JP6014643B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、仮想音源を利用した開口合成法（仮想音源法）に基づいて超音波イメージを形成する超音波診断装置に関する。

まず超音波診断装置における典型的な送受信方式について説明しておく。送受信位置（又は送受信方位）を変化させながら、送信ビームの形成及び受信ビームの形成が繰り返される。詳しくは、送信時に、通常１つの送信焦点が形成され、砂時計のような形状をもった送信ビームが形成される。送信焦点付近において良好な走査方向分解能を得られるものの、送信焦点から浅い方又は深い方に離れるに従って走査方向分解能が低下する。受信時には、通常、受信ダイナミックフォーカス技術が適用される。すなわち、深さ方向に並んだ複数の受信点に対して順番に受信焦点が合うように受信焦点の深さが動的に変更される。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パラレル受信技術も知られている。いずれにしても、従来の典型的な送受信方式では、走査面上の各受信点が基本的に１つの送信ビームにのみ対応付けられている。

仮想音源を利用した開口合成法（仮想音源法）は、複数の送信焦点を複数の音源（仮想音源）とみなすことを前提とし、送信開口合成技術を用いて超音波イメージを形成する方法である（非特許文献１、特許文献１、特許文献２）。仮想音源法では、受信信号群の遅延処理に際して、従来から用いられている受信フォーカス用の遅延条件の他に、各仮想音源から出る球面波を観測するための遅延条件が加味される。仮想音源法の下で、パラレル受信を行えば（あるいは受信開口合成を行えば）、１つのサブイメージとしての１つの低解像度イメージ（Low Resolution Image(LRI)）が得られる。複数の送信ビームの形成により得られた複数の低解像度イメージを合成することにより、高解像度イメージとしての超音波イメージが形成される。仮想音源法では、低解像度イメージの合成時に、画素（各受信点）ごとに、複数の仮想音源に由来する複数の球面波成分がそれらの位相を合わせた上で加算される。低解像度イメージはスキャンコンバート処理の前後にかかわらず観念し得るものである。

なお、複数の仮想音源の形成により得られたデータセットに基づいて、複数のサブイメージを形成することなく、直接的に、超音波イメージを形成する手法も知られている。

特開昭６２−４７３４８号公報 特開平１０−２７７０４２号公報

S. I. Nikolov, et al. "Practical applications of synthetic aperture imaging", IEEE IUS, 2010. (BK Medical)

仮想音源法において、走査方向に並ぶ複数の送信焦点（仮想音源）を同じ深さに形成した場合、後に詳しく説明するように、隣接する低解像度イメージ間ごとに（あるいは走査面上における隣接仮想音源間ごとに）低音圧領域が生じてしまう。そのような低音圧領域は超音波イメージの画質を低下させるものである。なお、特許文献２には、振動子の各端部から出る球面波（エッジ波）を観測することにより、上記低音圧領域の問題を克服することが開示されている。しかし、その方法によって上記低音圧領域を十分に解消することは難しいと言わざるを得ない。

本発明の目的は、仮想音源法に基づいて形成される超音波イメージの画質を高めることにある。あるいは、本発明の目的は、隣接サブイメージ（低解像度イメージ）間に低音圧エリア又は低画質エリアが生じないように、あるいは、それがあまり生じないようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、走査面上において隣接仮想音源間に低音圧エリア又は低画質エリアがあまり生じないようにすることにある。

（１）本発明に係る超音波診断装置は、走査面上に複数の送信焦点として複数の仮想音源を形成する送信部と、前記各仮想音源の形成ごとに得られる受信信号列に対して仮想音源法に従う遅延加算処理を適用することによりサブイメージを形成するサブイメージ形成部と、前記複数の仮想音源に対応した複数のサブイメージを合成することにより超音波イメージを生成する合成部と、を含み、前記複数の仮想音源が前記走査面上に二次元的に広がる二次元仮想音源アレイを構成している、ことを特徴とするものである。

上記構成によれば、超音波ビーム走査エリアである走査面上に、一次元仮想音源アレイではなく、二次元仮想音源アレイが形成される。それは走査面上において二次元パターンをもって広がる複数の仮想音源（つまり複数の送信焦点）からなるものである。走査方向に並ぶ複数の仮想音源の深さを揃えた場合、個々の隣接サブイメージ間に低音圧エリアが不可避的に生じてしまう。これに対して、走査方向に並ぶ複数の仮想音源が少なくとも２種類以上の深さを有していれば、走査面全体として、低音圧エリアの発生個数を少なくでき（あるいはそれをゼロにでき）、又は、低音圧エリアの総面積を小さくできる（あるいはそれをゼロにできる）。望ましくは、少なくとも観察対象となる走査面内の主要部（中央部分）において、低音圧エリアが生じないように、複数の仮想音源についての二次元パターンが定められる。

上記構成において、送信ビームは、送信開口内の複数の振動素子を励振することにより形成される。望ましくは、上記の受信信号列は、受信開口内の複数の振動素子から出力される複数の素子受信信号からなるものである。仮想音源法に従う遅延加算処理は、少なくとも仮想音源から各受信点までの距離に対応する遅延時間が考慮された処理である。走査面上の少なくとも一部において、それに属する各受信点が複数の仮想音源に対応付けられ、つまり複数のサブイメージに覆われる。これによりその受信点について送信開口合成処理を適用できる。但し、走査面上の一部の受信点が１つの仮想焦点だけに対応付けられもよい。特に望ましくは、走査面上の実質的な全体において、各受信点が複数の仮想音源に対応付けられる。画質向上の観点からは、できるだけ多くの受信点ができるだけ多くの仮想音源に対応付けられるのが望ましい。望ましくは、受信時においてはパラレル受信技術が適用され、すなわち、１つの送信ビームの形成後に複数の受信ビームが並列的に形成される。上記のサブイメージは、個々の仮想音源ごとに生成される受信データ配列を表す概念である。望ましくは、サブイメージを構成する個々のデータは、検波処理される前のＲＦデータである。三次元データ取込空間中の少なくとも１つの平面（走査面）において、上記の二次元仮想音源アレイが形成されてもよい。

望ましくは、前記仮想音源アレイは、第１の深さに設定された複数の第１仮想音源と、前記第１の深さとは異なる第２の深さに設定された複数の第２仮想音源と、を含む。望ましくは、前記複数の第１仮想音源と前記複数の第２仮想音源が走査方向に交互に形成される。このような構成によれば、形状の異なる２種類のサブイメージが交互に得られることになるので、個々の隣接サブイメージ間から低音圧エリアを除外することが容易となる。

望ましくは、前記送信部は、第１開口サイズを有する第１送信開口から超音波を送波することにより前記第１の深さに設定された第１送信焦点を有する第１送信ビームを形成する機能と、前記第１開口サイズとは異なる第２開口サイズを有する第２送信開口から超音波を送波することにより前記第２の深さに設定された第２送信焦点を有する第２送信ビームを形成する機能と、を有し、前記サブイメージ形成部は、前記第１送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第１受信信号列に基づいて第１受信ビームデータ列を形成する機能と、前記第２送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第２受信信号列に基づいて第２受信ビームデータ列を形成する機能と、を有し、前記第１受信ビームデータに基づいて第１サブイメージが形成され、前記第２受信ビームデータに基づいて第２サブイメージが形成される。

望ましくは、前記第１送信ビームは、前記第１送信焦点から手前側に広がる小さな逆三角形エリアと、前記第１送信焦点から奥側に広がる大きな三角形エリアと、からなる第１ビーム形状を有し、前記第２送信ビームは、前記第２送信焦点から手前側に広がる大きな逆三角形エリアと、前記第２送信焦点から奥側に広がる小さな三角形エリアと、からなる第２ビームパターンを有する。ここで、手前側は、送信焦点から浅い側であり、奥側は送信焦点から深い側である。

望ましくは、前記サブイメージ形成部は、前記各仮想音源の形成ごとに得られる受信信号列に対して仮想音源法に従う遅延加算処理を適用することにより受信ビームデータ列を形成する遅延加算処理部と、前記受信ビームデータ列に対して重み分布を適用する重み付け部と、を含む。重み付け処理として、例えば、サブイメージ外に属する個々のデータを抑圧するための処理、サブイメージ内における音圧不均衡に対処するための重み付け処理、等があげられる。最終的な超音波イメージにおいて品質のむらができるだけ生じないように重み付け処理を行うのが望ましい。望ましくは、前記重み付け部は、前記受信ビームデータ列の内で送信ビームエリアから外れる部分に対して無効化用の重みを与える。この構成によれば、無効化対象となるデータ群を含んだサブイメージをいったん形成した上で、一般的な重み付けと同時に不要なデータ群を事後的に削除又は抑圧できる。

望ましくは、前記送信部は、第１開口サイズを有する第１送信開口から超音波を送波することにより前記第１の深さに設定された第１送信焦点を有する第１送信ビームを形成する機能と、前記第１開口サイズとは異なる第２開口サイズを有する第２送信開口から超音波を送波することにより前記第１の深さとは異なる第２の深さに設定された第２送信焦点を有する第２送信ビームを形成する機能と、を含み、前記遅延加算処理部は、前記第１送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第１受信信号列に基づいて第１受信ビームデータ列を形成する機能と、前記第２送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第２受信信号列に基づいて第２受信ビームデータ列を形成する機能と、を含み、前記重み付け部は、前記第１受信ビームデータ列に対して第１重み分布を適用することにより第１サブイメージを形成する機能と、前記第２受信ビームデータ列に対して第２重み分布を適用することにより第２サブイメージを形成する機能と、を含む。第１サブイメージの形成条件と第２サブイメージの形成条件とが相違するので、それぞれに応じた重み分布を用意しておき、適切な重み分布を適用するのが望ましい。更に、送信ビームごとに、つまり、走査方向の位置が異なるサブイメージごとに個別的に重み分布を用意しておいてもよい。

（２）後述する超音波診断装置は、走査面上に複数の送信焦点として複数の仮想音源を形成する送信部と、前記複数の仮想音源の形成により得られる複数の受信信号列をデータセットとして記憶する記憶部と、前記データセットに対して仮想音源法に従う遅延加算処理を適用することにより超音波イメージを生成する合成部と、を含み、前記複数の仮想音源が前記走査面上に二次元的に広がる二次元仮想音源アレイを構成している、ことを特徴とするものである。

上記構成においては、複数の送信焦点としての複数の仮想音源の形成によりデータセットが取得され、それに対して仮想音源法に基づく遅延加算処理を適用することにより超音波イメージが形成される。この処理では、複数のサブイメージを生成することなく、データセットから直接的に超音波イメージが生成される。そのような場合でも、複数の仮想音源が同じ深さに形成されると、走査面上における仮想音源間に低音圧領域が不可避的に生じてしまう。上記構成によれば、複数の仮想音源が二次元的に広がっているので、低音圧領域が生じることを回避又は低減できる。

望ましくは、前記仮想音源アレイは、第１の深さに設定された複数の第１仮想音源と、前記第１の深さとは異なる第２の深さに設定された複数の第２仮想音源と、を含む。望ましくは、前記複数の第１仮想音源と前記複数の第２仮想音源が走査方向に交互に形成される。

本発明によれば、仮想音源法に基づいて形成される超音波イメージの画質を高められる。あるいは、本発明によれば、隣接サブイメージ（低解像度イメージ）間に低音圧エリア又は低画質エリアがあまり生じないようにできる。あるいは、本発明によれば、走査面上において隣接仮想音源間に低音圧エリア又は低画質エリアがあまり生じないようにできる。

超音波診断装置における一般的な送受信方式を示す図である。 仮想音源に基づく送信開口合成法（仮想音源法）を示す図である。 複数のサブイメージ（低解像度画像）の生成を示す図である。 本発明に係る超音波診断装置の実施形態を示すブロック図である。 第１送受信ビームセットの第１例を示す図である。 第２送受信ビームセットの第１例を示す図である。 二次元仮想音源配列の第１例を示す図である。 二次元仮想音源配列の第２例を示す図である。 受信部での処理の第１例を説明するための概念図である。 受信部での処理の第２例を説明するための概念図である。 仮想音源法が適用された電子セクタ走査方式を示す図である。 第１送受信ビームセットの第２例を示す図である。 第２送受信ビームセットの第２例を示す図である。 受信部の他の構成例を示す図である。

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。

（１）一般的な送受信方式
まず、図１を用いて、一般的な送受信方式について説明する。アレイ振動子１０は、図１において、ｘ方向に沿って直線的に配列された複数の振動素子１１により構成される。図１において、ｘ方向が走査方向（方位方向）であり、ｚ方向が深さ方向（ビーム方向）である。アレイ振動子１０上に送信開口１２が設定され、それに属する複数の振動素子を一定の遅延関係をもって励振することにより送信ビーム１４が形成される。送信ビーム１４は、設定された深さに形成された送信焦点１６を有する。送信ビーム１４において、送信焦点よりも浅い側（上側）及び深い側（下側）は徐々に広がっている。なお、各図において、送信ビームは模式的に描かれている。

送信ビームの形成後、反射波を受波することにより素子受信信号列が得られる。その際に受信ダイナミックフォーカス技術が適用され、これにより電子的に受信ビームが形成される。符号１８は、受信ビームに相当する受信ビームデータを表している。受信開口内の複数の振動素子から出力された複数の素子受信信号に対して動的に遅延条件を変化させながら加算処理を適用することにより受信ビームデータ１８が得られる。受信ビームデータ１８は、深さ方向に並ぶ複数の受信点（サンプル点）に対応する複数の受信データ（エコーデータ）２０からなるものである。なお、送信開口と受信開口とを一致させる場合と両者を異ならせる場合とがある。

符号２２は、送信ビーム１４と、受信ビーム（図１では受信ビームに対応する受信ビームデータ１８が示されている）と、からなる送受信ビームセットを示している。方位方向（走査方向）の各位置において送受信ビームセット２２を形成することにより、１走査面分つまり１受信フレーム分に相当する複数の受信ビームデータ１８が得られる。なお、１つの送信ビーム１４当たり、走査方向に並んだ複数の受信ビームを形成するパラレル受信技術が適用される場合もある。

（２）仮想音源を利用した開口合成法（仮想音源法）
図２には仮想音源法の一例が示されている。図示の例では、アレイ振動子１０に対して送信用信号線列２４が接続されており、信号線列２４の途中から受信用信号線列２６が引き出されている。アレイ振動子１０に対しては送信開口Ｘ０が設定されており、それに属する複数の振動素子に対し、遅延カーブ２８で示される遅延関係を有する複数の送信信号が供給される。すると、送信ビーム３０ａが形成される。送信ビーム３０ａは送信焦点３２ａを有する。同様に、走査方向において送信位置を変えながら、送信ビーム３０ｂ、送信ビーム３０ｃ、・・・が形成される。それらは送信焦点３２ｂ、送信焦点３２ｃ、・・・を有する。図２において、それらの深さは同一であり、つまりＺ０である。なお、図２には示されていないが、この例では、送信ビームごとに、パラレル受信技術の適用により、送信ビームエリアの全体又は主要部をカバーするように、１回の送受信で、複数の受信ビームが形成される。

いま、受信点ｐに着目する。受信点ｐは図示の例において３つの送信ビーム３０ａ，３０ｂ，３０ｃに覆われている。換言すれば、３つの送信ビーム３０ａ，３０ｂ，３０ｃに対応付けられている。各送信焦点３２ａ，３２ｂ，３２ｃはそれぞれ仮想音源とみなせる（以下、場合により「送信焦点」を「仮想音源」と称する。）。つまり、その手前側及び奥側において、仮想音源を原点とした球面波を観念することができる。図２には、仮想音源３２ａから出た球面波が図示されている。受信点ｐには、３つの仮想音源３２ａ，３２ｂ，３２ｃに由来する３つの球面波成分３６ａ、３６ｂ、３６ｃが到達する。それらの位相を合わせて合成することにより、受信点ｐにおいて大きな振幅を観測することが可能である。つまり、例えば、送信ビーム３０ａ形成後の受信処理においては、受信点ｐにおいて通常の受信ダイナミックフォーカスを実現するための遅延条件に加えて、仮想音源３２ａと受信点ｐとの間の距離に応じた遅延条件を考慮して、遅延処理が実行される。図２においては、受信点ｐから受信開口内の特定の振動素子１１ａまでの距離が符号３８ａで示されおり、その際の伝搬時間はｔ２である。受信ダイナミックフォーカスでは、振動素子１１ａからの素子受信信号に対して、伝搬時間ｔ２に対応した遅延時間が与えられる。送信開口合成では、その信号に対して、球面波の伝搬時間ｔ１に対応した遅延時間が与えられる。同様の受信処理が送信ビーム３０ｂ，３０ｃの形成後の受信処理においても実行される。受信点ｐをカバーする送信ビーム数が多くなればなるほど（送信開口合成数が多くなればなるほど）、受信点においてより大きな振幅を得られ、つまり超音波イメージの画質を高められる。逆に言えば、仮想音源法では、超音波イメージの画質を高められるので、その分だけ送信ビーム本数を低減して、フレームレートを向上させることが可能である。

なお、仮想音源法では、受信点ｐにおいて、送信開口合成で用いられる仮想音源範囲（つまり仮想音源開口）は、受信点ｐが存在する深さでの送信ビームの走査方向幅に相当する。具体的には、受信点ｐが仮想音源３２ｂから離れれば離れるほど、深さ方向の距離Ｚ１に比例して、仮想音源開口Ｘ１が大きくなる。つまり、仮想音源法では、受信点の深さによらずに、常に同じｆ^＃（＝Ｚ１／Ｘ１）となる。このｆ^＃は、実際の送信開口Ｘ０と送信焦点距離Ｚ０とによって決まり、ｆ^＃＝Ｚ０／Ｘ０である。

図３には、複数のサブイメージ４０が示されている。１つのサブイメージ４０は、１つの送受信ビームセットに対応する。図示の例では、１つの送信ビーム４４ごとに、それをカバーするように、受信ビーム列４６が形成されている。受信ビーム列４６は、走査方向に並んだ複数の受信ビーム４６ａ〜４６ｅにより構成されている。但し、受信ビーム列４６において、送信ビーム４４のエリアからはみ出す部分は、画像化に適する感度を得られないので、無効とされている。例えば、受信ビーム４６ｄにおける送信焦点４５の近傍の区間４８は無効部分である。受信ビーム４６ｄにおけるそれ以外が有効部分である。無効部分のデータの無効化処理は、例えば、受信ビームデータ形成時に行うことができ、あるいは、後に説明するように事後的な重み付け処理時に行うことができる。

受信ビーム列４６は、二次元の受信データアレイを構成しており、それはサブイメージ５２として観念される。サブイメージ５２は送信開口合成処理前のイメージであるため低解像度イメージである。ちなみに、サブイメージ５２は、送信焦点４５よりも手前側に存在する逆三角形部分５２Ａと、送信焦点４５よりも奥側に存在する三角形部分５２Ｂと、からなる。図３に示す例では、超音波イメージを構成する複数のサブイメージがそれぞれ同じ形状を有している。

図３に示されるように、個々の隣接サブイメージ間に、隙間としての低音圧領域５８が生じている。図３では、個々の低音圧領域５８が菱形の図形で表されている。各低音圧領域５８は送信ビーム４４のエリアから外れる領域であり、画像化に適さない領域である。それ故に、受信ビームデータの処理においては上記のような無効化処理が適用されている。複数のサブイメージ５２を合成して超音波イメージを構成した場合、複数の低音圧領域５８に対応して複数の低画質領域が生じてしまう。このように、複数の仮想音源を一律に同じ深さに設定すると、超音波イメージの画質を高めることが困難である。

（３）超音波診断装置の構成
図４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いる。この超音波診断装置は、医療機関に設置され、人体に対して超音波診断を実行するものである。この超音波診断装置は、仮想音源法に従って超音波イメージを形成する機能を備えている。超音波イメージは、例えば、Ｂモード断層画像である。本実施形態では、後に詳述するように、上記で説明した低音圧領域が生じないように、複数の仮想音源が二次元に配列されている。

図４において、プローブ６０は、生体に当接した状態で超音波の送受波を行う送受波器である。プローブ６０はアレイ振動子を有している。アレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子的に走査される。電子走査方式として、本実施形態では電子リニア走査方式が利用されている。

送信部６２は、電子回路として構成された送信ビームフォーマーである。送信部６２からアレイ振動子に対して、所定の遅延関係をもった複数の送信信号が供給される。これにより送信ビームが形成される。走査方向に位置を異ならせながら、送信ビームが繰り返し形成される。本実施形態では、第１の深さの第１送信焦点を有する第１送信ビームと、第２の深さの第２送信焦点を有する第２送信ビームと、が交互に形成される。第１の深さは例えば浅い位置に設定され、第２の深さは、例えば、第１の深さよりも深い位置に設定される。第１送信ビームの形成に際しては、例えば、小さな第１送信開口が設定され、第２送信ビームの形成に際しては、例えば、第１送信開口よりも大きな第２送信開口が設定される。第１送信ビームの形状と第２送信ビームの形状は相互に相違する。以上のとおり、ビーム走査面上に、複数の送信焦点（つまり複数の仮想音源）の二次元パターンが構成される。これに関しては後に図５乃至図８を用いて詳述する。

受信部６４は、電子回路として構成された受信ビームフォーマーである。具体的には、受信部６４は、１つの送信ビーム当たり、複数の受信ビーム（複数の受信ビームデータ）を形成するパラレル受信機能を備えている。個々の受信ビームの形成に際しては受信ダイナミックフォーカス技術が適用される。具体的には、受信部は、遅延処理及び加算処理を実行する遅延回路及び加算回路を有している。その他にＡ／Ｄ変換器等を有する。遅延回路においては、受信開口から取り出された複数の素子受信信号に対して遅延処理が施される。その場合における遅延時間には、受信ダイナミックフォーカス用の遅延時間と、仮想音源（送信焦点）からの球面波成分用の遅延時間と、が含まれる。すなわち、仮想音源法に従った遅延処理が実行される。遅延処理後の複数の素子受信信号は加算回路において加算され、これにより受信ビームデータが得られる。実際には、時分割処理により、１つの送信ビーム当たり、複数の受信ビームデータが得られることになる。それらはサブイメージを構成する。個々の受信ビームデータは複数の受信点に対応する複数の受信データからなり、個々の受信データはＲＦ信号に相当する。

本実施形態においては、受信部６４は、複数のサブイメージを空間的に合成して超音波イメージを形成する合成回路を備えている。超音波イメージはスキャンコンバート前のデータアレイである。第１送信ビーム後の受信処理により、第１送信ビーム形状に従った形状を有する第１サブイメージが生成される。第２送信ビーム後の受信処理により、第２送信ビーム形容に従った形状を有する第２サブイメージが生成される。超音波ビームの走査に伴い、第１サブイメージと第２サブイメージとが交互に得られることになる。合成回路はそれらのサブイメージを順次加算し、最終的に超音波イメージを形成する。サブイメージの順次合成に際して、後述する重み付け処理が施される。受信部６４が有する機能については後に図９及び図１０を用いて説明する。

制御部６６は、ＣＰＵ及び動作プログラムにより構成され、それが有する送受信制御機能が図４においてブロック（送受信制御部）６８として示されている。送受信制御部６８は、仮想音源法を実現するために送信部６２及び受信部６４を制御している。二次元仮想音源配列を決定するパラメータ群は送受信制御部６８によって設定されている。

ビームデータ処理部７０は、検波回路、対数圧縮回路、等の回路を備えている。それらによって個々の受信ビームデータが段階的に処理される。それらの処理を経た受信ビームデータが画像形成部７２へ送られる。画像形成部７２は、電子回路としてのデジタルスキャンコンバータにより構成されている。それは、送受波座標系に従うデータアレイを表示座標系に従うデータアレイに変換する機能、データを補間する機能、フレームレートを調整する機能、等を有している。画像形成部７２において、表示フレームデータが生成され、それが表示処理部７４を経由して表示器７６に送られる。表示器には表示フレームデータが表示される。例えばＢモード断層画像が画面上に表示される。本実施形態では、送信開口合成時に生じる低音圧領域の発生が防止されているため、Ｂモード断層画像の画質を高められる。操作パネル７８は入力デバイスであり、それはトラックボール、キーボード等を有する。制御部６６は、図４に示されている各構成の動作制御を行うものである。

（４）二次元配列型の仮想音源法
図５及び図６には、本実施形態に係る超音波診断装置において、交互に形成される第１送受信ビームセット及び第２送受信ビームセットが模式的に示されている。

図５に示される第１送受信ビームセットは、第１の深さに存在する第１送信焦点８３を有する送信ビーム８２と、それを覆うように設けられた受信ビーム列８４と、からなる。符号８０は第１送信開口を示している。受信ビーム列８４は、走査方向に並ぶ複数の受信ビームにより構成され、センターの受信ビームを除いて、各受信ビームには送信ビームエリアを外れる部分としての無効部分が生じている。受信ビーム列は受信ビームデータ列に相当し、それはサブイメージ８６に相当する。

図６に示される第２送受信ビームセットは、第１の深さよりも深い第２の深さに存在する第２送信焦点９１を有する送信ビーム９０と、それを覆うように設けられた受信ビーム列９２と、からなる。符号８８は第２送信開口を示している。その第２送信開口８８は第１送信開口８０よりも大きい。受信ビーム列９２は、走査方向に並ぶ複数の受信ビームにより構成され、センターの受信ビームを除いて、各受信ビームには送信ビームエリアを外れる部分としての無効部分が生じている。受信ビーム列は受信ビームデータ列に相当し、それはサブイメージ９４に相当する。

図７には、走査方向に送受信位置を変えながら、第１送受信ビームセットと第２送受信ビームセットとを交互に繰り返し形成する場合の様子が示されている。まず、位置Ｃ１を中心として、送信開口（第１送信開口）Ａ１が設定され、送信焦点（第１送信焦点）Ｆ１を有する送信ビーム（第１送信ビーム）が形成される。その後、仮想音源法及びパラレル受信技術に従った遅延加算処理により複数の受信ビームデータが得られる。それがサブイメージ（第１サブイメージ）ＬＲＩ１である。サブイメージＬＲＩ１は、送信焦点Ｆ１よりも手前側に存在する小さな逆三角形エリアと、送信焦点Ｆ１よりも奥側に存在する大きな三角形エリアと、からなる。

次に、位置Ｃ２を中心として、送信開口（第２送信開口）Ａ２が設定され、送信焦点（第２送信焦点）Ｆ２を有する送信ビーム（第２送信ビーム）が形成される。その後、仮想音源法及びパラレル受信技術に従った遅延加算処理により複数の受信ビームデータが得られる。それがサブイメージＬＲＩ２である。サブイメージＬＲＩ２は、送信焦点Ｆ２よりも手前側に存在する大きな逆三角形エリアと、送信焦点Ｆ２よりも奥側に存在する小さな三角形エリアと、からなる。

それ以降、上記同様に、第１サブイメージの形成と第２サブイメージの形成とが交互に繰り返される。図７には、７つのサブイメージＬＲＩ１〜ＬＲＩ７が示されている。走査面上の主要な部分（中間部分）に属する個々の受信点には２つ又はそれ以上の送信ビームが対応付けられており、つまり、当該受信点は２つ又はそれ以上のサブイメージによって覆われている。走査面内には１つの送信ビームのみに対応付けられている幾つかの受信点もある。実際には多数の受信点のそれぞれが多数のサブイメージによって覆われる。なお、Ｃ１〜Ｃ７は個々のサブイメージの中心位置を示している。Ｆ１〜Ｆ７は個々のサブイメージ中の仮想音源（送信焦点）を示している。Ａ１〜Ａ７は個々の送信開口を示している。

以上のように第１サブイメージの形成と第２サブイメージの形成とを交互に繰り返すと、結果として、二次元ジグザグパターンをもった二次元仮想音源アレイが構成される。そのアレイにおいて、ある仮想音源の深さは、両隣の仮想音源の深さとは異なっている。図７に示されるように、複数のサブイメージの部分的なオーバーラップの繰り返しにより、複数の低音圧領域の発生が防止されている。すなわち、第１サブイメージの仮想音源の両隣エリアが、少なくとも、当該第１サブイメージの両隣に存在する２つの第２サブイメージによって覆われている。走査方向における仮想音源ピッチを小さくすることにより、個々の受信点を覆うサブイメージ数を増大できる。そこで、要求フレームレートを満たす限りにおいて、仮想音源ピッチを小さくするのが望ましい。超音波イメージにおいて黒抜け（イメージ欠落）を防止するには観察対象となる主要エリアにおいて個々の受信点が少なくとも１つのサブエリアにカバーされるように二次元仮想音源配列、送信ビーム形状等を定めるのが望ましい。

第１サブイメージと第２サブイメージとの間で走査方向分解能を均一にするためには、２つのサブイメージを形成するための２つの送信ビームの形成において、Ｆ^＃（つまり送信焦点距離／送信開口幅）を一定とするのが望ましい。

図８には、二次元仮想音源配列の第２例が示されている。この第２例では、走査方向において、仮想音源ピッチが最大限広げられている。この第２例でも、走査方向に送受信位置を変えながら、第１送受信ビームセットと第２送受信ビームセットとが交互に繰り返し形成される。

まず、位置Ｃ１ａを中心として、送信開口（第１送信開口）Ａ１ａが設定され、送信焦点（第１送信焦点）Ｆ１ａを有する送信ビーム（第１送信ビーム）が形成される。その後、仮想音源法及びパラレル受信技術に従った遅延加算処理により複数の受信ビームデータが得られる。それがサブイメージ（第１サブイメージ）ＬＲＩ１ａである。次に、位置Ｃ２ａを中心として、送信開口（第２送信開口）Ａ２ａが設定され、送信焦点（第２送信焦点）Ｆ２ａを有する送信ビーム（第２送信ビーム）が形成される。その後、仮想音源法及びパラレル受信技術に従った遅延加算処理により複数の受信ビームデータが得られる。それがサブイメージ（第１サブイメージ）ＬＲＩ２ａである。この第２例では、送信焦点Ｆ１ａを有する送信ビームの前縁（走査方向前側の縁）に対して、送信焦点Ｆ２ａを有する送信ビームの後縁（走査方向後側の縁）に隙間無く僅かに重複するように、送信開口Ａ２ａ、送信焦点Ｆ２ａ等が設定されている。

以下同様に、３番目以降の各サブイメージＬＲＩ３ａ〜ＬＲＩ７ａが順次形成される。その場合においても、前に形成されたサブイメージに対して部分的に僅かに重複するように次に形成されるサブイメージの位置及び形状が定められている。なお、Ｃ１ａ〜Ｃ７ａは個々のサブイメージの中心位置を示している。Ｆ１ａ〜Ｆ７ａは個々のサブイメージ中の仮想音源（送信焦点）を示している。Ａ１ａ〜Ａ７ａは個々の送信開口を示している。

この第２例によると、多くの受信点において送信開口合成数が少なくなるが（１つになってしまうが）、超音波イメージにおいて画像欠落を防止することは可能であり、しかもフレームレートを大幅に引き上げられる。診断の目的その他に応じて仮想音源ピッチを含むその二次元配列を切り換えられるように構成するのが望ましい。

（５）受信部の構成
図９には、受信部における処理内容の第１例が示されている。個々のブロックはハードウエア回路によって構成され得る。遅延加算処理１００では、仮想音源法に従った遅延処理が適用される。本実施形態ではパラレル受信技術も適用される。具体的には、遅延加算処理１００では、素子受信信号列に対する遅延処理、及び、遅延処理後の素子受信信号列に対する加算処理、が実行される。素子受信信号列に対する遅延加算処理１００により受信ビームデータ列１０２が構成される。具体的には、第１送信ビームに対応する第１受信ビームデータ列と、第２送信ビームに対応する第２受信ビームデータ列と、が交互に生成される。それらは第１サブイメージ及び第２サブイメージを構成するものである。

重み分布記憶部１０６はメモリにより構成される。重み分布記憶部１０６は、少なくとも、第１受信ビームデータ列に対して適用する第１重み分布１０８Ａと、第２受信ビームデータ列に対して適用する第２重み分布１０８Ｂと、を備えている。実際には、送受信位置によって送受信条件が異なるために、本実施形態では、送信ビームごとに、つまり受信ビームデータ列ごとに、重み分布が用意されている。重み処理１０４では、個々の受信ビームデータ列に対してそれに対応する重み分布が適用され、これにより、重み付け処理後の第１受信ビームデータ列１０２Ａと重み付け処理後の第２受信ビームデータ列１０２Ｂとが交互に生成される。加算処理１０８では、重み付け処理後の複数の受信ビームデータ列が合成され、超音波イメージ１１０が生成される。この処理は送信開口合成に相当するものである。実際には、超音波イメージ１１０は走査方向に並ぶ複数の受信ビームデータからなるものである。送信開口合成に際してライン間補間処理、フレーム間補間処理、等が適用されてもよい。超音波イメージ１１０は後段のビームデータ処理回路へ送られる。

図９に示した第１例では、重み処理１０４において、送信ビームエリアから外れるデータを無効化する除外処理が実行される。つまり、送信ビームエリアから外れる地点に対しては重み０が乗算される。このように送信ビームエリア内における重み付けと一緒に送信ビームエリア外に対する無効化処理を実行すれば演算量を削減でき、ハードウエア構成を簡略化できる。

これに対して、図１０に示される第２例では、遅延加算処理１１２の段階で、送信ビームエリアから外れるデータに対して無効化処理が施されている。すなわち、遅延加算処理では、仮想音源法及びパラレル受信技術に従った遅延処理が実行された上で加算処理が実行される。その際のいずれかの段階において、送信エリアから外れるデータが除外される。例えば、送信エリア内のデータだけを抽出するゲート処理を施してもよい。これにより、無効化処理後の第１及び第２受信ビームデータ１１４Ａ，１１４Ｂが生成される。重み処理１１６においては、第１及び第２受信ビームデータ１１４Ａ，１１４Ｂに対して、第１及び第２重み分布１２０Ａ，１２０Ｂが乗算される。その際においてはこの第２例では送信ビームエリア内の重み付け処理だけが実行される。実際には個々の受信ビームデータごとに専用の重み分布を用意しておくのが望ましい。重み処理後の第１及び第２受信ビームデータ１１４Ａ’，１１４Ｂ’が加算処理１０８に送られ、最終的に超音波イメージ１１０が生成される。

（６）他の実施形態
図１１には仮想音源法に基づく電子セクタ走査方式が示されている。通常、アレイ振動子１１７の全体が送信開口及び受信開口を構成する。電子セクタ走査においても、方位方向に第１送信ビームと第２送信ビームとが交互に形成される。図示の例では、第１送信焦点１２０を有する第１送信ビーム１２６、第２送信焦点１２２を有する第２送信ビーム１２８、第１送信焦点１２４を有する第１送信ビーム１３０が順次形成されている。走査面１１８において、複数の送信焦点つまり複数の仮想音源が二次元ジグザグパターンを構成しており、その点において図７及び図８に示した実際形態と同じである。複数のサブイメージを形成した場合に、この態様においても、隣接サブイメージ間に低音圧領域が生じることが確実に防止されている。

電子セクタ走査方式においては、例えば図１２及び図１３に示すような受信ビーム列を構成してもよい。図１２には上記第１送信ビーム１４０に対応して形成される第１受信ビーム列１４６が示されている。それは送信焦点１４２で互いにクロスする複数の受信ビーム１４８からなる。図１３には上記第２送信ビーム１３２に対応して形成される第２受信ビーム列１３６が示されている。それは送信焦点１３４で互いにクロスする複数の受信ビーム１３８からなる。このような構成によれば、受信ビームデータが送信ビームエリアからはみ出ないので、それに対する無効化処理が不要である。

以上のように、仮想音源法において、均一の深さに複数の仮想音源を設定した場合、個々の仮想音源の左右に低音圧領域が生じるが、以上のような二次元仮想音源配列によれば、そのような低音圧領域の生成を防止することができる。パラレル受信技術においては、送信ビームの中心点に対する個々の受信ビームデータの位置に応じて感度や分解能が相違するので、また、開口合成法においては各受信点において複数の受信データを合成する際に個々の受信データ間で感度や分解能が相違するので、それらを踏まえて重み付け処理を適用するのが望ましい。その際に有効エリアから外れたデータの無効化処理を一緒に行えばデータ処理効率を高められる。

上記処理において、送信ビームエリアの縁は、例えば、走査方向において音圧ピークから音圧が所定dB(例えば−3dB)降下した地点として定めることができる。また上記処理において、受信ビームを形成することなく、仮想音源法を用いて超音波イメージを形成することも可能である。その場合、所定の順序で、受信点ごとに受信開口処理が実行され、これにより画素データ配列が生成される。その場合においても、受信点で球面波の位相が合うように遅延条件が設定される。

図１４には、第２の実施形態における受信部の構成例が示されている。送信部の構成は、既に説明したものと同じである。すなわち、走査面上に二次元仮想音源アレイが形成される。各仮想音源の形成ごとに、受信信号列（受信開口からの複数の素子受信信号）が得られ、それは記憶部１５０に順次格納される。複数の仮想音源の形成により得られる複数の受信信号列が記憶部１５０に格納される。複数の受信信号列はデータセットを構成するものである。合成部１５２は、データセットを用いて、仮想音源法に基づく整相加算処理を実行することにより、超音波イメージを形成する。この第２の実施形態では、複数のサブイメージを形成することなく、データセットから直接的に超音波イメージが形成されている。この第２の実施形態においても、複数の仮想音源が二次元的に広がったアレイを構成しているので、走査面上において隣接仮想音源間に生じる低音圧領域又は低画質領域を除外又は軽減することが可能である。

なお、三次元空間内に形成される個々の走査面上に上記二次元仮想音源アレイが形成されてもよい。更に、上記手法を発展させて仮想音源法に基づく三次元整相加算処理を実現するようにしてもよい。

１０ アレイ振動子、Ａ１〜Ａ７ 送信開口、Ｆ１〜Ｆ７ 送信焦点（仮想音源）、Ｃ１〜Ｃ７ 送信ビーム中心位置、ＬＲＩ１〜ＬＲＩ７ サブイメージ（低解像度イメージ）、１００ 遅延加算処理、１０４ 重み処理、１０６ 重み分布記憶部、１０８ 加算処理。

Claims (10)

1. 走査面上に複数の送信焦点として複数の仮想音源を形成する送信部と、
   前記各仮想音源の形成ごとに得られる受信信号列に対して仮想音源法及びパラレル受信法に従う遅延加算処理を適用することによりサブイメージを形成するサブイメージ形成部と、
   前記複数の仮想音源に対応した複数のサブイメージを合成することにより超音波イメージを生成する合成部と、
   を含み、
   前記複数の仮想音源が前記走査面上に二次元的に広がる二次元仮想音源アレイを構成しており、
   前記サブイメージ形成部は、
   前記各仮想音源の形成ごとに得られる受信信号列に対して前記遅延加算処理を適用することにより受信ビームデータ列としてのサブイメージを形成する遅延加算処理部と、
   前記仮想音源ごとに形成された各サブイメージに対して、送信ビームエリアから外れる部分に対して無効化用の重みを与える作用をもった重み分布を適用する重み付け部と、
   を含み、
   前記各サブイメージは前記各送信ビームエリアをカバーする形態を有し、
   前記重み分布が適用された後の各サブイメージは前記各仮想音源から手前側に存在する逆三角形部分と前記各仮想音源から奥側に存在する三角形部分とを含む形態を有し、
   前記合成部は、前記重み分布が適用された後の複数のサブイメージを合成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記仮想音源アレイは、第１の深さに設定された複数の第１仮想音源と、前記第１の深さとは異なる第２の深さに設定された複数の第２仮想音源と、を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記複数の第１仮想音源と前記複数の第２仮想音源が走査方向に交互に形成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記送信部は、
   第１開口サイズを有する第１送信開口から超音波を送波することにより前記第１の深さに設定された第１送信焦点を有する第１送信ビームを形成する機能と、
   前記第１開口サイズとは異なる第２開口サイズを有する第２送信開口から超音波を送波することにより前記第２の深さに設定された第２送信焦点を有する第２送信ビームを形成する機能と、
   を有し、
   前記遅延加算処理部は、
   前記第１送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第１受信信号列に基づいて第１受信ビームデータ列としての第１サブイメージを形成する機能と、
   前記第２送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第２受信信号列に基づいて第２受信ビームデータ列としての第２サブイメージを形成する機能と、
   を有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記第１送信ビームは、前記第１送信焦点から手前側に広がる小さな逆三角形エリアと、前記第１送信焦点から奥側に広がる大きな三角形エリアと、からなる第１ビーム形状を有し、
   前記第２送信ビームは、前記第２送信焦点から手前側に広がる大きな逆三角形エリアと、前記第２送信焦点から奥側に広がる小さな三角形エリアと、からなる第２ビーム形状を有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記重み付け部は、前記仮想音源ごとに形成された各サブイメージに対して前記仮想音源ごとに異なる重み分布を適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１記載の装置において、
   前記重み分布は、前記送信ビームエリアから外れる部分に対して無効化用の重みを与える作用と、前記送信ビームエリア内に対して重みを与える作用と、を有するものである、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記送信部は、
   第１開口サイズを有する第１送信開口から超音波を送波することにより第１の深さに設定された第１送信焦点を有する第１送信ビームを形成する機能と、
   前記第１開口サイズとは異なる第２開口サイズを有する第２送信開口から超音波を送波することにより前記第１の深さとは異なる第２の深さに設定された第２送信焦点を有する第２送信ビームを形成する機能と、
   を含み、
   前記遅延加算処理部は、
   前記第１送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第１受信信号列に基づいて第１受信ビームデータ列としての第１サブイメージを形成する機能と、
   前記第２送信ビームの形成後に反射波を受信して得られる第２受信信号列に基づいて第２受信ビームデータ列としての第２サブイメージを形成する機能と、
   を含み、
   前記重み付け部は、
   前記第１サブイメージに対して、第１送信ビームエリアから外れる部分に対して無効化用の重みを与える作用を有する第１重み分布を適用することにより第１サブイメージを形成する機能と、
   前記第２サブイメージに対して、第２送信ビームエリアから外れる部分に対して無効化用の重みを与える作用を有する第２重み分布を適用することにより第２サブイメージを形成する機能と、
   を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項１記載の装置において、
   前記複数の送信焦点は電子リニア走査により形成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
10. 請求項１記載の装置において、
    前記複数の送信焦点は電子セクタ走査により形成される、
    ことを特徴とする超音波診断装置。