超声波诊断装置的制造方法
超声波诊断装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超声波诊断装置，特别涉及一种减少非必要的信号分量的技术。
【背景技术】
[0002] 为了改善超声波图像的图像质量，减少比如包含在接收的信号中的旁瓣（side lobe)和栅瓣（grating lobe)的非必要的信号分量是可取的。在超声波的接收波束的形成 中，从多个换能器元件（transducer element)处获得的多个接收的波信号根据焦点位置被 进行延迟处理，从而匹配到来自焦点位置的反射波的相位。换言之，对多个接收的波信号进 行整相。施加延迟处理的多个接收的波信号进行求和处理，以形成接收波束信号。
[0003] 然而，从每个换能器元件处获得的接收的波信号还包含非必要的反射波分量，这 些非必要的反射波分量来自焦点位置之外的位置。因此，由对施加了延迟处理的多个接收 的波信号进行求和处理而获得的接收波束信号，由于非必要的反射波分量，而包含非必要 的信号分量。在相关技术中提出了减少非必要的信号分量的技术。
[0004] 例如，专利文献1公开了使用表不整相（phasing)的程度的CF (相干因子）来减少 非必要的信号分量的技术。另外，作为表示整相的程度的值，非专利文献1公开了 PCF(相位 相干因子）和SCF (符号相干因子），专利文献2公开了 STF (符号渡越因子，Sign Transit Factor)，以及非专利文献2公开了 GCF(广义相干因子）。
[0005] 相关技术参考：
[0006] 专利文献：
[0007] 专利文献I:USP5, 910, 115
[0008] 专利文献 2:JP2012-81114A [0009] 非专利文献：
[0010]非专利文献1:]\〇31116(3]10,6七31.，"？]1386(]〇]16代11。6 11]138；[1^"，1￡￡￡1：四118. UFFC,vol. 56,No. 5, 2009
[0011] 非专利文献2 :Pai_ChiLi,etal. ,"AdaptiveImagingUsingtheGeneralized CoherenceFactor"，IEEEtrans.UFFC,vol. 50,No. 2, 2003
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 表示整相的程度的值，例如CF,在减少与其中的多个换能器元件以一维方式排列 的一维阵列换能器相关的非必要的信号分量中特别地优选。
[0014] 在这种情况下，本发明的发明人进行了关于减少在其中的多个换能器元件以二维 方式排列的二维阵列换能器中的非必要的信号分量的研发。
[0015] 本发明是在研发过程中构思的，并且本发明的优势在于提供一种减少在二维阵列 换能器中的非必要的信号分量的技术。
[0016] 技术问题的解决方案
[0017] 根据本发明的一个方面，提供了一种超声波诊断装置，包括：多个换能器元件，其 以二维方式排列；延迟处理器，其对从所述多个换能器元件获得的多个接收的波信号施加 延迟处理，以对接收的波信号进行整相；评估值计算单元，其基于施加了延迟处理的所述多 个接收的波信号来评估整相的程度，以获得与以二维方式排列的所述多个换能器元件相关 的二维评估值；求和处理器（summation processor)，其对施加了延迟处理的多个接收的波 信号施加求和处理，以获得接收信号；以及信号调整单元，其基于所述二维评估值来调整所 述接收信号，以减少非必要的信号分量。根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计 算单元，对于互不相同的多个排列方向中的每个排列方向，针对以二维方式排列的多个换 能器元件，评估整相的程度，以计算一维评估值，以及基于从多个排列方向获得的多个所述 一维评估值，来计算表示二维排列整体的整相的程度的二维评估值。
[0018] 在上述的装置中，所述多个换能器元件以晶格形状排列；例如，沿着横向（X方向） 和纵向（y方向），并形成二维阵列换能器。多个换能器元件形成的换能器平面可以具有矩 形形状或圆形形状。另外，相邻的换能器元件可以互相偏移地排列，或者换能器元件中的一 些换能器元件可以被设置为无效的元件，以形成二维的稀疏型阵列换能器。
[0019] 所述评估值计算单元对于多个换能器元件的每个排列方向评估整相的程度，以计 算一维评估值。整相的程度是指，与施加了延迟处理的多个接收的波信号的相位的状态有 关的程度，以及，例如，整相的程度的评估包括评估相位的匹配程度或者相位的偏移程度。 因为评估值计算单元以一维的方式计算整相的程度是足够的，例如专利文献1的CF(相干 因子）、非专利文献1的PCF (相位相干因子）和SCF (符号相干因子）、以及专利文献2的 STF(符号渡越因子）等，可以作为一维评估值来使用。可替换地，除了这些值以外的一维评 估值也可以使用。
[0020] 评估值计算单元，基于从多个排列方向获得的多个一维评估值，来计算表示二维 排列的整体的整相程度的二维评估值。例如，可以通过相对简单的计算，比如对多个一维评 估值的求和、相乘、平方和等，来计算二维评估值。
[0021] 基于二维评估值来调整通过将施加了延迟处理的多个接收的波信号进行求和处 理所得到的接收信号。例如，信号调整单元，根据二维评估值的大小来改变接收信号的增益 (振幅）。可替换地，必要时也可以基于二维评估值来调整接收信号的相位等。通过信号调 整单元基于二维评估值来调整接收信号，从而减少了非必要的信号分量。
[0022] 根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基 于从沿着该排列方向的至少一行换能器元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向 的一维评估值。
[0023] 根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计算单元对于相互正交的两个排 列方向中的每个排列方向计算所述一维评估值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个 一维评估值来计算所述二维评估值。
[0024] 本发明的有益效果
[0025] 根据本发明的各个方面，提供了一种在二维阵列换能器中减少非必要的信号分量 的技术。例如，根据本发明的优选的方式，基于从多个排列方向获得的多个一维评估值来计 算表示多个换能器元件的二维排列的整体的整相程度的二维评估值，并且基于二维评估值 来调整接收信号，从而减少非必要的信号分量。
【附图说明】
[0026] 图1为示出了根据本发明的优选的实施例的超声波诊断装置的整体结构的示意 图。
[0027] 图2为示出了以二维方式排列的多个换能器元件12的具体示例的示意图。
[0028] 图3为示出了参照二维阵列换能器10的坐标系的示意图。
[0029] 图4为示出了延迟处理之后的接收的波信号的波面的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 图1为示出了根据本发明的优选的实施例的超声波诊断装置的整体结构的框图。 多个换能器元件12中的每个均为发射和接收超声波的元件，多个换能器元件12以二维方 式排列，以形成二维阵列换能器10。二维阵列换能器10是在三维诊断区以三维方式扫描超 声波波束的三维图像的超声波探测器。二维阵列换能器10可以以三维方式，电性地或者以 电性扫描和机械扫描结合地，扫描超声波波束。
[0031] 发射单元20输出发射信号到二维阵列换能器10的多个换能器元件12中的每个， 对多个换能器元件12进行发射控制以形成发射波束，并在诊断区扫描发射波束。换言之， 发射单元20具有发射波束形成器的功能。
[0032] 每个换能器元件12由发射单元20进行发射控制以发射超声波，并接收来自诊断 区的响应发射的波而获得的超声波。由每个换能器元件12接收超声波所获得的接收的波 信号，从每个换能器元件12通过前置放大器14发送到延迟处理器30。
[0033] 延迟处理器30包括多个延迟电路32。每个延迟电路32对从对应的换能器元件 12通过对应的前置放大器14获得的接收的波信号施加延迟处理。在这种构造下，根据焦点 位置对从多个换能器元件12处获得的多个接收的波信号进行延迟处理，并对来自焦点位 置的反射波的相位进行匹配。换言之，对多个接收的波信号进 行整相。施加了延迟处理的 多个接收的波信号在求和处理器40中进行求和处理，以形成接收波束信号。
[0034] 在这种方式中，整相求和处理由延迟处理器30和求和处理器40来执行，以实现接 收波束形成器的功能。在诊断区的整个区域内扫描接收信号，以跟随发射波束的扫描，并沿 着接收波束来收集接收波束信号。
[0035] 评估值计算单元50基于从延迟处理器30获得的多个接收的波信号来评估整相的 程度，从而计算与多个换能器元件12的二维排列相关的二维评估值。乘法单元60将从求 和处理器40输出的接收波束信号和二维评估值相乘，来调整接收波束信号的增益。通过该 处理，减少非必要的信号分量。换言之，乘法单元60作为一个基于二维评估值来调整接收 信号的信号调整单元起作用。
[0036] 图像形成单元70基于被乘法单元60调整过的接收波束信号来形成三维超声波图 像。图像形成单元70使用如体绘制方法（volume rendering method)，来形成以三维方式 表征诊断目标的超声波图像。可替换地，图像形成单元70可以形成诊断目标的层析成像的 图像（B模式图像）或多普勒图像。图像形成单元70所形成的超声波图像被显示在液晶显 示器或类似物实现的显示器72上。控制器80综合地控制图1的超声波诊断装置的整体。
[0037] 在如图1所示的结构（功能块）中，前置放大器14、发射单元20、延迟处理器30、 求和处理器40、评估值计算单元50、乘法单元60、和图像形成单元70中的每一个均可以由 硬件实现，例如，电子/电气电路、处理器或类似物，以及例如存储器的设备可以在实现这 些结构时根据需要来使用。另外，控制器80可以通过例如硬件（例如，CPU、处理器、和存储 器）和定义了 CPU和处理器的运行的软件（程序）之间的配合来实现。
[0038] 已经概述了图1的超声波诊断装置。接下来，将会详细描述图1的超声波诊断装 置中使用的二维评估值。图1所示的结构（部件）在图1的附图标记和下文的说明书中被 提及。
[0039] 图2为示出了以二维方式排列的多个换能器元件12的具体示例的示意图。图2 示出了二维阵列换能器10的多个换能器元件12的一种排列状态。在图2的具体示例中， 多个换能器元件12沿着相互正交的X方向和y方向中的每个方向排列，以晶格形状排列， 从而形成二维阵列换能器10的换能器平面。基于X方向和y方向的一维评估值来计算二 维评估值。
[0040] 图3为示出了参照二维阵列换能器10的坐标系的示意图。图3示出了以二维阵 列换能器10的换能器平面的中心作为原点的xyz直角坐标系和r0(p极坐标系。
[0041] 超声波从接收焦点F (r，0，cp)到换能器元件12 (X，y)的传播距离通过等式1来计 算。在等式1中，c表示超声波的速度，tf表示超声波的传播时间。
[0042][等式1]
[0047] 具有与从接收焦点F (r,e，(P)到换能器元件12(x，y)相同距离的从原点到点 P(r，a，0)的超声波的传播距离，通过等式3来表示，其与等式2具有相似的推导。
[0048][等式3]
[0050] 因此，在换能器元件12(x，y)处，来自接收焦点F (r,0，(p)的反射波（接收的波信 号）与来自点P(r，a，0)的反射波（接收的波信号）之间的相位差，用等式4来表示，其 中，超声波的频率为f。
[0051][等式 4]
[0052]
[0053] 在二维阵列换能器10中，当沿着x方向排列的换能器元件12的元件数和沿着y方 向排列的换能器元件12的元件数均为N时，相邻的换能器元件12之间的元件间隔为X/2， 当沿着X方向排列的换能器元件的元件编号为m、且沿着y方向排列的换能器元件12的元 件编号为n时，可以得到等式5。
[0059] 进一步地，等式6可以简化，使得元件编号为（m，n)的换能器元件处的来自接收焦 点F(r5 0，cp)的反射波（接收的波信号）与来自点P (r，a，0 )的反射波（接收的波信号） 之间的相位差，可以用等式7来表示。
[0064] 等式7为（m, n, A W)坐标系的平面等式。在该平面中，在x = y = 0时，AW等 于0(A W =0)。因此，通过分别估计X方向和y方向中的每个方向的相位改变，可以确定 由等式7表示的平面。
[0065] 当接收焦点位于F(r,0，cp)的情况下执行延迟处理时，因为在延迟处理后来自 点P (r，a，0)的反射波（接收的波信号）会被等式7所示的相位差移相，反射波用等式8 表示。等式8中的G表示复振幅。
[0066] [等式 8]
[0067] S (m，n) = G?exp(_j (Am+Bn))
[0068] 使用等式8的结果，来检查二维评估值的计算。二维评估值，是表示以二维方式排 列的多个换能器元件12的整体的接收波信号的整相程度的值，并且其基于在X方向和y方 向上的一维评估值来计算出。作为一维评估值，可以使用CF (相干因子）、PCF (相位相干因 子）、SCF (符号相干因子）、STF (符号渡越因子）、或其他诸如此类的值。
[0069] 〈CF (相干因子）>
[0070] 当以一维方式排列的第i个换能器元件12的接收的波信号为s⑴时，一维CF通 过等式9来计算。
[0071][等式 9]
[0073] 当以二维方式排列的第（m，n)个换能器元件12处的接收的波信号为s (m，n)时， 将等式9扩展成二维，可得到表示二维CF的等式10。
[0074] [等式 10]
[0076] 当将等式8代入等式10时，消去复振幅G，并且由于m和n是相互独立的值，因此 得到等式11。
[0077] [等式 11]
[0079] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理（参考等式8) 的多个接收的波信号，根据等式11来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值CF 2D，其基 于在X方向上的一维评估值CFidx和在y方向上的一维评估值CF 1Dy。
[0080] 〈PCF (相位相干因子）>
[0081] 使用换能器元件12的排列方向上的接收的波信号的相位的标准偏差 〇 ( A W⑴），通过等式12来计算一维PCF。
[0082] [等式 12]
[0085] 其中，〇。= n/3 1/2为归一化标准偏差的常数，y为调整参数。
[0086] 当换能器元件12为二维方式排列时的标准偏差〇 (AW (m，n))，基于等式7的结 果，用等式13来表示。
[0087] [等式 13]
[0088] 〇 ( A i]) (m, n)) = 〇 (Am+Bn+D)
[0089] 等式13可以利用等式14示出的方差的特性，变换为等式15。
[0090] [等式 14]
[0091] 〇 2 (Am+Bn+D) = 〇 2 (Am) + 〇 2 (Bn)
[0092] [等式 15]
[0094] 因此，当表示一维PCF的等式12扩展成二维时，就得到表示二维PCF的等式16。 在等式16中，为了将扩展成二维的标准偏差归一化，在平方根中引入了因子1/2。
[0095][等式16]
[0097]利用在X方向上的一维PCFidx和在y方向上的一维PCF1Dy，可以从等式16得到等 式17。
[0098][等式17]
[0100] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收的 波信号，根据等式17来应用计算，以得到在xy平面中的二维评估值PCF211，其基于在X方向 上的一维评估值PCFidx和在y方向上的一维评估值PCF 1Dy。
[0101] <SCF(符号相干因子）>
[0102] SCF与PCF基于相同的原则，接收的波信号被二进制化，以使得二进制化的信号 b⑴的标准偏差用作索引（index)，不用计算相位。在这种情况下，由于二进制化的信号 b⑴的标准偏差的值为0~1，用于PCF的等式12中的y和〇 ^可以省略，一维SCF由等 式18表示。
[0103] [等式 18]
[0104] SCFid= 1-〇 (b(i))
[0105] 等式16和17可以类似地计算，从而得到如等式19的二维SCF。
[0106] [等式 19]
[0108] 评估值计算单元50,通过将从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收 的波信号二进制化，根据等式19来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值SCF211，其基于 在X方向上的一维评估值SCFidx和在y方向是的一维评估值SCF 1Dy。可替换地，评估值计算 单元50可以利用调整系数p来得到的SCF2d的p次幂，从而得到二维评估值。
[0109] <STF(符号渡越因子）>
[0110] 一维STF通过等式20基于换能器元件12的排列方向上的接收的波信号的过零密 度（对应于平均频率）来计算。
[0111][等式 20]
[0114] 在二维阵列换能器10的情况下，如等式7所示，在元件编号为（m，n)的换能器元 件12处，来自接收焦点F (r，0，(p)的反射波（接收的波信号）与来自点P(r，a，0 )的反 射波（接收的波信号）之间的相位差，是平面等式。此外，来自点P(r，a，(6)的经过延迟 处理之后的接收的波信号，如等式8所示。
[0115] 图4为示出施加了延迟处理的接收的波信号的波平面的示意图。在图4中，xy坐 标系对应于二维阵列换能器10的换能器平面，xy坐标系中的实线示出了相位为2n [rad] (其中n为整数）的部分。此外，xy坐标系中的虚线示出了相位为（2n+l) [rad](其中n 为整数）的部分。
[0116] 作为表示整相程度的指标，在图4所示的波平面中，使用了在最大频率的方向上 的平均频率f 2D。平均频率f2D可以基于X方向上的频率f ,和y方向上的频率f y，通过等式 21来计算。
[0117] [等式 21]
[0119] 由于过零密度对应于平均频率，所以，如果基于等式21将STF扩展成二维，则得到 如等式22所示的二维STF。
[0120] [等式 22]
[0122] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收的 波信号，根据等式22来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值STF 211，其基于在X方向上 的一维评估值STFidx和在y方向上的一维评估值STF 1Dy。由于越高的过零密度表示信号距 离主瓣越远（即，该信号是应当被减少的信号），例如，可以通过利用调整系数P来得到的 (I-STF 2d)的p次幂，从而得到二维评估值。
[0123] 利用CF、PCF、SCF和STF计算二维评估值如下。由于等式7示出的相位差是平面 等式，因此当在X方向上计算一维评估值时，例如，理论上，在沿着X方向的任何一行都能得 到相同的结果。因此，例如，图2中沿着X方向排列的一行可以设为代表行，X方向上的一 维评估值可以基于从包含在该代表行中的多个换能器元件12获得的施加了延迟处理的多 个接收的波信号来计算。作为代表行，例如，穿过换能器平面的中心或靠近换能器平面的中 心的行是优选的。类似地，当为y方向计算一维评估值时，沿着y方向排列的一行设为代表 行。可替换地，可以将多个行设定为代表行，可以将该多个行的均值设定为一维评估值。
[0124] 由于在二维阵列换能器10中的换能器元件12的元件数目大，一些情况下会在探 测器中进行信道缩减（channel reduction)。此时，评估值计算单元50可以基于信道缩减 之后的接收的波信号来计算一维评估值，并且可以基于一维评估值来得到二维评估值。
[0125] 已经描述了本发明的优选的实施例。然而，在上述实施例中，仅在各个方面进行了 示例，并不限制本发明的范围。本发明在发明的范围和主旨内，包括各种变形的构造。
[0126] [附图标记说明]
[0127] 10二维阵列换能器；12换能器元件；20发射单元；30延迟处理器；32延迟电路； 40求和处理器；50评估值计算单元；60乘法单元；70图像形成单元；72显示器；80控制器。
【主权项】
1. 一种超声波诊断装置，包括： 多个换能器元件，其以二维方式排列； 延迟处理器，其对从所述多个换能器元件获得的多个接收的波信号施加延迟处理，以 对接收的波信号进行整相； 评估值计算单元，其基于施加了延迟处理的多个接收的波信号来评估整相的程度，以 获得与以二维方式排列的所述多个换能器元件相关的二维评估值； 求和处理器，其对施加了延迟处理的多个接收的波信号施加求和处理，以获得接收信 号；以及 信号调整单元，其基于所述二维评估值来调整所述接收信号，以减少非必要的信号分 量。2. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元基于施加了所述延迟处理的多个接收的波信号，来计算多个一维 评估值，并基于所述多个一维评估值来计算所述二维评估值。3. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于多个互不相同的排列方向中的每个排列方向，针对以二维 方式排列的所述多个换能器元件来评估整相的程度，以计算一维评估值，以及基于从多个 排列方向获得的多个所述一维评估值，来计算表示二维排列整体的整相的程度的所述二维 评估值。4. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。5. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元对于互不相同的两个排列方向中的每个排列方向计算一维评估 值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个一维评估值来计算所述二维评估值。6. 根据权利要求5所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。7. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元对于相互正交的两个排列方向中的每个排列方向计算一维评估 值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个一维评估值来计算所述二维评估值。8. 根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。9. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。10. 根据权利要求5所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。11. 根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。12. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述信号调整单元将从所述求和处理器获得的施加了求和处理的接收信号与从所述 评估值计算单元获得的所述二维评估值相乘，来调整施加了求和处理的接收信号，以及减 少所述非必要的信号分量。
【专利摘要】评估值计算单元(50)基于从延迟处理器(30)获得的多个接收的波信号，来评估整相的程度，从而计算与多个振荡元件(12)的二维阵列相关的二维评估值。评估值计算单元(50)根据在x方向上的一维评估值和在y方向上的一维评估值，来获得xy平面上的二维评估值。乘法单元(60)将二维评估值和求和处理器(40)输出的接收波束相乘，以调整接收的波束的增益。非必要的信号分量因而被减少。
【IPC分类】A61B8/00
【公开号】CN104902824
【申请号】CN201380070054
【发明人】久津将则
【申请人】日立阿洛卡医疗株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2944265A1, US20150342570, WO2014109234A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超声波诊断装置，特别涉及一种减少非必要的信号分量的技术。
【背景技术】
[0002] 为了改善超声波图像的图像质量，减少比如包含在接收的信号中的旁瓣（side lobe)和栅瓣（grating lobe)的非必要的信号分量是可取的。在超声波的接收波束的形成 中，从多个换能器元件（transducer element)处获得的多个接收的波信号根据焦点位置被 进行延迟处理，从而匹配到来自焦点位置的反射波的相位。换言之，对多个接收的波信号进 行整相。施加延迟处理的多个接收的波信号进行求和处理，以形成接收波束信号。
[0003] 然而，从每个换能器元件处获得的接收的波信号还包含非必要的反射波分量，这 些非必要的反射波分量来自焦点位置之外的位置。因此，由对施加了延迟处理的多个接收 的波信号进行求和处理而获得的接收波束信号，由于非必要的反射波分量，而包含非必要 的信号分量。在相关技术中提出了减少非必要的信号分量的技术。
[0004] 例如，专利文献1公开了使用表不整相（phasing)的程度的CF (相干因子）来减少 非必要的信号分量的技术。另外，作为表示整相的程度的值，非专利文献1公开了 PCF(相位 相干因子）和SCF (符号相干因子），专利文献2公开了 STF (符号渡越因子，Sign Transit Factor)，以及非专利文献2公开了 GCF(广义相干因子）。
[0005] 相关技术参考：
[0006] 专利文献：
[0007] 专利文献I:USP5, 910, 115
[0008] 专利文献 2:JP2012-81114A [0009] 非专利文献：
[0010]非专利文献1:]\〇31116(3]10,6七31.，"？]1386(]〇]16代11。6 11]138；[1^"，1￡￡￡1：四118. UFFC,vol. 56,No. 5, 2009
[0011] 非专利文献2 :Pai_ChiLi,etal. ,"AdaptiveImagingUsingtheGeneralized CoherenceFactor"，IEEEtrans.UFFC,vol. 50,No. 2, 2003
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 表示整相的程度的值，例如CF,在减少与其中的多个换能器元件以一维方式排列 的一维阵列换能器相关的非必要的信号分量中特别地优选。
[0014] 在这种情况下，本发明的发明人进行了关于减少在其中的多个换能器元件以二维 方式排列的二维阵列换能器中的非必要的信号分量的研发。
[0015] 本发明是在研发过程中构思的，并且本发明的优势在于提供一种减少在二维阵列 换能器中的非必要的信号分量的技术。
[0016] 技术问题的解决方案
[0017] 根据本发明的一个方面，提供了一种超声波诊断装置，包括：多个换能器元件，其 以二维方式排列；延迟处理器，其对从所述多个换能器元件获得的多个接收的波信号施加 延迟处理，以对接收的波信号进行整相；评估值计算单元，其基于施加了延迟处理的所述多 个接收的波信号来评估整相的程度，以获得与以二维方式排列的所述多个换能器元件相关 的二维评估值；求和处理器（summation processor)，其对施加了延迟处理的多个接收的波 信号施加求和处理，以获得接收信号；以及信号调整单元，其基于所述二维评估值来调整所 述接收信号，以减少非必要的信号分量。根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计 算单元，对于互不相同的多个排列方向中的每个排列方向，针对以二维方式排列的多个换 能器元件，评估整相的程度，以计算一维评估值，以及基于从多个排列方向获得的多个所述 一维评估值，来计算表示二维排列整体的整相的程度的二维评估值。
[0018] 在上述的装置中，所述多个换能器元件以晶格形状排列；例如，沿着横向（X方向） 和纵向（y方向），并形成二维阵列换能器。多个换能器元件形成的换能器平面可以具有矩 形形状或圆形形状。另外，相邻的换能器元件可以互相偏移地排列，或者换能器元件中的一 些换能器元件可以被设置为无效的元件，以形成二维的稀疏型阵列换能器。
[0019] 所述评估值计算单元对于多个换能器元件的每个排列方向评估整相的程度，以计 算一维评估值。整相的程度是指，与施加了延迟处理的多个接收的波信号的相位的状态有 关的程度，以及，例如，整相的程度的评估包括评估相位的匹配程度或者相位的偏移程度。 因为评估值计算单元以一维的方式计算整相的程度是足够的，例如专利文献1的CF(相干 因子）、非专利文献1的PCF (相位相干因子）和SCF (符号相干因子）、以及专利文献2的 STF(符号渡越因子）等，可以作为一维评估值来使用。可替换地，除了这些值以外的一维评 估值也可以使用。
[0020] 评估值计算单元，基于从多个排列方向获得的多个一维评估值，来计算表示二维 排列的整体的整相程度的二维评估值。例如，可以通过相对简单的计算，比如对多个一维评 估值的求和、相乘、平方和等，来计算二维评估值。
[0021] 基于二维评估值来调整通过将施加了延迟处理的多个接收的波信号进行求和处 理所得到的接收信号。例如，信号调整单元，根据二维评估值的大小来改变接收信号的增益 (振幅）。可替换地，必要时也可以基于二维评估值来调整接收信号的相位等。通过信号调 整单元基于二维评估值来调整接收信号，从而减少了非必要的信号分量。
[0022] 根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基 于从沿着该排列方向的至少一行换能器元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向 的一维评估值。
[0023] 根据本发明的另一个方面，优选地，所述评估值计算单元对于相互正交的两个排 列方向中的每个排列方向计算所述一维评估值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个 一维评估值来计算所述二维评估值。
[0024] 本发明的有益效果
[0025] 根据本发明的各个方面，提供了一种在二维阵列换能器中减少非必要的信号分量 的技术。例如，根据本发明的优选的方式，基于从多个排列方向获得的多个一维评估值来计 算表示多个换能器元件的二维排列的整体的整相程度的二维评估值，并且基于二维评估值 来调整接收信号，从而减少非必要的信号分量。
【附图说明】
[0026] 图1为示出了根据本发明的优选的实施例的超声波诊断装置的整体结构的示意 图。
[0027] 图2为示出了以二维方式排列的多个换能器元件12的具体示例的示意图。
[0028] 图3为示出了参照二维阵列换能器10的坐标系的示意图。
[0029] 图4为示出了延迟处理之后的接收的波信号的波面的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 图1为示出了根据本发明的优选的实施例的超声波诊断装置的整体结构的框图。 多个换能器元件12中的每个均为发射和接收超声波的元件，多个换能器元件12以二维方 式排列，以形成二维阵列换能器10。二维阵列换能器10是在三维诊断区以三维方式扫描超 声波波束的三维图像的超声波探测器。二维阵列换能器10可以以三维方式，电性地或者以 电性扫描和机械扫描结合地，扫描超声波波束。
[0031] 发射单元20输出发射信号到二维阵列换能器10的多个换能器元件12中的每个， 对多个换能器元件12进行发射控制以形成发射波束，并在诊断区扫描发射波束。换言之， 发射单元20具有发射波束形成器的功能。
[0032] 每个换能器元件12由发射单元20进行发射控制以发射超声波，并接收来自诊断 区的响应发射的波而获得的超声波。由每个换能器元件12接收超声波所获得的接收的波 信号，从每个换能器元件12通过前置放大器14发送到延迟处理器30。
[0033] 延迟处理器30包括多个延迟电路32。每个延迟电路32对从对应的换能器元件 12通过对应的前置放大器14获得的接收的波信号施加延迟处理。在这种构造下，根据焦点 位置对从多个换能器元件12处获得的多个接收的波信号进行延迟处理，并对来自焦点位 置的反射波的相位进行匹配。换言之，对多个接收的波信号进 行整相。施加了延迟处理的 多个接收的波信号在求和处理器40中进行求和处理，以形成接收波束信号。
[0034] 在这种方式中，整相求和处理由延迟处理器30和求和处理器40来执行，以实现接 收波束形成器的功能。在诊断区的整个区域内扫描接收信号，以跟随发射波束的扫描，并沿 着接收波束来收集接收波束信号。
[0035] 评估值计算单元50基于从延迟处理器30获得的多个接收的波信号来评估整相的 程度，从而计算与多个换能器元件12的二维排列相关的二维评估值。乘法单元60将从求 和处理器40输出的接收波束信号和二维评估值相乘，来调整接收波束信号的增益。通过该 处理，减少非必要的信号分量。换言之，乘法单元60作为一个基于二维评估值来调整接收 信号的信号调整单元起作用。
[0036] 图像形成单元70基于被乘法单元60调整过的接收波束信号来形成三维超声波图 像。图像形成单元70使用如体绘制方法（volume rendering method)，来形成以三维方式 表征诊断目标的超声波图像。可替换地，图像形成单元70可以形成诊断目标的层析成像的 图像（B模式图像）或多普勒图像。图像形成单元70所形成的超声波图像被显示在液晶显 示器或类似物实现的显示器72上。控制器80综合地控制图1的超声波诊断装置的整体。
[0037] 在如图1所示的结构（功能块）中，前置放大器14、发射单元20、延迟处理器30、 求和处理器40、评估值计算单元50、乘法单元60、和图像形成单元70中的每一个均可以由 硬件实现，例如，电子/电气电路、处理器或类似物，以及例如存储器的设备可以在实现这 些结构时根据需要来使用。另外，控制器80可以通过例如硬件（例如，CPU、处理器、和存储 器）和定义了 CPU和处理器的运行的软件（程序）之间的配合来实现。
[0038] 已经概述了图1的超声波诊断装置。接下来，将会详细描述图1的超声波诊断装 置中使用的二维评估值。图1所示的结构（部件）在图1的附图标记和下文的说明书中被 提及。
[0039] 图2为示出了以二维方式排列的多个换能器元件12的具体示例的示意图。图2 示出了二维阵列换能器10的多个换能器元件12的一种排列状态。在图2的具体示例中， 多个换能器元件12沿着相互正交的X方向和y方向中的每个方向排列，以晶格形状排列， 从而形成二维阵列换能器10的换能器平面。基于X方向和y方向的一维评估值来计算二 维评估值。
[0040] 图3为示出了参照二维阵列换能器10的坐标系的示意图。图3示出了以二维阵 列换能器10的换能器平面的中心作为原点的xyz直角坐标系和r0(p极坐标系。
[0041] 超声波从接收焦点F (r，0，cp)到换能器元件12 (X，y)的传播距离通过等式1来计 算。在等式1中，c表示超声波的速度，tf表示超声波的传播时间。
[0042][等式1]
[0047] 具有与从接收焦点F (r,e，(P)到换能器元件12(x，y)相同距离的从原点到点 P(r，a，0)的超声波的传播距离，通过等式3来表示，其与等式2具有相似的推导。
[0048][等式3]
[0050] 因此，在换能器元件12(x，y)处，来自接收焦点F (r,0，(p)的反射波（接收的波信 号）与来自点P(r，a，0)的反射波（接收的波信号）之间的相位差，用等式4来表示，其 中，超声波的频率为f。
[0051][等式 4]
[0052]
[0053] 在二维阵列换能器10中，当沿着x方向排列的换能器元件12的元件数和沿着y方 向排列的换能器元件12的元件数均为N时，相邻的换能器元件12之间的元件间隔为X/2， 当沿着X方向排列的换能器元件的元件编号为m、且沿着y方向排列的换能器元件12的元 件编号为n时，可以得到等式5。
[0059] 进一步地，等式6可以简化，使得元件编号为（m，n)的换能器元件处的来自接收焦 点F(r5 0，cp)的反射波（接收的波信号）与来自点P (r，a，0 )的反射波（接收的波信号） 之间的相位差，可以用等式7来表示。
[0064] 等式7为（m, n, A W)坐标系的平面等式。在该平面中，在x = y = 0时，AW等 于0(A W =0)。因此，通过分别估计X方向和y方向中的每个方向的相位改变，可以确定 由等式7表示的平面。
[0065] 当接收焦点位于F(r,0，cp)的情况下执行延迟处理时，因为在延迟处理后来自 点P (r，a，0)的反射波（接收的波信号）会被等式7所示的相位差移相，反射波用等式8 表示。等式8中的G表示复振幅。
[0066] [等式 8]
[0067] S (m，n) = G?exp(_j (Am+Bn))
[0068] 使用等式8的结果，来检查二维评估值的计算。二维评估值，是表示以二维方式排 列的多个换能器元件12的整体的接收波信号的整相程度的值，并且其基于在X方向和y方 向上的一维评估值来计算出。作为一维评估值，可以使用CF (相干因子）、PCF (相位相干因 子）、SCF (符号相干因子）、STF (符号渡越因子）、或其他诸如此类的值。
[0069] 〈CF (相干因子）>
[0070] 当以一维方式排列的第i个换能器元件12的接收的波信号为s⑴时，一维CF通 过等式9来计算。
[0071][等式 9]
[0073] 当以二维方式排列的第（m，n)个换能器元件12处的接收的波信号为s (m，n)时， 将等式9扩展成二维，可得到表示二维CF的等式10。
[0074] [等式 10]
[0076] 当将等式8代入等式10时，消去复振幅G，并且由于m和n是相互独立的值，因此 得到等式11。
[0077] [等式 11]
[0079] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理（参考等式8) 的多个接收的波信号，根据等式11来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值CF 2D，其基 于在X方向上的一维评估值CFidx和在y方向上的一维评估值CF 1Dy。
[0080] 〈PCF (相位相干因子）>
[0081] 使用换能器元件12的排列方向上的接收的波信号的相位的标准偏差 〇 ( A W⑴），通过等式12来计算一维PCF。
[0082] [等式 12]
[0085] 其中，〇。= n/3 1/2为归一化标准偏差的常数，y为调整参数。
[0086] 当换能器元件12为二维方式排列时的标准偏差〇 (AW (m，n))，基于等式7的结 果，用等式13来表示。
[0087] [等式 13]
[0088] 〇 ( A i]) (m, n)) = 〇 (Am+Bn+D)
[0089] 等式13可以利用等式14示出的方差的特性，变换为等式15。
[0090] [等式 14]
[0091] 〇 2 (Am+Bn+D) = 〇 2 (Am) + 〇 2 (Bn)
[0092] [等式 15]
[0094] 因此，当表示一维PCF的等式12扩展成二维时，就得到表示二维PCF的等式16。 在等式16中，为了将扩展成二维的标准偏差归一化，在平方根中引入了因子1/2。
[0095][等式16]
[0097]利用在X方向上的一维PCFidx和在y方向上的一维PCF1Dy，可以从等式16得到等 式17。
[0098][等式17]
[0100] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收的 波信号，根据等式17来应用计算，以得到在xy平面中的二维评估值PCF211，其基于在X方向 上的一维评估值PCFidx和在y方向上的一维评估值PCF 1Dy。
[0101] <SCF(符号相干因子）>
[0102] SCF与PCF基于相同的原则，接收的波信号被二进制化，以使得二进制化的信号 b⑴的标准偏差用作索引（index)，不用计算相位。在这种情况下，由于二进制化的信号 b⑴的标准偏差的值为0~1，用于PCF的等式12中的y和〇 ^可以省略，一维SCF由等 式18表示。
[0103] [等式 18]
[0104] SCFid= 1-〇 (b(i))
[0105] 等式16和17可以类似地计算，从而得到如等式19的二维SCF。
[0106] [等式 19]
[0108] 评估值计算单元50,通过将从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收 的波信号二进制化，根据等式19来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值SCF211，其基于 在X方向上的一维评估值SCFidx和在y方向是的一维评估值SCF 1Dy。可替换地，评估值计算 单元50可以利用调整系数p来得到的SCF2d的p次幂，从而得到二维评估值。
[0109] <STF(符号渡越因子）>
[0110] 一维STF通过等式20基于换能器元件12的排列方向上的接收的波信号的过零密 度（对应于平均频率）来计算。
[0111][等式 20]
[0114] 在二维阵列换能器10的情况下，如等式7所示，在元件编号为（m，n)的换能器元 件12处，来自接收焦点F (r，0，(p)的反射波（接收的波信号）与来自点P(r，a，0 )的反 射波（接收的波信号）之间的相位差，是平面等式。此外，来自点P(r，a，(6)的经过延迟 处理之后的接收的波信号，如等式8所示。
[0115] 图4为示出施加了延迟处理的接收的波信号的波平面的示意图。在图4中，xy坐 标系对应于二维阵列换能器10的换能器平面，xy坐标系中的实线示出了相位为2n [rad] (其中n为整数）的部分。此外，xy坐标系中的虚线示出了相位为（2n+l) [rad](其中n 为整数）的部分。
[0116] 作为表示整相程度的指标，在图4所示的波平面中，使用了在最大频率的方向上 的平均频率f 2D。平均频率f2D可以基于X方向上的频率f ,和y方向上的频率f y，通过等式 21来计算。
[0117] [等式 21]
[0119] 由于过零密度对应于平均频率，所以，如果基于等式21将STF扩展成二维，则得到 如等式22所示的二维STF。
[0120] [等式 22]
[0122] 评估值计算单元50,基于从延迟处理器30输出的施加了延迟处理的多个接收的 波信号，根据等式22来应用计算，以得到xy平面中的二维评估值STF 211，其基于在X方向上 的一维评估值STFidx和在y方向上的一维评估值STF 1Dy。由于越高的过零密度表示信号距 离主瓣越远（即，该信号是应当被减少的信号），例如，可以通过利用调整系数P来得到的 (I-STF 2d)的p次幂，从而得到二维评估值。
[0123] 利用CF、PCF、SCF和STF计算二维评估值如下。由于等式7示出的相位差是平面 等式，因此当在X方向上计算一维评估值时，例如，理论上，在沿着X方向的任何一行都能得 到相同的结果。因此，例如，图2中沿着X方向排列的一行可以设为代表行，X方向上的一 维评估值可以基于从包含在该代表行中的多个换能器元件12获得的施加了延迟处理的多 个接收的波信号来计算。作为代表行，例如，穿过换能器平面的中心或靠近换能器平面的中 心的行是优选的。类似地，当为y方向计算一维评估值时，沿着y方向排列的一行设为代表 行。可替换地，可以将多个行设定为代表行，可以将该多个行的均值设定为一维评估值。
[0124] 由于在二维阵列换能器10中的换能器元件12的元件数目大，一些情况下会在探 测器中进行信道缩减（channel reduction)。此时，评估值计算单元50可以基于信道缩减 之后的接收的波信号来计算一维评估值，并且可以基于一维评估值来得到二维评估值。
[0125] 已经描述了本发明的优选的实施例。然而，在上述实施例中，仅在各个方面进行了 示例，并不限制本发明的范围。本发明在发明的范围和主旨内，包括各种变形的构造。
[0126] [附图标记说明]
[0127] 10二维阵列换能器；12换能器元件；20发射单元；30延迟处理器；32延迟电路； 40求和处理器；50评估值计算单元；60乘法单元；70图像形成单元；72显示器；80控制器。
【主权项】
1. 一种超声波诊断装置，包括： 多个换能器元件，其以二维方式排列； 延迟处理器，其对从所述多个换能器元件获得的多个接收的波信号施加延迟处理，以 对接收的波信号进行整相； 评估值计算单元，其基于施加了延迟处理的多个接收的波信号来评估整相的程度，以 获得与以二维方式排列的所述多个换能器元件相关的二维评估值； 求和处理器，其对施加了延迟处理的多个接收的波信号施加求和处理，以获得接收信 号；以及 信号调整单元，其基于所述二维评估值来调整所述接收信号，以减少非必要的信号分 量。2. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元基于施加了所述延迟处理的多个接收的波信号，来计算多个一维 评估值，并基于所述多个一维评估值来计算所述二维评估值。3. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于多个互不相同的排列方向中的每个排列方向，针对以二维 方式排列的所述多个换能器元件来评估整相的程度，以计算一维评估值，以及基于从多个 排列方向获得的多个所述一维评估值，来计算表示二维排列整体的整相的程度的所述二维 评估值。4. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。5. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元对于互不相同的两个排列方向中的每个排列方向计算一维评估 值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个一维评估值来计算所述二维评估值。6. 根据权利要求5所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。7. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元对于相互正交的两个排列方向中的每个排列方向计算一维评估 值，以及基于从所述两个排列方向获得的两个一维评估值来计算所述二维评估值。8. 根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元，对于每个排列方向，基于从沿着该排列方向的至少一行换能器 元件获得的多个接收的波信号来计算该排列方向的一维评估值。9. 根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。10. 根据权利要求5所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。11. 根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其中： 所述评估值计算单元计算作为所述一维评估值的CF(相干因子）、PCF(相位相干因 子）、SCF(符号相干因子）、或STF(符号渡越因子）。12. 根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中： 所述信号调整单元将从所述求和处理器获得的施加了求和处理的接收信号与从所述 评估值计算单元获得的所述二维评估值相乘，来调整施加了求和处理的接收信号，以及减 少所述非必要的信号分量。
【专利摘要】评估值计算单元(50)基于从延迟处理器(30)获得的多个接收的波信号，来评估整相的程度，从而计算与多个振荡元件(12)的二维阵列相关的二维评估值。评估值计算单元(50)根据在x方向上的一维评估值和在y方向上的一维评估值，来获得xy平面上的二维评估值。乘法单元(60)将二维评估值和求和处理器(40)输出的接收波束相乘，以调整接收的波束的增益。非必要的信号分量因而被减少。
【IPC分类】A61B8/00
【公开号】CN104902824
【申请号】CN201380070054
【发明人】久津将则
【申请人】日立阿洛卡医疗株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2944265A1, US20150342570, WO2014109234A1
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