JP6035424B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体に探触子を当てて超音波を送信し、被検体内で反射した超音波を受信し、被検体内の内部構造を画像化する超音波撮像技術に関するものである。

超音波撮像技術とは、超音波（聞くことを意図しない音波、一般的には２０ｋＨｚ以上の高周波数の音波）を用いて人体をはじめとする被検体の内部を非侵襲的に画像化する技術である。例えば、医用超音波撮像装置は、超音波探触子から超音波ビームを被検体の体内に向けて送信し、体内からのエコー信号を受信する。受信信号には、受信ビームフォーマによって整相処理を施した後、画像処理部によって超音波画像が生成される。

超音波探触子から被検体への超音波ビームの送信方法には、扇形に広がる超音波ビームを送信する拡大送信と、被検体内に超音波ビームの送信焦点を配置して超音波ビームを収束させる収束送信の２種類がある。収束送信は、送信音圧が大きいため、高調波成分を画像化する方法(Tissue Harmonic Imaging：ＴＨＩ）等に適している。ＴＨＩ撮像を用いることにより、サイドローブや多重反射によるアーチファクトを軽減でき、コントラストが向上する。

収束送信では、焦点を音源とみなして受信ビームフォーミングを行う仮想音源法が用いられる。しかしながら、仮想音源法では送信焦点近傍の遅延量を精度よく求めることができないという問題がある。特許文献１には、収束送信を行う超音波撮像において、仮想音源法を改良した方法を用いて、開口合成を行う技術を開示している。具体的には、超音波ビームのエネルギが焦点に収束する領域（特許文献１の図２の領域Ａ）では、焦点を仮想音源とみなして開口合成を行い、その周辺の超音波エネルギが拡散する領域（領域Ｂ，Ｃ）では、探触子の端部から球面波が放射されたとみなして開口合成を行う。また、特許文献１には、領域Ｂ，Ｃのさらに外側のサイドローブ領域（特許文献１の図６の領域Ｄ，Ｅ)においては、開口合成を行わないことも開示している。

特開平１０−２７７０４２号公報

特許文献１に記載の技術で遅延量を求める領域Ａ、Ｂ、Ｃは、いずれもメインローブの範囲内であり、その外側のサイドローブが照射される範囲の情報を利用することができない。よって、情報取得可能な範囲が狭く、高速撮像を実現するのは難しい。

ここで、仮想音源法が送信焦点近傍の遅延量を精度よく求めることができない理由について、図１を用いて説明する。仮想音源法により遅延量を求めるには、被検体内の音速と音波伝搬時間が必要である。音波伝搬時間は、音波送信の開始トリガからある撮像点までの往路伝搬時間と、ある撮像点から探触子アレイの各素子までの復路伝搬時間とに分けられる。図１において撮像点２００の往路伝搬時間を求めるには、まず送信口径中心点２０２から送信焦点２０３までの伝搬時間を求め、その値から送信焦点２０３から撮像点２００までの伝搬時間を減算する。また、撮像点２０１の往路伝搬時間を求めるには、まず送信口径中心点２０２から送信焦点２０３までの伝搬時間を求め、その値に送信焦点２０３から撮像点２０１までの伝搬時間を加算する。減算するか加算するかは、撮像点が送信焦点２０３よりも探触子アレイ１００側にあるか否かで決まり、探触子アレイ１００側に撮像点があれば減算し、逆側に撮像点があれば加算する。

撮像点２００を通り、送信焦点２０３を中心とした円弧２０４、２０５は、それぞれ同位相面を表し、この円弧２０４、２０５上にある撮像点の往路伝搬時間はすべて同じ値となる。図１において、交差した点線２０６は、探触子アレイ１００のうち送信ビームを送信した複数素子の列の両端と送信焦点２０３とを幾何学的に結んだ線（送信音波端２０６）であり、超音波ビームの回折や拡散を考慮しない場合の送信ビームの照射範囲を示す。送信音波端２０６で挟まれた領域の内側に撮像点が位置する場合には、仮想音源法により精度よく遅延量を計算できる。

しかし、図２の撮像点３００、３０１のように、送信音波端２０６の外側で、かつ、同位相面３０４上に撮像点が位置する場合、実際の往路伝搬時間に大きな差はないが、撮像点３００は、送信焦点２０３よりも探触子アレイ１００に近い側にあり、撮像点３０１は送信焦点２０３よりも探触子アレイ１００から遠い側にあるため、仮想音源法で求める遅延量には大きな差が生じる。すなわち、撮像点３００は、往路伝搬時間を算出する際には送信口径中心点から送信焦点２０３までの伝搬時間から、送信焦点２０３から撮像点３００までの伝搬時間を減算するのに対し、撮像点３０１は、送信口径中心点から送信焦点２０３までの伝搬時間に、送信焦点２０３から撮像点３０１までの伝搬時間を加算する。このため、両者には大きな差が生じる。また、撮像点３００と撮像点３０２の往路伝搬時間は実際には異なるが、仮想音源法を用いて計算すると同じ値となる。撮像点３０１と撮像点３０３についても同様なことが起こる。

このように、仮想音源法では、送信焦点近傍で、かつ、送信音波端２０６の外側の撮像点については音波伝搬時間を正確に計算できないため、遅延量計算の精度が悪くなる。

本発明は、上記のような問題を解決するものであり、収束送信を行った場合でも、広い範囲の撮像点について精度の高い遅延量を求めることが可能な超音波撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の超音波撮像装置は、所定の方向に沿って複数の超音波素子を配列した超音波素子アレイと、超音波素子アレイが被検体内に送波する超音波ビームを形成する送信ビームフォーマと、被検体内で反射した超音波を前記超音波素子アレイで受波した複数の受信信号を遅延させて整相する受信ビームフォーマと、前記受信ビームフォーマの出力結果を用いて画像データを生成する画像処理部とを有する。送信ビームフォーマは、超音波ビームの送信焦点を被検体内に形成する収束送信を行う。受信ビームフォーマは、送信焦点を仮想音源とみなして受信信号の遅延量を求める仮想音源法遅延量演算部と、仮想音源法遅延量演算部の求めた遅延量を撮像点の位置に応じて補正する補正演算部とを備える。

本発明の超音波撮像装置によれば、仮想音源法により求めた遅延量を補正することができるため、収束送信を行った場合でも、広い範囲の撮像点について精度の高い遅延量を求めることができる。これにより、高精度な超音波画像を得ることができる。

仮想音源法による遅延量計算の概略を説明する図 仮想音源法の送信焦点近傍における問題点を説明する図 第１の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図 第１の実施形態の補正後の遅延量を求める原理を説明する図 第１の実施形態の点８０３の遅延量（Ｄ_２）を求める式を説明する図 送信焦点深さにおける送信音波波面の形状を示す説明図 第１の実施形態の重み値ａの関数を示すグラフ 第１の実施形態において、走査線９０１に沿った撮像点について補正後の遅延量を求める原理を説明する図 第１の実施形態の受信ビームフォーマの動作を示すフローチャート 第２の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図 第３の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図 第４の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図 第４の実施形態の送信間合成部１３００の開口合成処理を説明する図 第５の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図 （ａ）従来の超音波診断装置の整相範囲１０５ａを示す説明図、（ｂ）第５の実施形態の整相範囲１０５ｂを示す説明図 （ａ）従来の通常撮像の整相範囲１０５ａと画像生成範囲５０１を示す説明図、（ｂ）従来の整相範囲１０５ａで高速撮像を行った場合の画像生成範囲５０１を示す説明図、（ｃ）第５の実施形態の整相範囲１０５ｂと画像生成範囲５０１を示す説明図 第６の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の超音波撮像装置は、例えば図３に示すように、所定の方向に沿って複数の超音波素子６００を配列した超音波素子アレイ（探触子アレイ）１００と、送信ビームフォーマ６０２と、受信ビームフォーマ６０３と、画像処理部６０５とを備えている。送信ビームフォーマ６０２は、超音波素子アレイ１００が被検体内に送波する超音波ビーム１０４を形成する。受信ビームフォーマ６０３は、被検体内で反射した超音波を超音波素子アレイ１００で受波した複数の受信信号を遅延させて整相する。画像処理部６０５は、受信ビームフォーマ６０３の出力結果を用いて画像データを生成する。

送信ビームフォーマ６０２は、超音波ビーム１０４の送信焦点２０３を被検体内に形成する収束送信を行う。受信ビームフォーマ６０３は、送信焦点２０３を仮想音源とみなして受信信号の遅延量を求める仮想音源法遅延量演算部６０９と、仮想音源法遅延量演算部６０９の求めた遅延量を撮像点の位置に応じて補正する補正演算部６１０とを備える。

例えば、被検体内に超音波ビーム１０４を送信する超音波素子６００のうち両端に位置する超音波素子６００ａ、６００ｂと、送信焦点２０３とを結ぶ２本の線である送信音波端２０６よりも外側に撮像点（例えば図４の撮像点８０２）が位置する場合、補正演算部６１０は、撮像点８０２について仮想音源法遅延量演算部６０９が求めた遅延量（Ｄ_１）を補正する。

具体的には、図４のように、補正演算部６１０は、送信音波端２０６よりも外側に撮像点８０２が位置する場合、撮像点８０２について仮想音源法遅延量演算部６０９が求めた遅延量（Ｄ_１）を、点８０３について仮想音源法により求めた遅延量（Ｄ_２）を用いて補正する。点８０３は、送信音波端２０６の線上、または、２本の送信音波端２０６の間、に位置する点である。点８０３は、撮像点８０２に最も近い送信音波端２０６上に投影した点であることが、計算量を低減できるため好ましい。撮像点８０２の送信音波端２０６への投影は、例えば、超音波ビーム１０４の音軸７０２に直交する方向について撮像点８０２を移動させることにより行う。

補正演算部６１０は、例えば、上記遅延量（Ｄ_１）と遅延量（Ｄ_２）とを重み付けして加算することにより、補正後の遅延量Ｄを得る。重み付けの重み値は、例えば、撮像点８０２と送信焦点２０３とを結ぶ線が超音波ビーム１０４の音軸７０２となす角θ（図５）の変数とする関数を用いる。

以下、さらに具体的に説明する。図３のように、送信ビームフォーマ６０２ならびに受信ビームフォーマ６０３と、超音波素子アレイ１００との間には、送受信信号を分離する送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）６０４が配置されている。画像処理部６０５には、その制御を行う制御部６０６と、画像データを表示する画像表示部６０７が接続されている。制御部６０６には、撮像条件は画像生成条件等の設定等を行うコンソール６０８が接続されている。

仮想音源法遅延量演算部６０９は、仮想音源法により送信焦点２０３に仮想音源が位置するとして、所望の撮像点の送信焦点２０３からの距離に応じて受信信号の遅延量（Ｄ_１）を求める。仮想音源法による遅延量の演算方法は、広く知られた方法であるのでここでは詳細な説明を省略するが、図１を用いて説明したように、被検体内の音速と音波伝搬時間を用いて遅延量を演算する。音波伝搬時間は、送信ビームフォーマ６０２における超音波ビーム１０４の送信開始トリガから撮像点までの往路伝搬時間と、撮像点から超音波素子アレイ１００の超音波素子６００までの復路伝搬時間とに分かれている。往路伝搬時間は、撮像点が送信焦点２０３よりも超音波素子アレイ１００側にある場合(例えば撮像点２００（図１）の場合）には、送信口径中心点２０２から送信焦点２０３までの伝搬時間から、送信焦点２０３から撮像点２００までの伝搬時間を減算する。撮像点が送信焦点２０３よりも超音波素子アレイ１００から遠い位置にある場合(例えば撮像点２０１の場合）には、送信口径中心点２０２から送信焦点２０３までの伝搬時間に、送信焦点２０３から撮像点Ｂ２０１までの伝搬時間を加算し、往路伝搬時間とする。このように仮想音源法では、送信焦点２０３からの距離に応じて往路伝搬時間が決まり、送信焦点２０３を中心とした同心円の円弧２０４が同位相面（送信音波波面）を表す。

しかしながら、実際の送信音波波面をシミュレーションで求めたところ、図６に示すように、送信焦点２０３近傍の送信音波波面７００は、送信音軸７０２に対して垂直に近い、言い換えると超音波素子アレイ１００の表面に対して水平に近い形状となっている。（なお、図６において、送信音波波面７００は、ある値以上の音の強さを持つ領域を示しているため、波面７００は送信音軸方向に幅を持っている。）このことから、実際の送信音波波面は、送信焦点２０３近傍では送信焦点２０３を中心とした同心円ではなく、送信焦点２０３に近づくほど曲率が小さくなり、送信焦点２０３においては直線に近い波面であることが推察される。そのため、送信焦点２０３の近傍は、仮想音源法では精度よく遅延量を求めることができない。

そこで、本実施形態では、補正演算部６１０が、仮想音源法遅延量演算部６０９が所望の撮像点について求めた遅延量（Ｄ_１）を補正した遅延量（Ｄ）を求める。これにより、送信焦点２０３の近傍の遅延量（Ｄ）を、精度よく求めることができる。また、撮像点が送信音波端２０６よりも外側に位置する場合であっても精度よく遅延量（Ｄ）を求めることが可能になる。

図４を用いて、補正演算部６１０による補正演算を説明する。例えば、撮像点８０２の遅延量（Ｄ）は、仮想音源法遅延量演算部６０９が求めた遅延量（Ｄ_１）と、撮像点８０２を送信音波端２０６の線上、または、２本の送信音波端２０６の間、に投影した点８０３について仮想音源法により求めた遅延量（Ｄ_２）とを用いて求める。具体的には、点８０３は、音軸７０２や、送信音波端２０６や、送信音波端２０６で挟まれた領域内の予め定めた任意の線上に、撮像点８０２を投影した点である。投影は、それらの線上に、撮像点８０２を音軸７０２に直交する方向について撮像点８０２を移動させることにより行う。

点８０３について仮想音源法により求めた遅延量（Ｄ_２）は、仮想音源法遅延量演算部６０９が演算により求めることも可能であるが、撮像点８０２について求めた遅延量（Ｄ_１）の値から計算により求めることも可能である。遅延量（Ｄ_１）から遅延量（Ｄ_２）を求めることにより、受信ビームフォーマ６０３の計算量を低減することができる。具体的には、点８０３を送信音波端２０６上の点とする場合、式（１）により、遅延量（Ｄ_２）を遅延量（Ｄ_１）の値から求めることができる。
（数１）
Ｄ_２＝（Ｄ_１|cosθ|）／cosθ_１ ・・・（１）

ただし、θ_１は、送信音波端２０６と音軸７０２がなす角、θは、撮像点と送信焦点２０３とを結ぶ線が音軸７０２となす角である。

補正演算部６１０は、撮像点８０２について仮想音源法により求めた遅延量Ｄ_１と、点８０３について仮想音源法により求めた遅延量（Ｄ_２）を式（２）のように重み付けして加算することにより、補正後の撮像点８０２の遅延量Ｄを求める。

式（２）において、ａは、重み値であり、以下の式（３）により求められる。

式（３）のように重み値ａは、sinθを変数とした関数であり、ここでは図７のグラフのような重み値ａを用いる。sinθの絶対値が、sinθ_１の絶対値より小さい場合、撮像点８０２ａは、図４のように、送信音波端２０６で挟まれた領域にある。このため、ａ＝１が設定され、式（２）のＤ_２の重み（（ａ−１）／ａ）は０になり、遅延量Ｄ＝Ｄ_１となる。すなわち、撮像点８０２ａが、送信音波端２０６で挟まれた領域にあるときは、遅延量（Ｄ）は、仮想音源法遅延量演算部６０９により求めた遅延量（Ｄ_１）と等しくなる。

sinθの絶対値が１の場合、撮像点８０２ｃは、図４のように送信焦点２０３に対して水平な位置にある。この場合、図７のようにａ＝ａ_０（ただし、ａ_０は、ａ_０＞１の定数である。）が設定され、式（２）の右辺において第１項のＤ_１の重み（１／ａ）よりも、第２項のＤ_２の重み（（ａ−１）／ａ）の方が大きい遅延量Ｄが設定される。

sinθの絶対値が、sinθ_１の絶対値以上で１未満のときは、図７のようにａは、sinθの値に応じて１よりも大きくａ_０よりも小さい値が設定され、遅延量Ｄは、式（２）の右辺においてsinθの絶対値がsinθ_１の絶対値と同じときよりも第２項のＤ_２の重みが大きくなり、sinθの絶対値が１のときよりもＤ_２の重みが小さくなる。

これにより、図８に示すように走査線９０１上に位置する撮像点のうち、送信音波端２０６で挟まれた領域内に位置する撮像点８０２ａ、８０２ｅには、仮想音源法で求めた遅延量（Ｄ_１）が設定される。送信音波端２０６の外側に位置する撮像点８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄについては、これらの点と送信焦点２０３とを結ぶ線が音軸７０２となす角θに応じた遅延量（Ｄ）が設定される。これにより、撮像点が、送信焦点２０３の近傍や、送信音波端２０６よりも外側に位置する場合であっても精度よく遅延量（Ｄ）を求めることが可能になる。

上述の受信ビームフォーマ６０３の全体の動作を図９を用いて説明する。受信ビームフォーマ６０３は、例えばＣＰＵとプログラムを格納したメモリにより構成され、ＣＰＵがプログラムを読み込んで実行することにより、仮想音源法遅延量演算部６０９と補正演算部６１０の動作を実現する。

まず、図９のステップ１９０１において、受信ビームフォーマ６０３の仮想音源法遅延量演算部６０９は、送信ビームフォーマ６０２から送信焦点の位置を受け取り、制御部６０６から走査線９０１の位置を受け取る。走査線９０１上の所定の間隔の複数の撮像点についてそれぞれ、仮想音源法により遅延量（Ｄ_１）を算出する。

つぎに、ステップ１９０２では、補正演算部６１０が、ステップ１９０１で撮像点ごとの遅延量（Ｄ_１）から、上述した式（１）により、撮像点を送信音波端２０６に投影した場合の遅延量（Ｄ_２）を求める。ただし、式（１）のθ_１は、送信ビームフォーマ６０２から受け取った送信焦点２０３の深さおよび駆動した超音波素子６００の両端位置から演算により求めた値を用いる。もしくは、θ_１として、送信焦点２０３の深さごとに予め求めておいた値を用いてもよい。一方θは、走査線９０１上の撮像点と送信焦点２０３の位置から演算により求めた値を用いる。もしくは、θとして、撮像点および送信焦点２０３の組み合わせごとに予め求めておいた値を用いてもよい。さらに、補正演算部６１０は、式（３）にθ_１およびθを代入して、撮像点ごとに重み値ａを求める。求めたａ、Ｄ_２およびステップ１９０１で求めた遅延量Ｄ_１を式（２）に代入して、補正後の遅延量（Ｄ）を算出する。

ステップ１９０３に進み、補正演算部６１０は、各超音波素子６００の受信信号を送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）６０４を介して受け取り、補正後の遅延量（Ｄ）で遅延させ、加算することにより整相する。これを走査線９０１上の各撮像点について行うことにより、走査線９０１の撮像点ごとに受信信号を整相して１ラスターの像（整相出力）を生成し、画像処理部６０５に受け渡す。

画像処理部６０５は、複数の走査線９０１の整相出力（ラスター）を並べる等の処理を行い、超音波撮像画像を生成し、画像表示部６０７に表示する。

上述してきたように、本発明では、仮想音源法による遅延量（Ｄ_１）を補正した遅延量（Ｄ）を求めることができる。この補正の演算により、撮像点が、メインローブ内か否かに係らず、精度よく遅延量（Ｄ）を求めることができるため、送信焦点２０３から離れた位置の走査線９０１についても、精度のよい整相出力（ラスター）を求めることができる。よって、走査線９０１の設定可能な範囲が広く、１回の送信で広範囲の複数の整相出力（ラスター）を生成することができる。これにより、少ない送信回数で、高精度の画像を生成することができる。

なお、図７では、ａの関数は、sinθ＝１のａ＝ａ_０と、sinθ＝|sinθ_１|のａ＝１との間を直線で結んだ関数である場合を示しているが、本実施形態は図７の関数に限定されるものではなく、sinθ＝１のａ＝ａ_０と、sinθ＝|sinθ_１|のａ＝１との間を任意の曲線で結んだ関数にすることも可能である。

上述の実施形態では、角θに基づいて重み値ａを設定したが、送信焦点２０３から撮像点８０２等までの距離、あるいは、角θと距離の双方に基づいて重み値ａを設定する構成にすることも可能である。

また、遅延量Ｄ_２を求める点８０３の投影方法としては、撮像点８０２を音軸に垂直に移動する方法を説明したが、この方法に限られるものではなく、より実際の波面形状に沿った位置の点８０３を求め、点８０３について遅延量Ｄ_２を求めることももちろん可能である。

（第２の実施形態）
図１０を用いて本発明の第２の実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第２の実施形態の超音波撮像装置は、図１０に示すように、第１の実施形態の超音波診断装置（図３）と同様の構成であるが、補正演算部６１０には、撮像位置ごとの重み値を格納する格納部（重みテーブル１１００）をさらに配置されている。重みテーブル１１００には、設定され得る撮像点および送信焦点２０３の組み合わせごとに、予め求めておいた重み値ａが格納されている。重み値ａは、第１の実施形態において式（３）を用いて説明したように、撮像点と送信焦点を結ぶ線が光軸となす角θの関数であるため、想定した撮像点および送信焦点の組み合わせごとに予め求めておくことが可能である。

これにより、補正演算部６１０は、図９のステップ１９０２において、重みテーブル１１００から重み値を読み出して用いればよい。よって、撮影のたびに重み値ａを計算する必要がなく、補正演算部６１０の演算量を低減することができる。これにより、受信ビームフォーマ６０３の演算速度の向上、小型化、ならびに、超音波撮像装置の低コスト化を実現できる。

なお、上記説明以外の装置の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第３の実施形態）
図１１を用いて本発明の第３の実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第３の実施形態の超音波撮像装置は、第２の実施形態の超音波撮像装置（図１０）と同様の構成であるが、図１１のように受信ビームフォーマ６０３内に重み変更モジュール１２００がさらに配置されている。本実施形態では、コンソール６０８が、重み値ａの入力を操作者から受け付ける受け付け部としても機能する。具体的には、重み変更モジュール１２００は、超音波撮像装置の本体５０に備え付けられた入出力ポート１２０１を介してコンソール６０８に接続されている。

重み変更モジュール１２００は、重み値ａの個々の値、もしくはテーブル全体の値を、コンソール６０８を介して操作者から受け付け、重みテーブル１１００内に格納されている値もしくはテーブルと置き換える。これにより、撮像しようとしている被検体の特徴に応じて、適した重み値ａに変更することができるため、被検体に適した遅延量（Ｄ）を補正演算部６１０によって求めることができる。他の構成および動作は、第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。

また、重みテーブル１１００を備えない受信ビームフォーマ６０３に、重み変更モジュール１２００を配置することも可能である。この場合、重み変更モジュール１２００は、補正演算部６１０が重み値ａの演算に用いるパラメータを、コンソール６０８から受け付けた値に変更する。例えば、式（３）の演算に用いる定数ａ_０をコンソール６０８から受け付けた値に変更する。これにより、被検体に応じて、被検体に適したａ_０に変更することができるため、被検体に適した遅延量（Ｄ）を補正演算部６１０によって求めることができる。

他の構成および動作は、第１および第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第４の実施形態）
図１２を用いて本発明の第４の実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第４の実施形態における超音波撮像装置の受信ビームフォーマ６０３は、開口合成法によるビームフォーミングを行う。図１２のように、受信ビームフォーマ６０３の整相後の出力を格納する整相後出力格納部（ビームメモリ１３０１）をさらに有する。受信ビームフォーマ６０３は、ある送信の超音波ビーム１０４の受信信号から得た整相後出力を整相後出力格納部から読み出して、別の送信の超音波ビームの受信信号から得た整相後出力と合成する。これについてさらに説明する。

受信ビームフォーマ６０３内には送信間合成部１３００が配置され、本体５０にビームメモリ１３０１の他に、フレームメモリ１３０２も配置されている。他の構成は、第３の実施形態と同様である。

受信ビームフォーマ６０３は、１回の送信につき複数の走査線を設定し、各走査線上の複数の撮像点について仮想音源法遅延量演算部６０９と補正演算部６１０が求めた遅延量（Ｄ）を用いて受信信号を整相加算する。これにより、整相出力（ラスター）を得る。得られた複数の整相出力（ラスター）は、送信間合成部１３００を通してビームメモリ１３０１に送られ、格納される。送信間合成部１３００は、ビームメモリ１３０１に蓄えられた複数の整相出力（ラスター）から、特定（同一）の撮像点についての複数の整相結果を読み出して合成する（開口合成）。例えば、図１３に示すように、送信ｋ番目で整相出力を取得した走査線１３３と同一の位置の走査線１３１，１３２について、送信ｉ番目およびｊ番目で取得した整相出力がビームメモリ１３０１に格納されている場合には、送信間合成部１３００は、送信ｉ番目、ｊ番目の撮像点１０１の整相出力をビームメモリ１３０１から読み出して、送信ｋ番目の撮像点１０１の整相出力と合成する（開口合成）。同様に、他の撮像点１０２，１０３等についても、撮像点ごとに整相出力を合成する。このように、開口合成を行うことにより、撮像点ごとの整相出力の精度を高めることができる。

合成処理を行った後の開口合成画像は、フレームメモリ１３０２に蓄えられ、画像処理部６０５に送られ、画像表示部６０７に表示される。画像処理部６０５は、開口合成で得た画像を画像表示部６０７に表示する。

重み変更モジュール１２００等他の構成とその動作は、第３の実施形態および第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本発明の受信ビームフォーマ６０３は、仮想音源法で求めた遅延量（Ｄ_１）を補正して遅延量（Ｄ）を得ることができるため、メインビーム内かどうかに係らず送信焦点２０３から離れた位置の撮像点（走査線９０１）についても、精度よく整相出力（ラスター）を求めることができる。よって、１回の送信で広範囲の複数ラスターを得ることができるため、これをビームメモリ１３０１に格納しておき、他の送信で得たラスターと開口合成することで、より精度の高いラスターを生成し、画像を生成することができる。

（第５の実施形態）
図１４〜１６を用いて本発明の第５の実施形態の超音波撮像装置について説明する。第５の実施形態の超音波撮像装置の受信ビームフォーマ６０３は、高フレームレート撮像および開口合成法によるビームフォーミングを行う。

図１４のように、本体５０には、受信ビームフォーマ６０３が整相処理を行う撮像点の範囲を定める整相範囲制御部１４０２がさらに配置されている。整相範囲制御部１４０２は、送信ビームフォーマ６０２の超音波ビーム１０４の送信時の送信指向角よりも広い角度範囲と、送信音波端２０６の２本の線とを用いて整相範囲を定める。また、本体５０には、指向角情報メモリ部１４００と、送信間隔情報メモリ部１４０１とがさらに配置されている。他の構成は、第４の実施形態の超音波撮像装置と同様であるので説明を省略する。

指向角情報メモリ部１４００は、送信ビームフォーマ６０２から、設定パラメータのうち送信開口Ｐと送信周波数ｆを受け取り、式（４）から送信指向角θ_ａを計算により求めて、これを記憶する。
（数４）
sinθ_ａ＝ｖ／（ｆ・Ｐ） ・・・（４）
ただし、被検体内の音速をｖとし、超音波素子６００の振動子は長方形であるとする。

送信間隔情報メモリ部１４０１は、送信ビームフォーマ６０２から探触子アレイ１００に沿った方向の送信ビーム（超音波ビーム）１０４の送信間隔の情報を受け取って記憶する。整相範囲制御部１４０２は、指向角情報メモリ部１４００および送信間隔情報メモリ部１４０１からそれぞれ送信指向角θ_ａおよび送信間隔５０３ｂを受け取って、これに基づいて撮像点の範囲を定める整相範囲１０５ｂを決定し、仮想音源法遅延量演算部６０９に指定する。仮想音源法遅延量演算部６０９は、指定された整相範囲１０５ｂ内の撮像点について遅延量を求める。

図１５（ａ）、（ｂ）を用いて整相範囲制御部１４０２の動作をさらに説明する。整相範囲１０５ｂは、一般的には、送信音場の簡易作図法により求めることができる。電子フォーカス、音響レンズならびに凹面振動子などにより、送信ビームを絞った収束送信の場合、まず、図１５（ａ）に示すように、送信口径の両端の超音波素子６０２から送信焦点２０３で交わる交線（送信音波端）２０６を引く。次に、送信音軸７０２を中心に、なす角が送信指向角θ_ａの２本の線２０７ａを引く。送信音波端２０６と線２０７ａのうち外側のもので囲われた範囲が一般的な整相範囲１０５ａである。

本実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、整相範囲制御部１４０２が、式（５）に示すように送信指向角θ_ａに係数ｂをかけた送信指向角θ_ｂの値を用いて２本の線２０７ｂを引く。送信音波端２０６と線２０７ｂのうち外側のもので囲われた範囲を整相範囲１０５ｂとして設定する。
（数５）
θ_ｂ＝ｂ・θ_ａ ・・・（５）

係数ｂは、図１６（ｃ）に示すように整相範囲１０５ｂの最小幅５０２ｂが、送信間隔情報メモリ部１４０１から読み込んだ送信間隔５０３ｂより大きくなるように、整相範囲制御部１４０２が予め定めた数式もしくはテーブルを参照して設定する。

本発明の受信ビームフォーマ６０３は、仮想音源法で求めた遅延量（Ｄ_１）を補正して遅延量Ｄを得ることができるため、送信焦点２０３から離れた位置の撮像点についても、高精度に遅延量（Ｄ）を求めることができる。よって、補正後の遅延量（Ｄ）を用いて、精度よく整相出力（ラスター）を求めることができる。

図１６（ｃ）のように整相範囲１０５ｂを広げることにより、図１６（ｂ）のように通常の整相範囲１０５ａでは、最小幅５０２ａの整相範囲１０５ａが重なり合わず抜け領域５０４が生じて設定することができない送信間隔５０３ｂを設定することができる。これにより、図１６（ａ）のように、従来の整相範囲１０５ａを用いる場合に必要な送信間隔５０３ａよりも、広い送信間隔５０３ｂを図１６（ｃ）のように設定して、高フレームレート撮像（高速撮像）を行うことができる。

整相範囲１０５ｂを広げることにより、１回の送信で広範囲の複数ラスターを得ることができるため、これをビームメモリ１３０１に格納しておき、他の送信で得たラスターと開口合成することで、範囲５０１（図１６（ｃ））について精度の高い超音波画像を生成することができる。

なお、送信間での整相範囲１０５ｂの重なりが少ないと、開口合成後の画像にブロックノイズが発生するため、少なくとも３以上の送信間での整相範囲１０５ｂが重なるように係数ｂを設定するのが好ましい。

他の構成および動作は、第４の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第６の実施形態）
図１７を用いて本発明の第６の実施形態の超音波撮像装置について説明する。第６の実施形態の超音波撮像装置は、図１７のように、第５の実施形態の超音波撮像装置（図１４）と同様の構成であるが、整相範囲制御部１４０２を外部から調整できるようにしている。具体的には、コンソール６０８が、整相範囲制御部１４０２の処理に用いる係数を受け付ける受け付け部としても機能する。本体５０には、入出力ポート１６００が配置され、整相範囲制御部１４０２をコンソール６０８に接続している。整相範囲制御部１４０２は、送信指向角θ_ａに受け付け部（コンソール６０８）が受け付けた係数をかけることにより角度範囲（θ_ｂ）を求める。

操作者は、コンソール６０８を操作して、第５の実施形態で説明した式（５）の係数ｂの値を手動で設定するか、もしくは、整相範囲制御部１４０２が設定した係数ｂを微調整する。

これにより、被検体により異なる音波の散乱状態に応じて、係数ｂの値を適切に調整することができるため、適切な範囲整相範囲１０５ｂを設定することができる。よって、高フレームレート撮像でありながら、より精度の高い超音波画像を生成することができる。

１００ 探触子アレイ
１０４ 送信ビーム（超音波ビーム）
１０５ａ，ｂ 整相範囲
２０２ 送信口径中心点
２０３ 送信焦点
２０６ 送信音波端
５０１ 複数送信における開口合成の整相範囲
５０３ａ，ｂ 送信間隔
５０４ 整相範囲が重ならない抜け領域
６０９ 仮想音源法遅延量演算部
６１０ 補正演算部
７００ 送信焦点深さにおける送信音波波面
９０１ 仮想走査線
１１００ 重みテーブル

Claims (13)

1. 所定の方向に沿って複数の超音波素子を配列した超音波素子アレイと、前記超音波素子アレイが被検体内に送波する超音波ビームを形成する送信ビームフォーマと、前記被検体内で反射した超音波を前記超音波素子アレイで受波した複数の受信信号を遅延させて整相する受信ビームフォーマと、前記受信ビームフォーマの出力結果を用いて画像データを生成する画像処理部とを有し、
   前記送信ビームフォーマは、前記超音波ビームの送信焦点を被検体内に形成する収束送信を行い、
   前記受信ビームフォーマは、前記送信焦点を仮想音源とみなして前記受信信号の遅延量を求める仮想音源法遅延量演算部と、前記仮想音源法遅延量演算部の求めた遅延量を撮像点の位置に応じて補正する補正演算部とを備えることを特徴とする超音波撮像装置。
2. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記補正演算部は、前記被検体内に前記超音波ビームを送信する前記超音波素子のうち両端に位置する超音波素子と、前記送信焦点とを結ぶ２本の線である送信音波端よりも外側に前記撮像点が位置する場合、前記撮像点について前記仮想音源法遅延量演算部が求めた遅延量（Ｄ_１）を補正することを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記補正演算部は、前記被検体内に前記超音波ビームを送信する前記超音波素子のうち両端に位置する超音波素子と、前記送信焦点とを結ぶ２本の線である送信音波端よりも外側に前記撮像点が位置する場合、前記撮像点について前記仮想音源法遅延量演算部が求めた遅延量（Ｄ_１）を、前記送信音波端の線上または前記２本の送信音波端の間に位置する点についての仮想音源法の遅延量（Ｄ_２）を用いて補正することを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項３に記載の超音波撮像装置において、前記遅延量（Ｄ_２）の前記点は、前記撮像点を最も近い前記送信音波端上に投影した点であることを特徴とする超音波撮像装置。
5. 請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記遅延量（Ｄ_２）の前記点は、前記超音波ビームの音軸に直交する方向に前記撮像点を移動させた位置にあることを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項３ないし５のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記遅延量（Ｄ_２）は、前記遅延量（Ｄ_１）と、前記撮像点と前記送信焦点とを結ぶ線が前記超音波ビームの音軸となす角θとを用いて演算により求められることを特徴とする超音波撮像装置。
7. 請求項３ないし５のいずれか1項に記載の超音波撮像装置において、前記補正演算部は、前記遅延量（Ｄ_１）と前記遅延量（Ｄ_２）とを重み値で重み付けして加算することにより、補正後の遅延量（Ｄ）を求めることを特徴とする超音波撮像装置。
8. 請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記重み付けの重み値は、前記撮像点と前記送信焦点とを結ぶ線が、前記超音波ビームの音軸となす角θに応じて変化する値であることを特徴とする超音波撮像装置。
9. 請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記撮像位置ごとの前記重み値を格納する格納部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
10. 請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記重み値の入力を受け付ける受け付け部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
11. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記受信ビームフォーマの整相後の出力を格納する整相後出力格納部をさらに有し、
    前記受信ビームフォーマは、ある送信の前記超音波ビームの受信信号から得た整相後出力を前記整相後出力格納部から読み出して、別の送信の前記超音波ビームの受信信号から得た整相後出力と合成することを特徴とする超音波撮像装置。
12. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記受信ビームフォーマが整相処理を行う前記撮像点の範囲を定める整相範囲制御部をさらに有し、
    前記整相範囲制御部は、前記送信ビームフォーマの前記超音波ビーム送信時の送信指向角よりも広い角度範囲と、前記送信音波端の２本の線とを用いて整相範囲を定めることを特徴とする超音波撮像装置。
13. 請求項１２に記載の超音波撮像装置において、前記整相範囲制御部の処理に用いる係数を受け付ける受け付け部をさらに有し、
    前記整相範囲制御部は、前記送信指向角に前記受け付け部が受け付けた係数をかけることにより前記角度範囲を求めることを特徴とする超音波撮像装置。

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