JP5473381B2 - 超音波装置 - Google Patents

Description

本発明は被検体内部に超音波を送受信して、被検体内部の組織画像を表示する超音波装置に関する。

超音波装置において、アーチファクト（虚像）の存在は分解能を低下させる要因となっており、解決すべき重要な課題として知られている。アーチファクトが発生する原因の一つに、サイドローブ（第２主極、副極）がある。ここで、サイドローブとは、超音波プローブから超音波を放射したメインローブ（主極）の送信方向以外にも放射されてしまう超音波である。また、サイドローブの一種にグレーティングローブがある。

サイドローブが発生する方向は探触子をリニアに備えた超音波プローブ（リニアプローブ）の場合、素子どうしの間隔によって決まる。例えば、発生させる超音波の波長と同じ長さの素子ピッチ（素子どうしの間隔）で探触子のアレイを設計した場合、サイドローブはメインローブの送信方向に対して９０度傾いた方向に形成される。このとき、リニアプローブの垂直面にメインローブを送受波したとき、メインローブの送信方向に対して９０度の方向であるため、アーチファクトの発生を低減することができる。

また同様に、リニアプローブ以外のプローブでも、素子ピッチを上記波長程度にすることによって、アーチファクトを低減することができる。

ここで、一般的に、超音波プローブの設計では、深さ方向（超音波の送信方向）と深さ方向に対して垂直の方向の分解能が優先される。これは、表示される画像の解像度を向上させることが重要だからである。

また、超音波プローブの生産性や送受信回路の規模を鑑みて設計すると、素子ピッチを上記波長程度に短くすることが困難である。このような超音波プローブは、メインローブの送信方向に対して９０度以下の方向にサイドローブが発生してしまう。

サイドローブにより生じるアーチファクトを抑制する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１について、図１２を用いて説明する。

まず、超音波を受信する複数の振動子をＡとＢの２つのグループに分ける。それぞれの振動子は、超音波を送信し、被検体からの反射波を受信する。そして、グループＡの振動子が受信した信号と、グループＢの振動子が受信した信号はそれぞれ、受信回路４００Ａと４００Ｂに送られる。そして、前記受信回路４００Ａと４００Ｂによって、それぞれの信号は整相加算される。その後、前記整相加算されたそれぞれの信号を加算器４１０で加算する。

次に、グループＡの振動振が受信した信号の位相を反転器４２０により反転させる。そして、前記位相を反転させた信号とグループＢの振動子が受信した信号とを加算器４１１で加算する。

前記加算器４１０で加算した信号の絶対値を絶対値演算器４３０により演算（検波処理）したものが、全受信信号として出力される。また、前記加算器４１１で加算した信号の絶対値を絶対値演算器４３１により演算（検波処理）したものが、サイドローブの送信方向からの超音波の信号として出力される。前記反転器４２０により一方の信号の位相を反転した信号と、もう一方の信号と加算することにより、グループＡとＢとで相違する信号が抽出される。これが上記サイドローブの送信方向からの超音波の信号に相当している。

そして、減算器４４０で前記全受信信号から前記サイドローブの方向から反射された超音波の信号を減算すると、メインローブの送信方向からの超音波による信号が残る。これにより、アーチファクトのない画像を表示することができる。

特開２０００−２２９０８０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されているサイドローブを減算する手段は、グループＡとＢのそれぞれの振動子が送受信する超音波の方向に対して、被検体内部が対称であるときに有効な手段である。

一般的に、超音波の送受信方向に対して被検体内部が非対称な音速分布がある。これにより、屈折された超音波が振動子で受信される信号が、グループＡとＢとが受信する信号で、位相が異なって（非対称となって）しまう。したがって、一方のグループの位相を反転させて加算しても、出力される信号がサイドローブに相当する信号とみなすことが、必ずしもできない。

本発明はこのような背景技術の問題点に鑑み発明したものである。

本発明の目的は、被検体の内部が複雑で、音速分布がある場合でもサイドローブの送信方向からの受信信号を抽出し、全体の受信信号から減算することによって抑制する。そして、アーチファクトを低減させ、解像度を向上させた超音波装置を提供することにある。

第１の本発明に係る超音波装置は、
超音波の送波および検出を行う複数の振動子を備えた超音波プローブと、所定の方向にメインローブを形成するように複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を送信開口として超音波を送波し、複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を受信開口として超音波の反射波を検出するように複数の振動子を制御するための制御部と、受信開口に対応する複数の振動子のそれぞれにより検出された反射波の強度を複数の時系列の信号として格納するための格納部と、格納部に格納された受信開口に対応する複数の時系列の信号から、受信開口の端に対応する振動子が出力した時系列の信号からもう一方の端に対応する振動子が出力した時系列の信号まで時系列に受信された信号を低減する減算器と、減算器により時系列に受信された信号が低減された複数の時系列の信号に基づいて、超音波画像を生成する信号処理部とを有する。

第２の本発明に係る超音波装置の制御方法は、所定の方向にメインローブを形成するように複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を送信開口として超音波を送波する工程と、複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を受信開口として超音波の反射波を検出するように複数の振動子を制御する工程と、受信開口に対応する複数の振動子のそれぞれにより検出された反射波の強度を複数の時系列の信号として取得する工程と、取得された受信開口に対応する複数の時系列の信号から、受信開口の端に対応する振動子が出力した時系列の信号からもう一方の端に対応する振動子が出力した時系列の信号まで時系列に受信された信号を低減する工程と、時系列に受信された信号が低減された複数の時系列の信号に基づいて、超音波画像を生成する工程とを有する。

受信した信号情報からサイドローブ方向からの受信信号情報を減算することによって、メインローブ方向からの受信信号情報を高精度に生成することができる。これにより、サイドローブ方向からの受信信号情報を減算することによって、アーチファクトを低減した画像を表示することができる超音波装置を提供する。

本実施形態に係る超音波装置を説明するための模式図。 別の本実施形態に係る超音波装置を説明するための模式図。 実施例１及び２に係る超音波装置を説明するための模式図。 リニアプローブ及びメモリに格納される情報を説明するための模式図。 開口と散乱点との関係を説明するための模式図と、サイドローブ方向からの受信情報の同定を説明するためのフロー図。 開口制御及びメモリに格納される情報を説明するための模式図。 セクタスキャンを説明するための模式図。 サイドローブ方向からの受信情報の同定を説明するための模式図とフロー図。 サイドローブ方向からの受信情報を同定するための一例となるデータ及びメモリに格納される情報を説明するための模式図。 実施例３に係る超音波装置を説明するための模式図。 メモリから、サイドローブ方向からの受信情報を同定する方法を説明するための模式図。 背景技術を説明するための模式図。

以下、本実施形態に係る超音波装置について、図１を用いて説明する。

まず、１０２は、超音波を発生或いは検出する複数の振動子１０１を備えた超音波プローブである。ここで、前記複数の振動子１０１が超音波を発生する部分は、開口、送受信開口、受信開口などと呼ばれる。

次に、１０５は、前記超音波プローブ１０２が第１の超音波１０３を発生するように、該複数の振動子１０１が焦点１０４にフォーカシングして超音波を発生するための制御部である。前記焦点１０４にフォーカシングして超音波を発生するには、各振動子にパルス電圧を加える際に、遅延回路を用いて振動子を駆動するタイミングを順に遅らせる方法（電子フォーカス）がある。振動子ごとの遅延時間の差を変えることにより、フォーカス点の深さ方向（超音波の送信方向）の位置を変えることができる。

ここで、制御部１０５は、所定の方向にメインローブ（第１の超音波１０３）として超音波を発生するように、超音波プローブ１０２を制御する。このように、制御部１０５は、超音波プローブ１０２における複数の振動子１０１から送信される超音波の送信タイミングを制御することができる。また、制御部１０５は、前記メインローブ（１０３）の方向におけるフォーカシング位置（焦点１０４、所定の位置）からの超音波を検出するように、超音波プローブ１０２を制御する。このように、制御部１０５は、超音波プローブ１０２における複数の振動子１０１で受信される超音波の受信タイミングを制御することができる。

また、１０６は、前記複数の振動子１０１がそれぞれ検出した超音波の強度に関する情報を時系列に格納（あるいは該超音波の強度を時系列の信号として格納）するための格納部である。格納部１０６は、例えばメモリである。

また、前記複数の振動子１０１は、前記超音波プローブ１０２が発生する第２の超音波１０８が物体１０７（あるいは反射物体、あるいは散乱物体、あるいは散乱点）で反射した超音波を、該物体１０７に近い振動子から順に受信する。前記第２の超音波１０８は、前記第１の超音波１０３とは異なる方向に送信される。ここで、前記第１の超音波がメインローブであり、前記第２の超音波がサイドローブであることが考えられるが、必ずしもこれに限るものではない。また、前記物体１０７は、散乱点の集合のことである。

そして、前記格納部１０６が前記物体１０７に近い振動子から順に格納することにより得る、該物体１０７で反射した超音波の強度に関する情報を、前記格納部１０６が格納する情報から減算する。

（開口制御：検出するための振動子を選択）
別の本実施形態に係る超音波装置について、図１を用いて説明する。

前記サイドローブ（第２の超音波１０８）が前記物体１０７で反射した超音波を検出する複数の振動子（例えば、図６）を選択するように開口制御することが好ましい。

また、前記複数の振動子１０１の中央からｄ_０・ｔａｎθの距離に含まれる（あるいは距離以下に）振動子を選択するように開口制御することが好ましい。ここで、前記複数の振動子１０１の中央から被検体内部の深さ方向に関する物体１０７の距離（あるいは深さ方向を座標軸とする物体１０７の位置）をｄ_０とする（図５（ａ）を参照）。また、前記メインローブ（第１の超音波１０３）と前記サイドローブ（第２の超音波１０８）との角度をθ１０９とする。

このとき、端の振動子が前記物体１０７に近い振動子となるように、前記超音波プローブ１０２が備える前記複数の振動子１０１から選択する。そして、前記選択された複数の振動子を用いて、前記超音波を検出する。

前記選択された複数の振動子が超音波を検出する順番から、前記格納部１０６が格納する信号が、前記物体１０７で反射した超音波の強度に関する情報であることを認定することができる。

また、前記選択された複数の振動子のうち、どちらか一方の端からもう一方の端まで順に、前記選択された複数の振動子によって検出される前記超音波が、前記物体１０７で反射した超音波の強度に関する情報であると認定することができる。

詳細については、後述する実施例で説明する。

（角度αの方向に第１の超音波を発生）
別の本実施形態に係る超音波装置について、図２を用いて説明する。

まず、前記超音波プローブ１０２が、前記複数の振動子１０１に対して垂直方向から角度がα２１０となる方向に前記メインローブ（第１の超音波２０３）を発生する。

次に、前記複数の振動子１０１は、物体２０７で反射した超音波を該物体２０７に近い振動子から順に受信するか、あるいは前記焦点２０４で反射した超音波を該焦点２０４に近い振動子から順に受信する。ここで、前記第２の超音波２０８は、前記超音波プローブ１０２が前記第１の超音波２０３とは異なる方向に発生する。また、前記物体２０７は、散乱点の集合のことである。

また、前記複数の振動子１０１のうち、端の振動子から前記焦点及び物体２０４、２０７までの距離を求める。前記距離の求め方については、後述する実施例で詳細に述べる。

そして、前記距離を用いることにより、前記焦点あるいは物体で反射した超音波による情報を認識することができる。

（超音波装置の制御方法）
別の本実施形態に係る超音波装置の制御方法について、図１を用いて説明する。ここで、前記超音波装置は、超音波を発生或いは検出する複数の振動子を備えた超音波プローブを備える。

まず、焦点１０４にフォーカシングして第１の超音波１０３を発生する。

次に、前記複数の振動子１０１ごとに、該複数の振動子１０１が検出した超音波の強度に関する情報を時系列に格納する。

また、前記第１の超音波１０３とは異なる方向に発生された第２の超音波１０８が物体１０７で反射して前記複数の振動子１０１がそれぞれ検出するまでの時間を演算する。

また、前記時間に格納した情報を用いて得る、前記複数の振動子１０１がそれぞれ検出した前記物体１０７で反射した超音波の強度を取得する。

そして、前記時系列に格納した情報から、前記物体１０７で反射した超音波の強度を減算する。

（実施例１：リニア走査、あるいは超音波をプローブ方向に送信した場合）
図３は、実施例１を説明するための超音波装置の構成を表した模式図である。

まず、２は超音波を送波するための送信ビームフォーミングなどの処理を行う送信手段である。３はプローブで、送信手段２からの送信信号に基づき超音波を送受信する。４はフィルタ処理や増幅を行うアナログ信号処理部である。５はアナログ信号処理部４で信号処理されたアナログ信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）である。６はそのディジタル信号を時系列に格納するメモリである。７はサイドローブを同定するためのサイドローブ同定器である。８は同定したサイドローブからの信号をメモリ６から抽出するサイドローブ信号抽出器である。９は画像形成の信号からサイドローブ相当情報を減算させる減算器である。１０はディジタル信号処理部で、整相換算や検波、対数圧縮などの信号処理、ならびに画像処理を行う処理部である。そして、１１は超音波画像を表示させる表示部である。

次に、信号の流れについて説明する。

まず、送信手段２からプローブ３の各素子へ送信信号を伝達し、被検体１００へ向けて超音波を送波する。そして、被検体１００から反射した超音波をプローブ３の素子で受波し、その受信信号をアナログ信号処理部４で、フィルタ処理や増幅を行う。

次に、アナログ信号処理部４からの出力をＡＤＣ５でディジタル化し、メモリ６に格納する。従来の超音波診断装置は、ディジタル信号処理部９はＡＤＣ５でディジタル化した信号をＦＩＦＯを介して整相加算を行い、検波、対数圧縮などの信号処理、ならびに画像処理を施し、表示部１０に超音波画像を表示していた。それに対して本実施例では、まずメモリ６で、ＡＤＣでディジタル化した生信号を時系列に格納する。メモリ６はサイドローブ方向からの信号を同定し、サイドローブ相当情報を求め、受信信号情報から減算するだけの容量が必要である。そのためには、少なくとも一走査の送受信における受信信号を格納できれば良いが、好ましくは数フレーム分の信号を格納できると良い。

メモリ６内の各素子に対応した時系列データから、サイドローブからの信号に相当する信号をサイドローブ同定器７で同定する。そして、サイドローブ同定情報と算出器８内のサイドローブ信号抽出器８でサイドローブ相当情報を得て、減算器９へサイドローブ相当情報を送る。一方、減算器９には画像形成に必要な受信開口内の受信信号情報が送られ、その受信信号情報からサイドローブ相当情報を差し引くと、メインローブからの信号に相当する画像形成情報が得られる。

以上の工程を一走査とし、プローブ３がリニアプローブの場合は送受信の開口位置をずらしながら走査する。また、プローブ３がセクタプローブの場合は送受信の走査角をずらしながら走査する。これらによって、エリアあるいはボリューム表示のための画像形成情報が得られる。その画像形成情報をディジタル信号処理部で整相換算や検波、対数圧縮などの信号処理、ならびに画像処理を施すと、アーチファクトを低減した超音波画像を表示部１０に表示させることができる。

なお、ディジタル信号処理部９の機能の内、例えば検波など信号処理の一部はＡＤＣ５とメモリ６の間に設けても良い。さらに、図１は主にＢモード表示を想定して記したシステム構成だが、ドプラなど他モードを実現するための処理機能を持たせても良い。

次に、メモリ６からサイドローブ同定器７、減算器９までの信号処理について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、リニア走査を表しており、２０と２１はそれぞれメインローブとサイドローブからの受信信号を表している。

まず３１は、リニアプローブが有する素子（振動子）であり、電子走査によってビームを送受信するための送受信開口である。

送受信開口３１で送信したビームはリニアプローブ３と垂直方向にメインローブ２０が送波され、メインローブ２０から所定の角度方向にサイドローブ２１が生じる。仮にプローブ３の垂直方向とサイドローブ２１方向に、送受信開口３１の中心から同距離にある散乱点１１０ｍ、１１０ｓがあるとき、メインローブ２０方向からの反射波は送受信開口３１の中心から受信する。そして、サイドローブ２１方向からの反射波は送受信開口３１の外側から受信し、送受信開口３１から受信することはない。

ここで、図４（ａ）において、メインローブ２０方向からの反射波を実線で、サイドローブ２１方向からの反射波を破線で表している。

図４（ｂ）は、各素子３０に対応してディジタル化した信号がメモリ６に時系列に格納された様子を表した模式図である。まず、送受信開口３１から散乱点１１０ｍ、１１０ｓが等距離にあるとき、（Ａ−１）と（Ｂ−１）のように、メモリ６が受信信号を格納した場合について述べる。送受信開口３１の外側から受信し、送受信開口３１の中央方向へ移動していく信号（Ｂ−１）を、サイドローブ同定器７がサイドローブ２１方向からの信号情報として同定する。そして、サイドローブ抽出器８でサイドローブ相当情報を得ることができる。送受信開口３１で受信した全受信情報からサイドローブ相当情報を減算することにより、メインローブ２０方向からの信号情報が残る。また、図４（ｂ）の（Ａ−２）と（Ｂ−２）のように、メモリ６が受信信号を格納した場合について述べる。上述と同様に、送受信開口３１の外側から受信し、送受信開口３１の中央方向へ移動していく信号（Ｂ−２）を、サイドローブ同定器７がサイドローブ２１方向からの信号情報として同定する。

ここで、メインローブ方向からの受信情報（Ａ−１）や（Ａ−２）の一部の情報が、サイドローブ方向からの受信情報（Ｂ−２）や（Ｂ−２）とそれぞれ重なる。このため、重なっていないサイドローブ相当情報から、重なる情報を補間することにより、サイドローブ相当情報を生成する。そして、送受信開口３１で受信した全受信情報からサイドローブ相当情報を減算し、メインローブ２０方向からの信号情報を残す。

以上説明した方法で、メインローブ２０からの信号に相当する情報が得られる。

図５のように、サイドローブ２１方向の散乱点１１０ｓが素子アレイ３０から十分に近い場合がある。送受信開口３１の内側で先に受信してしまうため、サイドローブ同定器７はサイドローブ２１方向からの信号情報として同定することができない。

このような場合、超音波装置に開口制御部を設け、開口を制御することによって対応する。すなわち、散乱点１１０の深さに応じて、送受信開口３１のうち、少なくとも受信時に反射波を受信する開口を選択する。そこで、図５（ｂ）のフロー図を用いて、開口制御を行ったサイドローブ方向からの信号の同定方法について説明する。

まず、ステップｂ１は、メモリ内の時系列データを参照する。次に、ステップｂ２は、開口と散乱点１１０との深さ方向の距離ｄ_０がｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）と等しいか否かを判定する。このとき、ｃは被検体内部１００の音速、Ｔは開口中心の素子が送信してから、散乱点１１０に反射して、散乱点から一番近い素子が受信するまでの時間である。また、θはメインローブ２０とサイドローブ２１とのなす角のことで、超音波プローブ１０２の特性で決まる、既知の値である。

ここで、判定に用いるｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）について説明する。

開口幅（開口中心からの開口の長さ）≧ｄ_０ｔａｎθのとき、開口中心から散乱点１１０までの距離（図６（ａ）のｄ）はｄ_０／ｃｏｓθである。また、開口と散乱点１１０との深さ方向の距離はｄ_０である。したがって、ｄ_０／ｃｏｓθ＋ｄ_０＝ｃＴの関係が成立つ。この関係をｄ_０についてまとめると、ｄ_０＝ｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）となる。

そして、ｄ_０≠ｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）ということは、開口幅＜ｄ_０ｔａｎθと判断できる。このときのｄ_０は、開口と散乱点との深さ方向の距離を表せないことを意味する。すなわち、このときのｄ_０は、深さ方向に対して斜めの方向である一番近い素子と散乱点との距離となる。そのため、そのまま開口幅≦ｄ_０ｔａｎθ（あるいは＜ｄ_０ｔａｎθ）を保てばよい（すなわち、開口制御の必要はない）ことになる（ステップｂ４）。

また、ｄ_０＝ｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）ということは、開口幅（開口中心からの開口の長さ）≧ｄ_０ｔａｎθと判断できる。そのため、開口幅＝ｄ_０ｔａｎθか、開口幅＞ｄ_０ｔａｎθかどうかを判別する必要がある（ステップｂ３）。

上述したように、ステップｂ３では、メモリ９に格納された受信時の開口幅（開口中心からの開口の長さ）がｄ_０ｔａｎθであるか否かを判定する。そして、開口幅＝ｄ_０ｔａｎθであれば、そのまま開口幅≦ｄ_０ｔａｎθ（あるいは＝ｄ_０ｔａｎθ）を保てばよい（すなわち、開口制御の必要はない）ことになる（ステップｂ４）。

また、開口幅（開口中心からの開口の長さ）≠ｄ_０ｔａｎθであれば、開口幅＞ｄ_０ｔａｎθと判断できる。この場合は、開口幅≦ｄ_０ｔａｎθとなるように開口制御を行う（ステップｂ５）。

上述したように、ステップｂ４では、開口幅はそのまま、または開口幅≦ｄ_０ｔａｎθを保つ。また、ステップｂ５では、開口幅≦ｄ_０ｔａｎθとなるように開口制御を行う
以上のフローに従って開口制御することにより、図６（ａ）のように散乱点１１０ｓが素子アレイ３０と近い場合、開口の幅を狭くして、サイドローブ２１方向からの信号が、送受信開口の外側から受信することが可能となる。したがって、図６（ｂ）で示すように、サイドローブ２１からの受信信号は受信開口３２から受信させることができ、ここまで説明した方法でサイドローブ相当情報を求めることができる。

なお、送受信開口３１は少なくとも受信時に開口を狭くすればよく、送信時の開口制御を限定するものではない。つまり、開口は送受信開口３１であるものとして説明したが、送信と受信で開口の素子が異なっても良い。

本実施例では、サイドローブ２１方向からの受信信号情報を同定し、抽出する方法について述べたが、これらを同時に行っても良い。例えば、送受信開口３１の外側に対応するメモリから受信した信号をサイドローブ２１方向からの受信信号情報を同定し、リアルタイムにその信号を抽出しても良い。この方法について、図５（ｃ）のフロー図を用いて説明する。なお、ステップｃ１からステップｃ３は、前述のステップｂ１からステップｂ３までと同様なので、説明は省略する。

まず、ステップｃ２においてｄ_０≠ｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）の場合、またはステップｃ３において開口幅（開口中心からの開口の長さ）＝ｄ_０ｔａｎθの場合には、開口幅≦ｄ_０ｔａｎθと判断できる。このとき、ステップｃ４において、受信した開口幅の受信信号を選択する。

また、ステップｃ２においてｄ_０＝ｃＴ／（１＋１／ｃｏｓθ）、且つステップｃ３において開口幅≠ｄ_０ｔａｎθの場合には、開口幅＞ｄ_０ｔａｎθと判断できる。このとき、ステップｃ５において、開口幅≦ｄ_０ｔａｎθの範囲にある受信信号を選択する。

以上より、図６（ａ）のように散乱点１１０ｓが素子アレイ３０と近い場合には、開口の幅を狭くすることで、サイドローブ２１方向からの信号を送受信開口の外側から受信させることができる。また、開口で受信された信号から、前記選択された開口からの受信信号を選択することで、サイドローブ２１方向からの信号を抽出することができる。

また、サイドローブ２１方向からの受信信号情報の同定方法も、送受信開口３１の外側、すなわち端部に対応するメモリから受信した信号と説明したが、これに限定されない。例えば、端部から一素子分内側の素子に対応するメモリから受信した信号を、サイドローブ２１方向からの受信信号情報と同定しても良い。このように第一の実施例で説明した送受信開口３１の外側に対応するメモリとは、概ね外側であれば良い。

以上、第一の実施例によれば、時系列に格納したメモリ２内の受信信号情報から、単純な方法でサイドローブ相当の信号情報を同定することができる。そして、送受信開口３１の受信信号情報からサイドローブ相当情報を減算することによって、メインローブからの信号に相当する画像形成情報が得られる。そのため、アーチファクトを低減した超音波画像を表示部１１に表示させることができる。

さらに、被検体内部１００に音速分布があっても、サイドローブ相当の信号情報を同定できるため、ロバスト性の高い超音波診断装置１のシステムを構築することができる。

（実施例２：セクタ走査あるいは角度α方向に送信した場合）
実施例１では、プローブ３がリニアの電子走査方式について説明した。本実施例では、セクタ走査方式の場合について、図７を用いて説明する。ここで、セクタ走査方式は超音波ビームを扇状に走査するため、メインローブ２０方向の散乱点１１０ｍから反射する受波信号は、必ずしも送受信開口３１の中央付近から受信するわけではない。

図７は、素子アレイ３０（送受信開口３３）の垂直方向を基準にして、セクタ走査角をαとしたときの散乱点１００ｍ、１１０ｓからの受信信号の様子を説明するための模式図である。図７において、メインローブ２０からの受信信号（実線）は送受信開口３３の外側から受信するのに対し、サイドローブ２１からの受信信号（破線）は送受信開口３３の内側から受信する。このように、セクタ走査方式の場合、実施例１で説明した方法でサイドローブ２１に相当する信号情報を得ようとすると、走査角αによってはメインローブに相当する信号情報を減算してしまう。セクタ走査方式によるサイドローブ２１に相当する信号情報を得る方法について図８を用いて説明する。

図８において、送受信開口３４の開口幅をａ、送受信開口３４の中心から各散乱点１１０までの距離がｄとなる状況を表している。そして、送受信開口３４の垂直方向を基準にしてセクタ走査角をα、メインローブ２０とサイドローブ２１とのなす角をθとする。

次に、各散乱点１１０から送受信開口３４の両端までの距離を幾何学的に計算すると、図中におけるｄ_ｍ１、ｄ_ｍ２、ｄ_ｓ１、ｄ_ｓ２、ｄ_ｓ３、ｄ_ｓ４は、

のように表すことができる。

送受信開口３４の開口幅ａは既知情報である。そして、メインローブ２０とサイドローブ２１とのなす角度θもプローブ３固有の既知情報である。セクタ走査角αは送信ビームフォーミングで決まる既知情報である。また、送受信開口３４の中心から散乱点１１０ｍ、１１０ｓまでの距離ｄは素子アレイ３０が送波してから受波するまでの時間Ｔ＝２ｄ／ｃ（ｄ：距離、ｃ：音速、２：往復分）から算出することができる。したがって、各散乱点１１０ｍ、１１０ｓから送受信開口３４の両端までの距離ｄ_ｍ１、ｄ_ｍ２、ｄ_ｓ１、ｄ_ｓ２、ｄ_ｓ３、ｄ_ｓ４を計算によって求めることが可能となる。

次に、ｄ_ｍ１、ｄ_ｍ２、ｄ_ｓ１、ｄ_ｓ２、ｄ_ｓ３、ｄ_ｓ４それぞれの距離の差ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１、ｄ_ｓ２−ｄ_ｓ１９０２、ｄ_ｓ３−ｄ_ｓ４９０３を求める。これらの値から、メインローブ２０方向からの受信信号であるか、サイドローブ２１方向からの受信信号であるかを判別する方法について述べる。メインローブの距離の差ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２を基準として、その基準から所定のトレランス外の受信信号をサイドローブ２１方向からの受信信号と同定すれば良い。

例えば、送受信開口３４の開口幅ａを１０ｍｍ、メインローブ２０とサイドローブ２１とのなす角度θを５０°、送受信開口３４の中心から散乱点１１０までの距離ｄを３０ｍｍとする。このとき、セクタ走査角αを横軸（−４５°＜α＜４５°）、上記距離の差ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１、ｄ_ｓ２−ｄ_ｓ１、ｄ_ｓ３−ｄ_ｓ４を縦軸とした時のグラフを、図９（ａ）に示す。図９（ａ）において、ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１を基準として、前記基準に対して＋／−数ｍｍのトレランス９０４（あるいは基準幅）内に入る受信信号をメインローブ方向からの受信信号と同定することができる。また、前記トレランスから外れる受信信号、本実施例の場合ｄ_ｓ２−ｄ_ｓ１９０２とｄ_ｓ３−ｄ_ｓ４９０３をサイドローブからの受信信号と同定すれば良い。以上説明した方法を、図８（ｂ）のフロー図を用いて説明する。

まず、ステップｄ１は、セクタ走査角αに応じたｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１を計算しておく。

次に、ステップｄ２では、メモリ９から時系列受信信号を参照し、散乱点１１０から素子アレイ３０一端までの距離と、散乱点１１０からもう一端までの距離をそれぞれ計算する。

また、ステップｄ３では、ステップｄ２で求めたそれぞれの距離の差を計算する。

また、ステップｄ４では、走査角αと、ステップｄ１ならびにステップｄ３の計算結果を比較し、それぞれの距離の差が、ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１を基準とした＋／−数ｍｍのトレランス９０４に入っているか否かを判定する。

さらに、ステップｄ５では、ステップｄ４においてトレランス９０４に入っていれば、その信号はメインローブ方向からの信号と同定される。

そして、ステップｄ６では、ステップｄ４においてトレランス９０４から外れている場合に、その信号はサイドローブ方向からの信号と同定される。

図９（ｂ）は、上記条件において、メモリ２に時系列に格納された情報を説明するための模式図である。上述の通り、各散乱点１１０ｍ、１１０ｓから送受信開口３４の両端までの距離ｄ_ｍ１、ｄ_ｍ２、ｄ_ｓ１、ｄ_ｓ２、ｄ_ｓ３、ｄ_ｓ４を計算によって求め、それらの差分から、散乱点１１０ｍ、１１０ｓが走査角αに相当する位置にあるか否かを求める。そして、走査角αに相当する位置にない散乱点１１０ｓをサイドローブ相当情報として、送受信開口３４の受信信号情報からサイドローブ相当情報を減算すると、メインローブからの信号に相当する画像形成情報が得られる。そのため、アーチファクトを低減した超音波画像を表示部１０に表示させることができる。さらに、被検体内部１００に音速分布があっても、サイドローブ相当の信号情報を同定できるため、ロバスト性の高い超音波診断装置１のシステムを構築することができる。また、メインローブ方向からの散乱点の差分ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１を求めて、基準とする。その基準に対して＋／−数ｍｍのトレランス９０４内に入る受信信号をメインローブからの受信信号とする。そのトレランス９０４から外れる受信信号をサイドローブからの受信信号と同定すれば、ｄ_ｓ２−ｄ_ｓ１９０２、ｄ_ｓ３−ｄ_ｓ４９０３の計算を省略することも可能である。

以上、実施例２では、サイドローブ相当情報を獲得するため、散乱点１１０ｍ、１１０ｓから送受信開口３４の両端までの距離を求めた。しかしながら、これに限定せず、各散乱点１１０から送受信開口３４の任意の二点までの距離を計算すれば良い。さらに、上記計算では距離を基準に換算したが、これに限定するものではない。例えば、超音波を送信してから受信するまでの時間を用いて計算する方法も有効な方法の一つである。具体的には、ｄ_ｍ１−ｄ_ｍ２９０１、ｄ_ｓ２−ｄ_ｓ１９０２、ｄ_ｓ３−ｄ_ｓ４９０３にそれぞれ対応する、ｔ_ｍ１−ｔ_ｍ２、ｔ_ｓ２−ｔ_ｓ１、ｔ_ｓ３−ｔ_ｓ４を用いてサイドローブを同定することもできる。ここで、ｄとｔの関係は、音速をｃとしたとき、ｄ＝ｃｔである。なお通常は、音速ｃは１５３０ｍ／ｓないし１５４０ｍ／ｓが適用される。また、サイドローブからの受信信号を同定するために、距離または時間の比較方法として差分を適用したがこれに限定されない。そして差分の順番もこれに限定されるものではない。

なお、実施例２ではセクタ走査について説明したが、この手法はリニア（走査角α＝０）を含め、コンベックスなど他の走査方式についても有効である。

（実施例３）
実施例１及び２では、受信信号情報の中からサイドローブ相当情報を抽出し、画像を形成する情報を得る方法について説明した。本実施例では、異なるサイドローブ相当情報の算出方法について説明する。

本実施例について、図１０を用いて説明する。図１０は、超音波装置の構成を表した模式図である。なお、図３の超音波装置の構成との相違点は、メモリ６とサイドローブを抽出する補間器８０、およびサイドローブ同定器７でのサイドローブ同定方法である。

まず、図１０の超音波装置における全体の信号の流れを説明する。送信手段２からプローブ３の各素子へ送信信号を伝達し、被検体１００へ向けて超音波を送波する。そして、被検体１００から反射した超音波をプローブ３の素子で受波し、その受信信号をアナログ信号処理部４で、フィルタ処理や増幅を行う。

次に、アナログ信号処理部４からの出力をＡＤＣ５でディジタル化し、メモリ６に格納する。メモリ６は少なくともサイドローブ方向からの信号を同定し、サイドローブ相当情報を算出し、受信信号情報から減算するだけの容量が必要で、好ましくは数フレーム分の信号を格納できると良い。そして、メモリ６内の各素子に対応した時系列データから、サイドローブからの信号に相当する信号をサイドローブ同定器７で同定する。そして、サイドローブ同定情報と算出器８内の補間器８０で、サイドローブ相当情報を得る。減算器９へそのサイドローブ相当情報を送る。一方、減算器９には画像形成に必要な受信信号情報が送られ、受信信号情報からサイドローブ相当情報を差し引くと、メインローブからの信号に相当する画像形成情報が得られる。その情報をディジタル信号処理部で整相換算や検波、対数圧縮などの信号処理、ならびに画像処理を施すと、アーチファクトを低減した超音波画像を表示部に表示させることができる。

なお、ディジタル信号処理部９の機能の内、例えば検波など信号処理の一部はＡＤＣ５とメモリ６の間に設けても良い。また、図１０は主にＢモード表示を想定して記したシステム構成だが、ドプラなど他モードを実現するための処理機能を持たせても良い。

次に、メモリ６からサイドローブ同定器７、減算器９までの信号処理についてリニアプローブを例に、図１１（ａ）を用いて詳細に説明する。図１１（ａ）はメインローブ２０とサイドローブ２１からの受信信号の様子を説明するための模式図である。３５は、リニアプローブでの電子走査におけるビーム送受信の開口に相当する素子の領域である。３６は、素子アレイ３０のうち、送受信開口３５の両どなりの領域である。図１１（ａ）において、送受信開口３５で送信したビームはプローブ３と垂直方向にメインローブ２０が送波され、メインローブ２０から所定の角度方向にサイドローブ２１が生じる。仮にプローブ３の垂直方向とサイドローブ２１方向に、送受信開口３１の中心から同距離にある散乱点１１０ｍ、１１０ｓがあったとき、メインローブ２０方向からの反射波は送受信開口３５の中心から受信する。また、サイドローブ２１からの反射波は受信開口３６から受信する。ここで、図１１（ａ）において、メインローブ２０方向からの反射波のようすを実線で、サイドローブ２１方向からの反射波のようすを破線で表している。

図１１（ｂ）は、各素子３０に対応してディジタル化した信号が時系列に格納されたメモリ２を表した模式図である。そこで、受信開口３６で先に受信し、徐々に送受信開口３５の方向へ移動していく信号をサイドローブ２１からの信号情報として同定し、送受信開口３５で受信した情報から差し引くことにより、メインローブ２０からの信号情報が残る。

また、図１１（ａ）において、メインローブ２０とサイドローブ２１とのなす角度をθとしたとき、角度θはプローブ３固有である。例えば、プローブ３内素子アレイ３０のピッチと超音波の波長λ（＝ｃ／ｆ、ｃ；音速、ｆ：周波数）の関係によって決まる。サイドローブ２１方向からの受信信号は、まず受信開口３６で受信し、開口３５方向へ向かってｃの速度で各素子が受信することになる。そこで、サイドローブ同定器３は、図５のように、サイドローブ２１からの受信信号情報と同定する。前記同定は、メモリ２に格納した時系列信号の中で行う。このとき、受信開口３２に対応する領域（サイドローブ同定領域２２）から、ｃの速度で送受信開口３１に対応する領域（画像形成領域２１）へ向かう信号情報を同定する。

同定されたサイドローブ同定情報は、サイドローブ同定領域２２から、送受信開口３１で受信される補間信号を補間器８０で補間してサイドローブ相当情報を算出する。より具体的に説明すると、サイドローブ同定領域２２から画像形成領域２１へ、音速ｃにしたがって外挿補間すれば良い。そして、画像形成領域２１の画像形成情報から、サイドローブ相当情報を差し引くと、メインローブ２０からの信号に相当する信号情報が得られる。

以上説明した方法で、メインローブ２０からの信号に相当する情報が得られる。なお、実施例１で説明した通り、散乱点１１０ｍ、１１０ｓの深度に応じて開口制御する必要がある。すなわち、散乱点１１０の位置に応じて、送受信開口３１の内、少なくとも受信時の開口を制御する。散乱点１１０が素子アレイ３０と近い場合、サイドローブ２１方向からの信号が、送受信開口３１よりも受信開口３２が先に受信できるように、送受信開口３１を狭くし、受信開口３２を広げればよい。開口幅は、開口中心からｄ_０・ｔａｎθの範囲の振動子とする。ただし、ｄ_０は、被検体内部の深さ方向に関する開口中心からの振動子から物体までの距離である。そうすることによって、サイドローブ２１からの受信信号は受信開口３２から受信させることができ、ここまで説明した方法でサイドローブ相当情報を求めることができる。なお、送受信開口３１は少なくとも受信時に開口を狭くすればよく、送信時の開口制御を限定するものではない。

以上説明した実施例３によれば、第一の実施例や第二の実施例のように受信信号情報の中からサイドローブ相当情報を抽出せず、サイドローブ同定領域２２から外挿補間して求める。そのために受信に必要な開口は、送受信開口３１だけでなく受信開口３２も必要となり、より広い受信開口から信号を得るため、高解像度化が望める。

１０１ 複数の振動子
１０２ 超音波プローブ
１０３ 第１の超音波
１０４ 焦点
１０５ 制御部
１０６ 格納部
１０７ 物体
１０８ 第２の超音波
１０９ 角度θ

Claims (2)

1. 超音波の送波および検出を行う複数の振動子を備えた超音波プローブと、
   前記超音波プローブと垂直方向にメインローブを形成するように前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を送信開口として超音波を送波し、前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を受信開口として前記超音波の反射波を検出するように前記複数の振動子を制御するための制御部と、
   前記受信開口に対応する複数の振動子のそれぞれにより検出された前記反射波の強度を複数の時系列の信号として格納するための格納部と、
   前記格納部に格納された前記受信開口に対応する前記複数の時系列の信号から、前記受信開口の端に対応する振動子が出力した時系列の信号からもう一方の端に対応する振動子が出力した時系列の信号まで時系列に受信された信号を低減する減算器と、
   前記減算器により前記時系列に受信された信号が低減された前記複数の時系列の信号に基づいて、超音波画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする超音波装置。
2. 超音波を送波および検出を行う複数の振動子を備えた超音波プローブを備える超音波装置の制御方法であって、
   前記超音波プローブと垂直方向にメインローブを形成するように前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を送信開口として超音波を送波する工程と、
   前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を受信開口として前記超音波の反射波を検出するように前記複数の振動子を制御する工程と、
   前記受信開口に対応する複数の振動子のそれぞれにより検出された前記反射波の強度を複数の時系列の信号として取得する工程と、
   前記取得された前記受信開口に対応する前記複数の時系列の信号から、前記受信開口の端に対応する振動子が出力した時系列の信号からもう一方の端に対応する振動子が出力した時系列の信号まで時系列に受信された信号を低減する工程と、
   前記時系列に受信された信号が低減された前記複数の時系列の信号に基づいて、超音波画像を生成する工程とを有することを特徴とする超音波装置の制御方法。