JP2002058671A

JP2002058671A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2002058671A
Application number: JP2000246103A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fujiki; 俊昭藤木
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2002-02-26
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: JP3688566B2

Abstract

(57)【要約】【課題】送信多段フォーカスが行われる超音波診断装
置において、フォーカス点の切換えに伴う画像上におけ
る継ぎ目を緩和する。【解決手段】１送受信方位あたり例えば４回の送受信
が実行され、各送受信においては、送受信フォーカス点
の深さに応じてゲイン関数が設定され、そのゲイン関数
に応じて複数の受信信号について重み付け加算が実行さ
れる。オーバーラップ領域が存在しているので継ぎ目を
緩和することができる。また浅い領域から深い領域まで
４つの受信信号の全てが利用されるためＳＮ比を向上で
きるという利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特に多段階送信フォーカス技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】アレイ振動子を構成する複数の振動素子
に供給する各送信信号に対して遅延制御を行うことによ
り、所定深さに送信フォーカス点をもった送信ビームが
形成される。一方、複数の振動素子からの各受信信号に
対して遅延加算（整相加算）を行うことにより、受信ビ
ームが電子的に形成される。この場合、いわゆる受信多
段フォーカスや受信ダイナミックフォーカスによって、
１回の受信当たり複数個の受信フォーカス点が形成され
る。

【０００３】多段階の送信フォーカスを行うためには、
送信フォーカス点の深さを変えながら、１ビーム方向当
たり複数回の超音波の送受信、すなわち複数個の送信ビ
ームが形成される。つまり、深さ方向に複数の関心領域
範囲を設定し、各関心領域範囲ごとにフォーカス点を設
定してシャープな送信ビームを形成し、これによりエコ
ーデータの取り込みを行うものである。フレームレート
は低下するものの、超音波画像の画質は一般に向上す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】多段階の送信フォーカ
スを行う場合には通常、送受信開口（特に送信開口）の
大きさが可変制御される。具体的には、送信フォーカス
点が浅い場合には小さな送受信開口が設定され、送信フ
ォーカス点が深い場合には大きさ送受信開口が設定され
る。このため、各送信フォーカス点に対応する受信信号
間において、整相加算される受信信号数が切り替わるた
め、相互に整相加算後の信号音圧が異なる。そこで、従
来においては、ゲイン調整によって、送受信開口の大き
さの相違に起因する音圧の相違を解消していた。

【０００５】しかしながら、ゲイン調整によっても完全
に音圧の調整を行うことはできない。例えば、超音波の
通過する媒体の性質に応じて反射してくるエコーの音圧
はリニアに変化しない。

【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、段階的な送信フォーカスを行
う場合において、より自然な超音波画像を形成できるよ
うにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、フォーカス点を深さ方向に段階的に変え
て各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、
各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セ
ットを取得する送受信制御手段と、前記受信信号セット
ごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する
重み付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画
像を形成する画像形成手段と、を含むことを特徴とす
る。

【０００８】上記構成によれば、１方向当たり送信フォ
ーカス点を切り換えながら（一般に、それに連動させて
受信フォーカス点を切り換えながら）、１方向当たり超
音波パルスが複数回送信され、各送信ごとに互いに異な
る特性をもった受信信号が取得される。それらの受信信
号セットは重み付け合成手段に入力され、各受信信号ご
とにそれに対応するフォーカス点などに応じて重み付け
がなされ、そのような重み付け後の各受信信号が合成さ
れる。よって、従来のように、各受信信号を深さ方向に
分断して単純につなげる場合に生じる不連続を回避し
て、超音波画像の画質を向上できる。ここで、超音波画
像は例えばＢモード断層画像、カラードプラ画像などで
ある。また、本発明は、いわゆる１送信２受信などが行
われる場合にも適用可能である。なお、フォーカスの深
さを変えた複数回の送受信を単位として、送受信方向を
順番に切り換えるようにしてもよいし、フォーカス深さ
を変えずに全方位について送受信を行った後にフォーカ
ス深さを変えて同様の送受信を繰り返すようにしてもよ
い。重み付けパターン（関数）は、送信フォーカス点の
強さや深さ、受信フォーカス点の強さや深さなどに応じ
て、適宜調整するのが望ましい。

【０００９】望ましくは、前記重み付け合成処理では、
各受信信号に対して、フォーカス点を中心とした主担当
範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲か
ら離れるのに従って小さな重み付け値が設定される。重
み付け関数は、屈曲性をもった直線的関数であってもよ
いが、なだらかに変化する関数であってもよい。また、
主担当範囲では優先的に大きな重み付け値が設定され、
それ以外の範囲では小さな重み付け値を設定するように
するのが望ましい。各受信信号における深さ方向の全範
囲を加算対象としてもよいし、個々の受信信号について
深さ方向における部分的範囲を選択的に加算対象として
もよい。いずれにしても、送信フォーカスや受信フォー
カスの切換が画像上で目立たないように、重み付け加算
を行うのが望ましい。

【００１０】ちなみに、各送受波において、送信フォー
カス点の深さと受信フォーカス点の深さは一致している
のが望ましいが、本発明において、必ずしもそれらが一
致していなくてもよい。また、それらのフォーカス点を
中心として、重み付けの上での主担当範囲が個別的に設
定されるが、主担当範囲の中央点がフォーカス点である
必要はない。

【００１１】望ましくは、前記受信信号セットを構成す
る各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、
隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され
る。交叉範囲はオーバーラップ範囲であり、重み付けの
勾配がクロスする領域である。

【００１２】望ましくは、隣接するビームの間では、前
記受信信号セットに対する重み付けパターンが異なる。
このように隣接ビーム間で重み付けパターンを変更すれ
ば、よりフォーカス点の切換の際の繋ぎ目を目立たなく
できる。

【００１３】また、上記目的を達成するために、本発明
は、フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム
方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、各ビーム方
向当たり複数の受信信号からなる受信信号セットを取得
する手段であって、前記フォーカス点の切り換えに応じ
て送受信開口の大きさを段階的に変える送受信制御手段
と、前記受信信号セットを構成する各受信信号に対して
前記送受信開口の大きさに応じたゲイン補正を行うゲイ
ン補正手段と、前記ゲイン補正後の受信信号セットごと
に重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み
付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画像を
形成する画像形成手段と、を含むことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１５】図１には、本発明に係る超音波診断装置の
好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を
示すブロック図である。

【００１６】図１において、プローブ１０は体表面上に
当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられ
る超音波探触子である。プローブ１０内には複数の振動
素子からなるアレイ振動子が内蔵されている。そのアレ
イ振動子に対して電子走査を適用することによって超音
波ビームが走査され、これにより走査面が形成される。
ちなみに、その電子走査方式としては、例えば電子リニ
ア走査や電子セクタ走査などをあげることができる。

【００１７】プローブ１０には、送信部１２及び受信部
１４が接続されている。送信部１２は、走査制御部１６
によって制御される回路であり、本実施形態において
は、一方向あたり複数回の超音波パルスの送信が行わ
れ、各送信ごとに送信フォーカス点が切換えられてい
る。すなわちいわゆる多段送信フォーカスが実現されて
いる。そのような送信制御は走査制御部１６によって実
現されており、各方位あたりの複数回の送信にあたって
は、近距離から遠距離にかけて送信フォーカス点が切り
換えられるに伴って、送信開口が徐々に拡大されてい
る。ここで、送信開口はアレイ振動子における送信時に
機能する振動素子数に相当するものである。この送信多
段フォーカス自体は公知である。よって、一走査面がＭ
個の送受信方位を有している場合、各方位ごとにＮ回の
送受信が実行され、その結果、一走査面当たりＭ×Ｎ回
の送受信がなされることになる。

【００１８】本実施形態においては、ある送受信方位あ
たりＮ回の送受信が実行された後に、送受信方位が切換
えられて、同様のＮ回の送受信が実行され、これが繰り
返しなされている。しかしながら、送信フォーカス点を
固定したまま各方位についてＭ回の送受信を実行し、そ
の後に送信フォーカス点を切換え、再度、各方位につい
てＭ回の送受信を実行し、これを繰り返すようにしても
よい。

【００１９】受信部１４は、プローブ１０内のアレイ振
動子から出力される複数の受信信号に対していわゆる整
相加算を実行し、これによって電子的に受信ビームを形
成する回路である。この受信部１４の動作は走査制御部
１６によって制御されている。上述したように、各送受
信方位あたりＮ回の送受信が実行され、これに伴って各
送受信方位当たりＮ個の受信信号（整相加算後の受信信
号）が得られることになるが、受信部１４はそれぞれの
受信時において異なる受信フォーカス点を設定してい
る。本実施形態においては、送信フォーカス点と受信フ
ォーカス点とが一致しているが、それらのフォーカス点
を互いにずらすことも可能であり、またフォーカスの強
さをそれぞれ個別的に設定することも可能である。この
受信多段フォーカス自体は公知である。

【００２０】図２には、走査面Ｓが示されている。この
走査面Ｓは超音波ビームを電子的にスキャンすることに
よって形成されるものであり、図２においては、代表と
してある特定方位の超音波ビームθ１が示されている。
このビーム上には間欠的に複数のフォーカス点Ｆ１〜Ｆ
４が設定されており、それらのフォーカス点Ｆ１〜Ｆ４
は送信フォーカス点であり、また受信フォーカス点であ
る。例えば第１回目の送受信＃１においては、Ｆ１で定
められる深さに送受信フォーカス点を設定して送信フォ
ーカス制御及び受信フォーカス制御が実行され、これが
第２回目の送受信＃２、第３回目の送受信＃３、第４回
目の送受信＃４それぞれについてフォーカス点を切換え
ながら繰り返し実行される。そして、このようなＮ回の
送受信は各送受信方位ごとに実行される。

【００２１】図１において、走査制御部１６は、上述し
た送信部１２及び受信部１４を制御する回路であり、特
に、電子フォーカス制御及び電子スキャン制御を行って
いる。また、本実施形態においては、各送受信における
送信開口及び受信開口の設定制御も行っている。ちなみ
に、送信時に設定される送信開口と同様に、受信時にお
いても受信フォーカス点の深さに応じた幅を有する受信
開口が設定されている。このような技術は従来の受信多
段フォーカスにおいても行われているものである。

【００２２】メモリ２０内には各方位ごとに得られる複
数の受信信号、すなわち整相加算後の受信信号が格納さ
れる。このメモリ２０内に走査面Ｓ内における全受信信
号を格納し、その後に読み出して画像処理を行うことも
可能であるが、本実施形態においては、メモリ２０内に
は第１回目の送受信＃１〜第３回目の送受信＃３までの
３つの受信信号が格納され、第４回目の送受信＃４によ
り得られる受信信号が得られた時点でメモリ２０に格納
された３つの受信信号が読み出され、それらの４つの受
信信号が並列的に重み付け加算部２２に入力されてい
る。もちろん、このような構成例は一例であって、後述
する重み付け加算が行える限りにおいて各種の構成を採
用可能である。

【００２３】重み付け加算部２２は、図３に示すような
各受信信号ごとに重み付け関数を設定し、その重み付け
関数に従ったゲイン調整を実行している。その制御は合
成制御部２４によって実行されており、この合成制御部
２４は、重み付け加算部２２の制御の他、受信部１４に
おけるゲイン調整、メモリ２０の書き込み及び読み出し
制御などの制御も行っている。

【００２４】図３において、（Ａ）〜（Ｅ）には各受信
信号すなわち受信ビームに相当する受信音線＃１〜＃４
のゲインを設定するための重み付け関数が示されてい
る。図示されるように、受信音線＃１においては、プロ
ーブの近傍に送信フォーカス点及び受信フォーカス点が
設定されていることに対応してプローブ近傍の一定範囲
において大きな重み付け値が与えられている。その範囲
が図において符号１００で示されている。受信音線＃２
においては、その範囲１００から少し深さ方向にシフト
した範囲１０２において大きな重み付け値が設定されて
いる。さらに、受信音線＃３においてはその範囲１０２
から更に深さ方向に隔てた位置に範囲１０４が設定され
ており、当該範囲１０４に大きな重み付け値が設定され
ている。これと同様に、受信音線＃４においても最も深
い位置に設定された範囲１０６において大きな重み付け
値が設定されている。これらの範囲１００，１０２，１
０４，１０６はそれぞれの受信音線における主担当範囲
に相当しており、それらの主担当範囲の間においては交
叉範囲すなわちオーバーラップ領域として範囲１０８，
１１０，１１２が設定されている。例えば、範囲１０８
においては、受信音線＃１のゲインが深さ方向に沿って
徐々に減少されており、その一方において、受信音線＃
２のゲインが深さ方向に沿って徐々に増大されている。
これは範囲１１０及び１１２においても同様である。

【００２５】ちなみに、（Ｅ）においてはそれらの受信
音線＃１〜＃４の受信信号を合成した場合の合成音線に
おける成分比が示されており、プローブに対して浅い範
囲においては、受信音線＃１の成分が支配的であり、以
下段階的に各受信音線の成分が支配的に設定されてい
る。ここで、本実施形態においては担当範囲及び交叉範
囲以外においても各受信音線に小さな重み付けが与えら
れており、すなわち主担当範囲及び交差範囲以外の範囲
においては重い付け値が完全に０とはされておらず、最
終的に形成される合成音線上に一定の寄与分が働いてい
る。このような構成によれば、空間分解能の観点から主
担当範囲の受信信号成分をより支配的に利用して画質を
向上できると共に、浅い領域から深い領域まで全受信信
号を有効利用して音響パワーの増大を図ることができる
という利点がある。したがってその意味において画質の
向上を図ることが可能である。もちろん、浅い領域から
深い領域まで４つの全受信信号を常に重み付け加算する
というのはなく、例えば各領域ごとに２つ、３つの受信
信号を合成加算するようにすることも可能である。

【００２６】図１に示す合成制御部２４は、図３に示す
ような重み付け加算を実行する場合におけるパラメータ
を設定しており、たとえばそのような合成加算条件を超
音波の送受波条件や各種の条件に応じて可変設定するこ
とも可能である。ちなみに、主制御部１８は超音波診断
装置全体の制御を行っているものであり、この主制御部
１８により走査制御部１６及び合成制御部２４が制御さ
れている。

【００２７】重み付け加算部２２から出力される合成さ
れた受信信号は、従来装置同様に、デジタルスキャンコ
ンバータ（ＤＳＣ）２６に入力され、このＤＳＣ２６に
おいて受信信号に対する座標変換や補間処理などが実行
される。これによっていわゆるＢモード断層画像が形成
され、その画像データが画像処理部２７に入力され、必
要な画像処理を受けた後、最終的に表示部２８に送ら
れ、その表示部２８に超音波画像としてのＢモード断層
画像が表示される。

【００２８】図１においては、ドプラ処理の構成は明示
されていないが、もちろん本発明はドプラ情報を画像表
示する場合においても適用でき、さらに二次元的な画像
の他三次元画像やＭモード画像を形成する場合において
も適用可能である。さらに、１送信ビームあたり２つの
受信ビームを形成する場合などにも本発明を適用するこ
とができる。

【００２９】図１に示す実施形態によれば、フォーカス
点あるいはフォーカスが行われる区間の間の継ぎ目を緩
和して画質の向上を図ることができ、また１送受信方向
あたり４つの受信信号の全てを利用して画像形成を行う
ことができるので、ＳＮ比（信号対ノイズ比）を向上し
て、その意味においても超音波の画質を向上できるとい
う利点がある。

【００３０】上述した重み付け加算部２２は、本実施形
態において４つの受信信号の重み付け加算を行ってい
た。すなわち、４つの受信信号間における同じ深さの信
号に対して所定の重み付けを行いつつそれらを加算し、
これにより合成されたデータを生成していた。このよう
な重み付け加算部２２は、ある意味では加算フィルタと
して機能するものである。図３に示すゲイン関数は折れ
線のような特性を有していたが、例えば図５に示すよう
な角部分が丸くされたロジスティック曲線のようなゲイ
ン関数を利用することもできる。このような関数を利用
すればより境界を目立たなくすることができ、より自然
な超音波画像を形成できるという利点がある。また、図
４に示すように、隣接する超音波ビーム間において、重
み付け関数のパターンすなわち重み付けパターンを交互
に切換えることにより、更にビーム間における継ぎ目の
緩和を図ることも可能である。すなわち、ある超音波ビ
ーム上においては図３に示したような重み付け関数を適
用し、隣接する超音波ビーム上においては図３に示した
関数における各範囲を深さ方向にシフトしたものを適用
し、それらを交互に設定することによって全体として継
ぎ目を目立たなくするものである。もちろん、そのよう
な重み付けパターンをランダムに設定するようにするこ
ともできる。

【００３１】ちなみに合成制御部２４は上述したように
受信部１４におけるゲイン制御を行っており、具体的に
は送信開口及び受信開口の大きさに基づいて、各受信信
号間におけるレベルを調整するためのゲイン調整を行っ
ている。例えば図３において受信音線＃１においては開
口幅としてＷ１が設定され、以下同様に受信音線＃２、
＃３、＃４のそれぞれについては開口幅としてＷ２、Ｗ
３、Ｗ４が設定されている。よって、開口幅が異なると
整相加算後に得られる受信信号のレベルに差が生じるた
め、合成制御部２４はそのような開口幅の大きさにあわ
せて受信部１４における増幅器のゲインを調整してい
る。

【００３２】なお、上記の実施形態においては、電子セ
クタ走査が適用される場合について説明したが、本発明
は電子リニア走査の他各種の電子走査方式が適用される
場合において利用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波画像の画質を向上できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形
態を示すブロック図である。

【図２】走査面とフォーカス点との関係を示す図であ
る。

【図３】重み付け加算における各受信音線ごとのゲイ
ン関数を示す説明図である。

【図４】隣接する超音波ビーム間において異なる重み
付けパターンを設定した場合を示す説明図である。

【図５】他のゲイン関数を示す説明図である。

【符号の説明】

１０プローブ、１２送信部、１４受信部、１６
走査制御部、１８主制御部、２０メモリ、２２重
み付け加算部、２４合成制御部、２６デジタルスキ
ャンコンバータ（ＤＳＣ）、２７画像処理部、２８
表示部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォーカス点を深さ方向に段階的に変え
て各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、
各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セ
ットを取得する送受信制御手段と、前記受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、
合成信号を出力する重み付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成
手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】請求項１記載の装置において、前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、フォ
ーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が
設定され、その主担当範囲から離れるのに従って小さな
重み付け値が設定されたことを特徴とする超音波診断装
置。
【請求項３】請求項２記載の装置において、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲
は互いに離間して設定され、隣接する主担当範囲の間に
重み付け交叉範囲が設定されたことを特徴とする超音波
診断装置。
【請求項４】請求項３記載の装置において、隣接するビーム方向の間では、前記受信信号セットに対
する重み付けパターンが異なることを特徴とする超音波
診断装置。
【請求項５】フォーカス点を深さ方向に段階的に変え
て各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、
各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セ
ットを取得する手段であって、前記フォーカス点の切り
換えに応じて送受信開口の大きさを段階的に変える送受
信制御手段と、前記受信信号セットを構成する各受信信号に対して前記
送受信開口の大きさに応じたゲイン補正を行うゲイン補
正手段と、前記ゲイン補正後の受信信号セットごとに重み付け合成
処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段
と、前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成
手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。