JP7011399B2 - 超音波診断装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、受信信号に基づいて時系列的な複数のフレーム画像を生成し、フレーム画像由来の、被検体内の断層像（いわゆるＢモード像）を表示する超音波診断装置およびその制御方法に関する。

上記の超音波診断装置が知られており（一例として特許文献１参照）、病院等で広く使用されている。

この超音波診断装置における１つの重要なテーマは、如何にして高分解能の断層像を生成して表示するか、という点である。

高分解能の断層像を生成して表示するための１つの技術として、被検体内に超音波ビームを送信して反射超音波を受信する際の受信側については、いわゆるダイナミックフォーカスと呼ばれる技術が採用される。このダイナミックフォーカスは、被検体内の浅い位置まで進んでその浅い位置で反射して戻ってくる超音波と被検体内の深い位置まで進んでその深い位置で反射して戻ってくる超音波との間に時間差が生まれることを利用して、受信側焦点位置を時間的に深さ方向に変化させる技術である。

しかしながら、送信側については、このダイナミックフォーカスの技術を採用することはできず、予め定めておいた深さ位置１点に送信側焦点を有する超音波ビームを送信することになる。このため、断層像の、送信側焦点近傍の深さ領域については比較的高い分解能の断層像が得られても、送信側焦点から離れた深さ領域については比較的低い分解能の断層像となる。このため、深さ方向の広い領域に亘って診察対象とする断層像を得ようとすると、送信側焦点を細くは絞らずに広げ気味とすることが行われている。

送信側についても分解能が高くかつ深さ方向に均一なビームを得るために、例えば、送信側焦点位置を浅い位置に設定した超音波ビームを送信して得た断層像と、送信側焦点位置を深い位置に設定した超音波ビームを送信して得た断層像など、送信側焦点を深さ方向の複数の位置それぞれに設定して超音波ビームを送信して得た複数の断層像を得、それら複数の断層像の、分解能が高い、それぞれの送信側焦点近傍の領域を切り出してつなぎ合わせることにより、深さ方向について広い範囲に亘って高分解能の１枚の断層像を得る多段フォーカスと呼ばれる技術が知られている。しかしながら、この技術を採用して、例えばｎ枚の断層像から高分解能の１枚の断層像を合成すると、フレームレートが１／ｎに低下してしまうという別の問題が発生する。フレームレートは単位時間当たりの断層像の数であり、フレームレートが低いと円滑な動きのある断層像を表示することができないことになる。

特開２０１４－１４４１１３号公報

本発明は、上記事情に鑑み、フレームレートを下げることなく高い分解能の断層像を生成して表示することのできる超音波診断装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、
被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置であって、
被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の送信側焦点位置からなる焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置をフレームごとに変更し、かつ該送信側焦点位置の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させす走査制御部と、
前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ前記複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成部と、
前記フレーム合成部での合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

本発明の超音波診断装置によれば、送信側焦点位置が異なる複数の断層像の合成処理を順次に繰り返すため、フレームレートを下げることなく、高分解能の断層像を生成して表示することができる。

ここで、本発明の超音波診断装置において、前記フレーム合成部が、各フレーム画像ごとの送信側焦点の近傍領域について、該近傍領域よりも該各フレーム画像ごとの送信側焦点から離れた遠方領域と比べ重みを増した重み付け関数を用いた重み付け処理を行なうことが好ましい。

フレーム合成処理を実行するにあたり、送信側焦点位置の近傍領域について重みを増した重み付け関数を用いた重み付け処理を行なうことにより、生成される断層像の分解能がさらに高められる。

また、本発明の超音波診断装置において、前記焦点位置セットを構成する複数の送信側焦点位置を調整自在に設定する設定部をさらに備えることも好ましい態様である。

送信側焦点位置を調整自在に設定することにより、断層像上の診察したい領域がある一部の深さ領域にある場合に、その特定の深さ領域の分解能をさらに向上させるように送信側焦点位置を調整するなど、その時々の診察対象に応じた設定が可能となる。

さらに、本発明の超音波診断装置において、前記走査制御部が、走査偏向最大角度をフレームごとに変更させる制御を行なうものであって、前記焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置を深い位置に設定するフレームほど大きな走査偏向最大角度に設定することが好ましい。

送信側焦点位置が被検体内の深い位置にあると、浅い位置にある場合と比べ、偏向角度が大きくてもアーチファクトが抑えられる。

さらに、本発明の超音波診断装置において、前記走査制御部が、前記焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置をフレームごとに変更させかつ該送信側焦点位置の変更を該複数ごとに循環させるとともに、送信側焦点位置が浅いほど高い周波数の超音波で被検体内の走査を繰り返させることも好ましい態様である。

超音波の周波数が高いほど、断層像の分解能を高めることができる。ただし、周波数が高い超音波は減衰が激しく、深い領域の診察には不向きである。そこで、超音波の周波数を送信側焦点位置に連動させて、送信側焦点位置が浅いほど高い周波数の超音波を採用することにより、断層像の特に浅い領域について分解能をさらに高めることができる。

以上の本発明によれば、フレームレートを下げることなく高い分解能の断層像を生成して表示することのできる超音波診断装置およびその制御方法が実現する。

本発明の一実施形態としての超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 焦点位置セットの第１例を示した図である。 断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。 フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。 各送信側焦点位置ごとの重み付け関数の定義を示した図である。 焦点位置セットの第２例を示した図である。 断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。 フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。 １回のフレーム合成処理に用いる７つのフレームを重ねて示した図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

この図１に示す超音波診断装置１００には、超音波探触子１が備えられている。この超音波探触子１は、着脱自在に交換され、生体３０の診断部位や診断内容等に応じて、それに適した超音波探触子が用いられる。この超音波探触子１には、生体３０の体表に当てがわれる側の先端に、圧電セラミックス等の振動子（図示せず）が配列されている。また、この超音波探触子１には、送信部２と受信部３が接続されている。

送信部２には、送信の繰り返し周期（例えば４ＫＨｚ）を与えるレートパルスを発生するパルス発生器が含まれている。この送信部２は、例えば６４チャンネルの、パルスドライバ及び遅延回路を有する。パルスドライバは、レートパルスのタイミングで、設定された送信周波数（例えば２．５ＭＨｚ）により定まる周期の振動パルスを発生し、超音波探触子１の振動子に印加する。遅延回路は超音波ビームを収束し、かつ指向性を与えるために各チャンネル毎のパルス発生タイミングに所定の遅延を与える。その結果、指向性を有する超音波ビームが生体３０内にパルス状に送信される。このようにして、超音波探触子１から、レートパルス周期で、生体３０内に延びる、例えば２５６本の走査線それぞれに沿う超音波ビームが順次に送信されて、１フレーム分の走査が完了する。

一方、生体３０内の音響インピーダンスの不連続面で反射した超音波は超音波探触子１を介して受信部３でチャンネル毎に受信されて受信信号に変換される。受信部３は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換回路、遅延回路、加算回路、直交検波回路、および振幅計算回路から構成されている。受信信号は、プリアンプで増幅され、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルの受信信号に変換され、遅延回路により各チャンネル毎に所定の遅延が与えられて、加算回路により加算される。直交検波回路では、加算回路からの出力信号をベースバンド帯域の同相信号（Ｉ信号、Ｉ：Ｉｎ－ｐｈａｓｅ）と直交信号（Ｑ信号、Ｑ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅ）に変換し、さらに振幅計算回路で振幅計算を行なう。これにより、各走査線１ａについて順次に、超音波ビームが送信された方向からの反射超音波が受信される。受信部３から出力された受信信号は、対数圧縮部４で対数圧縮され、Ｂモード信号処理部５でＢモード信号処理がなされ、フレームごとに順次に、フレームメモリ６に一旦格納される。そして、このフレームメモリ６に格納された所定フレーム数分の受信信号が読み出されて、フレーム合成部７によりフレーム合成処理が行われる。このフレーム合成部７におけるフレーム合成処理については、後述する。

フレーム合成処理後の受信信号は、フレーム相関部８に入力される。このフレーム相関部８では、入力された現在のフレーム信号とその１つ前に入力されたフレーム信号との間で１次のＩＩＲフィルタ処理が行われる。ただし、場合により、このフレーム相関部８での処理を省くことも可能である。フレーム相関部８からの出力信号はシネメモリ９に格納される。

シネメモリ９に格納された受信信号は、更にデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１０に入力される。このＤＳＣ１０では、座標変換処理と直線補間処理により、各走査線１ａごとの受信信号の、１フレーム分の集合が、表示部１１の表示画面に表示するのに適した信号に変換される。このＤＳＣ１０で信号変換により生成された、表示部１１の表示画面に表示するのに適した信号は表示部１１に入力され、その表示部１１の表示画面上に、ＤＳＣ１０から送られてきた信号に基づく断層像が表示される。

次に、フレーム合成部７、フレーム合成設定部７１、および焦点位置設定部２１について説明する。

フレーム合成設定部７１では、１回のフレーム合成処理を行なうフレームの数が設定される。焦点位置設定部２１では、フレーム合成設定部７１において設定された１回のフレーム合成処理のフレームの数と同数の送信側焦点位置からなる焦点位置セットが設定される。

図２は、焦点位置セットの第１例を示した図である。

ここでは、フレーム合成設定部７１において、１回のフレーム合成処理を行なうフレームの数が「３」と設定されたものとする。その場合、焦点位置セット２２は、図２に示すように、３つの送信側焦点位置から構成される。ここで、送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３であって、送信側焦点位置ｄ１は、これら３つのうちの生体３０内の最も浅い位置にあり、送信側焦点位置ｄ２は、中程度の深さ位置にあり、送信側焦点位置ｄ３は、これら３つのうちの最も深い位置にある。これら３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、今回生成される断層像内の浅い領域から深い領域に亘る全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされているが、ユーザにより深さ方向に移動することができる。

図３は、断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。

ここでは、超音波探触子１として、リニアスキャン用の超音波探触子が装着され、また走査制御部３１によりリニアスキャンの制御が行われているものとする。ここで、リニアスキャンは、各走査線１ａ（各超音波ビームの進行方向）が互いに平行に延び、横方向にシフトしていく走査方式をいう。

図３（ａ）～（ｆ）は、時系列的に生成された各１フレーム分の受信信号を示している。ここでは、図３（ａ）～（ｆ）に示す各１フレーム分の受信信号を、それぞれフレームａ～フレームｆと称する。

フレームａの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図２に示す焦点位置セット２２の１番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングを調整する。同様にして、フレームｂの生成の際は、送信部２の遅延回路では、焦点位置セット２２の２番目の送信側焦点位置ｄ２となるように調整し、フレームｃの生成の際は、送信部２の遅延回路では、焦点位置セット２２の３番目の送信側焦点位置ｄ３となるように調整する。さらに次のフレームｄの生成の際は、送信部２の遅延回路では、焦点位置セット２２の先頭に戻り、送信側焦点位置ｄ１となるように調整する。すなわち、ここでは、送信側焦点位置が循環的にｄ１，ｄ２，ｄ３となるように１フレームごとに遅延パターンを変更する。このようにして、この図３に示すフレームａ～フレームｆの６フレームだけでなく多数のフレームの生成を繰り返す。このようにして生成されたフレームａ，ｂ，ｃ，・・・はフレームメモリ６に順次に格納される。このフレームメモリ６は、次に説明するフレーム合成処理の実行に支障ががない程度のメモリ容量を有するが、フレームメモリ６が満杯になると、先に格納したフレームから順に上書きされる。

図４は、フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。

ここに示す例では、フレーム合成設定部７１において、１回の合成処理のフレーム数が「３」に設定されている。そこで、フレーム合成部７では、先ずは、図３に示す３つのフレームａ～ｃについてフレーム合成処理が行なわれる。すなわち、ここでは、３つのフレームａ～ｃの互いに対応する点の信号値どうしが平均化され、その平均化された信号値がその点に対応づけられる。

ただし、ここでのフレーム合成処理にあたっては、重み付け平均処理が採用されている。

図５は、各送信側焦点位置ごとの重み付け関数の定義を示した図である。

フレームａについては、送信側焦点位置ｄ１の近傍領域Ｄ１について、送信側焦点位置ｄ１から離れた他の領域Ｄ２，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けとする。ここでは一例として、領域Ｄ１内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ２，Ｄ３内の各点（ｉ）については、その点の信号値の３倍から線形的に低減されて、深さ方向の重み付け関数ＤＷ１（ｉ）とする。これと同様に、フレームｂについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けをする。ここでは一例として、領域Ｄ２内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ１，Ｄ３内の各点（ｉ）については、その重みが３から線形的に低減され、深さ方向の関数ＤＷ２（ｉ）とする。さらに、フレームｃについては、送信側焦点位置ｄ３の近傍領域Ｄ３について、送信側焦点位置ｄ３から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ２と比べ重みを増した重み付けをする。ここでは一例として、領域Ｄ３内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ１，Ｄ２内の各点（ｉ）については、その重みが３から線形的に低減され、深さ方向の関数ＤＷ３（ｉ）とする。

具体的には、３つのフレームａ～ｃの互いに対応する点（ｉ）の信号値をＳａ（ｉ），Ｓｂ（ｉ），Ｓｃ（ｉ）としたとき、
平均値Ｓ（ｉ）＝（Ｓａ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）＋Ｓｂ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）＋Ｓｃ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ））／（ＤＷ１（ｉ）＋ＤＷ２（ｉ）＋ＤＷ３（ｉ））
により、平均値Ｓ（ｉ）が算出されて、その点（ｉ）に対応づけられる。

３つのフレームａ～ｃのフレーム合成処理が終了すると、次に、１つずれた３つのフレームｂ～ｄのフレーム合成処理が実行される。フレームｂ，ｃについての重み付けは上記の通りであり、フレームｄについての重み付けは、フレームａについての重み付けと同じである。さらにその次は、さらに１つずれた３つのフレームｃ～ｅのフレーム合成処理が実行される。フレームｃ，ｄについての重み付けは上記の通りであり、フレームｅについての重み付けは、フレームｂについての重み付けと同じである。また、フレームｆについての重み付けは、フレームｃについての重み付けと同じである。

このようにして、１回につき３つのフレームについてのフレーム合成処理を順次に実行する。このフレーム合成処理により生成されるフレームは、ｄ１，ｄ２，ｄ３の３つの送信側焦点位置に焦点を結んだ、断層像全域に亘って高分解能な断層像となる。

フレーム合成部７を通過した後の処理については、前述した通りである。

図６は、複数の送信側焦点位置からなる焦点位置セットの第２例を示した図である。

ここでは、フレーム合成設定部７１で１回の平均処理を行なうフレームの数が「７」に設定されたものとする。この場合、図６に示すように、焦点位置セット２３には、同一の送信側焦点位置の重複を許容した７つの送信側焦点位置が含まれることになる。図２の場合と同様、ここでも、送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３であって、送信側焦点位置ｄ１は、これら３つのうち生体３０内の最も浅い位置にあり、送信側焦点位置ｄ２は、中程度の深さ位置にあり、送信側焦点位置ｄ３は、これら３つのうちの最も深い位置にある。これら３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、今回の断層像の全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされているが、ユーザにより深さ方向に移動することができる。また、送信側焦点位置は、３つには限られず、最大、１回の平均処理を行なうフレームの数（ここでは「７」）と同数だけ、別々の送信側焦点位置を設定することができる。

ここで、この図６に示す焦点位置セット２３には、ｄ１が２回、ｄ２が３回、ｄ３が２回、出現している。すなわち、ここに示した例は、中程度の深さ位置にやや重きを置いた設定になっている。

また、この図６に示す焦点位置セット２３には超音波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のセットも記録されている。周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３である。すなわち、この焦点位置セット２３に設定されている３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３のうち生体３０内の最も浅い位置にある送信側焦点位置ｄ１には、３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のうちの最も高い周波数ｆ１が対応付けられている。また、中程度の深さ位置にある送信側焦点位置ｄ２には、中程度の周波数ｆ２が対応付けられ、最も深い位置にある送信側焦点位置ｄ３には、最も低い周波数ｆ３が対応付けられている。これは、周波数が高い方が高い分解能が得られるが、周波数が高いと減衰が激しくペンネトレーションが低下し、深い領域の断層像の生成が困難である、という理由による。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、断層像内の浅い領域から深い領域に亘る全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされているが、ユーザにより調整することも可能である。また、ここでは３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を採用しているが、前述の第１例（図２参照）と同様に全てのフレームにおいて同一の周波数を採用してもよく、あるいは異なる２つの周波数を採用してもよい。

また、この図６に示す焦点位置セット２３には、さらに、各フレームごとの最大の走査偏向角度も記録されている。この走査偏向角度は、図７に示すように、超音波ビームを生体３０内に斜めに生成する角度をいう。例えば、図７（ａ）のフレームでは、最大の走査偏向角度は１５°である。

ここで、図６に示す焦点位置セット２３に設定されている３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３には３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３がそれぞれ対応づけられていて、それら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のうちの最も高い周波数ｆ１には、小さい走査偏向角度５°が対応づけられている。また、中程度の周波数ｆ２には中程度の走査偏向角度１０°が対応づけられ、最も低い周波数ｆ３には一番大きい走査偏向角度１５°が対応づけられている。ただし、走査偏向角度０°のフレームには、中程度の周波数ｆ２が対応づけられている。

これは、上述の通り、周波数が高い方が高い分解能の断層像が得られるものの、周波数が高いと、周波数が低い場合と比べ、大きな走査偏向角度を採用した場合に大きなアーチファクトが発生する。このため、周波数が高いときは小さい走査偏向角度を採用することとしている。一方、周波数が低いと、周波数が高いときと比べ分解能は低減するが、ペンネトレーションが良好であって深い領域の断層像の生成に適しており、また、周波数が高いときと比べ走査偏向角度が大きくてもアーチファクトが小さい、という理由による。

これらの各フレームごとの走査偏向角度もユーザにより変更することが可能である。

図７は、断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。

ここでは、走査制御部３１により、各フレームの走査偏向角度が異なる空間コンパウンドというフレーム合成法を実現する制御が行なわれているものとする。

ここで、空間コンパウンド法とは、超音波ビームの走査偏向角度をフレーム間で循環的に切り替えながら時系列的に並んだフレームを順次合成する技術をいう。この空間コンパウンド法は、骨などの硬い組織の裏に隠れて真上からでは断層像上に現れない組織の診察などに利用される。ここでは、この空間コンパウンド法に、送信側焦点位置を順次複数箇所に設定するという本実施形態の特徴を組み合わせた例について説明する。

図７（ａ）～（ｎ）は、時系列的に生成された各１フレーム分の受信信号を示している。ここでは、図７（ａ）～（ｎ）に示す各１フレーム分の受信信号を、それぞれフレームａ～フレームｎと称する。ここで、図面のスペースの関係上、図７（ｈ）～（ｎ）が小さく示されているが、図７（ｈ）～（ｎ）は、図７（ａ）～（ｇ）とそれぞれ同じ内容を表現した図である。

フレームａの生成の際は、左端の走査線１ａが１５°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって１５°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームａの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の１番目の送信側焦点位置ｄ３となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ３の超音波パルスが送信される。

また、次のフレームｂの生成の際は、左端の走査線１ａが１０°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって１０°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｂの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の２番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ２の超音波パルスが送信される。

さらに、次のフレームｃの生成の際は、左端の走査線１ａが５°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって５°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｃの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の３番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ１の超音波パルスが送信される。

さらに次のフレームｄの生成の際は、全ての走査線１ａが垂直（０°）となるように超音波ビームが生成される。また、このフレームｄの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の４番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ２の超音波パルスが送信される。

さらに次のフレームｅの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが５°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～５°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｅの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の５番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ１の超音波パルスが送信される。

さらに次のフレームｆの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが１０°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～１０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｆの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の６番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ２の超音波パルスが送信される。

さらに次のフレームｇの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが１５°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～１５°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｇの生成の際は、送信部２の遅延回路では、図６に示す焦点位置セット２３の７番目の送信側焦点位置ｄ３となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整され、周波数ｆ３の超音波パルスが送信される。

さらに次のフレームｈの生成の際は、送信部２の遅延回路では、焦点位置セット２３の先頭に戻り、送信側焦点位置ｄ３かつ周波数ｆ３となるように調整する。すなわち、ここでは、送信側焦点位置および周波数が、（ｄ３，ｆ３）→（ｄ２，ｆ２）→（ｄ１，ｆ１）→（ｄ２，ｆ２）→（ｄ１，ｆ１）→（ｄ２，ｆ２）→（ｄ３，ｆ３）のパターンを循環的に繰り返すように、１フレームごとに遅延パターンおよび周波数が変更される。このようにして、この図７に示すフレームａ～フレームｎの１４フレームだけでなく多数のフレームの生成を繰り返す。このようにして生成されたフレームａ，ｂ，ｃ，・・・はフレームメモリ６に順次に格納される。このフレームメモリ６は、フレーム合成処理の実行に支障ががない程度のメモリ容量を有するが、フレームメモリ６が満杯になると、先に格納したフレームから順に上書きされる。

図８は、フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。

ここに示す第２例では、フレーム合成設定部７１において、１回のフレーム合成処理のフレーム数が「７」に設定されている。そこで、フレーム合成部７では、先ずは、図７に示す７つのフレームａ～ｇについてフレーム合成処理が行なわれる。すなわち、ここでは、７つのフレームａ～ｇの互いに対応する点の信号値どうしが合成され、その合成された信号値がその点に対応づけられる。ただし、ここに示した第２例の場合、走査偏向最大角度が各フレームごとに異なっているため、走査偏向最大角度を変数とする重み付け関数ＡＷが定義され、前記した各送信側焦点位置に対応する重み付け関数ＤＷ（図５参照）と掛け合わされる。

フレームａについては、送信側焦点位置ｄ３の近傍領域Ｄ３について、送信側焦点位置ｄ３から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ２と比べ重みを増したＤＷ３とする。また、フレームａは走査偏向角度１５°であるため、重み付け関数ＡＷについては、走査偏向角度１０°、５°及び０°と比べ重みが一番小さいＡＷ１５を採用する。これと同様に、フレームｂについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ２とする。また、フレームｂは走査偏向角度１０°であるため、重み付け関数ＡＷについては、走査偏向角度１５°と比べ重みを増したＡＷ１０とする。さらに、フレームｃについては、送信側焦点位置ｄ１の近傍領域Ｄ１について、送信側焦点位置ｄ１から離れた他の領域Ｄ２，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ１とする。また、フレームｃは、走査偏向角度５°であるため、走査偏向角度１０°と比べ重みを増したＡＷ５とする。さらに、フレームｄについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ２とする。また、フレームｄは、走査偏向角度０°であるため、走査偏向角度５°と比べ重みを増したＡＷ０とする。フレームｅ～ｎについても同様である。

具体的には、７つのフレームａ～ｇの互いに対応する点（ｉ）の信号値をＳａ（ｉ），Ｓｂ（ｉ），・・・，Ｓｇ（ｉ）としたとき、
平均値Ｓ（ｉ）＝（Ｓａ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５＋Ｓｂ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０＋Ｓｃ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５＋Ｓｄ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ０＋Ｓｅ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５＋Ｓｆ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０＋Ｓｇ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５／（２×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５＋２×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０＋２×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５＋ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ０）
により、平均値Ｓ（ｉ）が算出されて、その点（ｉ）に対応づけられる。

なお、ここでは、重み付け関数ＡＷはフレームごとに固定値としたが、重み付け関数ＡＷについても走査偏向最大角度の関数であるとともに深さ位置（ｉ）の関数としてもよい。

図９は、１回のフレーム合成処理に用いる７つのフレームを重ねて示した図である。

ここでは、図７に示すように、各フレームごとに走査偏向最大角度が異なっている。そこで、重み付け平均処理にあたっては、フレームａ～ｇの共通の領域が抽出される。すなわち、この図９に一点鎖線で示した領域が切り捨てられて実線で示した矩形の領域が抽出される。

図８に戻って説明を続ける。

最初の７つのフレームａ～ｇのフレーム合成処理が終了すると、次に、１つずれた７つのフレームｂ～ｈのフレーム合成処理が実行される。フレームｂ～ｇについての重み付けは上記の通りであり、フレームｈについての重み付けは、フレームａについての重み付けと同じである。さらにその次は、さらに１つずれた７つのフレームｃ～ｉの重み付け平均処理が実行される。フレームｃ～ｈについての重み付けは上記の通りであり、フレームｉについての重み付けは、フレームｂについての重み付けと同じである。また、フレームｊ～ｎについての重み付けは、フレームｃ～ｇについての重み付けとそれぞれ同じである。

このようにして、１回につき７つのフレームについてのフレーム合成処理を順次に実行する。

このフレーム合成処理により生成されるフレームは、ｄ１，ｄ２，ｄ３の３つの送信側焦点位置に焦点を結んだ、断層像全域に亘って高分解能な断層像となる。

フレーム合成部７を通過した後の処理については、前述した通りである。

なお、ここでは、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数が３フレームの例と７フレームの例を示したが、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数は、これらのフレーム数に限られるものではなく、必要に照らした任意の複数であってもよい。また、ここでは３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３、３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３、および走査偏向角度１５°，１０°，５°，０°，－５°，－１０°，－１５°の例について説明したが、これらも必要に照らした任意の複数であってもよい。ただし、送信側焦点位置の数、周波数の数、および走査偏向角度の数は、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数と同数かそれ以下の数に限られることになる。

また、ここでは、図１に示すように、フレーム合成部７を、Ｂモード信号処理部５とフレーム相関部８との間に置いた例について説明したが、フレーム合成部７は、必ずしもＢモード信号処理部５とフレーム相関部８との間に置く必要はなく、対数圧縮部４よりも前の位置に置いてもよい。

１ 超音波探触子
１ａ 走査線
２ 送信部
２１ 焦点位置設定部
３ 受信部
３１ 走査制御部
４ 対数圧縮部
５ Ｂモード信号処理部
６ フレームメモリ
７ フレーム合成部
７１ フレーム合成設定部
８ フレーム相関部
９ シネメモリ
１０ デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
１１ 表示部
３０ 生体
１００ 超音波診断装置

Claims (8)

1. 被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置であって、
   被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の送信側焦点位置からなる焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置をフレームごとに変更させ、かつ該送信側焦点位置の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させる走査制御部と、
   前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成部と、
   前記フレーム合成部での合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示する表示部とを備え、
   前記フレーム合成部が、合成する複数のフレーム画像の対応する点の信号値を重みづけ平均することにより合成処理を行い、
   前記フレーム合成部が、前記重みづけ平均に、各フレーム画像の送信側焦点の近傍領域について、該近傍領域よりも該各フレーム画像の送信側焦点から離れた遠方領域と比べ重みを増した重み関数を用い、
   前記近傍領域が、互いに異なる送信側焦点位置を有する複数の超音波ビームの深さ方向におけるビーム幅の変化を示すグラフの交点に基づいて定められることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記焦点位置セットを構成する複数の送信側焦点位置を調整自在に設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記走査制御部が、走査偏向最大角度をフレームごとに変更させる制御を行なうものであって、前記焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置を深い位置に設定するフレームほど大きな走査偏向最大角度に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記走査制御部が、前記焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置をフレームごとに変更させかつ該送信側焦点位置の変更を該複数ごとに循環させるとともに、送信側焦点位置が浅いほど高い周波数の超音波で被検体内の走査を繰り返させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
5. 前記焦点位置セットに含まれる複数の送信側焦点位置には、同じ送信側焦点位置が含まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 前記焦点位置セットに含まれる複数の送信側焦点位置には第１の送信側焦点位置と第２の送信側焦点位置が含まれ、かつ、前記第１の送信側焦点位置の方が前記第２の送信側焦点位置よりも多く含まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
7. 被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置が実行する制御方法であって、
   被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の送信側焦点位置からなる焦点位置セットにしたがって送信側焦点位置をフレームごとに変更させ、かつ該送信側焦点位置の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させる走査制御工程と、
   前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成工程と、
   前記フレーム合成工程での合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示装置に表示させる表示工程とを有し、
   前記フレーム合成工程では、合成する複数のフレーム画像の対応する点の信号値を重みづけ平均することにより合成処理を行い、
   前記フレーム合成工程では、前記重みづけ平均に、各フレーム画像の送信側焦点の近傍領域について、該近傍領域よりも該各フレーム画像の送信側焦点から離れた遠方領域と比べ重みを増した重み関数を用い、
   前記近傍領域が、互いに異なる送信側焦点位置を有する複数の超音波ビームの深さ方向におけるビーム幅の変化を示すグラフの交点に基づいて定められることを特徴とする超音波診断装置の制御方法。
8. 超音波診断装置が有するコンピュータに、請求項７に記載の超音波診断装置の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。

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