JP2015150144A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能とリアルタイム性を実現可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】複数のビーム送信手段１は、走査方向に配列され、走査方向に直交する深度方向に超音波ビームを送信するための複数の振動子からなる。送信部２は、走査方向に隣接する所定数ｎのビーム送信手段を一群とし、複数ｍの群において、隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有し、各一群における複数の焦点位置を深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定して、複数ｍの群のビーム送信手段を駆動して超音波ビームを送信させる。受信部３は、各一群のビーム送信手段毎に、一群が超音波ビームを送信した深度方向の各領域の焦点位置からのエコー信号を受信し、各領域の焦点位置からの受信ビームデータとして出力する。画像処理部７は、各受信ビームデータを基に、画像を生成する。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。

近年、超音波診断装置の開発が進む中で、体表面からの深さ方向（深度方向）の距離によらず、一様に高い方位分解能（超音波ビーム（ｂｅａｍ）の送信方向（深さ方向）に対して直交方向の分解能）となる超音波画像の撮影が試みられている。図１は、ダイナミック可変口径焦点の手法による受信信号を示す図である。図１に、横軸は走査方向を、縦軸は深さ方向を示し、さらに、超音波ビームが絞り込まれる領域（焦点）を黒丸印“●”で示す。

そこで従来は、図１に示すように、ダイナミック可変口径焦点の手法によって受信信号を絞ることで方位分解能の向上が図られている。ところが、送信ビームは受信信号のように１レート内でダイナミック可変口径焦点の手法によるビームの絞り込みができないので、複数回のレートに分割して可変口径焦点の手法を実現する。

例えば、まず最初のレートで図２Ａに示すように、焦点を近距離に設定してビームを送信し、これと図１に示す受信信号で第一の音場を形成する。そして、次のレートで図２Ｂに示すように、焦点を遠距離に設定してビームを送信し、これと図１の受信信号とで第二の音場を形成する。その後、各音場でビームがよく絞られている領域同士を合成して１本のラスタを形成し、これによって一つの走査線上の超音波画像を得ている。なお、一つの走査線に沿って一つのビームが送信（放射）される。

ここで、ビームとは、実際の振動子から各焦点に実ビームを送信する送信手段の走査方向を示す仮想線である。なお、走査線を「ビーム」という場合があり、ビームを「走査線」という場合がある。なお、走査方向におけるビームを送信する位置を「送信ビーム位置」または単に「ビーム位置」といい、ビームを受信する位置を「受信ビーム位置」または単に「ビーム位置」という場合がある。

このように、複数の音場でのビームを合成して一つの画像を生成するスキャン方式をコンビネーションフォーカスと称しており、これによって得られた超音波画像は、体表面からの距離にかかわらず、送信ビーム、及び受信信号がともに絞られているので、方位分解能の優れた超音波画像となる。図３Ａに、比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点深度が浅いときの超音波ビームおよび受信ビームデータの一例を示す。また、図３Ｂに、比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点深度が深いときの超音波ビームおよび受信ビームデータの一例を示す。さらに、図３Ｃに合成された受信ビームデータの一例を示す。

しかしながら、このようなコンビネーションフォーカスによるスキャンでは、１本の走査線からの超音波画像を得るために、同一位置で超音波ビームを複数回送受信しなければならない。このため、通常の撮影時に比べて長時間を要してしまい、フレームレート（単位時間当りの撮影画像数）が低下するばかりでなく、リアルタイム性が損なわれてしまうという課題があった。

また、超音波診断装置ではフレームレートを向上させるために、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一般的に使われている。なお、複数の送信ビームを同時に送信するには、例えば、走査方向に配列された複数の振動子上において、複数の送信信号からなる送信信号セットが供給される供給位置を物理的に異ならせればよい。

図４は、並列同時受信法を説明する図である。図４に、並列同時受信における受信ビーム位置を示す。なお、ここでは４ビーム同時受信の一例で説明する。

４ビーム並列同時受信は、被検体の深さ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を前記所定方向に隣接した４方向から同時に受信する技術である。例えば、１回の送信に対して、４ビームを同時に受信する。図４に、同時受信する４ビームを左から“ａ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｄ”に示す。この時の送信中心は“ｂ”と“ｃ”の間である。並列同時受信方法によって、フレームレートを向上させることができる。

コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用すれば、フレームレートの落ちを抑え、方位分解能の優れた超音波画像を得ることができる。図５Ａに深度が浅い領域の焦点位置からの４つの受信ビームデータを示す。図５Ｂに深度が深い領域の焦点位置からの４つの受信ビームデータを示す。図５Ｃに８つの受信ビームデータを合成した一連の受信ビームデータを示す。一連の受信ビームデータを基に超音波画像が生成される。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用して、超音波画像を合成する。

しかしながら、コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用して、フレームレート落ちを抑えた、方位分解能の優れた超音波画像を合成することができても、コンビネーションフォーカス方法によるスキャンそのものが、１本の走査線からの超音波画像を得るために、同一位置で超音波ビームを複数回送受信しなければならない。このため、並列同時受信法でフレームレートを稼いでも、コンビネーションフォーカス方法でフレームレートが落ちる。通常の撮影と並列同時受信法でフレームレートを併用した時に比べて長時間を要してしまい、フレームレートが低下し、リアルタイム性が損なわれてしまうという課題があった。

特開２０００−１６６９２１号公報

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、日本超音波医学会、１９８９年、第５５巻、第７２７頁−７２８頁

しかしながら、コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用する従来の技術では、フレームレートを上げることに制限があって、リアルタイム性が損なわれていた。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用しつつ、ハイフレームレートを達成することで、高分解能とリアルタイム性を実現可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態の超音波診断装置は、複数のビーム送信手段と、送信部と、受信部と、画像処理部と、を有する。ビーム送信手段は、走査方向に配列され、走査方向に直交する深度方向に超音波ビームを送信するための複数の振動子からなる。送信部は、走査方向に隣接する所定数ｎのビーム送信手段を一群とし、複数ｍの群において、隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有し、各一群における複数の焦点位置を深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定して、複数ｍの群のビーム送信手段を駆動して超音波ビームを送信させる。受信部は、各一群のビーム送信手段毎に、一群が超音波ビームを送信した深度方向の各領域の焦点位置からのエコー信号を受信し、各領域の焦点位置からの受信ビームデータとして出力する。画像処理部は、各受信ビームデータを基に、画像を生成する。

ダイナミック可変口径焦点の手法による受信信号を示す図。 比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点を近距離に設定したときの一例を示す図。 比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点を遠距離に設定したときの一例を示す図。 比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点深度が浅いときの超音波ビームおよび受信ビームデータの一例を示す図。 比較例のコンビネーションフォーカス法によるスキャンにおける焦点深度が深いときの超音波ビームおよび受信ビームデータの一例を示す図。 合成された受信ビームデータの一例を示す図。 並列同時受信法を説明する図。 コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法によるスキャンにおいて、深度が浅い領域の焦点位置からの４つの受信ビームデータの一例を示す図。 コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法によるスキャンにおいて、深度が深い領域の焦点位置からの４つの受信ビームデータの一例を示す図。 合成された受信ビームデータの一例を示す図。 第１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。 焦点位置を第１領域とする１回目の送受信の時の超音波受信ビームの一例を示す図。 焦点位置を第２領域とする２回目の送受信の時の超音波受信ビームの一例を示す図。 焦点位置を第１領域とする３回目の送受信の時の超音波受信ビームの一例を示す図。 焦点位置を第２領域とする４回目の送受信の時の超音波受信ビームの一例を示す図。 １回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図。 ２回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図。 ３回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図。 ４回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図。 第１実施形態に係る加算器により合成された１回目の送受信における合成ビームデータの一例を示す図。 第１実施形態に係る加算器により合成された２回目の送受信における合成ビームデータの一例を示す図。 第１実施形態に係る加算器により合成された３回目の送受信における合成ビームデータの一例を示す図。 第１実施形態に係る加算器により合成された４回目の送受信における合成ビームデータの一例を示す図。 重みづけ画像処理前の合成ビームデータの一例を示す図。 重みづけ画像処理後の合成ビームデータの一例を示す図。 第２実施形態に係る超音波診断装置のスキャンにおける１回目の送受信の時の超音波ビームの一例を示す図。 １回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図。

＜第１実施形態＞
超音波診断装置の第１実施形態について各図を参照して説明する。
先ず、超音波診断装置の基本的な構成について図６を参照して簡単に説明する。図６は、超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。

コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用しても、ハイフレームレートを達成することで、高分解能とリアルタイム性を実現する為に、超音波診断装置としては、次のような手段を講じればよい。１）走査方向に配列され、走査方向に直交する深度方向に超音波ビームを送信するための複数の振動子からなる複数のビーム送信手段を有するアレイプローブ、２）走査方向に隣接する所定数ｎのビーム送信手段を一群とし、複数ｍの群において、隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有し、各一群における複数の焦点位置を深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定して、複数ｍの群のビーム送信手段を駆動して超音波ビームを送信させる送信部、３）各一群のビーム送信手段毎に、一群が超音波ビームを送信した深度方向の各領域の焦点位置からのエコー信号を受信し、各領域の焦点位置からの受信ビームデータとして出力する受信部、４）各受信ビームデータを基に、各音場でビームがよく絞られている領域（焦点位置となる各領域）を合成して該走査線上の超音波画像を生成する画像処理部。

なお、ビーム送信手段を「ビーム位置」または「送信ビーム位置」という場合がある。ここで、「隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有し」とは、「１からｎ−１個のうちのいずれかの個数分だけ、送信ビーム位置を走査方向にずらす」の意味である。例えば、送信ビーム位置を１個分ずらすと、ｎ−１個のビーム送信手段が共有される。また、例えば、送信ビーム位置をｎ−１個分ずらすと、１個のビーム送信手段が共有される。なお、ビーム送信手段がｋ（ｎ−１≧ｋ≧１）個共有されたとき、ビーム位置のずらし数（「ビーム飛ばし数」とも称される。）ｒは、ｎ−ｋで表すことができる。

また、「各一群における複数の焦点位置を深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定し」とは、「各一群における複数の焦点位置を複数の領域が重複することなく一巡するように設定し」の意味である。例えば、焦点位置として第１領域と第２領域とが設けられたとき、焦点位置は、例えば、第１領域〜第２領域〜第１領域のように交互に設定される。また、例えば、焦点位置として第１領域と第２領域と第３領域が設けられたとき、焦点位置は、例えば、第１領域〜第２領域〜第３領域〜第１領域と一巡するように設定される。

さらに、「各音場でビームがよく絞られている領域（焦点位置となる各領域）を合成し」とは、走査方向をＸ軸と深度方向をＹ軸とするＸＹ座標において、同一位置における受信ビームデータを合成（加算）することを意味する。例えば、Ｘ軸上のＹ１、Ｙ２を焦点位置とする２つの領域があるとき、焦点位置である座標位置Ｙ１からの受信ビームデータＤ１と、焦点位置である座標位置Ｙ２からの受信ビームデータＤ２とを加算する。加算された結果は、（Ｄ１、Ｄ２）となる。なお、受信ビームデータＤ１には、このときは焦点が合っていない非焦点位置である座標位置Ｙ２からの受信ビームデータＤ２´、これら以外の領域からの受信ビームデータＤ３´が含まれ、また、受信ビームデータＤ２には、このときは焦点が合っていない非焦点位置である座標位置Ｙ１からの受信ビームデータＤ１´、これら以外の領域からの受信ビームデータＤ３´´が含まれる。このとき、これらのデータも合成（加算）する。合成（加算）された結果は、（Ｄ１＋Ｄ１´、Ｄ２＋Ｄ２´、Ｄ３´＋Ｄ３´´）となる。つまり、いずれの焦点も合っていない座標位置でのデータは（Ｄ３´＋Ｄ３´´）となる。

上記の手段において、送信部は、一群毎に焦点位置を設定し、その設定に応じて隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有しながらビームを送信させる。ビームを送信する毎に、ビーム送信手段をずらすことにより、同一位置で超音波ビームを複数回送受信する必要がないため、フレームレートの低下するのを抑えることが可能となる。

図６に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置は、アレイプローブ１、送信回路２、受信回路３、スキャン制御部４、加算器５、画像メモリ６、画像処理部７、画像表示部８、システム制御部９にて構成される。なお、送信回路２およびスキャン制御部４が「送信部」の一例である。さらに、受信回路３、スキャン制御部４、加算器５および画像メモリ６が「受信部」の一例である。

（アレイプローブ１）
アレイプローブ１は、走査方向に配列された複数のビーム送信手段を有する。ビーム送信手段は、走査方向に配列された複数の振動子からなり、走査方向に直交する深度方向に１つの超音波ビームを送信する。振動子は、送信回路２より得られる電気信号による送信信号を超音波信号に変換し、図示しない被検体へ送信を行うと同時に、被検体より生じたエコー信号を受信し、電気信号に変換する機能を有する。

（システム制御部９）
システム制御部９は、各機能部の制御を行う機能を有する。また、図示しない操作卓等から指示される操作者の入力等の情報を各機能部へ伝える機能を有する。

〔送信部〕
スキャン制御部４は、システム制御部９からの指示に従って走査条件を決定する。システム制御部９からの指示としては、ビーム数、フレーム数、フレームレート等が挙げられる。走査条件としては、例えば、パルス繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＰＲＦ）や送信ビーム位置、受信ビーム位置、受信開口、一群となるビーム送信手段の数、ビーム位置のずらし数、加算合成情報等が挙げられる。ここで、「受信開口」とは、１つの受信ビームの受信に用いられる複数の振動子のセットをいう。

スキャン制御部４は、システム制御部９から指示されたビーム数、フレーム数、フレームレート等に応じて、送信回路２、受信回路３、加算器５にパルス繰り返し周波数や送受信位置情報（走査線情報を含む）等を提供する。なお、本実施形態に係るスキャン制御部４は、Ｂモード走査を実行するものとする。

送信回路２には、スキャン制御部４からパルス繰り返し周波数や送信位置情報数等の走査条件が入力される。送信回路２は、前記走査条件を受けて、走査方向に隣接する所定数ｎのビーム送信手段（ビーム位置）を一群とし、複数ｍの群において、隣り合う一群同士で１からｎ−１個のうちのいずれかの個数のビーム送信手段を共有しながら（共有の個数ｋ）、各一群における複数の焦点位置を深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定して、複数ｍの群のビーム送信手段を駆動して超音波ビームを送信させる。

送信回路２により超音波ビームが送信されたビーム送信手段（ビーム位置）の総数ｔは、群の数ｍ、一群に属するビーム送信手段の数ｎ、共有の個数ｋを用いて、次の式で表される。

また、共有の個数ｋに代えて、ビーム位置のずらし数ｒを用いると、総数ｔは、次の式で表される。

ここで、ｍはビームの送受信回数でもある。さらに、ｎは並列同時受信数でもある。

図７Ａ〜図７Ｄに、コンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用したときの一例を示す。共有の個数ｋ＝１（送信ビーム位置のずらし数ｒ＝３）、並列同時受信数ｎ＝４、群の数ｍ＝４としたとき、式（１）または式（２）からビーム位置の総数ｔ＝１３が求められる。なお、通常、超音波画像を得るためにビーム位置の総数ｔは、１００程度が必要であるが、ビーム位置の総数ｔが１３であるものを一例に挙げて説明する。図７Ａ〜図７Ｄに、“１”〜“１３”の番号が付されたビーム位置を示す。なお、図７Ａ〜図７Ｄに示す一例では並列同時受信数が４ビームだが、これに限らないことはいうまでもない。

図７Ａ〜図７Ｄに示す例では、送信回路２は、スキャン制御部４からの上記走査条件を受けて、走査方向に隣接する４つのビーム送信手段（送信ビーム位置）を一群とし、４つの群において、隣り合う一群同士で１個のビーム送信手段を共有しながら（共有の個数ｋ＝１、ビーム位置のずらし数ｒ＝３）、各一群における焦点位置を深度方向で区分けされた第１領域とそれより深度が深い第２領域とに交互に設定して、４つの群のビーム送信手段を駆動して超音波ビームを送信させる。

図７Ａは焦点位置を第１領域とする送信を行う図である。送信部は、焦点位置を第１領域に設定して超音波ビームを被検体に送信する（図２Ａ参照）。受信部は、図４に示す並列同時受信ビームに対して、図１に示すダイナミック可変口径焦点の手法によって、超音波ビームを受信する。図７Ａに焦点位置を第１領域とする１回目の送受信の時の超音波受信ビーム（ビームデータでもある）を１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで示す。

図７Ｂは焦点位置を第２領域とする送信を行う図である。送信部は、焦点位置を第２領域に設定して超音波ビームを被検体に送信する。この時、送信ビーム位置は、図７Ａに示す焦点位置を第１領域とする送信ビーム位置と同一走査線上ではなく、走査方向へ３個（＝３＊並列同時受信数／４）移動する。実施形態では、送信ビーム位置を３個移動したが、これに限らない。受信部は、図４に示す並列同時受信ビームに対して、図１に示すダイナミック可変口径焦点の手法によって、超音波ビームを受信する。図７Ｂに焦点位置を第２領域とする２回目の送受信の時の超音波受信ビーム（ビームデータでもある）を２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで示す。

従来のコンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用した時には、２回の送受信を行って並列同時受信数の受信ビームデータが得られた。本実施形態によれば、４ビーム並列同時受信において、７個（＝２＊並列同時受信数−並列同時受信数／４）の受信ビームデータが得られた。

続いて図７Ｃは焦点位置を第１領域とする送信を行う図である。焦点位置を第１領域に設定して超音波ビームを被検体に送信する（図２Ａ参照）。

この時、送信ビーム位置は、図７Ｂに示す焦点位置を第２領域とする送信時の送信ビーム位置と同一走査線上ではなく、走査方向へ数ビーム分移動する。図４に示す並列同時受信ビームに対して、図１に示すダイナミック可変口径焦点の手法によって、超音波ビームを受信する。図７Ｃに焦点位置を第１領域とする３回目の送受信の時の超音波受信ビーム（ビームデータでもある）を３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで示す。

〔受信部〕
受信部は、スキャン制御部４からの受信位置情報等の走査条件に従って、一群のビーム送信手段毎に、一群が超音波ビームを送信した深度方向の各領域（第１領域、第２領域）の焦点位置におけるエコー信号をアレイプローブ１から受信し、エコー信号に並行同時受信処理を実行し、受信ビームデータを生成する。

受信ビームデータの生成についてさらに詳細に説明する。受信部は、アレイプローブ１から得られたエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をアナログからデジタルに変換する。次に、受信部は、デジタルに変換したエコー信号をデジタルメモリに記憶する。例えば、デジタルメモリは、振動子毎に設けられる。エコー信号は、受信した振動子に対応するデジタルメモリ上の、そのエコー信号の受信時刻に応じたアドレスに記憶される。そして受信部は、規定の受信ビーム位置に対応するアドレスからエコー信号を読み出して加算し、受信ビーム位置に関する受信ビームに対応する受信ビームデータを生成する。

（加算器５）
受信部により生成された受信ビームデータは、加算器５に供給される。加算器５は、スキャン制御部４から与えられる受信位置情報（走査線情報を含む）、加算合成情報等に従って、同一走査線（ビーム）上に位置するビームデータであって、受信回路３から受けたビームデータと画像メモリ６から読み出したビームデータを合成（加算）し、各領域の焦点位置からの一連のビームデータとする機能を有する。

ここで、「ビームデータを合成し」とは、前述したように、ＸＹ座標において、同一位置における受信ビームデータを合成（加算）することを意味する。例えば、Ｘ軸上のＹ１、Ｙ２を焦点位置とする２つの領域があるとき、焦点位置である座標位置Ｙ１からの受信ビームデータＤ１と、焦点位置である座標位置Ｙ２からの受信ビームデータＤ２とを加算する。さらに、前述したように、焦点が合っていない非焦点位置からの受信ビームデータが含まれたとき、これらのデータも加算する。なお、「各領域の焦点位置からの一連のビームデータ」を「合成ビームデータ」という場合がある。

図７Ａに示す１回目の送受信で得た受信ビームデータと図７Ｂに示す２回目の送受信で得た受信ビームデータとはそれぞれ、４ビームずつ焦点位置が異なる。１回目の送受信で得た４ビームのうちの４本目の受信ビームデータ（１ｄ）と２回目の送受信で得た４ビームのうちの１本目の受信ビームデータ（２ａ）は同一走査線上に位置する。加算器５は、送信ビームがよく絞られている領域、つまり、第１領域の画像表示には受信ビームデータ（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）と、第２領域の画像表示には受信ビームデータ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）とを合成（加算）する。合成後の走査線上の受信ビームデータ（図８Ｂ参照）は画像メモリ６に一時記憶され、画像処理部７に出力され、超音波画像表示データに処理される。それにより、走査線上の超音波画像表示には、４ビームの焦点位置が第１領域と第２領域とそれぞれ設定された（送信焦点に合った）合成ビームデータが用いることになる。

図７Ｂに示す２回目の送受信で得た波受信ビームデータと図７のＣに示す３回目の送受信で得た受信ビームデータとはそれぞれ、４ビームずつその焦点位置が異なる。２回目の送受信で得た４ビームのうちの４本目の受信ビームデータ（２ｄ）と３回目の送受信で得た４ビームのうちの１本目の受信ビームデータ（３ａ）は同一走査線上に位置する。この場合の走査線上の超音波画像表示には、４ビームの焦点位置が第１領域と第２領域とそれぞれ設定された（送信焦点に合った）受信ビームデータを用いられる。加算器５は、送信ビームがよく絞られている領域、つまり、第２領域の画像表示には受信ビームデータ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、第１領域の画像表示には受信ビームデータ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）とを合成（加算）する。図８Ｃに、合成後の走査線上の受信ビームデータ“２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ＋３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ”を示す。

以上のように、送信ビーム位置を走査方向にずらし、送信ビームの焦点位置を第１領域と第２領域とに交互に変えながら走査を繰り返し、並列同時受信数の超音波ビームを受信する。そして、同一走査線上のビームデータにそれぞれ送信ビームがよく絞られている領域の超音波データを用いて合成を行う。

（画像メモリ６）
画像メモリ６は、加算器５から得られた合成ビームデータを一時記憶し、ビーム数の増減やビーム順等の処理を行ったビームデータを生成して画像処理部７へ出力する機能を有する。

（画像処理部７）
画像処理部７は、画像メモリ６から得られた合成ビームデータに対して、システム制御部９から指示されたフィルタ処理等を行い、画像表示部８へ転送する機能を有する。

（画像表示部８）
画像表示部８は、画像処理部７から受けた合成ビームデータを画像に表示する機能を有する。

次に、超音波ビームの１回目の送受信から４回目の送受信までの動作について図７および図８を参照して説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、超音波ビームの送受信毎に加算器により合成された受信ビームデータを示す図である。図８Ａから図８Ｄに、それぞれ１回目、２回目、３回目、４回目の送受信において加算器により合成された合成ビームデータを示す。

（１回目の送受信）
例えば、１回目の送受信前、画像メモリ６には受信ビームデータが記憶されていない。
１回目の送信では、図７Ａに示すように、一群のビーム送信手段が、“１ｂ”と“１ｃ”との間（受信ビーム位置２と３との間）を送信中心として超音波ビームを深度が浅い領域（第１領域）の焦点位置に送信する。第１領域の焦点位置を図７Ａに黒丸印“●”で示す。また、焦点が合っていない領域の非焦点位置を図７Ａに白丸印“○”で示す。受信部は、その焦点位置におけるエコー信号をアレイプローブ１から受信し、エコー信号に並行同時受信処理を実行し、４つの受信ビームデータを出力する。図７Ｅに、出力された４つの受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを示し、また、受信ビーム位置１、２、３、４を示す。

（受信ビームデータの合成、画像処理、表示）
受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは加算器５に供給される。加算器５は、受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、画像メモリ６から読み出した受信ビームデータを合成（加算）する。画像メモリ６には受信ビームデータが記憶されていないため、合成後の受信ビームデータは、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとなる（図８Ａ参照）。画像メモリ６は、加算器５から得られた合成ビームデータを一時記憶する。画像処理部７は、合成ビームデータを画像処理して画像表示部８に転送する。画像表示部８は、画像処理された合成ビームデータを画像に表示する。

（２回目の送受信）
２回目の送信では、図７Ｂに示すように、一群のビーム送信手段が、“２ｂ”と“２ｃ”との間（受信ビーム位置５と６との間）を送信中心として超音波ビームを深度が深い領域（第２領域）の焦点位置に送信する。第２領域の焦点位置を図７Ｂに黒丸印“●”で示す。また、焦点が合っていない領域の非焦点位置を図７Ｂに白丸印“○”で示す。受信部は、その焦点位置におけるエコー信号をアレイプローブ１から受信し、エコー信号に並行同時受信処理を実行し、４つの受信ビームデータを出力する。図７Ｆに、出力された４つの受信ビームデータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを示し、また、受信ビーム位置４、５、６、７を示す。

（受信ビームデータの合成、画像処理、表示）
受信ビームデータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは加算器５に供給される。加算器５は、受信ビームデータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、画像メモリ６から読み出した受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを合成（加算）する。合成後の受信ビームデータは、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ＋２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとなる（図８Ｂ参照）。画像メモリ６は、加算器５から得られた合成ビームデータを一時記憶する。画像処理部７は、合成ビームデータを画像処理して画像表示部８に転送する。画像表示部８は、画像処理された合成ビームデータを画像に表示する。

（３回目の送受信）
３回目の送信では、図７Ｃに示すように、一群のビーム送信手段が、“３ｂ”と“３ｃ”との間（受信ビーム位置８と９との間）を送信中心として超音波ビームを第１領域の焦点位置に送信する。第１領域の焦点位置を図７Ｃに黒丸印“●”で示す。また、焦点が合っていない領域の非焦点位置を図７Ｃに白丸印“○”で示す。受信部は、その焦点位置におけるエコー信号をアレイプローブ１から受信し、エコー信号に並行同時受信処理を実行し、４つの受信ビームデータを出力する。図７Ｇに、出力された４つの受信ビームデータ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを示し、また、受信ビーム位置７、８、９、１０を示す。

（受信ビームデータの合成、画像処理、表示）
受信ビームデータ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは加算器５に供給される。加算器５は、受信ビームデータ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、画像メモリ６から読み出した受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ＋２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを合成（加算）する。合成後の受信ビームデータは、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ＋２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ＋３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとなる（図８Ｃ参照）。画像メモリ６は、加算器５から得られた合成ビームデータを一時記憶する。画像処理部７は、合成ビームデータを画像処理して画像表示部８に転送する。画像表示部８は、画像処理された合成ビームデータを画像に表示する。

（４回目の送受信）
４回目の送信では、図７Ｄに示すように、一群のビーム送信手段が、“４ｂ”と“４ｃ”との間（受信ビーム位置１１と１２との間）を送信中心として超音波ビームを第２領域の焦点位置に送信する。第２領域の焦点位置を図７Ｄに黒丸印“●”で示す。また、焦点が合っていない領域の非焦点位置を図７Ｄに白丸印“○”で示す。受信部は、その焦点位置におけるエコー信号をアレイプローブ１から受信し、エコー信号に並行同時受信処理を実行し、４つの受信ビームデータを出力する。図７Ｈに、出力された４つの受信ビームデータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを示し、また、受信ビーム位置１０、１１、１２、１３を示す。

（受信ビームデータの合成、画像処理、表示）
受信ビームデータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは加算器５に供給される。加算器５は、受信ビームデータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、画像メモリ６から読み出した受信ビームデータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ＋２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ＋３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを合成（加算）する。合成後の受信ビームデータは、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ＋２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ＋３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ＋４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとなる（図８Ｄ参照）。画像メモリ６は、加算器５から得られた合成ビームデータを一時記憶する。画像処理部７は、ビームデータを画像処理して画像表示部８に転送する。画像表示部８は、画像処理された合成ビームデータを画像に表示する。図９Ａに、表示された合成ビームデータの画像を示す。

第１実施形態によれば、従来のコンビネーションフォーカス方法と並列同時受信法を併用した時のフレームレートが上がらない問題が解決される。しかも、合成ビームデータを基に画像処理を行うことで、画質の優れた画像データを生成することができる。ハイフレームレートのリアルタイム性が保たれ、画質に優れた画像データの生成が可能となり、診断能が向上する。

＜第２実施形態＞
次に、超音波診断装置の第２実施形態について図９を参照して説明する。図９は重みづけ画像処理前の合成ビームデータの一例を示す図である。図９Ａに、加算器５により合成された重みづけの対象となる合成ビームデータを示す。なお、合成ビームデータは、前述するようにＸＹ座標において、同一位置における受信ビームデータを合成（加算）したものである。合成ビームデータにおいては、いずれかの焦点が合っている座標位置からの受信ビームデータ、および、いずれの焦点も合っていない座標位置からの受信ビームデータが含まれる。

図９Ａに、送信焦点が合った超音波ピクセルデータを黒丸印“●”で示し、送信焦点が合っていない超音波ピクセルデータを白丸印“○”で示し、深度の程度を１〜４で示す。なお、超音波ピクセルデータを「ピクセルデータ」という。さらに、走査線（ビームデータ）上のピクセルデータを、ビームデータの表示と深度とにより表す。例えば、ビームデータ２ａ上の深度１のピクセルデータを“２ａ−１”で示し、ビームデータ２ｂ上の深度１のピクセルデータを“２ｂ−１”で示す。

第２実施形態において、第１実施形態に係る超音波診断装置と異なる構成について主に説明し、同じ構成についてその説明を省略する。

第１実施形態において、加算器５により合成された、図９Ａに示す走査線上の合成ビームデータは、送信ビーム位置を走査方向にずらし、送信ビームの焦点位置を第１領域と第２領域とに交互に設定して送信を行って生成された受信ビームデータであるため、送信焦点が合ってない超音波ピクセルデータが存在する。送信焦点が合ってないピクセルデータを、たとえば、図９Ａに“２ｂ−１、２ｂ−２、２ｃ−１、２ｃ−２”で示す。送信焦点が合ってないピクセルデータをそのまま表示してしまうと、送信焦点の合った所と合ってない所に、送信ビームがよく絞られている領域と送信ビームが広がった領域との縞々模様ができる。

（重みづけ画像処理）
これに対し、第２実施形態では、画像処理部７が、超音波ビームの送信の対象とされなかった領域における焦点位置からの受信ビームデータ（すなわち、送信焦点の合ってないピクセルデータ）に対して、走査方向において最も近接する焦点位置からの受信ビームデータ（すなわち、隣り合う送信焦点の合ったピクセルデータ）を用いて、重みづけ画像処理を行う。

送信焦点の合ってないピクセルデータ２ｂ−１は、送信焦点の合っているピクセルデータ２ａ−１と隣り合うと共に、送信焦点の合ってないピクセルデータ２ｃ−１と隣り合う。ピクセルデータ２ｂ−１の重みづけ画像処理には、送信焦点の合っているピクセルデータ２ａ−１が用いられる。

以下に、ピクセルデータ２ａ−１、２ｂ−１を一例に挙げて、重みづけ画像処理のアルゴリズムを式（３）、（４）で示す。

ここで、ｐ、ｑは重みである。また、Ｎｅｗ（２ｂ-１）は処理後のピクセルデータ２ｂ−１の値である。なお、ｐ、ｑは送信焦点に合わせて変更可能（ｄｙｎａｍｉｃ ｖａｒｉａｎｃｅ）に構成されてもよい。

図９Ｂは重みづけ画像処理後の合成ビームデータの一例を示す図である。図９Ｂに、重みづけ画像処理されたピクセルデータを、ハッチングを付した丸印で示す。画像処理部７により、合成ビームデータに重みづけ画像処理を加えることで、より分解能の高い超音波画像を得ることができる。

なお、上記の重みづけ画像処理は、二つのピクセルデータを単純平均する式（３）で示す単純移動平均、また、二つのピクセルデータを加重平均する式（４）で示す加重移動平均に限定されない。例えば、指数移動平均であってもよい。さらに、上記の重みづけ画像処理では、重みづけ対象となるピクセルデータと、それに隣接するピクセルデータとを用いたが、重みづけ対象となるピクセルデータの周囲に配置されたピクセルデータを用いてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、超音波診断装置の第３実施形態について図１０を参照して説明する。図１０Ａは、超音波診断装置のスキャンにおける１回目の送受信の時の超音波ビームの一例を示す図である。
第３実施形態において、第１実施形態に係る超音波診断装置と異なる構成について主に説明し、同じ構成についてその説明を省略する。

第１実施形態では、ビーム位置の総数ｔ＝１３において、所定数ｎ＝４を一群とし、複数ｍ＝４の群において、共有の個数ｋ＝１（ビーム位置のずらし数ｒ＝３）とした並列同時受信法について説明した。ビームの送受信回数は群の数ｍと同数の４回であった。この方法では、群の数ｍ＝１６であれば、ビームの送受信回数も１６回になる。

これに対し、第３実施形態では、総数ｔ＝５０のビーム位置をｔ´＝２５個ずつの束にした束毎に、所定数ｎ＝４を一群とし、共有の個数ｋ＝１（ビーム位置のずらし数ｒ＝３）とした並列同時受信法について図１０を参照して説明する。図１０Ａに、１〜２５の番号を付した一つの束におけるビーム位置と、２６〜５０の番号を付した他の束におけるビーム位置とを示す。

このとき、式（１）または式（２）から、束毎の群の所定数ｓは、８個（＝２５−（４−３）／３）となる。
すなわち、第３実施形態では、スキャン制御部４からの走査条件を受けて、送信部は、複数ｍ＝１６の群を所定数ｓ＝８ずつ束ねた２（＝ｍ／ｓ）個の束毎に、各束の一群ずつビーム送信手段を同時に駆動して焦点位置を所定の領域に設定して超音波ビームを同時に送信させる。

すなわち、ビームの送受信をｓ＝８回行うことで、各束における８群のビーム送信手段を駆動させることができる。

つまり、送信部は、ビームの送受信をｓ＝８回行うことで、１６の群のビーム送信手段を駆動させる。第１実施形態では、１６の群のビーム送信手段を駆動させるためにはビームの送受信は１６回必要であったから、第３実施形態では、その半分の８回に抑えることで、フレームレートを低下させず、リアルタイム性を担保することができる。

図１０Ｂは、１回目の送受信における受信ビームデータの一例を示す図である。図１０Ｂに、加算器５により合成された一の束における受信ビームデータ“ａ，ｂ，ｃ，ｄ”と他の束における受信ビームデータ“ｅ，ｆ，ｇ，ｈ”とを示す。なお、同時に行われた送受信において一の束における受信ビームデータは、焦点位置を第１領域（深度が浅い領域）に設定してビームを送受信したものであり、他の束における受信ビームデータは、焦点位置を第２領域（深度が深い領域）に設定してビームを送受信したものである。しかし、同時に行われた送受信では、各束における受信ビームデータは、焦点深度が同じ領域に設定してビームを送受信したものでもよい。

なお上記の方法では、一つの束における焦点位置が一の領域に設定され、他の束における焦点位置が他の領域に設定されるため、受信部が受信するエコー信号に、一の領域の焦点位置からのものと、他の領域の焦点位置からのものとが混在することとなる。それにより、各領域の焦点位置からの受信ビームデータとして出力できないという問題がある。

そこで、第３実施形態では、受信部が受信した振動子に対応するデジタルメモリ上の、そのエコー信号の受信時刻に応じたアドレスに記憶するとき、エコー信号の受信時刻に所定の許容時間を設け、所定の許容時間を超えたエコー信号の受信時刻をアドレスに記憶しないように構成される。これを一の領域および他の領域の焦点位置の配置からいえば、受信部が所定の許容時間内に、二つの領域からのエコー信号を受信しないように、焦点位置となる一の領域と他の領域とが互いに十分に離間されるように配置される。それにより、受信部は、各束に属する群の前記ビーム送信手段が対象とする焦点位置からの受信ビームデータであることを識別して出力する。

＜変形例１＞
前記第３実施形態では、総数ｔのビーム位置を２つの束に分けたが、３つ以上の束に分けてもよい。このときにおいても、一つの束におけるその領域からのエコー信号のみを受信し、他の束におけるそれらの領域からのエコー信号を受信しないように、エコー信号の受信時刻に所定の許容時間を設け、焦点位置となる一の領域と他の領域とを互いに十分に離間させる必要がある。

＜変形例２＞
また、前記第３実施形態では、総数ｔ＝５０のビーム位置をｔ´＝２５個ずつの束にした束毎に、所定数ｎ＝４を一群とし、隣り合う一群同士でのビーム送信手段を共有するときの個数ｋ＝１（ビーム位置のずらし数ｒ＝３）とした並列同時受信法について説明したが、共有の個数ｋ＝２（ビーム位置のずらし数ｒ＝２）や共有の個数ｋ＝３（ビーム位置のずらし数ｒ＝１）であってもよい。

例えば、共有の個数ｋ＝２とすることで、フレームレートは、第３実施形態に比べてやや低下するが、合成ビームデータにおいては、第３実施形態に比べてより多くの焦点位置からの受信ビームデータが含まれ、その合成ビームデータを基に画像処理を行うことで、第３実施形態より画質の優れた画像データを生成することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ アレイプローブ
２ 送信回路
３ 受信回路
４ スキャン制御
５ 加算器
６ 画像メモリ
７ 画像処理部
８ 画像表示部
９ システム制御部

Claims (4)

1. 走査方向に配列され、前記走査方向に直交する深度方向に超音波ビームを送信するための複数の振動子からなる複数のビーム送信手段と、
   前記走査方向に隣接する所定数ｎのビーム送信手段を一群とし、複数ｍの群において、隣り合う前記一群同士で１からｎ−１個のうちいずれかの個数のビーム送信手段を共有し、各前記一群における複数の焦点位置を前記深度方向で区分けされた複数の領域のうちの予め定められた一つの領域に設定して、前記複数ｍの群のビーム送信手段を駆動して前記超音波ビームを送信させる送信部と、
   各前記一群のビーム送信手段毎に、前記一群が超音波ビームを送信した前記深度方向の各領域の焦点位置からのエコー信号を受信し、各領域の焦点位置からの受信ビームデータとして出力する受信部と、
   前記各受信ビームデータを基に、画像を生成する画像処理部と、
   を有する
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記受信部は、各一群で前記共有するビーム送信手段が超音波ビームを送信した前記深度方向の各領域の焦点位置から受信したエコー信号を基に各一群の受信ビームデータを合成することで、前記各領域の焦点位置からの一連の受信ビームデータとす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. 前記焦点位置は、前記深度方向で第１の領域とそれより遠方の第２の領域とに区分けされ、
   前記画像処理部は、前記第１の領域の焦点位置、及び第２の領域の焦点位置のうち、前記超音波ビームの送信の対象とされなかった領域における焦点位置からの受信ビームデータについては、前記超音波ビームの送信の対象領域で前記走査方向において最も近接する焦点位置からの受信ビームデータにより重みづけすることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記送信部は、前記複数ｍの群を所定数ｓずつ束ねた束毎に、前記一群ずつ前記ビーム送信手段を同時に駆動して前記焦点位置を所定の領域に設定して前記超音波ビームを同時に送信させ、
   前記受信部は、前記各束の群の前記ビーム送信手段が対象とする焦点位置からの受信ビームデータであることを識別して出力することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。

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