久津 将則^{1, 2}, 森 翔平³, 荒川 元孝^{2, 3}, 金井 浩^{2, 3}

Masanori HISATSU^{1, 2}, Shohei MORI³, Mototaka ARAKAWA^{2, 3}, Hiroshi KANAI^{2, 3}

¹富士フイルムヘルスケア株式会社, ²東北大学大学院医工学研究科, ³東北大学大学院工学研究科

¹FUJIFILM Healthcare Corporation, ²Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ³Graduate School of Engineering, Tohoku University

キーワード : ultrasound imaging, adaptive beamforming, generalized coherence factor

目的：一般化コヒーレンスファクタ （generalized coherence factor: GCF） を指標としたコヒーレンスに基づいたビームフォーミング （coherence-based beamforming: CBB） では，サイドローブによる不要信号を低減でき，優れたコントラスト対雑音比 （contrast-to-noise ratio: CNR） が得られる．しかし，超音波診断装置の標準的なビームフォーミングである整相加算 （delay and sum: DAS） に比べると，演算量が大きくなるという課題がある．本研究では，GCFの演算量を大きく低減する手法を提案した．方法：我々が以前に提案したGCFrealでは，従来のGCFにおける，プローブの各素子の受信信号に対する解析信号の生成を省略し，演算量を低減できる．本研究の提案法 （GCF estimated from binarized signals: GCFB） では，さらに各素子の受信信号を2値化し，2値化信号からGCF値を算出することで，必要な乗算と加算の回数を大幅に低減する．結果：シミュレーションによって生成した各素子の受信信号と，超音波診断装置でファントムから取得した受信信号を用いて，GCFBとGCFreal の値を比較した．また，これらの値を用いたCBBから得られるBモード像の画質を評価した．GCFrealに比べ，GCFBでは不要信号の低減効果が優れていたが，一方で一様散乱媒質の輝度を低減させる傾向が見られた．CNR向上効果は，両手法でほぼ同等となった．結論：GCFBでは，DASに対して優れたCNR向上効果が得られた．GCFrealとGCFBのCNR向上効果の優劣については，観測対象に依存する可能性があるが，本研究の条件下では，GCFrealとGCFBで同程度の性能が得られた．GCFBは信号の2値化により演算量を大幅に低減できるため，臨床で用いる診断装置への応用が期待できる．

Purpose: In coherence-based beamforming (CBB) using a generalized coherence factor (GCF), unnecessary signals caused by sidelobes are reduced, and an excellent contrast-to-noise ratio (CNR) is achieved in ultrasound imaging. However, the GCF computation is complex compared to the standard delay-and-sum (DAS) beamforming. In the present study, we propose a method that significantly reduces the number of GCF computations. Methods: In the previously proposed GCFreal, generation of the analytic signal for each element in the conventional GCF could be omitted. Furthermore, in GCF estimated from binarized signals (GCFB) proposed in the present study, the GCF value is calculated after the received signal of each element is binarized to reduce the computational complexity of the GCF. Results: The values of GCFB and GCFreal estimated from simulation and experimental data were compared. We also evaluated the image quality of B-mode images weighted by GCFB and GCFreal. Compared with GCFreal, GCFB was superior in reducing unnecessary signals but tended to reduce the brightness of the diffused scattering media. The CNR improvement was comparable for both methods. Conclusion: Generalized coherence factor estimated from binarized signals exhibits excellent CNR improvement compared to DAS. CNR improvements yielded by GCFB and GCFreal may depend on the observation target; however, under the conditions of the present study, comparable performances were obtained. Because GCFB can significantly reduce the computational complexity, it is potentially applicable in clinical diagnostic equipment.