被检体信息获取装置及其控制方法 [0002] 在作为被检体信息获取装置的超声诊断装置中，当超声波的波长是λ并且发送 波数是η时，深度方向上的空间分辨率在经由脉冲回声技术形成图像数据的情况下可以通 常表示为（ηλ)/2。例如，当发送两个波长的具有12MHz的中心频率的超声波时，深度方向 上的空间分辨率将近似是0. 13mm。 [0003] 现解释脉冲回声技术。首先，当超声脉冲（声学波脉冲）发送到被检体时，超声波 根据被检体内的声学阻抗差异而受反射并且返回。接下来，接收反射波，并且反射波的接收 信号用于生成图像数据。通常，获取接收信号的包络，并且所获取的包络被转换为亮度值， 以生成图像数据。作为重复对被检体内的多个方向或位置发送并且接收超声波的结果，可 以获取关于在发送并且接收超声波的方向上的多个扫描线的亮度信息。可以通过排列关于 多个扫描线的亮度信息来对被检体内部进行成像。 [0004] 注意，在超声诊断装置中，多个转换元件用于将超声波转换为电信号，并且通过将 时移添加到各个元件之间的接收信号波形，发送和接收通常都在被检体内得以聚焦。 [0005] 如上所述，虽然可以通过使用脉冲回声技术来实现近似0. 13mm的深度方向上的 空间分辨率，但需要更高的空间分辨率。例如，如果可以进一步详细观测颈动脉的血管壁的 层结构，则这可以有助于动脉硬化等的早期检测。 [0006] 非专利文献1示出通过执行频域干涉法（FDI方法）和作为自适应信号处理的 Capon方法来对血管壁的层结构进行成像的结果。作为通过使用接收信号并且应用FDI方 法来执行Capon方法的结果，可以进一步改进深度方向（扫描线方向）上的空间分辨率。 然而，这假设在剪切以用于执行FDI处理的在深度方向上的信号范围（处理范围）内存在 多个反射层。此外，很有可能来自邻近反射层的多个反射波将相互具有高相关性。当自适 应信号处理（如Capon方法）直接应用于如上所述具有高相关性的多个反射波的接收信号 时，已知不期望的操作（如目标信号的消失）倾向于产生。为了减少来自具有前述相关性 的信号（相关干涉波）的影响，可以通过附加地使用频率平均化技术来将FDI方法和Capon 方法应用于反射波的接收信号。 [0007] 此外，在对于具有宽频带的声学波（例如对于脉冲波）的接收信号采用频率平均 化技术时，使用基准信号来执行接收信号的白化。专利文献1描述了一种能够通过使得背 部材料具有分布来抑制旁瓣级别的超声探测器。
[0008] 专利文献1 :日本专利申请公开No. H6-125894
[0009] 专利文献2 :日本审查专利公开No. H1-24479
[0010] 专利文献3 :日本审查专利公开No. H1-24480
[0011] 非专利文献 1 :Hirofumi Taki, Kousuke Taki, Takuya Sakamoto, Makoto Yamakawa, Tsuyoshi Shiina 和 Toru Sato:Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010 ； 1:5298-5301.
[0012] 如上所述，基准信号用在FDI方法所应用到的自适应信号处理中。该基准信号越 接近实际所获取的反射波形，基于FDI方法所应用到的自适应信号处理来实现更高空间分 辨率的效果就越大。
[0013] 然而，实际上，对于发送到被检体中的声学波脉冲，波形将取决于其到达的位置 (反射位置）而改变。特别地，在不同深度的位置处，发送的声学波脉冲的波形倾向于不同。 因此，存在这样的情况：无法充分产生基于FDI方法所应用到的自适应信号处理来实现更 高空间分辨率的效果。



[0014] 鉴于上述问题而设计本发明，本发明的目的在于：抑制在执行FDI方法所应用到 的自适应信号处理时的取决于位置的空间分辨率劣化所产生的影响。
[0015] 本发明提供一种被检体信息获取装置，包括：
[0016] 探测器，包括被配置为将声学波发送到被检体、接收被检体内反射的反射波、并且 将反射波转换为时间序列接收信号的多个转换元件；和
[0017] 处理器，被配置为：使用从所述多个转换元件输出的多个接收信号以及基准信号 通过应用自适应信号处理来执行频域干涉法，并且获得被检体中的多个位置的声学属性，
[0018] 其中，所述探测器被配置为使得：当布置所述多个转换元件的方向是第一方向并 且与第一方向相交的方向是第二方向时，第二方向上的端部具有比在第二方向上的中间部 分低的声学波的发送声压。
[0019] 本发明还提供一种被检体信息获取装置，包括：
[0020] 探测器，包括：用于发送的转换元件组，具有将声学波发送到被检体的多个转换元 件；用于接收的转换元件组，具有接收被检体内反射的反射波并且将反射波转换为时间序 列接收信号的多个转换元件；和
[0021] 处理器，被配置为使用从所述用于接收的转换元件组输出的多个接收信号以及基 准信号通过应用自适应信号处理来执行频域干涉法，并且获得被检体中的多个位置的声学 属性，
[0022] 其中，所述探测器被配置为使得：当布置用于发送的转换元件组的多个转换元件 的方向是第一方向并且与第一方向相交的方向是第二方向时，在所述用于发送的转换元件 组中，第二方向上的端部具有比在第二方向上的中间部分低的声学波的发送声压，或被配 置为使得：在所述用于接收的转换元件组中，声学波的接收强度在第二方向上的端部处比 在第二方向上的中间部分处低。
[0023] 本发明还提供一种被检体信息获取装置的控制方法，所述被检体信息获取装置具 有包括发送并且接收声学波的多个转换元件的探测器以及处理器，其中所述探测器被配置 为使得当布置所述多个转换元件的方向是第一方向并且与第一方向相交的方向是第二方 向时，第二方向上的端部具有比第二方向上的中间部分低的声学波的发送声压，
[0024] 所述控制方法包括以下步骤：
[0025] 操作所述多个转换元件以将声学波发送到被检体；
[0026] 操作所述多个转换元件以接收被检体内反射的反射波，并且将反射波转换为时间 序列接收信号；以及
[0027] 操作所述处理器以使用从所述多个转换元件输出的多个接收信号以及基准信号 通过应用自适应信号处理来执行频域干涉法，并且获得被检体中的多个位置的声学属性。
[0028] 本发明还提供一种被检体信息获取装置的控制方法，所述被检体信息获取装置具 有探测器和处理器，所述探测器包括具有发送声学波的多个转换元件的用于发送的转换元 件组以及具有接收反射波的多个转换元件的用于接收的转换元件组，其中，所述探测器被 配置为使得：当布置用于发送的转换元件组的多个转换元件的方向是第一方向并且与第 一方向相交的方向是第二方向时，在所述用于发送的转换元件组中，第二方向上的端部具 有比在第二方向上的中间部分低的声学波的发送声压，或被配置为使得：在所述用于接收 的转换元件组中，声学波的接收强度在第二方向上的端部处比在第二方向上的中间部分处 低，
[0029] 所述控制方法包括以下步骤：
[0030] 操作所述用于发送的转换元件组以将声学波发送到被检体；
[0031] 操作所述用于接收的转换元件组以接收被检体内反射的反射波，并且将反射波转 换为时间序列接收信号；以及
[0032] 操作所述处理器以使用从所述用于接收的转换元件组输出的多个接收信号以及 基准信号通过应用自适应信号处理来执行频域干涉法，并且获得被检体中的多个位置的声 学属性。
[0033] 根据本发明，可以抑制在执行FDI方法所应用到的自适应信号处理时的取决于位 置的空间分辨率劣化所产生的影响。
[0034] 从参照附图的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。




[0035] 图1是解释反射波形的示图；
[0036] 图2是解释当图1所示的反射波形用作接收信号时的功率强度的示图；
[0037] 图3是示出本申请可以应用到的被检体信息获取装置的示意图；
[0038] 图4是解释FDI自适应处理块执行的处理的流程图；
[0039] 图5A至图5E是解释转换元件及其发送声压分布的示图；
[0040] 图6A是解释第一实施例的效果的示图；
[0041] 图6B是解释第一实施例的效果的示图；
[0042] 图7是解释第一实施例的效果的示图；
[0043] 图8是解释第一实施例的效果的示图；
[0044] 图9A和图9B是解释CMUT的结构的示意图；
[0045] 图10是解释第一实施例的转换元件的配置的示图；
[0046] 图11A至图11C是解释第一实施例的转换元件的配置的示图；
[0047] 图12是解释第三实施例的转换元件的配置的示图；
[0048] 图13是示出第四实施例的被检体信息获取装置的示意图；以及
[0049] 图14是解释第四实施例的效果的示图。


[0050] 现参照附图解释本发明的优选实施例。然而，下述组件的大小、材料、形状和相对 布置将取决于本发明要应用到的装置的配置和各种条件而适当地改变，并且这些实施例并 非意图将本发明的范围限制为以下描述。
[0051] 发明人关注于这样的事实：在通过从被检体接收反射波来执行FDI方法所应用到 的自适应信号处理时，所发送的声学波的波形取决于该被检体内的位置而变化。随后，发明 人发现，存在这样的可能性：如果发送波形的变化所产生的在反射波形与基准信号的波形 之间存在波形变化，则图像将劣化。
[0052] 例如，所解释的是从其中转换元件在一维方向上被布置为一行的探测器发送声学 波的情况。图1示出在从以一维方式布置多个转换元件的线性阵列所发送的并且在15_ 的深度处聚焦的声学波脉冲在llmm、13mm、15mm、17mm和19mm的各个深度处的波形。在此 所使用的术语"深度"指代距转换元件的距离。在该示例中，由于发送焦点在15mm处，因此 在15_的深度处的波形将基本上与发送波形相同。然而，如图1显见，在其它深度（11_、 13mm、17mm、19mm)处，该波形与发送波形（即在15mm处的波形）不同。特别地，可见，在浅 位置（距离距转换元件很短的位置）处的波形与发送波形大不相同。
[0053] 图2示出在通过使用图1所示的各个波形作为接收信号并且使用发送波形（即基 本上与在15mm的深度处的波形相同的波形）作为基准信号来执行FDI方法所应用到的自 适应信号处理时的结果。注意，在图1的各个深度处的发送波形可以被看作基本上与在各 个深度处的反射波形相同。换句话说，将图1所示的波形中的每一个用作接收信号可以被 看作基本上与已经从在各个深度（llmm、13mm、15mm、17mm、19mm)的位置处存在的反射表面 接收反射波形相同。
[0054] 根据图2所示的结果，在基准信号和接收信号的波形相等的15mm的深度处可以确 认高分辨率的效果。然而，在11_的深度的位置处，作为其处理结果的功率强度示出两个 峰，并且由于峰的半宽度也是宽的，因此可知，无法充分获得高空间分辨率的效果。此外，也 在13mm、17mm和19mm的其它深度处，高空间分辨率的效果比在15mm的深度处所获得的效 果更低。因此，为了解决该问题，以下实施例独特之处在于：在发送并且接收超声波的转换 兀件中的声学波的发送声压（转换效率）被改变。
[0055] 此外，本发明中所指的声学波通常是超声波，并且包括被称为音波或超声波的弹 性波。本发明的被检体信息获取装置包括将声学波发送到被检体，接收被检体内反射的反 射波（反射声学波），并且获取在被检体中的多个位置处的声学属性作为数值或图像数据 的装置。所获取的声学属性是反映被检体中的组织的声学阻抗的差异的信息。此外，本发 明中所指的扫描线是在从探测器发送的声学波的前行方向上所形成的虚拟线。
[0056] 〈基本实施例〉
[0057] 现参照附图解释本发明实施例。作为一般规则，相同的构成要素被给予相同标号， 并且省略其解释。
[0058] (被检体信息获取装置的基本配置）
[0059] 图3是示出本申请可以应用到的被检体信息获取装置的示意图。该实施例的被检 体信息获取装置包括含有多个转换元件002的探测器001、接收电路005、发送电路003、相 位调整/加法块006和FDI自适应处理块007。被检体信息获取装置附加地包括图像处理 块010和系统控制单元004。
[0060] 在该实施例中，通过至少包括接收电路005、发送电路003、相位调整/加法块006 和FDI自适应处理块007来构成处理器。处理器可以附加地包括系统控制单元004和图像 处理块010。
[0061] 探测器001是将声学波发送到被检体000并且接收在被检体中的多个位置处所反 射的反射波的发射机/接收机，并且包括将声学波转换为电信号（时间序列接收信号）的 多个转换元件002。作为转换元件，所使用的可以是诸如使用压电现象的压电元件之类的转 换元件、使用光学谐振的转换元件、或诸如容性微机械超声换能器（CMUT)之类的使用电容 改变的转换元件。
[0062] 发送电路003根据来自系统控制单元004的控制信号依照聚焦位置或聚焦方向来 生成具有延迟时间和幅度的发送信号（脉冲信号）。发送信号被输入到多个转换元件002 中的每一个，并且声学波被作为脉冲波从多个转换元件002发送到被检体。被检体000中 的反射界面或反射体所反射的声学波（反射波）由多个转换元件002接收，并且分别转换 为多个接收信号。从多个转换元件002输出的多个接收信号被输入到接收电路005。
[0063] 接收电路005是放大从各个转换元件按时间顺序输出的接收信号并且将接收信 号转换为多个数字信号（数字化接收信号）的电路，并且是由放大器、A/D转换器等构成 的。应注意，在以下解释中，基于声学波脉冲的单次发送从接收反射波的一个转换元件输出 的时间序列接收信号将被看作一个接收信号。假设当存在Μ数量的输出信道时，基于声学 波脉冲的单次发送而获得与输出信道的数量对应的Μ数量的接收信号。此外，在特定转换 元件上聚焦时，当声学波脉冲发送Ν次时，对于该转换元件将获得针对Ν次发送的接收信号 (即Ν个时间序列接收信号）。Ν和Μ表示正整数。此外，在本发明中，除了从转换元件002 输出的模拟接收信号之外，经受放大和数字转换处理的信号也表示为接收信号。从接收电 路005输出的多个数字信号被输入到相位调整/加法块006。
[0064] 相位调整/加法块006根据声学波被发送到的方向或位置来对多个数字信号执行 延迟处理（相位调整处理），并且附加地对其执行加法处理。换句话说，相位调整/加法块 006执行相位调整/加法处理。经受前述相位调整/加法处理的信号（扫描线信号）被输 入到FDI自适应处理块007。扫描线信号表示在经受发送波束成形的声学波的前进方向上 (在声学波束上）的信号，并且单个扫描线信号上存在的来自多个位置的反射波的强度（强 度信号）在该扫描线上按时间顺序被布置。标准超声装置上所显示的Β模式图像是以在与 多个扫描线的数量对应的量来布置扫描线信号的包络的结果。
[0065] FDI自适应处理块007通过使用从相位调整/加法块006输出的多个扫描线信号 以及从系统控制单元004输出的基准信号来执行FDI处理所应用到的自适应信号处理（下 文中被称为"FDI自适应处理"）。
[0066] 自适应信号处理与自适应波束成形对应。换句话说，自适应信号处理表示这样的 处理：根据接收信号来自适应地改变处理参数（如相位和权重），有选择地提取从目标聚焦 方向或聚焦位置到达的预期波的接收信号，并且抑制其它不想要的波的接收信号。特别地， 作为一类自适应信号处理的Capon方法是在与聚焦方向或聚焦位置有关的灵敏度是固定 的状态下处理多个输入信号以使得输出（功率强度）最小化的方法。该方法也被称为功率 方向性约束最小化（DCMP)或最小偏差方法。这种自适应信号处理产生能够改进空间分辨 率的效果。在该实施例中，详细解释采用Capon方法作为自适应信号处理的示例。然而，也 可以使用其它自适应信号处理（MUSIC方法或ESPRIT方法）。
[0067] 频域干涉法（FDI方法）是通过针对每个频率分解接收信号并且根据聚焦位置来 改变分解后的信号的相位来估计在聚焦位置处的接收功率的方法。注意，基于从特定基准 位置到聚焦位置的距离和与频率对应的波数的乘积来预先确定相位的改变。
[0068] 换句话说，将自适应信号处理与FDI方法组合产生通过使用根据接收信号所计算 的相移和权重的量而不是通过使用关于分解为各个频率分量的接收信号的相移和权重的 预定量来计算在聚焦位置处的功率强度。稍后将参照图4解释FDI自适应处理块007所执 行的处理的细节。在该实施例中，基于FDI自适应处理所计算的功率强度与反映被检体中 的组织的声学阻抗的差异的声学属性对应。此外，后级中的图像处理块010输出根据多个 功率强度而配置的功率强度分布作为图像数据。
[0069] 图像处理块010根据需要执行各种类型的图像处理（如对根据多个功率强度配置 的输入功率强度分布的平滑和边缘增强），并且将亮度数据（图像数据）输出到图像显示装 置011。图像显示装置011显示所输入的亮度数据。
[0070] 注意，FDI自适应处理块007例如由处理单元（如CPU、图形处理单元（GPU)或现 场可编程门阵列（FPGA)芯片等）构成。系统控制单元004和图像处理块010类似地由处 理单元（如CPU、GPU或FPGA)构成。图像显示装置011由液晶显示器（IXD)、阴极射线管 (CRT)或有机EL显示器等构成。注意，与本发明的被检体信息获取装置分离地提供图像显 示装置011。
[0071] (FDI自适应处理的流程）
[0072] 现参照图4解释FDI自适应处理块007所执行的处理。图4是解释FDI自适应处 理的各个步骤的流程图。FDI自适应处理块007接收从相位调整/加法块006输出的扫描 线信号作为输入信号（S200)。FDI自适应处理块007随后从扫描线信号中提取与一个处理 的处理时间相对应的强度信号（即与处理范围对应的强度信号）（S201)。在此，作为FDI自 适应处理块007所执行的处理，除了从一个扫描线上的多个强度信号提取与处理范围对应 的信号之外，还可以执行诸如各个强度信号的加权之类的处理。
[0073] 随后，提取出的信号经受傅立叶变换，并且被划分为每个频率的分量（Xsl、Xs2、 Xs3、……、XsN) (S202)。同时，从系统控制单元004输出的基准信号被输入到Π)Ι自适应 处理块 007 (S203)。
[0074] 随后，FDI自适应处理块007执行基准信号的傅立叶变换，并且将基准信号划分为 每个频率的分量（Xrl、Xr2、Xr3、......XrN) (S204)。
[0075] 随后，FDI自适应处理块007执行如公式（1)所示的白化处理（S205)。
[0076] [数学式1]
[0077]