JP4130604B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に受信ビームの形成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断においては、超音波ビームが電子走査され、これにより走査面が形成される。超音波ビームは送信ビームと受信ビームとを合成した送受合成ビームに相当する。通常、送信ビームの中心線と受信ビームの中心線はいずれも直線であり、それらは同じ位置で完全に一致する。よって、送受合成ビームの中心線も直線となる。
【０００３】
近年、フレームレートあるいはボリュームレートを上げるために、１送信ビーム当たり複数の受信ビームを同時に形成する多方向同時受信技術が活用されている。この場合、例えば、１つの送信ビームの両隣に２つの受信ビームが形成される。つまり、送信ビームの中心線と各受信ビームの中心線との位置が不一致となる。送受合成ビームは、各深さ位置における送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの積によって定義されるので、送信ビームの両隣に一対の送受合成ビームが形成される。具体的には、それぞれの送受合成ビームの中心線は、送信ビームの中心線と各受信ビームの中心線との間に設定されることになる。
【０００４】
受信ビームは、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスにより形成される。つまり、受信ビーム上における各深さ位置においてビーム幅が絞られる。一方、送信ビームについては、固定設定された送信フォーカス点の近傍ではビーム幅が絞られるが、その前後でビーム幅は広がる。したがって、その影響を受けて、送受合成ビームの中心線は、直線とならず、特に各深さ位置での送信ビームの特性（プロファイル）に依存して、非直線的な形状となる。例えば、送信フォーカス点の近傍で湾曲する形状となる。
【０００５】
そのような送受合成ビームに生じる歪みに対処することなく、各エコーデータのマッピングを行うと、それにより形成される断層画像の画質が低下する。つまり、断層画像内の臓器イメージが歪んでしまう。
【０００６】
ところで、超音波診断に当たっては、リアルタイム性及び画質が重視される。しかし、例えば、１フレームを構成する超音波ビーム本数を削減すると画質（特に分解能）が低下し、１フレームを構成する超音波ビーム本数を増加させるとフレームレート（三次元のボリュームレートを含む。以下同じ。）が低下する。そこで、フレームレートの向上と画質の向上とを両立させることが望まれる。特に、電子セクタ走査を行う場合においては、深くなればなるほどビーム間隔が増大して方位方向（ビーム走査方向）においてデータサンプリング間隔が粗くなる。もちろん、画像形成に当たっては補間技術が適用され、ビーム間にデータが補充されるが、そのような補間技術では、見かけ上の分解能を向上できても、画質を十分に向上させるのは難しい。
【０００７】
なお、特許文献１には、多方向同時受信の際に等間隔で複数の補間ビームを形成する技術が開示されている。特許文献２には、送信時に２つの送信ビームを同時形成し、受信時に２つの送信ビームと同じ位置に２つの受信ビームを同時形成する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第６４４７４５２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６２８２９６３号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、新しい受信ビーム形成技術あるいは新しい受信ダイナミックフォーカス技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、フレームレートを犠牲にすることなく、超音波画像の画質を向上させることにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、１回の超音波の送受信でより多くの有意なデータを収集できるようにすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行することにより受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、を含み、更に、前記受信ダイナミックフォーカスにおいて前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を制御する制御手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、受信ダイナミックフォーカスを行って受信ビームを形成する場合に、受信フォーカス点の移動軌跡の形状を直線以外の所望の形状にすることが可能となる。このような移動軌跡制御は、様々な目的において用いることができ、例えば、送受合成ビームに生じる歪みの矯正（超音波画像におけるイメージの歪みの改善）、単位面積又は単位体積当たりの取り込みデータ数の増大、フレームレート又はボリュームレートの向上、などの目的で利用することができる。本発明は、超音波ビームを偏向走査する場合及び超音波ビームを直線走査する場合などに適用でき、また、二次元及び三次元の計測に適用できる。上記の制御手段は、受信ビームフォーマーの内部に存在してもよいし、その外部に存在してもよい。
【００１６】
望ましくは、前記制御手段は、前記移動軌跡における少なくとも一部の形状を非直線にする。望ましくは、前記制御手段は、送信ビームプロファイルの深さ方向への変化に応じて、前記移動軌跡の形状を設定する。
【００１７】
望ましくは、前記送信ビームに隣接する関係をもって前記受信ビームが形成され、その受信ビームについての移動軌跡は、前記送信ビーム上の送信フォーカス点の付近において前記送信ビームの中心線から離れる方向に湾曲した形状を有する。望ましくは、前記送信ビームと前記受信ビームとを合成した送受合成ビームの中心線が実質的に直線をなす条件に従って、前記移動軌跡の形状を設定する。この構成によれば、送受合成ビームに生じる歪み問題を改善することができる。
【００１８】
望ましくは、前記制御手段は、送受信条件に応じて、前記移動軌跡の形状を可変する。望ましくは、前記送受信条件にはビーム偏向角度が含まれる。その他に、送受信条件としては、動作モード、診断距離、受信ビーム特性、送信ビーム特性、などが含まれる。
【００１９】
望ましくは、前記制御手段は、前記遅延加算処理のための各深さごとのディレイデータがあらかじめ格納されるテーブルを有する。望ましくは、前記制御手段は、送受信条件に従って受信フォーカス点の座標を演算する座標演算部と、前記受信フォーカス点の座標に基づいて前記遅延加算処理のためのディレイデータを演算するディレイデータ演算部と、を含む。ディレイデータは、各受信信号に付与する遅延時間を表すデータである。受信フォーカス点から各振動素子までの距離を超音波の音速で割った結果に基づいて、各受信信号ごとの遅延時間が演算される。
【００２０】
（２）本発明は、１つの送信ビームごとにそれに対して所定の位置関係をもった複数の受信ビームで構成される受信ビームセットが形成される超音波診断装置において、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより前記送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、前記受信ビームセットを構成する各受信ビームの形成ごとに、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行する受信ビームフォーマーと、を含み、更に、前記受信ビームセットを構成する各受信ビームごとに前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を制御する制御手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、多方向同時受信を行う場合に、送信ビームの特性に依存して、各送受合成ビームに生じる歪みの問題を改善できる。なお、同時に形成される受信ビームの個数は例えば２〜１６個であり、それらは直線的に整列しあるいは二次元配列を構成する。通常は、各受信ビームごとに独立して整相加算処理が遂行され、受信ビームの個数に相当する個数の受信処理系が並列動作する。
【００２２】
望ましくは、前記制御手段は、前記受信ビームセットを構成する各受信ビームごとに送受合成ビームの中心線が直線となるように、前記移動軌跡の形状を定める。
【００２３】
（３）本発明は、送信ビーム及び受信ビームを走査することにより二次元空間としての走査面が形成される超音波診断装置において、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行することにより受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、含み、更に、前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を前記走査面内で二次元的に変化させる制御手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、受信フォーカスの移動軌跡に二次元的な変化をもたせることができる。よって、目的に応じて、移動軌跡の形状を定めるのが望ましい。
【００２５】
望ましくは、前記移動軌跡の全部又は一部はジグザグ形状を有する。望ましくは、受信フォーカス点が深くなればなるほど前記ジグザグ形状の振れ幅が大きくなる。
【００２６】
ジグザグ形状には、左右折り返し形状の他、スネーク形状や正弦波のような形状が含まれる。いずれにしても、１回の受信で、１ライン上ではなく水平方向に広がった多数の地点（但し、各地点の深さは相互に異なる）からのデータを取り込むことができるので、超音波画像の画質向上あるいはフレームレート向上という利点が得られる。電子セクタ走査が行われる場合には、特に深い部位の画質を向上できる。
【００２７】
（４）望ましくは、超音波診断装置が、送信ビーム及び受信ビームを走査することにより三次元空間が形成される超音波診断装置において、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行することにより受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、を含み、更に、前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を前記三次元空間内で三次元的に変化させる制御手段を含む。
【００２８】
上記構成によれば、受信フォーカスの移動軌跡に三次元的な変化をもたせることができる。よって、目的に応じて、移動軌跡の形状を定めるのが望ましい。
【００２９】
望ましくは、前記移動軌跡の全部又は一部はスパイラル形状を有する。望ましくは、受信フォーカス点が深くなればなるほど前記スパイラル形状の径が大きくなる。
【００３０】
スパイラル形状には、横断面が円形の場合の他、四角形などの多角形も含まれる。なお、三次元計測を行う場合においても、移動軌跡を上記のジグザグ形状とすることが可能である。
【００３１】
（５）本発明は、非直線型あるいは任意経路型の受信ダイナミックフォーカスを実現するものであり、これに関しては様々な応用が可能であり、また様々な他の技術と組み合わせることが可能である。データサンプリングレートに関しては、必要に応じて、高速にすることが望ましく、あるいは、深さ方向にデータサンプリングレートを連続的又は段階的に可変するようにしてもよい。画像構成のためのデータマッピングあるいは座標変換は、各データの空間座標に基づいて行われ、その際に従来同様に補間処理がなされるのが望ましい。フレーム間相関処理が行われる場合には、フレーム間で移動軌跡アレイのパターンを交互に切り替えるようにしてもよい。また、輝度画像の形成のみならず、ドプラ情報を画像化するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１には、従来から行われている典型的な受信ダイナミックフォーカスが示されている。また、図２には本実施形態に係る新しい受信ダイナミックフォーカスが示されている。
【００３４】
図１及び図２において、アレイ振動子１０は複数の振動素子によって構成される。周知のように、複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって複数の送信信号を供給することにより送信ビームが形成され、一方、複数の振動素子からの複数の受信信号に対して所定の遅延関係をもって遅延処理を行い、その遅延後の複数の受信信号を加算することにより受信ビームが形成される。送信ビームの形成時においては、１回の送信当たり基本的には１つの送信フォーカス点が形成される。その一方において、受信ダイナミックフォーカスによれば、受信フォーカス点をアレイ振動子１０の近傍から音速にしたがって連続的に深い方向へ移動させることができる。つまり、受信点の深さ方向へのスキャンに合わせて、フォーカス点を受信点と一致させて、その受信フォーカス点を深さ方向へスキャンすることができる。ちなみに、そのような受信ダイナミックフォーカスに伴って、通常は受信開口を連続的又は段階的に広げる開口可変制御が実行される。
【００３５】
図１において、符号１００は、受信ダイナミックフォーカスにより形成される受信ビームの中心線を表しており、この中心線１００は受信フォーカス点の移動軌跡に相当する。図においては、反射波が戻ってくる向きで矢印が描かれているが、受信フォーカス点はアレイ振動子の近傍から深い方向すなわちｚ方向に移動する。
【００３６】
図１において、符号１０２は浅い受信フォーカス点を示しており、符号１０４は中間の受信フォーカス点を示しており、符号１０６は深い受信フォーカス点を示している。それぞれの受信フォーカス点を形成する場合には、受信開口内に存在する複数の振動素子からの受信信号が整相加算される。
【００３７】
図１に示す典型例では、受信ビームの中心線１００が直線を構成しており、このことは、電子セクタ走査、電子リニア走査あるいは他の電子走査の場合であっても同様である。すなわち、従来装置は、受信ビームの中心線を水平方向（深さ方向と直交方向）へ自在に変形させる機能を具備していない。
【００３８】
本実施形態によれば、図２に示されるように、中心線（つまり受信フォーカス点の移動軌跡）１１０を非直線の形状にすることができ、換言すれば、各深さ位置において受信フォーカス点の水平方向の座標を個別的かつ任意に定めることが可能である。なお、各受信ビームごとに、各深さにおける受信フォーカス点の水平方向の位置がランダム的に設定されるような場合であっても、受信フォーカス点の移動軌跡は存在する。
【００３９】
図２において、符号１１２は浅い受信フォーカス点を示しており、符号１１４は中間の受信フォーカス点を示しており、符号１１６は深い受信フォーカス点を示している。ただし、それらは一直線上には整列しておらず、その水平方向の座標は動的に変更されている。もちろん、受信感度をある程度得るためには、送信ビームの広がりの範囲内において各受信フォーカス点（各受信点）を設定する必要がある。したがって、そのような送信ビームのビーム幅内に受信フォーカス点を設定することもできるし、それとは逆に、各深さの受信フォーカス点をカバーするように送信ビームの広がり（ビームパターン）を定めることもできる。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る新しい受信ダイナミックフォーカス技術によれば、受信フォーカス点の移動軌跡を所望の形状にすることが可能であるので、その移動軌跡が画一的に直線である場合に生じる問題を解消することができる。また、ビーム本数を維持した場合においては分解能の向上という利点が得られ、分解能を維持した場合においてはビーム本数の削減によるフレームレートの向上という利点を得ることが可能となる。
【００４１】
ちなみに、図１及び図２に示した中心線１００，１１０上においては、ある深さ間隔でサンプリングポイント（受信点）が設定され、各サンプリングポイントごとにデータがサンプリングされる。そのサンプリング間隔は深さ方向に沿って固定であってもよいし、連続的又は段階的に可変されてもよい。
【００４２】
次に、上記の新しい受信ダイナミックフォーカス技術の利用例について説明する。
【００４３】
図３には、ある深さ位置におけるビームプロファイルが示されている。その横軸はビーム方位θであり、その縦軸はパワーを示している。
【００４４】
送信ビームプロファイル１２２は、この例では、送信ビームの中心１２０を中心として左右対称に広がった特性を有している。これに対して、その中心１２０から一定の距離だけ変位した位置に受信ビームの中心１２４が設定され、その中心１２４を中心として左右に広がる受信ビームプロファイル１２６が形成されている。このような送信ビームプロファイル１２２及び受信ビームプロファイル１２６が存在する場合、符号１３０で示されるような送受合成プロファイルが構築される。その送受合成プロファイル１３０の中心が符号１２８で示されている。以上の説明から明らかなように、送信ビームの中心１２０からシフトした位置に受信ビームの中心１２４を設定した場合には、送受合成ビームの中心１２８は送信ビームの中心１２０及び受信ビームの中心１２４のいずれにも一致せず、それらの間に形成される。もちろん、送受合成ビームの形態や中置は送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの形態及び位置に依存するものである。
【００４５】
図３を用いて説明したような現象が多方向同時受信の場合において問題を生じさせる。それが図４に表されている。
【００４６】
図４において、符号１３２は送信ビームの中心線を示している。そして、その中心線１３２上には送信フォーカス点１３４が一定の深さに設定されている。送信ビームは一般に送信フォーカス点１３４の近傍において最も集束し、その前後において広がる形態を有する。送信ビームの中心線１３２に対してその両側には一対の受信ビームが形成されている。各受信ビームの中心線１３６，１３８は直線である。しかし、上述したように、送信ビームのビーム幅が各深さごとに変動するため、送受合成ビームの中心線は符号１４０及び１４２に示すような曲線を描く。つまり、符号１４１及び１４３に示すように、送信フォーカス点１３４の付近において、各送受合成ビームの中心線１４０，１４２は、送信ビームの中心線１３２側に引き込まれて、その部分が湾曲する。
【００４７】
上記の現象を更に図５を用いて検討する。図５において（Ａ）には浅い深さ位置における各ビームプロファイルが示されており、（Ｂ）には送信フォーカス点近傍の中間の深さ位置における各ビームプロファイルが示されており、（Ｃ）には深い位置における各ビームプロファイルが示されている。
【００４８】
送信ビームのビームプロファイル１４４Ａ，１４４Ｂ，１４４Ｃは、深さ方向に依存して変動する。特に、（Ｂ）で示されるように、送信フォーカス点の近傍においてはかなり集束したプロファイルとなる。
【００４９】
符号１４６は送信ビームの中心を示しており、その中心１４６の両側に一対の受信ビームが形成される。その一対の受信ビームの中心が符号１５０，１５２で示されている。受信ビームは、符号１４８Ａ，１４８Ｂ，１４８Ｃで示されるように、基本的には深さ方向にわたって同じようなプロファイルを有している。そのプロファイルの中心は常に符号１５０，１５２で示される位置上に一致している。これは各受信ビームについての受信フォーカス点の移動軌跡が直線であることを意味している。
【００５０】
したがって、符号１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃで示されるように、各深さの受信フォーカス点の方位方向の位置は深さ方向に依存して変動する。これは図４に示した通りの現象である。
【００５１】
上記の現象があるにもかかわらず、デジタルスキャンコンバータにおいて、受信ビームに相当するエコーデータ列を直線的にマッピングすると、例えば断層画像を形成した場合において、臓器イメージが歪んでしまう結果を招く。
【００５２】
そこで、本実施形態においては、図６及び図７に示すように、上述した新しい受信ダイナミックフォーカス技術を適用して、送受合成ビームの中心線に生じる歪みを直接的に矯正し、これによりイメージの歪みを解消する。
【００５３】
図６において、２つの受信ビームの中心線１５２，１５４は、送受合成ビームの中心線に生じる歪みをキャンセルするように、全体的にあるいは部分的に湾曲している。詳しくは、それらの中心線１５２，１５４は、送信フォーカス点１３４の近傍範囲において、送信ビームの中心線１３２から離れる方向に膨らんで湾曲している。その結果、それぞれの受信ビームについて送受合成ビームが形成されると、その中心線１５６，１５８は、直線あるいは直線に近い形態となる。要するに、送信ビームプロファイルの深さ依存性（加えて必要であれば受信ビームプロファイルの深さ依存性）を考慮し、送受合成ビームに生じる歪みを矯正して直線にするように、受信フォーカス点の移動軌跡を設定するものである。送受信条件で歪み問題に対処すれば、受信ビームに相当するエコーデータ列が実空間上において直線的に整列しているものとして、簡便に、座標変換あるいはエコーデータマッピングを行うことができる。なお、符号１５３，１５５は、歪み矯正作用を表している。
【００５４】
図７には、図６に示した送受信条件において、各深さにおけるビームプロファイルが示されている。（Ａ）には浅い位置におけるビームプロファイルが示され、（Ｂ）には送信フォーカス点近傍の中間の深さ位置における各ビームプロファイルが示され、（Ｃ）には深い位置における各ビームプロファイルが示されている。
【００５５】
送信ビームのビームプロファイル１４４Ａ，１４４Ｂ，１４４Ｃは、深さ方向に依存して変動する。符号１４６は送信ビームの中心を示しており、その中心１４６の両側に一対の受信ビームが形成される。但し、各深さ位置において、受信ビームの中心は横軸である方位方向に変動する。具体的には、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の対比から理解されるように、浅い位置における受信ビームプロファイル１８２Ａの中心１８４Ａ、中間の位置における受信ビームプロファイル１８２Ｂの中心１８４Ｂ、深い位置における受信ビームプロファイル１８２Ｃの中心１８４Ｃは、横軸である方位方向において同一ではなく、それぞれの深さごとに個別的に設定され、特に中間の位置において、中心１８４Ｂは、送信ビームの中心１４６からより離れる方向にシフトしている。このような音場形成によって、既に説明した通り、送受合成ビームの中心１８６Ａ，１８６Ｂ，１８６Ｃに生じる方位方向の位置的変動を相殺して、その結果、イメージの歪みを改善することが可能となる。
【００５６】
上記説明は、超音波ビームが偏向されていない場合を前提としたが、超音波ビームが角度θで偏向される場合にも、上記同様の制御を行える。これを図８及び図９を用いて説明する。
【００５７】
図８には、超音波ビームを偏向させた場合における従来の問題が示されている。基本的には図４を用いて説明した問題と同様の問題が発生している。具体的に説明すると、送信ビームの中心線１６０上に送信フォーカス点１６２が設定されている場合において、その送信ビームの両側に形成される一対の受信ビームの中心線１６４，１６６が単に直線であると、各送受合成ビームの中心線１６８，１７０は図示のように歪んでしまう。なお、符号１６５，１６６は送信フォーカス点１６２の近傍における歪み量を示しており、右側よりも左側の方が歪み量が大きい。これはビームプロファイルがその中心に対して非対称であることに起因している。
【００５８】
これに対し、図９に示されるように、本実施形態に係る新しい受信ダイナミックフォーカス技術を適用して、受信フォーカス点の移動軌跡つまり受信ビームの中心線１７２，１７４の形状を最適化すると、送受合成ビームの中心線１７８，１８０の形状は実質的に直線となる。符号１７３，１７５に示されるように、十進ビームの中心線１７２，１７４の送信フォーカス点１６２近傍の脹らみ量は、右側よりも左側の方が大きい。
【００５９】
上記説明においては、１つの送信ビーム当たり２つの受信ビームが形成されていたが、もちろん、１つの送信ビーム当たり、より多くの個数の受信ビームが形成される場合においても、上記原理を適用することが可能である。
【００６０】
以上説明した受信ダイナミックフォーカス技術の利用方法はもちろん一例であって、受信ビームについての中心線の形状すなわち受信フォーカス点の移動軌跡の形状を自在に設定することが望まれる各種の状況下において、その技術を利用することができる。
【００６１】
図１０には、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。アレイ振動子１０は図示されていない超音波探触子内に設けられるものである。その超音波探触子は体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられるものである。アレイ振動子１０は複数の振動素子１２によって構成される。それらの振動素子１２は例えば直線上に配列され、あるいは円弧状に配列される。もちろん、アレイ振動子１０が１Ｄアレイ振動子ではなく、２Ｄアレイ振動子であってもよい。アレイ振動子１０によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。その場合の電子走査方式としては電子リニア走査、電子セクタ走査などをあげることができる。
【００６２】
送信ビームフォーマーは送信部１４及び送信制御部１８によって構成される。送信部１４は、各振動素子１２すなわち各チャンネルごとに送信回路３０を有している。この送信回路３０は例えば波形生成器、Ｄ／Ａ変換器、アンプなどを有するものである。送信制御部１８は各送信回路３０の動作制御を行っており、具体的には、送信フォーカスコントローラ３２から出力されるディレイデータにしたがって各送信信号に対するディレイ量が設定される。一般的には、送信回路３０が有する波形生成器に対する読み出し信号の出力開始タイミングを調整することにより、送信信号のディレイ量が設定される。そのような波形生成器の後段に移相器などを設けて、より細かいディレイ量の調整を行うようにしてもよい。この送信制御部１８は主制御部２２によって制御される。
【００６３】
受信ビームフォーマーは受信部１６及び受信制御部２０によって構成される。受信部１６は各振動素子１２すなわち各チャンネルごとに設けられた複数の受信回路３４を有している。各受信回路３４はプリアンプ、Ａ／Ｄ変換器、ディレイ回路などを有している。そして各受信回路３４から出力された遅延処理後の受信信号は加算器４０において加算される。すなわち、複数の受信信号に対して遅延加算処理が実行される。
【００６４】
受信制御部２０は、受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６を有している。この受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６は図２などに示したように受信フォーカス点の移動軌跡の形状を自在に設定する機能を有している。詳しくは、そのような移動軌跡が実現されるように、各受信回路３４に与える個別的なディレイデータ（遅延量）を操作している。この受信ダイナミックフォーカスコントローラの具体的な内容については後に図１１及び図１２を用いて説明する。受信制御部２０は主制御部２２によって制御されている。
【００６５】
信号処理部２６には、受信部１６から出力される整相加算処理後の受信信号が入力される。信号処理部２６はその受信信号に対して必要な信号処理を実行する。例えばＢモード画像の形成を行う場合にはノイズ除去、対数変換処理などが実行される。もちろん、この信号処理部２６がドプラ情報を処理する直交検波回路や自己相関演算器などを具備していてもよい。さらに、三次元画像を形成するための信号処理を行ってもよい。
【００６６】
ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）２８は、各データごとに送受波座標系から表示座標系への座標変換を実行する。その座標変換に当たっては、従来同様に、補間処理も実行される。さらにこのＤＳＣ２８においてはライン間相関処理やフレーム間相関処理などが行われている。
【００６７】
ＤＳＣ２８の座標変換処理において、各エコーデータをフレームメモリ上に順次マッピングする場合、各エコーデータの空間座標が必要となるが、その空間座標を示す情報は、受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６又は主制御部２２からＤＳＣ２８へ渡される。
【００６８】
受信ビームについて、ある偏向角度θが設定されている場合において、１回の送受波で当該偏向角度θに対応した１つのエコーデータ列が取得される。そして、それを構成する各エコーデータの空間座標は、一般には、偏向角度θと深さｒとで記述される。つまり、エコーデータ列を構成する各エコーデータについて同じθが与えられる。本実施形態では、このように、エコーデータ列を構成する各エコーデータに一律に同一の偏向角度が付与されるような場合でも、送受合成ビームの中心線が実質的に直線を描くので、イメージの歪みという問題は改善される。
【００６９】
アレイ振動子１０上において複数の受信開口を設定して複数の受信ビームが同時形成される場合、各受信ビームごとのエコーデータ列の空間座標は、それに対応する受信開口の中心位置などに依存する。その場合でも、上記同様に、エコーデータ列が直線的に並んでいるものとみなして、そのエコーデータ列のマッピングを行うことが可能である。よって、従来装置と同程度の演算量で座標変換を行える。
【００７０】
なお、ＤＳＣ２８によって形成された超音波画像の画像データは表示部２９に出力され、その表示部の表示画面上に超音波画像が表示される。
【００７１】
主制御部２２はＣＰＵや動作プログラムなどによって構成され、超音波診断装置が有する各構成の動作制御を行っている。特に、受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６が各深さ位置における受信フォーカス点の座標を演算する場合においてはそのために必要な情報をその受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６へ送っている。
【００７２】
操作パネル２４はキーボードやトラックボールなどによって構成され、その操作パネル２４を利用してユーザーは情報の入力や動作の切換えなどを行うことができる。
【００７３】
図１１には、図１０に示した受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６の構成例が示されている。この図１１に示す例では、主制御部２２によって各受信フォーカス点の空間座標が演算されており、その演算結果が受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６を構成するディレイ量テーブル４２にあらかじめ格納されている。したがって、各受信フォーカス点ごとにディレイデータが受信回路３４へ順次出力され、これによって受信ダイナミックフォーカスが遂行される。
【００７４】
図１２には、受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６の他の構成例が示されている。図１１に示す例では主制御部によって必要なディレイデータが演算されていたが、この図１２に示す例では受信ダイナミックフォーカスコントローラ３６の内部においてディレイデータの演算が実行されている。
【００７５】
フォーカス座標演算部４４には、主制御部２２から受信フォーカス点の座標を演算するために必要な情報が渡される。その情報としては、例えば、プローブの種別情報、送信ビームプロファイルに関する情報、受信ビームプロファイルに関する情報などをあげることができる。
【００７６】
フォーカス座標演算部４４は、各受信ビームにおける各受信フォーカス点ごとにその空間座標を演算し、その演算結果をディレイ量演算部４６へ送る。ディレイ量演算部４６は、受信フォーカス点の空間座標が与えられると、その空間座標において受信フォーカスが実現されるためのディレイデータを演算する。すなわち、各受信チャンネルごとのディレイ量が演算される。その演算結果がメモリ４８に登録される。そして、そのメモリ４８から受信回路へディレイデータが順次出力される。
【００７７】
なお、図１０に示す構成において、１つの送信ビームに対して複数の受信ビームを同時に形成する場合には、その受信ビームの個数に応じた個数分だけ整相加算回路を設けるのが望ましい。
【００７８】
次に、上述した新しい受信ダイナミックフォーカス技術の他の利用方法について例示する。
【００７９】
図１３には、超音波ビームを電子セクタ走査することによって形成される走査面２００が示されている。各方位ごとに受信ビームが形成されるが、各受信ビームの中心線すなわち受信フォーカス点の移動軌跡は符号２０４で示されるようにジグザグの形状を呈している。ちなみに、符号２０２は受信ビームの中心軸を示している。具体的には、移動軌跡２０４は、送受波原点から最も深い位置まで、左右に反転しながらかつその振幅を増大させながら展開しており、これによって１回の受信ビームの形成によってより水平方向の広い範囲にわたってサンプル点をより多く設定することが可能となる。図１３に示される例では、隣接する受信ビーム間において互いの移動軌跡が噛み合っており、このような噛み合いパターンの形成により、均一で高密度のデータアレイ空間を形成できる。もちろん、図１３に示されるような完全に屈曲したジグザグ形状とするのではなく、スネークラインのような形状あるいは正弦波のような形状を採用するようにしてもよい。
【００８０】
図１４には、図１３に示した１つの受信ビームの移動軌跡２０４が示されている。ここで黒丸２０６はサンプリングポイントを示している。図示されるように、ジグザグスキャンを行いながら深さ方向に固定間隔あるいは可変間隔をもって各サンプルポイント２０６を設定することにより、空間的により多くのサンプルポイントを配置することができ、その結果、画像における空間分解能を向上できるという利点がある。
【００８１】
もちろん、従来に比べてより多くのサンプルポイントを設定する場合には、受信信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリングレートをより上げるのが望ましく、例えば、数十〜数百ＭＨｚのサンプリング周波数を設定してもよい。また深さ方向にわたって連続的にあるいは段階的にそのサンプリング周波数を変化させるようにしてもよい。
【００８２】
また超音波ビームを二次元的に走査し、すなわち三次元計測を行う場合においては、図１５に示すように、送信ビームの中心軸２０８に対して移動軌跡２１０が深さ方向へ進行しながら旋回するようにしてもよい。つまり、スパイラル形状をもった移動軌跡を設定するものである。そのような移動軌跡２１０上には複数のサンプリングポイント２１２が設定される。この場合において、深さ方向にわたって、旋回サイズが徐々に増大されている。
【００８３】
さらに、図１６に示されるように、電子リニア走査が行われる場合には、上記同様に、ジグザグスキャンを行って、実質的に１つの受信ビームで複数のエコーデータ列が同時形成されるようにしてもよい。符号２１８はサンプリングポイントを示しており、符号２１４は受信ビームの中心軸を表している。また、この図１６に示す例においても、隣接する受信ビームとの間において移動軌跡が互い違いに噛み合っており、これによれば上記同様に空間分解能を極めて向上できるという利点がある。
【００８４】
なお、上記に示した各種の実施形態については多様な変形例が考えられる。例えば、上記実施形態においては組織の輝度画像が構成されていたが、ドプラ法を用いて二次元又は三次元の血流画像を構築するようにしてもよい。また、上記実施形態では送信ビームが一段フォーカスであったが、多段送信フォーカスが適用されてもよい。この場合においては、各送信ビームごとに受信フォーカス点の移動軌跡制御がなされる。また、上記のようなジグザグスキャンなどが行われる場合においては、走査空間の端部がギザギザ形状となってしまうことが危惧されるが、それについてはエッジ処理を適用して滑らかな縁とするようにしてもよい。また、フレーム間において図１３に示したようなジグザグスキャンのパターンを交互に切換えるようにしてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新しい受信ダイナミックフォーカス技術によって上記のような様々な利点を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直線的な受信ダイナミックフォーカスを示す図である。
【図２】 本発明に係る受信ダイナミックフォーカスを示す図である。
【図３】 各ビームプロファイルを示す図である。
【図４】 送受合成ビームに生じる歪みの問題を説明するための図である。
【図５】 従来において、各深さ位置における各ビームプロファイルを説明するための図である。
【図６】 本発明に係る受信ダイナミックフォーカスが適用された場合における効果を説明するための図である。
【図７】 本発明において、各深さ位置における各ビームプロファイルを説明するための図である。
【図８】 超音波ビームを偏向させた場合における送受合成ビームの歪みの問題を説明するための図である。
【図９】 超音波ビームを偏向させた場合における上記の歪みの問題の改善を説明するための図である。
【図１０】 本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１１】 受信ダイナミックフォーカスコントローラの構成例を説明するための図である。
【図１２】 受信ダイナミックフォーカスコントローラの他の構成例を説明するための図である。
【図１３】 ジグザグスキャンを説明するための図である。
【図１４】 ジグザグスキャンの拡大図である。
【図１５】 スパイラルスキャンを説明するための図である。
【図１６】 他のジグザグスキャンを説明するための図である。
【符号の説明】
１０ アレイ振動子、１４ 送信部、１６ 受信部、１８ 送信制御部、２０受信制御部、３２ 送信フォーカスコントローラ、３６ 受信ダイナミックフォーカスコントローラ。

Claims (2)

1. 送信ビーム及び受信ビームを走査することにより二次元空間としての走査面が形成される超音波診断装置において、
   複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
   前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、
   前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行することにより受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、
   を含み、
   更に、前記受信ダイナミックフォーカスにおいて前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を前記走査面内で二次元的に変化させる制御手段を含み、
   前記移動軌跡の形状の変化により当該移動軌跡の全部又は一部がジグザグ形状を有し、
   受信フォーカス点が深くなればなるほど前記ジグザグ形状の振れ幅が大きくなることを特徴とする超音波診断装置。
2. 送信ビーム及び受信ビームを走査することにより二次元空間としての走査面が形成される超音波診断装置において、
   複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
   前記アレイ振動子に対して遅延処理された複数の送信信号を供給し、これにより送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、
   前記アレイ振動子からの複数の受信信号を遅延加算処理する手段であって、受信フォーカス点を深さ方向へ連続的に移動させる受信ダイナミックフォーカスを実行することにより受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、
   を含み、
   更に、前記受信ダイナミックフォーカスにおいて前記受信フォーカス点の移動軌跡の形状を前記走査面内で二次元的に変化させる制御手段を含み、
   前記移動軌跡の形状の変化により当該移動軌跡の全部又は一部がジグザグ形状を有し、
   フレーム間において移動軌跡のジグザグパターンが異なることを特徴とする超音波診断装置。

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