JP4590293B2 - 超音波観測装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療診断のために患者の体内に挿入して超音波断層像を撮影することが可能な超音波内視鏡を備えた超音波観測装置に関する。

近年、患者の体腔内周辺の超音波断層像に基づいて医療診断を行うために、患者の体腔内に挿入して使用される超音波内視鏡が開発されている。一般に、超音波内視鏡においては、超音波を送受信する複数の超音波トランスデユーサ（超音波振動子）を含むアレイを機械的に回転させることにより視野角３６０°の走査を行うメカニカルラジアル走査方式が採用されている。

また、電子的な走査により視野角３６０°の走査を行う電子ラジアル走査方式も提案されている。例えば、非特許文献１には、各種消化器疾患に対する電子ラジアル型超音波内視鏡の使用経験に基づいて、電子ラジアル型超音波内視鏡の有用性及び問題点を検討した結果が記載されている。

さらに、ラジアル走査方式において、異なる複数の方向に、互いに周波数が異なる複数の超音波を同時に送信することにより、画質の良い超音波画像を取得することも提案されている。
関連する技術として、特許文献１には、超音波の周波数を変化させて超音波走査することで複数のエコーデータを得て観察を行うために、超音波診断装置が、超音波観察部と、各種画像処理を行う画像処理部と、超音波を送受信する超音波振動子を備えた超音波プローブと、超音波プローブを駆動する駆動部とで主に構成され、上記超音波振動子が駆動周波数を変化させられる広帯域振動子であることが開示されている。この超音波診断装置において、超音波観測部は、超音波振動子に対して異なる駆動周波数の超音波を送信するとともに超音波の反射波を受信する送受信部と、反射波をエコーデータとして取り込んで記憶するフレームメモリとを備えており、システムコントローラによって送受信部で発生させる各種駆動周波数の切り換えが制御されると共に、切り換えた駆動周波数とその駆動周波数のエコーデータとがフレームメモリに対応して記憶される。

特許文献２には、周波数特性の異なる複数の超音波画像を同一画像上で滑らかな画像として合成表示するために、互いに異なる周波数特性を有する超音波送受信手段と、該複数の超音波送受信手段を駆動する制御手段と、複数の超音波送受信手段から出力される受信信号に画面内における超音波送受信手段に対応した位置からの距離に応じた重み付けを行い一画面に合成して表示する表示手段とを具備する超音波画像処理装置が開示されている。

特許文献３には、高周波化にともなう超音波減衰に対処して周波数選択を容易に行うために、少なくとも２つ以上の中心周波数をもつ超音波パルスを送受波して受信信号を得る各中心周波数共用の超音波トランスデューサと、該超音波トランスデューサを用いて中心周波数毎に独立して受信信号を収集する手段とを具備する超音波診断装置が開示されている。

特許文献４には、測定対象によることなく、正確な診断をなし得るために、生体内で反射又は透過した超音波パルスを受信しで電気信号に変換し、この電気信号の持つ特徴量から生体の組織性状を診断する信号解析手段を備えた生体組織性状診断装置において、上記信号解析手段が、電気信号のパルス幅を設定するパルス幅設定手段と、該設定された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部が異なる複数の信号領域を抽出する領域抽出手段と、該抽出領域のそれぞれにおいて、所定の波形特徴値を計算する波形特徴値計算手段と、該計算された波形特徴値環の差異を演算する差異演算手段と、該差異演算の結果とその超音波パルスの受信時刻とを関連付けることで、差異演算の結果と受信超音波パルスを発生させた生体組織の位置を対応させる対応時刻決定手段とを含むことが開示されている。
特開２００１−３３３９０２号公報（第１頁） 特開平８−１７３４２０号公報（第２頁） 特開平５−５６９８０号公報（第１、２頁） 特開２００１−１７００４６号公報 竹田、他、「消化器疾患に対する電子ラジアル型超音波内視鏡検査の現状」、超音波医学（Jpn J Med Ultrasonics）、社団法人日本超音波医学会、２００４年、第３１巻補遺、７７−Ｃ０６２

このように、メカニカル又は電子式のラジアル走査方式によれば、広い視野角を得ることができるという利点はある。しかしながら、例えば、コンベックス型超音波トランスデユーサアレイを用いて視野角９０°の走査を行う走査方式に比較すると、音線密度や走査深度等の条件を同一にした場合に１フレームの画像を得るための走査時間（フレーム周期）が長くなるので、フレームレートが低下してしまうという問題がある。

また、特許文献１及び２に開示されているように、互いに周波数が異なる超音波を用いることによって得られた複数の超音波画像を合成することにより、浅部における高い分解能（解像度）と、深部に至る超音波のペネトレーション（焦点深度）とを両立できるという利点はある。しかしながら、上記特許文献１及び２に開示されている装置においては、メカニカルなラジアル走査方式が用いられており、電子ラジアル走査方式を用いることについては考慮されていない。

一方、特許文献３においては、異なる複数の方向に互いに周波数が異なる超音波をそれぞれ送信する際に電子ラジアル走査方式を用いることが示唆されているが（第３頁）、具体的な態様については明らかにされていない。ここで、電子ラジアル走査方式を採用する場合には、超音波トランスデューサへの接続線の本数が多くなることが考えられるが、それに関する対応についての記載はない。また、互いに周波数が異なる超音波に基づいて得られた複数の超音波画像を組み合わせて表示することや、ドップラー法等のＢモード画像以外の超音波画像生成方式と組み合わせることについては記載されていない。
また、特許文献４には、周波数成分を抽出するために用いられる探触子の態様について、具体的には記載されていない。

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、電子式のラジアル走査方式又はコンベックス走査方式を用いる超音波内視鏡を備えた超音波観測装置において、メカニカル走査方式又は従来の電子走査方式よりもフレームレートを向上させることを第１の目的とする。また、本発明は、そのような超音波観測装置において、互いに異なる周波数成分を有する超音波を送受信することによって得られた超音波画像情報に基づいて、医療診断に適した超音波画像を生成することを第２の目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る超音波観測装置は、ラジアル走査方式又はコンベックス走査方式により被検体の体腔内を走査することによって被検体に関する超音波画像情報を取得し、該超音波画像情報に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、各々が印加される駆動信号に従って超音波を発生すると共に、超音波を受信することにより受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサであって、円周又は円弧上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波内視鏡と、複数の超音波トランスデューサの内で、互いに異なる複数の方向に複数の超音波ビームをそれぞれ送信するために用いられる複数の超音波トランスデューサ群を、複数の送信開口としてそれぞれ設定する送信開口設定手段と、複数の送信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群に供給される複数の駆動信号群のそれぞれの周波数を設定する送信周波数設定手段と、複数の送信開口にそれぞれ供給される複数の駆動信号群の周波数に応じて、複数の駆動信号群のパルス繰り返し数を変化させる送信タイミング設定手段と、送信周波数設定手段によって設定されたそれぞれの周波数を有する複数の駆動信号群を発生して、複数の送信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群に供給する駆動信号発生手段と、複数の送信開口に対応する受信開口として複数の超音波トランスデューサ群を設定する受信開口設定手段と、受信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群からそれぞれ出力された複数の受信信号群に信号処理を施す信号処理手段と、複数の送信開口としてそれぞれ設定される複数の超音波トランスデューサ群の領域を所定の時間間隔で順次変化させるように送信開口設定手段を制御する制御手段とを具備し、送信タイミング設定手段が、複数の駆動信号群の内で、周波数が高い方の駆動信号群のパルス繰り返し数よりも周波数が低い方の駆動信号群のパルス繰り返し数を小さくし、制御手段が、周波数が低い方の超音波ビームと周波数が高い方の超音波ビームとの角度間隔を所定の範囲内に保つために、周波数が低い方の超音波ビームの走査密度が、周波数が高い方の超音波ビームの走査密度よりも低くなるように、送信開口設定手段を制御する。

本発明によれば、ラジアル走査方式又はコンベックス走査方式の超音波内視鏡において、同時又はほぼ同時に複数の超音波ビームを送信することによりマルチビーム走査を行うので、従来の走査方式よりもフレームレートを向上させることができる。また、本発明によれば、超音波ビームを送信する送信開口ごとに駆動信号の周波数を設定することにより、互いに周波数が異なる複数の超音波ビームを同時に送信できるようになる。それにより、浅部における高分解能が維持された超音波画像情報と深部に関する超音波画像情報とを同時に取得することができる。従って、焦点深度の異なる複数のＢモード画像が合成された画像や、ハーモニックス画像や、ドップラー画像や、組織性状が表された周波数差分画像のように、診断目的に応じて最適な超音波画像を表示することができるようになるので、医療診断の質及び効率を向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る超音波観測装置は、電子ラジアル型の超音波内視鏡１０と、超音波内視鏡１０を接続可能な超音波観測装置本体とを含んでいる。

図２は、図１に示す超音波内視鏡１０の構成を示す模式図である。図２に示すように、超音波内視鏡１０は、挿入部１０１と、操作部１０２と、接続コード１０３と、ユニバーサルコード１０４とを含んでいる。
超音波内視鏡１０の挿入部１０１は、患者の体内に挿入することができる細長い可撓性の管である。操作部１０２は、挿入部１０１の基端に設けられており、接続コード１０３を介して超音波観測装置本体に接続されていると共に、ユニバーサルコード１０４を介して図示しない光源装置と接続されている。超音波内視鏡１０の挿入部１０１の先端には、複数の超音波トランスデューサが円周上に配置された超音波トランスデューサ部１１０が設けられている。

図３は、図２に示す超音波内視鏡１０の先端を示す拡大図である。
超音波内視鏡１０の先端には、超音波トランスデューサ部１１０が設けられていると共に、照明窓１２１、観察窓１２３、処置具導出孔１２６、及び、ノズル穴１２７が形成されている。照明窓１２１には、光源装置からライトガイドを介して供給される照明光を出射させるための照明用レンズ１２２が装着されている。これらは、照明光学系を構成する。また、観察窓１２３には、対物レンズ１２４が装着されており、この対物レンズ１２４の結像位置に、イメージガイドの入力端又はＣＣＤカメラ等の固体撮像素子１２５が配置されている。これらは、観察光学系を構成する。

処置具導出孔１２６は、操作部１０２に設けられた処置具挿入口１０５（図２）から挿入された処置具等を導出させる孔である。この孔から鉗子等の処置具を突出させ、操作部１０２においてこれを操作することにより、被検体の体腔内において種々の処置が行われる。さらに、ノズル孔１２７は、照明窓１２１及び観察窓１２３を洗浄するための液体を供給するために設けられている。

図４は、図３に示す超音波トランスデューサ部１１０を示す上面図である。図４に示すように、超音波トランスデューサ部１１０は、円周上に並べられた複数の超音波トランスデューサＴＲ１、ＴＲ２、…を含んでいる。例えば、直径が約１１．５ｍｍの円の円周上に、約０．１ｍｍピッチで３６０個の超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０が配列される。

各超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０は、４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数帯域を含む広帯域な周波数特性を有する振動子である。各超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０は、圧電体１１１と、圧電体１１１の両端に配置された電極１１２及び１１３とを含んでいる。圧電体１１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等によって形成されている。このような超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０は、駆動信号が印加されることにより伸縮して超音波を発生する。その際に、隣接する複数の超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０を、所定の遅延時間を設けて駆動することにより、所望の方向に送信される超音波ビームが形成される。また、超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０は、被検体において発生した超音波エコー信号を受信し、それを電気信号に変換して受信信号として出力する。

このような超音波トランスデューサ部１１０において、隣接する複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ群ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４を送信開口として設定し、各送信開口に含まれる複数の超音波トランスデューサに複数の駆動信号（駆動信号群）を所定の時間内に供給することにより、複数の超音波ビームＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４が同時又はほぼ同時に送信される（マルチビーム送信）。さらに、各送信開口の位置をずらしながら（例えば、ＧＲ１、ＧＲ１’、ＧＲ１’’、…）、駆動信号群を順次供給することにより、マルチビームにより被検体内をラジアル走査することができる。

再び、図１を参照すると、超音波観測装置本体は、操作卓１１と、制御部１２と、記録部１３と、送信ビーム設定部１４と、送信タイミング設定部１５と、駆動信号設定部１６と、受信制御部１７と、駆動信号発生部１８と、送受信切換部１９と、受信信号処理部２０と、音線データ処理部２１と、Ｂモード画像データ生成部２２と、画像合成部２３と、画像メモリ２４と、画像処理部２５と、表示部２６と、表示形式設定部２７とを含んでいる。

操作卓１１は、種々の命令や情報を入力するために、オペレータによって操作される入力装置である。操作卓１１は、オペレータの操作に従って、超音波内視鏡１０における超音波観測動作の開始／停止を制御するための制御信号等を制御部１２に出力する。操作卓１１は、キーボード、タッチパネル等の入力デバイスや、マウス等のポインティングデバイスや、調節ツマミや、入力ボタン等を含んでいる。

制御部１２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）とソフトウェアとによって構成されており、操作卓１１から入力される制御信号に従って、超音波観測装置本体の各部を制御している。
記録部１３は、超音波観測装置本体に含まれるＣＰＵに動作を実行させるための基本プログラム及び種々の処理を行うために用いられるプログラム（ソフトウェア）や、それらの処理に用いられる情報等を記録するための記録媒体を制御する。なお、記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、外付けハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いても良い。

送信ビーム設定部１４は、制御部１２の制御の下で、マルチビーム送信される超音波ビームの本数、送信位置、及び、周波数を設定する。また、図１に示すように、送信ビーム設定部１４には、ビーム情報記憶部１４０が備えられている。このビーム情報記憶部１４０には、超音波ビームの周波数に対応する適切な開口幅、焦点距離、ビーム径、駆動信号の波形等の情報が格納されており、送信ビーム設定部１４は、送信される超音波ビームの周波数に基づいてビーム情報記憶部１４０からそれらの情報を読み出す。さらに、送信ビーム設定部１４は、超音波ビームの本数に応じて、送信位置の間隔（角度）を設定する。

送信タイミング設定部１５は、制御部１２の制御の下で、超音波ビームの送信タイミング、又は、パルス繰り返し数（ＰＲＦ：pulse repetition frequency）を設定する。
駆動信号設定部１６は、送信ビーム設定部１４によってビーム情報記憶部１４０から読み出された情報に基づいて、駆動する超音波トランスデューサＴＲ１、ＴＲ２、…（図４）、及び、それらの超音波トランスデューサＴＲ１、ＴＲ２、…にそれぞれ与えられる駆動信号を設定する。具体的には、駆動信号設定部１６の送信開口設定部１６１、送信フォーカス設定部１６２、及び、周波数設定部１６３が次の設定を行う。

送信開口設定部１６１は、超音波ビームの送信位置及び開口幅に基づいて、送信位置（図４に示す位置ＰＴ１〜ＰＴ４）を中心とする開口幅内に含まれる複数の超音波トランスデューサ群（図４に示す超音波トランスデューサ群ＧＲ１〜ＧＲ４）を送信開口として設定する。また、送信フォーカス設定部１６２は、各送信開口ＧＲ１〜ＧＲ４に含まれる複数の超音波トランスデューサＴＲ１、ＴＲ２、…にそれぞれ与えられる複数の駆動信号の間に設けられる遅延時間（送信フォーカス設定）を、超音波ビームの焦点深度に応じて送信開口ごとに設定する。さらに送信周波数設定部１６３は、複数の超音波トランスデューサＴＲ１、ＴＲ２、…にそれぞれ与えられる駆動信号の周波数を、送信開口ごとに設定する。

受信制御部１７は、制御部１２の制御の下で、超音波トランスデューサから出力された受信信号の処理及び画像データ生成処理を制御する。具体的には、受信制御部１７の受信開口設定部１７１、受信フォーカス設定部１７２、受信周波数設定部１７３、及び、画像域設定部１７４が次の設定を行う。

受信開口設定部１７１は、駆動信号設定部１６において設定された複数の送信開口に対応する複数の受信開口を設定する。受信開口として設定される超音波トランスデューサ群は、送信開口として設定された超音波トランスデューサ群と同じであっても良いし、送信開口として設定された超音波トランスデューサ群を含むそれより広い範囲の超音波トランスデューサ群であっても良い。

受信フォーカス設定部１７２は、各受信開口に含まれる複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号に与えられる遅延時間を、受信開口ごとに設定する。この遅延時間（受信フォーカス設定）は、後述する受信フォーカス処理において用いられる。
受信周波数設定部１７３は、複数の受信開口について、対応する送信開口に供給された駆動信号群の周波数に応じて（即ち、送信された超音波ビームの周波数に応じて）、受信周波数帯域を設定する。この受信周波数帯域は、後述する受信フィルタ処理において用いられる。

画像域設定部１７４は、受信フォーカス処理によって受信ビームに形成される焦点の深度に応じて、その受信ビームに基づいて生成される超音波画像の適切な表示範囲（画像域）を設定する。即ち、受信ビームによって表される画像においては、焦点を中心とする所定の深度範囲が最も明確に表示されるので、そのような範囲を切り出すために画像域が設定される。

駆動信号発生部１８は、超音波トランスデューサ部１１０（図４）に含まれる複数の超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０に対応する複数のパルサを含んでいる。各パルサは、駆動信号設定部１６において行われた設定に従って、所定の周波数を有する駆動信号を、送信タイミング設定部において設定された送信タイミング又はＰＲＦに従って発生する。それにより、各送信開口に含まれる複数の超音波トランスデューサから、複数の超音波が所定の時間差を伴ってそれぞれ発生し、それらの超音波の重ね合わせにより、所定の深度に焦点を形成する超音波ビームが形成される。

送受信切換部１９は、駆動信号発生部１８において発生した駆動信号の超音波内視鏡１０への出力と、後述する受信信号処理部２０への受信信号の入力とを、制御部１２の制御に従って所定のタイミングで切り換える。このように受信信号の読み取り時間帯を限定することにより、所定のタイミングで送信された超音波ビームが、被検体の特定の深度において反射されたことにより生じた超音波エコー信号が検出される。

図５は、図１に示す受信信号処理部２０及び音線データ処理部２１の構成を示すブロック図である。
受信信号処理部２０は、超音波内視鏡１０に含まれる複数の超音波トランスデューサに対応する複数のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、…を有している。各チャネルにおいて、超音波トランスデューサから出力された受信信号は、前置増幅器（ＰＲＥＡＭＰ）２０１において前置増幅され、Ａ／Ｄ変換器２０２においてアナログ／ディジタル変換を施される。それにより、各超音波トランスデューサにおいて受信された超音波画像情報を表す受信データが得られる。これらの受信データは、音線データ処理部２１の受信データ選択部２００に入力される。

音線データ処理部２１は、受信データ選択部２００と、送信される超音波ビームの本数に応じて設けられた複数のデータ処理系統とを含んでいる。図５には、４本の超音波ビームに対応する４つのデータ処理系統２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４、２４１〜２４４が示されている。

受信データ選択部２００は、受信信号処理部２０の複数のチャネルから出力される受信データの内で、受信開口設定部１７１において受信開口として設定された超音波トランスデューサ群から出力される受信信号群に基づく受信データを、受信開口ごとにいずれかのデータ処理系統に入力させる。

各データ処理系統は、受信フォーカス処理部２１１〜２４１と、受信フィルタ処理部２１２〜２４２と、メモリ（１次メモリ）２１３〜２４３と、ゲイン／階調処理部２１４〜２４４とを含んでいる。
受信フォーカス処理部２１１〜２４１は、入力される受信データに受信フォーカス設定部１７２において設定された遅延時間を設け、それらを加算することにより、所定の方向及び深度に焦点が絞り込まれた音線データを生成する。

受信フィルタ処理部２１２〜２４２は、受信フォーカス処理部２１１〜２４１において生成される音線データについて、受信周波数設定部１７３において設定された受信周波数帯域に従ってバンドパスフィルタ処理を施すことにより、所定の帯域に周波数が制限された音線データを生成する。さらに、受信フィルタ処理部２１２〜２４２は、生成される音線データに対して包絡線検波処理を施し、検波処理が施された音線データを出力する。

メモリ２１３〜２４３は、受信フィルタ処理部２１２〜２４２から出力される音線データを順次格納する。メモリ２１３〜２４３に１フレーム分の音線データ（フレームデータ）が蓄積されると、そのフレームデータは、ゲイン／階調処理部２１４〜２４４に出力される。

ゲイン／階調処理部２１４〜２４４は、受信制御部１７の制御の下で、メモリ２１３〜２４３から出力されたフレームデータについて、距離による減衰の補正、及び、超音波ビームの送信周波数に応じた階調補正を行う。ここで、受信開口（即ち、対応する送信開口）ごとに階調補正を行うのは、超音波トランスデューサによる超音波エコー信号の受信感度が、超音波エコー信号の周波数、即ち、送信された超音波ビームの周波数によって変化するからである。

再び、図１を参照すると、Ｂモード画像データ生成部２２は、音線データ処理部２２の各データ処理系統２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４、２４１〜２４４において生成されたフレームデータについて、走査フォーマットを変換するＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバータ）処理を行う。それにより、超音波ビームの走査空間における音線方向の画像情報を表す音線データが、物理空間における表示用の画像データに変換される。即ち、Ｂモード画像データ生成部２２は、超音波内視鏡１０のラジアル走査方式に対応する座標変換処理及び補間処理を音線データに施すことにより、画像表示範囲に対応するリサンプリングを行う。それにより、音線データ処理部２２の複数のデータ処理系統２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４、２４１〜２４４に対応する、言い換えれば、受信開口又は送信開口に対応する複数種類の画像データが生成される。

画像合成部２３は、画像域設定部１７４において設定された画像域と、Ｂモード画像データ生成部２２において生成された複数種類のＢモード画像データとに基づいて、焦点深度の異なる複数のＢモード画像を合成する処理を行う。それにより、各超音波画像における焦点付近の領域がつなぎ合わせられた合成Ｂモード画像を表す画像データが生成される。

画像メモリ（２次メモリ）２４は、Ｂモード画像データ生成部２２において生成された複数種類のＢモード画像データ、及び、画像合成部２３において生成された合成画像データを格納する。
画像処理部２５は、画像メモリ２４に格納されている合成画像データについて、ゲイン調整及びコントラスト調整を含む線形の階調処理や、γ補正を含む非線形な階調処理等の必要な画像処理を施すと共に、ディジタルの画像データをアナログの画像信号に変換して出力する。

表示部２６は、ラスタスキャン方式のＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤディスプレイであり、画像処理部２５から出力された画像信号に基づいて、表示形式設定部２７において設定された表示形式に従って、超音波画像を表示する。
表示形式設定部２７は、制御部１２の制御の下で、複数種類のＢモード画像データ及び合成画像データによって表される複数の超音波画像の内で、画面に表示させる１つ又は複数の画像や、それらの表示形式を設定する。表示させる画像の種類や表示形式は、オペレータが操作卓１１を用いて命令を入力することにより選択することができる。具体的な表示形式については後で説明する。

次に、本発明の第１の実施形態に係る超音波観測方法について説明する。本実施形態に係る超音波観測方法は、互いに周波数が異なる４本の超音波ビームをマルチビーム送信することにより超音波画像情報を取得し、その超音波画像情報に基づいて超音波画像を生成する方法であり、図１〜図５に示す超音波観測装置において用いることができる。

まず、オペレータは、図１に示す操作卓１１を用いて、周波数が異なるマルチビーム送信モードで超音波観測を開始する命令を入力する。これに応じて、制御部１２は、送信ビーム設定部１４、送信タイミング設定部１５、及び、受信制御部１７に、動作の開始を表す制御信号を出力する。なお、マルチビーム送信される超音波ビームの本数については、オペレータがモードを入力する際に選択することができる。本実施形態においては、４本の超音波ビームをマルチビーム送信する。

送信ビーム設定部１４は、制御部１２から出力された制御信号に従って、周波数が異なるマルチビーム送信モードに対応する次の情報を読み出す。
ビーム１（ＴＢ１）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ、
画像域６ｃｍ以上
ビーム２（ＴＢ２）：周波数７．５ＭＨｚ、開口幅４．８ｍｍ、焦点距離４ｃｍ、
画像域３ｃｍ〜６ｃｍ
ビーム３（ＴＢ３）：周波数１２ＭＨｚ、開口幅３．２ｍｍ、焦点距離２ｃｍ、
画像域１ｃｍ〜３ｃｍ
ビーム４（ＴＢ４）：周波数２０ＭＨｚ、開口幅２．４ｍｍ、焦点距離０．５ｃｍ、
画像域１ｃｍ

なお、超音波ビームの周波数は、本実施形態におけるように、超音波ビームの本数に応じて自動設定されるようにしても良いし、オペレータがマニュアルで入力するようにしても良い。また、自動設定された周波数をオペレータが修正できるようにしても良い。

さらに、送信ビーム設定部１４は、隣接して送信される超音波ビームの角度間隔を９０°（＝３６０°／４本）に設定すると共に、この角度間隔に応じて、４本の超音波ビームの最初の送信位置ＰＴ０、ＰＴ９０、ＰＴ１８０、及び、ＰＴ２７０を設定する。なお、この超音波ビームの角度間隔は、オペレータが命令を入力することにより変更することができるが、超音波ビーム間のクロストークを避けるためには、角度間隔をなるべく広くすることが望ましい。そのため、図１に示す超音波観測装置においては、角度間隔＝（３６０°／超音波ビームの本数）となるように初期設定されている。

また、送信タイミング設定部１５は、上記の４つの周波数の内で最も低い周波数（４ＭＨｚ）に基づいて、ＰＲＦを設定する。ここで、ＰＲＦを設定する際に、最も低い周波数を基準とするのは、周波数が低い程、被検体の深部に関する情報を取得することができるので、その分超音波ビームの往復に時間を要するからである。

図６に示すように、駆動信号設定部１６の送信開口設定部１６１は、４ＭＨｚの超音波ビームを送信する送信開口ＡＰ１として、位置ＰＴ０を中心とし、開口幅６．４ｍｍの範囲に含まれる超音波トランスデューサＴＲ３２８〜ＴＲ３２を設定する。また、送信開口設定部１６１は、７．５ＭＨｚの超音波ビームを送信する送信開口ＡＰ２として、位置ＰＴ９０を中心とし、開口幅４．８ｍｍの範囲に含まれる超音波トランスデューサＴＲ６６〜ＴＲ１４４を設定する。さらに、送信開口設定部１６１は、１２ＭＨｚの超音波ビームを送信する送信開口ＡＰ３として、位置ＰＴ１８０を中心とし、開口幅３．２ｍｍの範囲に含まれる超音波トランスデューサＴＲ１６４〜ＴＲ１９６を設定する。また、送信開口設定部１６１は、２０ＭＨｚの超音波ビームを送信する送信開口ＡＰ４として、ＰＴ９０を中心とし、開口幅２．４ｍｍの範囲に含まれる超音波トランスデューサＴＲ２５８〜ＴＲ２８２を設定する。

さらに、このように設定された送信開口に対して、送信フォーカス設定部１６２は、各送信開口に対して所定の深度に焦点を形成するように送信フォーカス設定を行い、送信周波数設定部１６３は、各送信開口に与えられる駆動信号群の周波数を設定する。
一方、受信制御部１７の各部は、送信開口ＡＰ１〜ＡＰ４に基づいて、対応する複数の受信開口の設定、受信フォーカス設定、受信周波数帯域の設定、及び、画像域の設定を行う。

再び、図１及び図６を参照すると、駆動信号設定部１６における設定に従って、駆動信号発生部１８が駆動信号を発生すると、送信開口ＡＰ１〜ＡＰ４から、互いに異なる周波数を有する超音波ビームＴＢ１〜ＴＢ４が送信される。送信された超音波ビームＴＢ１〜ＴＢ４は、被検体の体腔内において反射され、それによって生じた超音波エコー信号は、超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０によって受信される。

このような超音波ビームを送受信する動作を、送信タイミング設定部１５において設定されたＰＲＦで、送信開口ＡＰ１〜ＡＰ４の位置をずらしながら繰り返す。例えば、図６において、送信開口ＡＰ１〜ＡＰ４の位置を超音波トランスデューサ１つ分ずらすことにより（例えば、超音波トランスデューサＴＲ３２９〜ＴＲ３３を送信開口ＡＰ１とする）、超音波ビームの送信方向が１°変化する。そのようにして、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲が各超音波ビームＴＢ１〜ＴＢ４によって走査される。

図５に示すように、超音波トランスデューサＴＲ１〜ＴＲ３６０（図６）は、超音波エコー信号を受信すると、受信信号処理部２０の対応するチャネルに受信信号を出力する。各チャネルにおいて、受信信号は前置増幅され、ディジタルデータ（受信データ）に変換される。

これらの受信データの内で、送信開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４（図６）に対応する受信開口に含まれる超音波トランスデューサから出力された受信データは、受信データ選択部２００により、受信フォーカス処理部２１１、２１２、２１３、２１４にそれぞれ入力される。即ち、信号処理系統２１１〜２１４には４ＭＨｚの超音波ビームに対応する受信データが入力され、信号処理系統２２１〜２２４には７．２ＭＨｚの超音波ビームに対応する受信データが入力され、信号処理系統２３１〜２３４には１２ＭＨｚの超音波ビームに対応する受信データが入力され、信号処理系統２４１〜２４４には２０ＭＨｚの超音波ビームに対応する受信データが入力される。

各信号処理系統においては、受信制御部１７の制御の下で、受信データについて遅延加算処理、受信フィルタ処理、及び、ゲイン／階調処理が施される。それにより、音線データ処理部２１から、周波数別の４種類のＢモード画像データが取得される。これらのＢモード画像データは、Ｂモード画像データ生成部２２において走査フォーマットの変換処理を受けることにより、表示用のＢモード画像データに変換される。

図７は、超音波トランスデューサ部１１０からの超音波ビームの焦点深度に応じて、画像域設定部１７４により設定された画像域を示している。図７に示すように、焦点深度が８ｃｍの超音波ビーム（周波数４ＭＨｚ）に対して、６ｃｍ以上の深度領域が画像域として設定されている。また、焦点深度が４ｃｍの超音波ビーム（周波数７．５ＭＨｚ）に対して、３ｃｍ〜６ｃｍの深度領域が画像域として設定されている。さらに、焦点深度が２ｃｍの超音波ビーム（周波数１２ＭＨｚ）に対して、１ｃｍ〜３ｃｍの深度領域が画像域として設定されている。また、焦点深度が０．５ｃｍの超音波ビーム（周波数２０ＭＨｚ）に対して、１ｃｍ以下の深度領域が画像域として設定されている。
図８に示すように、画像合成部２３は、周波数別（４ＭＨｚ、７．５ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）の４種類のＢモード画像データから画像域を抽出し、それらを合成する処理を行う。

このようにして生成された周波数別のＢモード画像データ及び合成画像データは、表示形式設定部２７における設定に従って処理され、さらに、画像処理部２５において必要な画像処理を受けた後で、表示部２６に出力される。それにより、表示部２６にユーザの所望の形式で超音波画像が表示される。

表示形式設定部２７において設定される表示形式としては、例えば、次に示す形式から選択することができる。
（１）合成画像のみを表示する表示形式（図８）
（２）周波数別の画像のみを表示する表示形式（図９）
この場合には、表示させるＢモード画像の枚数（例えば、１〜４枚）、種類（４ＭＨｚ、７．５ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）、サイズ、及び、画面におけるレイアウトを選択することができる。
（３）合成画像及び周波数別の画像の両方を表示する表示形式（図１０）
この場合には、表示させるＢモード画像の枚数、種類、サイズ、及び、画面におけるレイアウトを選択することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、マルチビームによりラジアル走査を行うので、シングルビームを用いる場合に比較してフレームレートを低下させることなく、周波数が異なる複数種類の超音波画像を取得することができる。また、本実施形態においては、送信開口ごとに超音波ビームの周波数を設定し、送信開口に対応する受信開口において受信された信号について、送信周波数に対応するフィルタ処理を施すので、広帯域な超音波ビームを送信して受信時に周波数帯域を分離する方法と異なり、大きな送信パワーを得ることができるため、ＳＮ比を改善することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、互いに周波数が異なる複数の超音波画像を、それぞれの焦点深度に基づいて合成することにより、浅部における高分解能と深部へのビームの深達度とを両立させることができるので、浅部から深部に渡る広い範囲を、良好な状態で画像化することが可能となる。そのような画像においては、画像域ごとに送信周波数に応じた階調補正処理が為されているので、異なる画像域の間において不自然さがなく、全体的に見やすい画像となる。従って、医療診断において、１つの画像に基づいて適切な判断を下せるようになる。

さらに、本実施形態によれば、互いに周波数が異なる複数種類の超音波画像を、探触子（内視鏡）を交換することなく取得することができ、それらをユーザの好みに応じて選択して表示させることができるので、医療診断の現場において、診断効率を上げることができる。

なお、図６においては、送信開口を、単に超音波ビームの周波数の大きさの順に配置しているが、周波数の大きさを考慮して送信開口の配置を決定することがより望ましい。例えば、７．５ＭＨｚ及び４ＭＨｚの超音波ビームの開口及びビーム径は比較的広くなるので、それらの超音波ビームの送信開口を超音波トランスデューサ部１１０の円周上において向かい合うように設定すると良い。それにより、超音波ビーム間のクロストークを抑制することが可能となる。

以上説明した本発明の第１の実施形態においては、互いに周波数が異なる４本の超音波ビームをマルチビーム送信しているが、図１に示す超音波観測装置においては、オペレータの好みにより、超音波ビームの本数や周波数の大きさを様々な値に設定することができる。以下の第２〜第６の実施形態においては、超音波ビームの周波数や走査方法に関する具体例について説明する。

本発明の第２の実施形態に係る超音波観測方法について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。本実施形態においては、同じ周波数を有し、互いに異なる焦点深度を有する４本の超音波ビームをマルチビーム送信する。

この場合に、隣接する超音波ビームの角度間隔は９０°（＝３６０°／４本）に設定され、送信開口、送信フォーカス、受信開口、受信フォーカス、及び、画像域は、ビーム情報記憶部１４０（図１）に記憶されている次の情報に基づいて設定される。
ビーム１（ＴＢ５）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離１０ｃｍ、
画像域９ｃｍ以上、ビーム径４．８ｍｍ
ビーム２（ＴＢ６）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ、
画像域７ｃｍ〜９ｃｍ、ビーム径１．７ｍｍ
ビーム３（ＴＢ７）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離６ｃｍ、
画像域５ｃｍ〜７ｃｍ、ビーム径０．８ｍｍ
ビーム４（ＴＢ８）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離４ｃｍ、
画像域５ｃｍ以下、ビーム径０．１６ｍｍ
それにより、図１１に示す送信開口ＡＰ５〜ＡＰ８からそれぞれ送信される超音波ビームＴＢ５〜ＴＢ８により、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲が走査される。

送信開口ＡＰ５〜ＡＰ８に対応して設定された受信開口により受信された受信信号は、第１の実施形態において説明したのと同様の処理を受ける。それにより、焦点深度別の４種類のＢモード画像データが生成される。

さらに、それらのＢモード画像データに基づいて合成画像データが生成される。図１２は、この合成画像データによって表される合成画像を示している。この合成画像は、複数のＢモード画像から焦点深度に応じて設定された画像域を抽出して、それらを合成したものである。ここで、各Ｂモード画像に設定されている画像域は、送受信された超音波ビームの焦点付近（図１１の焦点ＦＣ５〜ＦＣ８）、即ち、最もビーム径が細い領域を表しており、そのＢモード画像の中で最も解像度が高く、被検体の様子が最も良く表された領域である。このような合成画像は、通常のダイナミックフォーカスにより得られる画像と同質のものである。

焦点深度別の４種類のＢモード画像、及び、合成画像の表示形式としては、図８〜図１０に示すのと同様に、合成画像のみの表示形式と、焦点深度別のＢモード画像のみ（１〜４枚）の表示形式と、合成画像及び焦点深度別のＢモード画像の両方を表示する表示形式との内から、オペレータが好みに応じて選択することができる。また、複数の画像を表示させる場合には、各画像のサイズやレイアウトをオペレータが好みに応じて選択することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、焦点深度の異なる複数の超音波ビームを送受信することにより、通常のシングルビーム送信するのと同じ時間で、ダイナミックフォーカスされた超音波画像を得ることができる。従って、フレームレートを低下させることなく、超音波画像の画質を向上させることが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波観測方法について、図１３を参照しながら説明する。本実施形態においては、同じ周波数を有し、互いに異なる焦点深度を有する４本の超音波ビームをマルチビーム送信する場合において、焦点位置におけるビーム径を揃えるように超音波ビームを設計する。

ここで、本発明の第２の実施形態においては、複数の超音波ビームを形成する際に、開口幅を変化させずに、送信フォーカス設定のみによって焦点距離を変化させている。そのため、焦点位置におけるビーム径は、焦点距離が短いほど小さく、焦点距離が長くなるにつれて（図１２においては周縁付近）大きくなる。従って、図１２に示す合成画像においては、中心付近の解像度が高く、外側に向かうにつれて解像度が次第に低くなる。それに対して、本実施形態においては、合成画像全体においてほぼ等しい解像度を得るために、ビーム径を揃えている。

この場合に、送信開口、送信フォーカス、受信開口、受信フォーカス、及び、画像域は、ビーム情報記憶部１４０（図１）に記憶されている次の情報に基づいて設定される。
ビーム１（ＴＢ９） ：周波数４ＭＨｚ、開口幅８ｍｍ、焦点距離１０ｃｍ、
画像域９ｃｍ以上、ビーム径４．８ｍｍ
ビーム２（ＴＢ１０）：周波数４ＭＨｚ：開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ、
画像域７ｃｍ〜９ｃｍ、ビーム径１．７ｍｍ
ビーム３（ＴＢ１１）：周波数４ＭＨｚ：開口幅６．４ｍｍ、焦点距離６ｃｍ、
画像域５ｃｍ〜７ｃｍ、ビーム径０．８ｍｍ
ビーム４（ＴＢ１２）：周波数４ＭＨｚ：開口幅４．３ｍｍ、焦点距離４ｃｍ、
画像域５ｃｍ以下、ビーム径０．１６ｍｍ

それにより、図１３に示すように、焦点ＦＣ９〜ＦＣ１２におけるビーム径がほぼ等しい４本の超音波ビームにより、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲が走査される。この後の受信信号に対する処理については、第３の実施形態におけるものと同様である。
このように、本実施形態によれば、合成画像における解像度を、深度（合成画像においては画像域）によらずほぼ一定にすることができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波観測方法について、図１４を参照しながら説明する。本実施形態においては、同じ周波数及び焦点深度を有する複数の超音波ビームをマルチビーム送信する。

例えば、図１４の（ａ）に示すように、互いに９０°ずつ離れた４本の超音波ビームＴＢ１３〜ＴＢ１６の送信方向を９０°ずつ回転させることにより、トータルで超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲に関する超音波画像情報を取得することができる。一方、図１４の（ｂ）は、１本の超音波ビームの送信方向を３６０°回転させる従来例を示す。このように、本実施形態によれば、シングルビーム送信する場合と同程度の解像度を保ったまま、フレームレートを４倍にすることができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る超音波観測方法について、図１５を参照しながら説明する。本実施形態においては、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°を複数の領域に分割し、それぞれの領域を互いに周波数が異なる複数の超音波ビームにより走査する。

４本の超音波ビームを送信する場合には、隣接する超音波ビームの角度間隔は９０°（＝３６０°／４本）に設定され、送信開口、送信フォーカス、受信開口、受信フォーカスは、ビーム情報記憶部１４０（図１）に記憶されている次の情報に基づいて設定される。
ビーム１（ＴＢ１７）：周波数２０ＭＨｚ、開口幅２．４ｍｍ、焦点距離０．５ｃｍ
走査範囲４５°〜１２５°（領域Ａ）
ビーム２（ＴＢ１８）：周波数１２ＭＨｚ、開口幅３．２ｍｍ、焦点距離２ｃｍ
走査範囲１２５°〜２２５°（領域Ｂ）
ビーム３（ＴＢ１９）：周波数７．５ＭＨｚ、開口幅４．８ｍｍ、焦点距離４ｃｍ
走査領域２２５°〜３１５°（領域Ｃ）
ビーム４（ＴＢ２０）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ
走査領域３１５°〜４０５°（領域Ｄ）

それにより、図１５に示すように、互いに周波数が異なる超音波ビームＴＢ１７〜ＴＢ２０により、領域Ａ〜Ｄがそれぞれ走査される。その結果、領域ごとに周波数帯域や焦点距離が異なる超音波画像を取得することができる。
本実施形態によれば、シングルビームにより３６０°の範囲を走査する場合と同程度のフレームレート及び走査密度で、所望の範囲が高解像度で表された超音波画像を得ることができる。従って、このような超音波観察方法は、例えば、特定の領域において観察したい部位の深度がわかっている場合に有効である。
なお、本実施形態においては、各走査領域が均等になるように領域Ａ〜Ｄの範囲を設定しているが、観察部位の範囲に応じて自動又はマニュアルで、各走査領域を変化させても良い。

次に、本発明の第６の実施形態に係る超音波観測方法について、図１６及び図１７を参照しながら説明する。
ここで、互いに周波数が異なる複数の超音波ビームをマルチビーム送信する場合には、周波数が低い方の超音波ビームは、周波数が高い方の超音波ビームに比較して被検体の深部まで到達できるため、１回の送受信に時間を要する。そこで、周波数が高い方の超音波ビームのＰＲＦを大きくすれば、全体としての送受信効率を良くすることができる。しかしながら、単純に周波数ごとにＰＲＦを設定すると、複数の超音波ビームの角度間隔が最初の設定（例えば、４本の場合には９０°）から次第にずれて間隔が狭くなってしまうので、クロストークが生じる原因となってしまう。そこで、本実施形態においては、複数の超音波ビームのＰＲＦを周波数ごとに設定すると共に、送受信方向の順序について工夫を加えている。

以下においては、簡単のために、図１６に示すように、４ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２１と、１２ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２２との２種類をマルチビーム送信する場合について説明する。また、図１７は、超音波ビームＴＢ２１及び超音波ビームＴＢ２２を送信するためのパルス発生タイミングチャートである。本実施形態においては、１フレームの音線密度を３６０本（走査間隔１°）としており、図１６及び図１７におけるＮｏ．１〜Ｎｏ．３６０は、超音波ビームの送受信方向（音線方向）を表している。

まず、図１６に示すように、４ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２１及び１２ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２２により、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲について第１回目の走査が行われる。その際には、図１７の（ａ）に示すように、超音波ビームＴＢ２１は、走査角度間隔を２°、パルス繰り返し周期（ＰＲＦの逆数）を０．２ｍｓｅｃとして音線方向Ｎｏ．１から走査を開始するように設定される。一方、１２ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２２は、走査角度間隔を１°、パルス繰り返し周期を０．１ｍｓｅｃとして音線方向ＮＯ．１８０から走査を開始するように設定される。即ち、超音波ビームＴＢ２１が被検体内を１往復する間に、超音波ビームＴＢ２２を２往復させることになる。このように、超音波ビームＴＢ２２のＰＲＦ及び音線密度を、超音波ビームＴＢ２１のＰＲＦ及び音線密度の２倍とすることにより、２つの超音波ビームＴＢ２１及びＴＢ２２の角度間隔をほぼ１８０°に保つことができる。

次に、図１７の（ｂ）に示すように、４ＭＨｚの２本の超音波ビームにより、第２回目の走査が行われる。第２回目においては、第１回目の走査において間引かれた音線方向に対して超音波ビームが送受信される。即ち、２本の超音波ビームは、走査角度間隔を２°、ＰＲＦを０．２ｍｓｅｃとして、一方の超音波ビームは音線方向ＮＯ．２から走査を開始し、他方の超音波ビームは音線方向ＮＯ．１８２から走査を開始するように設定される。

このような２回の走査を行うことにより、４ＭＨｚ及び１２ＭＨｚの超音波ビームに関する２種類の超音波画像情報が取得される。それらの超音波画像情報は、本発明の第１の実施形態において説明したのと同様に処理される。その結果、周波数別のBモード画像、及び、それらの合成画像が生成される。

ここで、４ＭＨｚ及び１２ＭＨｚの超音波ビームを、走査角度間隔１°でＰＲＦを揃えて送受信する場合と比較すると、第１回目の走査に要する時間は１／２であり、第２回目の走査に要する時間は１／４であるので、全体としては３／４となる。

なお、第１回目の走査により、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲は一通り走査されているので、それによって超音波画像を生成することも可能である。４MHｚの超音波ビームは間引き送信されているため音線密度は粗くなるが、周波数が低い超音波ビームはビーム径が太いので、走査領域はほぼカバーされているからである。

以上説明したように、本実施形態によれば、マルチビーム送信される超音波ビームの相対位置を維持することによりクロストークが生じるのを防ぎながら、解像度を低下させることなく、全体としてフレームレートを向上させることができる。

以上説明した第１〜第６の実施形態においては、図５に示す受信フィルタ処理部２１２〜２４２において、送信された超音波ビームの周波数に対応する周波数（基本周波数成分）を抽出している。しかしながら、基本周波数成分の整数倍（例えば、２倍）の周波数成分を有する高調波を抽出することにより、ハーモニックイメージングを行っても良い。

次に、本発明の第７の実施形態に係る超音波観測装置について、図１８及び図１９を参照しながら説明する。
図１８に示すように、本実施形態に係る超音波観測装置は、図１に示す音線データ処理部２１、画像合成部２３、及び、表示形式設定部２７の替わりに、図１８に示す音線データ処理部７１、画像合成部７３、及び、表示形式設定部７４を有しており、さらに、ドップラー処理部７２を有している。その他の構成については、図１に示す超音波観測装置と同様である。

図１９は、音線データ処理部７１の構成を示すブロック図である。音線データ処理部７１は、図５に示す音線データ処理部２１と同様に、受信データ選択部２００と、送信される超音波ビームの本数に応じて設けられた複数のデータ処理系統２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４、２４１〜２４４とを含んでいる。受信フィルタ処理部２１２〜２４２において生成された音線データは、Ｂモード画像を生成するために一旦メモリ２１３〜２４３に格納されると共に、ドップラー画像を生成するために、ドップラー処理部７２に入力される。

再び、図１８を参照すると、ドップラー処理部７２は、音線データ処理部７１から出力された音線データに基づいて、受信フォーカス処理が施された受信信号から高周波成分を除去すると共に、その受信信号に対して直交位相検波処理を行う。さらに、ドップラー処理部７２は、直交位相検波された受信信号から、血管壁や心臓壁等のスペキュラーエコーの変動によって生じる不要なクラッター成分を取り除く。このようにして、血流からの反射成分のみを抽出したドップラー画像データが生成される。このドップラー画像データは、画像メモリ２４に格納される。

画像合成部７３は、Ｂモード画像データ生成部２２において生成された複数種類のＢモード画像データに基づいて合成Ｂモード画像を表す合成Ｂモード画像データを生成すると共に、いずれかのＢモード画像又は合成Ｂモード画像とドップラー画像との合成画像を表す合成画像データを生成する。合成画像においては、Ｂモード画像又は合成Ｂモード画像を輝度によって表し、ドップラー画像を色度によって表すようにしても良い。

表示形式設定部７４は、画像メモリ２４に格納されている複数種類の画像データによって表されるＢモード画像や、合成Ｂモード画像や、Ｂモード画像とドップラー画像との合成画像を表示部２６に表示する際に、画面における画像の表示形式を設定する。

本発明の第７の実施形態に係る超音波観測方法について、図１８〜図２２を参照しながら説明する。本実施形態に係る超音波観測方法は、Ｂモード画像とドップラー画像とを生成する方法であり、図１８に示す超音波観測装置において用いることができる。

まず、図１８に示す超音波内視鏡において、隣接する超音波ビームの角度間隔が９０°（＝３６０°／４本）に設定され、送信開口、送信フォーカス、受信開口、受信フォーカス、及び、画像域は、ビーム情報記憶部１４０（図１）に記憶されている次の情報に基づいて設定される。
ビーム１（ＴＢ２３）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ
ビーム２（ＴＢ２４）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ
ビーム３（ＴＢ２５）：周波数４ＭＨｚ、開口幅６．４ｍｍ、焦点距離８ｃｍ
ビーム４（ＴＢ２６）：周波数７．５ＭＨｚ、開口幅４．８ｍｍ、焦点距離４ｃｍ
上記超音波ビームＴＢ２３〜ＴＢ２５は、ドップラー画像を生成するために用いられる。
それにより、図２０に示すように、超音波ビームＴＢ２３〜ＴＢ２６が送信され、超音波トランスデューサ部１１０の周囲３６０°の範囲が走査される。

超音波トランスデューサ部１１０から送信され、被検体から反射された超音波ビームＴＢ１〜ＴＢ４は、所定の受信開口によって受信される。各受信開口から出力された受信信号は、第１の実施形態において説明したのと同様に、受信信号処理部２０において信号処理を受ける。

音線データ処理部７１において、４ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２３〜ＴＢ２５に対応する音線データは、ドップラー処理部７２に出力されて所定の処理を施される。それによってドップラー画像データが生成されて、画像合成部２３に出力される。一方、音線データ処理部７１において、７．５ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２６に対応する音線データは、Ｂモード画像データ生成部２２に出力される。それにより、Ｂモード画像データが生成される。

表示形式設定部７４によって設定される表示形式としては、図２１に示すように、合成画像を単独で表示する形式であっても良いし、図２２に示すように、合成画像と通常のＢモード画像又は合成Ｂモード画像とを並べて表示する形式であっても良い。

なお、本実施形態においては、７．５ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２６に対応する音線データのみを用いてＢモード画像を生成しているが、４ＭＨｚの超音波ビームＴＢ２３〜ＴＢ２５のいずれかに対応する音線データを用いてＢモード画像を生成しても良いし、さらに、合成Ｂモード画像を生成しても良い。

このように、本実施形態によれば、マルチビーム送信される複数の超音波ビームについて、周波数や焦点深度等の条件をそれぞれ設定することができるので、最適な条件の下で取得された超音波画像情報に基づいて、通常のＢモード画像及びドップラー画像を生成することができる。また、ドップラー画像生成のために複数の超音波ビームを確保できるので、フレームレートの低下を防止することができる。さらに、Ｂモード画像とドップラー画像との合成画像や通常のＢモード画像の表示形式をユーザが好みに応じて選択できるので、医療診断の現場において診断効率を上げることができる。

次に本発明の第８の実施形態に係る超音波観測装置について、図２３及び図２４を参照しながら説明する。
図２３に示すように、本実施形態に係る超音波観測装置は、図１８に示す超音波観測装置本体に対して、周波数処理部８１をさらに有しており、図１８に示す画像合成部７３及び表示形式設定部７４の替わりに、画像合成部８２及び表示形式設定部８３を有している。その他の構成については、図１８に示す超音波観測装置と同様である。

周波数処理部８１は、互いに異なる周波数に基づいて取得された複数の超音波画像の差分（サブトラクション）画像を生成する。図２４は、図２３に示す周波数処理部８１の構成を示している。周波数処理部８１は、周波数解析部８０１と、注目周波数自動決定部８０２と、抽出周波数演算部８０３と、周波数画像データ生成部８０４とを含んでいる。
周波数解析部８０１は、音線データ処理部７１の各データ処理系統から出力された音線データに含まれている複数の周波数成分をＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって算出する。

注目周波数自動決定部８０２は、それらの周波数成分の中から、少なくとも１つの注目すべき周波数成分を自動的に決定する。例えば、注目周波数自動決定部８０２は、予め定められている周波数を有する成分を注目すべき周波数成分として決定しても良いし、強度の大きい周波数成分を注目すべき周波数成分として決定しても良いし、被検体の深度方向の全部又は一部の領域において大きなピーク又はディップを有する周波数成分を注目すべき周波数成分として決定しても良い。

ここで、超音波エコー強度の大きい部分における特定の組織の周波数特性に関する特徴に基づいて周波数成分を決定することにより、その特定の組織をより強調して表示することができる。一方、超音波エコー強度の小さい部分に着目して周波数成分を決定することにより、多数の弱いエコーが加算され干渉した結果として生じるスペックル成分を低減することも可能である。いずれにしても、ＳＮ比を改善することができる。また、複数の周波数成分の相対値を算出する場合には、その相対値に基づいて、特定の組織の２次元的な分布を正確に求めることができる。

抽出周波数演算部８０３は、注目周波数自動決定部８０２によって決定された少なくとも１つの注目すべき周波数成分を周波数解析部８０１から入力し、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性の補正等を行う。ここで、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性を記録部１３に記録しておき、制御部１２の制御の下で、抽出周波数演算部８０３が、周波数解析部８０１から入力された少なくとも１つの周波数成分の強度を補正するようにすれば、より正確な強度を求めることができる。
このような抽出周波数演算部８０３の処理は、音線データ処理部７１の複数の信号処理系統から出力された受信データについてそれぞれ行われる。

さらに、抽出周波数演算部８０３は、音線データ処理部７１の複数の信号処理系統から出力された受信データ（即ち、周波数が異なる超音波ビームにより取得されたデータ）の解析結果に基づいて、複数の周波数成分の強度の相対関係として、それらの差を算出する。或いは、相対関係として比を算出しても良い。また、受信信号の周波数成分のみならず、位相成分の抽出して超音波画像の生成に利用すれば、さらに多くの情報を得ることができる。

周波数画像データ生成部８０４は、抽出周波数演算部８０３から出力されたデータに基づいて、周波数画像データを生成する。この周波数画像データは、周波数差分画像を表しており、医療診断においては、組織性状を判別する際に用いることができる。この周波数画像データは、画像メモリ２４に格納される。

図２３に示す画像合成部８２は、Ｂモード画像データ生成部２２において生成された複数種類のＢモード画像に基づいて合成Ｂモード画像を生成すると共に、いずれかのＢモード画像又は合成Ｂモード画像と周波数差分画像との合成画像を生成する。合成画像においては、Ｂモード画像又は合成Ｂモード画像を輝度によって表し、周波数差分画像を色度によって表すようにしても良い。

表示形式設定部８３は、画像メモリ２４に格納されている複数種類の画像データによって表されるＢモード画像や、合成Ｂモード画像や、周波数差分画像や、Ｂモード画像と周波数差分画像との合成画像を表示部２６に表示する際に、画面における画像の表示形式を設定する。表示形式としては、合成画像を単独で表示する形式や、合成画像と合成Ｂモード画像を並べて表示する形式等、様々な形式が考えられる。

このように、本実施形態によれば、周波数別に取得された音線データに基づいて周波数画像を生成するので、一般的に行われる広帯域パルスに基づいて取得された音線データを用いる方法に比較して、ＳＮ比が良くなる。従って、例えば、周波数差分画像を用いて観察部位の組織性状を診断する場合に、診断の精度を上げることが可能となる。

なお、本実施形態においては、図１８に示すドップラー処理部７２の替わりに図２３に示す周波数処理部８１が設けられているが、ドップラー処理部を有する超音波観測装置本体に周波数処理部をさらに付加しても良い。

以上説明した第１〜第８の実施形態においては、円周上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ部を用いることにより、電子ラジアル走査が行われている。しかしながら、複数の超音波トランスデューサを円弧上に配列することによりコンベックス型超音波トランスデューサアレイを作製し、これを用いて電子的にコンベックス走査を行うようにしても良い。

また、以上説明した第１〜第８の実施形態においては、主に、４本の超音波ビームをマルチビーム送信する場合について説明しているが、マルチビーム送信される超音波ビームの本数は、所望の本数に切り換えることができる。当然ながら、超音波ビームの本数を１本に設定することにより、シングルビーム送信しても良い。また、超音波ビームの上限については特に制限されないが、超音波ビームの本数が多くなるほど隣接する超音波ビームの角度間隔が狭くなるので、クロストークが生じ易くなる。そのため、超音波ビームの本数は１〜４本とすることが望ましい。４本であれば、隣接する超音波ビームの角度間隔は９０°となるので、比較的クロストークが生じ難いからである。

さらに、以上説明した第１〜第８の実施形態においては、各超音波トランスデューサから出力された受信信号をディジタル信号に変換した後で、受信開口（又は送信開口）に応じて複数の信号処理系統（図５）に振り分けているが、アナログ信号の段階で受信開口に対応する信号処理系統に振り分けても良い。その場合には、図１に示す受信信号処理部に受信開口数に応じたチャネルを設けると共に、その前段に、受信開口設定に応じて動作するスイッチ手段を設ければ良い。

本発明は、医療診断のために体内に挿入して超音波断層像を撮影することが可能な超音波内視鏡を備えた超音波観測装置に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波内視鏡の構成を示す模式図である。 図２に示す超音波内視鏡の先端を示す拡大図である。 図３に示す超音波トランスデューサ部を示す上面図である。 図１に示す受信信号処理部及び音線データ処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 超音波ビームの焦点深度に応じた画像域を示す図である。 図１に示す画像合成部において生成された合成画像を示す模式図である。 図１に示す表示形式設定部において設定される画像表示形式を示す模式図である。 図１に示す表示形式設定部において設定される画像表示形式を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波観測方法において生成される合成画像を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 本発明の第６の実施形態に係る超音波観測方法を説明するための図である。 本発明の第６の実施形態に係る超音波観測方法において用いられるパルス発生タイミングチャートである。 本発明の第７の実施形態に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図１８に示す音線データ処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施形態に係る超音波観測方法において超音波ビームが送受信される様子を示す模式図である。 図１８に示す表示形式設定部において設定される画像表示形式を示す模式図である。 図１８に示す表示形式設定部において設定される画像表示形式を示す模式図である。 本発明の第８の実施形態に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図２３に示す周波数処理部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 超音波内視鏡
１１ 操作卓
１２ 制御部
１３ 記録部
１４ 送信ビーム設定部
１５ 送信タイミング設定部
１６ 駆動信号設定部
１７ 受信制御部
１８ 駆動信号発生部
１９ 送受信切換部
２０ 受信信号処理部
２１、７１ 音線データ処理部
２２ Ｂモード画像データ生成部
２３、７３、８２ 画像合成部
２４ 画像メモリ（２次メモリ）
２５ 画像処理部
２６ 表示部
２７、７４、８３ 表示形式設定部
７２ ドップラー処理部
８１ 周波数処理部
１０１ 挿入部
１０２ 操作部
１０３ 接続コード
１０４ ユニバーサルコード
１０５ 処置部挿入口
１１０ 超音波トランスデューサ部
１１１ 圧電体
１１２、１１３ 電極
１２１ 照明窓
１２２ 証明用レンズ
１２３ 観察窓
１２４ 対物レンズ
１２５ 固体撮像措置
１２６ 処置具導出孔
１２７ ノズル孔
１４０ ビーム情報記憶部
１６１ 送信開口設定部
１６２ 送信フォーカス設定部
１６３ 送信周波数設定部
１７１ 受信開口設定部
１７２ 受信フォーカス設定部
１７３ 受信周波数設定部
１７４ 画像域設定部
２０１ 前置増幅器（ＰＲＥＡＭＰ）
２０２ Ａ／Ｄ変換器
２００ 受信データ選択部
２１１〜２４１ 受信フォーカス処理部
２１２〜２４２ 受信フィルタ処理部
２１３〜２４３ メモリ（１次メモリ）
２１４〜２４４ ゲイン／階調処理部
８０１ 周波数解析部
８０２ 注目周波数自動決定部
８０３ 抽出周波数演算部
８０４ 周波数画像データ生成部

Claims (23)

1. ラジアル走査方式又はコンベックス走査方式により被検体の体腔内を走査することによって被検体に関する超音波画像情報を取得し、該超音波画像情報に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
   各々が印加される駆動信号に従って超音波を発生すると共に、超音波を受信することにより受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサであって、円周又は円弧上に配列された前記複数の超音波トランスデューサを含む超音波内視鏡と、
   前記複数の超音波トランスデューサの内で、互いに異なる複数の方向に複数の超音波ビームをそれぞれ送信するために用いられる複数の超音波トランスデューサ群を、複数の送信開口としてそれぞれ設定する送信開口設定手段と、
   前記複数の送信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群に供給される複数の駆動信号群のそれぞれの周波数を設定する送信周波数設定手段と、
   前記複数の送信開口にそれぞれ供給される複数の駆動信号群の周波数に応じて、前記複数の駆動信号群のパルス繰り返し数を変化させる送信タイミング設定手段と、
   前記送信周波数設定手段によって設定されたそれぞれの周波数を有する複数の駆動信号群を発生して、前記複数の送信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群に供給する駆動信号発生手段と、
   前記複数の送信開口に対応する受信開口として複数の超音波トランスデューサ群を設定する受信開口設定手段と、
   前記受信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群からそれぞれ出力された複数の受信信号群に信号処理を施す信号処理手段と、
   前記複数の送信開口としてそれぞれ設定される複数の超音波トランスデューサ群の領域を所定の時間間隔で順次変化させるように前記送信開口設定手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記送信タイミング設定手段が、前記複数の駆動信号群の内で、周波数が高い方の駆動信号群のパルス繰り返し数よりも周波数が低い方の駆動信号群のパルス繰り返し数を小さくし、前記制御手段が、周波数が低い方の超音波ビームと周波数が高い方の超音波ビームとの角度間隔を所定の範囲内に保つために、周波数が低い方の超音波ビームの走査密度が、周波数が高い方の超音波ビームの走査密度よりも低くなるように、前記送信開口設定手段を制御する、超音波観測装置。
2. 周波数が低い方の超音波ビームの走査密度が、周波数が高い方の超音波ビームの走査密度よりも低くなるように走査を行った後で、周波数が低い方の超音波ビームによって走査されなかった領域を、周波数が低い方の複数の超音波ビームにより走査するように、前記制御手段が、前記送信開口設定手段及び前記送信周波数設定手段を制御する、請求項１記載の超音波観測装置。
3. 前記受信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群からそれぞれ出力された複数の受信信号群に、前記複数の送信開口に設定された周波数に応じたバンドパスフィルタ処理を施すフィルタ処理手段をさらに具備する請求項１又は２記載の超音波観測装置。
4. 前記受信開口設定手段が、前記複数の送信開口として設定された複数の超音波トランスデューサ群をそれぞれ含む複数の超音波トランスデューサ群を複数の受信開口として設定する、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波観測装置。
5. 前記信号処理手段が、前記複数の受信信号群について受信フォーカス処理を施すことにより、受信開口ごとに設定された深度に焦点が形成された超音波ビームに関する超音波画像情報を表す複数の音線信号を生成する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波観測装置。
6. 前記複数の送信開口からそれぞれ送信される超音波ビームが所定の深度に焦点を形成するように、前記駆動信号発生手段によって供給される複数の駆動信号群の各々に含まれる複数の駆動信号に設けられる遅延時間を送信開口ごとに設定する送信フォーカス処理手段をさらに具備する請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波観測装置。
7. 前記送信開口設定手段が、送信開口ごとに異なる開口幅を設定する、請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波観測装置。
8. 前記送信開口設定手段が、互いに異なる方向に送信される複数の超音波ビームの角度間隔が等間隔となるように、前記複数の送信開口の位置を設定する、請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波観測装置。
9. 前記送信開口設定手段が、互いに９０°を為す４本の超音波ビームが送信されるように、４つの送信開口の位置を設定する、請求項８記載の超音波観測装置。
10. 前記駆動信号発生手段が、４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数を有する複数の駆動信号群を発生する、請求項１〜９のいずれか１項記載の超音波観測装置。
11. 前記複数の音線信号に対応する複数種類のＢモード画像をそれぞれ表す複数種類のＢモード画像データを生成するＢモード画像生成手段をさらに具備する請求項５記載の超音波観測装置。
12. 前記複数の音線信号に対応する複数種類のＢモード画像についてゲイン又は階調を補正する補正手段をさらに具備する請求項１１記載の超音波観測装置。
13. 前記補正手段が、前記複数種類のＢモード画像において濃度範囲が共通となるようにゲイン又は階調を補正する、請求項１２記載の超音波観測装置。
14. 前記送信開口設定手段によって設定される送信開口の数を切換可能、又は、前記送信周波数設定手段によって送信開口ごとに設定される前記複数の駆動信号群の周波数を１種類以上の範囲で切換可能な請求項１〜１３のいずれか１項記載の超音波観測装置。
15. 前記Ｂモード画像生成手段によって生成された複数種類のＢモード画像の内の１つ以上のＢモード画像を画面に表示するための表示形式を設定する表示形式設定手段をさらに具備する請求項１１〜１４のいずれか１項記載の超音波観測装置。
16. 前記Ｂモード画像生成手段によって生成された複数種類のＢモード画像が合成された合成画像を表す合成Ｂモード画像データを生成する画像合成手段と、
    前記複数のＢモード画像の各々について、前記合成画像を構成する画像域を設定する画像域設定手段と、
    をさらに具備する請求項１１〜１５のいずれか１項記載の超音波観測装置。
17. 前記画像域が、前記複数のＢモード画像の各々について、駆動信号群の周波数、若しくは、受信フォーカス手段によって設定された焦点深度に基づいて設定される、請求項１６記載の超音波観測装置。
18. 前記制御手段が、前記複数の送信開口としてそれぞれ設定される超音波トランスデューサ群の領域を、前記複数の送信開口の数に応じて定められた前記円周又は円弧上の範囲内において順次変化させる、請求項１〜１７のいずれか１項記載の超音波観測装置。
19. 前記信号処理手段によって生成された少なくとも１つの音線信号に基づいて、ドップラー画像を表すドップラー画像データを生成するドップラー画像生成手段をさらに具備する請求項５〜１８のいずれか１項記載の超音波観測装置。
20. 前記信号処理手段によって生成された少なくとも１つの音線信号に基づいて、高調波画像を表す高調波画像データを生成するハーモニックイメージング手段をさらに具備する請求項５〜１９のいずれか１項記載の超音波観測装置。
21. ドップラー画像を生成するために用いられる受信信号群を取得するための超音波ビームの送受信と、高調波画像を生成するために用いられる受信信号群を取得するための超音波ビームの送受信と、Ｂモード画像を生成するために用いられる受信信号群を取得するための超音波ビームの送受信との内の２つ以上が、所定の時間内に実行される、請求項１９又は２０記載の超音波観測装置。
22. 前記送信周波数設定手段が、ドップラー画像を生成するために用いられる受信信号群に対応する駆動信号群と、高調波画像を生成するために用いられる受信信号群に対応する駆動信号群と、Ｂモード画像を生成するために用いられる受信信号群に対応する駆動信号群とに、互いに異なる周波数を設定する、請求項１９〜２１のいずれか１項記載の超音波観測装置。
23. 前記複数の音線信号に基づいて、周波数差分画像を表す周波数差分画像データを生成するサブトラクション処理手段をさらに具備し、
    前記表示形式設定手段が、周波数差分画像とＢモード画像との両方が前記表示手段に表示されるように設定を行う、
    請求項１５記載の超音波観測装置。

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