JP2011072586A - 超音波診断装置、及び超音波診断装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブから超音波診断装置本体へ転送するデータ量を低減する。
【解決手段】超音波診断装置１０は、超音波プローブ１１と本体１２とからなる。超音波プローブ１１は、複数が連動して動作することにより被検体内に超音波ビームを送信するとともに、前記超音波ビームのエコーを受信してエコー信号を出力する複数の超音波トランスデューサ３１と、１回の前記超音波ビームの送信によって得られる複数のエコー信号を整相加算する第１受信フォーカス処理によって、複数の第１音線データを生成する第１音線データ生成部２６とを備える。本体１２は、連続する複数回の前記超音波ビームの送信で各々生成された第１音線データを整相加算する第２受信フォーカス処理によって、複数の第２音線データを生成する第２音線データ生成部４４と、第２音線データに基づいて被検体の断層画像を生成する画像生成部４６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波エコーによって被検体内を観察、診断する超音波診断装置、超音波診断装置の制御方法に関する。

超音波診断装置は、被検者への負担が少なく、またリアルタイムに被検体内の断層画像を観察できることから、腹部検査、乳腺・甲状腺検査等に利用されている。超音波診断装置は、超音波プローブと超音波診断装置本体とを備える。そして、超音波診断装置は、超音波プローブを被検体に当接させて被検体内に超音波ビームを送信するとともに、被検体内からのエコーを受信し、エコー信号を超音波診断装置本体に入力する。その後、超音波診断装置本体で、エコー信号に基づいて被検体の断層画像を生成し、モニタに表示させる。

超音波プローブから超音波ビームを送信する様態としては、従来、超音波ビームを細く絞り、１回の超音波ビームの送受信で１〜４ラインの走査線上のエコー信号を取得する方式（いわゆる Line by Line方式）が知られている。しかし、このLine by Line方式では、画質を向上させるために超音波ビームを絞り込むと、これに応じてフレームレートが低減するという欠点がある。このため、近年では、幅広の超音波ビームを送信することにより、より多くの走査線上のエコー信号を同時に取得し、画質の向上と高フレームレートを両立させた方式（いわゆる Zone Sonography方式）が知られている（特許文献１）。

また、従来、超音波診断装置では、超音波プローブに超音波を送受信する超音波トランスデューサが１列に配列され、この超音波トランスデューサの列によって、被検体の断層画像を生成、表示することにより、被検体の断面を観察する。しかし、近年では、超音波トランスデューサを２次元に配列し、２次元的にエコー信号を取得することによって、被検体内を立体的に表した画像を生成、表示する技術も知られている（特許文献２）。

特開２００３−１８０６８８号公報 特表２００４−５０６４９７号公報

通常、超音波プローブと超音波診断装置本体は、エコー信号等を送受信するケーブルで接続されている。こうしたプローブ‐本体間のケーブルは、超音波診断装置の操作や超音波プローブの取り回しの妨げになり易く、これを煩わしいと感じるオペレータも多い。このため、近年では、プローブ‐本体間のケーブルを細線化、さらには無線化することが望まれている。

典型的な場合、エコー信号をデジタル信号に変換すると、１フレームのエコー信号は４０ＭＢ程度になり、２０フレーム／秒でエコー信号を転送する場合には、約１ＧＢ／秒もの転送レートが必要になる。このため、プローブ‐本体間を細線化することは難しく、特に無線化することは極めて困難である。また、１ＧＢ／秒もの高速な無線転送が実現可能であったとしても、データ転送に要する電力、無線帯域の占有を考慮すると実現は困難である。

また、特許文献２には、２方向の操作のうち１方向について、超音波プローブ内でアナログ的に部分的な整相加算を行ってからエコー信号を本体に伝送する技術が記載されているが、超音波プローブと本体間を伝送する信号はアナログ信号であり、信号強度が微弱になった場合にはＳＮ比が劣化するという問題がある。また、単に整相加算を行ってからエコー信号を本体に転送するようにしても、細線化、特に無線化が可能な程にはプローブ‐本体間のデータ転送量を削減することはできない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、超音波プローブから超音波診断装置本体へ転送するデータ量を低減することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、被検体内に超音波ビームを送信するとともに、前記超音波ビームのエコーを受信してエコー信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、１回の前記超音波ビームの送信によって得られる複数の前記エコー信号を整相加算する第１受信フォーカス処理によって、１回の前記超音波ビームの送信毎に複数の走査線について第１音線データを生成する第１音線データ生成手段と、を有する超音波プローブと、複数方向へ前記超音波ビームを送信することによって生成された前記第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、第２音線データを生成する第２音線データ生成手段と、前記第２音線データに基づいて前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、を有する本体と、
を備えることを特徴とする。

また、前記第１音線データ生成手段は、連続する前記超音波ビームの送信によって、同じ走査線について複数回重複して前記第１データを生成することが好ましい。

前記第２音線データ生成手段は、複数回の連続する前記超音波ビームの送信で各々生成された前記第１音線データに前記第２受信フォーカス処理を施すことにより、前記第２音線データを生成することが好ましい。

前記超音波ビームは、複数の走査線を含む範囲に収束する幅広の超音波ビームであり、前記超音波ビームが収束する幅を制御する制御手段を備え、前記第１音線データ生成手段は、前記超音波ビームが収束する幅に応じて前記第１音線データの生成数を変更することが好ましい。

前記制御手段は、前記超音波ビームが収束する幅に応じて、前記超音波ビームの移動量を変更することが好ましい。

前記超音波プローブに、前記エコー信号に対して直交検波処理を施して、複素ベースバンド信号に変換する変換手段を備え、前記第１音線データ生成手段及び前記第２音線データ生成手段は、前記複素ベースバンド信号に基づいて各々前記第１音線データ及び前記第２音線データを生成することが好ましい。

また、前記超音波プローブと前記本体とのデータの送受信は、無線通信によって行っても良い。

本発明の超音波診断装置の制御方法は、複数の超音波トランスデューサを連動して動作させることにより被検体内に超音波ビームを送信し、前記超音波トランスデューサで前記超音波ビームのエコーを受信して前記超音波トランスデューサからエコー信号を出力させる送受信ステップと、超音波プローブ内で、１回の前記超音波ビームによって得られる前記エコー信号を整相加算することにより、１回の前記超音波ビームの送信毎に複数の走査線について第１音線データを生成する第１受信フォーカス処理ステップと、前記超音波プローブから本体に前記第１音線データを転送する転送ステップと、前記本体内で、複数方向へ前記超音波ビームを送信することによって生成された前記第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、第２音線データを生成する第２受信フォーカス処理ステップと、前記第２音線データに基づいて前記被検体の断層画像を生成する画像生成ステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、超音波プローブから超音波診断装置本体へ転送するデータ量を低減することができる。特に、プローブ‐本体間を無線化できる程度に、超音波プローブから超音波診断装置本体へ転送するデータ量を低減させることができる。

超音波プローブの構成を示すブロック図である。 超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。 走査線の様態を示す説明図である。 超音波ビームを送信と第１音線データ生成の様態を示す説明図である。 超音波プローブから本体へ転送する第１音線データを示す説明図である。 第１音線データから第２音線データを生成する様態を示す説明図である。 第２受信フォーカス処理によって全走査線分の第２音線データを生成する様態を示す説明図である。

図１及び図２に示すように、超音波診断装置１０は、超音波プローブ１１と超音波診断装置本体（以下、本体という）１２とからなる。超音波プローブ１１は、被検者に当接して使用され、被検体内に超音波ビームを送信するとともに、被検体内からのエコーを受信する。そして、後述するように、超音波プローブ１１は受信したエコーに基づいて第１音線データを生成し、これを無線で本体１２に送信する。本体１２は、超音波プローブ１１から受信した第１音線データから第２音線データを生成し、これに基づいて被検体の断層画像を生成し、表示する。

図１に示すように、超音波プローブ１１は、超音波トランスデューサアレイ２１、送信部２２、受信部２３、メモリ２４、第１音線データ生成部２６、パラレル／シリアル変換部２７、無線通信部２８、制御部２９等から構成される。

超音波トランスデューサアレイ２１は、１列に並べて配置された複数の超音波トランスデューサ３１からなり、超音波プローブ１１の先端付近に設けられ、被検体内に向けて超音波ビームを送信するとともに、被検体内からのエコーを受信する。ここでは、超音波トランスデューサアレイ２１は、２００チャンネルの超音波トランスデューサ３１からなる。各々の超音波トランスデューサ３１は、送信部２２から入力される駆動信号にしたがって動作する。超音波トランスデューサアレイ２１が超音波ビームを送信するときには、複数の超音波トランスデューサ３１のうち連続して並んだいくつかの超音波トランスデューサ３１が選択的に連動して駆動されるとともに、各々動作タイミングを遅延させて駆動される。これにより、超音波トランスデューサアレイ２１が送信する超音波ビームは、被検体内の所定の位置及び深さに任意の大きさの焦点を結ぶようになっている。また、各々の超音波トランスデューサ３１は、被検体内からのエコーを受信すると、アナログのエコー信号（ＲＦ信号）を出力する。

送信部２２は、各超音波トランスデューサ３１に超音波をパルス発振させる駆動信号を生成し、各超音波トランスデューサ３１に入力する。このとき、前述のように、超音波を送信させる超音波トランスデューサ３１を選択するとともに、各超音波トランスデューサ３１を駆動させるタイミングを調節することにより、送信部２２は、超音波ビームを発振する向きや位置、焦点を結ぶ深さや焦点の大きさ等を調節しながら、超音波トランスデューサアレイ２１に超音波ビームを送信させる。また、送信部２２は、超音波トランスデューサアレイ２１の一端側から他端側にかけて、一定のピッチで超音波ビームの中心位置（送信方向）をシフトさせながら、超音波ビームを複数回送信させる。このとき、連続して送信された超音波ビームに重複する範囲があるように、送信部２２は超音波トランスデューサアレイ２１を制御する。

受信部２３は、超音波ビームの送信毎に超音波トランスデューサアレイ２１からアナログのエコー信号を取得し、各々の超音波トランスデューサ３１に対応したデジタルのエコー信号を生成する。受信部２３は、超音波トランスデューサ３１に一対一に対応するように、超音波トランスデューサ３１と同数のエコー信号処理回路３２（変換手段）を備える。エコー信号処理回路３２は、対応する超音波トランスデューサ３１からアナログのエコー信号が入力されると、これを増幅し、直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド化する。そして、これをＡ／Ｄ変換することによってデジタルのエコー信号を生成する。こうして受信部２３が生成したデジタルのエコー信号はメモリ２４に記憶される。また、受信部２３は、複数の超音波トランスデューサ３１のうちいくつかの超音波トランスデューサ３１を選択して、アナログのエコー信号の取得及びデジタル化を行えるようになっている。このため、後述するように、受信部２３では、１回の超音波ビームの送信に対して、超音波ビームの送信位置に応じた１００チャンネルから選択的にエコー信号を読み出して、１００チャンネル分のデジタルなエコー信号を生成する。なお、エコー信号処理回路３２は、上述のように取得したアナログのエコー信号に直交検波処理を施すと同時に、超音波の反射した組織の深度に応じた減衰量を補正したり、周波数依存の減衰を補正することが好ましい。

第１音線データ生成部２６は、複数（Ｍ個）の第１ビームフォーマ（第１音線データ生成手段）３３からなる。第１ビームフォーマ３３は、メモリ２４から１回の超音波ビームの送信で得られたエコー信号を全て読み出して整相加算する第１受信フォーカス処理を行う。これにより、第１ビームフォーマ３３は、走査線１本分の第１音線データを生成する。また、第１ビームフォーマ３３は、１回の超音波ビームの送信に対して生成する第１音線データの最大数分だけ予め設けられている。ここでは、第１音線データ生成部２６は、第１音線データ生成部２６には２４個の第１ビームフォーマ３３が予め設けられている。したがって、第１音線データ生成部２６は、超音波ビームの送信１回毎に、走査線２４ライン分の第１音線データを生成する。こうして第１音線データ生成部２６が生成した２４ライン分の第１音線データは、パラレル／シリアル変換部２７に入力される。

パラレル／シリアル変換部２７は、第１音線データ生成部２６から入力される第１音線データをシリアルデータに変換し、無線通信部２８に入力する。このとき、パラレル／シリアル変換部２７は、１回の超音波ビームの送信で生成された２４ライン分の第１音線データを１つの単位としてシリアル化する。無線通信部２８は、アンテナ３４を介して、シリアル化された第１音線データを本体１２に転送する。また、無線通信部２８は、アンテナ３４を介して本体１２からの制御信号を受信すると、これを制御部２９に入力する。こうした第１音線データの転送は、超音波ビームの送信毎に行われる。

制御部２９は、超音波プローブ１１の各部を統括的に制御する。例えば、制御部２９は、送信部２２に制御信号を入力することによって、送信部２２が１回の超音波ビームの送信のために駆動する超音波トランスデューサ３１のチャンネル数や、それらの遅延動作のパターン、超音波ビームの中心位置をシフトさせる量を変更する。これに基づいて、送信部２２は、超音波ビームの幅（焦点の大きさ）や焦点を結ぶ深さ、超音波ビームの重複範囲等を調節する。また、制御部２９は、受信部２３に制御信号を入力することによって、受信部２３が１回の超音波ビームの送信に対してエコー信号を取得する超音波トランスデューサ３１のチャンネル数を変更する。さらに、制御部２９は、第１音線データ生成部２６に制御信号を入力することにより、１回の超音波ビームの送信に対して生成する第１音線データの総数を変更させる。こうした制御部２９による超音波プローブ１１各部の制御は、無線通信部２８を介して入力される本体１２からの制御信号や、スイッチ等からなる操作部３６からの制御信号の入力に基づいて行われる。なお、超音波プローブ１１の各部は、図示しないバッテリから電力を供給される。

図２に示すように、本体１２は、無線通信部４１、シリアル／パラレル変換部４２、メモリ４３、第２音線データ生成部４４、画像生成部４６、モニタ４７、制御部４８等から構成される。

無線通信部４１は、アンテナ５１を介して超音波プローブ１１と通信し、シリアル化された第１音線データを受信し、シリアル／パラレル変換部４２に入力する。また、無線通信部４１は、アンテナ５１を介して制御部４８から入力される制御信号を超音波プローブ１１に送信する。シリアル／パラレル変換部４２は、無線通信部４２からシリアル化された第１音線データが入力されると、これをパラレルデータに変換し、メモリ４３に記憶させる。また、メモリ４３には、超音波ビームの送信毎に生成される２４ライン分の第１音線データを１セットとし、複数セットの第１音線データが記憶される。

第２音線データ生成部４４は、複数（Ｎ個）の第２ビームフォーマ５２からなる。第２ビームフォーマ５２は、メモリ４３から、複数の方向への連続した複数回の超音波ビームの送信により各々生成された第１音線データを読み出して、これらに第２受信フォーカス処理を行い、１ライン分の第２音線データを生成する。例えば、第２ビームフォーマ５２は、ｎ−１回目に送信した超音波ビームのエコーから生成された第１音線データと、ｎ回目に送信した超音波ビームのエコーから生成された第１音線データと、ｎ＋１回目に送信した超音波ビームのエコーから生成された第１音線データに対して第２受信フォーカス処理を施す。第２ビームフォーマ５２が行う第２受信フォーカス処理は、１回の超音波ビームの送信で生成された第１音線データを整相加算するのではなく、連続する複数回の超音波ビームの送信で生成された第１音線データから分解能が向上した音線データを生成する、いわゆる開口合成処理である。ここでは第２音線データは第１音線データに対してアジマス方向の分解能（方位分解能）が向上した音線データとなる。また、ここでは第２音線データ生成部４４には、８個の第２ビームフォーマ５２が設けられており、同時に８ライン分の第２音線データを生成する。こうして第２音線データ生成部４４が生成した第２音線データは、画像生成部４６に入力される。

画像生成部４６は、画像処理用のメモリ（図示しない）に複数フレーム分の第２音線データを記憶する。そして、画像生成部４６は、１フレーム分の第２音線データに対して対数圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理、受信データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換する走査線変換処理等を施して断層画像を生成する。例えば、画像生成部４６は、本体１２の設定に応じて、ある時刻の被検体の深さ方向の断面を表すＢモード画像や、１つの第２音線データを時間経過による変化を画像化したＭモード画像等の断層画像を生成する。こうして画像生成部４６が生成した断層画像は、モニタ４７に表示される。

制御部４８は、本体１２の各部を統括的に制御する。例えば、制御部４７は、キーボード、ポインティングデバイス、各種ボタンやダイヤル等からなる操作部４９をオペレータが操作することによって、設定等を変更する制御信号が入力されると、本体１２の各部にこれを入力することにより、本体１２各部の動作様態を変更する。また、操作部４９を介して超音波プローブ１１の制御様態に関する制御信号が入力されたときには、これを無線通信部４１によって超音波プローブ１１に送信し、超音波プローブ１１の制御部２９に超音波プローブ１１各部を制御させる。

以上のように構成される超音波診断装置１０は、以下のように動作する。まず、前述のように超音波プローブ１１の先端には一端から他端にかけて計２００チャンネルの超音波トランスデューサ３１が１列に並べて配置されている。図３に示すように、超音波診断装置１０では、これらの各超音波トランスデューサ３１に対して２本の走査線が予め設定されている。このため、超音波診断装置１０では、１枚のＢモード画像（以下、１フレームという）を生成するために、４０１本のラインＬｋ（ｋ＝１〜４０１）について被検体を走査する。

超音波診断装置１０によって被検体を観察すときには、まず、図４（Ａ）に示すように、超音波プローブ１１は被検体内に向けて、１２チャンネル分の２４本の走査線Ｌｋを含む広い範囲に収束する幅広の超音波ビーム６１を送信する。その後、超音波プローブ１１は、全２００チャンネルの超音波トランスデューサ３１で、被検体内からのエコーを受信し、それぞれエコー信号を出力する（送受信ステップ）。このとき、受信部２３は、全２００チャンネルのうち、１００チャンネルの超音波トランスデューサ３１を選択してエコー信号を取得する。そして、取得したエコー信号を各々に対して各種信号処理を施し、１００チャンネル分のデジタルのエコー信号を生成する。その後、超音波プローブ１１は、第１音線データ生成部２６において、生成された１００チャンネル分のエコー信号に対して第１受信フォーカス処理を施すことにより、超音波ビーム６１の範囲内に含まれる２４本の走査線Ｌｋのそれぞれに対応する第１音線データを生成する（第１受信フォーカス処理ステップ）。こうして生成された走査線２４ライン分の第１音線データは、超音波ビーム６１の送信毎にシリアル化され、無線によって本体１２に転送される（転送ステップ）。

また、図４（Ｂ）に示すように、超音波プローブ１１は、中心位置を４チャンネル（８ライン）分ずつ一定の方向に移動させながら、連続して各々異なる方向に超音波ビーム６１を送信する。したがって、超音波プローブ１１は、１フレーム間に２００／４＋１＝５１回の超音波ビーム６１を送信する。このとき、超音波ビーム６１が前述のように幅広であるために、ｎ＋１回目に送信する超音波ビーム６１［ｎ＋１］は、ｎ回目に送信した超音波ビーム６１［ｎ］と斜線で示す一部分が重複する位置に送信される（以下、同様に超音波ビーム６１を送信回数［ｎ］を付与して表す）。また、超音波ビーム６１［ｎ＋１］を送信すると、超音波プローブ１１は、前述と同様に超音波ビーム６１［ｎ＋１］内に含まれる２４ラインの走査線にそれぞれ対応した第１音線データが生成し、本体１２に転送する。このため、図４（Ｃ）に示すように、超音波プローブ１１は、超音波ビーム６１［ｎ］を送信したときに、２４ラインの走査線Ｌｋ〜Ｌｋ＋２３に各々対応する第１音線データＤｋ〜Ｄｋ＋２３を生成し、超音波ビーム６１［ｎ＋１］を送信したときには、８ライン（４チャンネル）分、超音波ビーム６１の移動方向にシフトした２４ラインの走査線Ｌｋ＋２４〜Ｌｋ＋４７に各々対応する第１音線データＤｋ＋２４〜Ｄｋ＋４７を生成する。したがって、超音波ビーム６１［ｎ］の送信時と超音波ビーム６１［ｎ＋１］の送信時を比較すると、各々の超音波ビーム６１［ｎ］，６１［ｎ＋１］の送信時には、８チャンネル１６ライン分の走査線Ｌｋ＋８〜Ｌｋ＋２３について重複して第１音線データＤｋ＋８〜Ｄｋ＋４７が生成される。こうして、超音波プローブ１１は、超音波ビーム６１の送信範囲と、各超音波ビーム６１の送信時に第１音線データを生成する走査線Ｌとを一部重複させながら、超音波ビーム６１の送信毎に走査線２４ライン分の第１音線データを生成する。

したがって、図５に示すように、超音波プローブ１１は、連続する３回の超音波ビームの送信時に、同一の走査線に対してそれぞれ第１音線データを生成するので、走査線の数の３倍の第１音線データが超音波プローブ１１から本体１２に転送される。例えば、破線で囲んで示すように、ｎ−１回目の超音波ビーム６１［ｎ−１］の送信時に生成される第１音線データＤ［ｎ−１］の一端（右端）の８ライン分の第１音線データと、ｎ回目の超音波ビーム６１［ｎ］の送信時に生成される第１音線データＤ［ｎ−１］の中央の８ライン分の第１音線データと、ｎ＋１回目の超音波ビーム６１［ｎ＋１］の送信時に生成される第１音線データＤ［ｎ＋１］の他端（左端）の８ライン分の第１音線データは、各々超音波ビーム６１の送信位置が異なるものの、いずれも同じ走査線Ｌｋ＋８〜Ｌｋ＋１５に対して生成された第１音線データとなる。したがって、１フレームのＢモード画像を生成するために超音波プローブ１１が生成する第１音線データの総数は、走査線の数の３倍になる。また、走査線１ライン分のデータ量を１単位（例えば、８０ｋＢ程度）とすると、ここでは１フレーム間に超音波プローブ１１から５１回の超音波ビーム６１を送信するので、超音波プローブ１１から本体１２に転送される第１音線データの量は、８×３×５１＝１２２４単位となる。

こうして超音波プローブ１１が第１音線データを生成し、本体１２に転送すると、本体１２では、これをメモリ４３に記憶する。その後、図６に示すように、第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、第２音線データを生成する（第２受信フォーカス処理ステップ）。図６（Ａ）に示すように、超音波ビーム６１［ｎ］の送信時に、超音波ビーム６１［ｎ］のほぼ中央に位置する一点の組織Ａからのエコーを例にすると、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、組織Ａのエコーを反映したシグナルは、超音波ビーム６１［ｎ−１］，６１［ｎ＋１］の送信時に各々生成される第１音線データＤ［ｎ−１］，Ｄ［ｎ＋１］にも現れる。このため、図６（Ｄ）に示すように、第２音線データ生成部４４では、第１音線データＤ［ｎ］に現れる組織Ａのシグナルの位置に、第１音線データＤ［ｎ−１］，Ｄ［ｎ＋１］に現れた組織Ａのシグナルの位置を合わせるように位相を整合させて加算する。これにより、第２音線データ生成部４４は、第１音線データＤ［ｎ−１］，Ｄ［ｎ］，Ｄ［ｎ＋１］から、第１音線データＤ［ｎ］の２４ライン分の第１音線データのうち中央８ライン分の走査線に各々対応する第２音線データＥ［ｎ］を生成する。こうして生成された第２音線データＥ［ｎ］は、第１音線データＤ［ｎ］よりも超音波トランスデューサ３１が配列された方向（アジマス方向）の分解能がさらに向上した音線データとなる。

このように、第２音線データ生成部４４では、３回の連続する超音波ビームの送信時に各々生成される第１音線データを整相加算することにより、超音波ビーム６１［ｎ］の送信時に生成される第１音線データＤ［ｎ］の中央８ライン分に対応する第２音線データＥ［ｎ］を生成する。そして、図７に示すように、第２音線データ生成部４４は、超音波ビーム６１の送信回数分（５１回）だけこうした第２音線データＥ［ｎ］の生成を繰返すことにより、１フレーム分の第２音線データＥを重複なく生成する。そして、画像生成部４６で第２音線データＥに基づいて断層画像を生成され（画像生成ステップ）、モニタ４７に表示される。

上述のように、超音波診断装置１０は、超音波ビーム６１の送信毎に取得する１００チャンネル分のエコー信号をそのまま全て本体１２に転送するのではなく、取得した１００チャンネル分のエコー信号に第１受信フォーカス処理を施して生成した第１音線データＤを生成し、これを本体１２に転送する。このため、前述のように、超音波プローブ１１から本体１２へ転送するデータの量は、１ライン分のデータ量を１単位として、１フレーム当たり１２２４単位となる。

比較のために、１回の超音波ビームの送信で１ライン分の音線データを生成する典型的なLine by Line方式の場合を考えると、上述の超音波診断装置１０と同じ、４０１ライン分の音線データを各々１００チャンネル分のエコー信号から生成するという条件の下では、１フレーム当たり、４０１回の超音波ビームの送信を必要とし、そのつど１００チャンネル分のエコー信号を超音波プローブ１１から本体１２することになる。このため、典型的なLine by Line方式の場合には、１フレーム当たり１００×４０１＝４０１００単位のデータを転送する必要がある。

また、単純なZone Sonography方式の場合は、超音波診断装置１０と同様に、超音波ビーム６１の送信回数が５１回に低減されるが、１回の超音波ビーム６１の送信につき１００チャンネル分のエコー信号を超音波プローブ１１から本体１２に転送することになる。このため、単純なZone Sonography方式の場合には、超音波プローブ１１から本体１２へ転送するデータの量は、１フレーム当たり１００×５１＝５１００単位となる。

したがって、上述の超音波診断装置１０は、超音波プローブ１１で第１音線データＤを生成し、これを本体１２に転送するようにしたことで、超音波プローブ１１から本体１２へのデータの転送量は、典型的なLine by Line方式に比べて１／１６に低減され、単純なZone Sonography方式と比較しても１／４に低減される。また、こうして超音波プローブ１１と本体１２間でのデータ転送量を低減することで、データ転送に要する電力を抑えることができる。これにより、超音波プローブ１１の使用可能時間が長くなり、超音波診断装置１０の利便性が向上する。

さらに、超音波診断装置１０では、上述のように、超音波ビーム６１を一部重複させるだけでなく、同じ走査線に対して連続する３回の各超音波ビーム６１の送信時に生成する第１音線データを重複して生成する。そして、第１音線データにさらに第２受信フォーカス処理を施して第２音線データを生成し、これに基づいて断層画像を生成する。これにより、超音波診断装置１０では、超音波プローブ１１から本体１２へのデータ転送量を低減しつつも、アジマス方向の分解能がLine by Line方式やZone Sonography方式よりも良い断層画像を生成することができる。

なお、上述の実施形態では、２００チャンネルの超音波トランスデューサ３１を用い、超音波ビーム６１の送信毎に１００チャンネル分のエコー信号を受信する例を説明したが、超音波ビーム６１の送信毎にエコー信号を受信するチャンネル数は、観察する被検体の様態に応じて変更することが好ましい。前述のように、超音波診断装置１０では、操作部４９等からの入力により、超音波ビーム６１の送信毎にエコー信号を受信するチャンネル数は可変となっている。このため、例えば、観察したい組織の性状や深さ、必要なフレームレート等に応じて、エコー信号を受信するチャンネル数を変更することが好ましい。こうしてエコー信号を受信するチャンネル数を変更することで、深さ方向及びアジマス方向の分解能が調節された第１音線データが生成される。また、こうして分解能が調節された第１音線データを生成させることで、被検体の診断に好適なフレームレートと被検体の診断に好適な断層画像の解像度を両立させることができる。

また、上述の実施形態では、超音波ビーム６１の送信毎に走査線２４ライン分の第１音線データを生成する例を説明したが、これに限らず、超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数（第１音線データの生成数）は、超音波ビーム６１の幅（焦点の大きさ）や重複範囲、超音波プローブ１１と本体１２間の通信状態、観察に必要なフレームレートに応じて変更することが好ましい。前述のように、超音波診断装置１０では、操作部４９等からの入力により、超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数は可変であるとともに、超音波ビーム６１の太さやシフトさせるピッチを変更することにより連続して送信される超音波ビーム６１の幅（焦点の大きさ）を変更可能となっている。したがって、例えば、連続して送信される超音波ビーム６１の幅が変更されたときに、変更後の超音波ビーム６１の幅に応じて、制御部２９は、第１音線データ生成部２６における第１音線データの生成数を変更することが好ましい。このとき、上述の実施形態と同様に、連続する超音波ビーム６１の送信で、同じ走査線について３回重複して第１音線データを生成するには、重複範囲内に含まれる走査線のライン数の３倍の第１音線データが、１回の超音波ビーム６１の送信で生成されるように、第１音線データの生成数を変更すれば良い。

また、例えば、超音波プローブ１１と本体１２との通信状態が悪化した場合やアーティファクト等の影響により高フレームレートでの観察が必要な場合には、超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数を減少させ、超音波プローブ１１と本体１２間のデータ転送量を低減することが好ましい。特に、超音波プローブ１１と本体１２との通信状態によって超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数を変更するときには、超音波プローブ１１や本体１２に通信状態を監視して、通信状態の良否に応じた信号を出力する回路等を予め設けておき、その出力信号に応じて、超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数を自動的に変更することが好ましい。こうして第１音線データを生成する数を変更することで、超音波プローブ１１内でのデータ処理量や本体１２へのデータの転送量が診断の様態に応じて最適化される。

さらに、上述の実施形態では、４チャンネル８ライン分ずつシフトさせながら超音波ビーム６１を送信する例を説明したが、超音波ビーム６１をシフトさせるピッチ（超音波ビームの移動量）は、各超音波ビーム６１の送信時に第１音線データを生成する走査線のラインが重複する範囲内であれば、任意に定めて良く、上述の実施形態では制御部２９によって適切な値に自動的に調節される。特に、前述のように超音波ビーム６１の送信毎に第１音線データを生成する走査線のライン数を変更したときには、超音波ビーム６１の幅や変更後のライン数に応じて超音波ビーム６１をシフトさせるピッチを変更することが好ましく、さらに自動的にこれを変更することが好ましい。

なお、上述の実施形態では、超音波プローブ１１から本体１２への第１音線データの転送を無線通信により行う例を説明したが、超音波プローブ１１と本体１２を通信ケーブルで接続し、これを通じて第１音線データを転送するようにしても良い。こうして超音波プローブ１１と本体１２とを通信ケーブルで接続する場合にも、上述の実施形態と同様に、エコー信号そのものを転送するのではなく、超音波プローブ１１内で第１音線データを生成し、これを本体１２に転送することで、超音波プローブ１１と本体１２間のデータ転送量を低減することができるので、通信ケーブルを細線化し、超音波診断装置１０の操作性を向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、３回の連続する超音波ビーム６１の送信時に生成された第１音線データに対して第２受信フォーカス処理を施すことにより、第２音線データを生成する例を説明したが、これに限らず、２回の連続する超音波ビーム６１の送信時に生成した第１音線データから第２音線データを生成しても良く、４以上の連続する超音波ビーム６１の送信時に生成された第１音線データから第２音線データを生成しても良いが、少なくとも２以上の連続する超音波ビーム６１の送信時に生成された第１音線データから第２音線データを生成することが好ましい。第２音線データを生成する速度と断層画像の解像度との兼ね合いから、上述の実施形態のように、３回の連続する超音波ビーム６１の送信時に生成された第１音線データから第２音線データを生成することが特に好ましい。

なお、上述の実施形態では、連続する複数回の超音波ビームの送信で生成された第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、方位分解能が向上した第２音線データを生成する例を説明したが、これに限らず、第２受信フォーカス処理によって、元の第１音線データに比べて、コントラスト分解能を向上させた第２音線データを生成しても良い。また、第２受信フォーカス処理によって、方位分解能とコントラスト分解能をともに向上させるようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、第１ビームフォーマ３３が走査線１本分の第１音線データを生成するものとし、第１音線データ生成部２６が超音波ビーム６１の送信毎に生成する第１音線データＤｋと同数（上述の実施形態では２４個）の第１ビームフォーマ３３から構成する例を説明したが、これに限らない。例えば、第１音線データ生成部２６を１個の第１ビームフォーマ３３で構成し、この１個の第１ビームフォーマ３３によって２４ライン分の第１音線データＤｋを順次生成しても良い。こうした場合には、１個の第１ビームフォーマ３３でいわゆる時分割処理することにより、２４ライン分の第１音線データＤｋを生成するようにしても良い。また、２４個に満たない複数の第１ビームフォーマ３３から第１音線データ生成部２６を構成し、各第１ビームフォーマ３３で分担して２４ライン分の第１音線データＤｋを生成しても良い。第２音線データ生成部４４及び第２ビームフォーマ５２についても同様である。

なお、上述の実施形態では、使用する超音波トランスデューサ３１の組を移動させることによって、超音波ビーム６１の中心位置をシフトさせる例を説明したが、これに限らない。例えば、使用する超音波トランスデューサ３１の組を移動させるのではなく、いわゆるセクタ型の超音波プローブのように、超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる全ての超音波トランスデューサ３１を用いて、超音波ビーム６１の送信方向を変化させる場合にも、本発明を好適に用いることができる。また、上述の実施形態では、超音波ビーム６１の中心位置をシフトさせる例を説明したが、超音波プローブの様態によっては、超音波ビーム６１の中心位置のシフトは、超音波ビーム６１の送信角度の調節を含む。

なお、上述の実施形態では、超音波プローブ１１で生成する第１音線データは、直交検波処理が施されたエコー信号から生成される例を説明したが、直交検波処理は少なくとも超音波プローブ１１内で行われれば良く、任意のタイミングで行うことができる。例えば、超音波トランスデューサ３１から出力されるエコー信号をデジタル化し、これに第１受信フォーカス処理を施すことにより第１音線データを生成し、その後、第１音線データに直交検波処理を施して本体１２に転送するようにしても良い。また、上述の実施形態では、複素ベースバンド化されたエコー信号を用いて第１音線データ以降のデータ処理を行うが、複素ベースバンド化は任意のタイミングで行うようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、第２音線データに基づいて生成する断層画像の例としてＢモード画像やＭモード画像を挙げたが、これに限らず、ドップラーモード画像や弾性率等の指標を可視化した断層画像等の他の周知の断層画像を生成するようにしても良い。

１０ 超音波診断装置
１１ 超音波プローブ
１２ 超音波診断装置本体
２１ 超音波トランスデューサアレイ
２２ 送信部
２３ 受信部
２４，４３ メモリ
２６ 第１音線データ生成部
２７ パラレル／シリアル変換部
２８，４１ 無線通信部
２９，４７ 制御部
３１ 超音波トランスデューサ
３２ エコー信号処理回路
３３ 第１ビームフォーマ
３４，５１ アンテナ
３６，４９ 操作部
４２ シリアル／パラレル変換部
４４ 第２音線データ生成部
４６ 画像生成部
４７ モニタ
５２ 第２ビームフォーマ
６１ 超音波ビーム

Claims (8)

1. 被検体内に超音波ビームを送信するとともに、前記超音波ビームのエコーを受信してエコー信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、１回の前記超音波ビームの送信によって得られる複数の前記エコー信号を整相加算する第１受信フォーカス処理によって、１回の前記超音波ビームの送信毎に複数の走査線について第１音線データを生成する第１音線データ生成手段と、を有する超音波プローブと、
   複数方向へ前記超音波ビームを送信することによって生成された前記第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、第２音線データを生成する第２音線データ生成手段と、前記第２音線データに基づいて前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、を有する本体と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記第１音線データ生成手段は、連続する前記超音波ビームの送信によって、同じ走査線について重複して前記第１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。
3. 前記第２音線データ生成手段は、複数回の連続する前記超音波ビームの送信で各々生成された前記第１音線データに前記第２受信フォーカス処理を施すことにより、前記第２音線データを生成することを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波ビームは、複数の走査線を含む範囲に収束する幅広の超音波ビームであり、
   前記超音波ビームが収束する幅を制御する制御手段を備え、
   前記第１音線データ生成手段は、前記超音波ビームが収束する幅に応じて前記第１音線データの生成数を変更すること
   を特徴とする請求項１ないし３記載の超音波診断装置。
5. 前記制御手段は、前記超音波ビームが収束する幅に応じて、前記超音波ビームの移動量を変更することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブに、前記エコー信号に対して直交検波処理を施して、複素ベースバンド信号に変換する変換手段を備え、
   前記第１音線データ生成手段及び前記第２音線データ生成手段は、前記複素ベースバンド信号に基づいて各々前記第１音線データ及び前記第２音線データを生成することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波プローブと前記本体とのデータの送受信は、無線通信によって行われることを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の超音波診断装置。
8. 複数の超音波トランスデューサを連動して動作させることにより被検体内に超音波ビームを送信し、前記超音波トランスデューサで前記超音波ビームのエコーを受信して前記超音波トランスデューサからエコー信号を出力させる送受信ステップと、
   超音波プローブ内で、１回の前記超音波ビームによって得られる前記エコー信号を整相加算することにより、１回の前記超音波ビームの送信毎に複数の走査線について第１音線データを生成する第１受信フォーカス処理ステップと、
   前記超音波プローブから本体に前記第１音線データを転送する転送ステップと、
   前記本体内で、複数方向へ前記超音波ビームを送信することによって生成された前記第１音線データに第２受信フォーカス処理を施して、第２音線データを生成する第２受信フォーカス処理ステップと、
   前記第２音線データに基づいて前記被検体の断層画像を生成する画像生成ステップと、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置制御方法。

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