JP6114663B2 - 超音波診断装置および超音波画像生成方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、探触子の複数の素子から超音波ビームを送信した際に、素子の法線方向に対して斜め方向から反射してくる超音波エコーを受信して超音波画像の生成を行う超音波診断装置および超音波画像生成方法に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、探触子から被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

このような超音波診断装置においては、探触子の直下に位置する被検体内の断層画像をリアルタイムで観察することができる。このため、例えば、針を被検体内の目標箇所にまで穿刺する場合に、探触子を目標箇所の直上に配置して被検体内の超音波画像を生成し、探触子の近傍から目標箇所に向けて斜めに穿刺することで、被検体内における針の位置を超音波画像上において確認しながら穿刺を進めることが行われている。
ただし、一般に、針の表面は滑らかであるため、探触子から被検体内を伝搬してきた超音波ビームは、針の表面で正反射を呈しやすく、また、針は目標箇所に向けて斜めに穿刺されるため、探触子の法線方向に送信された超音波ビームの針表面での正反射を探触子の受信開口に捉えて針を描出することが困難になるおそれがある。

そこで、探触子の法線方向ではなく、針に直交する方向に超音波ビームを送信し、また、受信フォーカスを実施することで針の描出を行うことが知られている。
例えば、特許文献１には、組織撮像を目的として探触子の素子面と垂直となる第１の方向に超音波ビームを送信、受信して第1の画像を生成し、針撮像を目的として素子面と垂直な方向とは異なる複数の第２の方向に超音波ビームを送信、受信して第２の画像群を生成し、第２の画像群を解析して針が描出された画像を生成し、第1の画像と合成する超音波診断装置が開示されている。
特許文献１の装置によれば、第２の複数の方向に針に直交する方向が含まれることで、針が良好に描出された超音波画像を生成することができる。

特開２０１２−２１３６０６号公報

しかしながら、探触子の複数の素子は、それぞれ、所定の面積の超音波送受信面を有しているため、超音波送受信面の法線方向に送受信される超音波の強度に比べて、法線方向からずれる程、その方向に送受信される超音波の強度は低下する、すなわち、指向性を有することが知られている。
このため、針に直交させようとして、探触子の法線方向からずれた方向に受信フォーカスを実施して針の超音波画像を生成しても、その方向の針に対して探触子の各素子から送信される超音波の強度および針からの反射波を各素子が受信する信号の強度が、同時に探触子の法線方向に送信される超音波の強度および法線方向からの反射波を受信する信号の強度に比べて低いため、その結果、画像のＳ／Ｎ比が低下し、針を明瞭に描出することが困難になるという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、探触子の素子の法線方向からずれた方向に対しても明瞭な超音波画像を生成することができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、超音波を発生して送信すると共に被検体から反射した超音波を受信する複数の素子を備えた探触子と、探触子の複数の素子から被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、被検体から反射した超音波を探触子の複数の素子で受信した受信信号に対し、受信フォーカスを行って超音波画像を生成する画像生成部と、同一の受信信号に対し、探触子の受信開口を構成する素子の法線方向とは異なる複数の方向に受信フォーカスを行う際に、法線方向とは異なる複数の方向のうち、法線方向からのずれが大きな方向ほど、低い低周波数帯域の信号に受信信号を制限し、受信信号のうち所定の低周波数帯域の信号のみを用いて法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の生成を行い、法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の中から最も明瞭な超音波画像を選択するように画像生成部を制御する制御部とを備えたものである。

画像生成部は、受信信号に対し、探触子の受信開口を構成する素子の法線方向に受信フォーカスを行って法線方向に沿った画像信号を生成する第１の画像生成部と、受信信号に対し、探触子の受信開口を構成する素子の法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行うと共に所定の低周波数帯域の信号のみを用いて素子の法線方向とは異なる方向の画像信号を生成する第２の画像生成部とを有するように構成することができる。
第１の画像生成部は、法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、法線方向に受信フォーカスを行い、第２の画像生成部は、法線方向とは異なる方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行うことができる。
また、第１の画像生成部は、法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、法線方向に受信フォーカスを行い、第２の画像生成部は、法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行うことができる。
送信部は、法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、法線方向だけでなく法線方向とは異なる方向にまで放射状に広がる超音波ビームを送信することができる。
また、送信部は、法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、探触子の送信開口を構成する素子の前方である被検体内あるいは後方に収束する超音波ビームを送信することができる。
また、送信部は、法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、平面波の超音波ビームを送信することができる。

画像生成部は、所定の低周波数帯域に制限した検波を行う検波処理部を含むことができる。
第１の画像生成部で生成された画像信号と第２の画像生成部で生成された画像信号とを互いに合成する画像合成部をさらに備えることが好ましい。

また、探触子の複数の素子から互いに方向の異なる複数の走査線に沿って順次超音波の送受信を行うセクタ走査の際に、制御部は、それぞれの走査線の方向に受信フォーカスを行うと共に走査線の方向と探触子の受信開口を構成する素子の法線方向との間の角度が大きいほど、低周波数の信号のみを用いて超音波画像を生成するように画像生成部を制御するように構成することもできる。

この場合、画像生成部は、走査線の方向と探触子の受信開口を構成する素子の法線方向との間の角度が大きいほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域に制限した検波を行う検波処理部を含むことができる。

この発明に係る超音波画像生成方法は、探触子の複数の素子から被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体から反射した超音波を探触子の複数の素子で受信した同一の受信信号に対し、探触子の受信開口を構成する素子の法線方向とは異なる複数の方向に受信フォーカスを行い、法線方向とは異なる複数の方向のうち、法線方向からのずれが大きな方向ほど、低い低周波数帯域の信号に受信信号を制限し、受信信号のうち所定の低周波数帯域の信号のみを用いて法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の生成を行い、法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の中から最も明瞭な超音波画像を選択する方法である。

この発明によれば、探触子の受信開口を構成する素子の法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行う際に、受信信号のうち所定の低周波数帯域の信号のみを用いて法線方向とは異なる方向の超音波画像の生成を行うように画像生成部が制御されるので、探触子の素子の法線方向からずれた方向に対しても明瞭な超音波画像を生成することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における超音波の送受信の様子を示す図である。 実施の形態１の動作を示すフローチャートである。 穿刺された針を撮像した超音波画像を示し、（Ａ）は周波数帯域を制限することなく受信フォーカスを行った画像、（Ｂ）は低周波数帯域に制限して受信フォーカスを行った画像である。 実施の形態１の変形例において用いられる針画像生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の他の変形例において用いられる針画像生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における超音波の送受信の様子を示す図である。 実施の形態２の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、探触子１を有し、この探触子１に送信部２および受信部３が接続されている。受信部３には、組織画像生成部（第１の画像生成部）４と針画像生成部（第２の画像生成部）５が並列に接続され、これら組織画像生成部４および針画像生成部５に画像合成部６が接続され、さらに、画像合成部６に表示制御部７を介して表示部８が接続されている。
送信部２、受信部３、組織画像生成部４、針画像生成部５、画像合成部６および表示制御部７に制御部９が接続され、制御部９に操作部１０と格納部１１がそれぞれ接続されている。

組織画像生成部４は、探触子１の直下に位置する被検体の組織画像を生成するためのもので、受信部３に接続された第１の受信フォーカス部１２と、第１の受信フォーカス部１２に順次接続された第１の検波処理部１３および画像メモリ１４を含んでおり、第１の検波処理部１３および画像メモリ１４が画像合成部６に接続されている。
一方、針画像生成部５は、被検体内に穿刺された針の超音波画像を生成するためのもので、帯域制限部２１を有する他は、組織画像生成部４と同様の構成を有している。すなわち、針画像生成部５は、受信部３に接続された帯域制限部２１と、帯域制限部２１に順次接続された第２の受信フォーカス部２２、第２の検波処理部２３および画像メモリ２４を含んでおり、第２の検波処理部２３および画像メモリ２４が画像合成部６に接続されている。

探触子１は、１次元又は２次元に配列された複数の素子を有している。これらの素子は、それぞれ超音波トランスデューサからなり、送信部２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成され、所定の面積の超音波送受信面を有している。

そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信部２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、制御部９からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、探触子１の複数の素子から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の素子に供給する。
受信部３は、探触子１のそれぞれの素子から出力される受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、デジタル化する。

組織画像生成部４の第１の受信フォーカス部１２は、受信部３で増幅され且つデジタル化された受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データを生成し、これら遅延補正データを加算して受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた組織撮像用の音線信号が生成される。

第１の検波処理部１３は、第１の受信フォーカス部１２で生成された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、組織撮像用のＢモード画像信号を生成し、画像合成部６に出力する、あるいは、画像メモリ１４に格納する。

針画像生成部５の帯域制限部２１は、受信部３で増幅され且つデジタル化された受信信号を予め設定された所定の低周波数帯域の信号に制限する。すなわち、受信部３で得られた受信信号のうち、所定の低周波数帯域の信号のみが抽出される。
第２の受信フォーカス部２２は、帯域制限部２１で所定の低周波数帯域の信号に制限された受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データを生成し、これら遅延補正データを加算して受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた針撮像用の音線信号が生成される。

第２の検波処理部２３は、第２の受信フォーカス部２２で生成された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、針撮像用のＢモード画像信号を生成し、画像合成部６に出力する、あるいは、画像メモリ２４に格納する。

画像合成部６は、組織画像生成部４の第１の検波処理部１３から出力された組織撮像用のＢモード画像信号と針画像生成部５の第２の検波処理部２３から出力された針撮像用のＢモード画像信号を、それぞれ通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、これら組織撮像用のＢモード画像信号と針撮像用のＢモード画像信号を互いに合成する。
表示制御部７は、画像合成部６で合成されたＢモード画像信号に基づいて、表示部８に超音波画像を表示させる。
表示部８は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部７の制御の下で、超音波画像を表示する。

制御部９は、操作者により操作部１０から入力された指令に基づいて超音波診断装置各部の制御を行う。
操作部１０は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
格納部１１は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＳＤカード、ＣＦカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
なお、組織画像生成部４の第１の受信フォーカス部１２および第１の検波処理部１３と、針画像生成部５の帯域制限部２１、第２の受信フォーカス部２２および第２の検波処理部２３と、画像合成部６および表示制御部７は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。

この実施の形態１における超音波の送受信の方法について説明する。図２に示されるように、被検体Ｓの体表に探触子１を接触させた状態で、探触子１の近傍から角度θで針Ｎが穿刺されるものとする。
まず、探触子１の直下に位置する被検体Ｓの組織を撮像する際には、送信部２により、探触子１から各素子の法線方向Ｄ１に向けて超音波ビームが送信される。そして、超音波エコーを受信した探触子１の複数の素子で得られる受信信号に対し、第１の受信フォーカス部１２により、法線方向Ｄ１に受信フォーカスが行われ、さらに、第１の検波処理部１３により、検波が実施される。

一方、針Ｎを撮像する際には、送信部２により、探触子１から針Ｎに直交する方向Ｄ２に向けて超音波ビームが送信される。このとき、針Ｎに直交する方向Ｄ２は、針Ｎの穿刺角度θだけ法線方向Ｄ１から傾斜する方向として表される。そして、超音波エコーを受信した探触子１の複数の素子で得られる受信信号が、針画像生成部５の帯域制限部２１で予め設定された所定の低周波数帯域の信号に制限された後、第２の受信フォーカス部２２により、針Ｎに直交する方向Ｄ２に受信フォーカスが行われ、さらに、第２の検波処理部２３により、検波が実施される。
なお、超音波ビームの送信方向と受信フォーカスの方向を、必ずしも、探触子１から針Ｎに直交する方向Ｄ２にする必要はなく、法線方向Ｄ１よりも針Ｎに向いた方向、すなわち、法線方向Ｄ１よりも針Ｎとなす角度が直角に近い方向であればよい。

ここで、素子の超音波送受信面の面積を同一とすると、超音波の指向性は、超音波の周波数に応じて変化し、周波数が高くなるほど指向性が高く、周波数が低いほど指向性も低くなることが知られている。すなわち、各素子が超音波エコー信号を受信したときに、超音波送受信面の法線方向の信号強度に対する、法線方向とは異なる方向の信号強度の比は、超音波の周波数が低いほど、大きくなる。
このため、針Ｎに直交する方向Ｄ２あるいは法線方向Ｄ１よりも針Ｎに向いた方向に受信フォーカスを行う際に、低周波数帯域の信号に制限して針Ｎを撮像することにより、素子の法線方向Ｄ１の信号強度に対して針Ｎに直交する方向Ｄ２あるいは法線方向Ｄ１よりも針Ｎに向いた方向の信号強度の比を大きくして、明瞭な超音波画像を生成することができる。

なお、図２に示したように、複数の素子が直線状に配列された、いわゆるリニア型プローブの場合には、それぞれの素子の法線方向Ｄ１が互いに平行となるが、複数の素子が湾曲状に配列された、いわゆるコンベックス型プローブでは、それぞれの素子の法線方向Ｄ１が互いに異なることとなる。この場合、図２に示されるように、受信開口ＲＡを構成する複数の素子のうち、中心に位置する素子Ｔの法線方向Ｄ１から穿刺角度θだけ傾斜した方向Ｄ２に受信フォーカスを行うこととなる。

次に、図３のフローチャートを参照して実施の形態１の動作について説明する。
実施の形態１では、探触子１の素子の法線方向Ｄ１と針Ｎに直交する方向Ｄ２にそれぞれｎ本の走査線Ｌ１〜Ｌｎを設定して走査を行うことにより、法線方向Ｄ１の組織画像と針Ｎに直交する方向Ｄ２の針画像を生成するものとする。
まず、ステップＳ１で、走査線ＬｉをＬ１に初期化し、ステップＳ２で、第１番目の走査線Ｌ１に対応して探触子１の素子の法線方向に送信フォーカスを実施し、受信信号を取得する。
すなわち、送信部２から供給される駆動信号に従い、走査線Ｌ１に対応する送信開口を構成する複数の素子から素子の法線方向に送信フォーカスが実施されて超音波ビームが送信される。そして、被検体からの超音波エコーを受信した各素子から出力される受信信号が受信部３で増幅され、デジタル化される。

続くステップＳ３で、受信信号が受信部３から組織画像生成部４に出力され、受信信号に対して素子の法線方向に受信フォーカスを実施して走査線Ｌ１に対応する組織画像Ａ１が生成される。
すなわち、第１の受信フォーカス部１２で、素子の法線方向に受信フォーカスが行われるように、受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データが生成され、これら遅延補正データを加算することで組織撮像用の音線信号が生成される。さらに、この音線信号に対して、第１の検波処理部１３により包絡線検波処理が施され、組織撮像用のＢモード画像信号が生成される。このＢモード画像信号は、画像メモリ１４に格納される。

次に、ステップＳ４で、第１番目の走査線Ｌ１に対応して探触子１の素子から針Ｎに直交する方向に送信フォーカスを実施し、受信信号を取得する。
すなわち、送信部２から供給される駆動信号に従い、走査線Ｌ１に対応する送信開口を構成する複数の素子から針Ｎに直交する方向に送信フォーカスが実施されて超音波ビームが送信される。針Ｎに直交する方向は、図２に示されるように、素子の法線方向Ｄ１から針Ｎの穿刺角度θだけ傾斜した方向Ｄ２として表すことができる。例えば、操作者により操作部１０から入力された針Ｎの穿刺角度θの情報が、制御部９を介して送信部２に伝送され、送信部２により針Ｎに直交する方向Ｄ２に対応する送信遅延パターンが選択されて送信フォーカスが実施される。
そして、被検体からの超音波エコーを受信した各素子から出力される受信信号が受信部３で増幅され、デジタル化される。

続くステップＳ５で、受信信号が受信部３から針画像生成部５に出力され、所定の低周波数帯域の信号に制限された後、針Ｎに直交する方向Ｄ２に受信フォーカスを実施して第１番目の走査線Ｌ１に対応する針画像Ｂ１が生成される。
すなわち、受信部３で増幅され且つデジタル化された受信信号は、針画像生成部５の帯域制限部２１で予め設定された所定の低周波数帯域の信号に制限された後、第２の受信フォーカス部２２で、針Ｎに直交する方向Ｄ２に受信フォーカスが行われるように、受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データが生成され、これら遅延補正データを加算することで針撮像用の音線信号が生成される。さらに、この音線信号に対して、第２の検波処理部２３により包絡線検波処理が施され、針撮像用のＢモード画像信号が生成される。

受信部３で得られた受信信号から帯域制限部２１により抽出された所定の低周波数帯域の信号のみが、第２の受信フォーカス部２２に入力されて受信フォーカスが実施され、これにより生成された針撮像用の音線信号が第２の検波処理部２３に入力される。このため、針Ｎに直交する方向Ｄ２の明瞭なＢモード画像信号を生成することができる。
第２の検波処理部２３で生成されたＢモード画像信号は、画像メモリ２４に格納される。

なお、針画像生成部５に比べて組織画像生成部４では、受信信号の帯域が制限されることなく、受信部３で得られた受信信号がそのまま第１の受信フォーカス部１２に入力されて受信フォーカスが実施され、これにより生成された組織撮像用の音線信号が第１の検波処理部１３に入力されるので、第１の検波処理部１３では、針画像生成部５における所定の低周波数帯域よりも高い周波数帯域にまで広がった広帯域信号に対して検波が実施されることとなる。このため、分解能に優れた組織画像のＢモード画像信号が生成される。

このようにして、第１番目の走査線Ｌ１に対応する組織画像Ａ１のＢモード画像信号および針画像Ｂ１のＢモード画像信号が、それぞれ画像メモリ１４および２４に格納されると、ステップＳ６で、ｉ＝ｎになったか否か、すなわち、ｎ本のすべての走査線Ｌ１〜Ｌｎについて組織画像と針画像の生成が完了したか否かが判定される。
ここでは、ｉの値がまだ「１」であるので、ステップＳ７に進み、ｉの値を「１」だけ増加させて「２」とした後、ステップＳ２に戻る。そして、ステップＳ２〜Ｓ５により、第２番目の走査線Ｌ２に対応する組織画像Ａ２のＢモード画像信号および針画像Ｂ２のＢモード画像信号が、それぞれ生成されて画像メモリ１４および２４に格納される。
同様にして、ｉ＝ｎになるまで、ｉの値を順次「１」だけ増加させてステップＳ２〜Ｓ５が繰り返される。

このようにして、ｎ本のすべての走査線Ｌ１〜Ｌｎについて組織画像と針画像のＢモード画像信号の生成が完了すると、ステップＳ６からステップＳ８に進み、組織画像生成部４の画像メモリ１４に格納されている組織画像Ａ１〜ＡｎのＢモード画像信号と針画像生成部５の画像メモリ２４に格納されている針画像Ｂ１〜ＢｎのＢモード画像信号が画像合成部６でラスター変換され、各種の画像処理が施された後に互いに合成され、表示画像のＢモード画像信号が生成される。
この表示画像のＢモード画像信号は、表示制御部７に出力され、組織画像と針画像が合成された超音波画像が表示部８に表示される。
なお、針Ｎに直交する方向Ｄ２に走査線を設定して針画像を生成したが、これに限らず、素子の法線方向Ｄ１よりも針Ｎに向いた方向に走査線を設定して針画像を生成することもできる。

図４に、穿刺された針を撮像した針画像を示す。図４（Ａ）は６ＭＨｚ付近に中心周波数を有する受信信号に対し、帯域制限部２１により周波数を制限することなく、検波を実施して生成した画像であり、図４（Ｂ）は受信部３で得られた受信信号を帯域制限部２１で３ＭＨｚ以下の低周波数帯域に制限して検波を実施して生成した画像である。図４（Ａ）の画像では、針の存在を確認することが困難であるが、低周波数帯域の信号に制限して検波を実施した図４（Ｂ）の画像では、針が明瞭に描出されているのがわかる。

上記の実施の形態１では、ステップＳ４で、針Ｎに直交する方向Ｄ２に送信フォーカスを実施して針画像用の受信信号を取得したが、これに限るものではなく、ステップＳ２で素子の法線方向Ｄ１に送信フォーカスを実施して取得した受信信号を、組織画像だけでなく、針画像の生成にも利用することができる。
すなわち、それぞれの走査線Ｌｉについて、素子の法線方向Ｄ１に送信フォーカスを実施して取得した受信信号に対し、針Ｎに直交する方向Ｄ２あるいは針Ｎに向いた方向に受信フォーカスを実施して針画像Ｂｉを生成してもよい。
このようにすれば、それぞれの走査線Ｌｉに対して、１回の送信で済むため、フレームレートの向上を図ることができる。

このとき、素子の法線方向Ｄ１だけでなく針Ｎに向かう方向にまで放射状に広がる超音波ビームを探触子１から送信してもよく、また、送信開口の前方すなわち被検体内に収束するような、あるいは、送信開口の後方に収束するような超音波ビームを送信してもよい。さらに、平面波の超音波ビームを送信することもできる。
また、同一の受信信号に対し、素子の法線方向Ｄ１よりも針Ｎとなす角度が大きな複数の異なる方向に受信フォーカスを実施して、複数の針画像Ｂｉを生成し、これらの中から針Ｎがもっとも明瞭に描出された画像を選択してもよい。この場合、複数の異なる方向のうち、素子の法線方向Ｄ１からのずれが大きな方向ほど、低い低周波数帯域の信号に受信信号を制限することが好ましい。

なお、上記の実施の形態１では、図１に示したように、針画像生成部５の帯域制限部２１が受信部３に接続され、受信部３で得られた受信信号を所定の低周波数帯域の信号に制限したが、これに限るものではなく、図５に示される針画像生成部５Ａのように、第２の受信フォーカス部２２と第２の検波処理部２３の間に帯域制限部２１を接続してもよい。この場合、受信部３で得られた受信信号に対し、周波数帯域を制限することなく、第２の受信フォーカス部２２で受信フォーカスを実施して針撮像用の音線信号が生成され、この音線信号を帯域制限部２１が所定の低周波数帯域の音線信号に制限する。このようにしても、続く第２の検波処理部２３により、所定の低周波数帯域の信号のみを用いて検波が実施され、明瞭な針画像を生成することができる。

また、図６に示されるように、帯域制限部２１を有しない針画像生成部５Ｂを用い、第２の検波処理部２３Ｂが、検波の参照周波数を所定の低周波数帯域の中心周波数に設定し、カットオフ周波数も合わせて調整することで、第２の受信フォーカス部２２で生成された音線信号に対し、所定の低周波数帯域の信号のみを用いた検波を実施することもできる。

さらに、図３におけるステップＳ２およびＳ３を省略して、組織画像の生成を行わずに、針画像のみを生成し、表示するように構成することもできる。
また、この実施の形態１は、被検体内に穿刺された針Ｎを明瞭に描出するケースに限らず、針Ｎのように正反射を呈して描出が困難な被写体に広く適用することができる。例えば、生体内の骨、筋肉、腱等を撮像する場合にも、明瞭な超音波画像を生成することが可能となる。

実施の形態２
図７に、実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置は、特にセクタ走査に対応して構成されたもので、図１に示した実施の形態１の超音波診断装置において、組織画像生成部４と針画像生成部５の代わりに、１つの画像生成部３０を受信部３と画像合成部６の間に接続したものである。
画像生成部３０は、受信部３に接続された帯域制限部３１と、帯域制限部３１に順次接続された受信フォーカス部３２、検波処理部３３および画像メモリ３４を含んでおり、検波処理部３３および画像メモリ３４が画像合成部６に接続されている。

帯域制限部３１は、実施の形態１における帯域制限部２１と同様に、受信部３で増幅され且つデジタル化された受信信号を低周波数帯域の信号に制限するが、制御部９による制御の下、セクタ走査のそれぞれの走査線に応じて、受信部３で得られた受信信号を、走査線の方向と探触子１の受信開口の中心に位置する素子の法線方向との間の角度が大きくなるほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域の信号に制限する。

受信フォーカス部３２は、帯域制限部３１で低周波数帯域の信号に制限された受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データを生成し、これら遅延補正データを加算して受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。
検波処理部３３は、受信フォーカス部３２で生成された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、走査線に対応したＢモード画像信号を生成し、画像合成部６に出力する、あるいは、画像メモリ３４に格納する。

画像合成部６は、それぞれの走査線に対応するＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の各種の必要な画像処理を施して表示画像のＢモード画像信号を生成する。

この実施の形態２における超音波の送受信の方法について説明する。図８に示されるように、被検体Ｓの体表に探触子１を接触させた状態で、セクタ走査が行われるものとする。すなわち、探触子１の複数の素子から互いに方向の異なる複数の走査線Ｌｉに沿って順次超音波の送受信が行われる。
各素子の法線方向Ｄ１に対する走査線Ｌｉの角度をθｉとすると、送信部２により、それぞれの走査線Ｌｉに沿った方向すなわち法線方向Ｄ１に対して角度θｉの方向に超音波ビームが送信される。そして、超音波エコーを受信した探触子１の複数の素子で得られる受信信号に対し、受信フォーカス部３２により、走査線Ｌｉの方向に受信フォーカスが行われ、帯域制限部３１により、法線方向Ｄ１からの角度θｉが大きくなるほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域の信号に制限された後、検波処理部３３により検波が実施される。
これにより、セクタ走査において、素子の法線方向Ｄ１からずれた方向に対しても明瞭な超音波画像を生成することができる。

なお、図８に示したように、複数の素子が直線状に配列された、いわゆるリニア型プローブの場合には、それぞれの素子の法線方向Ｄ１が互いに平行となるが、複数の素子が湾曲状に配列された、いわゆるコンベックス型プローブでは、それぞれの素子の法線方向Ｄ１が互いに異なることとなる。この場合、受信開口ＲＡを構成する複数の素子のうち、中心に位置する素子Ｔの法線方向Ｄ１からの角度θｉが大きくなるほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域の信号に対して検波を行うこととなる。

次に、図９のフローチャートを参照して実施の形態２の動作について説明する。
実施の形態２では、探触子１の複数の素子から互いに方向の異なるｎ本の走査線Ｌ１〜Ｌｎに沿って順次超音波の送受信が行われるものとする。
まず、ステップＳ１１で、走査線ＬｉをＬ１に初期化し、ステップＳ１２で、第１番目の走査線Ｌ１に沿った方向に送信フォーカスを実施し、受信信号を取得する。
すなわち、送信部２から供給される駆動信号に従い、第１番目の走査線Ｌ１に対応する送信開口を構成する複数の素子から走査線Ｌ１に沿った方向に送信フォーカスが実施されて超音波ビームが送信される。そして、被検体からの超音波エコーを受信した各素子から出力される受信信号が受信部３で増幅され、デジタル化される。

続くステップＳ１３で、受信信号が受信部３から画像生成部３０に出力され、帯域制限部３１により、走査線Ｌ１の方向と素子の法線方向Ｄ１の間の角度θ１に応じた、低い中心周波数を有する低周波数帯域の信号に制限される。

次に、ステップＳ１４で、帯域制限部３１により低周波数帯域の信号に制限された受信信号に対し、走査線Ｌ１に沿った方向に受信フォーカスが実施され、第１番目の走査線Ｌ１に対応する画像Ｃ１のＢモード画像信号が生成される。
すなわち、受信フォーカス部３２で、走査線Ｌ１に沿った方向に受信フォーカスが行われるように、帯域制限部３１により低周波数帯域の信号に制限された受信信号にそれぞれの遅延補正を施すことにより遅延補正データが生成され、これら遅延補正データを加算することで、第１番目の走査線Ｌ１に対応する音線信号が生成される。さらに、この音線信号に対し、検波処理部３３により検波が実施される。

ここで、受信部３で得られた受信信号は、既に帯域制限部３１により、セクタ走査のそれぞれの走査線Ｌｉに応じて、走査線Ｌｉの方向と探触子１の素子の法線方向Ｄ１との間の角度θｉが大きくなるほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域の信号に制限されている。このため、探触子１の素子の法線方向Ｄ１からの角度θｉが大きい走査線Ｌｉに対しても、明瞭なＢモード画像信号を生成することができる。
検波処理部３３で生成されたＢモード画像信号は、画像メモリ３４に格納される。

このようにして、第１番目の走査線Ｌ１に対応する画像Ｃ１の画像信号が、画像メモリ３４に格納されると、ステップＳ１５で、ｉ＝ｎになったか否か、すなわち、ｎ本のすべての走査線Ｌｉについて画像信号の生成が完了したか否かが判定される。
ここでは、ｉの値がまだ「１」であるので、ステップＳ１６に進み、ｉの値を「１」だけ増加させて「２」とした後、ステップＳ１２に戻る。そして、ステップＳ１２〜Ｓ１４により、第２番目の走査線Ｌ２に対応する画像Ｃ２のＢモード画像信号が生成されて画像メモリ３４に格納される。
同様にして、ｉ＝ｎになるまで、ｉの値を順次「１」だけ増加させてステップＳ１２〜Ｓ１４が繰り返される。

このようにして、ｎ本のすべての走査線Ｌｉについて画像ＣｉのＢモード画像信号の生成が完了すると、ステップＳ１５からステップＳ１７に進み、画像メモリ３４に格納されている画像Ｃ１〜ＣｎのＢモード画像信号が画像合成部６においてラスター変換され、各種の画像処理が施されて、表示画像のＢモード画像信号が生成される。
この表示画像のＢモード画像信号は、表示制御部７に出力され、互いに方向の異なるｎ本の走査線Ｌ１〜Ｌｎの画像Ｃ１〜Ｃｎが合成された超音波画像が表示部８に表示される。
この実施の形態２によれば、セクタ走査においても、全面にわたって明瞭な超音波画像を生成することが可能となる。

なお、上記の実施の形態２では、図７に示したように、帯域制限部３１が受信部３に接続され、受信部３で得られた受信信号を、走査線Ｌｉの方向と探触子１の素子の法線方向Ｄ１との間の角度θｉに応じた低周波数帯域の信号に制限したが、これに限るものではなく、受信フォーカス部３２と検波処理部３３の間に帯域制限部３１を接続してもよい。この場合、受信部３で得られた受信信号に対し、周波数帯域を制限することなく、受信フォーカス部３２で受信フォーカスを実施して音線信号が生成され、この音線信号を帯域制限部３１が走査線Ｌｉの方向に応じた低周波数帯域の音線信号に制限する。このようにしても、続く検波処理部３３により、走査線Ｌｉの方向と探触子１の素子の法線方向Ｄ１との間の角度θｉが大きくなるほど、低周波数の信号のみを用いて検波が実施され、明瞭な超音波画像を生成することができる。

また、帯域制限部３１を省略し、検波処理部３３が、制御部９による制御の下、検波の参照周波数を走査線Ｌｉの方向と探触子１の素子の法線方向Ｄ１との間の角度θｉに応じた低周波数帯域の中心周波数に設定し、カットオフ周波数も合わせて調整することで、受信フォーカス部３２で生成された音線信号に対し、走査線Ｌｉの方向と探触子１の素子の法線方向Ｄ１との間の角度θｉが大きくなるほど、低周波数の信号のみを用いた検波を実施することもできる。

１ 探触子、２ 送信部、３ 受信部、４ 組織画像生成部、５，５Ａ，５Ｂ 針画像生成部、６ 画像合成部、７ 表示制御部、８ 表示部、９ 制御部、１０ 操作部、１１ 格納部、１２ 第１の受信フォーカス部、１３ 第１の検波処理部、１４，２４，３４ 画像メモリ、２１，３１ 帯域制限部、２２ 第２の受信フォーカス部、２３，２３Ｂ 第２の検波処理部、３０ 画像生成部、３２ 受信フォーカス部、３３ 検波処理部、Ｄ１ 素子の法線方向、Ｄ２ 針に直交する方向、ＲＡ 受信開口、Ｔ 中心に位置する素子、Ｎ 針、θ 穿刺角度、Ｌｉ 走査線、θｉ 走査線の角度、Ｓ 被検体。

Claims (12)

1. 超音波を発生して送信すると共に被検体から反射した超音波を受信する複数の素子を備えた探触子と、
   前記探触子の前記複数の素子から被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、
   前記被検体から反射した超音波を前記探触子の前記複数の素子で受信した受信信号に対し、受信フォーカスを行って超音波画像を生成する画像生成部と、
   同一の前記受信信号に対し、前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向とは異なる複数の方向に受信フォーカスを行う際に、前記法線方向とは異なる複数の方向のうち、前記法線方向からのずれが大きな方向ほど、低い低周波数帯域の信号に前記受信信号を制限し、前記受信信号のうち所定の低周波数帯域の信号のみを用いて前記法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の生成を行い、前記法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の中から最も明瞭な超音波画像を選択するように前記画像生成部を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記画像生成部は、
   前記受信信号に対し、前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向に受信フォーカスを行って前記法線方向に沿った画像信号を生成する第１の画像生成部と、
   前記受信信号に対し、前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行うと共に前記所定の低周波数帯域の信号のみを用いて前記素子の法線方向とは異なる方向の画像信号を生成する第２の画像生成部と
   を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記第１の画像生成部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、前記法線方向に受信フォーカスを行い、
   前記第２の画像生成部は、前記法線方向とは異なる方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、前記法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行う請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の画像生成部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、前記法線方向に受信フォーカスを行い、
   前記第２の画像生成部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施して取得された受信信号に対し、前記法線方向とは異なる方向に受信フォーカスを行う請求項２に記載の超音波診断装置。
5. 前記送信部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、前記法線方向だけでなく前記法線方向とは異なる方向にまで放射状に広がる超音波ビームを送信する請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記送信部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、前記探触子の送信開口を構成する前記素子の前方である前記被検体内あるいは後方に収束する超音波ビームを送信する請求項４に記載の超音波診断装置。
7. 前記送信部は、前記法線方向に送信フォーカスを実施する場合に、平面波の超音波ビームを送信する請求項４に記載の超音波診断装置。
8. 前記画像生成部は、前記所定の低周波数帯域に制限した検波を行う検波処理部を含む請求項２ないし７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
9. 前記第１の画像生成部で生成された画像信号と前記第２の画像生成部で生成された画像信号とを互いに合成する画像合成部をさらに備えた請求項２ないし８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記探触子の前記複数の素子から互いに方向の異なる複数の走査線に沿って順次超音波の送受信を行うセクタ走査の際に、
    前記制御部は、それぞれの前記走査線の方向に受信フォーカスを行うと共に前記走査線の方向と前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向との間の角度が大きいほど、低周波数の信号のみを用いて超音波画像を生成するように前記画像生成部を制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
11. 前記画像生成部は、前記走査線の方向と前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向との間の角度が大きくなるほど、低い中心周波数を有する低周波数帯域に制限した検波を行う検波処理部を含む請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 探触子の複数の素子から被検体に向けて超音波ビームを送信し、
    前記被検体から反射した超音波を前記探触子の前記複数の素子で受信した同一の受信信号に対し、前記探触子の受信開口を構成する前記素子の法線方向とは異なる複数の方向に受信フォーカスを行い、
    前記法線方向とは異なる複数の方向のうち、前記法線方向からのずれが大きな方向ほど、低い低周波数帯域の信号に前記受信信号を制限し、前記受信信号のうち所定の低周波数帯域の信号のみを用いて前記法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の生成を行い、
    前記法線方向とは異なる複数の方向の超音波画像の中から最も明瞭な超音波画像を選択する
    ことを特徴とする超音波画像生成方法。