JP2021083956A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することで、高画質の超音波画像を提供すること。【解決手段】実施形態に係る超音波診断装置は、評価部と、周波数設定部と、駆動部とを有する。評価部は、超音波の受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を解析して、ビームの深部到達度を評価する。周波数設定部は、評価部による結果に基づき、送信周波数を設定する。駆動部は、送信周波数をフィードバックして駆動パルスを生成する。【選択図】 図１４

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波診断装置に関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（圧電振動子）を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づく受信信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

超音波診断装置では、受信信号であるＲＦ（Radio Frequency）信号を遅延加算した後で直交検波（復調）を行いＩ（In-phase）信号及びＱ（Quadrature-phase）信号からなるＩ／Ｑ信号に変換して超音波画像を生成する方法と、ＲＦ信号の直交検波を行ってＩ／Ｑのベースバンドに変換した後で遅延加算して超音波画像を生成する方法がある。前者は、ＲＦビームフォーミングとも呼ばれる。後者は、Ｉ／Ｑビームフォーミングとも呼ばれる。Ｉ／Ｑビームフォーミングにおいて超音波画像の画質を良化させる機能として、アンプのゲインを制御する機能や、受信遅延回路の受信遅延カーブを制御する機能等がある。

特開平７−２５０８３３号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することで、高画質の超音波画像を提供することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る超音波診断装置は、評価部と、周波数設定部と、駆動部とを有する。評価部は、超音波の受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を解析して、ビームの深部到達度を評価する。周波数設定部は、評価部による結果に基づき、送信周波数を設定する。駆動部は、送信周波数をフィードバックして駆動パルスを生成する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。 図２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、設計上の周波数特性に近い略フラットの帯域幅をもつ目標の周波数特性を説明するための概念図。 図３は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、受信フィルタの設定方法を説明するための概念図。 図４は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の送受信回路の構成を示すブロック図。 図５は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図６は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、当該関心領域の複素受信フィルタを示す図。 図８は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、各関心領域の複素受信フィルタのフィルタ係数を示す図。 図９は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、所定の関心領域内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した場合の効果を周波数特性として示す図。 図１０は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、所定の関心領域内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した場合の効果を超音波画像として示す図。 図１１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、周波数コンパウンドを説明するための図。 図１２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、同一深度における複数の関心領域からの所定の関心領域の選択方法を示す図。 図１３は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。 図１４は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の送受信回路の構成を示すブロック図。 図１５は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図１６は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図１７は、第２の実施形態に係る超音波診断装置において、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域に設定される浅部の判定領域の一例を示す図。 図１８は、第２の実施形態に係る超音波診断装置において、１フレーム分のＢモードデータに基づく構造物と実質との判定方法を説明するための図。 図１９は、第２の実施形態に係る超音波診断装置において、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域に設定される深部の判定領域の一例を示す図。 図２０は、第２の実施形態に係る超音波診断装置において、送信周波数を制御する場合における超音波画像を示す図。 図２１は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。 図２２は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の送受信回路の構成を示すブロック図。 図２３は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図２４は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図２５は、第３の実施形態に係る超音波診断装置において、送信周波数と、複素受信フィルタとを制御する場合における超音波画像を示す図。

以下、図面を参照しながら、超音波診断装置の実施形態について詳細に説明する。

１．第１の実施形態に係る超音波診断装置
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１０を示す。また、図１は、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とを示す。なお、超音波診断装置１０に、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置１０の外部に、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置１０は、送受信回路１１と、Ｂモード処理回路１２と、ドプラ処理回路１３と、画像生成回路１４と、画像メモリ１５と、ネットワークインターフェース１６と、処理回路１７と、メインメモリ１８とを備える。回路１１〜１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Circuit）等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路１１〜１４の機能の全部又は一部は、処理回路１７がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

送受信回路１１は、送信回路Ｔと受信回路１１２（図４に図示）とを有する。送受信回路１１は、処理回路１７による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路１１が超音波診断装置１０に設けられる場合について説明するが、送受信回路１１は、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波診断装置１０及び超音波プローブ２０の両方に設けられてもよい。なお、送受信回路１１は、送受信部の一例である。

送信回路Ｔは、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動信号を供給する。なお、送信回路Ｔの構成については、図４を用いて後述する。受信回路１１２は、超音波振動子が受信した受信信号を受け、この受信信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。なお、受信回路１１２の構成については、図４を用いて後述する。

Ｂモード処理回路１２は、処理回路１７による制御の下、受信回路１１２からエコーデータを受信し、対数増幅と、包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、ＲＡＷデータ（生データ）の１種であり、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。なお、Ｂモード処理回路１２は、Ｂモード処理部の一例である。

なお、Ｂモード処理回路１２は、フィルタ処理により、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。Ｂモード処理回路１２のフィルタ処理機能を用いることにより、コントラストハーモニックイメージング（ＣＨＩ：Contrast Harmonic Imaging）や、ティッシュハーモニックイメージング（ＴＨＩ：Tissue Harmonic Imaging）等のハーモニックイメージングを実行可能である。

すなわち、Ｂモード処理回路１２は、造影剤が注入された被検体の反射波データから、造影剤（微小気泡、バブル）を反射源とするハーモニック成分の反射波データ（高調波データ又は分周波データ）と、被検体内の組織を反射源とする基本波成分の反射波データ（基本波データ）とを分離することができる。Ｂモード処理回路１２は、また、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）から、造影画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができ、また、基本波成分の反射波データ（受信信号）から、基本波（ファンダメンタル）画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。

また、Ｂモード処理回路１２のフィルタ処理機能を用いることによるＴＨＩにおいて、被検体の反射波データから、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）である高調波データ又は分周波データを分離することができる。そして、Ｂモード処理回路１２は、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）から、ノイズ成分を除去した組織画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。

さらに、ＣＨＩやＴＨＩのハーモニックイメージングを行なう際、Ｂモード処理回路１２は、上述したフィルタ処理を用いた方法とは異なる方法により、ハーモニック成分を抽出することができる。ハーモニックイメージングでは、振幅変調（ＡＭ：Amplitude Modulation）法や位相変調（ＰＭ：Phase Modulation）法、ＡＭ法及びＰＭ法を組み合わせたＡＭＰＭ法と呼ばれる映像法が行なわれる。ＡＭ法、ＰＭ法及びＡＭＰＭ法では、同一の走査線に対して振幅や位相が異なる超音波送信を複数回行なう。

これにより、送受信回路１１は、各走査線で複数の反射波データ（受信信号）を生成し出力する。そして、Ｂモード処理回路１２は、各走査線の複数の反射波データ（受信信号）を、変調法に応じた加減算処理することで、ハーモニック成分を抽出する。そして、Ｂモード処理回路１２は、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）に対して包絡線検波処理等を行なって、Ｂモードデータを生成する。

例えば、ＰＭ法が行なわれる場合、送受信回路１１は、処理回路１７が設定したスキャンシーケンスにより、例えば（−１，１）のように、位相極性を反転させた同一振幅の超音波を、各走査線で２回送信させる。そして、送受信回路１１は、「−１」の送信による受信信号と、「１」の送信による受信信号とを生成し、Ｂモード処理回路１２は、これら２つの受信信号を加算する。これにより、基本波成分が除去され、２次高調波成分が主に残存した信号が生成される。そして、Ｂモード処理回路１２は、この信号に対して包絡線検波処理等を行なって、ＴＨＩのＢモードデータやＣＨＩのＢモードデータを生成する。

又は、例えば、ＴＨＩでは、受信信号に含まれる２次高調波成分と差音成分とを用いて映像化を行なう方法が実用化されている。差音成分を用いた映像化法では、例えば、中心周波数が「ｆ１」の第１基本波と、中心周波数が「ｆ１」より大きい「ｆ２」の第２基本波とを合成した合成波形の送信超音波を、超音波プローブ２０から送信させる。この合成波形は、２次高調波成分と同一の極性を持つ差音成分が発生するように、互いの位相が調整された第１基本波の波形と第２基本波の波形とを合成した波形である。送受信回路１１は、合成波形の送信超音波を、位相を反転させながら、例えば、２回送信させる。かかる場合、例えば、Ｂモード処理回路１２は、２つの受信信号を加算することで、基本波成分が除去され、差音成分及び２次高調波成分が主に残存したハーモニック成分を抽出した後、包絡線検波処理等を行なう。

ドプラ処理回路１３は、処理回路１７による制御の下、受信回路１１２からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、平均速度、分散、パワー等の移動体の移動情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、生データの１種であり、一般に、ドプラデータと呼ばれる。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。なお、ドプラ処理回路１３は、ドプラ処理部の一例である。

画像生成回路１４は、処理回路１７による制御の下、超音波プローブ２０が受信した受信信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像を画像データとして生成する。例えば、画像生成回路１４は、超音波画像として、Ｂモード処理回路１２によって生成された２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。また、画像生成回路１４は、超音波画像として、ドプラ処理回路１３によって生成された２次元のドプラデータから移動態情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。なお、画像生成回路１４は、画像生成部の一例である。

ここで、画像生成回路１４は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成回路１４は、超音波プローブ２０による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成回路１４は、スキャンコンバート以外に、種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）等を行なう。また、画像生成回路１４は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。

すなわち、Ｂモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成回路１４が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Ｂモードデータ及びドプラデータは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。画像生成回路１４は、スキャンコンバート処理前の２次元超音波画像データから、表示用の２次元超音波画像データを生成する。

更に、画像生成回路１４は、Ｂモード処理回路１２によって生成された３次元のＢモードデータに対して座標変換を行なうことで、３次元Ｂモード画像データを生成する。また、画像生成回路１４は、ドプラ処理回路１３によって生成された３次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、３次元ドプラ画像データを生成する。画像生成回路１４は、「３次元のＢモード画像データや３次元ドプラ画像データ」を「３次元超音波画像データ（ボリュームデータ）」として生成する。

さらに、画像生成回路１４は、ボリュームデータをディスプレイ４０にて表示するための各種の２次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行なう。画像生成回路１４は、レンダリング処理として、例えば、断面再構成法（ＭＰＲ：Multi Planer Reconstruction）を行なってボリュームデータからＭＰＲ画像データを生成する処理を行う。また、画像生成回路１４は、レンダリング処理として、例えば、３次元の情報を反映した２次元画像データを生成するボリュームレンダリング（ＶＲ：Volume Rendering）処理を行う。

画像メモリ１５は、１フレーム当たり２軸方向に複数のメモリセルを備え、それを複数フレーム分備えたメモリである２次元メモリを含む。画像メモリ１５としての２次元メモリは、処理回路１７の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された１フレーム、又は、複数フレームに係る超音波画像を２次元画像データとして記憶する。なお、画像メモリ１５は、記憶部の一例である。

画像生成回路１４は、処理回路１７による制御の下、画像メモリ１５としての２次元メモリに配列された超音波画像に対し、必要に応じて補間処理を行う３次元再構成を行うことで、画像メモリ１５としての３次元メモリ内に超音波画像をボリュームデータとして生成する。補間処理方法としては、公知の技術が用いられる。

画像メモリ１５は、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向）に複数のメモリセルを備えたメモリである３次元メモリを含む場合もある。画像メモリ１５としての３次元メモリは、処理回路１７の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された超音波画像をボリュームデータとして記憶する。

ネットワークインターフェース１６は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース１６は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置１０と、外部の医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

また、ネットワークインターフェース１６は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波診断装置１０は、例えば超音波プローブ２０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース１６は、ネットワーク接続部の一例である。

処理回路１７は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processor unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサの他、ＡＳＩＣ、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、処理回路１７は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ１８は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ１８が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路１７は、処理部の一例である。

メインメモリ１８は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メインメモリ１８は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ１８は、処理回路１７において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース３０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。なお、メインメモリ１８は、記憶部の一例である。

超音波プローブ２０は、前面部に複数個の微小な振動子（圧電素子）を備え、スキャン対象を含む領域、例えば管腔体を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ２０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波診断装置１０に接続される。

超音波プローブ２０は、スキャン方式の違いにより、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等の種類に分けられる。また、超音波プローブ２０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向に１次元（１Ｄ）的に複数個の振動子が配列された１Ｄアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向に２次元（２Ｄ）的に複数個の振動子が配列された２Ｄアレイプローブとの種類に分けられる。なお、１Ｄアレイプローブは、エレベーション方向に少数の振動子が配列されたプローブを含む。

ここで、３Ｄスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブが利用される。又は、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた１Ｄプローブが利用される。後者のプローブは、メカ４Ｄプローブとも呼ばれる。

入力インターフェース３０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路１７に出力する。

また、入力インターフェース３０は、後述する受信フィルタの周波数特性を調整するための調整スイッチを更に含むことができる。なお、入力インターフェース３０は、入力部の一例である。

ディスプレイ４０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ４０は、処理回路１７の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ４０は、表示部の一例である。

また、図１は、超音波診断装置１０の外部機器である医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０を示す。医用画像管理装置６０は、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）サーバであり、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０等の機器に接続される。医用画像管理装置６０は、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像等の医用画像をＤＩＣＯＭファイルとして管理する。

医用画像処理装置７０は、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０や医用画像管理装置６０等の機器に接続される。医用画像処理装置７０としては、例えば、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像に対して各種画像処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等が挙げられる。なお、医用画像処理装置７０はオフラインの装置であって、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。

続いて、送受信回路１１に設けられる受信回路１１２の構成及び機能の概念について、図２及び図３を用いて説明する。

送受信回路１１に設けられる受信回路１１２は、周波数特性解析回路（例えば、図４の周波数特性解析回路５７）と、フィルタ設定回路（例えば、図４のフィルタ設定回路５８）と、フィルタ処理回路（例えば、図４のフィルタ処理回路５６）とを有する。周波数特性解析回路は、超音波プローブ２０からの超音波の受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を周波数解析して周波数特性を取得する。フィルタ設定回路は、周波数特性解析回路によって取得された所定の深度の周波数特性が所定の周波数特性を示すように所定の深度の周波数特性を補正する受信フィルタを設定する。フィルタ処理回路は、所定の深度の受信信号に、フィルタ設定回路によって設定された受信フィルタをフィードバックさせて適用する。

例えば、周波数特性解析回路は、深度に応じた各関心領域内の受信信号を周波数解析して周波数特性を関心領域ごとに取得する。フィルタ設定回路は、周波数特性解析回路によって取得された各関心領域の周波数特性が所定の周波数特性を示すように各関心領域の周波数特性を関心領域ごとに補正する受信フィルタを設定する。フィルタ処理回路は、各関心領域内の受信信号に、フィルタ設定回路によって設定された受信フィルタを関心領域ごとにフィードバックさせて適用する。

つまり、フィルタ設定回路は、深度に応じて可変であり、かつ、広範囲に亘り略フラットな帯域幅をもつ周波数特性を示すように受信信号を補正する受信フィルタを設定する。なお、略フラットとは、波形を形成する各点がつくる接線の傾きの絶対値が閾値以下の場合、つまり、ある程度緩やかな場合を意味する。加えて、受信フィルタは、中心周波数を中心として低周波側と高周波側とで対称（例えば、ガウス関数）の周波数特性を示すように受信信号を補正するものであってもよい。

図２は、設計上の周波数特性に近い略フラットの帯域幅をもつ目標の周波数特性を説明するための概念図である。

図２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、左側から、設計上の周波数特性と、臨床における当該関心領域内の受信信号に基づく周波数特性と、設計上の略フラットな帯域幅に近い略フラットな帯域幅の周波数特性をもつ目標の周波数特性とを示す。図２（Ａ）は、臨床において超音波減衰が少なく高周波が支配的な場合、特に浅部の周波数特性を示す。図２（Ｂ）は、臨床において超音波減衰が多く低周波が支配的な場合、特に深部の周波数特性を示す。

フィルタ設定回路は、図２（Ａ）の左側に示す設計上の周波数特性と、中央に示す臨床の周波数特性とから、右側に示す目標の周波数特性を算出する。例えば、目標の周波数特性は、広帯域で略フラットになるような特性を有する。

図２（Ａ）の右側に示すように、目標の周波数特性は、高周波側で広帯域となり、高周波側と低周波側とで強度に偏りのないものとなる。フィルタ設定回路が設定する受信フィルタは、図２（Ａ）の中央に示す臨床の周波数特性が、左側に示す略フラットな帯域幅に近づくように、臨床の周波数特性の波形を整形するものである。

一方で、フィルタ設定回路は、図２（Ｂ）の左側に示す設計上の周波数特性と、中央に示す臨床の周波数特性とから、右側に示す目標の周波数特性を算出する。例えば、目標の周波数特性は、広帯域で略フラットになるような特性を有する。

図２（Ｂ）の右側に示すように、目標の周波数特性は、低周波側で広帯域となり、高周波側と低周波側とで強度に偏りのないものとなる。フィルタ設定回路が設定する受信フィルタは、図２（Ｂ）の中央に示す臨床の周波数特性が、左側に示す略フラットな帯域幅に近づくように、臨床の周波数特性の波形を整形するものである。

図３は、受信フィルタの設定方法を説明するための概念図である。

図３（Ａ）は、１フレーム分の受信信号のうち、深度に応じた関心領域内の受信信号を周波数解析して取得された周波数特性を示し、図２（Ｂ）の中央の波形と同一である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す周波数特性から算出される重心を破線として示す。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示す重心と目標の信号強度とによって設定される目標の略フラットな帯域幅を示す。

図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）に示す信号強度をもち、目標の略フラットな帯域幅に近づけられた略フラットな帯域幅をもつ周波数特性を太い実線として示す。図３（Ｅ）は、図３（Ａ）に示す周波数特性が、図３（Ｄ）に示す目標の周波数特性を示すように設定された受信フィルタを太い実線として示す。

図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、フィルタ設定回路は、臨床における各関心領域内の受信信号の周波数特性が示す略フラットな帯域幅を設計上の周波数特性が示す略フラットな帯域幅に近づけるような受信フィルタを設定する。

なお、周波数特性を求めるための受信信号は、ＲＦ信号でもよく、又は、Ｉ／Ｑ信号でもよい。つまり、ビームフォーミングの方法は、ＲＦ信号を遅延加算した後で直交検波（復調）を行いＩ（In-phase）信号及びＱ（Quadrature-phase）信号からなるＩ／Ｑ信号に変換して超音波画像を生成するＲＦビームフォーミングであってもよいし、又は、ＲＦ信号の直交検波を行ってＩ／Ｑのベースバンドに変換した後で遅延加算して超音波画像を生成するＩ／Ｑビームフォーミングであってもよい。以下、特に言及しない限り、周波数特性を求めるための受信信号がＩ／Ｑ信号である場合、つまり、Ｉ／Ｑビームフォーミングが採用される場合を例に採って説明する。

続いて、送受信回路１１に設けられる受信回路１１２の具体的な構成及び機能について、図４〜図１２を用いて説明する。

図４は、送受信回路１１の構成を示すブロック図である。

図４は、送受信回路１１に設けられる送信回路Ｔと、受信回路１１２とを示す。送信回路Ｔは、パルス発生回路Ｔ１と、送信遅延回路Ｔ２と、駆動回路（例えば、パルサ）Ｔ３とを有し、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路Ｔ１は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。送信遅延回路Ｔ２は、超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路Ｔ１が発生する各レートパルスに対し与える。送信遅延回路Ｔ２は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。また、駆動回路Ｔ３は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。

受信回路１１２は、アンプ５１と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路５２と、直交検波回路５３と、受信遅延回路５４と、加算回路５５と、フィルタ処理回路５６と、周波数特性解析回路５７と、フィルタ設定回路５８とを備える。

アンプ５１は、処理回路１７による制御の下、超音波プローブ２０からの受信信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う機能を有する。アンプ５１は、ゲインを制御することで、超音波画像の画質を良化することができる。

Ａ／Ｄ変換回路５２は、処理回路１７による制御の下、アンプ５１の出力である、ゲイン補正された受信信号をチャンネル毎にＡ／Ｄ変換する機能を有する。

直交検波回路５３は、受信信号であるＲＦ信号を直交検波してＩ信号及びＱ信号からなるＩ／Ｑ信号にチャンネル毎に変換する機能を有する。

受信遅延回路５４は、処理回路１７による制御の下、直交検波回路５３の出力であるＩ／Ｑ信号に受信指向性を決定に必要な遅延時間をチャンネル毎に与える機能を有する。受信遅延回路５４は、Ｉ／Ｑ信号に与える受信遅延カーブを制御することで、超音波画像の画質を良化することができる。

加算回路５５は、受信遅延回路５４の出力であるＩ／Ｑ信号に、チャンネル毎に位相回転及び重み付け制御（アポダイゼーション）を行い、得られたＩ／Ｑ信号の加算処理を行ってＩ／Ｑ信号のビームデータを生成する機能を有する。加算回路５５の加算処理により、受信信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

フィルタ処理回路５６は、処理回路１７による制御の下、加算回路５５の出力であるＩ／Ｑ信号に、任意の複素受信フィルタを適用する機能と、複素受信フィルタが適用された後のＩ／Ｑ信号をＢモード処理回路１２や、ドプラ処理回路１３に出力する機能とを有する。なお、フィルタ処理回路５６は、フィルタ処理部の一例である。

以上説明したように、アンプ５１によるゲイン制御や、受信遅延回路５４による受信遅延カーブの制御により超音波画像の画質をある程度良化することができる。しかし、超音波減衰が個人ごと、深度ごとに変化するため、それらの制御だけでは超音波の画質の最適化までは困難である。そこで、送受信回路１１に設けられる受信回路１１２は、周波数特性解析回路５７と、フィルタ設定回路５８とを有する。

周波数特性解析回路５７は、処理回路１７による制御の下、加算回路５５の出力であるＩ／Ｑ信号に基づいて、深度に応じた各関心領域内のＩ／Ｑ信号を周波数解析して周波数特性を取得する機能を有する。例えば、周波数特性解析回路５７は、各関心領域内のＩ／Ｑ信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施すことにより周波数解析を行うことができる。なお、周波数特性解析回路５７は、周波数特性解析部の一例である。

フィルタ設定回路５８は、処理回路１７による制御の下、周波数特性解析回路５７の出力である各関心領域の周波数特性が所定の周波数特性を示すように補正する各関心領域の複素受信フィルタを設定する機能を有する。複素受信フィルタのフィルタ係数は、実部（Real）及び虚部（Imaginary）からなる複素係数である。

Ｉ／Ｑビームフォーミングの場合であって、各関心領域内のＩ／Ｑ信号の波形がＲＦ信号の波形の周波数をわずかに変化させる場合、変調信号を複素振幅として扱うことができる。なお、フィルタ設定回路５８は、フィルタ設定部の一例である。

フィルタ処理回路５６は、上述の機能に加え、処理回路１７による制御の下、加算回路５５の出力である各関心領域内のＩ／Ｑ信号に、フィルタ設定回路５８の出力である各関心領域の複素受信フィルタを関心領域ごとにフィードバックさせて適用する機能と、複素受信フィルタが適用されたＩ／Ｑ信号をベースバンドデータとしてＢモード処理回路１２又はドプラ処理回路１３に出力する機能とを有する。

続いて、超音波診断装置１０の動作について説明する。

図５及び図６は、超音波診断装置１０の動作をフローチャートとして示す図である。図５及び図６において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。なお、図５及び図６において、Ｉ／Ｑビームフォーミングの場合、つまり、受信フィルタが複素受信フィルタである場合を例にとって説明する。

図５に示すように、超音波診断装置１０の処理回路１７は、送受信回路１１等を制御して、超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを開始させる（ステップＳＴ１）。

周波数特性解析回路５７は、加算回路５５の出力である１フレーム分のＩ／Ｑ信号を取得する（ステップＳＴ２）。周波数特性解析回路５７は、ステップＳＴ２によって取得された１フレーム分のＩ／Ｑ信号のうち、深度に応じた関心領域内のＩ／Ｑ信号を周波数解析して周波数特性を取得する（ステップＳＴ３）。

フィルタ設定回路５８は、ステップＳＴ３によって取得された当該関心領域の周波数特性が所定の周波数特性を示すように、当該関心領域の周波数特性の波形を補正する複素受信フィルタを当該関心領域について設定する。具体的には、後述するステップＳＴ４〜ＳＴ８による。フィルタ設定回路５８は、ステップＳＴ３によって取得された当該関心領域の周波数特性から重心を算出する（ステップＳＴ４）。

フィルタ設定回路５８は、目標の信号強度を設定する（ステップＳＴ５）。フィルタ設定回路５８は、ステップＳＴ３によって取得された周波数特性の波形と、ステップＳＴ４によって設定された重心と、ステップＳＴ５によって設定された目標の信号強度と、設計上の周波数特性が示す略フラットな帯域幅とから目標の周波数特性を設定する（ステップＳＴ６）。なお、設計上の周波数特性は、超音波スキャンが開始される前に予め設定されるもの、または、取得された周波数特性に応じて最適化されるものである。

例えば、フィルタ設定回路５８は、重心の位置付近で目標の信号強度となり、かつ、設計上の略フラットな帯域幅に近い略フラットな帯域幅をもつ波形を求める。その波形は、ステップＳＴ３によって取得された臨床の周波数特性の波形に基づくものであり、例えば、臨床の周波数特性の波形を包絡線とすることができる。

フィルタ設定回路５８は、ステップＳＴ３によって取得された当該関心領域内のＩ／Ｑ信号の周波数特性が、ステップＳＴ６によって設定された目標の周波数特性を示すように波形を整形する複素受信フィルタを当該関心領域について設定し（ステップＳＴ７）、当該関心領域の複素受信フィルタをメインメモリ１８に保存する（ステップＳＴ８）。操作者は、入力インターフェース３０（調整スイッチ）を介して、設定された複素受信フィルタの周波数特性を調整してもよい。

図７は、当該関心領域の複素受信フィルタを示す図である。

図７（Ａ）は、当該関心領域内のＩ／Ｑ信号の周波数特性と、当該関心領域の目標の周波数特性と、当該関心領域の複素受信フィルタの周波数特性とを示す。当該関心領域内のＩ／Ｑ信号の周波数特性が、目標の周波数特性を示すように波形を整形する複素受信フィルタが関心領域ごとに設定される。

また、Ｉ／Ｑビームフォーミングの場合であって、各関心領域内のＩ／Ｑ信号の波形がＲＦ信号の波形の周波数をわずかに変化させる場合、変調信号を複素振幅として扱うことができる。図７（Ｂ）は、複素受信フィルタのフィルタ係数の一例を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、複素受信フィルタのフィルタ係数は、実部及び虚部からなる複素係数である。

図５の説明に戻って、フィルタ設定回路５８は、全ての深度、つまり、全ての関心領域で複素受信フィルタが設定されたか否かを判断する（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ９の判断にてＮＯ、つまり、全ての関心領域で複素受信フィルタが設定されていないと判断された場合、周波数特性解析回路５７は、関心領域の深度をシフトし（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２によって取得された１フレーム分のＩ／Ｑ信号に基づき、シフト後の関心領域内のＩ／Ｑ信号を周波数解析して周波数特性を取得する（ステップＳＴ３）。

一方、ステップＳＴ９の判断にてＹＥＳ、つまり、全ての関心領域で複素受信フィルタが設定されたと判断された場合、図６のステップＳＴ１１に進む。

図８は、各関心領域の複素受信フィルタのフィルタ係数を示す図である。図８は、深度方向に８分割した場合の各関心領域の複素受信フィルタのフィルタ係数を示す。

図８（Ａ）は、各関心領域、つまり、各深度の実部成分のフィルタ係数を示す。図８（Ｂ）は、各関心領域、つまり、各深度の虚部成分のフィルタ係数を示す。図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、各関心領域の実部成分及び虚部成分において、適切なフィルタ係数が算出される。

図６の説明に戻って、フィルタ処理回路５６は、加算回路５５の出力である１フレーム分のＩ／Ｑ信号に、ステップＳＴ８によって登録された関心領域ごとの複素受信フィルタをフィードバックさせて適用する（ステップＳＴ１１）。

図９は、所定の関心領域内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した場合の効果を周波数特性として示す図である。

図９は、１フレーム分のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用する前の周波数特性を示す。また、図９は、１フレーム分のＩ／Ｑ信号のうち、所定の関心領域内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した後の周波数特性を示す。加算回路５５の出力である臨床の１フレーム分のＩ／Ｑ信号に、ステップＳＴ８によって登録された関心領域ごとの複素受信フィルタをフィードバックさせて適用すると、臨床の１フレーム分のＩ／Ｑ信号の周波数特性が目標の周波数特性に補正され、略フラットな帯域幅が拡がることになる。

図６の説明に戻って、Ｂモード処理回路１２（又は、ドプラ処理回路１３）及び画像生成回路１４は、ステップＳＴ１１によって複素受信フィルタが適用された全範囲のＩ／Ｑ信号に基づいて１フレーム分の超音波画像を生成する（ステップＳＴ１２）。

図１０は、所定の関心領域内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した場合の効果を超音波画像（例えば、Ｂモード画像）として示す図である。図１０が示すＢモード画像の撮像対象（部位）は、腎臓である。

図１０（Ａ）は、１フレーム分のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用する前のＢモード画像を示す。図１０（Ｂ）は、１フレーム分のＩ／Ｑ信号のうち、所定の関心領域、例えば、関心領域Ｒ内のＩ／Ｑ信号に複素受信フィルタを適用した後のＢモード画像を示す。

図１０（Ａ）に示すＢモード画像領域と、図１０（Ｂ）に示すＢモード画像領域とを比較する。図１０（Ｂ）に示すＢモード画像領域によれば、腎臓の関心領域Ｒ内の構造物の距離分解能が改善されることで画質が最適化され、関心領域Ｒ内をより明瞭に視認することができる。

図６の説明に戻って、処理回路１７は、ステップＳＴ１によって開始された超音波スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ１３）。例えば、入力インターフェース３０を介した操作者による終了操作により、処理回路１７は、超音波スキャンを終了するか否かを判断する。ステップＳＴ１３の判断にてＮＯ、つまり、ステップＳＴ１によって開始された超音波スキャンを終了しないと判断される場合、次のフレームに進み（ステップＳＴ１４）、フィルタ処理回路５６は、次の１フレーム分のＩ／Ｑ信号に、ステップＳＴ８によって登録された複素受信フィルタの係数をフィードバックさせて適用する（ステップＳＴ１１）。

一方、ステップＳＴ１３の判断にてＹＥＳ、つまり、ステップＳＴ１によって開始された超音波スキャンを終了すると判断される場合、超音波診断装置１０の処理回路１７は、送受信回路１１等を制御して、超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを終了させる。

なお、図５及び図６において、同一患者、かつ、同一撮影部位に対する超音波スキャンにおいて、１度設定されて登録された複素受信フィルタを、その後に生成される複数フレームのＩ／Ｑ信号に適用する場合について説明した。つまり、同一撮影部位のスキャンであれば、一連の超音波検査中においては同一の複素受信フィルタを援用するものである。しかしながら、その場合に限定されるものではない。例えば、複素受信フィルタは、各フレームにおいて毎回設定されるものであってもよいし、一定間隔で設定されるものであってもよい。超音波プローブ２０の動きに応じて、複素受信フィルタの設定の要否をフレームごとに切り替えられるようにしてもよい。

その場合、周波数特性解析回路５７は、スキャン断面を示す値の変化が閾値以上であるか否かを判断し、スキャン断面を示す値の変化が閾値以上であると判断する場合に、判断後であってスキャン断面を示す値の変化が殆どなく閾値未満であると判断するときに、再びＩ／Ｑ信号の周波数解析を行ってもよいし、もともと固定値として装置に設定されている複素受信フィルタに戻してもよい。スキャン断面を示す値は、当該スキャン断面に対応する超音波プローブ２０の位置及び角度のうち少なくとも一方を示す値である。又は、スキャン断面を示す値は、当該スキャン断面に対応する超音波画像の輝度値である。超音波画像の輝度値とは、超音波画像（又はその関心領域）を構成する複数画素における平均輝度値、最大輝度値、最小輝度値、又は、輝度値のばらつきを意味する。

つまり、超音波プローブ２０の位置や角度がフレーム間である程度変化している間は、スキャン断面を示す値の変化が閾値以上となるので、複素受信フィルタの再設定は行われない。又は、超音波画像（又はその関心領域）を構成する複数画素の平均輝度値がフレーム間である程度変化している間は、スキャン断面を示す値の変化が閾値以上となるので、複素受信フィルタの再設定は行われない。なお、スキャン断面を示す値の変化は、超音波プローブ２０に設けられる超音波プローブ２０の角度を測定可能な加速度センサ（図示省略）や、磁界を発生させて超音波プローブ２０の位置及び角度を測定可能な磁気センサ（図示省略）が取得するデータに基づけばよい。または、センサを使わない場合は画像情報の時間的変化からスキャン断面を示す値の変化を検出してもよい。

さらに、過去に設定された複素受信フィルタと、スキャン断面を示す値（例えば、超音波プローブ２０の位置）とをメインメモリ１８に登録させておいてもよい。その場合、フィルタ処理回路５６は、一連の超音波検査において過去と同一位置のスキャン断面がスキャンされたと判断された場合、メインメモリ１８から、当該スキャン断面に対応する複素受信フィルタを取得して援用してもよい。これにより、複素受信フィルタの設定のための負荷が低減される。

設計上の周波数帯域から超音波減衰の多寡により実際の周波数特性が歪むが、超音波診断装置１０によれば、その歪みを瞬時（又は、略リアルタイム）に補正することができる。それにより、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することができるので、高画質の超音波画像を提供することができる。

２．第１の変形例
フィルタ設定回路５８は、受信フィルタを設定するために、各関心領域内のＩ／Ｑ信号の周波数特性から、１つの目標の周波数特性を求める場合に限定されるものではない。例えば、フィルタ設定回路５８は、複数の周波数成分を合成して、つまり、周波数コンパウンドして超音波画像を生成する場合、各関心領域で設定される各周波数成分に対して、複素受信フィルタを設定する。フィルタ設定回路５８は、各関心領域内のＩ／Ｑ信号の周波数特性から、低周波側の目標の周波数特性と高周波側の目標の周波数特性とを求める。

その場合、フィルタ処理回路５６は、各目標の周波数特性を示すように臨床の周波数特性を補正し、画像生成回路１４は、各目標の周波数特性で得られた超音波画像を合成する。これにより、コントラスト分解能の向上と結果画像の均一性の向上という効果がある。

図１１は、周波数コンパウンドを説明するための図である。

図１１の上段は、ターゲット、つまり、撮影対象の深度の関心領域における低周波側の目標の周波数特性（中心周波数ｆ１）と高周波側の目標の周波数特性（中心周波数ｆ２）とを示す。図１１の下段は、超音波減衰が多い深部の関心領域における低周波側の目標の周波数特性（中心周波数ｆ１）と高周波側の目標の周波数特性（中心周波数ｆ２）とを示す。周波数コンパウンドが行われる場合、図１１に示すように、低周波側の目標の周波数特性と高周波側の目標の周波数特性とで、レベル、つまり、強度を合せることが好適である。

３．第２の変形例
周波数特性解析回路５７は、深度に応じた各関心領域内のＩ／Ｑ信号を周波数解析する場合、各関心領域を、画像領域におけるスキャン方向の中心位置を含むように設定すればよい。所望される領域は画像領域の中心位置付近である場合が多いからである。しかしながら、その場合に限定されるものではない。例えば、周波数特性解析回路５７は、同一深度において複数の関心領域を設定し、複数の関心領域の中から選択される関心領域を周波数解析することもできる。

図１２は、同一深度における複数の関心領域からの所定の関心領域の選択方法を示す図である。

図１２は、Ｂモード画像の画像領域を模擬している。同一深度についてスキャン方向（図１２中の横方向）に沿って複数の関心領域が設定される。そして、周波数特性解析回路５７は、同一深度における複数の関心領域について、スキャン方向の中心位置から外側位置に向けて順にＳ／Ｎ（Signal to Noise）が閾値より高いか否かのノイズ判定を行う。例えば、周波数特性解析回路５７は、画像領域の最浅部において、スキャン方向の中心位置の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域が信号領域であると判定し、当該関心領域について周波数解析を行う。

続いて、周波数特性解析回路５７は、画像領域の２番目の浅部において、スキャン方向の中心位置の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域がノイズ領域であると判定する。引き続き、周波数特性解析回路５７は、画像領域の２番目の浅部において、中心位置の左隣の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域が信号領域であると判定し、当該関心領域について周波数解析を行う。

続いて、周波数特性解析回路５７は、画像領域の３番目の浅部において、スキャン方向の中心位置の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域がノイズ領域であると判定する。引き続き、周波数特性解析回路５７は、画像領域の３番目の浅部において、中心位置の左隣の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域がノイズ領域であると判定する。引き続き、周波数特性解析回路５７は、画像領域の３番目の浅部において、中心位置の右隣の関心領域についてノイズ判定を行い、当該関心領域が信号領域であると判定し、当該関心領域について周波数解析を行う。

ここで、ある深度における複数の関心領域の中に信号領域が存在しない場合を有り得る。その場合、当該深度の受信フィルタとして、予め装置に設定されているダイナミックフィルタを利用するか、深さ方向の隣で設定された１つ受信フィルタを利用するか、深さ方向の両隣で設定された２つ受信フィルタの代表値（例えば、平均値）を利用する。

なお、同一深度についてスキャン方向に沿って複数の関心領域が設定される場合に、フィルタ設定回路５８は、複数の関心領域に対して異なる複素受信フィルタを設定してもよい。この場合、同一深度についてスキャン方向に沿う複数の関心領域の設定は、スキャンコンバート前の生データ空間上に格子状に分割された複数の関心領域を設定し、各格子内のＩ／Ｑ信号の周波数解析を行う。

以上のように、超音波診断装置１０によれば、深度に応じて複素受信フィルタを制御することで、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することができる。それにより、高画質の超音波画像を提供することができる。

４．第２の実施形態に係る超音波診断装置
上述の第１の実施形態は、超音波の受信側、つまり、深度に応じた複素受信フィルタの制御により、高画質の超音波画像の提供を実現するものである。しかしながら、超音波の送信側、つまり、ビームの深部到達度に応じた送信周波数の制御により、高画質の超音波画像の提供を実現してもよい。その場合について、第２の実施形態に係る超音波診断装置として以下で説明する。

図１３は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１３は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１０Ａを示す。また、図１３は、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とを示す。なお、超音波診断装置１０Ａに、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置１０Ａの外部に、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置１０Ａは、送受信回路１１Ａと、Ｂモード処理回路１２と、ドプラ処理回路１３と、画像生成回路１４と、画像メモリ１５と、ネットワークインターフェース１６と、処理回路１７と、メインメモリ１８とを備える。回路１１Ａ，１２〜１４は、特定用途向け集積回路等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路１１Ａ，１２〜１４の機能の全部又は一部は、処理回路１７がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

なお、図１３において、図１に示す部材と同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

送受信回路１１Ａは、送信回路１１１と受信回路Ｕ（図１４に図示）とを有する。送受信回路１１Ａは、処理回路１７による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路１１Ａが超音波診断装置１０Ａに設けられる場合について説明するが、送受信回路１１Ａは、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波診断装置１０Ａ及び超音波プローブ２０の両方に設けられてもよい。なお、送受信回路１１Ａは、送受信部の一例である。

送信回路１１１は、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動信号を供給する。なお、送信回路１１１の構成については、図１４を用いて後述する。受信回路Ｕは、超音波振動子が受信した受信信号を受け、この受信信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。なお、受信回路Ｕの構成については、図１４を用いて後述する。

図１４は、送受信回路１１Ａの構成を示すブロック図である。

図１４は、送受信回路１１Ａに設けられる送信回路１１１と、受信回路Ｕとを示す。受信回路Ｕは、アンプＵ１と、Ａ／Ｄ変換回路Ｕ２と、直交検波回路Ｕ３と、受信遅延回路Ｕ４と、加算回路Ｕ５と、フィルタ処理回路Ｕ６とを有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。

なお、アンプＵ１と、Ａ／Ｄ変換回路Ｕ２と、直交検波回路Ｕ３と、受信遅延回路Ｕ４と、加算回路Ｕ５とは、図４に示すアンプ５１と、Ａ／Ｄ変換回路５２と、直交検波回路５３と、受信遅延回路５４と、加算回路５５と同等の機能を有するものであるため、説明を省略する。フィルタ処理回路Ｕ６は、加算回路Ｕ５の出力であるＩ／Ｑ信号に、任意の複素受信フィルタ（実数の受信フィルタを含む）を適用する機能と、複素受信フィルタが適用された後のＩ／Ｑ信号をＢモード処理回路１２や、ドプラ処理回路１３や、送信回路１１１に出力する機能とを有する。

なお、上記の受信回路Ｕの説明では、受信回路Ｕが、ＲＦ信号の直交検波を行ってＩ／Ｑのベースバンドに変換した後で遅延加算して超音波画像を生成するＩ／Ｑビームフォーミングを行う構成を有する場合について説明するがその場合に限定されるものではない。受信回路Ｕは、ＲＦ信号を遅延加算した後で直交検波を行いＩ信号及びＱ信号からなるＩ／Ｑ信号に変換して超音波画像を生成するＲＦビームフォーミングを行う構成を有してもよい。

送信回路１１１は、パルス発生回路６１と、送信遅延回路６２と、駆動回路６３と、評価回路６４と、周波数設定回路６５とを備える。なお、評価回路６４は、送受信回路１１ではなく、Ｂモード処理回路１２（又はドプラ処理回路１３）に備えられていてもよい。

パルス発生回路６１は、処理回路１７による制御の下、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。

送信遅延回路６２は、処理回路１７による制御の下、超音波プローブ２０の超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。

駆動回路６３は、処理回路１７による制御の下、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。なお、駆動回路６３は、駆動部の一例である。

ここで、超音波プローブ２０から送信される超音波の送信周波数（最低周波数／中周波数／最高周波数）は、ＵＩ（User Interface）によって選択可能である。しかしながら、ＵＩさえ触らない操作者が居たり、操作者が適切な送信周波数を選択する技量をもたない場合があったりするため、感度を含めた送信周波数の選択の最適化が望まれている。そこで、送受信回路１１Ａに設けられる送信回路１１１は、評価回路６４と、周波数設定回路６５とを有する。これにより、感度としてビームの深部到達度が評価され、深部到達度に応じて適切な送信周波数が自動選択される。ここで、最低周波数は、「ＰＥＮ：Penetration」とも呼ばれる。中周波数は、「ＧＥＮ：general」とも呼ばれる。最高周波数は、「ＲＥＳ：Resolution」とも呼ばれる。

評価回路６４は、処理回路１７による制御の下、超音波の受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を解析して、ビームの深部到達度を評価する。例えば、評価回路６４は、Ｂモード処理回路１２（又は、ドプラ処理回路１３）からの、生データとしてのＢモードデータ（又は、ドプラデータ）に基づいて、後述する深部の判定領域のＳＮ（Signal to Noise）比により、ビームの深部到達度を評価する。なお、評価回路６４は、画像生成回路１４からの、スキャンコンバート後のＢモード画像データ（又は、ドプラ画像データ）に基づいて、所定の深度の受信信号を解析してもよい。また、評価回路６４は、評価部の一例である。

周波数設定回路６５は、処理回路１７による制御の下、評価回路６４による結果に基づき、送信周波数を設定する。これにより、駆動回路６３は、周波数設定回路６５によって設定された送信周波数をフィードバックして駆動パルスを生成し、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動パルスを印加することができる。なお、周波数設定回路６５は、周波数設定部の一例である。

続いて、超音波診断装置１０Ａの動作について説明する。超音波診断装置１０Ａは、低い送信周波数（例えば、切替可能な送信周波数のうち最低周波数（ＰＥＮ））でサンプリングして、画像のＳＮ比に余裕がある場合に高い送信周波数（例えば、中周波数（ＧＥＮ））に切り替える制御を行う。

図１５及び図１６は、超音波診断装置１０Ａの動作をフローチャートとして示す図である。図１５及び図１６において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。なお、図１５及び図１６において、Ｉ／Ｑビームフォーミングの場合、つまり、受信フィルタが複素受信フィルタである場合を例にとって説明する。

図１５に示すように、超音波診断装置１０Ａの処理回路１７は、送受信回路１１Ａ等を制御して、超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを開始させる（ステップＳＴ２１）。送受信回路１１Ａは、周波数設定回路６５によって設定された低い送信周波数（例えば、最低周波数（ＰＥＮ））の駆動パルスにより超音波プローブ２０を制御して、超音波の送受信を行う（ステップＳＴ２２）。フィルタ処理回路Ｕ６は、加算回路Ｕ５の出力である１フレーム分のＩ／Ｑ信号を取得する（ステップＳＴ２３）。

フィルタ処理回路Ｕ６は、ステップＳＴ２３によって取得された１フレーム分のＩ／Ｑ信号に、任意の複素受信フィルタを適用する（ステップＳＴ２４）。Ｂモード処理回路１２は、ステップＳＴ２４によって任意の複素受信フィルタが適用されたＩ／Ｑ信号に基づいて、１フレーム分の生データとしてのＢモードデータを生成する（ステップＳＴ２５）。

評価回路６４は、ステップＳＴ２６〜ＳＴ３１において、所定の深度の受信信号を解析して、ビームの深部到達度を評価する。まず、評価回路６４は、ステップＳＴ２５によって生成された１フレーム分のＢモードデータによって形成される画像領域を、各領域が複数のピクセルを有するように複数の分割領域に分割する（ステップＳＴ２６）。評価回路６４は、ステップＳＴ２５によって生成された１フレーム分のＢモードデータに基づいて、ステップＳＴ２６によって分割後の各分割領域のＳＮ比と、信号の分散とを算出する（ステップＳＴ２７）。図１７に、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域のうち、４×８の分割領域を例示する。各分割領域は、Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個のピクセルを含む。

評価回路６４は、ステップＳＴ２７において、次の式（１）により、各分割領域の複数のピクセルにそれぞれ対応する複数の信号（Signals）を平均することで、各分割領域の信号平均を求める（Signal mean）。評価回路６４は、ステップＳＴ２７において、次の式（２）により、各分割領域の複数のピクセルにそれぞれ対応する複数のノイズ（Noises）を平均することで、各分割領域のノイズ平均（Noise mean）を求める。そして、評価回路６４は、ステップＳＴ２７において、次の式（３），（４）により、各分割領域の複数のピクセルの信号平均とノイズ平均とから、各分割領域のＳＮ比（ＳＮＲ）［ｄＢ］を算出する。また、評価回路６４は、ステップＳＴ２７において、次の式（５）により、各分割領域の複数のピクセルにそれぞれ対応する複数の信号（Signals）と、各分割領域の信号平均（Signal mean）とから、各分割領域の分散（Var）を算出する。

評価回路６４は、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域のうち、浅部の判定領域のＳＮ比が第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ２８）。Ｂモードデータの基となるＩ／Ｑ信号は、スキャン状態の受信信号、又は、超音波プローブ２０が被検体の体表から離れた空中放置状態、つまり、被検体に超音波の送信を行わない状態の受信信号からなる。そこで、評価回路６４は、ステップＳＴ２８において、超音波プローブ２０が空中放置状態である場合には、ビームの深部到達度の評価を行わないようにするための判断を行う。

図１７は、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域に設定される浅部の判定領域の一例を示す図である。

図１７に示すように、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域は、深さ方向（ｉ）に８段、かつ、ビーム方向ｊに４列の計３２個の分割領域をもつ。評価回路６４は、画像領域のうち浅部に、判定領域Ｓｕを設定する。ここでは、画像領域のうち、上から３段目と、４段目に浅部の判定領域Ｓｕが設定され、浅部に相当する８個の浅部分割領域が設定される。

評価回路６４は、８個の浅部分割領域におけるＳＮ比を評価し、超音波プローブ２０が被検体の体表に当てられたスキャン状態であるか、超音波プローブ２０が被検体の体表から離れた空中放置状態であるかを判定する。評価回路６４は、８個の浅部分割領域のうち少なくとも１つの浅部分割領域のＳＮ比が第１閾値以上である場合、スキャン状態であると判定すればよい。又は、評価回路６４は、８個の浅部分割領域の全てのＳＮ比が第１閾値以上である場合に限り、スキャン状態であると判定してもよい。又は、評価回路６４は、１個の分割領域のみを浅部分割領域として設定し、当該浅部分割領域のＳＮ比が第１閾値以上である場合に、スキャン状態であると判定してもよい。

図１５の説明に戻って、ステップＳＴ２８の判断にてＮＯ、つまり、画像領域のうち、浅部の判定領域のＳＮ比が第１閾値未満であると判断される場合、ステップＳＴ３６（図１６に図示）に進む。つまり、周波数設定回路６５は、浅部の判定領域のＳＮ比が第１閾値未満の場合には、送信周波数を変更しない。一方、ステップＳＴ２８の判断にてＹＥＳ、つまり、画像領域のうち、浅部の判定領域のＳＮ比が第１閾値以上であると判断される場合、評価回路６４は、スキャン状態であると判断し、各分割領域の構造物又は実質の判定を行う（ステップＳＴ２９）。ここで、実質とは、肝臓等の臓器を意味する。

評価回路６４は、ステップＳＴ２９において、４×８の分割領域のそれぞれが構造物であるか、又は、実質であるかを判定する。高輝度である構造物の存在が、ビームの深部到達度の評価を難しくするからである。評価回路６４は、各分割領域のＳＮ比が第１閾値以上で、かつ、当該分割領域の分散が第２閾値以上である場合には、当該分割領域は構造物に該当すると判定する。評価回路６４は、各分割領域のＳＮ比が第１閾値以上で、かつ、当該分割領域の分散が第２閾値未満で、かつ、当該分割領域の分散が第３閾値（第３閾値＜第２閾値）以上である場合には、当該分割領域は実質に該当すると判定する。一方で、評価回路６４は、各分割領域のＳＮ比が第１閾値未満、又は、各分割領域の分散が第３閾値未満の場合は、当該分割領域は構造物にも実質にも該当しないと判定する。

図１８は、１フレーム分のＢモードデータに基づく構造物と実質との判定方法を説明するための図である。

図１８の最左端は、１フレーム分の生データとしてのＢモードデータを示す。左から２番目は、４×８の分割領域におけるＳＮ比の分布を示す。各分割領域が、配色バーＢ１により、ＳＮ比の大きさに応じて配色される。左から３番目は、４×８の分割領域における信号の分散の分布を示す。各分割領域が、配色バーＢ２により、信号の分散の大きさに応じて配色される。

図１８の右から２番目は、Ｂモードデータのうち、構造物と判定された分割領域を示す。これらの分割領域は、ＳＮ比が比較的大きく、信号の分散も比較的大きい領域である。図１８の最右端は、Ｂモードデータのうち、実質と判定された分割領域を示す。これらの分割領域は、ＳＮ比が比較的大きい一方で、信号の分散は比較的小さい領域である。なお、評価回路６４は、図１８に示すＳＮ比の分布や分散の分布を、任意のタイミングでディスプレイ４０に表示させてもよい。

図１６の説明に進んで、評価回路６４は、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域のうち深部の判定領域に、ステップＳＴ２９によって判定された実質が存在するか否かを判断する（ステップＳＴ３０）。ステップＳＴ３０の判断にてＹＥＳ、つまり、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域のうち深部の判定領域に、実質が存在すると判断される場合、評価回路６４は、深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ３１）。なお、ステップＳＴ２７（図１５に図示）において、評価回路６４は、複数の分割領域の全てについてＳＮ比と信号の分散とを算出したが、その場合に限定されるものではない。例えば、ステップＳＴ２８〜ＳＴ３０が省略される場合がある。その場合、評価回路６４は、ステップＳＴ２７において、ステップＳＴ３１のために、複数の分割領域のうち深部の判定領域に属する分割領域のみについてＳＮ比のみを算出すればよい。

図１９は、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域に設定される深部の判定領域の一例を示す図である。図１９は、ステップＳＴ３０，ＳＴ３１を説明する図である。

図１９に示すように、評価回路６４は、１フレーム分のＢモードデータが形成する画像領域のうち深部に、深部の判定領域Ｓｂを設定する。ここでは、画像領域のうち、最下の２段に深部の判定領域Ｓｂが設定され、深部に相当する８個の深部分割領域が設定される。評価回路６４は、ステップＳＴ３０において、判定領域Ｓｂに属する８個の深部分割領域のうち３個が、実質に属すると判断する。

そして、評価回路６４は、ステップＳＴ３１において、８個の深部分割領域のうち実質に属する３個の深部分割領域におけるＳＮ比を評価する。評価回路６４は、実質に属する３個の深部分割領域にそれぞれ対応する３個のＳＮ比の平均が第５閾値以上であるか否かを判断すればよい。なお、評価回路６４は、８個すべての深部分割領域にそれぞれ対応する８個のＳＮ比の平均が第５閾値以上であるか否かを判断してもよい。

図１６の説明に戻って、ステップＳＴ３１の判断にてＹＥＳ、つまり、１フレーム分のＢモードデータの領域のうち、深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値以上であると判断される場合、周波数設定回路６５は、当該１フレーム分のＢモードデータについてビームの深部到達度が高いと判定する。そして、周波数設定回路６５は、送信周波数を、ステップＳＴ２２に設定されたものより高く設定し、高い送信周波数に切り替える（ステップＳＴ３２）。ビームの深部到達度が高い場合には、送信周波数を高く変更しても、深部の画像化への影響が少ないと思われるからである。

送受信回路１１Ａは、ステップＳＴ３０の判断でＮＯの場合、又は、ステップＳＴ３１の判断でＮＯの場合、周波数設定回路６５によって設定された送信周波数を変更しない。送受信回路１１Ａは、ステップＳＴ２２（図１５に図示）と同様の低い送信周波数の駆動パルスにより超音波プローブ２０を制御して、超音波の送受信を行う（ステップＳＴ３３）。一方で、送受信回路１１Ａは、ステップＳＴ３２によって切り替え後の高い送信周波数の駆動パルスにより超音波プローブ２０を制御して、超音波の送受信を行う（ステップＳＴ３３）。フィルタ処理回路Ｕ６は、加算回路Ｕ５の出力である１フレーム分のＩ／Ｑ信号を取得する（ステップＳＴ３４）。

フィルタ処理回路Ｕ６は、ステップＳＴ３４によって取得された１フレーム分のＩ／Ｑ信号に、任意の複素受信フィルタを適用する（ステップＳＴ３５）。Ｂモード処理回路１２（又は、ドプラ処理回路１３）及び画像生成回路１４は、ステップＳＴ３５によって複素受信フィルタが適用された１フレーム分のＩ／Ｑ信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＳＴ３６）。ステップＳＴ２４又はＳＴ３５によって取得された、複素受信フィルタが適用された１フレーム分のＩ／Ｑ信号に基づいて１フレーム分の超音波画像を生成する（ステップＳＴ３６）。

図２０は、送信周波数を制御する場合における超音波画像を示す図である。図２０（Ａ）は、低い送信周波数、例えば、最低周波数（ＰＥＮ）の場合のＢモード画像を示す。図２０（Ｂ）は、高い送信周波数、例えば、中周波数（ＧＥＮ）の場合のＢモード画像を示す。図２０が示すＢモード画像の撮像対象（部位）は、肝臓である。

図２０（Ａ）に示す、最低周波数の超音波送受信に基づくＢモード画像では、深部の形態まで十分に視認することができる。しかしながら、送信周波数が任意に最低周波数から中周波数や最高周波数に切り替えられてしまうと、図２０（Ｂ）に示すように、ビームの深部到達度が低くなり、深部の視認が困難となる。そこで、超音波診断装置１０Ａは、最低周波数の超音波送受信に基づくＢモード画像からビームの深部到達度を評価することで、送信周波数を最低周波数から中周波数に、又は、中周波数から最高周波数に切り替えるものである。

図１６の説明に戻って、処理回路１７は、ステップＳＴ２１（図１５に図示）によって開始された超音波スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ３７）。例えば、入力インターフェース３０を介した操作者による終了操作により、処理回路１７は、超音波スキャンを終了するか否かを判断する。ステップＳＴ３７の判断にてＮＯ、つまり、ステップＳＴ２１によって開始された超音波スキャンを終了しないと判断される場合、次のフレームに進み（ステップＳＴ３８）、送受信回路１１Ａは、低い、又は、切り替えられた後の高い送信周波数の駆動パルスにより超音波プローブ２０を制御して、超音波の送受信を行う（ステップＳＴ３３）。

一方、ステップＳＴ３７の判断にてＹＥＳ、つまり、ステップＳＴ２１によって開始された超音波スキャンを終了すると判断される場合、超音波診断装置１０Ａの処理回路１７は、送受信回路１１Ａ等を制御して、超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを終了させる。処理回路１７は、ステップＳＴ３６によって生成された超音波画像（例えば、Ｂモード画像）をディスプレイ４０に表示させることができる。また、処理回路１７は、送信周波数の切り替え前後の超音波画像を、ディスプレイ４０に並列表示することもできる。さらに、処理回路１７は、送信周波数の切り替え後の超音波画像に対して、操作者が切り替え後の送信周波数をそのまま選択するメッセージをディスプレイ４０に表示させることもできる。

なお、ステップＳＴ３２による切り替え後の送信周波数は、ステップＳＴ２２で設定される送信周波数より高いものであればよい。そのため、ステップＳＴ２２で設定される送信周波数が最低周波数（ＰＥＮ）である場合は、ステップＳＴ３２による切り替え後の送信周波数は、中周波数（ＧＥＮ）又は最高周波数（ＲＥＳ）である。ステップＳＴ２２で設定される送信周波数が最低周波数（ＰＥＮ）であり、ステップＳＴ３２による切り替え後の送信周波数が最高周波数（ＲＥＳ）である場合、深部の判定領域のＳＮ比が第６閾値（第６閾値＞第５閾値）以上であるか否かが判断される。又は、ステップＳＴ２２で設定される送信周波数が中周波数である場合は、ステップＳＴ３２による切り替え後の送信周波数は、最高周波数である。

また、送信周波数の切り替えを段階的に行なってもよい。例えば、送信周波数が最低周波数に設定され（ステップＳＴ２２）、深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値以上の場合に送信周波数が最低周波数から高い中周波数に切り替えられる（ステップＳＴ３２）。続けて、送信周波数が、切り替え後の中周波数に設定され（ステップＳＴ２２）、深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値以上であるかが判断される。そして、深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値以上の場合に送信周波数が中周波数から高い最高周波数に切り替えられる（ステップＳＴ３２）。

なお、上述では、ステップＳＴ２１による超音波スキャンの開始直後に、ステップＳＴ２６による評価が開始されるものとして説明したが、その場合に限定されるものではない。例えば、ステップＳＴ２６から開始される評価は、超音波スキャン中の超音波プローブ２０の位置や角度の変化や、超音波画像の変化情報（表示深さ等のスキャン条件）や、フリーズ操作をトリガにしてもよい。また、評価対象は、ライブで取得される生データに限定されるものではなく、過去画像の生データであってもよい。

さらに、処理回路１７は、図１５及び図１６に示すフローチャートに従って複数の送信周波数に対応する複数の超音波画像が生成されることで、深部のＳＮ比が高い順に複数の超音波画像を並べてディスプレイ４０に表示させてもよい。その場合、操作者により所定の超音波画像が選択されることで、周波数設定回路６５は、当該超音波画像が得られた送信周波数を設定する。

以上のように、超音波診断装置１０Ａによれば、ビームの深部到達度に応じて送信周波数を制御することで、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することができる。それにより、高画質の超音波画像を提供することができる。

６．変形例
超音波診断装置１０Ａでは、低い送信周波数における深部の判定領域のＳＮ比が第２閾値以上の場合に送信周波数を低い送信周波数から高い送信周波数に切り替えるものとしたが、その場合に限定されるものではない。例えば、超音波診断装置１０Ａは、高い送信周波数における深部の判定領域のＳＮ比が第５閾値未満の場合に、ビームの深部到達度が低いものとして、送信周波数を高い送信周波数から低い送信周波数に切り替えるものであってもよい。しかし、被検体の各検査の差を特段考慮せずに簡易で再現性の高い送信周波数の制御を望む場合には、低い送信周波数から高い送信周波数に切り替える制御の方が望ましい。

７．第３の実施形態に係る超音波診断装置
上述の超音波診断装置は、超音波の送信周波数の制御、又は、複素受信フィルタの制御により、高画質の超音波画像の提供を実現するものである。しかしながら、超音波の送信周波数の制御と、複素受信フィルタの制御との両方により、高画質の超音波画像の提供を実現してもよい。つまり、上述の第１及び第２の実施形態は、組み合わせられてもよい。その場合について、第３の実施形態に係る超音波診断装置として以下で説明する。

図２１は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図２１は、第３の実施形態に係る超音波診断装置１０Ｂを示す。また、図２１は、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とを示す。なお、超音波診断装置１０Ｂに、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置１０Ｂの外部に、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置１０Ｂは、送受信回路１１Ｂと、Ｂモード処理回路１２と、ドプラ処理回路１３と、画像生成回路１４と、画像メモリ１５と、ネットワークインターフェース１６と、処理回路１７と、メインメモリ１８とを備える。回路１１Ｂ，１２〜１４は、特定用途向け集積回路等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路１１Ｂ，１２〜１４の機能の全部又は一部は、処理回路１７がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

なお、図２１において、図１に示す部材と同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

送受信回路１１Ｂは、送信回路１１１と受信回路１１２（図２２に図示）とを有する。送受信回路１１Ｂは、処理回路１７による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路１１Ｂが超音波診断装置１０Ｂに設けられる場合について説明するが、送受信回路１１Ｂは、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波診断装置１０Ｂ及び超音波プローブ２０の両方に設けられてもよい。なお、送受信回路１１Ｂは、送受信部の一例である。

図２２は、送受信回路１１Ｂの構成を示すブロック図である。

図２２は、送受信回路１１Ｂに設けられる送信回路１１１と、受信回路１１２とを示す。送信回路１１１は、パルス発生回路６１と、送信遅延回路６２と、駆動回路６３とを有し、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動信号を供給する。受信回路１１２は、アンプ５１と、Ａ／Ｄ変換回路５２と、直交検波回路５３と、受信遅延回路５４と、加算回路５５と、フィルタ処理回路５６と、周波数特性解析回路５７と、フィルタ設定回路５８とを有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。

なお、図２２の送信回路１１１において、図１４に示す送信回路１１１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。また、図２２の受信回路１１２において、図４に示す受信回路１１２と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

続いて、超音波診断装置１０Ｂの動作について説明する。なお、超音波の送信周波数の制御のみを行うか、複素受信フィルタの制御のみを行うか、両方の制御を行うかについては、プリセットで選択可能である。

図２３及び図２４は、超音波診断装置１０Ｂの動作をフローチャートとして示す図である。図２３及び図２４において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。なお、図２３及び図２４において、Ｉ／Ｑビームフォーミングの場合、つまり、受信フィルタが複素受信フィルタである場合を例にとって説明する。また、図２３及び図２４において、図１５及び図１６のフローチャートのステップと同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。

図２３に示すように、超音波スキャンを開始された後（ステップＳＴ２１）、超音波診断装置１０Ｂの処理回路１７は、送信周波数の制御を行うか否かを判断する（ステップＳＴ５１）。例えば、入力インターフェース３０を介した操作者による終了操作により、処理回路１７は、送信周波数の制御を行うか否かを判断する。ステップＳＴ５１の判断にてＹＥＳ、つまり、送信周波数の制御を行うと判断された場合、送受信回路１１Ｂは、周波数設定回路６５によって設定された低い送信周波数の駆動パルスにより超音波プローブ２０を制御して、超音波の送受信を行う（ステップＳＴ２２）。

一方、ステップＳＴ５１の判断にてＮＯ、つまり、送信周波数の制御を行わないと判断された場合、図２４に示すステップＳＴ３３に進む。

図２４の説明に進んで、低い、又は、切り替えられた後の高い送信周波数に応じた駆動パルスにより超音波の送受信が行われると、超音波診断装置１０Ｂの処理回路１７は、複素受信フィルタの制御を行うか否かを判断する（ステップＳＴ５２）。例えば、入力インターフェース３０を介した操作者による終了操作により、処理回路１７は、複素受信フィルタの制御を行うか否かを判断する。

ステップＳＴ５２の判断にてＹＥＳ、つまり、複素受信フィルタの制御を行うと判断された場合、図５のステップＳＴ２に進む。一方で、ステップＳＴ５２の判断にてＮＯ、つまり、複素受信フィルタの制御を行わないと判断された場合、図１６のステップＳＴ３４に進む。

超音波診断装置１０Ｂにより、複素受信フィルタの制御（第１の実施形態）のみを行う場合と、送信周波数の制御（第２の実施形態）のみを行う場合と、複素受信フィルタの制御と送信周波数の制御とを共に行う場合とを、任意に選択することができる。ステップＳＴ５１にてＮＯの場合、かつ、ステップＳＴ５２にてＹＥＳの場合、超音波診断装置１０Ｂは、複素受信フィルタの制御のみを行うことができる。ステップＳＴ５１にてＹＥＳの場合、かつ、ステップＳＴ５２にてＮＯの場合、超音波診断装置１０Ｂは、送信周波数の制御のみを行うことができる。ステップＳＴ５１にてＹＥＳの場合、かつ、ステップＳＴ５２にてＹＥＳの場合、超音波診断装置１０Ｂは、複素受信フィルタの制御と送信周波数の制御とを共に行うことができる。

図２５は、送信周波数と、複素受信フィルタとを制御する場合における超音波画像を示す図である。図２５（Ａ）は、低い送信周波数、例えば、最低周波数（ＰＥＮ）の場合、かつ、複素受信フィルタを深度に応じて制御する場合のＢモード画像を示す。図２５（Ｂ）は、高い送信周波数、例えば、中周波数（ＧＥＮ）の場合、かつ、複素受信フィルタを深度に応じて制御する場合のＢモード画像を示す。図２５が示すＢモード画像の撮像対象（部位）は、肝臓である。

図２５（Ａ）では、図２０（Ａ）と比較して、画質の最適化が実現される。また、図２５（Ａ）に示す、最低周波数の超音波送受信に基づき、かつ、深さに応じた複素受信フィルタが適用されたＢモード画像では、深部の形態まで十分に視認することができる。一方で、送信周波数が任意に最低周波数から中周波数や最高周波数に切り替えられてしまうと、図２５（Ｂ）に示すように、ビームの深部到達度が低くなり、深部の視認が困難となる。そこで、超音波診断装置１０Ｂは、深さに応じた複素受信フィルタが適用される場合であっても、最低周波数の超音波送受信に基づくＢモード画像からビームの深部到達度を評価することで、送信周波数を最低周波数から中周波数に、又は、中周波数から最高周波数に切り替えるものである。

なお、送信周波数の制御と複素受信フィルタの制御との両方を行う場合、所望の受信帯域で画質条件を最適化するために、複数の送信周波数を走査し、各送信周波数において深部到達度を評価し、深部のＳＮ比が最も高い場合の送信周波数を採用することもできる。

以上のように、超音波診断装置１０Ｂによれば、ビームの深部到達度に応じて送信周波数を制御し、かつ、深度に応じて複素受信フィルタを制御することで、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することができる。それにより、高画質の超音波画像を提供することができる。また、超音波診断装置１０Ｂでは、超音波の送信周波数の制御（第２の実施形態）と複素受信フィルタの制御（第１の実施形態）との両方を組み合わせることも可能であり、超音波の送信周波数の制御のみの場合に送信周波数を下げて画質が落ちるときでも、複素受信フィルタの制御によりそのデメリットを補うこともできる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、超音波減衰に起因する画質劣化を抑制することができるので、高画質の超音波画像を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、実施形態同士の組み合わせ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。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 超音波診断装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ 送受信回路
３０ 入力インターフェース
５６ フィルタ処理回路
５７ 周波数特性解析回路
５８ フィルタ設定回路
６３ 駆動回路
６４ 評価回路
６５ 周波数設定回路
１１１ 送信回路
１１２ 受信回路

Claims (22)

1. 超音波の受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を解析して、ビームの深部到達度を評価する評価部と、
   前記評価部による結果に基づき、送信周波数を設定する周波数設定部と、
   前記送信周波数をフィードバックして駆動パルスを生成する駆動部と、
   を有する超音波診断装置。
2. 前記評価部は、深部のＳＮ（Signal to Noise）比により前記深部到達度を評価する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記受信信号は、スキャン状態の受信信号、又は、被検体に超音波の送信を行わない状態の受信信号からなる、
   請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記受信信号は、切替可能な送信周波数のうち最低周波数に対応する受信信号である、
   請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
5. 前記周波数設定部は、前記評価部による結果に基づき設定する前記送信周波数として、前記最低周波数より高い周波数を設定する、
   請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記評価部は、前記受信信号としての、スキャンコンバート前の生データに基づいて、前記深部到達度を評価する、
   請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
7. 前記評価部は、
   前記生データによって形成される画像領域を複数の分割領域に分割し、
   前記複数の分割領域の各分割領域のＳＮ比と信号の分散とから、前記各分割領域が実質に該当するかを判定し、
   前記複数の分割領域のうち、深部に相当する深部分割領域が前記実質に属する場合、前記深部分割領域の前記ＳＮ比と閾値とを比較し、
   前記周波数設定部は、
   前記深部分割領域の前記ＳＮ比が前記閾値以上の場合には、前記受信信号に対応する送信周波数を高く設定する、
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記評価部は、
   前記生データによって形成される画像領域を複数の分割領域に分割し、
   前記複数の分割領域のうち、浅部に相当する浅部分割領域のＳＮ比と閾値とを比較し、
   前記周波数設定部は、
   前記浅部分割領域の前記ＳＮ比が前記閾値未満の場合には、前記受信信号に対応する送信周波数を変更しない、
   請求項６に記載の超音波診断装置。
9. 前記受信信号に基づいて、所定の深度の受信信号を周波数解析して周波数特性を取得する周波数特性解析部と、
   前記所定の深度の周波数特性が所定の周波数特性を示すように前記所定の深度の周波数特性を補正する受信フィルタを設定するフィルタ設定部と、
   前記所定の深度の受信信号に前記受信フィルタをフィードバックさせて適用するフィルタ処理部と、
   をさらに有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
10. 前記周波数特性解析部は、深度に応じた各関心領域内の受信信号を周波数解析して周波数特性を関心領域ごとに取得し、
    前記フィルタ設定部は、前記各関心領域の周波数特性が所定の周波数特性を示すように前記各関心領域の周波数特性を関心領域ごとに補正する受信フィルタを設定し、
    前記フィルタ処理部は、前記各関心領域内の受信信号に前記受信フィルタを関心領域ごとにフィードバックさせて適用する、
    請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記フィルタ設定部は、複数の周波数成分を合成して超音波画像を生成する場合、前記各関心領域で設定される各周波数成分に対して、前記受信フィルタを設定する、
    請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 前記周波数特性解析部は、前記各関心領域内の受信信号を周波数解析する場合、前記各関心領域を、画像領域におけるスキャン方向の中心位置を含むように設定する、
    請求項１０又は１１に記載の超音波診断装置。
13. 前記周波数特性解析部は、同一深度において複数の関心領域を設定し、前記複数の関心領域の中から選択される関心領域を周波数解析する、
    請求項１２に記載の超音波診断装置。
14. 前記周波数特性解析部は、前記複数の関心領域内のうちＳ／Ｎが閾値より高い関心領域を周波数解析する、
    請求項１３に記載の超音波診断装置。
15. 前記受信信号は、Ｉ（In-phase）／Ｑ（Quadrature-phase）信号であり、前記受信フィルタのフィルタ係数は複素係数である、
    請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
16. 前記フィルタ設定部は、前記受信フィルタを、前記受信信号の周波数特性が広帯域で略フラットになるように設定する、
    請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
17. 前記フィルタ設定部は、前記受信フィルタを、前記受信信号の周波数特性が中心周波数を中心として低周波側と高周波側とで対称になるように設定する、
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
18. 前記受信フィルタの周波数特性を調整するための調整スイッチをさらに備えた、
    請求項９乃至１７のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。
19. 前記周波数特性解析部は、スキャン断面を示す値の変化が閾値以上であると判断する場合に、判断後であってスキャン断面を示す値の変化が閾値未満であると判断するときに、再び受信信号の周波数解析を行う、
    請求項９乃至１８のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。
20. 前記スキャン断面を示す値は、当該スキャン断面に対応する超音波プローブの位置又は角度を示す値である、
    請求項１９に記載の超音波診断装置。
21. 前記スキャン断面を示す値は、当該スキャン断面に対応する超音波画像の輝度値である、
    請求項１９に記載の超音波診断装置。
22. 前記フィルタ処理部は、一連の超音波検査において過去と同一位置のスキャン断面がスキャンされたと判断された場合、当該スキャン断面に対応する受信フィルタを取得して援用する、
    請求項９乃至２０のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。

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