平均值(聚焦指标)与声速的关系的图表。
23.图6是表示实施方式1的超声波摄像装置的动作的流程图。
24.图7是表示实施方式2的超声波摄像装置的结构的框图。
25.图8是表示实施方式2的平均声速推定部56的处理的说明图，图8的(a)是表示roi71内的相干指标的分布的图，图8的(b)是表示取得最大信号强度的声速的roi内的信号
强度的分布的图。
26.图9是表示实施方式2的超声波摄像装置的动作的流程图。
27.图10是表示实施方式3的超声波摄像装置的结构的框图。
28.图11是表示实施方式3的图像处理部59的处理的说明图，图11的(a)是表示图像内的相干指标的分布的图，图11的(b)是表示图像内的信号强度的分布的图，图11的(c)是表示用相干指标进行加权后的信号强度的分布的图。
29.图12是表示实施方式3的超声波摄像装置的动作的流程图。
30.图13是表示实施方式4的超声波摄像装置的结构的框图。
31.图14是表示实施方式4的超声波摄像装置的动作的流程图。
32.图15是表示实施方式5的超声波摄像装置的声速变化图像生成部54的结构的框图。
33.图16是表示实施方式5的声速变化图像生成部54的处理的说明图。
34.图17是表示实施方式4的声速变化图像生成部54的处理动作的流程图。
[0035]-符号说明-[0036]
10
…
摄像对象，20
…
探测器，21
…
超声波元件，30
…
超声波摄像装置，31
…
发送波束成形器，32
…
信道存储器，35
…
输入部，35a
…
按钮，36
…
控制部，37
…
显示部，41
…
变换部，42
…
重映射处理部，43
…
重新变换部，44
…
表格保存部，50
…
信号处理装置，51
…
信道存储器，52
…
超声波图像生成部，53
…
接收波束成形器，54
…
声速变化图像生成部，55
…
相干指标计算部，56
…
平均声速推定部，57
…
最大信号强度取得声速计算部，58
…
三维数据集存储器，59
…
图像处理部，61，62，63
…
图像，61a，62a，63a
…
像素，70
…
曲线，71
…
roi，71a
…
第一区域，71b
…
第二区域。
具体实施方式
[0037]
以下，对本发明的一个实施方式进行说明。
[0038]
在本发明中，向摄像对象发送超声波，以超声波元件列接收反射波等，生成以多个不同的声速进行了接收波束成形的多种图像。根据针对每个像素的信号强度相对于声速的变化的特征量，针对构成每个像素的信号强度的接收波束成形后接收信号，计算用于该生成的各信道(超声波元件)的接收信号的相干指标。由此，能够在不计算信道域数据(各信道的接收信号)内的相关性的情况下，提取从相干性高的接收信号生成的像素。
[0039]
由此，能够对超声波图像的每个像素，针对与该像素位置对应的最佳的波束成形声速(平均声速)进行声速推定。此外，能够实现平均声速推定的鲁棒性以及推定精度的提高。通过使用推定出的平均声速进行接收波束成形处理，能够拍摄减少了伪影、噪声的高画质的图像。另外，最佳的波束成形声速与作为组织的物性值的声速相区别，在此称为平均声速。若摄像对象的物性值声速相同，则平均声速与物性值声速一致，但通常摄像对象具有多个物性值声速，因此超声波的传播路径中的平均声速被推定为最佳的波束成形声速。在本实施方式中，能够对超声波图像的每个像素进行平均声速推定。
[0040]
此外，通过使用每个像素的相干性，合成以不同的声速进行了接收波束成形的多种图像，从而能够生成高画质的图像。
[0041]
《实施方式1》
[0042]
以下，对实施方式1的超声波摄像装置进行说明。图1是表示本实施方式的超声波摄像装置的整体结构的框图。
[0043]
在实施方式1中，在计算出每个像素的相干指标之后，推定摄像对象的平均声速，通过推定出的平均声速进行以后的接收波束成形。
[0044]
如图1所示，本实施方式的超声波摄像装置30构成为具备发送波束成形器31、发送接收切换部(t/r)33、信号处理装置50、输入部35、控制部36以及显示部37。在超声波摄像装置30连接有探测器20。在探测器20内具备超声波元件21的列(阵列)。
[0045]
信号处理装置50具备信道存储器32和超声波图像生成部52作为用于生成超声波图像的结构。此外，信号处理装置50作为用于计算相干指标的结构，具备声速变化图像生成部54、相干指标计算部55和三维数据集存储器58。进而，信号处理装置50作为用于根据相干指标来推定平均声速的结构，具备平均声速推定部56。
[0046]
发送波束成形器31生成发送信号，经由发送接收切换部(t/r)33传递到一个以上超声波元件21。接收到发送信号的超声波元件21将发送信号变换为超声波并向摄像对象10发送。被摄像对象10进行了反射等的超声波到达多个超声波元件21的列，多个超声波元件21分别将超声波变换为接收信号(信道rf信号)，并按时间序列输出。
[0047]
多个超声波元件21分别输出的时间序列的接收信号被保存在信道存储器51中。
[0048]
超声波图像生成部52包括接收波束成形器53。接收波束成形器53从信道存储器51接收多个超声波元件21的每个超声波元件的接收信号，使其每次延迟预先设定的延迟时间后相加，由此使接收焦点分别与预先确定的扫描线(接收扫描线)上的接收焦点对焦。通过对在扫描线上以给定的间隔设定的多个接收焦点依次进行该接收波束成形，从而得到接收波束成形后接收信号。
[0049]
超声波图像生成部52针对每个预先确定的扫描线使接收波束成形器53执行接收波束成形处理。超声波图像生成部52通过排列由接收波束成形器53生成的每个扫描线的接收波束成形后接收信号，生成超声波图像。
[0050]
另外，延迟时间是将该接收焦点与超声波元件21的距离除以所设定的接收波束成形用声速而得到的时间，按照扫描线的每个接收焦点由超声波图像生成部52生成，并设定于接收波束成形器53。
[0051]
此时，在波束成形用声速与摄像对象的组织的声速一致的情况下，根据基于该声速设定的延迟时间，如图2的(a)所示那样使接收波束成形器53延迟后的各超声波元件21的接收信号相位对齐(相干性高)。因此，通过接收波束成形器53相加后的接收信号的振幅变大。使用该接收波束成形后接收信号生成的超声波图像(b像)的亮度大，而且像的扩展小。
[0052]
另一方面，在波束成形用声速比摄像对象的组织的声速慢的情况下，根据基于该声速设定的延迟时间，如图2的(b)所示那样使接收波束成形器53延迟后的各超声波元件21的接收信号相位与图2的(a)的情况相比相位不对齐(相干性低)。因此，通过接收波束成形器53相加后的接收信号的振幅比图2的(a)的情况小，并且信号的扩展变大。使用该图2的(b)的接收波束成形后接收信号而生成的超声波图像(b像)与图2的(a)相比亮度较小，而且像的扩展较大。
[0053]
在本实施方式中，如图2的(a)、(b)所示，着眼于像素的亮度根据波束成形用声速而变化的情况，对用于该像素的生成的接收信号的延迟后的相干性进行评价。
[0054]
首先，声速变化图像生成部54使超声波图像生成部52生成使波束成形用声速变化为多种的多种图像。具体而言，声速变化图像生成部54对超声波图像生成部52依次设定预定的范围以及间隔的波束成形用声速(例如以l0m/s间隔选择了1400～1650m/s的范围的声速所得到声速)，按每个波束成形用声速依次生成图像。超声波图像生成部52针对所设定的每个波束成形用声速计算延迟时间，并设定于接收波束成形器53。由此，超声波图像生成部52依次生成波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
。
[0055]
在此，如图1所示，图像61、62、63
…
是超声波元件21的列方向(x方向)和摄像对象10的深度方向(z方向)的二维平面的图像。声速变化图像生成部54将多种图像61、62、63
…
在波束成形用声速方向(c方向)上排列，生成三维数据集，将所生成的图像保存在三维数据集存储器58中。
[0056]
如图3的(a)～(c)所示那样，相干指标计算部55按照波束成形用声速c的顺序排列多种图像61、62、62...的对应的位置(例如坐标(x，z)＝(3，7))的像素61a、62a、63a的信号强度。信号强度具体可以使用检波后的振幅值，或者也可以使用对数压缩后的振幅值。由此，求出波束成形用声速方向(c方向)的信号强度的变化，基于求出的信号强度的变化，计算表示用于像素61a、62a、63a的接收波束成形的多个接收信号的相干性的相干指标。
[0057]
具体而言，如图3的(c)所示那样，相干指标计算部55以波束成形用声速c为横轴，以信号强度的大小为纵轴，生成表示波束成形用声速不同的多种图像61、62、63...的对应的像素61a、62a、63a...的信号强度的变化的图表。相干指标计算部55在该图表中，求出表示信号强度的变化的曲线70。
[0058]
如图4的(a)所示那样，发明者们发现以下特征，即在像素61a、62a、63a等如摄像对象10内的构造物等那样对相干性高的实际信号进行了图像化的像素的情况下，曲线70是以最佳声速(摄像对象10的该像素位置的组织的声速)而振幅成为最大，且为向上凸的形状(山型)，且能够用2次多项式比较好地近似。即，曲线70在用2次多项式近似的情况下，2次系数为负值，并且多元回归分析中的决定系数r2高。决定系数r2由式(1)计算。
[0059]
[数学式1]
[0060][0061]
其中，上述中，
[0062]
ai：第i个候补声速中的信号强度
[0063]
bi：ai的多项式近似中的第i个候补声速中的信号强度
[0064]
另一方面，如图4的(b)所示，观察到在像素61a、62a、63a等是如旁瓣等伪影分量、噪声分量那样对相干性低的信号进行了图像化的像素的情况下，在最佳声速(摄像对象10的该像素位置的组织的声速)下振幅低，是向下凸的形状(谷形)，具有缩颈等复杂的变化模式。因此，曲线70不能很好地近似为2次多项式。即，曲线70用2次多项式近似时，2次系数为正值，且多元回归分析中的决定系数r2低。
[0065]
因此，相干指标计算部55计算曲线70是否是向上凸的形状、曲线的变化量、曲线向预定的多项式的近似精度、以及曲线的极值中的至少一个特征量，根据一个以上特征量计算相干指标。
[0066]
作为一例，相干指标计算部55通过下述(式2)以及(式3)计算相干指标。在(式2)中，准备变量h，在2次多项式近似中的2次系数为0以上时，将变量h设为0，在2次多项式近似中的2次系数为负时，即向上凸的形状(山型)时，将在2次多项式近似中通过(式1)计算出的决定系数r2设为变量h的值。然后，如(式3)那样，使用变量h，变量h从0增大到1，使用输出从0增大到1那样的加权函数来计算相干指标w
cf
。
[0067]
[数学式2]
[0068]
h＝o(p2≥o)
[0069]
h＝r2(p2＜0)
…
(2)
[0070]
其中，p2：2次多项式近似中的2次系数
[0071]
[数学式3]
[0072]wcf
＝(sin((h-0.5)*π)+1)/2
…
(3)
[0073]
平均声速推定部56使用相干指标计算部55计算出的相干指标和波束成形用声速c不同的多种图像61、62、63等像素61a、62a、63a...的信号强度，推定与像素61a、62a、63a的位置对应的摄像对象10的平均声速、即最佳的波束成形声速。
[0074]
对平均声速的推定方法进行说明。
[0075]
如图1所示，相干指标计算部55针对摄像对象10的摄像范围(图像61、62、63的范围)内的预定的roi71内所包括的多个像素分别计算相干指标。由此，例如如图5的(a)那样得到roi71内的相干指标的分布。
[0076]
平均声速推定部56针对一个图像61的roi71内的每个像素61a等，计算信号强度与该像素的相干指标的积，并计算计算出的积的roi71的总和或者平均值。将该总和或者平均值称为聚焦指标。平均声速推定部56对于波束成形用声速c不同的其他图像62、63等对应的roi71也分别计算聚焦指标。
[0077]
平均声速推定部56将得到的聚焦指标和得到的图像的波束成形用声速c如图5的(c)那样作图，将聚焦指标成为最大的波束成形用声速c推定为与roi71对应的摄像对象10的区域的平均声速。
[0078]
平均声速推定部56将推定出的平均声速相对于超声波图像生成部52设定为波束成形用声速c。由此，平均声速推定部56使用与roi71的平均声速一致的波束成形用声速c执行超声波图像生成部52之后的摄像的接收波束成形。
[0079]
以下，基于图6的流程图说明包括本实施方式的信号处理装置50的超声波摄像装置的各部分的动作。
[0080]
另外，信号处理装置50由具备cpu(central processing unit：中央处理器)、gpu(graphics processing unit：图形处理单元)等处理器和存储器的计算机等构成，cpu读入并执行存储器中保存的程序，由此通过软件实现信号处理装置50的各部分52～56的功能。此外，信号处理装置50也可以通过硬件来实现其一部分或者全部。例如，可以使用如asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)那样的定制ic、如fpga(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)那样的可编程ic来构成信号处理装置50，并且进行电路设计以实现信号处理装置50的各部分的功能。
[0081]
首先，用户经由输入部35指示摄像，并且计算相干指标，推定平均声速，在将推定出的平均声速设定于接收波束成形器53的情况下按下按钮35a。控制部36在按下了按钮35a
的情况下，使各部分执行图6的流程。
[0082]
(步骤201)
[0083]
首先，发送波束成形器31从超声波元件21向摄像对象10发送超声波。被摄像对象10进行了反射等的超声波通过超声波元件21的列被变换为接收信号(信道rf信号)。在信道存储器51中分别保存来自多个超声波元件21的接收信号。
[0084]
(步骤202)
[0085]
接收波束成形器53从信道存储器51读出每个超声波元件21的接收信号(信道rf信号)，使用根据预先设定的声速c计算出的延迟时间，通过延迟加法运算法、傅立叶相位调整法等公知的接收波束成形方法进行整相相加。由此，针对沿着设定为摄像范围的一个以上扫描线的多个接收焦点，得到波束成形后信号。
[0086]
(步骤203)
[0087]
接收波束成形器53反复进行上述步骤202直到得到1帧的图像的生成所需要的全部的波束成形后信号为止。
[0088]
(步骤204)
[0089]
超声波图像生成部52对1帧量的扫描线的波束成形后信号进行排列来生成图像。声速变化图像生成部54接收所生成的图像，并保存在三维数据集存储器58中。
[0090]
(步骤205)
[0091]
声速变化图像生成部54变更接收波束成形用声速c，并设定于超声波图像生成部52。超声波图像生成部52使用变更后的接收波束成形用声速c计算延迟时间，并设定于接收波束成形器53。
[0092]
(步骤206)
[0093]
接收波束成形器53通过使用变更后的接收波束成形用声速c来反复步骤202～204，从而使用变更后的接收波束成形用声速c来生成图像。声速变化图像生成部54接收所生成的图像，并保存在三维数据集存储器58中。反复进行该处理，直到设定了所有种类的接收波束成形用声速c为止。由此，超声波图像生成部52生成接收波束成形用声速c不同的多种图像61、62、63
…
。
[0094]
声速变化图像生成部54从超声波图像生成部52接收所生成的多种图像61、62、63
…
，在接收波束成形用声速方向(c方向)上排列而生成三维数据集，将所生成的图像保存在三维数据集存储器58中。
[0095]
(步骤207)
[0096]
如图3的(c)那样，相干指标计算部55生成表示在roi71内的三维数据集的声速方向上排列的像素61a、62a、63a的信号强度的变化的曲线70，使用式(1)计算相干指标。
[0097]
(步骤208)
[0098]
平均声速推定部56针对各图像61、62、63等，计算roi71内的像素61a的信号强度与相干指标的积的总和或者平均值作为聚焦指标。
[0099]
(步骤209)
[0100]
平均声速推定部56推定为聚焦指标成为最大的波束成形用声速c是与roi71对应的摄像对象10的区域的平均声速。平均声速推定部56将推定出的平均声速相对于超声波图像生成部52设定为波束成形用声速c。
[0101]
通过上述步骤201～209，将与roi71的平均声速一致的波束成形用声速c设定于超声波图像生成部52。超声波摄像装置能够以最佳的声速执行之后的摄像。由此，能够进行减少了伪影/噪声的高画质的图像的摄像。
[0102]
在本实施方式中，如图6所示，对变更接收波束成形用声速c而每次生成一个图像的结构进行了说明，但本发明并不限定于该结构。在超声波图像生成部52是具有多个接收波束成形器53的结构的情况下，声速变化图像生成部54也可以对多个接收波束成形器53分别设定多种波束成形用声速c的延迟时间，针对相同扫描线并行地进行波束成形处理。由此，接收波束成形用声速c能够并行地生成多种不同的图像。
[0103]
《实施方式2》
[0104]
对实施方式2的超声波摄像装置进行说明。图7是表示本实施方式的超声波摄像装置的整体结构的框图。图8是表示本实施方式的平均声速推定部56的处理的说明图。图9是表示本实施方式的超声波摄像装置的动作的流程图。
[0105]
实施方式2的超声波摄像装置是与实施方式1的超声波摄像装置同样的结构以及动作，但如图7那样还具备最大信号强度获取声速计算部57这一点、和平均声速推定部56推定摄像对象的最佳的波束成形声速即平均声速时的处理与实施方式1不同。以下，以不同点为中心进行以下说明。
[0106]
如图9所示，实施方式2的超声波摄像装置的处理直到步骤201～207为止与实施方式1的图6的流程相同。由此，在步骤207中，相干指标计算部55针对roi71内的各像素计算相干指标。由此，如图8的(a)所示，得到相干指标的roi71内的分布。
[0107]
(步骤210)
[0108]
在步骤210中，最大信号强度取得声速计算部57将波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
的对应的roi71内的像素(例如图像61的像素61a)的信号强度与其他图像62、63
…
的对应的位置的像素62a、63a
…
进行比较。由此，从图像61、62、63
…
中选择信号强度成为最大的图像。将在所选择的图像的生成时使用的波束成形用声速c设为像素61a的位置的最大信号强度取得声速。
[0109]
通过对roi71内的各像素进行该处理，最大信号强度取得声速计算部57如图5的(b)所示，得到最大信号强度取得声速的roi71内的分布。
[0110]
(步骤211)
[0111]
平均声速推定部56针对每个像素，使用通过该相干指标对最大信号强度取得声速进行了加权的加权后最大信号强度取得声速来推定平均声速。具体而言，例如，如图8所示，平均声速推定部56针对roi71内的各像素求出加权后最大信号强度取得声速，将其平均值设为平均声速。
[0112]
由此，平均声速推定部56将推定出的平均声速相对于超声波图像生成部52设定为波束成形用声速c。
[0113]
通过上述步骤201～207、210、211，将与roi71的平均声速一致的波束成形用声速c设定于超声波图像生成部52，因此超声波摄像装置能够以最佳的声速执行之后的摄像。由此，能够进行减少了伪影/噪声的高画质的图像的拍摄。
[0114]
另外，在实施方式2中，在步骤207、210中，针对roi71内的所有像素，求出相干指标和最大信号强度取得声速，但也可以不必对所有的像素求出。也可以仅对一部分像素求出
相干指标和最大信号强度取得声速，计算加权后最大信号强度取得声速，将其平均值设为平均声速。
[0115]
此外，也可以仅针对roi内的一部分像素求出相干指标和最大信号强度取得声速之后，通过插值运算等，计算roi内的相干指标的分布以及最大信号强度取得声速的分布。而且，也可以通过相干指标的分布对roi内的最大信号强度取得声速的分布进行加权，求出加权后最大信号强度取得声速的分布，将加权后最大信号强度取得声速的分布的平均值作为平均声速。
[0116]
《实施方式3》
[0117]
对实施方式3的超声波摄像装置进行说明。图10是表示本实施方式的超声波摄像装置的整体结构的框图。图11是表示本实施方式的图像处理部59的处理的说明图。图12是表示本实施方式的超声波摄像装置的动作的流程图。
[0118]
在实施方式3中，通过使用每个像素的相干性对图像进行加权，从而生成抑制了噪声、伪影的高画质的图像。
[0119]
实施方式3的超声波摄像装置是与实施方式1的超声波摄像装置同样的结构以及动作，但如图10那样具备图像处理部59来代替平均声速推定部56这一点与实施方式1不同。以下，以不同点为中心进行以下说明。
[0120]
如图12所示，实施方式3的超声波摄像装置的处理直到步骤201～207为止与实施方式1的图6的流程相同。由此，在步骤207中，相干指标计算部55针对图像内的各像素计算相干指标。其中，在实施方式2中，相干指标计算部55针对roi71内的各像素计算相干指标，由此求出roi内的相干指标的分布，但在实施方式3中，针对图像整体的各像素计算相干指标。由此，如图11的(a)所示，得到相干指标的图像内的分布。
[0121]
(步骤212、213)
[0122]
在步骤212中，图像处理部59使用波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
中的一个以上图像的信号强度(图11的(b))和在步骤207得到的图像整体的相干指标的分布，生成处理后图像。具体而言，图像处理部59对多种图像61、62、63
…
中的一个图像进行加权，使得图像内的相干指标高的第一区域71a的信号强度大于相干性低于第一区域71a的第二区域71b的信号强度，并生成图像(图11的(c))。所生成的图像显示于显示部37。
[0123]
根据本实施方式，如图11的(c)所示，能够抑制相干性低的信号，此外相反地增强相干性高的信号，抑制如旁瓣、栅瓣等伪影引起的信号强度。因此，能够生成提高了摄像对象10内的构造物的实际信号的视觉辨认性的高画质图像。
[0124]
另外，图像处理部59进行图像处理的一个图像能够使用多种图像61、62、63
…
中的例如1540m/s等一般的给定声速的图像。或者，通过实施方式1或者实施方式2的方法，能够使用针对预先确定的roi71内推定出的平均声速的图像。
[0125]
《实施方式4》
[0126]
对实施方式4的超声波摄像装置进行说明。图13是表示本实施方式的超声波摄像装置的整体结构的框图。图14是表示本实施方式的超声波摄像装置的动作的流程图。
[0127]
在实施方式4中，使用每个像素的相干性，对多个图像进行加权后相加，由此生成抑制了噪声、伪影的高画质的图像。
[0128]
实施方式4的超声波摄像装置是与实施方式3的超声波摄像装置同样的结构以及
动作，但在还具备实施方式2中说明的最大信号强度取得声速计算部57这一点上与实施方式3不同。以下，以不同点为中心进行以下说明。
[0129]
如图14所示，实施方式4的超声波摄像装置的处理直到步骤201～207为止与实施方式1的图6的流程相同。由此，在步骤207中，相干指标计算部55针对图像内的各像素计算相干指标。由此，得到相干指标的分布。
[0130]
(步骤210)
[0131]
在步骤210中，最大信号强度取得声速计算部57将波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
的对应的像素(例如图像61的像素61a)的信号强度与其他图像62、63
…
的对应的位置的像素62a、63a...进行比较。由此，从图像61、62、63
…
中选择信号强度成为最大的图像。将在所选择的图像的生成时使用的波束成形用声速c设为像素61a的位置的最大信号强度取得声速。
[0132]
通过对图像的各像素进行该处理，最大信号强度取得声速计算部57得到最大信号强度取得声速的分布。
[0133]
(步骤212)
[0134]
图像处理部59对波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
内的对应位置的像素61a、62a、63a
…
的信号强度进行加权相加。此时，图像处理部59将在加权时将最大信号强度取得声速设为波束成形用声速的图像的信号强度的权重设定为相干指标越大、像素越大。由此，能够将最大信号强度取得声速的像素的权重设定得较大，并且在其中将相干指标大的像素的权重设定得较大，将多个图像61、62、63
…
的对应的像素61a、62a、63a
…
的信号强度相加。
[0135]
由此，能够将多个图像的信号强度相加，因此与对1张图像进行处理的情况相比鲁棒性提高。此外，能够抑制相干性低的信号，此外相反地增强相干性高的信号，能够抑制如旁瓣、栅瓣等由伪影引起的信号强度，生成提高了摄像对象10内的构造物的实际信号的视觉辨认性的高画质图像。
[0136]
另外，在实施方式4中，除了最大信号强度取得声速计算部57以外，还可以构成为还具备最小信号强度取得声速计算部。
[0137]
最小信号强度取得声速计算部将波束成形用声速不同的多种图像61、62、63
…
内的对应位置的像素61a、62a、63a
…
的信号强度在多种图像61、62、63
…
间相比，选择成为最小的图像。最小信号强度取得声速计算部求出选择出的图像的波束成形用声速作为像素的位置的最小信号强度取得声速。
[0138]
在这种情况下，图像处理部59设定权重，以使得在加权时，对于相干值比给定值大的像素，将最大信号强度取得声速作为所述波束成形用声速的所述图像的信号强度的权重大，比将最小信号强度取得声速作为波束成形用声速的图像的信号强度的权重大。此外，图像处理部59设定权重，以使得对于相干值比给定值小的像素，将最小信号强度取得声速作为所述波束成形用声速的图像的信号强度的权重比将最大信号强度取得声速作为所述波束成形用声速的图像的信号强度的权重大。
[0139]
这样，通过将最小信号强度取得声速进一步用于加权，与仅使用最小信号强度取得声速的情况相比，能够更准确地设定加权，抑制噪声等。
[0140]
《实施方式5》
[0141]
对实施方式5的超声波摄像装置进行说明。图15是本实施方式的超声波摄像装置的声速变化图像生成部54的框图。图16是说明声速变化图像生成部54的处理的图。图17是表示通过运算生成声速变化图像生成部54的图像的处理的流程。
[0142]
在实施方式1～4中，声速变化图像生成部54使超声波图像生成部52生成使波束成形用声速变化为多种的多种图像61、62、63
…
。在实施方式5中，声速变化图像生成部54基于超声波图像生成部52生成的1种波束成形用声速的图像的数据，通过运算，生成使波束成形用声速变化为多种的多种图像61、62、63
…
。
[0143]
因此，在实施方式5中，如图15所示，声速变化图像生成部54具备变换部41、重映射处理部42以及重新变换部43。
[0144]
使用图17的流程，对声速变化图像生成部54的运算处理进行说明。声速变化图像生成部54的运算处理是公知的技术，因此在此简单地进行说明。
[0145]
(步骤301)
[0146]
声速变化图像生成部54从超声波图像生成部52接收使用基于波束成形用第一声速c0决定的第一延迟时间而生成的第一图像的数据(图16的(a))。
[0147]
(步骤302)
[0148]
变换部41将第一图像的数据变换为波数空间中的第一波数空间数据(图16的(b))。
[0149]
第一图像是将超声波元件21的列方向设为x方向、将摄像对象10的深度方向设为z方向的x-z平面的二维图像。变换部41将其变换为以x方向的波数(kx)方向和z方向的波数(kz)方向为2轴的二维波数空间的数据。
[0150]
(步骤303)
[0151]
重映射处理部42通过对第一波数空间数据进行处理而生成与第二波数空间数据等价的数据，该与第二波数空间数据等价的数据通过在基于第二波束成形用声速决定的第二延迟时间对所述接收信号进行处理的情况下得到的第二图像进行变换而得到。
[0152]
第二波数空间数据是在基于接收焦点与超声波元件21之间的距离l和第二声速c1决定的第二延迟时间t2(例如，t2＝l/c1)对接收信号(信道rf数据)进行了处理的情况下得到的波数空间数据。
[0153]
第二波数空间数据的坐标(kx1，kz1)处于使用构成第一波数空间数据的数据的坐标(kx0，kz0)和声速c0、c1表示的给定的关系。声速变化图像生成部54将第一波数空间的数据的坐标(kx0，kz0)与在声速c1的第二延迟时间t2进行了整相的情况下的数据的坐标变化的情况下的对应的坐标(kx1，kz1)的关系例如以表格的形式预先保存于表格保存部44(参照图15)。
[0154]
重映射处理部42根据构成第一波数空间数据(图16的(b))的数据的采样坐标(kx0，kz0)，通过插值运算等求出偏离了基于第一声速c0以及第二声速c1预先求出的距离的采样坐标(kx1，kz1)(图16的(c)的圆形标记的坐标)的数据值。若将通过插值运算等求出的数据表示为第二声速(c1)中的波数空间，则成为等间隔的采样(图16的(d))。
[0155]
因此，重映射处理部42通过参照表格保存部44，读出坐标(kx1，kz1)和坐标(kx0，kz0)，通过插值处理计算第一波数空间数据的坐标(kx1，kz1)的数据值(图16的(c))，生成与声速c1对应的第二波数空间数据(图16(d))。
[0156]
(步骤304)
[0157]
重新变换部43通过对重映射处理部42生成的与第二波数空间数据等价的数据进行逆变换，生成与第二声速c1对应的第二图像(图16的(e))。得到的第二图像是通过基于第二声速c1决定的第二延迟时间t2对接收信号(信道rf数据)进行整相而得到的图像等价的数据。
[0158]
(步骤305)
[0159]
声速变化图像生成部54反复步骤303、304，直到针对预先决定的所有声速c2、c3··
生成图像为止。另外，在表格保存部44中，关于第二声速c1以外的多个声速c2、c3··
，也存储有通过第一波数空间间数据中的插值而应该运算的坐标的信息。
[0160]
声速变化图像生成部54将与所生成的各声速对应的图像保存在三维数据集存储器58中。
[0161]
如上所述，根据实施方式5的超声波摄像装置，通过对所生成的图像进行处理，能够以较少的运算量生成与变更了接收波束成形时的声速等价的图像。因此，通过与实施方式1～4同样地进行之后的处理，能够通过平均声速的推定或者图像处理来抑制如旁瓣、栅瓣等伪影，生成提高了摄像对象10内的构造物的实际信号的视觉辨认性的高画质图像。
[0162]
如上所述，根据本发明的实施方式1～5，能够在不进行信道间的接收信号的相间运算的情况下以像素为单位提取相干性高的像素，因此能够进行声速推定的鲁棒性、推定精度的提高、减少了伪影/噪声的高画质的摄像。