JP5272084B2

JP5272084B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP5272084B2
Application number: JP2012002796A
Authority: JP
Inventors: 充植田; 隆也宇野
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-08-28
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Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、複数のフレームデータの合成処理つまり空間コンパウンド処理に関する。

医療の分野において超音波診断装置が活用されている。超音波診断装置は、生体に対して超音波を送受波し、それにより得られた情報から超音波画像を形成するものである。超音波診断装置を用いて、例えば、頚動脈、乳腺等をＢモード画像（二次元白黒断層画像）で観察する場合、電子リニア走査用のプローブが利用される。電子リニア走査では、プローブにおけるアレイ振動子上にビーム形成用の送受信開口が設定され、その送受信開口が走査される。これにより、超音波ビームが直線的に走査され、ビーム走査面が形成される。通常、超音波ビームはアレイ振動子に対して垂直の方向つまりビーム偏向角度０度の方向に形成される。そのような条件で超音波ビームの走査を行うならば、矩形のビーム走査面が形成されることになる。ちなみに、コンベックス型プローブを利用した場合、ビーム偏向角度０度の条件で扇状のビーム走査面が形成される。

超音波診断に関して従来から空間コンパウンド法が知られている。空間コンパウンド法では、ビーム偏向条件を循環的に切り替えながら複数のビーム走査面が繰り返し形成され、これによって時系列順で並ぶフレームデータ列が得られる。そのフレームデータ列において所定数のフレーム単位で合成処理を順次実行することにより、合成フレームデータが順次生成される。空間コンパウンド法によれば、ある組織に対して複数の方向から超音波の送受波を行って得たデータに基づいて画像を形成できるので、当該組織の像を良好に表示できる。また、空間的に存在するアーチファクト等のノイズをシグナルに対して相対的に低減させることが可能である。

上記の空間コンパウンド法においては、二次元の合成空間において、複数のフレームデータの重なり方の違い、つまり重合構成の違いから複数のサブ領域が画定される。例えば、ビーム偏向角度０度の条件で得られた矩形の基本フレームデータ、ビーム偏向角度＋１５度の条件で得られた平行四辺形の正側偏向フレームデータ、及び、ビーム偏向角度−１５度の条件で得られた平行四辺形の負側偏向フレームデータ、を合成した場合、３つのフレームデータが重合する中央サブ領域（Ｉ）、２つのフレームデータが重合する２つの周辺サブ領域（II）（III）、基本フレームデータしか存在しない深部サブ領域（IV）が生じる。なお、深部サブ領域（IV）は、一般に表示されない領域である。

空間コンパウンド法は、基本的に、複数フレーム間で各領域内の座標ごとに加算平均処理を実行するものである。上記の例においては、中央サブ領域（Ｉ）では、３つのフレームデータから得られた３つのエコー値の加算値を３で除する加算平均演算が実行され、２つの周辺サブ領域（II）（III）では、２つのフレームデータから得られた２つのエコー値の加算値を２で除する加算平均演算が実行される。

しかしながら、超音波ビームを偏向しない場合（ビーム偏向角度０度の場合）と、超音波ビームを偏向させた場合とを比較すると、一般に、前者のゲインよりも後者のゲインの方が低くなる。アレイ振動子上の物理的な受信開口サイズが不変であってもビーム偏向角度の増大に伴って受信開口の実効サイズが小さくなるからであり、同様にビーム偏向角度の増大に伴って個々の振動素子の実効面積も小さくなるからである。アレイ振動子からある深さにある観測点までの超音波伝搬距離もビーム偏向角度に依存して変化するため、ビーム偏向角度に応じて送信条件及び受信条件をきめ細かく変更しない限り、ゲインを一定に維持することは困難である。

以上を背景として、合成処理後の合成フレームデータにおいては、サブ領域間にゲイン差が生じやすく、つまりサブ領域間の境界が目立ってしまうという問題が指摘されている。特許文献１には、サブ領域間の境界付近に対してなだらかに重みが変化する重み付け加算処理を適用する技術が開示されている。このような処理それ自体は有用であるが、サブ領域間のゲイン差を根本的に解消するものではない。特許文献２にも重み処理が開示されている。そこには信号振幅変動を補正することも記載されている。しかし、ビーム偏向角度に応じてきめ細かくゲイン調整を行うためにはかなり複雑な制御が必要とされる。

特開２００３−６１９５５号公報特表２００２−５２６２２９号公報

以上のように、空間コンパウンド処理後においてはサブ領域間にゲイン差が生じやすい。そのようなゲイン差から超音波画像上でサブ領域間に目障りな境界線が生じてしまうという問題がある。特に高調波成分の空間コンパウンド処理を行う場合、そのような問題がより顕著になる。

本発明の目的は、空間コンパウンド法によって生成される超音波画像の画質を高めることにある。あるいは、本発明の目的は、合成フレームデータにおいてサブ領域間にゲイン差が生じないようにし又はそのようなゲイン差が生じてもそれを軽減できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、簡易な構成で上記ゲイン差を解消し又は軽減することにある。

本発明に係る超音波診断装置は、ビーム偏向条件を切り替えながらｎ個（但しｎは２以上の整数）のビーム走査面を順次形成することによりｎ個のフレームデータを生成する送受波手段と、前記ｎ個のフレームデータの合成処理により合成フレームデータを生成する合成部と、を含み、前記ｎ個のフレームデータを空間的に重ね合わせた場合における重合構成の相違から複数のサブ領域が定義され、前記複数のサブ領域は、前記ｎ個のフレームデータの全部が合成される中央サブ領域と、前記ｎ個のフレームデータの内の一部が合成される複数の周辺サブ領域と、を含み、前記各周辺サブ領域の合成処理では、前記中央サブ領域の重合構成に対する当該周辺サブ領域の重合構成不足分を補填する条件が適用され、これによって前記中央サブ領域の合成処理後のゲインと前記各周辺サブ領域の合成処理後のゲインとが揃えられる、ことを特徴とするものである。

上記構成によれば、送受波手段によってｎ個のビーム走査面が形成される。ｎ個のビーム走査面はそれぞれ異なるビーム偏向条件の下で形成されたものである。合成手段は、ｎ個のビーム走査面に対応するｎ個のフレームデータを用いて合成フレームデータを生成する。二次元合成空間において、ｎ個のフレームデータの重なり方の違いつまり重合構成の違いから、複数のサブ領域が画定される。この場合、理論上、重合数ｎのサブ領域から重合数１のサブ領域までが生じる。但し、表示エリア外となるサブ領域あるいは部分については処理対象から除外してもよい。複数のサブ領域間で実際の重合構成が一様でない結果、個々のサブ領域において単純に平均加算処理を行うならば、その結果としてゲイン差が生じてしまう。そこで、上記構成では、個々のサブ領域に対して、見かけ上、同じ重合構成が成立するようにしている。望ましくは、各周辺サブ領域（一部重合サブ領域）の合成処理において、中央サブ領域（全部重合サブ領域）の重合構成と同じような重合構成が見かけ上生じるように、重合構成不足分を合成処理上、補填するようにしている。その場合、例えば、周辺サブ領域をカバーするフレームデータの参照を繰り返して合成処理で用いるデータを見かけ上増やしてもよい。そのような手法によれば、複数のサブ領域間で合成処理のための計算式を共用することが可能となる。但し、同じフレームデータの参照を繰り返すのではなく、その参照数に相当する係数の乗算を利用して同じような結果を得ることも可能である。

以上のように、上記の手法は、サブ領域間における実際上の重合構成の相違に着目して必要な補填（計算上の操作）を行うことにより、合成処理の上で、サブ領域間における重合構成を見かけ上同じにするものである。換言すれば、複数のサブ領域間で合成処理の条件（望ましくは加算平均条件）を揃えるものである。これによりサブ領域間のゲイン差は解消され又は軽減される。これは、超音波画像上現れる目障りな境界線の消失又は低減をもたらすものであり、また超音波画像全体としての質感あるいは輝度の一様化をもたらすものである。

不足分の補填に際して、欠落しているフレームデータと同一ゲイン関係にある（正負対称の偏向角度をもった）フレームデータが利用されるのが理想的であるが、近いゲイン関係にある（正負対称の偏向角度に近い偏向角度をもった）フレームデータが利用されても一定の効果が得られる。中央サブ領域の合成処理条件を基準にして、それに対して各周辺サブ領域の合成処理条件を合わせるようにするのが望ましいが、特定の周辺サブ領域の合成処理条件を基準にして、それに中央サブ領域を含む他のサブ領域の合成処理条件を合わせることも可能である。

なお、上記のようなゲイン差補償と共に上記特許文献１に記載されたような重み付け処理が同時に適用されてもよい。そのような組合せによれば上記のゲイン差補償によってもなおゲイン差が残留している場合に境界線を目立たなくすることが可能となる。

望ましくは、前記周辺サブ領域の重合構成不足分を補填する条件は、当該周辺サブ領域をカバーしているフレームデータであって当該周辺サブ領域をカバーしていないフレームデータと同一のゲイン関係にあるフレームデータを重複して参照する条件である。同一ゲイン関係は、一般に、正負対称のビーム偏向角度の下で取得されたフレームデータペア間において成立する。そのような関係が１個又は複数個成立するように複数のビーム偏向条件を定めておくのが望ましい。

望ましくは、前記ｎは３以上の奇数であり、前記ｎ個のビーム走査面は、ビーム偏向角度０度で形成されたビーム走査面と、正負対称のビーム偏向角度をもって形成された少なくとも１つのビーム走査面ペアと、を含み、前記ビーム走査面ペアに対応するフレームデータペアが前記同一のゲイン関係を有する。

望ましくは、前記合成部は、前記複数のサブ領域間で共通の関数であって分母に数値ｎを有し且つ分子にｎ個の加算要素を有する合成関数と、前記サブ領域ごとに前記ｎ個の加算要素に代入されるｎ個のエコー値を与えるｎ個のフレームデータ識別子が登録されたテーブルであって、前記各周辺サブ領域については前記重合構成不足分を補填するために同じフレームデータ識別子が重複して登録された対応付けテーブルと、を備え、前記合成部は、前記サブ領域ごとに前記対応付けテーブルを参照して前記合成関数にｎ個のエコー値を代入した上で前記合成関数を実行する。

上記構成によれば、合成関数が複数のサブ領域間で共用される。つまり、個々のサブ領域ごとに専用の合成関数を用意しておく必要がなくなる。合成関数は、望ましくは、加算平均処理を行うものであり、その分母は加算数に相当する数値ｎである。その分子は、ｎ個の加算要素で構成される。それらは加算されるものであり、各加算要素には実数が代入される。その代入を指示するのが対応付けテーブルである。当該テーブルにおいて、ある周辺サブ領域について同じフレームデータ識別子を重複して登録することにより上記の補填を行える。ちなみに、正負対称性が維持される限りにおいて、フレームデータペアについてのビーム偏向角度（絶対値）が変動してもテーブル内容を変更する必要はない。なお、特許文献１に記載されたような重み付け処理が組合せ適用される場合、分子を構成する個々の加算要素に重み係数を付加してもよいし、合成関数に代入する前にエコー値を重み付け処理するようにしてもよい。

望ましくは、前記合成部は、更に、前記ｎ個のフレームデータの全部又は一部に基づいて前記ｎ個の加算要素に代入されるｎ個のエコー値の全部又は一部を補間処理によって生成する補間手段を含む。フレームデータ間でサンプリング配列（座標系）が異なる場合、必要なデータを周辺データから補間処理によって生成するものである。

望ましくは、前記ｎ個のフレームデータは生体内で生じたハーモニックエコー成分によって構成されている。高調波成分は基本波に比べて大きく減衰するので伝搬距離の違い等によるゲインの相違が生じやすく、このため上記手法を適用するのが望ましい。

なお、複数のフレームデータの合成処理をコンピュータ等の情報処理装置で行わせることも可能である。その場合、超音波システムから提供されるフレームデータ列がオンライン又はオフラインで情報処理装置に入力される。

本発明によれば、空間コンパウンド法によって生成される超音波画像の画質を高めることが可能である。あるいは、合成フレームデータにおいてサブ領域間にゲイン差が生じないようにし、又は、そのようなゲイン差が生じてもそれを軽減できる。あるいは、簡易な構成で上記ゲイン差を解消し又は軽減できる。

本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。合成処理の第１実施例を示す概念図である。第１比較例を示す図であって、領域ごとの合成処理内容を示す図である。第１実施例を示す図であって、領域ごとの合成処理内容を示す図である。図１に示した合成部の構成例を示す図である。合成処理の第２実施例を示す概念図である。第２比較例を示す図であって、領域ごとの合成処理内容を示す図である。第２実施例を示す図であって、領域ごとの合成処理内容を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を概略的に示すブロック図である。この超音波診断装置は、医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。

図１において、アレイ振動子１０は図示されていないプローブ内に設けられるものであり、アレイ振動子１０によって超音波の送受波が行われる。アレイ振動子１０は、図１に示す例において、直線状に配列された複数の振動素子１０ａにより構成されている。すなわち、本実施形態においては、いわゆるリニアプローブが利用されている。もちろん、コンベックス型のプローブ等を用いるようにしてもよい。

アレイ振動子１０上には開口１２が設定される。開口１２は例えば送受信開口である。開口１２を用いて超音波の送信を行うことにより送信ビームが形成され、また開口１２を用いて反射波が受波され後述する整相加算処理によって受信ビームが形成される。符号１４は超音波ビームの一例を示しており、その超音波ビーム１４は送受総合ビームに相当している。超音波ビーム１４はアレイ振動子１０の配列方向に対して垂直な方向に形成されている。すなわち超音波ビーム１４のビーム偏向角度は０度である。開口１２を配列方向に沿って走査することにより、すなわち電子リニア走査を実行することにより、超音波ビーム１４が直線的に走査され、これによって走査面１６が構成される。走査面１６は二次元データ取り込み領域に相当するものである。走査面１６は矩形の形態を有している。

本実施形態においては、空間コンパウンド法を実行するために走査面１６に続いて、走査面２０及び走査面２４が順次形成されており、それら３つの走査面１６，２０，２４が循環的に生成されている。具体的には、開口１２を用いて正側のビーム偏向角度＋α度の方位に超音波ビーム１８が形成され、その超音波ビーム１８をビーム偏向角度を維持しながら電子走査することにより走査面２０が形成される。この走査面２０は正側偏向走査面として観念することができる。一方、開口２０を用いて負側のビーム偏向角度−α度を設定し、その方向に超音波ビーム２２が形成される。その超音波ビーム２２をビーム偏向角度を維持しながら電子走査することにより走査面２４が構成される。その走査面２４は負側偏向走査面として観念することができる。走査面２０，２４は互いに逆向きの平行四辺形の形態を有している。

本実施形態において、走査面２０を形成するために設定されたビーム偏向角度＋α度と、走査面２４を形成するために設定されたビーム偏向角度−α度は、互いに同一の角度（絶対値）であり、すなわち走査面２０と走査面２４はペアの関係を有している。同一のビーム偏向角度を正負両側に設定することにより、両者間においてゲインを揃えることが可能である。ちなみにコンベックス型のプローブが利用される場合においても、上記同様の送受信シーケンスを適用することが可能である。

送信部２６は送信ビームフォーマであり、送信時において複数の振動素子に対して並列的に複数の送信信号を供給する。これにより超音波が生体内に送波される。生体内における各反射点において反射したエコー（反射波）がアレイ振動子１０において受波されると、受信開口を構成する複数の振動素子から複数の受信信号が並列的に供給され、それらが受信部２８へ入力される。受信部２８は受信ビームフォーマであり、複数の受信信号に対する整相加算処理を実行し、これによって整相加算後の受信信号としてビームデータを出力する。

１つの走査面に対応して１つのフレームデータ（以下、単にフレームという。）が出力される。１つのフレームは、走査方向に並ぶ複数のビームデータにより構成され、各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコー値（エコーデータ）により構成される。実際には、時系列順のエコーデータ列が伝送される。

信号処理部３０はビームデータに対して各種の信号処理を実行するモジュールである。信号処理部３０が実質的にソフトウェアの機能によって実現されてもよい。信号処理部３０は、一般に、検波器、ゲインコントローラ、対数圧縮器、フレーム相関器等を有している。本実施形態においては、信号処理部３０が高調波成分抽出部３２及び合成部３４を有している。高調波成分抽出部３２は、生体内において生成された高調波成分を抽出するためのモジュールである。例えば、バンドパスフィルタ法、パルスインバージョン法、パルスモジュレーション法等の各種の手法を利用することにより、受信信号中に含まれる高調波成分を抽出することが可能である。例えば、パルスインバージョン法が適用される場合、各ビームアドレスごとに位相を反転させつつ２回の送信が実行される。

合成部３４は空間コンパウンド処理を実行するためのモジュールである。すなわち、時系列順で入力されるフレーム列において、本実施形態においては３つのフレームを単位として、それらを合成して合成フレームを生成する処理を実行している。合成部３４からは合成フレーム列（合成フレームデータ列）が出力される。合成部３４の具体的な機能については後に図２等を用いて詳述する。

デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３６は、入力されるフレームに基づいて、Ｂモード画像（２次元断層画像）を形成するモジュールであり、ＤＳＣ３６は補間機能、座標変換機能等を有している。生成された画像データが図示されていない表示処理部を介して表示部３８に送られる。表示部３８においてはＢモード画像が動画像としてあるいは静止画像として表示される。本実施形態においては、空間コンパウンド法が適用された、特にフレーム内でのゲイン差が補償された、Ｂモード画像を表示することが可能であり、従来よりもＢモード画像の画質を高めることが可能である。上述した高調波成分の抽出が行われた場合、Ｂモード画像としていわゆるハーモニック画像が表示されることになる。この場合においては、生体内の組織において生じた高調波あるいは生体内の造影剤において生じた高調波成分が画面上に表示される。

制御部４０は図１に示される各構成の動作制御を実行するものである。制御部４０には入力部４２が接続されている。この入力部４２は操作パネルにより構成され、その操作パネルはキーボードやトラックボール等の各種の入力デバイスを備えている。ちなみに、図１に示す構成例において、例えば信号処理部３０とＤＳＣ３６との間にシネメモリが設けられる。そのシネメモリはフレーム列を格納するリングバッファの構造を有するものである。そのようなシネメモリがＤＳＣ３６の後段に設けられてもよい。また合成部３４がＤＳＣ３６の後段に設けられてもよい。この場合においては表示フレーム列に対して空間コンパウンド処理が適用されることになる。そのような場合においても以下に説明するゲイン補償条件を適用するのが望ましい。

図２には、図１に示した合成部において実行される合成処理の第１実施例が示されている。符号４４は合成部に入力されるフレーム列（フレームデータ列）を示している。フレーム列４４は時間軸方向に並んだ複数のフレームにより構成され、フレーム列４４は具体的には大別して３種類のフレームＡ，Ｂ，Ｃにより構成される。ここでフレームＡは図１に示した走査面１６に対応するものであり、すなわちビーム偏向角度０度の条件の下で取得されたフレームである。フレームＢは図１に示した走査面２０に対応するフレームであり、すなわち正側へのビーム偏向角度＋α度の条件をもって取得されたフレームである。フレームＣは図１に示した走査面２４に対応するフレームであり、それは負側のビーム偏向角度−α度の条件の下で取得されたフレームである。そのような３種類のフレームが循環的に取得されている。

図２において、符号４６が移動平均処理を示している。この移動平均処理４６は、フレーム列４４に対して３つのフレームを単位として平均加算処理を繰り返し行うものである。図２においては、加算平均処理の単位がカッコ記号で示されている。このように、３つのフレームを単位として空間コンパウンド処理すなわち合成処理が実行される。

そのような処理の結果として、合成フレーム列（合成フレームデータ列）４８が生成される。この合成フレーム列４８は時系列順で並ぶ複数の合成フレーム５０により構成されるものである。合成フレーム５０はフレームＡ，Ｂ，Ｃを２次元の合成空間上において重ね合わせることによって生成されるものであり、右側及び左側にはみ出た部分については切り取られている。すなわち合成処理の対象外とされている。その結果、合成フレーム５０内の領域全体は３つのフレームの重ね合わせ方の相違により、すなわち重合構成の相違により、４つの領域（サブ領域）に区分される。すなわち、図示されるように、領域Ｉ、領域II、領域III、領域IVが画定されている。

ここで、領域ＩはフレームＡ，Ｂ，Ｃの３つが重合する領域であり、領域IIはフレームＡ，Ｂの２つが重合する領域であり、領域IIIは、フレームＡ，Ｃの２つが重合する領域であり、領域IVは、フレームＡだけによりカバーされる領域である。換言すれば領域IVの重合数は１である。このように３つのフレームの形態の相違から合成フレーム５０上において重合数、重合構成が局所領域ごとに異なっており、その結果として４つの領域が定義される。ただし、実際にはプローブに近い領域だけが表示される。それが図２において表示エリア５２として示されている。実際上、領域IVが表示されることは原則としてない。もっとも、表示エリア５２の深さ方向のサイズすなわち計測レンジはユーザーによって可変設定されるものである。

以上のように、領域ごとに重合構成あるいは重合数が異なるため、そのような相違を意識せずに単純に平均加算処理を実行すると、上述したような領域間におけるゲイン差という問題が生じてしまう。この問題とその解決法とを図３及び図４を用いて説明する。

図３には第１比較例が示されている。図３は領域ごとの合成処理内容を示す図である。後述する図４、図７、図８も同様の内容を示す図である。

図３において、符号５４は領域を示している。符号５６は各領域に適用される演算式を示している。符号５８は演算式に含まれる加算要素Ｘ，Ｙ，Ｚに与える入力データを示している。具体的には、Ｘ，Ｙ，Ｚに与えるエコー値が属するフレーム種別の識別子Ａ，Ｂ，Ｃが示されている。例えば、領域Ｉであれば、Ｘ，Ｙ，ＺにそれぞれＡ，Ｂ，Ｃで特定される３つのエコー値が代入された上でそれらの加算値が加算数３によって割られ、これによって加算平均値として合成エコーデータ値が生成される。その合成エコーデータ値は合成フレームにおける１つのデータ値を構成するものである。同様に、領域IIにおいては、２つのエコー値の平均が演算されており、領域IIIにおいても２つのエコー値の平均が計算されている。ここで注目すべき事項はそのような計算で利用される演算式の分母が２になっていることである。すなわち、アレイ振動子に対して直交する方向に形成されたビームに対して、そこから傾斜したビームにおいてはゲインが相対的に低減するという現象が認められており、このためフレームＡ，Ｂ，Ｃ間ではゲインが揃っていない。より具体的にはフレームＡよりもフレームＢ，フレームＣの方が相対的にみてゲインが低い。そのような状況下において、図３に示す領域ごとの演算式を適用するならば領域Ｉよりも領域II，領域IIIの方が演算結果においてゲインが高まってしまう。すなわち、領域II及び領域IIIでは、分子において低いゲインをもっているエコー値の割合が増大した結果、上記のようなゲイン差という問題が生じてしまうのである。ちなみに、領域IVがもっとも大きなゲインとなる。

図４には、以上のようなゲイン差を解消した第１実施例が示されている。この第１実施例ではゲイン差の解消が極めて簡易な構成により実現されている。すなわち、以下に説明するように各領域で共通の演算式が利用されている。以下にこれを詳述する。

符号５４は上記同様に領域を示しており、符号５６は演算式を示している。第１実施例においては上記のように複数の領域において共通の演算式が用いられている。すなわち、単一の演算式だけが利用されている。その演算式はＤ＝（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／３というものである。ここでＤは合成エコー値である。

このような単一の演算式を利用することができたのは、分子における３つの加算要素に対する当てはめにあたって、重合構成の差を補填する操作を適用したことによる。すなわち、符号５８で示す入力データを参照すると、領域Ｉについては３種類のフレームＡ，Ｂ，Ｃが加算要素Ｘ，Ｙ，Ｚに対応づけられており、この点においては図３に示した比較例と同じである。しかし、この第１実施例においては、領域II及び領域IIIにおいて、加算要素Ｙ及びＺのそれぞれに同じフレーム識別子が与えられ、すなわち同じフレームが２回参照されている。演算式から見れば、分子に対して同じフレームから得られた同じエコー値が２回代入される。

更に具体的に説明すると、領域IIにおいては領域Ｉとの対比において、フレームＣからの寄与が欠落しており、そのような欠落分を補填するためにフレームＢが重複して参照がされている。同様に、領域IIIにおいては、フレームＢからの寄与が欠落しており、そのような不足分を補填するためにフレームＣの参照が２回行われている。以上の結果、いずれの領域においても、基本ゲインを有するフレームと、それよりも若干落ちるゲインを有する２つのフレームと、を参照することになるので、領域間におけるゲイン差は解消される。本実施形態においては、フレームＢとフレームＣとにおいて、ビーム偏向角０度を中心として正負対称のビーム偏向角度が適用されており、その結果、フレームＢ及びＣが対称関係すなわちペア関係を有しているため、上記のような重複参照が可能となっている。

もっとも、演算式を操作して領域IIあるいは領域IIIについては係数を分子に与えてゲイン差の解消を行うことも可能である。また、領域II及び領域IIIのゲインを基準として、領域Ｉのゲインを下げることにより、具体的にはＹに代えてＹ／２を与え、Ｚに代えてＺ／２を与えることにより、ゲイン差を解消することも可能である。

上述した第１実施例によれば単一の演算式をそのまま利用して、符号６０で示すテーブルによって計算式に与えるエコー値を操作することにより簡便にゲイン差補償を実現できるという利点が得られる。すなわち、テーブル内容６０への登録だけでゲイン差の補償を行えるから極めて簡便である。図１に示した合成部がソフトウェアの機能として実現されている場合、特に単一の演算式とテーブルの組み合わせを利用するのが望ましい。

なお、第１実施例においては、フレームＢとフレームＣとが同一の偏向角度条件を満たしていたが、完全に同一の偏向角度でなくても近い角度条件にあるフレームペアであれば、上述した手法を適用することによりゲイン差の軽減を行うことが可能である。

図５には、図１に示した合成部の構成例がブロック図として示されている。合成部３４は実際にはソフトウェア機能として実現されており、図５はそのような機能をブロック図としてわかり易く示したものである。

図５において、補間処理器６６及び領域判定器６８には図示の構成例においてアドレスデータが与えられている。アドレスデータは現在入力されているエコー値の属性を示すものであり、すなわち当該エコー値が帰属しているフレームの種別、当該フレーム内における座標、等の情報をもっている。一方、入力されるエコー値が補間処理器６６及びフレームメモリ６２に入力される。すなわち、補間処理器６６及びフレームメモリ６２には、フレーム列が入力される。フレームメモリ６２は１つ前のフレームを格納するメモリであり、そこから出力されたフレームがフレームメモリ６４に格納される。フレームメモリ６４は２つ前のフレームを格納するメモリである。現在のフレームは補間処理器６６に直接入力される。

領域判定器６８は、現在入力されたエコー値についてのアドレスデータを参照し、当該エコー値が属する領域を判定する。すなわち領域Ｉ，領域II，領域III，領域IVのいずれに属しているかを判定する。その判定結果がテーブル７０へ出力される。テーブル７０は図４に示した符号６０で特定される内容を有するテーブルであり、すなわち演算式における分子を構成する３つの加算要素に与える３つのエコー値を生じさせる３つのフレームを特定する情報を保有している。テーブル７０から当該エコー値に対応する関数演算を実施するための情報が出力される。それは各加算要素に代入するエコー値が属するフレームを特定するものである。補間処理器６６は、実施形態において、フレームＡのアドレス空間を基準として、フレームＡにおける各座標に対してフレームＢ及びフレームＣのそれぞれからエコー値を与えるために、補間処理を実行するモジュールである。すなわち、本実施形態においてはフレームＢ及びフレームＣに対してエコー値決定のための補間処理が実行されている。もちろん、フレームＡに対して補間処理が実行されてもよい。いずれにしても、関数演算器７２において符号７４で示す演算式を実行する際に、テーブル７０の出力から必要なエコー値が特定され、補間処理器６６から必要なエコー値が関数演算器７２に対して与えられる。例えば領域Ｉであれば、フレームＡ，Ｂ，Ｃから生成された３つのエコー値が演算式の分子に代入されることになる。この場合において、フレームＢ及びフレームＣから生成されるエコー値が補間値である。領域II及び領域IIIにおいてはフレームＡから取り出されるエコー値及びフレームＢまたはフレームＣを用いて生成される補間値としてのエコー値が演算式の分子に代入されることになる。この場合においては図４において示したように加算要素Ｙ，Ｚに対して必要に応じて重複して同じエコー値が与えられ、これによって不足するエコー値が補填されながら共通の演算式を利用して合成エコー値が生成される。

次に、図６乃至図８を参照して合成処理の第２実施例について説明する。

図６には第２実施例が概念図として示されている。符号７６は合成部に入力されるフレーム列を示しており、この例においては５種類のフレームが循環的に入力されている。５種類のフレームが図６においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで特定されている。それぞれのフレームに対して適用されたビーム偏向条件は異なっており、すなわち５つのビーム偏向角度を利用して５種類のフレームが生成されている。ちなみに、フレームＡは基本フレームであり、すなわちビーム偏向角度０度の条件をもって生成されたフレームである。フレームＢ及びフレームＥは同一の偏向角度をもって生成されたフレームであり、すなわちフレームペアを構成している。同様に、フレームＣ及びフレームＤも正負対称の条件をもって生成されたフレームペアである。

符号７８には移動平均処理の内容が示されている。本実施形態においては時間軸上に並ぶ５つのフレームを単位として加算平均処理が順次実行されている。符号８０は合成フレーム列を示しており、それは複数の合成フレーム８２により構成されるものである。各合成フレーム８２は５種類のフレームを重ね合わせることにより、すなわち合成処理することにより生成されるものである。重ね合わせ状態の相違からすなわち重合構成の相違から合成フレーム８２上において９種類の領域を定義することができ、すなわち領域Ｉ〜領域IXまでが存在している。それぞれの領域において重合構成は異なっており、同時に重合数も異なっている。

図７には第２比較例が示されている。図６に示した５種類のフレームの合成を前提とした場合において、図７に示す条件をもって合成処理を行うと、上述したように領域間においてゲイン差が生じてしまう。すなわち各領域において演算式が異なり、特に分母が異なり、各領域ごとにバラバラの演算式を用意しておく必要がある。またそれぞれの領域において単純な加算平均処理が実行されているため、各フレームの種別に応じたゲイン差がそのまま合成結果に表れてしまうという問題が生じる。

図８には以上の問題を解消した第２実施例が示されている。図示されるように、９個の領域に対して共通の演算式が設定されており、そこにおいて分母が領域Ｉ（すなわち基本領域あるいは中央領域）の重合数５を示している。演算式の分子が５つの加算要素からなり、具体的にはＸ，Ｙ，Ｚ，Ｖ，Ｗにより構成されている。それぞれの加算要素に対して符号５８で示すように入力データが対応づけられる。ここにおいて、Ａ〜Ｅはそれぞれフレーム種別を示しており、すなわちそれらがフレーム識別子である。特定されたフレームからエコー値が参照され、そのエコー値が対応する加算要素に代入される。

例えば、領域IIに着目すると、フレームＣが２回参照されており、すなわち欠落フレームに相当する補填が重複登録をもって実現されている。このことは領域IIIについても同様であり、フレームＤが重複登録されている。領域IVにおいては、領域Ｉの重合構成を基準として、それに揃えるために、フレームＤ及びフレームＥのそれぞれが２回参照されている。他の領域においても、領域Ｉの重合構成に揃えるための重複登録が行われており、これによって各領域間においてゲインが揃えられている。

ちなみに、領域IXは５つの加算要素に対してフレームＡが対応づけられており、それによってゲインが高くなってしまうが、領域IXはもっとも深い領域であって、そこは実際上表示されない部分であるから問題は生じない。

以上のように、第２実施形態においても、基本となる領域と同様の重合構成が結果として生じるように加算要素に与えるエコー値の属性が管理されており、すなわち必要な重複登録が行われている。これによって各領域間におけるゲイン差が解消あるいは軽減されるので超音波画像の品質を著しく高めることが可能である。

上記実施形態において、領域間の境界をより目立たなくする必要がある場合には、境界付近において、なだらかな重み変化をもって重みづけ加算を行うのが望ましい。その場合においては、図４や図８に示した演算式において、各加算要素に対して重み係数を付加し、その重み係数を変化させることにより上述したゲイン補償と同時進行での重み付けを実現するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、基準フレームを含む３つまたは５つのフレームセットを単位として合成処理が実行されていたが、偶数個のフレームを単位として合成処理を行うことも可能である。また、走査面の種類の数と移動平均処理において利用するフレーム数とを一致させるのが望ましいが、それらを異ならせることも可能である。

１０アレイ振動子、１２開口、１４，１８、２２超音波ビーム、１６，２０，２４走査面、３０信号処理部、３２高調波成分抽出部、３４合成部。

Claims

ビーム偏向条件を切り替えながらｎ個（但しｎは２以上の整数）のビーム走査面を順次形成することによりｎ個のフレームデータを生成する送受波手段と、
前記ｎ個のフレームデータの合成処理により合成フレームデータを生成する合成部と、
を含み、
前記ｎ個のフレームデータを空間的に重ね合わせた場合における重合構成の相違から複数のサブ領域が定義され、
前記複数のサブ領域は、前記ｎ個のフレームデータの全部が合成される中央サブ領域と、前記ｎ個のフレームデータの内の一部が合成される複数の周辺サブ領域と、を含み、
前記各周辺サブ領域の合成処理では、前記中央サブ領域の重合構成に対する当該周辺サブ領域の重合構成不足分を補填する条件が適用され、これによって前記中央サブ領域の合成処理後のゲインと前記各周辺サブ領域の合成処理後のゲインとが揃えられ、
前記各周辺サブ領域の合成処理では、当該周辺サブ領域をカバーしている同じフレームデータの重複利用によって、前記中央サブ領域の重合構成に対する当該周辺サブ領域の重合構成不足分が補填される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記各周辺サブ領域の合成処理では、当該周辺サブ領域をカバーしている同じフレームデータが２回参照される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記ｎは３以上の奇数であり、
前記ｎ個のビーム走査面は、ビーム偏向角度０度で形成されたビーム走査面と、正負対称のビーム偏向角度をもって形成された少なくとも１つのビーム走査面ペアと、を含み、
前記ビーム走査面ペアに対応するフレームデータペアが前記同一のゲイン関係を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記合成部は、
前記複数のサブ領域間で共通の関数であって分母に数値ｎを有し且つ分子にｎ個の加算要素を有する合成関数と、
前記サブ領域ごとに前記ｎ個の加算要素に代入されるｎ個のエコー値を与えるｎ個のフレームデータ識別子が登録されたテーブルであって、前記各周辺サブ領域については前記重合構成不足分を補填するために同じフレームデータ識別子が重複して登録された対応付けテーブルと、
を備え、
前記合成部は、前記サブ領域ごとに前記対応付けテーブルを参照して前記合成関数にｎ個のエコー値を代入した上で前記合成関数を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の装置において、
前記合成部は、更に、前記ｎ個のフレームデータの全部又は一部に基づいて前記ｎ個の加算要素に代入されるｎ個のエコー値の全部又は一部を補間処理によって生成する補間手段を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、
前記ｎ個のフレームデータは生体内で生じたハーモニックエコー成分によって構成されている、
ことを特徴とする超音波診断装置。