JP2006223736A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる送信方向に放射された超音波の反射波を所定の受信方向において時系列的に受信して得られた複数のドプラ信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する際のスペクトラムの拡張化による計測精度の劣化を低減する。
【解決手段】 複数方向からの超音波を並列同時受信する際に、システム制御部８は、送受信部２を制御し送信方向及び隣接した複数の受信方向を順次移動させながら並列同時受信を行なう。そして、データ生成部３は、前記並列同時受信によって所定の受信方向から時系列的に得られた受信信号の各々から検出した複数のドプラ信号に基づいてカラードプラ画像データの生成を行なう際に、移相補正部３３は、送信方向の移動に起因して発生したドプラ信号間の位相誤差を補正データ生成部３４が生成した位相補正データを用いて補正し、補正後のドプラ信号に基づいてカラードプラ画像データの生成を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、複数方向からの超音波反射波を略同時に受信する機能を有した超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動素子（以下、振動素子と呼ぶ。）から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記振動素子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像データが容易に得られるため、臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。

被検体の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波診断において不可欠なものとなっている。

今日、最も普及している電子走査方式の超音波診断装置では、一般に複数個の振動素子を一次元に配列し、これらの振動素子の夫々に対する駆動を高速制御することによって２次元画像データのリアルタイム表示を行なっている。

カラードプラ法は、超音波パルスにより生体内の所定断面を走査し、血液（血球）などの移動する反射体に対して超音波が照射された場合に、上記反射体の速度（血流速度）に対応して生ずるドプラ周波数偏移を捉えて画像化を行なうものである。このカラードプラ法は、当初、血流速度の速い心腔内血流情報の画像化に用いられたが、腹部臓器の組織血流など極めて遅い血流の画像化に対しても適用が可能となってきている。

カラードプラ法における診断能を高めるためには、優れた計測精度（低流速検出能及び高流速検出能）や時間分解能、更には、空間分解能が要求される。

移動している反射体に対して超音波パルスを照射し、その反射波のドプラ周波数偏移から反射体の移動速度を計測する場合、従来は、この反射体に対して超音波による送受信を所定の送受信間隔（レート周期）Ｔｒで複数回（Ｌ回）繰り返して行ない、観測時間Ｔobs（Ｔobs＝Ｔｒ・Ｌ）で得られた一連の反射波に基づいてその移動速度を計測している。

この場合、低流速の反射体に対する検出能（低流速検出能：測定可能な流速の下限値）Ｖminは、上記Ｌ回の超音波送受信（以下、送受信と呼ぶ。）によって得られる一連の反射波の中からドプラ成分を検出するために用いられるフィルタ（例えば、ＭＴＩフィルタ）の特性、即ち、フィルタのカットオフ周波数と肩特性で決定され、このときのＶminは、送受信繰り返し周波数（レート周波数）をｆｒ（ｆｒ＝１／Ｔｒ）とすれば、次式（１）で示される。

一方、測定可能な流速の上限値（高流速検出能）Ｖmaxは、送受信繰り返し周波数（レート周波数）ｆｒの１／２で定義されるナイキスト周波数によって決定され、次式（２）によって示される。但し、Ｃは被検体内の音速値、ｆ０は受信超音波の中心周波数、ξは超音波送受信方向と血流方向のなす角度である。そして、ドプラ周波数偏移が上記ナイキスト周波数を超えた場合には、ドプラ信号の周波数スペクトラムに折り返り現象が発生するため正確な血流速度の計測が不可能となる。

即ち、カラードプラ法における第１の要求項目である低流速検出能Ｖminを向上させるためにはレート周波数ｆｒを低く設定するか、所定方向に対して繰り返し行なう送受信回数Ｌを増加させる必要があり、高流速検出能Ｖmaxを向上させるためには、レート周波数ｆｒを高く設定しなくてはならない。しかしながら、レート周波数ｆｒを高くした場合には、深部からの反射波が受信されないうちに次の超音波が放射されるため、隣接したレート区間の反射波が混入して受信される、所謂残留エコーの問題が生ずる。

又、第２の要求項目であるリアルタイム性は、単位時間当たりの表示画像枚数（フレーム周波数）Ｆｎによって決定され、このフレーム周波数Ｆｎは次式（３）によって示される。但し、ＲＭは、１枚のカラードプラ画像データの生成に必要な走査方向の総数であり、リアルタイム性を向上させるためには、送受信回数Ｌ、あるいは走査方向総数ＲＭを小さく設定しなくてはならない。

更に、第３の要求項目である空間分解能を向上させるためには、上記走査方向総数ＲＭを増加させる必要がある。即ち、フレーム周波数Ｆｎ、低流速検出能Ｖmin及び高流速検出能Ｖmax、空間分解能は相反する関係にあり、これらを同時に満足させることは困難であった。このため、循環器領域における血流計測の場合にはフレーム周波数Ｆｎと高流速検出能Ｖmaxを、又、腹部や末梢臓器における血流計測の場合にはフレーム周波数と低流速検出能Ｖminが重要視されてきた。

このような問題点を解決するために、被検体の所定方向に対して送信超音波を放射し、この送信超音波による反射波（受信超音波）を前記所定方向に隣接した複数方向から略同時に受信して単位時間当たりのデータ量を増大させる所謂並列同時受信法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

図１０は、従来のＮｏ段（Ｎｏ＝４）の並列同時受信法を示したものであり、横軸に示したΔθ間隔のθ１、θ２、θ３、・・・は、超音波の送信あるいは受信が行なわれる方向（角度）を示している。又、縦軸のｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・は、レート周期Ｔｒのレートパルスが発生するタイミングであり、○は送信、●は受信を示している。

即ち、被検体の所定方向θ１、θ３、θ５及びθ７に対し時刻ｔ１乃至ｔ１２のＬ回（Ｌ＝１２）の受信を繰返すことによってドプラ信号を検出する際、送信方向θ４の送信超音波による反射波（受信超音波）を受信方向θ１、θ３、θ５及びθ７から同時に受信し、次いで、時刻ｔ１４乃至ｔ２５において送信方向θ１２の送信超音波による反射波（受信超音波）を受信方向θ９、θ１１、θ１３及びθ１５から同時に受信する。このような動作を繰返すことにより、受信方向からの受信信号に基づいて生成される画像データのリアルタイム性は並列同時受信を行なわない場合と比較して約Ｎｏ倍に改善される。

しかしながら、上述の方法の問題点は、４方向ずつグルーピングされた並列受信群の境界において時相差による不連続が発生することである。即ち、図１０に示した方法によれば、送信方向θ４と受信方向θ１、θ３、θ５及びθ７に対する送受信を時刻ｔ１乃至ｔ１２でＬ（Ｌ＝１２）回繰り返した後、送信方向θ１２と受信方向θ９、θ１１、θ１３及びθ１５、・・・に対する送受信がＬ回づつ繰り返される。このとき、受信方向θ７とθ９、θ１５とθ１７、・・・のように並列受信群の境界において受信方向θ７、θ１５、・・・の残留多重エコー等に起因する不連続が発生し、この不連続は、心臓等のように動きの速い臓器を観測対象とした場合特に顕著となるため、３方向以上の並列同時受信を循環器領域の診断に適用することは困難とされてきた。

このような問題点を解決するための新しい並列同時受信法が提案されている。この方法では、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・において送信方向をθ１、θ２、θ３、・・・に順次移動し、各々の送信方向を中心として隣接した複数の受信方向からの受信信号を同時受信する。このような動作を繰り返すことにより複数方向に対する並列同時受信を連続的に行なうことが可能となり、従って上述のような並列受信群の境界における不連続の発生を避けることが可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
河野俊彦他、循環器用超音波診断装置のハイフレームレート化の検討、日本超音波医学会論文集、５５，７２７（１９８９） 特開２００２−２２４１０７号公報

上述の特許文献１の方法によれば、例えば、時刻ｔ１乃至ｔ１２において夫々の受信方向から得られるＬ個の受信信号に基づいてドプラ信号を検出する際、各々の受信信号に対する送信方向は時刻ｔ１乃至ｔ１２で順次移動するため、固定反射体の場合であっても、この反射体からの受信超音波の位相は変化し、反射体はあたかも移動しているかのように認識される。即ち、上述の位相変化（以下では、位相誤差と呼ぶ。）によってドプラスペクトラムの拡張化現象（ブロードニング）が生ずるため、血流情報に起因する周波数スペクトラム成分に対して心筋等の移動に起因する周波数スペクトラム成分が混入しやすくなり、これらの各成分をフィルタ処理によって分離することが困難となる。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信方向を順次移動しながら並列同時受信を行なう際に、送信方向の移動に伴って発生する受信超音波の位相差を補正することによりリアルタイム性と画質に優れたカラードプラ画像データの生成が可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体の診断対象部位に対して超音波の送受信を行なう振動素子を有した超音波プローブと、前記振動素子を駆動し所定方向の所定領域に対して超音波の送信を行なう送信手段と、前記所定領域からの反射波を複数の受信方向において略同時に受信する受信手段と、前記送信方向と前記複数の受信方向を順次移動させて前記被検体の診断対象部位を走査する送受信方向制御手段と、前記受信手段によって得られた受信信号に対してドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、異なる送信方向から前記所定領域に送信された超音波の反射波を所定の受信方向において時系列的に受信して得られた複数のドプラ信号に対して位相補正を行なう位相補正手段と、位相補正された複数のドプラ信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、送信方向を順次移動しながら並列同時受信を行なう際に、送信方向の移動に伴って発生する受信超音波の位相差を補正することによりドプラ信号の検出能が向上するため、リアルタイム性と画質に優れたカラードプラ画像データの生成が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、複数方向からの超音波を並列同時受信する際に、送信方向及び所定間隔で隣接した複数の受信方向を順次移動させながらＮ（Ｎ＝４）方向に対する並列同時受信を行なう。そして、所定の受信方向に対し時系列的に得られたＬ（Ｌ＝１２）個の受信信号の各々から検出したドプラ信号に基づいて血流情報の計測を行なう際に、送信方向の移動に起因して発生したドプラ信号の位相誤差を予め設定された位相補正データを用いて補正し、補正後のドプラ信号に基づいてカラードプラ画像データの生成を行なう。

尚、本実施例では、振動素子が１次元配列されたセクタ走査用超音波プローブを用い、４段の並列同時受信によって得られた受信信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する場合について述べるが、これに限定されない。

（装置の構成）
以下では、本発明の実施例における超音波診断装置の構成と各ユニットの動作につき図１乃至図７を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図４は、この超音波診断装置を構成する送受信部及びデータ生成部のブロック図である。

図１に示す超音波診断装置１００は、１次元配列されたＭ個の振動素子を備え被検体の所定方向に対して超音波の送受信を行なうセクタ走査用の超音波プローブ１と、Ｍ個の振動素子に対して駆動信号を供給すると共に、これらの振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう送受信部２を備え、更に、送受信部２から得られた受信信号を信号処理してＢモードデータ及びカラードプラデータの生成を行なうデータ生成部３と、このデータ生成部３において時系列的に生成されたＢモードデータ及びカラードプラデータを順次保存して２次元のＢモード画像データやカラードプラ画像データを生成し、得られたこれらの画像データに対して所望の画像処理を行なう画像データ生成・処理部４と、画像処理後のＢモード画像データやカラードプラ画像データの表示を行なう表示部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、送受信部２あるいはデータ生成部３に対して送信超音波の中心周波数とほぼ等しい周波数の連続波あるいは矩形波を発生する基準信号発生部６と、操作者による被検体情報の入力、装置の初期設定、更には各種コマンドの入力等が行なわれる入力部７と、超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部８を備えている。

超音波プローブ１は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行なうものであり、被検体との接触面にはＭ個の振動素子が１次元配列されている。この振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気的なパルスを超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。

次に、図２に示した送受信部２は、Ｍ個の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、この振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、Ｍチャンネルから構成される送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、基準信号発生部６から供給される連続波を分周することによって送信超音波の繰り返し周期（レート周期）Ｔｒを決定するレートパルスを生成する。又、送信遅延回路２１２は、送信超音波を所定距離（深さ）に集束するための集束用遅延時間と所定の送信方向に偏向するための偏向用遅延時間を前記レートパルスに与える。一方、駆動回路２１３は、超音波プローブ１の振動素子を駆動するためのＭチャンネルの駆動信号を前記レートパルスのタイミングに基づいて生成する。

次に、受信部２２は、Ｍチャンネルから構成されるプリアンプ２２１及びＡ／Ｄ変換器２２２と、Ｎチャンネルのビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎを備えている。プリアンプ２２１は、Ｍチャンネルの受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には駆動回路２１３から供給される高電圧の駆動信号から保護するための図示しない保護回路が設けられている。このプリアンプ２２１において所定の大きさに増幅されＡ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換されたＭチャンネルの受信信号は、Ｎ方向の並列同時受信に対応したＮチャンネルのビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎの各々に供給される。

ビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎの各々は、図示しないデジタル遅延回路と加算回路を有し、Ａ／Ｄ変換器２２２においてデジタル信号に変換されたＭチャンネルの受信信号に対して、所定距離（深さ）からの超音波反射波を収束するための収束用遅延時間と所定の受信方向に強い受信指向性をもたせるための偏向用遅延時間を与えた後加算合成（整相加算）する。この場合、受信タイミングに伴って収束領域が深部に順次移動する所謂ダイナミックフォーカスが行なわれ、深さによらずに略均一なビーム幅を有した受信ビームが形成される。

次に、後述するシステム制御部８からの制御信号に基づいて上述の送受信部２が行なう本実施例の並列同時受信法について述べる。図３は、Ｎ（Ｎ＝４）方向に対して並列同時受信を行なう場合を示したものであり、横軸に示したΔθ間隔のθ１、θ２、θ３、・・・は、超音波の送信あるいは受信が行なわれる方向（角度）を示している。又、縦軸のｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・は、レート周期Ｔｒのレートパルスが発生するタイミングであり、○は送信、●は受信、☆は送受信を示している。

この並列同時受信法では、例えば、時刻ｔ１のレートパルスに基づいて、θ５の方向に対する超音波の送信と３Δθ間隔で設定されたθ１、θ４、θ７、θ１０の４方向に対する並列同時受信が行なわれ、次いで、レート周期Ｔｒ後における時刻ｔ２のレートパルスに基づいてθ６の方向に対する送信とθ１、θ４、θ７、θ１０の４方向に対する並列同時受信が行なわれる。更に、時刻ｔ３においてθ７に対する送信とθ１、θ４、θ７、θ１０に対する並列同時受信が行なわれ、時刻ｔ４においてθ８に対する送信と３Δθ間隔で設定されたθ４、θ７、θ１０、θ１３に対する並列同時受信が行なわれる。

即ち、送信方向は、レート周期Ｔｒに同期してΔθ間隔で順次移動し、３Δθ間隔で隣接した４つの受信方向は、３Ｔｒの周期で間隔３Δθずつ移動する。このような送信及び受信が全走査領域に対して行なわれ、各受信方向において時系列的に得られた受信信号に基づいてカラードプラデータの生成が行なわれる。例えば、θ１０方向のカラードプラデータは、時刻ｔ１乃至ｔ１２におけるθ５乃至θ１６方向の送信とθ１０の受信の組み合わせによって得られた受信信号に基づいて生成される。

同様にして、θ１３方向のカラードプラデータは、時刻ｔ４乃至ｔ１５におけるθ８乃至θ１９方向の送信とθ１３方向の受信の組み合わせによって得られた受信信号に基づき、θ１６方向のカラードプラデータは、時刻ｔ７乃至ｔ１８におけるθ１１乃至θ２２方向の送信とθ１６方向の受信の組み合わせによって得られた受信信号に基づいて生成される。尚、カラードプラデータの生成の詳細については後述する。

ところで、血流情報の検出に必要なデータ数Ｌを１２とした場合、画像化が可能な範囲は受信方向がθ１０以降となり、θ１、θ４及びθ７の受信方向から得られた受信信号は画像化に寄与しない。このため、これらの方向から得られた受信信号の処理は省略しても構わない。

次に、図４に示したデータ生成部３は、上述の受信部２２のビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎから出力されたＮチャンネルの受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部３１と、前記受信信号に対して直交検波を行なってドプラ信号を検出するドプラ信号検出部３２と、検出されたドプラ信号を一旦保存するドプラ信号記憶部３０と、ドプラ信号に対して位相補正処理を行なう位相補正部３３と、この位相補正処理に用いる位相補正データを生成する補正データ生成部３４と、位相補正部３３にて位相補正されたドプラ信号に基づいてカラードプラデータの生成を行なうカラードプラデータ生成部３５を備えている。

Ｂモードデータ生成部３１は、Ｎチャンネルの包絡線検波器３１１と対数変換器３１２を備え、包絡線検波器３１１は、受信部２２のビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎから供給された整相加算後のＮチャンネルの受信信号を包絡線検波し、この包絡線検波信号は対数変換器３１２においてその振幅が対数変換される。尚、包絡線検波器３１１と対数変換器３１２は順序を入れ替えて構成してもよい。

一方、ドプラ信号検出部３２は、Ｎチャンネルから構成されるπ／２移相器３２１、ミキサ３２２−１及び３２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）３２３−１及び３２３−２を備え、受信部２２から供給されるＮチャンネルの受信信号の各々は、ドプラ信号検出部３２のミキサ３２２−１及び３２２−２の第１の入力端子に入力される。一方、前記受信信号の中心周波数とほぼ等しい周波数を有した基準信号発生部６の矩形波は、ミキサ３２２−１の第２の入力端子に直接供給されると共に、π／２移相器３２１において位相が９０度シフトされてミキサ３２２−２の第２の入力端子に供給される。そして、ミキサ３２２−１及び３２２−２の出力は、ＬＰＦ３２３−１及び３２３−２に供給され、受信部２２の出力信号周波数と基準信号発生部６の出力信号周波数の差の成分のみが検出される。

即ち、Ｎチャンネルのドプラ信号検出部３２は、所定の受信方向から時系列的に得られたＬ個（Ｌ＝１２）の受信信号に対し直交位相検波を行なってドプラ信号のＩ成分（複素信号の実数成分）及びＱ成分（複素信号の虚数成分）を生成する。

次いで、ドプラ信号記憶部３０は、Ｎチャンネルのドプラ信号検出部３２の各々から供給されるドプラ信号のＩ成分及びＱ成分の保存を行なう。図５は、ドプラ信号記憶部３０に保存されたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分を模式的に示したものであり、図５（ａ）には、例えば、受信方向θ１０に対し時刻ｔ１乃至ｔ１２で時系列的に得られた１２個の受信信号におけるドプラ信号のＩ成分Ａ−１乃至Ａ−１２が、又、図５（ｂ）にはＱ成分Ｂ−１乃至Ｂ−１２が示されている。

尚、図５における縦軸（Ｚ方向）は超音波伝搬方向に対応し、データａｉ１及びデータｂｉ１（ｉ＝１乃至１２）は、超音波プローブ１の近傍に位置した生体浅部からの受信信号に基づくドプラ信号のＩ成分及びＱ成分であり、データａｉｎｘ及びデータｂｉｎｘ（ｉ＝１乃至１２）は、超音波プローブ１に対し最も離れた生体深部からの受信信号に基づくドプラ信号のＩ成分及びＱ成分を示す。

即ち、時刻ｔ１乃至ｔ１２において受信方向θ１０から得られたドプラ信号のＩ成分Ａ−ｉ及びＱ成分Ｂ−ｉ（ｉ＝１乃至１２）は、ａｉ１乃至ａｉｎｘびｂｉ１乃至ｂｉｎｘの一連のデータから構成され、これらのＩ成分及びＱ成分は付帯情報である送信方向及び受信方向の情報と共にドプラ信号記憶部３０に保存される。又、時刻ｔ４乃至ｔ１５において受信方向θ１３から得られたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分や時刻ｔ７乃至ｔ１８において受信方向θ１６から得られたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分等も同様にしてその付帯情報と共にドプラ信号記憶部３０に保存される。

一方、図４の位相補正部３３は、ドプラ信号記憶部３０に保存された所定距離（深さ）のＰｎにおけるドプラ信号のＩ成分ａｉｎ（ｉ＝１乃至１２）及びＱ成分ｂｉｎ（ｉ＝１乃至１２）を読み出し、その付帯情報である送信方向及び受信方向の情報を後述の補正データ生成部３４に供給する。そして、補正データ生成部３４が上述の付帯情報に基づいて生成した位相補正データを用いて前記Ｐｎにおけるドプラ信号の位相を補正し、補正したドプラ信号のＩ成分及びＱ成分をカラードプラデータ生成部３５のＭＴＩフィルタ３５１に供給する。

次に、超音波送信方向の移動に伴ってドプラ信号に発生する位相誤差につき図６及び図７を用いて説明する。図６（ａ）は、送信方向θ１０において超音波プローブ１から距離Ｃｏに送信収束点を設定した場合の送信ビーム幅と波面を模式的に示したものであり、収束領域Ｒｆより浅部の距離Ｃａでは伝搬方向に対して凹面状の波面Ｗｆａが形成され、深部の距離Ｃｂでは凸面状の波面Ｗｆｂが形成される。そして、このときの並列同時受信方向θ４、θ７、θ１０及びθ１３の受信ビームは送信ビーム幅に含まれるように設定される。

一方、図６（ｂ）は、送信方向がθ１０の場合とθ６の場合を例に受信方向θ１０から得られるドプラ信号の位相差を説明するための図である。即ち、図６（ｂ）において、受信方向θ１０の距離Ｃａに位置する反射体Ｐａからのドプラ信号を検出する場合、送信方向θ６から放射された送信超音波は、波面が凹面のため送信方向θ１０から放射された送信超音波より位相Δφａだけ早く反射体Ｐａに到達する。従って、送信方向をθ６、受信方向をθ１０として得られたドプラ信号の位相は、送受信方向をθ１０として得られたドプラ信号の位相に対してΔφａだけ進む。

一方、受信方向θ１０の距離Ｃｂに位置する反射体Ｐｂからのドプラ信号を検出する場合、送信方向θ６から放射された送信超音波は、波面が超音波伝搬方向に対して凸面のため送信方向θ１０から放射された送信超音波より位相Δφｂだけ遅く反射体Ｐｂに到達する。従って、送信方向をθ６、受信方向をθ１０として得られたドプラ信号の位相は、送受信方向をθ１０として得られたドプラ信号の位相に対してΔφｂだけ遅れる。

図７は、送受信方向をθ１０に設定した場合に距離Ｃａ及び距離Ｃｂの反射体から得られるドプラ信号の位相を基準とし、送信方向をθ５乃至θ１６、受信方向をθ１０に設定した場合に上記反射体から得られるＬ個のドプラ信号の相対的位相差を示したものであり、距離Ｃａ及び距離Ｃｂに対する位相差は、何れの場合も受信方向θ１０に対して送信方向が離れるほど大きくなる。

尚、上述の位相差は、受信方向に対する送信方向の間隔、超音波中心周波数、焦点距離、送信に用いられる振動素子数及び配列間隔等によって一義的に決定される。

図４に示したデータ生成部３の補正データ生成部３４は、演算回路と記憶回路を備え、前記記憶回路にはシステム制御部８から供給される超音波中心周波数、焦点距離、送信用の振動素子数及び振動素子配列間隔や位相補正部３３から供給される送信方向及び受信方向等の情報が保存される。一方、前記演算回路は、前記記憶回路に保存された上述の情報に基づいて位相差（位相誤差）Δφｉｎ（ｉ＝１乃至Ｌ）を算出し、次いで、この位相誤差を補正するための位相補正データを生成する。例えば、上記位相誤差Δφｉｎをキャンセルするための位相補正データのＩ成分Ｒｉｎ及びＱ成分Ｉｉｎ（ｉ＝１乃至Ｌ）を下式に基づいて生成する。

そして、位相補正部３３は、補正データ生成部３４において生成された位相補正データのＩ成分Ｒｉｎ及びＱ成分Ｉｉｎと、既にドプラ信号記憶部３０から読み出された所定距離におけるＬ個のドプラ信号のＩ成分ａｉｎ及びＱ成分ｂｉｎとの複素乗算を行なうことによってドプラ信号の位相補正を行なう。

次に、カラードプラデータ生成部３５は、ＭＴＩフィルタ３５１と、自己相関器３５２と、演算器３５３を備えており、位相補正部３３から供給される補正後のＬ個のドプラ信号を用いて周波数解析を行ない、更に、この解析結果に基づいてカラードプラデータを生成する。

即ち、ＭＴＩフィルタ３５１は、位相補正部３３から供給された位相補正後のドプラ信号に対して血流情報に関する成分の抽出を行なう。又、自己相関器３５２は、ＭＴＩフィルタ３５１によって抽出されたドプラ成分に対して自己相関値を算出し、演算回路３５３は、この自己相関値に基づいて血流情報の速度値、分散値及びパワー値を反映したカラードプラデータの生成を行なう。

図１に戻って、画像データ生成・処理部４は、画像データ生成・記憶部４１と画像データ処理部４２を備えており、画像データ生成・記憶部４１は、データ生成部３において超音波の受信方向単位で生成されるＢモードデータ及びカラードプラデータを順次保存して、２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する。一方、画像データ処理部４２は、画像データ生成・記憶部４１において生成されたＢモード画像データやカラードプラ画像データに対し、必要に応じて輪郭強調や階調補正等の画像処理を行なう。

表示部５は、図示しない表示用データ生成回路、変換回路及びモニタを備えており、表示用データ生成回路は、画像データ生成・処理部４において生成されたＢモード画像データやカラードプラ画像データに対し表示形態に対応した所定の走査変換処理を行なって表示用データを生成する。次いで、変換回路は、この表示用データに対しＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行なって映像信号を生成し、得られた映像信号はモニタに表示される。

一方、入力部７は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、患者情報の入力、診断部位の選択、プローブＩＤの入力、画像データ収集モード、画像データ収集方法、画像データ表示方法の設定や種々のコマンド信号の入力等を行なう。

システム制御部８は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、この記憶回路には、各種超音波プローブにおける超音波中心周波数、振動素子数、振動素子配列間隔等の情報が予め保管されており、更に、操作者によって入力部７から入力あるいは設定された上述の情報も前記記憶回路に保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて、送受信部２、データ生成部３、更には画像データ生成・処理部４の制御やシステム全体の制御を統括して行なう。又、本実施例におけるシステム制御部８は、図３に示した送信方向及び並列同時受信方向の制御を行なう。

（画像データの生成手順）
次に、上述の実施例におけるカラードプラ画像データの生成手順につき図８のフローチャートに沿って説明する。尚、ここでは４段（Ｎ＝４）の並列同時受信を適用してカラードプラ画像データの生成を行なう場合について述べる。

超音波診断装置１００の操作者は、先ず、図１の入力部７において患者情報の入力、診断部位の選択、プローブＩＤの入力、画像データ収集モード、画像データ収集方法、画像データ表示方法等に関する設定を行ない、これらの入力情報、選択情報及び設定情報はシステム制御部８の記憶回路に保存される。本実施例では、画像データ収集モードとして、セクタ走査によるカラードプラ画像データの収集モードを設定し、画像データ収集方法として、４段の並列同時受信法を設定する（図８のステップＳ１）。

一方、システム制御部８は、入力部７にて入力されたプローブＩＤに対応した超音波プローブ１の超音波中心周波数、振動素子数及び振動素子配列間隔等を自己の記憶回路から読み出し、データ生成部３の補正データ生成部３４に設けられた記憶回路に保存する。

上述の初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ１の先端（超音波送受波面）を被検体の体表面上の所定の位置に固定して画像データの収集を開始する。先ず、図３にて既に述べた時刻ｔ１におけるθ５方向の送信とθ１０方向の受信に際して、図２のレートパルス発生器２１１は、システム制御部８から供給される制御信号に基づいて、被検体内に放射する送信超音波の放射タイミングを決定するレートパルスをＭチャンネルの送信遅延回路２１２に供給する。

送信遅延回路２１２は、入力部７にて設定された送信収束点に超音波を収束するための遅延時間と、θ５方向に超音波を送信するための遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＭチャンネルの駆動回路２１３に供給する。次いで、駆動回路２１３は、前記レートパルスの供給によって生成された駆動パルスによって超音波プローブ１に内蔵されているＭ個の振動素子を駆動し被検体内に超音波パルス（送信超音波）を放射する。

被検体内に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この送信超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ１の前記振動素子によって受信されて電気信号（受信信号）に変換され、この受信信号は、送受信部２の受信部２２におけるプリアンプ２２１を介してＭチャンネルの独立なＡ／Ｄ変換器２２２に供給される。そして、Ａ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換されたＭチャンネルの受信信号の各々は、Ｎ方向の並列同時受信に対応したＮチャンネルのビームフォーマ２２４−１乃至２２４−Ｎの中の例えばビームフォーマ２２４−１に供給される。

次いで、ビームフォーマ２２４−１は、Ａ／Ｄ変換器２２２においてデジタル信号に変換されたＭチャンネルの受信信号に対して、所定距離（深さ）からの超音波反射波を収束するための収束用遅延時間とθ１０方向に強い受信指向性をもたせるための偏向用遅延時間を与えた後加算合成（整相加算）し、データ生成部３のドプラ信号検出部３２に供給する。

図４のドプラ信号検出部３２に供給された受信部２２の出力信号は、ミキサ３２２−１、３２２−２及びＬＰＦ３２３−１、３２３−２によって直交位相検波されてドプラ信号に変換され、このドプラ信号のＩ成分及びＱ成分の各々はドプラ信号記憶部３０に保存される。次いで、時刻ｔ２においてθ６方向の送信とθ１０方向の受信が行なわれ、時刻ｔ３においてθ７方向の送信とθ１０方向の受信が行なわれる。そして、このとき上述と同様の手順によって得られたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分はドプラ信号記憶部３０に保存される。

更に、時刻ｔ４乃至ｔ６におけるθ８方向乃至θ１０方向の送信ではθ１０方向及びθ１３方向に対する２方向並列同時受信が行なわれ、時刻ｔ７乃至ｔ９におけるθ１１方向乃至θ１３方向の送信ではθ１０方向、θ１３方向及びθ１６方向に対する３方向並列同時受信が行なわれる。そして時刻ｔ１０乃至ｔ１２、時刻ｔ１３乃至ｔ１５、時刻ｔ１６乃至ｔ１８、・・・においては送信方向を順次移動しながら受信方向θ１０、θ１３、θ１６、θ１７・・・の各々に対して１２回の受信が行われるまで４段の並列同時受信が順次行われる。そして、このとき得られた受信方向θ１０、θ１３、θ１６、θ１７・・・の受信信号においてドプラ信号検出部３２が検出したドプラ信号のＩ成分及びＱ成分はドプラ信号記憶部３０に保存される（図８のステップＳ２）。

一方、位相補正部３３は、例えば、受信方向θ１０に対するＬ回（１２回）の受信によってＬ個のＩＱ信号がドプラ信号記憶部３０に保存されたならば、このＬ個のＩＱ信号の各々において所定距離（深さ）のＰｎに対応したＩ成分及びＱ成分を読み出し、その付帯情報である送信方向θ５乃至θ１６と受信方向θ１０の情報を補正データ生成部３４に供給する。そして、補正データ生成部３４は、上述の付帯情報と自己の記憶回路に保管されているプローブ１の超音波中心周波数、振動素子数Ｍ及び振動素子配列間隔等の基づいて位相補正データを生成して位相補正部３３に供給する（図８のステップＳ３）。又、位相補正部３３は、補正データ生成部３４から供給された位相補正データを用いてドプラ信号の位相誤差を補正し（図８のステップＳ４）、補正後のドプラ信号のＩ成分及びＱ成分をカラードプラデータ生成部３５のＭＴＩフィルタ３５１に供給する。

次いで、ＭＴＩフィルタ３５１は、位相補正部３３から供給されたドプラ信号に対してフィルタ処理を行ない、生体組織等の固定反射体から得られる反射波成分や心筋などの組織の運動によって生ずる組織ドプラ成分（クラッタ成分）を排除し、血流に起因する血流ドプラ成分を抽出する（図８のステップＳ５）。

そして、血流ドプラ成分のＩ成分及びＱ成分が前記ＭＴＩフィルタ３５１から供給された自己相関器３５２は、これらの各成分を用いて自己相関処理を行ない、更に、自己相関処理結果に基づいて血流の平均速度値、分散値、パワー値等の血流情報を算出する（図８のステップＳ６）。このような演算を、他の位置（深さ）に対しても行ない、算出された血流の平均速度値、分散値、更にはパワー値等のカラードプラデータを図１の画像データ生成・処理部４における画像データ生成・記憶部４１に保存する。

次いで、位相補正部３３は、同様の手順によって送信方向を順次移動しながら受信方向θ１３、θ１６、θ１９、・・・の受信信号から得られたドプラ信号に対しても位相補正を行ない、補正後のドプラ信号に基づいて得られたカラードプラデータは、画像データ生成・記憶部４１に保存される。

即ち、画像データ生成・記憶部４１には、受信方向単位で得られたカラードプラデータが順次保存されてカラードプラ画像データが生成され（図８のステップＳ７）、生成されたカラードプラ画像データは画像データ処理部４２にて必要に応じて画像処理がなされる。そして、表示部５の表示用データ生成回路は、画像データ生成・記憶部４１において生成されたカラードプラ画像データに対し所定の表示形態に対応した走査変換等の処理を行なって表示用データを生成し、生成された表示用データは、図示しない変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われてモニタに表示される（図８のステップＳ８）。

尚、上述の手順では、Ｂモード画像データの生成と表示についての記載を省略したが、通常、Ｂモード画像データは、上述のカラードプラ画像データと並行して生成と表示が行なわれる。例えば、並列同時受信により１枚目（１フレーム目）のカラードプラ画像データの生成が終了したならば、非並列同時受信によりＢモード画像データの生成を行ない、次いで、並列同時受信により２枚目のカラードプラ画像データの生成を行なう。このような手順を繰り返すことによりＢモード画像データとカラードプラ画像データの同時表示が可能となる。又、カラードプラ画像データの生成を目的として得られた受信信号の一部を用いてＢモード画像データを生成することも可能である。

次に、本実施例によって得られる効果につき図９を用いて説明する。図９（ａ）は、例えば心腔内からの超音波受信信号に基づいて得られたドプラ信号の周波数スペクトラムを示したものであり、横軸は周波数、縦軸はスペクトラムの大きさ（パワー）である。この周波数スペクトラムの直流成分近傍には心臓壁等の組織の移動速度が反映されたクラッタ成分と、このクラッタ成分よりやや高い周波数成分を有した血流成分とが分布しており、通常、クラッタ成分は血流成分より２０ｄＢ以上大きい。

このような２つの成分が含まれたドプラ信号を図３に示した送信方向の移動を伴う並列同時受信の受信信号から検出する際、所定の受信方向において時系列的に得られるＬ個のドプラ信号の各々には位相誤差が含まれるため、既に述べたように周波数スペクトラムの拡張化現象（ブロードニング）が発生する。図９（ｂ）は、この周波数スペクトラムのブロードニングが発生した場合のクラッタ成分と血流成分を示したものであり、夫々の成分の端部は重なり合い、特に大きなクラッタ成分に隣接した小さな血流成分をフィルタ処理によって弁別することは極めて困難となる。このようなドプラ信号に対して上述の位相補正処理を適用することにより、図９（ａ）に示すような周波数スペクトラムを得ることが可能となるため血流成分のみを正確に抽出することができる。

以上述べた本発明の実施例によれば、複数方向からの超音波を並列同時受信する際に、送信方向及び所定間隔で隣接した複数の受信方向を順次移動させながら並列同時受信を行なうため、従来のような並列受信群の境界で発生した不連続を排除することができる。

又、送信方向及び隣接した複数の受信方向を順次移動させながら連続的な並列同時受信を行なうため、残留多重の影響が隣接した受信信号間で相殺される。このため、従来、残留多重の影響を低減するために行なっていた並列受信群間でのダミー送受信を行なう必要がなくなり、又、レート周期も短くすることが可能となるため単位時間当たりに生成される画像枚数を更に増加させることができる。

更に、送信方向の移動に起因して発生したドプラ信号の位相誤差を予め設定された位相補正データを用いて補正することにより、周波数スペクトラムのブロードニングを抑えることができる。

以上述べた本実施例の効果により、ドプラ信号の検出精度が向上し、リアルタイム性と画質に優れたカラードプラ画像データの生成が可能となる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、並列同時受信法は、図３に示した方法に限定されるものではなく、例えば、特許文献１の図３乃至図６に記載されている並列同時受信法であってもよい。

又、上述の実施例では、送信に用いる振動素子数と受信に用いる振動素子数は等しい場合について述べたが，並列同時受信を適用した場合には、送信ビーム幅を比較的広めにするために送信用振動素子数は受信用振動素子数より少なく設定する方が好適な場合が多い。

更に、上述の実施例では、血流ドプラ成分に基づいてカラードプラ画像データを生成する場合について述べたが、組織ドプラ成分に基づいて生成されたカラードプラ画像データにおいても同様な効果を得ることが可能となる。但し、組織ドプラ成分を抽出する際には、血流ドプラ成分を排除するための低域通過フィルタ特性が設定されたＭＴＩフィルタを用いてもよいが、血流ドプラ成分は組織ドプラ成分と比較して著しく小さいため、ＭＴＩフィルタを用いなくてもよい。

一方、カラードプラ画像データは２次元に限定されるものではなく、３次元のカラードプラ画像データの生成において上述の並列同時受信法を適用することにより、良質な３次元画像データを短時間で生成することができる。この場合、振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いてもよい。

又、上述の実施例では、Ｎ段の並列同時受信を行なうために、Ｎチャンネルのドプラ信号検出部３２及びＢモードデータ生成部３１を備えたデータ生成部３について述べたが、高速デバイスを用いてＮチャンネルの信号処理を時分割処理することによりチャンネル数を低減させることができる。

尚、並列同時受信数（Ｎ）が４、所定受信方向から連続して得られる受信信号数（Ｌ）が１２の場合について述べたが、これに限定されるものではない。又、セクタ走査の他にコンベックス走査やリニア走査等の他の走査によってカラードプラ画像データあるいはＢモード画像データの生成を行なってもよい。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備えた送受信部の構成を示すブロック図。 同実施例における４方向並列同時受信法の具体例を示す図。 同実施例の超音波診断装置が備えたデータ生成部の構成を示すブロック図。 同実施例においてドプラ信号記憶部に保存されたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分を模式的に示す図。 同実施例における送信ビーム幅と波面を模式的に示す図。 同実施例において異なる送信方向に放射された超音波の反射波を同一の受信方向において受信する際の受信信号に生ずる位相差を示す図。 同実施例におけるカラードプラ画像データの生成手順を示すフローチャート。 同実施例の効果を説明するための図。 従来の並列同時受信法を示す図。

符号の説明

１…超音波プローブ
２…送受信部
３…データ生成部
４…画像データ生成・処理部
５…表示部
６…基準信号発生部
７…入力部
８…システム制御部
２１…送信部
２２…受信部
３０…ドプラ信号記憶部
３１…Ｂモードデータ生成部
３２…ドプラ信号検出部
３３…位相補正部
３４…補正データ生成部
３５…カラードプラデータ生成部
４１…画像データ生成・記憶部
４２…画像データ処理部
１００…超音波診断装置
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２１…プリアンプ
２２２…Ａ／Ｄ変換器
２２４…ビームフォーマ
３１１…包絡線検波器
３１２…対数変換器
３２１…π／２移相器
３２２…ミキサ
３２３…低域通過フィルタ
３５１…ＭＴＩフィルタ
３５２…自己相関器
３５３…演算回路

Claims (9)

1. 被検体の診断対象部位に対して超音波の送受信を行なう振動素子を有した超音波プローブと、
   前記振動素子を駆動し所定方向の所定領域に対して超音波の送信を行なう送信手段と、
   前記所定領域からの反射波を複数の受信方向において略同時に受信する受信手段と、
   前記送信方向と前記複数の受信方向を順次移動させて前記被検体の診断対象部位を走査する送受信方向制御手段と、
   前記受信手段によって得られた受信信号に対してドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、
   異なる送信方向から前記所定領域に送信された超音波の反射波を所定の受信方向において時系列的に受信して得られた複数のドプラ信号に対して位相補正を行なう位相補正手段と、
   位相補正された複数のドプラ信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段を
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記受信手段は、前記所定領域からの反射波に基づく受信信号を整相加算処理することにより複数方向からの反射波を識別して略同時に受信することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記送受信方向制御手段は、前記送信方向をレート周期毎に所定の送信間隔で移動し、前記複数の受信方向の各々を前記レート周期の整数倍の周期毎に所定の受信間隔で移動することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記送受信方向制御手段は、前記送信方向をレート周期毎に所定の送信間隔で移動し、前記複数の受信方向の各々を前記レート周期の整数倍の周期毎に前記送信間隔の前記整数倍の受信間隔で移動することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
5. 補正データ生成手段を備え、前記位相補正手段は、少なくとも前記送信方向、前記受信方向及び前記超音波プローブにおける前記振動素子の配列情報に基づいて前記補正データ生成手段が生成した位相補正データを用いて前記ドプラ信号に対する位相補正を行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記補正データ生成手段は、前記振動素子から前記被検体の所定領域までの距離をパラメータとして前記位相補正データの生成を行なうことを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
7. 前記位相補正手段は、前記ドプラ信号検出手段によって検出されたドプラ信号のＩ成分及びＱ成分と前記補正データ生成手段が生成した位相補正データのＩ成分及びＱ成分を用いた複素乗算処理によって前記位相補正を行なうことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載した超音波診断装置。
8. 前記画像データ生成手段は、位相補正されたドプラ信号に基づいて抽出された血流ドプラ成分の平均速度値、速度分散値及びパワー値の少なくとも何れかによるカラードプラ画像データを生成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
9. 表示手段を備え、前記表示手段は、前記画像データ生成手段が生成した画像データをリアルタイム表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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