JP2004160156A - 超音波撮像装置及び超音波撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高いサンプリングレートで超音波画像を得るために同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用しつつ、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる超音波撮像装置を提供する。
【解決手段】この超音波撮像装置は、超音波ビームを送受信する超音波用探触子１３と、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定手段２７と、走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与える送信側信号処理手段１０〜１２と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段１５、１６、１８〜２３とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】この超音波撮像装置は、超音波ビームを送受信する超音波用探触子１３と、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定手段２７と、走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与える送信側信号処理手段１０〜１２と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段１５、１６、１８〜２３とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用の超音波診断装置や工業用の探傷装置等として用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波を合波して形成される超音波ビームによって被検体を走査させることにより、被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体の２次元又は３次元領域における超音波画像が再現される。このような超音波ビームを用いた走査方法の１つとして、被検体の扇状の２次元領域を角度方向に走査する、いわゆるセクタ走査が知られている。
【０００３】
セクタ走査は、本来、人体の肋間から心臓を観察するための手法として開発されたものである。一般的に、セクタ走査においては、送信点から被検体の深さ方向に延びる超音波ビームが被検体内に扇状に順次送信され、この超音波ビームによって、被検体の扇状の２次元領域が等間隔の角度で走査される。ここで、各々の角度において、超音波ビームに沿って被検体の深さ方向に等間隔で分布する複数のサンプリング点に関する画像情報が、一定の時間間隔でサンプリングされる。サンプリングされた画像情報に基づいて得られた２次元又は３次元の超音波画像は、心臓については断層心エコー図と呼ばれている。
【０００４】
近年においては、より高いサンプリングレートで超音波画像を得ることが検討されている。例えば、下記の特許文献１には、収集データ点数の減少を招くことなく、データ収集時間を短縮することで、分解能の高い画像を虚像の発生なく得られるようにする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、各超音波用探触子において受信された反射波の減衰度が予め設定された条件に合致すれば、次の送受信順の超音波用探触子の送信動作を開始させると共に、前記条件に合致する減衰度が得られた超音波用探触子の受信動作を中断することにより、データ収集時間が短縮化される。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、リアルタイムで３次元超音波画像を形成するために２次元トランスデューサアレイを用いると共に、同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用した超音波撮像システムにおいて、クロストークを除去する幾つかの技術が開示されている。クロストークを除去する技術としては、超音波ビームをコード化して送信したり、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信したり、超音波ビームの送信方向を離したり、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いることが挙げられている。
【０００６】
しかしながら、超音波ビームをコード化しても、同時に送受信される超音波ビームの数が増加すると、コードにより超音波ビームを識別することが困難になる。また、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信しようとしても、生体内においては隣接ビームのサイドローブが完全にゼロとはならない。一方、超音波ビームの送信方向を離す場合には、同時に多数の超音波ビームを送受信することが困難である。また、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いる場合には、超音波トランスデューサの周波数帯域に限界があるため、同時に送受信される超音波ビームの数が制限される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９５９７号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】
米国特許第６，１７９，７８０号明細書（アブストラクト、図７−図１０）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、高いサンプリングレートで超音波画像を得るために同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用しつつ、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定手段と、走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１０】
また、本発明の第１の観点に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させるステップ（ｂ）と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）とを具備する。
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、被検体を複数のブロックに分けて複数の超音波ビームによってそれぞれ走査させる際に、複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を個別に設定することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、事前撮像により得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定する走査条件設定手段と、該走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、１つの超音波ビームを用いて被検体を走査させることにより事前撮像を行って検出信号を得るステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定すると共に、その判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させるステップ（ｃ）と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｄ）とを具備する。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、事前撮像によって得られた検出信号に基づいてクロストークが生じる原因となる反射源が存在するか否かを判定し、その判定結果に基づいて、複数の超音波ビームを送信するタイミングや、走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定するので、隣接する複数の領域の間におけるクロストークの影響が低減された画像データを取得することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診察用の超音波診断装置や工業用の探傷装置として用いられる。
【００１６】
図１に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１３を含んでいる。超音波用探触子１３は、２次元状に配置されて２次元トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１４を備えている。超音波トランスデューサ１４としては、例えば、ＰＺＴ（Pb(lead)zirconate titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック圧電材やＰＶＤＦ（polyvinyl difluoride：ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材を材料とする圧電素子を用いることができる。本実施形態においては、１つの超音波トランスデューサが超音波の送信と受信の両方に用いられるが、超音波の送信と受信のために別々の超音波トランスデューサを備えるようにしても良い。
【００１７】
超音波の送信時において、それぞれの超音波トランスデューサの駆動における遅延時間は、超音波ビームの偏向方向を反映する１フレーム中の送信回数ｉと、超音波トランスデューサのチャンネル番号ｃｈとの組合せ（ｉ，ｃｈ）によって決まる。従って、図１に示す送信ビームフォーマ１０は、１フレーム中における送信回数ｉ及び超音波トランスデューサのチャンネル番号ｃｈをアドレスとして、それぞれの超音波トランスデューサを駆動するために用いる遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）を、送信遅延コントロール部１１の遅延時間格納メモリ１１１に格納しておく。超音波ビームの送信時において、これらの遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）は、送信ビームフォーマ１０から供給されるアドレスに基づいて読み出される。
【００１８】
さらに、送信遅延コントロール部１１は、ラッチ回路及びディジタルコンパレータ１１２と、カウンタ１１３とを含んでいる。カウンタ１１３は、各フレームの初期においてリセット信号によってリセットされた後、システム制御部１７から供給される送信マスタークロック信号をカウントする。ラッチ回路及びディジタルコンパレータ１１２は、遅延時間格納メモリ１から読み出されたデータとカウンタ３が出力するカウント値とが一致すると、パルサ回路１２に発火信号を出力する。
【００１９】
このようにして、送信遅延コントロール部１１は、送信ビームフォーマ１０が発生するアドレスに基づいて定められる遅延時間を有する複数の発火信号を、複数のパルサ回路１２にそれぞれ供給する。複数のパルサ回路１２は、供給された発火信号に従って、複数の駆動信号を超音波用探触子１３に出力する。超音波用探触子１３に含まれる複数の超音波トランスデューサ１４は、対応するパルサ回路１２から出力された駆動信号に基づいて超音波パルスを発生する。これにより、遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）に対応した位相差を有する超音波パルスを複数の超音波トランスデューサから被検体に送信し、これらの超音波パルスの合波によって形成される超音波ビームを所望の方向に偏向することができる。
【００２０】
ここで、複数の超音波パルスの合波により、異なる方向に延びる複数の超音波ビームを短い時間内に次々と形成する必要がある。そのため、パルサ回路１２としては、高い繰り返し周期で駆動信号を出力できる高速パルサ回路が好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、マルチビーム方式を前提としており、被検体に複数のブロックを設定し、これらのブロック毎に複数の異なる超音波ビームを用いて被検体を走査する。マルチビーム方式においてクロストークが問題となるのは、１つの方向に送信された第１の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第２の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合である。従って、第１の超音波ビームと同一のタイミングで第２の超音波ビームを反射する反射源が存在しない場合には、クロストークも存在しないことになる。
【００２２】
そこで、図１に示す超音波撮像装置においては、それぞれの超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定部２７が設けられている。走査条件の設定は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行い、その結果得られた画像情報に基づいて行うことができる。本実施形態においては、２次元トランスデューサアレイを用いており、被検体を複数の方向に走査できるので、複数の方向において隣接する複数のブロック間におけるクロストーク低減を最優先とし、ブロックの間隔が離れるに従って優先順位を落している。
【００２３】
走査条件を設定するための他のやり方としては、予め撮影部位及び／又はその部位の撮影方向に応じて最良の走査条件を求めてＲＯＭ等に保存しておき、撮影に際して部位情報を入力することにより、入力された部位情報に基づいてＲＯＭ等から走査条件を読み出して設定しても良い。あるいは、複数の走査条件を用意しておき、オペレータがパネルのスイッチ等を用いて切り換えるようにしても良い。
【００２４】
システム制御部１７は、走査条件設定部２７において設定された走査条件に従って被検体を走査するように、送信ビームフォーマ１０及び送信遅延コントロール部１１を制御する。この制御により駆動信号の遅延時間が定められ、超音波ビームのフォーカシング及びステアリングが行われる。その結果、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波パルスの合波によって形成される超音波ビームによって、所望の走査開始角度から所望の走査方向に被検体を走査することが可能となる。
【００２５】
一方、超音波の受信時において、複数の超音波トランスデューサ１４から出力された検出信号は、それぞれに対応する複数の前置増幅器１５によって増幅された後、受信遅延コントロール部１６に入力される。受信遅延コントロール部１６は、システム制御部１７の制御の下で、増幅された検出信号に所望の遅延を与えて加算する。これにより、超音波用探触子１３に含まれる複数の超音波トランスデューサ１４を用いてそれぞれ得られた複数の検出信号における位相の整合が行われる。
【００２６】
受信遅延コントロール部１６の出力信号は、Ｌｏｇ圧縮回路１８によって対数圧縮され、さらに、ＳＴＣ（sensitivity time gain control：感度時間利得制御）回路１９によって、深部検出における検出信号の減衰の補正が行われる。また、検波回路２０によって、検出波形の検波が行われる。検波回路２０から出力された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２１においてディジタル信号（検出データ）に変換され、メモリ２２ｂに一旦記憶される。なお、事前撮像においては、検出データが事前撮像用メモリ２２ａに記憶され、走査条件設定部２７における走査条件の設定に用いられる。走査条件設定部２７においては、被写体の境界面が検知され、クロストークを低減させる走査条件が求められる。
【００２７】
さらに、ＤＳＣ（digital scan convertor：ディジタルスキャンコンバータ）２４において走査フォーマットの変換を行うことにより、超音波ビームの走査空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。なお、３次元画像の表示を行う場合には、メモリ２２ｂとＤＳＣ２４との間に３次元画像構成部２３を組み込んでも良い。３次元画像構成部２３は、メモリ２２ｂに蓄積された複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータ（voxel データ）を生成する。ＤＳＣ２４によって走査フォーマットが変換された画像データは、Ｄ／Ａコンバータ２５においてアナログ信号に変換され、画像表示部２６に表示される。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法について説明する。ここでは、人体内の心臓を撮影する場合を例として説明する。
本実施形態においては、システム制御部１７の制御の下で、本格的な撮像に先立って、少なくとも１つの超音波ビームによって心臓を走査させることにより事前撮像を行う。この事前撮像においては、例えばセクタ走査により心臓周辺の画像を粗く撮影して、これにより得られた検出データを事前撮像用メモリ２２ａに記憶しておく。走査条件設定部２７は、事前撮像により得られた検出データに基づいて、心臓周辺の複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査条件を個別に設定する。これに基づいて、システム制御部１７は、マルチビーム方式による本格的な撮像を行うように各部を制御する。
【００２９】
図２は、心尖部より心臓を撮像したときの１つのセクタ走査面ＯＱＱ′における心臓の断面像を示している。ここで、線分ＰＰ’を含む深度Ｐ（＝Ｐ’）の面における超音波の反射に基づいて走査条件を設定する場合について、以下に説明する。
【００３０】
図３は、心尖部より心臓を撮像したときの深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックを示している。この画像領域は、４つの行Ａ〜Ｄと４つの列１〜４に分割されており、１６個のブロックＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４を含んでいる。本実施形態においては、このような１６個のブロックに対して、１６本の超音波ビームがそれぞれ送信される。これらの各ブロックに示される「×」印は、各ブロックにおける走査開始位置を表し、「×」から描き始められている矢印は、各ブロックにおける超音波ビームの走査方向を表している。
【００３１】
図３の（ａ）には、走査条件設定部２７によって初期設定されている走査条件が示されている。初期段階において、各ブロックは、同じ位置から同じ方向に向けて走査されるように設定されている。例えば、図３の（ａ）において、各ブロックは、左上から右下に向けて１行ずつ走査される。
【００３２】
ここで、例えば、ブロックＢ２及びＢ３には、共に、走査開始直後（「×」印の付近）の送信方向に反射源が存在する。これらの反射源に超音波ビームが同時に反射されると、それによって生じた超音波エコーが同時に受信され、クロストークが増加してしまう。
【００３３】
そのため、走査条件設定部２７は、複数の方向において隣接する複数のブロックにおいて同時に複数の超音波ビームが反射されないように、１６本の超音波ビームの走査条件をブロックごとに再設定する。例えば、走査条件設定部２７は、図３の（ｂ）に示すように、ブロックＢ３について、「×」印で示すブロック内の下方の領域から走査が開始されるように走査条件を設定する。これにより、隣接するブロック（例えば、ブロックＢ２とＢ３）の間において同時に超音波ビームが反射されることがなくなるので、クロストークを抑制することができる。
【００３４】
或いは、走査条件設定部２７は、走査開始位置を変更する替わりに、走査方向を変更するようにしても良いし、走査開始位置と走査方向との両方を変更するようにしても良い。例えば、図３の（ｃ）に示すように、各ブロックにおける送信開始位置と走査方向との両方を再設定することにより、隣接するブロックの間において同時に超音波ビームが反射されるのを、より正確に避けることができる。
【００３５】
また、走査条件設定部２７は、各ブロックに向けて送信される超音波ビームの送信方向の順序を入れ替えるようにしても良い。図４の（ａ）は、図３の（ａ）に示す各ブロックに対して初期設定されている走査条件を詳しく示している。即ち、図４の（ａ）において、丸数字の位置は超音波ビームが照射されるビームスポットを表し、丸数字はそのビームスポットに超音波ビームが照射される順序を表している。初期設定されている走査条件の下では、各ブロックは、丸数字の位置及び順序に従って、左上から右下に向かって走査される。
【００３６】
ここで、例えば、図４の（ｂ）に示すように、ブロックＣ３及びＣ４に注目すると、これらのブロックの左上の領域には反射源が存在している。そのため、初期設定のままこれらのブロックを走査すると、走査開始直後に、複数の超音波ビームがこれらのブロックからそれぞれ同時に反射されてしまう。その場合に、走査条件設定部２７は、例えば、ブロックＣ４において１、２回目に照射されるビームスポットの位置が入れ替わるように、超音波ビームの送信方向を変更する。これにより、ブロックＣ３及びＣ４において同時に超音波ビームが反射されることがなくなるので、クロストークの発生を抑制することができる。
以上においては、深度Ｐの画像領域におけるクロストークに注目したが、複数の深度の画像領域におけるクロストークを総合的に低減するように走査条件を設定しても良い。
【００３７】
図５は、本実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査における心臓の断面像上の複数の超音波ビームを示す図であり、図６は、本実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査のタイムチャートである。図５及び図６においては、１本の超音波ビームによって線分ＯＱ1、ＯＱ2、・・・に沿って被検体を走査すると共に、他の超音波ビームによって線分ＯＱi、ＯＱi+1、・・・に沿って被検体を走査する場合を示している。
【００３８】
図６において、縦軸はエコー強度、横軸は時間（深さ）を表している。また、「ＰＲＴ」は、１回の超音波ビームの送信において必要となる測定時間、即ち、超音波ビームを送信してから、この超音波ビームが最大深度で反射することによって生じた超音波エコーが受信されるまでの時間を表している。
【００３９】
マルチビーム方式によれば、線分ＯＱ1、ＯＱ2、・・・に沿った超音波ビームの送信と、線分ＯＱi、ＯＱi+1、・・・に沿った超音波ビームの送信とを同時に行うので、超音波ビームの走査に要する時間を短縮することができる。さらに、本実施形態においては、図６のエコー信号のタイムチャートに示したように、超音波ビーム１と超音波ビーム２のエコー信号が重ならないように超音波ビームの方向を設定しているため、近接した複数の方向から同時に超音波エコーを受信することによるクロストークの影響を低減できるので、クロストークの少ないリアルタイムの３次元超音波画像を得ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子３０を有している。超音波用探触子３０は、超音波の送受信機能を有する複数個（Ｎ×Ｎ＝Ｎ2個）の超音波トランスデューサ３１を含む、いわゆる２次元トランスデューサアレイである。超音波用探触子３０においては、複数の超音波トランスデューサ３１が、例えば、Ｎ行Ｎ列の２次元マトリックスに配列されている。超音波トランスデューサ３１としては、例えば、ＰＺＴやＰＶＤＦを材料とする圧電素子が用いられる。
【００４１】
あるいは、このような圧電素子を超音波の送信素子として用い、微細な光ファイバーの先端にそれぞれ形成されたファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）又はファイバーブラッググレーティング等を超音波の受信素子として用い、これらを組み合わせて超音波用探触子３０を構成しても良い。なお、本実施形態においては２次元トランスデューサアレイを用いているが、これ以外に、１次元、又は、１．５次元等のトランスデューサアレイを用いても良い。
【００４２】
Ｎ2個の超音波トランスデューサ３１には、Ｎ2個のパルサ回路３２、及び、レシーバ３４がそれぞれ接続されている。
各パルサ回路３２は、発火タイミングコントローラ４５の出力信号に基づいて励振して、超音波用探触子３０の対応する超音波トランスデューサ３１に駆動信号を出力する。各超音波トランスデューサ３１は、パルサ回路３２から入力された駆動信号に基づいて超音波パルスを被検体に送信し、被検体から反射された超音波パルスを受信して検出信号を出力する。これらのパルサ回路としては、高い繰り返し周期（例えば、３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ）で連続的に駆動信号を出力できる高速パルサ回路を用いることが望ましい。
【００４３】
各レシーバ３４は、プリアンプ３５、ＴＧＣ（time gain compensation：時間利得補償）増幅器３６及びＡ／Ｄコンバータ３７を備えている。各超音波トランスデューサ３１から出力された検出信号は、対応するレシーバ３４に含まれるプリアンプ３５及びＴＧＣ増幅器３６においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄコンバータ３７の入力信号レベルに整合される。ＴＧＣ増幅器３６から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によってそれぞれディジタル信号（データ）に変換される。
【００４４】
また、この超音波撮像装置は、システム制御部４０と、メモリ４１と、位相整合演算部４２と、表示画像演算部４３と、発火タイミングコントローラ４５と、クロストーク判定部４６と、走査条件設定部４７とを含んでいる。システム制御部４０は、この超音波撮像装置の各部を制御している。
【００４５】
発火タイミングコントローラ４５には、各パルサ回路３２が接続されている。発火タイミングコントローラ４５は、各パルサ回路３２を励振するための信号を出力する。本実施形態においては、発火タイミングコントローラ４５は、電子回路によって構成されているが、パターンジェネレータ等によって構成されても良い。発火タイミングコントローラ４５の制御により、超音波用探触子３０から送信された超音波ビームの最大撮像深度からのエコーの到達時間内に、複数方向に向けて超音波ビームを送信するための発火タイミングの管理が可能となる。
【００４６】
メモリ４１には、各レシーバ３４が接続されている。メモリ４１は、各レシーバ３４のＡ／Ｄコンバータ３７から出力された検出データを一時記憶する。
位相整合演算部４２は、メモリ４１に記憶されている検出データの位相を整合するために演算処理を行う。位相整合演算部４２は、図１においては１個のブロックで示されているが、送信ビームの数に対応して複数の系統が設けられている。位相整合演算部４２の各系統は、シフトレジスタ遅延線、ディジタル微小遅延器、若しくは、ＣＰＵ（central processing unit：中央演算装置）とソフトウエア、又は、これらの組み合わせによって構成されている。
【００４７】
ここで、位相整合演算部４２による受信ビームフォーミングは次のように行われる。位相整合演算部４２の各系統は、各超音波トランスデューサ３１から出力される検出信号に基づいて得られた一連の検出データに所定の遅延を与える。これにより、複数の超音波トランスデューサ３１を用いて得られた複数の検出データの位相が整合される。さらに、位相整合演算部４２は、これらの検出データをディジタル加算する。このように、複数の系統を有する位相整合演算部４２を用いることにより、被検体内の複数の方向に関する受信フォーカスを同時に達成することができる。
【００４８】
表示画像演算部４３は、位相整合演算部４２から出力されたデータに対して、検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施し、さらに、走査フォーマットの変換を行う。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部４３は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、３次元画像の表示を行うための演算を行う。
【００４９】
表示画像演算部４３は、画像表示部５０に接続されている。画像表示部５０は、表示画像演算部４３で走査フォーマットが変換された画像データを、Ｄ／Ａ変換によってアナログ信号に変換し、これらの信号に基づいて画像を表示する。
【００５０】
ここで、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、マルチビーム方式を前提としている。そのため、先に述べたように、１つの方向に送信された第１の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第２の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合にクロストークが問題となり、特に、１つの方向と他の方向とが隣接している場合に、クロストークの影響が大きくなる。
【００５１】
そのため、図７に示すように、本実施形態に係る超音波撮像装置には、クロストーク判定部４６及び走査条件設定部４７が設けられている。
クロストーク判定部４６は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行った場合に、その結果得られた画像情報に基づいて、隣接する領域にクロストークの原因となる反射源が存在しているか否かを判定する。
また、走査条件設定部４７は、クロストーク判定部４６の判定結果に基づいて、送信される超音波の送信タイミングや送信方向を含む走査条件を設定する。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法について、図７〜図１０を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。また、図９及び図１０は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【００５３】
図９の（ａ）及び図１０の（ａ）は、被検体の３次元領域に向けて超音波ビームが送信される様子を示しており、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の軌跡を表している。また、図９の（ｂ）及び図１０の（ｂ）は、深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックＰ１〜Ｐ４を示しており、丸印は、複数のブロックＰ１〜Ｐ４を走査する超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４のビームスポットを表し、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の走査方向を表している。ここで、図９の（ａ）、（ｂ）及び図１０の（ａ）、（ｂ）において、黒丸印は深度Ｐの画像領域に存在する反射源ＯＢ１及びＯＢ２を表している。さらに、図９の（ｃ）及び図１０の（ｃ）は、送信された超音波ビームに対応して取得されたエコー信号のタイムチャートを示している。
【００５４】
図８に示すように、まず、ステップＳ１において、図９の（ａ）に示すように、被検体内の３次元領域を構成する１つの画像領域を１つの超音波ビームを用いて走査することにより、事前撮像を行う。ここで、事前撮像においては時間がかかっても構わないので、シングルビーム方式によって深度Ｐの画像領域全体を走査する。
【００５５】
複数のパルサ回路３２は、発火タイミングコントローラ４５の制御に従って、複数の駆動信号をそれぞれ出力する。これらの駆動信号により、複数のパルサ回路３２に接続されている複数の超音波トランスデューサ３１がそれぞれ駆動され、複数の超音波パルスが送信される。その際に、Ｎ2個の超音波トランスデューサ３１の全てから超音波パルスを送信してもよいし、これらＮ2個のうちのいくつかに限定して超音波パルスを送信してもよい。
【００５６】
複数の超音波トランスデューサから送信された複数の超音波パルスは、超音波ビームＴＸ１を形成する。この送信ビームＴＸ１は、送信方向に存在する反射源に反射され、超音波用探触子３０に受信される。超音波用探触子３０に含まれる複数の超音波トランスデューサ３１は、受信した超音波エコーに基づいて検出信号を出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３４にそれぞれ入力され、プリアンプ３５及びＴＧＣ増幅器３６においてアナログ処理を施され、Ａ／Ｄコンバータ３７の入力信号レベルに整合される。次に、ＴＧＣ増幅器３６から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によってディジタル信号に変換され、メモリ４１で一旦記憶された後、位相整合演算部４２に入力される。さらに、これらの検出データは、位相整合演算部４２において、受信された超音波エコーが受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを施され、送信ビームに対応する検出データが生成される。
【００５７】
図７に示す超音波撮像装置は、図９の（ｂ）に示すように、超音波ビームの送信方向を変化させながら、深度Ｐの画像領域を走査する。これにより、図９の（ｃ）に示すエコー信号のタイムチャートが得られる。図９の（ｃ）において、ｔ１及びｔ２は、図９の（ａ）に示すｘ１及びｘ２方向の各々に向けて送信された超音波ビームＴＸ１の送信時刻を示している。
このように、複数の方向に送信された送信ビームに基づいて得られた検出データは、クロストーク判定部４６に入力される。
【００５８】
次に、ステップＳ２において、走査条件の再設定を行う。ここで、発火タイミングコントローラ４５には、例えば、図１０の（ａ）に示すように、１回のマルチビーム送信において、θ0及びφ0ずつ離れている超音波ビームＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４が同時に送信されるように、送信タイミング及び送信方向が初期設定されているものとする。
【００５９】
まず、クロストーク判定部４６は、入力された検出データに基づいて、互いに隣接する領域に反射源が存在するか否かを判定する。
例えば、図９の（ｃ）に示すタイムチャートにより、ｘ１方向及びｘ２方向に、反射源ＯＢ１及びＯＢ２がそれぞれ存在していることがわかる。これらの反射源ＯＢ１及びＯＢ２は、超音波ビームを送信してから超音波エコーを受信するまでの時間がほぼ等しいことから、図９の（ａ）に示すように、送信ビームの送信点からの距離がほぼ等しい位置、即ち、深度の等しい画像領域上に存在していることがわかる。このｘ１方向とｘ２方向との間隔が、同時に送信される複数の超音波ビームの送信間隔θ0やφ0にほぼ等しい場合に、ｘ１方向及びｘ２方向に向けて同時に超音波ビームを送信すると、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出信号と、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出信号とが重なって検出されてしまう。
【００６０】
そのような場合に、クロストーク判定部４６は、ｘ１方向とｘ２方向との間でクロストークが生じるものと判断し、その結果を走査条件設定部４７に入力する。
走査条件設定部４７は、クロストーク判定部４６から入力された判定結果に基づいて、本格的な撮像の際に送信される超音波ビームの走査条件を発火タイミングコントローラ４５に対して再設定する。図１０の（ｃ）に示すように、走査条件設定部４７は、ｘ１及びｘ２を含む方向に超音波ビームを送信する際に、超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４を同時に送信し、これらの送信時刻のΔｔ時間後に超音波ビームＴＸ２を送信するように、送信タイミングを設定する。
【００６１】
次に、ステップＳ３において、本格的な撮像を行う。即ち、複数のパルサ回路３２は、走査条件設定部４７によって走査条件が再設定された発火タイミングコントローラ４５の制御に従って、複数のパルサ回路３２にそれぞれ接続されている複数の超音波トランスデューサ３１に駆動信号を出力する。これにより、時刻ｔ0に、複数の超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４がｘ１、ｘ３、ｘ４方向に向けて送信され、そのΔｔ時間後である時刻ｔ0＋Δｔに、超音波ビームＴＸ２がｘ２方向に向けて送信される。
【００６２】
マルチビーム送信された複数の超音波ビームは、被検体内においてそれぞれ反射され、それによって生じた超音波エコーが超音波用探触子３０に受信される。超音波用探触子３０に含まれる複数の超音波トランスデューサ３１は、受信した超音波エコーに基づいて複数の検出信号をそれぞれ出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３４にそれぞれ入力され、ステップＳ１におけるものと同様の信号処理を施され、メモリ４１で一旦記憶された後、位相整合演算部４２の各系統に並列に入力される。
【００６３】
位相整合演算部４２は、入力された一連の検出データに基づいて、ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４方向から戻ってきた超音波エコーがそれぞれ受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを行うことにより、送信ビームにそれぞれ対応する検出データを生成する。これにより、図１０の（ｃ）に示すように、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出データと、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出データとが分離して取得される。
【００６４】
位相整合演算部４２において受信ビームフォーミングを施された検出データは、表示画像演算部４３において検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施され、さらに、画像データの走査フォーマットが変換される。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部４３は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、３次元画像の表示を行う演算も行う。表示画像演算部４３の演算処理結果は、画像表示部５０でアナログ信号に変換した後に画像表示される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、事前撮像の結果に基づいて、超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を再設定するので、隣接する複数の領域において反射されて生じた超音波エコーの検出信号を分離することができ、クロストークの影響が抑制された良質な画像データをマルチビーム送信によって高速に取得することができる。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法について、図１１を参照しながら説明する。本実施形態に係る超音波撮像方法は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法における走査条件の再設定方法を変更したものである。その他の構成については、図８に示す超音波撮像方法と同様である。また、図１１の（ａ）は、被検体の３次元領域に向けて超音波ビームが送信される様子を示し、図１１の（ｂ）は、深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックＰ１〜Ｐ４を示し、図１１の（ｃ）は、エコー信号のタイムチャートを示している。
【００６７】
本実施形態において、図９の（ａ）に示すように、隣接する方向ｘ１、ｘ２の送信ビームの送信点からの距離がほぼ等しい位置に反射源ＯＢ１、ＯＢ２がそれぞれ存在する場合には、次のように走査条件の再設定を行う。即ち、図１１の（ａ）及び（ｃ）に示すように、走査条件設定部４７は、超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４を同時に送信し、そのΔｔ時間後に超音波ビームＴＸ２が送信されるように、送信タイミングを設定する。また、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波ビームＴＸ２については、反射源ＯＢ２が存在するｘ２方向をスキップして先にｘ２’方向にビーム送信し、その後でｘ２方向にビーム送信されるように、送信方向の順序を入れ替える設定を行う。これにより、発火タイミングコントローラ４５に、複数の超音波ビームＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の走査条件が再設定される。
【００６８】
ここで、連続的に超音波パルスを発生させる場合や、発生した超音波の尾引きが長い場合には、ｘ１方向及びｘ２方向に向けてそれぞれ送信される超音波ビームの送信タイミングをずらしても、反射源ＯＢ１に反射されて生じたエコーと、反射源ＯＢ２に反射されて生じたエコーとの一部が重なってしまうことがある。そのため、本実施形態においては、これらの超音波ビームの送信タイミングをずらすと共に、送信方向の順序を入れ替えて走査方向を変更することにより、超音波エコー間のクロストークを低減している。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、超音波ビームの送信タイミングと走査方向とを含む走査条件を再設定することにより、隣接する複数の領域において反射された生じた超音波エコーを分離して受信することができるので、クロストークの影響が抑制された良質な画像データを取得することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検体を複数のブロックに分けて複数の超音波ビームによってそれぞれ走査させる際に、複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を個別に設定することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。また、本発明によれば、事前撮像の結果に基づいて設定された走査条件に基づいてマルチビーム送信を行うことにより、隣接する複数の領域の間におけるクロストークの影響が抑制された良質な画像データを高速に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】心尖部より心臓を撮像したときの１つのセクタ走査面における心臓の断面像を示す図である。
【図３】心尖部より心臓を撮像したときの同一深度の画像領域に含まれる複数のブロックと、これらのブロックの各々を超音波ビームによって走査する方向を示す図である。
【図４】走査条件設定部によって行われる別の走査条件設定方法について説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査における心臓の断面像上の複数の超音波ビームを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査のタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 送信ビームフォーマ
１１ 送信遅延コントロール部
１２、３２ パルサ回路
１３、３０ 超音波用探触子
１４、３１ 超音波トランスデューサ
１５ 増幅器
１６ 受信遅延コントロール部
１７、４０ システム制御部
１８ Ｌｏｇ圧縮回路
１９ ＳＴＣ回路
２０ 検波回路
２１、３７ Ａ／Ｄコンバータ
２２ａ 事前撮像用メモリ
２２ｂ メモリ
２３ ３次元画像構成部
２４ ＤＳＣ
２５ Ｄ／Ａコンバータ
２６、５０ 画像表示部
２７ 走査条件設定部
３４ レシーバ
３５ プリアンプ
３６ ＴＧＣ増幅器
４１ メモリ
４２ 位相整合演算部
４３ 表示画像演算部
４５ 発火タイミングコントローラ
４６ クロストーク判定部
４７ 走査条件設定部
１１１ 遅延時間格納メモリ
１１２ ラッチ回路及びディジタルコンパレータ
１１３ カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用の超音波診断装置や工業用の探傷装置等として用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波を合波して形成される超音波ビームによって被検体を走査させることにより、被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体の２次元又は３次元領域における超音波画像が再現される。このような超音波ビームを用いた走査方法の１つとして、被検体の扇状の２次元領域を角度方向に走査する、いわゆるセクタ走査が知られている。
【０００３】
セクタ走査は、本来、人体の肋間から心臓を観察するための手法として開発されたものである。一般的に、セクタ走査においては、送信点から被検体の深さ方向に延びる超音波ビームが被検体内に扇状に順次送信され、この超音波ビームによって、被検体の扇状の２次元領域が等間隔の角度で走査される。ここで、各々の角度において、超音波ビームに沿って被検体の深さ方向に等間隔で分布する複数のサンプリング点に関する画像情報が、一定の時間間隔でサンプリングされる。サンプリングされた画像情報に基づいて得られた２次元又は３次元の超音波画像は、心臓については断層心エコー図と呼ばれている。
【０００４】
近年においては、より高いサンプリングレートで超音波画像を得ることが検討されている。例えば、下記の特許文献１には、収集データ点数の減少を招くことなく、データ収集時間を短縮することで、分解能の高い画像を虚像の発生なく得られるようにする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、各超音波用探触子において受信された反射波の減衰度が予め設定された条件に合致すれば、次の送受信順の超音波用探触子の送信動作を開始させると共に、前記条件に合致する減衰度が得られた超音波用探触子の受信動作を中断することにより、データ収集時間が短縮化される。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、リアルタイムで３次元超音波画像を形成するために２次元トランスデューサアレイを用いると共に、同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用した超音波撮像システムにおいて、クロストークを除去する幾つかの技術が開示されている。クロストークを除去する技術としては、超音波ビームをコード化して送信したり、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信したり、超音波ビームの送信方向を離したり、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いることが挙げられている。
【０００６】
しかしながら、超音波ビームをコード化しても、同時に送受信される超音波ビームの数が増加すると、コードにより超音波ビームを識別することが困難になる。また、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信しようとしても、生体内においては隣接ビームのサイドローブが完全にゼロとはならない。一方、超音波ビームの送信方向を離す場合には、同時に多数の超音波ビームを送受信することが困難である。また、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いる場合には、超音波トランスデューサの周波数帯域に限界があるため、同時に送受信される超音波ビームの数が制限される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９５９７号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】
米国特許第６，１７９，７８０号明細書（アブストラクト、図７−図１０）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、高いサンプリングレートで超音波画像を得るために同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用しつつ、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定手段と、走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１０】
また、本発明の第１の観点に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させるステップ（ｂ）と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）とを具備する。
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、被検体を複数のブロックに分けて複数の超音波ビームによってそれぞれ走査させる際に、複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を個別に設定することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、事前撮像により得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定する走査条件設定手段と、該走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段とを具備する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、１つの超音波ビームを用いて被検体を走査させることにより事前撮像を行って検出信号を得るステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定すると共に、その判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において設定された走査条件に従って、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させるステップ（ｃ）と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｄ）とを具備する。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、事前撮像によって得られた検出信号に基づいてクロストークが生じる原因となる反射源が存在するか否かを判定し、その判定結果に基づいて、複数の超音波ビームを送信するタイミングや、走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定するので、隣接する複数の領域の間におけるクロストークの影響が低減された画像データを取得することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診察用の超音波診断装置や工業用の探傷装置として用いられる。
【００１６】
図１に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１３を含んでいる。超音波用探触子１３は、２次元状に配置されて２次元トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１４を備えている。超音波トランスデューサ１４としては、例えば、ＰＺＴ（Pb(lead)zirconate titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック圧電材やＰＶＤＦ（polyvinyl difluoride：ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材を材料とする圧電素子を用いることができる。本実施形態においては、１つの超音波トランスデューサが超音波の送信と受信の両方に用いられるが、超音波の送信と受信のために別々の超音波トランスデューサを備えるようにしても良い。
【００１７】
超音波の送信時において、それぞれの超音波トランスデューサの駆動における遅延時間は、超音波ビームの偏向方向を反映する１フレーム中の送信回数ｉと、超音波トランスデューサのチャンネル番号ｃｈとの組合せ（ｉ，ｃｈ）によって決まる。従って、図１に示す送信ビームフォーマ１０は、１フレーム中における送信回数ｉ及び超音波トランスデューサのチャンネル番号ｃｈをアドレスとして、それぞれの超音波トランスデューサを駆動するために用いる遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）を、送信遅延コントロール部１１の遅延時間格納メモリ１１１に格納しておく。超音波ビームの送信時において、これらの遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）は、送信ビームフォーマ１０から供給されるアドレスに基づいて読み出される。
【００１８】
さらに、送信遅延コントロール部１１は、ラッチ回路及びディジタルコンパレータ１１２と、カウンタ１１３とを含んでいる。カウンタ１１３は、各フレームの初期においてリセット信号によってリセットされた後、システム制御部１７から供給される送信マスタークロック信号をカウントする。ラッチ回路及びディジタルコンパレータ１１２は、遅延時間格納メモリ１から読み出されたデータとカウンタ３が出力するカウント値とが一致すると、パルサ回路１２に発火信号を出力する。
【００１９】
このようにして、送信遅延コントロール部１１は、送信ビームフォーマ１０が発生するアドレスに基づいて定められる遅延時間を有する複数の発火信号を、複数のパルサ回路１２にそれぞれ供給する。複数のパルサ回路１２は、供給された発火信号に従って、複数の駆動信号を超音波用探触子１３に出力する。超音波用探触子１３に含まれる複数の超音波トランスデューサ１４は、対応するパルサ回路１２から出力された駆動信号に基づいて超音波パルスを発生する。これにより、遅延時間τ（ｉ，ｃｈ）に対応した位相差を有する超音波パルスを複数の超音波トランスデューサから被検体に送信し、これらの超音波パルスの合波によって形成される超音波ビームを所望の方向に偏向することができる。
【００２０】
ここで、複数の超音波パルスの合波により、異なる方向に延びる複数の超音波ビームを短い時間内に次々と形成する必要がある。そのため、パルサ回路１２としては、高い繰り返し周期で駆動信号を出力できる高速パルサ回路が好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、マルチビーム方式を前提としており、被検体に複数のブロックを設定し、これらのブロック毎に複数の異なる超音波ビームを用いて被検体を走査する。マルチビーム方式においてクロストークが問題となるのは、１つの方向に送信された第１の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第２の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合である。従って、第１の超音波ビームと同一のタイミングで第２の超音波ビームを反射する反射源が存在しない場合には、クロストークも存在しないことになる。
【００２２】
そこで、図１に示す超音波撮像装置においては、それぞれの超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定部２７が設けられている。走査条件の設定は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行い、その結果得られた画像情報に基づいて行うことができる。本実施形態においては、２次元トランスデューサアレイを用いており、被検体を複数の方向に走査できるので、複数の方向において隣接する複数のブロック間におけるクロストーク低減を最優先とし、ブロックの間隔が離れるに従って優先順位を落している。
【００２３】
走査条件を設定するための他のやり方としては、予め撮影部位及び／又はその部位の撮影方向に応じて最良の走査条件を求めてＲＯＭ等に保存しておき、撮影に際して部位情報を入力することにより、入力された部位情報に基づいてＲＯＭ等から走査条件を読み出して設定しても良い。あるいは、複数の走査条件を用意しておき、オペレータがパネルのスイッチ等を用いて切り換えるようにしても良い。
【００２４】
システム制御部１７は、走査条件設定部２７において設定された走査条件に従って被検体を走査するように、送信ビームフォーマ１０及び送信遅延コントロール部１１を制御する。この制御により駆動信号の遅延時間が定められ、超音波ビームのフォーカシング及びステアリングが行われる。その結果、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波パルスの合波によって形成される超音波ビームによって、所望の走査開始角度から所望の走査方向に被検体を走査することが可能となる。
【００２５】
一方、超音波の受信時において、複数の超音波トランスデューサ１４から出力された検出信号は、それぞれに対応する複数の前置増幅器１５によって増幅された後、受信遅延コントロール部１６に入力される。受信遅延コントロール部１６は、システム制御部１７の制御の下で、増幅された検出信号に所望の遅延を与えて加算する。これにより、超音波用探触子１３に含まれる複数の超音波トランスデューサ１４を用いてそれぞれ得られた複数の検出信号における位相の整合が行われる。
【００２６】
受信遅延コントロール部１６の出力信号は、Ｌｏｇ圧縮回路１８によって対数圧縮され、さらに、ＳＴＣ（sensitivity time gain control：感度時間利得制御）回路１９によって、深部検出における検出信号の減衰の補正が行われる。また、検波回路２０によって、検出波形の検波が行われる。検波回路２０から出力された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２１においてディジタル信号（検出データ）に変換され、メモリ２２ｂに一旦記憶される。なお、事前撮像においては、検出データが事前撮像用メモリ２２ａに記憶され、走査条件設定部２７における走査条件の設定に用いられる。走査条件設定部２７においては、被写体の境界面が検知され、クロストークを低減させる走査条件が求められる。
【００２７】
さらに、ＤＳＣ（digital scan convertor：ディジタルスキャンコンバータ）２４において走査フォーマットの変換を行うことにより、超音波ビームの走査空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。なお、３次元画像の表示を行う場合には、メモリ２２ｂとＤＳＣ２４との間に３次元画像構成部２３を組み込んでも良い。３次元画像構成部２３は、メモリ２２ｂに蓄積された複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータ（voxel データ）を生成する。ＤＳＣ２４によって走査フォーマットが変換された画像データは、Ｄ／Ａコンバータ２５においてアナログ信号に変換され、画像表示部２６に表示される。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法について説明する。ここでは、人体内の心臓を撮影する場合を例として説明する。
本実施形態においては、システム制御部１７の制御の下で、本格的な撮像に先立って、少なくとも１つの超音波ビームによって心臓を走査させることにより事前撮像を行う。この事前撮像においては、例えばセクタ走査により心臓周辺の画像を粗く撮影して、これにより得られた検出データを事前撮像用メモリ２２ａに記憶しておく。走査条件設定部２７は、事前撮像により得られた検出データに基づいて、心臓周辺の複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査条件を個別に設定する。これに基づいて、システム制御部１７は、マルチビーム方式による本格的な撮像を行うように各部を制御する。
【００２９】
図２は、心尖部より心臓を撮像したときの１つのセクタ走査面ＯＱＱ′における心臓の断面像を示している。ここで、線分ＰＰ’を含む深度Ｐ（＝Ｐ’）の面における超音波の反射に基づいて走査条件を設定する場合について、以下に説明する。
【００３０】
図３は、心尖部より心臓を撮像したときの深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックを示している。この画像領域は、４つの行Ａ〜Ｄと４つの列１〜４に分割されており、１６個のブロックＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４を含んでいる。本実施形態においては、このような１６個のブロックに対して、１６本の超音波ビームがそれぞれ送信される。これらの各ブロックに示される「×」印は、各ブロックにおける走査開始位置を表し、「×」から描き始められている矢印は、各ブロックにおける超音波ビームの走査方向を表している。
【００３１】
図３の（ａ）には、走査条件設定部２７によって初期設定されている走査条件が示されている。初期段階において、各ブロックは、同じ位置から同じ方向に向けて走査されるように設定されている。例えば、図３の（ａ）において、各ブロックは、左上から右下に向けて１行ずつ走査される。
【００３２】
ここで、例えば、ブロックＢ２及びＢ３には、共に、走査開始直後（「×」印の付近）の送信方向に反射源が存在する。これらの反射源に超音波ビームが同時に反射されると、それによって生じた超音波エコーが同時に受信され、クロストークが増加してしまう。
【００３３】
そのため、走査条件設定部２７は、複数の方向において隣接する複数のブロックにおいて同時に複数の超音波ビームが反射されないように、１６本の超音波ビームの走査条件をブロックごとに再設定する。例えば、走査条件設定部２７は、図３の（ｂ）に示すように、ブロックＢ３について、「×」印で示すブロック内の下方の領域から走査が開始されるように走査条件を設定する。これにより、隣接するブロック（例えば、ブロックＢ２とＢ３）の間において同時に超音波ビームが反射されることがなくなるので、クロストークを抑制することができる。
【００３４】
或いは、走査条件設定部２７は、走査開始位置を変更する替わりに、走査方向を変更するようにしても良いし、走査開始位置と走査方向との両方を変更するようにしても良い。例えば、図３の（ｃ）に示すように、各ブロックにおける送信開始位置と走査方向との両方を再設定することにより、隣接するブロックの間において同時に超音波ビームが反射されるのを、より正確に避けることができる。
【００３５】
また、走査条件設定部２７は、各ブロックに向けて送信される超音波ビームの送信方向の順序を入れ替えるようにしても良い。図４の（ａ）は、図３の（ａ）に示す各ブロックに対して初期設定されている走査条件を詳しく示している。即ち、図４の（ａ）において、丸数字の位置は超音波ビームが照射されるビームスポットを表し、丸数字はそのビームスポットに超音波ビームが照射される順序を表している。初期設定されている走査条件の下では、各ブロックは、丸数字の位置及び順序に従って、左上から右下に向かって走査される。
【００３６】
ここで、例えば、図４の（ｂ）に示すように、ブロックＣ３及びＣ４に注目すると、これらのブロックの左上の領域には反射源が存在している。そのため、初期設定のままこれらのブロックを走査すると、走査開始直後に、複数の超音波ビームがこれらのブロックからそれぞれ同時に反射されてしまう。その場合に、走査条件設定部２７は、例えば、ブロックＣ４において１、２回目に照射されるビームスポットの位置が入れ替わるように、超音波ビームの送信方向を変更する。これにより、ブロックＣ３及びＣ４において同時に超音波ビームが反射されることがなくなるので、クロストークの発生を抑制することができる。
以上においては、深度Ｐの画像領域におけるクロストークに注目したが、複数の深度の画像領域におけるクロストークを総合的に低減するように走査条件を設定しても良い。
【００３７】
図５は、本実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査における心臓の断面像上の複数の超音波ビームを示す図であり、図６は、本実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査のタイムチャートである。図５及び図６においては、１本の超音波ビームによって線分ＯＱ1、ＯＱ2、・・・に沿って被検体を走査すると共に、他の超音波ビームによって線分ＯＱi、ＯＱi+1、・・・に沿って被検体を走査する場合を示している。
【００３８】
図６において、縦軸はエコー強度、横軸は時間（深さ）を表している。また、「ＰＲＴ」は、１回の超音波ビームの送信において必要となる測定時間、即ち、超音波ビームを送信してから、この超音波ビームが最大深度で反射することによって生じた超音波エコーが受信されるまでの時間を表している。
【００３９】
マルチビーム方式によれば、線分ＯＱ1、ＯＱ2、・・・に沿った超音波ビームの送信と、線分ＯＱi、ＯＱi+1、・・・に沿った超音波ビームの送信とを同時に行うので、超音波ビームの走査に要する時間を短縮することができる。さらに、本実施形態においては、図６のエコー信号のタイムチャートに示したように、超音波ビーム１と超音波ビーム２のエコー信号が重ならないように超音波ビームの方向を設定しているため、近接した複数の方向から同時に超音波エコーを受信することによるクロストークの影響を低減できるので、クロストークの少ないリアルタイムの３次元超音波画像を得ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子３０を有している。超音波用探触子３０は、超音波の送受信機能を有する複数個（Ｎ×Ｎ＝Ｎ2個）の超音波トランスデューサ３１を含む、いわゆる２次元トランスデューサアレイである。超音波用探触子３０においては、複数の超音波トランスデューサ３１が、例えば、Ｎ行Ｎ列の２次元マトリックスに配列されている。超音波トランスデューサ３１としては、例えば、ＰＺＴやＰＶＤＦを材料とする圧電素子が用いられる。
【００４１】
あるいは、このような圧電素子を超音波の送信素子として用い、微細な光ファイバーの先端にそれぞれ形成されたファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）又はファイバーブラッググレーティング等を超音波の受信素子として用い、これらを組み合わせて超音波用探触子３０を構成しても良い。なお、本実施形態においては２次元トランスデューサアレイを用いているが、これ以外に、１次元、又は、１．５次元等のトランスデューサアレイを用いても良い。
【００４２】
Ｎ2個の超音波トランスデューサ３１には、Ｎ2個のパルサ回路３２、及び、レシーバ３４がそれぞれ接続されている。
各パルサ回路３２は、発火タイミングコントローラ４５の出力信号に基づいて励振して、超音波用探触子３０の対応する超音波トランスデューサ３１に駆動信号を出力する。各超音波トランスデューサ３１は、パルサ回路３２から入力された駆動信号に基づいて超音波パルスを被検体に送信し、被検体から反射された超音波パルスを受信して検出信号を出力する。これらのパルサ回路としては、高い繰り返し周期（例えば、３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ）で連続的に駆動信号を出力できる高速パルサ回路を用いることが望ましい。
【００４３】
各レシーバ３４は、プリアンプ３５、ＴＧＣ（time gain compensation：時間利得補償）増幅器３６及びＡ／Ｄコンバータ３７を備えている。各超音波トランスデューサ３１から出力された検出信号は、対応するレシーバ３４に含まれるプリアンプ３５及びＴＧＣ増幅器３６においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄコンバータ３７の入力信号レベルに整合される。ＴＧＣ増幅器３６から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によってそれぞれディジタル信号（データ）に変換される。
【００４４】
また、この超音波撮像装置は、システム制御部４０と、メモリ４１と、位相整合演算部４２と、表示画像演算部４３と、発火タイミングコントローラ４５と、クロストーク判定部４６と、走査条件設定部４７とを含んでいる。システム制御部４０は、この超音波撮像装置の各部を制御している。
【００４５】
発火タイミングコントローラ４５には、各パルサ回路３２が接続されている。発火タイミングコントローラ４５は、各パルサ回路３２を励振するための信号を出力する。本実施形態においては、発火タイミングコントローラ４５は、電子回路によって構成されているが、パターンジェネレータ等によって構成されても良い。発火タイミングコントローラ４５の制御により、超音波用探触子３０から送信された超音波ビームの最大撮像深度からのエコーの到達時間内に、複数方向に向けて超音波ビームを送信するための発火タイミングの管理が可能となる。
【００４６】
メモリ４１には、各レシーバ３４が接続されている。メモリ４１は、各レシーバ３４のＡ／Ｄコンバータ３７から出力された検出データを一時記憶する。
位相整合演算部４２は、メモリ４１に記憶されている検出データの位相を整合するために演算処理を行う。位相整合演算部４２は、図１においては１個のブロックで示されているが、送信ビームの数に対応して複数の系統が設けられている。位相整合演算部４２の各系統は、シフトレジスタ遅延線、ディジタル微小遅延器、若しくは、ＣＰＵ（central processing unit：中央演算装置）とソフトウエア、又は、これらの組み合わせによって構成されている。
【００４７】
ここで、位相整合演算部４２による受信ビームフォーミングは次のように行われる。位相整合演算部４２の各系統は、各超音波トランスデューサ３１から出力される検出信号に基づいて得られた一連の検出データに所定の遅延を与える。これにより、複数の超音波トランスデューサ３１を用いて得られた複数の検出データの位相が整合される。さらに、位相整合演算部４２は、これらの検出データをディジタル加算する。このように、複数の系統を有する位相整合演算部４２を用いることにより、被検体内の複数の方向に関する受信フォーカスを同時に達成することができる。
【００４８】
表示画像演算部４３は、位相整合演算部４２から出力されたデータに対して、検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施し、さらに、走査フォーマットの変換を行う。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部４３は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、３次元画像の表示を行うための演算を行う。
【００４９】
表示画像演算部４３は、画像表示部５０に接続されている。画像表示部５０は、表示画像演算部４３で走査フォーマットが変換された画像データを、Ｄ／Ａ変換によってアナログ信号に変換し、これらの信号に基づいて画像を表示する。
【００５０】
ここで、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、マルチビーム方式を前提としている。そのため、先に述べたように、１つの方向に送信された第１の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第２の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合にクロストークが問題となり、特に、１つの方向と他の方向とが隣接している場合に、クロストークの影響が大きくなる。
【００５１】
そのため、図７に示すように、本実施形態に係る超音波撮像装置には、クロストーク判定部４６及び走査条件設定部４７が設けられている。
クロストーク判定部４６は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行った場合に、その結果得られた画像情報に基づいて、隣接する領域にクロストークの原因となる反射源が存在しているか否かを判定する。
また、走査条件設定部４７は、クロストーク判定部４６の判定結果に基づいて、送信される超音波の送信タイミングや送信方向を含む走査条件を設定する。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法について、図７〜図１０を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。また、図９及び図１０は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【００５３】
図９の（ａ）及び図１０の（ａ）は、被検体の３次元領域に向けて超音波ビームが送信される様子を示しており、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の軌跡を表している。また、図９の（ｂ）及び図１０の（ｂ）は、深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックＰ１〜Ｐ４を示しており、丸印は、複数のブロックＰ１〜Ｐ４を走査する超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４のビームスポットを表し、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の走査方向を表している。ここで、図９の（ａ）、（ｂ）及び図１０の（ａ）、（ｂ）において、黒丸印は深度Ｐの画像領域に存在する反射源ＯＢ１及びＯＢ２を表している。さらに、図９の（ｃ）及び図１０の（ｃ）は、送信された超音波ビームに対応して取得されたエコー信号のタイムチャートを示している。
【００５４】
図８に示すように、まず、ステップＳ１において、図９の（ａ）に示すように、被検体内の３次元領域を構成する１つの画像領域を１つの超音波ビームを用いて走査することにより、事前撮像を行う。ここで、事前撮像においては時間がかかっても構わないので、シングルビーム方式によって深度Ｐの画像領域全体を走査する。
【００５５】
複数のパルサ回路３２は、発火タイミングコントローラ４５の制御に従って、複数の駆動信号をそれぞれ出力する。これらの駆動信号により、複数のパルサ回路３２に接続されている複数の超音波トランスデューサ３１がそれぞれ駆動され、複数の超音波パルスが送信される。その際に、Ｎ2個の超音波トランスデューサ３１の全てから超音波パルスを送信してもよいし、これらＮ2個のうちのいくつかに限定して超音波パルスを送信してもよい。
【００５６】
複数の超音波トランスデューサから送信された複数の超音波パルスは、超音波ビームＴＸ１を形成する。この送信ビームＴＸ１は、送信方向に存在する反射源に反射され、超音波用探触子３０に受信される。超音波用探触子３０に含まれる複数の超音波トランスデューサ３１は、受信した超音波エコーに基づいて検出信号を出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３４にそれぞれ入力され、プリアンプ３５及びＴＧＣ増幅器３６においてアナログ処理を施され、Ａ／Ｄコンバータ３７の入力信号レベルに整合される。次に、ＴＧＣ増幅器３６から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によってディジタル信号に変換され、メモリ４１で一旦記憶された後、位相整合演算部４２に入力される。さらに、これらの検出データは、位相整合演算部４２において、受信された超音波エコーが受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを施され、送信ビームに対応する検出データが生成される。
【００５７】
図７に示す超音波撮像装置は、図９の（ｂ）に示すように、超音波ビームの送信方向を変化させながら、深度Ｐの画像領域を走査する。これにより、図９の（ｃ）に示すエコー信号のタイムチャートが得られる。図９の（ｃ）において、ｔ１及びｔ２は、図９の（ａ）に示すｘ１及びｘ２方向の各々に向けて送信された超音波ビームＴＸ１の送信時刻を示している。
このように、複数の方向に送信された送信ビームに基づいて得られた検出データは、クロストーク判定部４６に入力される。
【００５８】
次に、ステップＳ２において、走査条件の再設定を行う。ここで、発火タイミングコントローラ４５には、例えば、図１０の（ａ）に示すように、１回のマルチビーム送信において、θ0及びφ0ずつ離れている超音波ビームＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４が同時に送信されるように、送信タイミング及び送信方向が初期設定されているものとする。
【００５９】
まず、クロストーク判定部４６は、入力された検出データに基づいて、互いに隣接する領域に反射源が存在するか否かを判定する。
例えば、図９の（ｃ）に示すタイムチャートにより、ｘ１方向及びｘ２方向に、反射源ＯＢ１及びＯＢ２がそれぞれ存在していることがわかる。これらの反射源ＯＢ１及びＯＢ２は、超音波ビームを送信してから超音波エコーを受信するまでの時間がほぼ等しいことから、図９の（ａ）に示すように、送信ビームの送信点からの距離がほぼ等しい位置、即ち、深度の等しい画像領域上に存在していることがわかる。このｘ１方向とｘ２方向との間隔が、同時に送信される複数の超音波ビームの送信間隔θ0やφ0にほぼ等しい場合に、ｘ１方向及びｘ２方向に向けて同時に超音波ビームを送信すると、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出信号と、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出信号とが重なって検出されてしまう。
【００６０】
そのような場合に、クロストーク判定部４６は、ｘ１方向とｘ２方向との間でクロストークが生じるものと判断し、その結果を走査条件設定部４７に入力する。
走査条件設定部４７は、クロストーク判定部４６から入力された判定結果に基づいて、本格的な撮像の際に送信される超音波ビームの走査条件を発火タイミングコントローラ４５に対して再設定する。図１０の（ｃ）に示すように、走査条件設定部４７は、ｘ１及びｘ２を含む方向に超音波ビームを送信する際に、超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４を同時に送信し、これらの送信時刻のΔｔ時間後に超音波ビームＴＸ２を送信するように、送信タイミングを設定する。
【００６１】
次に、ステップＳ３において、本格的な撮像を行う。即ち、複数のパルサ回路３２は、走査条件設定部４７によって走査条件が再設定された発火タイミングコントローラ４５の制御に従って、複数のパルサ回路３２にそれぞれ接続されている複数の超音波トランスデューサ３１に駆動信号を出力する。これにより、時刻ｔ0に、複数の超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４がｘ１、ｘ３、ｘ４方向に向けて送信され、そのΔｔ時間後である時刻ｔ0＋Δｔに、超音波ビームＴＸ２がｘ２方向に向けて送信される。
【００６２】
マルチビーム送信された複数の超音波ビームは、被検体内においてそれぞれ反射され、それによって生じた超音波エコーが超音波用探触子３０に受信される。超音波用探触子３０に含まれる複数の超音波トランスデューサ３１は、受信した超音波エコーに基づいて複数の検出信号をそれぞれ出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３４にそれぞれ入力され、ステップＳ１におけるものと同様の信号処理を施され、メモリ４１で一旦記憶された後、位相整合演算部４２の各系統に並列に入力される。
【００６３】
位相整合演算部４２は、入力された一連の検出データに基づいて、ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４方向から戻ってきた超音波エコーがそれぞれ受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを行うことにより、送信ビームにそれぞれ対応する検出データを生成する。これにより、図１０の（ｃ）に示すように、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出データと、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出データとが分離して取得される。
【００６４】
位相整合演算部４２において受信ビームフォーミングを施された検出データは、表示画像演算部４３において検出波形の検波や、画像データへの変換や、所定の画像処理を施され、さらに、画像データの走査フォーマットが変換される。これにより、音線データ空間の画像データが物理空間の画像データに変換される。さらに、表示画像演算部４３は、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータを生成し、３次元画像の表示を行う演算も行う。表示画像演算部４３の演算処理結果は、画像表示部５０でアナログ信号に変換した後に画像表示される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、事前撮像の結果に基づいて、超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を再設定するので、隣接する複数の領域において反射されて生じた超音波エコーの検出信号を分離することができ、クロストークの影響が抑制された良質な画像データをマルチビーム送信によって高速に取得することができる。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法について、図１１を参照しながら説明する。本実施形態に係る超音波撮像方法は、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法における走査条件の再設定方法を変更したものである。その他の構成については、図８に示す超音波撮像方法と同様である。また、図１１の（ａ）は、被検体の３次元領域に向けて超音波ビームが送信される様子を示し、図１１の（ｂ）は、深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックＰ１〜Ｐ４を示し、図１１の（ｃ）は、エコー信号のタイムチャートを示している。
【００６７】
本実施形態において、図９の（ａ）に示すように、隣接する方向ｘ１、ｘ２の送信ビームの送信点からの距離がほぼ等しい位置に反射源ＯＢ１、ＯＢ２がそれぞれ存在する場合には、次のように走査条件の再設定を行う。即ち、図１１の（ａ）及び（ｃ）に示すように、走査条件設定部４７は、超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４を同時に送信し、そのΔｔ時間後に超音波ビームＴＸ２が送信されるように、送信タイミングを設定する。また、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波ビームＴＸ２については、反射源ＯＢ２が存在するｘ２方向をスキップして先にｘ２’方向にビーム送信し、その後でｘ２方向にビーム送信されるように、送信方向の順序を入れ替える設定を行う。これにより、発火タイミングコントローラ４５に、複数の超音波ビームＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の走査条件が再設定される。
【００６８】
ここで、連続的に超音波パルスを発生させる場合や、発生した超音波の尾引きが長い場合には、ｘ１方向及びｘ２方向に向けてそれぞれ送信される超音波ビームの送信タイミングをずらしても、反射源ＯＢ１に反射されて生じたエコーと、反射源ＯＢ２に反射されて生じたエコーとの一部が重なってしまうことがある。そのため、本実施形態においては、これらの超音波ビームの送信タイミングをずらすと共に、送信方向の順序を入れ替えて走査方向を変更することにより、超音波エコー間のクロストークを低減している。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、超音波ビームの送信タイミングと走査方向とを含む走査条件を再設定することにより、隣接する複数の領域において反射された生じた超音波エコーを分離して受信することができるので、クロストークの影響が抑制された良質な画像データを取得することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検体を複数のブロックに分けて複数の超音波ビームによってそれぞれ走査させる際に、複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を個別に設定することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。また、本発明によれば、事前撮像の結果に基づいて設定された走査条件に基づいてマルチビーム送信を行うことにより、隣接する複数の領域の間におけるクロストークの影響が抑制された良質な画像データを高速に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】心尖部より心臓を撮像したときの１つのセクタ走査面における心臓の断面像を示す図である。
【図３】心尖部より心臓を撮像したときの同一深度の画像領域に含まれる複数のブロックと、これらのブロックの各々を超音波ビームによって走査する方向を示す図である。
【図４】走査条件設定部によって行われる別の走査条件設定方法について説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査における心臓の断面像上の複数の超音波ビームを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置を用いた心臓の走査のタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 送信ビームフォーマ
１１ 送信遅延コントロール部
１２、３２ パルサ回路
１３、３０ 超音波用探触子
１４、３１ 超音波トランスデューサ
１５ 増幅器
１６ 受信遅延コントロール部
１７、４０ システム制御部
１８ Ｌｏｇ圧縮回路
１９ ＳＴＣ回路
２０ 検波回路
２１、３７ Ａ／Ｄコンバータ
２２ａ 事前撮像用メモリ
２２ｂ メモリ
２３ ３次元画像構成部
２４ ＤＳＣ
２５ Ｄ／Ａコンバータ
２６、５０ 画像表示部
２７ 走査条件設定部
３４ レシーバ
３５ プリアンプ
３６ ＴＧＣ増幅器
４１ メモリ
４２ 位相整合演算部
４３ 表示画像演算部
４５ 発火タイミングコントローラ
４６ クロストーク判定部
４７ 走査条件設定部
１１１ 遅延時間格納メモリ
１１２ ラッチ回路及びディジタルコンパレータ
１１３ カウンタ
Claims (9)
- 超音波撮像装置であって、
複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する走査条件設定手段と、
前記走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段と、
を具備する超音波撮像装置。 - 前記走査条件設定手段が、事前撮像により得られた検出信号に基づいて、前記複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査条件を個別に設定する、請求項１記載の超音波撮像装置。
- 前記超音波用探触子が、２次元状に配置された複数の超音波トランスデューサを含み、
前記走査条件設定手段が、複数の方向において隣接する複数のブロックにおける事前撮像により得られた検出信号に基づいて、前記複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査条件を個別に設定する、
請求項１又は２記載の超音波撮像装置。 - 超音波撮像装置であって、
複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
事前撮像により得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定する走査条件設定手段と、
前記走査条件設定手段によって設定された走査条件に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させる送信側信号処理手段と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側信号処理手段と、
を具備する超音波撮像装置。 - 前記走査条件設定手段が、複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定する、請求項４記載の超音波撮像装置。
- 複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
被検体の複数のブロックをそれぞれ走査する複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において設定された走査条件に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数のブロックをそれぞれ走査させるステップ（ｂ）と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｃ）と、
を具備する超音波撮像方法。 - ステップ（ｂ）における走査に先立って、少なくとも１つの超音波ビームによって被検体を走査させることにより、事前撮像を行うステップ（ｄ）をさらに具備し、
ステップ（ａ）が、ステップ（ｄ）における事前撮像により得られた検出信号に基づいて、前記複数のブロックにおける複数の超音波ビームの走査条件を個別に設定することを含む、請求項６記載の超音波撮像方法。 - 複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
１つの超音波ビームを用いて被検体を走査させることにより事前撮像を行って検出信号を得るステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定すると共に、その判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定するステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において設定された走査条件に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させるステップ（ｃ）と、
超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ（ｄ）と、
を具備する超音波撮像方法。 - ステップ（ｂ）が、複数の超音波ビームの走査開始角度又は走査方向を含む走査条件を個別に設定することを含む、請求項８記載の超音波撮像方法。
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