JP2008183288A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信ビームフォーマの回路規模を増大させることなく、ボリュームレート又はフレームレートを向上させることが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】送信部３は、超音波プローブが備える複数の超音波振動子を複数のグループに分け、複数のグループに属する各超音波振動子に対してグループごとに異なる遅延パターンを与えることで、グループごとにそれぞれ異なる位置に送信ビームフォーミングを行う。これにより、複数の方向に送信ビームを同時に送信させることが可能となる。受信ビームフォーマ８Ａ等は、各送信ビームに基づく反射波を受信すると、並列同時受信処理を行うことで、送信ビームごとに複数の受信ビームを生成する。信号処理部１１及び画像生成部１２は、複数の受信ビームに基づいて超音波画像データを生成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検体に超音波を送信し、被検体からの反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、超音波プローブを駆動制御する送受信部を備えている。送受信部は、被検体内の所定の焦点にフォーカスした超音波（送信ビーム）を生成し（送信ビームフォーム）、超音波振動子に電気信号を供給して送信ビームを送信させるとともに、被検体内で反射してきた超音波を超音波振動子から受信する。そのとき送受信部は、対象となる反射体から各超音波振動子までの距離に応じてそれぞれ時間的に異なって受信された信号を、その位相（時間）を揃えて加算し、焦点の合った１本の受信信号（受信ビーム）を生成する（受信ビームフォーム）。送信ビームフォームは送信ビームフォーマによって実行され、受信ビームフォームは受信ビームフォーマによって実行される。このようにして生成された受信信号（受信ビーム）に基づいて、超音波画像データが生成される。

また、複数の超音波振動子が２次元的に配列された２次元超音波プローブを用いることで、３次元的に送受信フォーカスを行い、３次元領域を超音波で走査（３Ｄスキャン）することができる。３次元領域を超音波で走査することでボリュームデータを取得し、そのボリュームデータに基づいて、３次元画像データなどの超音波画像データを生成する（例えば特許文献１）。

ところで、ボリュームレート（走査を行って１つの３次元画像を取得するために要する時間に相当する）を速くするために、並列同時受信処理が行われている。つまり、１回の超音波の送信に対して、複数の方向からの反射波を同時に受信することで、受信ビーム数を増やしている。

特開平１１−２２１２１７号公報

しかしながら、広くて均一な送信ビームを生成することが困難であるため、並列同時受信処理においては、４本程度の受信ビーム数が同時受信数の上限となっている。従って、従来における並列同時受信処理では、ボリュームレートの向上に限界がある。

また、送信ビームを整形することで広い送信ビームを生成することができた場合に、同時受信数を増やすためには、同時受信数が多い受信ビームフォーマを開発しなければならない。例えば、同時受信数が８ビームや１６ビームの受信ビームフォーマが必要になってくる。しかしながら、このような受信ビームフォーマは回路規模が増大するとともに製造コストも増加し、その結果、超音波診断装置のコストが増加するおそれがある。

この発明は上記の問題点を解決するものであり、受信ビームフォーマの回路規模を増大させることなく、ボリュームレート又はフレームレート（走査を行って１つの断層像を取得するために要する時間に相当する）を向上させることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブに、超音波を複数の方向に一度に送信させる送信手段と、前記超音波プローブが受波した信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。

この発明によると、複数の方向に一度に超音波（送信ビーム）を送信することで、一度の送信でより広い範囲を超音波で走査することが可能となる。その結果、受信ビームフォーマによる同時受信数を増やさずに、ボリュームレート又はフレームレートを向上させることが可能となる。

（構成）
この発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。

超音波プローブ１には、複数の超音波振動子が２次元的に配置された２次元超音波プローブ、又は、複数の超音波振動子が所定方向（走査方向）に１列に配置された１次元超音波プローブが用いられる。各超音波振動子は、送信と受信を切り替えるＴＲＳＷ２を介して送信部３と受信部６に接続されている。

送信部３は、超音波プローブ１に電気信号を供給して超音波を発生させる。送信部３は、送信ビームフォーマ４、パルス発生部５、及びクロック発生回路（図示しない）を備えている。クロック発生回路（図示しない）は、超音波振動の送信タイミングや送信周波数を求めるクロック信号を発生する回路である。送信ビームフォーマ４は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する回路である。パルス発生部５は、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ１の各超音波振動子に供給するようになっている。送信ビームフォーマ４とパルス発生部５は、各超音波振動子に対応した個別経路（チャンネル）の数だけ用意され、例えば２０００チャンネルから３０００チャンネル程度で構成されている。

送信ビームフォーマ４によって遅延時間が与えられることにより、所定部位に超音波がフォーカスする。そして、送信部３は、フォーカス位置ごとに送信ビームフォーマ４による遅延パターンを変えることで、３次元領域や平面上を超音波で走査する。

この実施形態では、複数の超音波振動子を複数のグループに分ける。そして、送信ビームフォーマ４は、各グループに属する超音波振動子に対して、グループごとにそれぞれ異なる遅延パターンを与えることで、それぞれ異なるフォーカス位置に送信ビームをフォーカスさせる。これにより、超音波プローブ１からは、複数の方向に送信ビームが一度に送信されることになる。各超音波振動子に与える遅延パターンは制御部１４に設定されており、送信ビームフォーマ４は、制御部１４の制御に従ってグループごとに異なる遅延パターンを与える。このように、送信時においては、送信方向ごとにグループ分けをして、各グループに属する超音波振動子に異なる遅延パターンを与えることで、個々のグループごとに異なる方向に超音波を送信させている。一方、超音波の受信時においては、全ての超音波振動子で反射波を受信する。

［送信処理の態様］
複数の方向に送信ビームを一度に送信する様々な例について説明する。

（第１の送信態様）
まず、複数の超音波振動子が走査方向に１列に配置された１次元超音波プローブによって、送信ビームを異なる２方向に一度に送信する例について、図２を参照して説明する。図２は、送信ビームの１例を模式的に示す図である。

１次元超音波プローブとしての超音波プローブ１は、走査方向に１列に配置された超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６と超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６を備えている。これら複数の超音波振動子は送信ビームの送信方向ごとにグループ分けされている。例えば、超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６はグループＰに属し、超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６はグループＰとは異なるグループＱに属するものとする。この実施形態では、グループＰに属する超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６と、グループＱに属する超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ交互に配置されている。これら超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６と超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６によって、異なる２方向に送信ビームを一度に送信する。

グループＰに属する超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６と、グループＱに属する超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６には、それぞれ異なる遅延パターンが与えられる。グループＰに属する超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６に与えられる所定の第１遅延パターンと、グループＱに属する超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６に与えられる所定の第２遅延パターンは、制御部１４に設定されている。そして、送信ビームフォーマ４は制御部１４の制御の下、超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６に対して第１遅延パターンを与えることで、焦点Ｒ１に送信ビーム（図２中の実線）をフォーカスさせる。さらに、送信ビームフォーマ４は、超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６に対して第１遅延パターンとは異なる第２遅延パターンを与えることで、焦点Ｒ１とは位置が異なる焦点Ｒ２に送信ビーム（図２中の破線）をフォーカスさせる。

このように、送信部３は、送信ビームフォーマ４によって、交互に配置された超音波振動子Ｐ１〜Ｐ６と超音波振動子Ｑ１〜Ｑ６に対して、それぞれ異なる遅延パターンを与えることで、異なる２方向に一度に送信ビームを送信し、２次元の平面を走査する。なお、超音波の受信時においては、全ての超音波振動子で反射波を受信する。

以上のように、グループごとに異なる遅延パターンを与えて、複数の方向に一度に超音波を送信することで、一度に複数箇所を走査することが可能となるため、フレームレート（走査を行って１つの断層像を取得するために要する時間に相当する）を向上させることが可能となる。

なお、全超音波振動子を複数のグループに分け、各グループで異なる方向に超音波を送信することにより、各方向への超音波の送信に寄与する超音波振動子の数が減少する。そのため、各超音波振動子に与える送信パワーを上げることにより、送信ビームの強度を維持する。すなわち、一度に送信する送信ビームの本数が増えるほど（超音波を一度に送信する方向の数が増えるほど）、送信部３は、送信ビームの送信パワーを高くして送信ビームを送信させる。例えば、全超音波振動子を２つのグループに分けた場合は、１方向への超音波の送信に寄与する超音波振動子の数が全体の半分の数になるため、送信部３は、送信パワーを上げることにより、送信フォーカスの強度を維持することができる。超音波の送信本数と送信パワーとの対応付けを制御部１４に設定しておく。制御部１４は、その対応付けに従って、超音波の送信本数に応じた送信パワーに切り替えて、送信部３に超音波を送信させる。

（第２の送信態様）
次に、複数の超音波振動子が２次元的に配置された２次元超音波プローブによって、送信ビームを異なる２方向に一度に送信する例について、図３から図５を参照して説明する。図３は、送信ビームの送信方向ごとにグループ分けされた超音波振動子を示す上面図であり、そのグループ分けの１例を示す上面図である。図４は、２本の送信ビームによる走査の１例を模式的に示す図であり、超音波プローブ側から見た図である。図５は、走査対象の３次元領域を模式的に示す図である。

２次元超音波プローブとしての超音波プローブ１は、２次元的に配置された複数の超音波振動子Ｐを備えている。複数の超音波振動子Ｐは、送信ビームの送信方向ごとにグループ分けされている。２方向に一度に送信ビームを送信する場合は、例えば図３に示すように、超音波振動子Ｐの配置面の中心を通る仮想線によって、互いに隣り合う２つのグループＧ１、Ｇ２に超音波振動子Ｐをグループ分けする。この実施形態では、グループＧ１に属する超音波振動子Ｐの数と、グループＧ２に属する超音波振動子Ｐの数を等しくしている。

グループＧ１に属する複数の超音波振動子Ｐと、グループＧ２に属する複数の超音波振動子Ｐには、それぞれ異なる遅延パターンが与えられる。送信ビームフォーマ４は、グループＧ１に属する超音波振動子Ｐに対して所定の第１遅延パターンを与えることで、所定の焦点に送信ビームをフォーカスさせる。さらに、送受信ビームフォーマ４は、グループＧ２に属する超音波振動子Ｐに対して第１遅延パターンとは異なる第２遅延パターンを与えることで、上記所定の焦点とは位置が異なる焦点に送信ビームをフォーカスさせる。

このように、送信部３は、送信ビームフォーマ４によって、グループＧ１に属する超音波振動子とグループＧ２に属する超音波振動子に対して、それぞれ異なる遅延パターンを与えることで、異なる２方向に一度に送信ビームを送信する。なお、超音波の受信時においては、全ての超音波振動子で反射波を受信する。

ここで、第２の送信態様による走査の例について図４を参照して説明する。図４は、送信ビームの位置をビーム投影面で表した図である。全走査領域Ｓは中心にて、走査領域Ｓ１と走査領域Ｓ２に２等分されている。送信部３は、送信ビームフォーマ４によってグループＧ１に属する超音波振動子Ｐに所定の遅延パターンを与えることで、グループＧ１に属する超音波振動子Ｐから送信された送信ビームＢ１によって、走査領域Ｓ１を走査する。一方、送信部３は、送信ビームフォーマ４によってグループＧ２に属する超音波振動子Ｐに所定の遅延パターンを与えることで、グループＧ２に属する超音波振動子Ｐから送信された送信ビームＢ２によって、走査領域Ｓ２を走査する。

このとき、送信部３は、グループＧ１に属する超音波振動子Ｐから送信された送信ビームＢ１を、走査領域Ｓ１の端部から矢印Ａの方向に走査し、さらに、矢印Ａの方向に直交する方向に送信ビームＢ１を走査することで、走査領域Ｓ１全体を走査する。一方、送信部３は、グループＧ２に属する超音波振動子Ｐから送信された送信ビームＢ２を、走査領域Ｓの中心から矢印Ａの方向に走査し、さらに、矢印Ａの方向に直交する方向に送信ビームＢ２を走査することで、走査領域Ｓ２全体を走査する。このように、送信ビームＢ１と送信ビームＢ２を所定距離離して走査することで、互いの送信ビームによる干渉を抑えることが可能となる。

例えば、同じボリュームレートで所定の３次元領域を走査する場合、１本の送信ビームで走査すると、図５に示す３次元の走査領域Ｓ１のみが走査できる。一方、この実施形態に係る超音波診断装置によると、２本の送信ビームを異なる方向に一度に送信することができるため、同じ時間で、走査領域Ｓ１と走査領域Ｓ２を走査できる。このように、この実施形態に係る超音波診断装置によると、ボリュームレートを低下させずに、より広い領域を走査することができる。換言すると、従来技術よりもボリュームレートを向上させることが可能となる。

（第３の送信態様）
次に、２次元超音波プローブによって、送信ビームを異なる４方向に一度に送信する例について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は送信ビームの送信方向ごとにグループ分けされた超音波振動子を示す上面図であり、そのグループ分けの１例を示す上面図である。

２次元超音波プローブとしての超音波プローブ１によって４方向に一度に送信ビームを送信する場合は、例えば図６に示すように、超音波振動子Ｐの配置面の中心を通る互いに直交する２本の仮想線によって、４つのグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４に超音波振動子Ｐをグループ分けする。この実施形態では、各グループに属する超音波振動子Ｐの数を等しくしている。この場合、送信部３は、送信ビームフォーマ４によって、グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４のそれぞれに属する超音波振動子に対して、それぞれ異なる遅延パターンを与えることで、それぞれ異なる焦点に送信ビームをフォーカスさせる。これにより、超音波プローブ１からは４本の送信ビームが異なる方向に一度に送信されることになる。このように、４本の送信ビームによって走査することで、１本の送信ビームによって走査する場合と比べて、ボリュームレートを低下させずに、４倍の領域を走査することが可能となる。なお、超音波の受信時においては、全ての超音波振動子で反射波を受信する。

また、４方向に一度に送信ビームを送信する場合、例えば図７に示すように、グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４がその順番で１列に並ぶように、超音波振動子Ｐをグループ分けしても良い。

以上のように、複数の方向に送信する送信ビームの本数を増やすことで、１本の送信ビームによって走査する場合と比べて、より広い領域を走査することが可能となる。この実施形態では、走査対象となる領域が広くなるほど、送信部３は、送信ビームの本数（超音波を一度に送信する方向の数）を増やして送信ビームを送信させる。例えば、走査対象となる領域の広さと送信ビームの本数（超音波を一度に送信する方向の数）との対応付けを制御部１４に設定しておく。制御部１４は、その対応付けに従って、走査対象となる領域の広さに応じた本数に切り替えて、送信部３に超音波を送信させる。

この実施形態に係る超音波診断装置は、上述した第１から第３の送信態様の他、様々な送信態様が考えられる。例えば、走査領域の位置に応じて、超音波振動子Ｐのグループ分けを決定する。例えば、走査領域の中心付近の領域に対しては、全超音波振動子Ｐの中心付近に設置された超音波振動子Ｐによって走査し、中心付近から外側の領域に対しては、前記超音波振動子Ｐの外側に設置された超音波振動子Ｐによって走査する。また、広い領域を走査する場合、走査領域の端部においては送信強度が低下する傾向にあるため、走査領域の端部を走査する超音波振動子Ｐの数を、走査領域の中心付近を走査する超音波振動子Ｐの数よりも増やすことで、広範囲の走査領域に対して均一な送信強度で送信ビームを送信することができる。

［受信部６の構成］
受信部６は、超音波プローブ１が受波した信号を受信する。受信部６は、プリアンプ７、受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄ、及びＡ／Ｄ変換器（図示しない）を備えている。プリアンプ７は、超音波プローブ１の各超音波振動子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。このプリアンプ７は、超音波振動子の数だけ用意され、例えば２０００チャンネルから３０００チャンネル程度で構成されている。Ａ／Ｄ変換器（図示しない）は、増幅されたエコー信号をＡ／Ｄ変換する。受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、Ａ／Ｄ変換後のエコー信号に対して受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、加算する。その加算により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。つまり、それぞれの超音波振動子チャンネルの焦点からの距離に応じて位相（遅延時間）制御することにより、各位相合わせが可能となる。遅延が付加された各チャンネルのデータは加算器によって加算されて、１本の受信信号を構成する。

プリアンプ７で増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換され、受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄに出力される。受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、送信ビームフォーマ４で設定されたフォーカス位置からの受信信号を受信するための受信遅延時間をＡ／Ｄ変換後のエコー信号に与えることで、所定の焦点における受信ビームを生成する。

受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄはデジタル回路で構成されており、このデジタル回路を並列に持つことで、並列同時受信処理を行うことができる。つまり、各プリアンプ７から出力されるエコー信号に与える遅延時間を変えることで、１回の送信から得られる各チャンネルの受信信号から、複数の焦点の異なる受信信号（複数の画像走査線上の受信信号）を得ることができる。図１に示す例では、受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄは、それぞれ４方向のエコー信号が得られる構成となっており、それぞれ４本の受信ビームを生成することができる。つまり、１つの焦点への送信ビームの送信から、その焦点周辺の異なる４個の焦点の受信データを取得することができる。

この実施形態では、１本の送信ビームを生成して送信した場合（超音波を１方向に送信した場合）、その送信ビームに基づく反射波は、１個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ）によって受信処理が施される。１つの受信ビームフォーマによって４方向のエコー信号が得られる構成になっているため、１本の送信ビームによって、４本の受信ビームを生成することができる。

また、２本の送信ビームを生成して送信した場合（超音波を一度に２方向に送信した場合）、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）によって受信処理を行う。この実施形態では、１つの受信ビームフォーマによって４方向のエコー信号が得られる構成になっているため、２本の送信ビームを送信した場合は、計８本の受信ビームを生成することができる。

例えば、図２に示す例では、複数の超音波振動子を２つのグループＰ、Ｑに分け、２本の送信ビームを一度に送信しているため、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）を用いて受信ビームを生成する。これにより、１本の送信ビームあたり４本の受信ビームの生成が可能となるため、計８本の受信ビームを生成することができる。

同様に、図３に示す例では、複数の超音波振動子Ｐを２つのグループＧ１、Ｇ２に分け、２本の送信ビームを一度に送信しているため、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）を用いて受信ビームを生成する。これにより、１本の送信ビームあたり４本の受信ビームの生成が可能となるため、計８本の受信ビームを生成することができる。

一方、図６及び図７に示す例では、複数の超音波振動子Ｐを４つのグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３、及びＧ４に分け、４本の送信ビームを一度に送信しているため（超音波を一度に４方向に送信しているため）、４個の受信ビームフォーマ（受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄ）を用いて受信ビームを生成する。これにより、１本の送信ビームあたり４本の受信ビームの生成が可能となるため、計１６本の受信ビームを生成することができる。

なお、２本の送信ビームを送信する場合は、４個の受信ビームフォーマは必要ではないため、２個の受信ビームフォーマを備えていれば良い。同様に、３本の送信ビームを送信する場合は、３個の受信ビームフォーマを備えていれば良い。このように、送信ビームの本数（超音波を一度に送信する方向の数）に応じた数の受信ビームフォーマを超音波診断装置に設置すれば良い。

換言すると、受信ビームフォーマの設置数に応じた数の送信ビームを生成して送信すれば良い。例えば、１個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ）が超音波診断装置に設置されている場合、制御部１４は、送信部３に１本の送信ビームを生成させる指示を与える。また、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）が超音波診断装置に設置されている場合、制御部１４は、送信部３に２本の送信ビームを生成させる指示を与える。同様に、３個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ及び８Ｃ）が設置されている場合、制御部１４は、送信部３に３本の送信ビームを生成させる指示を与え、４個の受信ビームフォーマ（受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄ）が設置されている場合、４本の送信ビームを生成させる指示を与える。送信部３は制御部１４の制御の下、受信ビームフォーマの設置数に応じた数の送信ビームを生成して超音波プローブ１に送信させる。

第１マルチプレクサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄは、それぞれ対応する受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び８Ｄから出力された４本の受信ビームを高速に切り替えることで信号線数を減らし、後段の信号処理部１１に受信ビームを出力する。

また、受信ビームフォーマの接続数が増えた場合、第１マルチプレクサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄと、信号処理部１１との間に、第２マルチプレクサ１０を設けても良い。第２マルチプレクサ１０は、第１マルチプレクサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９Ｄから出力された４本の受信ビームを更に切り替えて、信号処理部１１に出力する。例えば、４本の送信ビームを一度に送信し、４つの受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄによって受信処理を行う場合、１６本の受信ビームを同時受信することができ、第２マルチプレクサ１０は、１６本の受信ビームを順次切り替えて信号処理部１１に出力する。

また、受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄと第１マルチプレクサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄを着脱可能にしても良い。上述したように、４本の受信ビームの生成が可能な受信ビームフォーマを用いた場合、２本の送信ビームを送信して、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）によって受信処理を行うことで、計８本の受信ビームを生成することができる。同様に、３本の送信ビームを送信して、３個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ及び８Ｃ）によって受信処理を行うことで、計１２本の受信ビームを生成することができ、４本の送信ビームを送信して、４個の受信ビームフォーマ（受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄ）によって受信処理を行うことで、計１６本の受信ビームを生成することができる。このように、送信ビームの本数に応じた数の受信ビームフォーマによって並列同時受信処理を施して受信ビームを生成する。

従って、１本の送信ビームのみを生成して送信する場合は、１個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ）のみを超音波診断装置に設置すれば良い。そこで、この実施形態に係る超音波診断装置では、受信ビームフォーマ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄと第１マルチプレクサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄを着脱可能にして、送信ビームの本数に応じた数の受信ビームフォーマと第１マルチプレクサを設置することができるようにした。例えば、１本の送信ビームのみを送信する場合は、１個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ）のみを超音波診断装置に設置し、２本の送信ビームを送信する場合は、２個の受信ビームフォーマ（例えば受信ビームフォーマ８Ａ及び８Ｂ）を超音波診断装置に設置する。

以上のように、送信ビームの本数（超音波を一度に送信する方向の数）に応じて受信ビームフォーマを増設することで、送信ビーム数の増加に対応することができる。そのことにより、受信ビームフォーマ自体の同時受信数を増加させる必要がないため、大規模な受信ビームフォーマを必要とせずに、送信ビームの数を増やして、フレームレート又はボリュームレートを向上させることが可能となる。

信号処理部１１は、Ｂモード処理回路、ドプラ処理回路、及びカラーモード処理回路を備えている。受信部６から出力された受信データは、第１マルチプレクサ９Ａ等や第２マルチプレクサ１０を介していずれかの処理回路に出力されて処理が施される。Ｂモード処理回路はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からＢモード超音波ラスタデータを生成する。ドプラ処理回路はドプラ偏移周波数成分を取り出し、更にＦＦＴ処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。カラーモード処理回路は動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分散、パワー等の情報があり、血流情報は２値化情報として得られる。

画像生成部１２は、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：デジタルスキャンコンバータ）を備え、直交座標系で表される画像を得るために、超音波ラスタデータを直交座標で表される画像データに変換する（スキャンコンバージョン処理）。例えば、画像生成部１２は、３次元領域を走査することで取得されたボリュームデータに対して、サーフェイスレンダリング処理や、ボリュームレンダリング処理や、ＭＰＲ処理（Ｍｕｌｔｉ Ｐｌａｎｎａｒ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）などの画像処理を施すことにより、３次元画像データや任意断面における画像データ（ＭＰＲ画像データ）などの超音波画像データを生成する。また、２次元の平面に沿って超音波が走査された場合、画像生成部１２は、Ｂモード超音波ラスタデータに基づいて２次元情報としての断層像データを生成する。そして、画像生成部１２は、３次元画像データや断層像データなどの超音波画像データを表示部１３に出力する。

表示部１３は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタで構成されており、画面上に断層像、３次元画像又は血流情報などが表示される。

制御部１４は、超音波診断装置の各部に接続されて各部の動作を制御する。制御部１４には、各グループに属する超音波振動子に与える遅延パターンが設定されている。この実施形態では、グループごとに異なる遅延パターンが設定されている。制御部１４は、設定されている遅延パターンによる遅延処理の実行指示を送信部３に与える。

また、超音波診断装置は図示しない操作部を備えている。その操作部は、キーボード、マウス、トラックボール、又はＴＣＳ（Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｓｃｒｅｅｎ）などで構成されており、操作者の操作によってスキャン条件や関心領域（ＲＯＩ）などの各種設定が行われる。

［作用及び効果］
この実施形態に係る超音波診断装置によると、複数の超音波振動子を複数のグループに分け、グループごとに異なる遅延パターンを与えて送信ビームを送信することで、複数の方向に送信ビームを一度に送信することが可能となる。これにより、一度に複数の領域を走査することが可能となるため、フレームレート又はボリュームレートを向上させることが可能となる。

また、受信ビームフォーマの設置数に応じた数の送信ビームを生成して送信することで、並列同時受信処理に対する並列同時送信処理を実現することができる。換言すると、送信ビームの本数に応じた数の受信ビームフォーマを設置することで、並列同時送信数処理に対する並列同時受信処理を実現することができる。

また、超音波によって走査する走査領域の広さに応じた数の送信ビームを生成して送信することで、フレームレート又はボリュームレートを低下させずに、その走査領域を超音波で走査することが可能となる。換言すると、送信ビームの本数に応じて走査領域を変えて走査することで、フレームレート又はボリュームレートを低下させずにその走査領域を超音波で走査することが可能となる。例えば、走査領域が広くなるほど、送信ビームの本数を増やして送信ビームを送信することで、フレームレート又はボリュームレートを低下させずにその走査領域を走査することが可能となり、従来よりも広い領域を走査することが可能となる。

ところで、３Ｄスキャン用の超音波プローブを用いて走査する場合と、２Ｄスキャン用の超音波プローブを用いて走査する場合とで、それぞれ異なる受信ビームフォーマを用いることになれば、部品、基板の共通化ができず、結局、高価な装置になってしまう。これに対して、この実施形態に係る超音波診断装置によると、送信ビームの本数に応じた数の受信ビームフォーマを設置することで、安価で消費電力が小さい超音波診断装置を提供することができる。特に、受信ビームフォーマを着脱可能とし、送信ビーム数に応じた数の受信ビームフォーマを増設することで、送信ビーム数の増加、受信ビーム数の増加に対応することが可能となる。このように、受信ビームフォーマを増設するだけで、超音波診断装置を簡便にアップグレードすることが可能となり、上位機種から下位機種までの装置を共通化し、開発費の削減、部品の共通化が実現できる。

例えば、２次元の断面を超音波で走査する２Ｄスキャンを実行する場合、４本程度の同時受信数で十分なフレームレートが得られる。従って、１個の受信ビームフォーマを設置すれば、２Ｄスキャンに対応することができる。一方、３次元領域を超音波で走査する３Ｄスキャンを行なう場合には、同時受信数を多くする必要があるため、その分、受信ビームフォーマを複数設ける。このように、この実施形態に係る超音波診断装置によると、受信ビームフォーマを増設するだけで、送信ビームの増加、受信ビームの増加に対応することができ、超音波診断装置を簡便にアップグレードすることが可能となる。

この発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 送信ビームの１例を模式的に示す図である。 送信ビームの送信方向ごとにグループ分けされた超音波振動子を示す上面図であり、そのグループ分けの１例を示す上面図である。 ２本の送信ビームによる走査の１例を模式的に示す図であり、超音波プローブ側から見た図である。 走査対象の３次元領域を模式的に示す図である。 送信ビームを送信する方向ごとにグループ分けされた超音波振動子を示す上面図であり、そのグループ分けの１例を示す上面図である。 送信ビームを送信する方向ごとにグループ分けされた超音波振動子を示す上面図であり、そのグループ分けの１例を示す上面図である。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ ＴＲＳＷ
３ 送信部
４ 送信ビームフォーマ
５ パルス発生部
６ 受信部
７ プリアンプ
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 受信ビームフォーマ
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 第１マルチプレクサ
１０ 第２マルチプレクサ
１１ 信号処理部
１２ 画像生成部
１３ 表示部
１４ 制御部

Claims (5)

1. 複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、
   前記超音波プローブに、超音波を複数の方向に一度に送信させる送信手段と、
   前記超音波プローブが受波した信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段からの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記送信手段は、前記複数の超音波振動子を複数組に分け、前記複数組に属する各超音波振動子に対して組ごとに異なる遅延条件を与えて、前記組ごとにそれぞれ異なる方向に送信ビームフォーミングを行うことで、前記超音波を複数の方向に一度に送信させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記受信手段は、複数方向の受信ビームフォーミングを同時に行う並列同時受信処理が可能な受信ビームフォーマを有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波診断装置。
4. 前記受信手段は、超音波を一度に送信する前記複数の方向の数に応じた数の受信ビームフォーマを有し、
   各受信ビームフォーマは、前記複数の方向に送信された各超音波に基づく反射波をそれぞれ受信して前記並列同時受信処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記受信手段は、前記受信ビームフォーマを複数有し、
   前記送信手段は、前記受信ビームフォーマの数に応じた複数の方向に超音波を送信させることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。

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