JP7828243B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本開示は超音波診断装置に関し、特に、空間コンパウンド技術に関する。

超音波診断装置は、被検体内に超音波を送信し被検体内からの反射波を受信することにより、超音波画像を形成及び表示する装置である。超音波画像には、ランダムな音響ノイズ（スペックルとも称される）が含まれる。そのようなノイズを低減するための技術として、空間コンパウンド法が知られている。

空間コンパウンド法では、例えば、－φ度のビーム偏向角度が維持されつつ第１ビーム走査が実行されて第１フレームデータ（以下「フレームデータ」を単に「フレーム」という。）が取得される。続いて、０度のビーム偏向角度が維持されつつ第２ビーム走査が実行されて第２フレームが取得される。続いて、＋φ度のビーム偏向角度が維持されつつ第３ビーム走査が実行されて第３フレームが取得される。このシーケンスが循環的に実行される。これによりフレーム列が取得される。フレーム列は、時系列順に並ぶ、第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、・・・からなる。各合成タイミングにおいて、時間軸上において連なる３つのフレームが合成され、これにより合成フレームが生成される。

合成フレームには、複数の部分が含まれる。すなわち、三重合部分、二重合部分、及び、非重合部分、が含まれる。一般に、それらの内で、三重合部分及び二重合部分が表示対象となる。空間コンパウンド法では、最大のビーム偏向角度差（上記の例では２φ）が大きいほど、コンパウンド効果を高められることが知られている。上記の二重合部分においては、ビーム偏向角度差が小さくなるので、空間コンパウンド効果を十分に得られない。

従来の空間コンパウンド法において、フレーム合成数（あるいはビーム偏向角度数）は奇数であり、例えば、３，５又は７である。空間コンパウンド法では、見かけ上、フレームレートの低下は生じないが、フレーム合成数が多くなると、時間的応答性が低下する。

特許文献１、２には、従来の空間コンパウンド法が開示されている。特許文献３には、１．２５Ｄプローブが開示されている。いずれの特許文献にも、電子走査方向における一方端から他方端へのビーム走査に際してビーム偏向角度を連続的に変更することは開示されていない。

特許第４８６０９４５号公報 米国特許第６４１６４７７号公報 特許第５９２１１３３号公報

本開示の目的は、合成フレーム数が少なくても重合領域を拡大できる空間コンパウンド法を実現することにある。あるいは、本開示の目的は、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得ることにある。

本開示に係る超音波診断装置は、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する振動素子アレイと、第１ビーム走査面及び第２ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、前記振動素子アレイの動作を制御する制御部と、前記複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する合成部と、を含み、前記第１ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームにより構成され、前記電子走査方向における一方端から他方端にかけて、前記複数の第１ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、前記第２ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームにより構成され、前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第２ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大しており、前記振動素子アレイは、前記電子走査方向である長軸方向に直交する短軸方向に並ぶ複数の振動素子列を有し、前記各振動素子列は、前記電子走査方向に並ぶ複数の振動素子により構成され、前記複数のビーム走査面は、前記第１ビーム走査面、前記第２ビーム走査面、第３ビーム走査面、及び、第４ビーム走査面を含み、前記第３ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第３ビームにより構成され、前記一方端から前記他方端にかけて、前記複数の第３ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、前記第４ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第４ビームにより構成され、前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第４ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大しており、前記第１ビーム走査面及び前記第２ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第１開口サイズが設定され、前記第３ビーム走査面及び前記第４ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第２開口サイズが設定され、前記第１開口サイズと前記第２開口サイズは互いに異なる、ことを特徴とする。

本開示に係る超音波診断装置によれば、空間コンパウンド法の実施に際して、合成フレーム数が少なくても、重合領域を拡大できる。あるいは、本開示に係る超音波診断装置によれば、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得られる。

実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示す図である。 第１実施例に係るビーム走査を示す図である。 第１実施例に係る空間コンパウンド技術を示す図である。 第１実施例に係るビーム偏向角度関数を示す図である。 第１実施例に係るビーム偏向角度差関数を示す図である。 バンドパスフィルタの特性を示す図である。 ビーム偏向角度の変更に従うカットオフ周波数の変更を示す図である。 第１比較例を示す図である。 第２比較例を示す図である。 第１実施例の第１変形例を示す図である。 第１実施例の第２変形例を示す図である。 第２実施例に係る空間コンパウンド技術を示す図である。 第２実施例に係るビーム偏向角度関数を示す図である。 第２実施例に係るビーム偏向角度差関数を示す図である。 第２実施例の変形例を示す図である。 第３実施例に係る１．２５Ｄプローブを示す図である。 第３実施例に係る空間コンパウンド技術を示す図である。 重み付け関数を示す図である。 第３実施例の変形例を示す図である。 コンベックス走査を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、振動素子アレイ、制御部、及び、合成部を有する。振動素子アレイは、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する。制御部は、第１ビーム走査面及び第２ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、振動素子アレイの動作を制御する。合成部は、複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する。第１ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームにより構成される。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、複数の第１ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大している。第２ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームにより構成される。電子走査方向における他方端から一方端にかけて、複数の第２ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している。

第１ビーム走査面は、負の電子走査方向へ広がった深部を有する第１末広がり形状を有し、第２ビーム走査面は、正の電子走査方向へ広がった深部を有する第２末広がり形状を有する。よって、合成フレーム数が少なくても、第１ビーム走査面と第２ビーム走査面とが重なり合う領域（重合領域）を電子走査方向に拡大できる。それ故、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得られる。

実施形態において、第１末広がり形状は台形状であり、それは負の電子走査方向に伸長した下辺を有する。第２末広がり形状も台形状であり、それは正の電子走査方向に伸長した下辺を有する。第１末広がり形状の下辺及び第２末広がり形状の下辺は、それぞれ、直線又は曲線（円弧）である。これと同様に、第１末広がり形状の上辺及び第２末広がり形状の上辺も、それぞれ、直線又は曲線（円弧）である。実空間内において、２つの下辺は一致しないが、２つの上辺は一致する。第１末広がり形状を左右反転させると、左右反転後の第１末広がり形状が第２末広がり形状に一致する。つまり、第１末広がり形状及び第２末広がり形状は、反転対称の関係を有する。

ビーム偏向角度の連続的な増大には、ビーム偏向角度の段階的な増大が含まれる。第１ビーム走査面においては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて隣接ビーム間のビーム偏向角度差が徐々に増大している。第２ビーム走査面においては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて隣接ビーム間のビーム偏向角度差が徐々に増大している。

制御部は、送信部及び受信部の動作を制御することにより、振動素子アレイの動作を間接的に制御する。上記の各ビームは、音線又は走査線である。より具体的には、上記の各ビームは、パラレル受信が実行されない場合には送受信ビームであり、パラレル受信が実行される場合には送信ビームである。パラレル受信が実行される場合において、ビーム偏向角度関数に従って放射状に広がる複数の受信ビームが同時に形成されてもよい。

実施形態において、制御部は、第１ビーム偏向角度関数に従って複数の第１ビームの偏向角度を設定し、且つ、第２ビーム偏向角度関数に従って複数の第２ビームの偏向角度を設定する。電子走査方向の位置を示す第１軸とビーム偏向角度を示す第２軸とで定義される座標系において、第１ビーム偏向角度関数が第１線で表現され、第２ビーム偏向角度関数が第２線で表現される。座標系において第１線及び第２線はそれぞれ直線又は曲線である。座標系において第１線及び第２線は平行である。

第１ビーム走査面において、一方端に対応する第１ビームの偏向角度は０度又は＋ζ度であり、且つ、他方端に対応する第１ビームの偏向角度は－α度である（但し、｜α│＞０、又は、｜α│＞│ζ│＞０）。第２ビーム走査面において、他方端に対応する第２ビームの偏向角度は０度又は－ζ度であり、且つ、一方端に対応する第２ビームの偏向角度は＋α度である。

＋ζ及び－ζは、それぞれ、マイナスオフセットとして機能する。＋ζ及び－ζを加えることにより、重合領域を電子走査方向により拡大することが可能となる。そこまでの拡大を求めない場合には、＋ζ及び－ζに代えて０を採用すればよい。

実施形態において、振動素子アレイは、電子走査方向である長軸方向に直交する短軸方向に並ぶ複数の振動素子列を有する。各振動素子列は、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。複数のビーム走査面は、第１ビーム走査面、第２ビーム走査面、第３ビーム走査面、及び、第４ビーム走査面を含む。第３ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第３ビームにより構成される。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、複数の第３ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大している。第４ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第４ビームにより構成される。電子走査方向における他方端から一方端にかけて、複数の第４ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している。第１ビーム走査面及び第２ビーム走査面を形成する場合には、振動素子アレイにおいて短軸方向に第１音響開口サイズが設定される。第３ビーム走査面及び第４ビーム走査面を形成する場合には、振動素子アレイにおいて短軸方向に第２音響開口サイズが設定される。第１音響開口サイズと第２音響開口サイズは互いに異なる。

上記構成は、ビーム偏向角度変化の組み合わせと短軸方向の開口サイズの切り替えとを併用するものである。上記構成の実施に際しては、例えば、１．２５Ｄプローブ、１．５Ｄプローブ、１．７５Ｄプローブ又は２Ｄプローブが使用される。ビーム走査面の形成順序は任意に定め得る。例えば、第１ビーム走査面、第２ビーム走査面、第３ビーム走査面及び第４ビーム走査面の順序で一連のビーム走査面が形成されてもよいし、第１ビーム走査面、第３ビーム走査面、第２ビーム走査面及び第４ビーム走査面の順序で一連のビーム走査面が形成されてもよい。

実施形態に係る超音波診断装置は、複数の第１ビームに対応する複数の第１受信信号及び複数の第２ビームに対応する複数の第２受信信号に対して作用するフィルタを含む。制御部は、複数の第１ビームの偏向角度及び複数の第２ビームの偏向角度に応じて、フィルタの特性を変化させる。ビーム偏向角度に応じて超音波伝搬距離が変化する。つまり、ビーム偏向角度に応じて受信信号の特性が変化する。そこで、上記構成は、受信信号の特性の変化に応じてフィルタの特性を変化させるものである。

実施形態において、複数のビーム走査面の個数は偶数である。その個数は例えば２又は４である。偶数個のビーム走査面からなるビーム走査面セットが循環的に形成される。実施形態においては、ビーム偏向角度を０度に固定して実施される走査（従来の中間的走査）は不要となる。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波診断装置が示されている。この超音波診断装置は、医療機関等に設置され、被検者の超音波検査で使用される医用装置である。後述する各実施例に係る制御及び処理は、図１に示す構成を用いて実行される。

超音波プローブ１０は、直線状に配列された複数の振動素子により構成される振動素子アレイを有する。振動素子アレイにより超音波ビーム１２が形成される。超音波ビーム１２の電子走査の繰り返しにより、ビーム走査面（二次元データ取込領域）が順次形成される。実施形態においては、空間コンパウンド法に従って、複数種類のビーム走査面が循環的に形成される。後に説明する幾つかの実施例においては、第１ビーム走査面１６及び第２ビーム走査面１８が交互に形成される。その場合、合成フレーム数は２である。

送信部２２は、送信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。送信部２２は、送信時において、複数の送信信号を振動素子アレイへ並列的に供給する。これにより超音波が生体内へ放射される。すなわち、送信ビームが形成される。

受信部２０は、受信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。受信時において、生体内からの反射波が振動素子アレイにおいて受信されると、振動素子アレイから受信部２０へ複数の受信信号が並列的に出力される。受信部２０においては、複数の受信信号に対して整相加算を適用し、これにより受信ビームデータを生成する。

１回の電子走査により、１つの受信フレーム（受信フレームデータ）が形成される。１つの受信フレームは、電子走査方向に並ぶ複数の受信ビームデータにより構成される。各ビームデータは、深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。図示の構成例では、第１ビーム走査面に対応する第１受信フレーム及び第２ビーム走査面に対応する第２受信フレームが交互に得られる。

ビームデータ処理部２４は、包絡線検波回路、フィルタ、対数圧縮回路、等を有する。フィルタは、例えば、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。受信点の深さに応じてバンドパスフィルタの特性が動的に変更される。実施形態においては、更に、ビーム偏向角度に応じてバンドパスフィルタの特性が変更される。これについては後に詳述する。

画像形成部２６は、複数の受信フレームから複数の表示フレームを生成する回路である。具体的には、画像形成部２６は、座標変換機能、画素補間機能、フレームレート変更機能、等を有するデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）により構成される。個々の表示フレームは、静止画像としての断層画像に相当する。超音波画像として、断層画像以外の画像が形成されてもよい。空間コンパウンド法の実施時には、形成された複数の表示フレームが合成部２８へ送られる。

合成部２８は、入力される表示フレーム列から、時間的に隣接する２つの表示フレームからなる表示フレームペアを順次取り出し、表示フレームペアごとにそれを合成し、合成フレームを生成する。合成部２８から合成フレーム列が出力される。表示フレームペアの合成に際しては、例えば、矩形の重合部分が切り出され、且つ、２つの非重合部分（２つの端部）が破棄される。

なお、座標変換前のフレーム列の合成により合成フレーム列が生成されてもよい。包絡線検波前のＲＦフレーム列の合成により合成フレーム列が生成されてもよい。

表示処理部３０は、グラフィック合成機能、カラー演算機能、等を有する。表示処理部３０から表示器３２へ合成フレーム列が送られる。表示器３２において合成フレーム列が断層画像（動画像）として表示される。表示器３２は、有機ＥＬ表示デバイス、ＬＣＤ等により構成される。上記の合成部２８及び表示処理部３０は、それぞれ、プロセッサにより構成される。以下に説明する制御部３４が合成部２８及び表示処理部３０として機能してもよい。

制御部３４は、プログラムを実行するＣＰＵにより構成される。制御部３４は、図１に示されている各構成要素の動作を制御し、また、各種の情報処理を実行する。具体的には、制御部３４は、送受信制御部３８として機能する。また、制御部３４は、空間コンパウンド制御部３６として機能する。空間コンパウンド制御に際しては、送受信制御部３８及び合成制御部４０が機能する。空間コンパウンド制御の具体的内容については、後に説明する。制御部３４に接続された操作パネル４２は、複数のスイッチ、複数のつまみ、キーボード、トラックボール等を有する入力デバイスである。

図２には、第１実施例に係るビーム走査が示されている。横軸であるｘ軸は、電子走査方向の位置を示している。正の電子走査方向が＋ｘで表現されており、負の電子走査方向が－ｘで表現されている。振動素子アレイ４６は、ｘ軸に沿って並ぶ複数の振動素子により構成される。ｘ軸に直交するｚ軸は深さ軸である。振動素子アレイ４６に対して送受信開口が設定され、送受信開口が電子走査される。

図２において、符号４８は、振動素子アレイ４６の中央を横切る中心線を示している。ビーム偏向角度がθで示されている。ビーム偏向角度θに関し、反時計回り方向が正側（＋θ側）であり、時計回り方向が負側（－θ側）である。Ｒは電子走査方向の一方端を示し、Ｌは電子走査方向の他方端を示している。送受信開口５０Ｒは、一方端Ｒに対応する開口である。送受信開口５０Ｌは、他方端Ｌに対応する開口である。図示の例では、送受信開口５０Ｒの中央位置が一方端Ｒの位置に一致しており、送受信開口５０Ｌの中央位置が他方端Ｌの位置に一致している。なお、振動素子アレイ４６を部分的に超えるように、又は、振動素子アレイ４６の実際の端に跨って、送受信開口が設定されてもよい。その場合、送受信開口は実開口部分と仮想開口部分とにより構成される。

超音波ビームの電子走査の向きは、＋ｘ方向又は－ｘ方向のいずれかである。すなわち、送受信開口が＋ｘ方向又は－ｘ方向に電子走査される。超音波ビームは、例えば、送信ビーム及び受信ビームである。超音波ビームが送受総合ビームであると理解してもよい。パラレル受信が実施される場合、１回の送信に対して複数の受信ビームが同時に形成される。その場合において、後述するビーム偏向角度関数に従って複数の受信ビームの配列が定められてもよい。以下、超音波ビームを単にビームという。なお、ｚ１は、画像化を行う最大深さ（深さ範囲）を示している。

第１実施例では、第１ビーム走査面１６及び第２ビーム走査面１８が交互に形成される。より詳しく説明すると、第１ビーム走査面１６は、電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームにより構成される。具体的には、一方端Ｒに対応する第１ビーム５４Ｒから他方端Ｌに対応する第１ビーム５４Ｌまでのｎ本のビームにより構成される。複数の第１ビームのビーム偏向角度θは、第１ビーム５４Ｒから第１ビーム５４Ｌにかけて、負側（－θ側）へ連続的に増大している。

第１実施例において、第１ビーム５４Ｒのビーム偏向角度θは０度であり、第１ビーム５４Ｌのビーム偏向角度は－αである。第１ビーム走査面１６の深部に着目すると、第１ビーム５４Ｒから第１ビーム５４Ｌにかけて、ビーム間ピッチが連続的に増大している。

第２ビーム走査面１８は、電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームにより構成される。具体的には、他方端Ｌに対応する第２ビーム５６Ｌから一方端Ｒに対応する第２ビーム５６Ｒまでのｎ本のビームにより構成される。複数の第２ビームのビーム偏向角度θは、第２ビーム５６Ｌから第２ビーム５６Ｒにかけて正側（＋θ側）へ連続的に増大している。

第１実施例において、第２ビーム５６Ｌのビーム偏向角度θは０度であり、第２ビーム５６Ｒのビーム偏向角度は＋αである。第２ビーム走査面１８の深部に着目すると、第２ビーム５６Ｌから第２ビーム５６Ｒにかけて、ビーム間ピッチが連続的に増大している。

第１ビーム走査面１６の形成に際しては、－ｘ方向へ引き伸ばされた非平行走査が実施される。第２ビーム走査面１８の形成に際しては、＋ｘ方向へ引き伸ばされた非平行走査が実施される。

第１ビーム走査面１６は第１末広がり形状を有する。第２ビーム走査面１８は第２末広がり形状を有する。第１末広がり形状は直角を有する台形であり、その下辺のみが負の電子走査方向に伸長している。第２末広がり形状も直角を有する台形であり、その下辺のみが正の電子走査方向に伸長している。

符号４４は、第１ビーム走査面１６及び第２ビーム走査面１８の間の重合領域を示している。重合領域４４は矩形である。重合領域４４が表示領域を構成する。重合領域４４の負側（－ｘ側）には、第１ビーム走査面１６のみに属する三角形の端部領域１６ａが存在している。重合領域４４の正側（＋ｘ側）には、第２ビーム走査面１８のみに属する三角形の端部領域１８ａが存在している。２つの端部領域１６ａ，１８ａは、画像化されない部分である。

第１実施例において、│α│は、例えば、１０～２０度の範囲内に設定される。それが、２０～３０度の範囲内に設定されてもよいし、５～１０度の範囲内に設定されてもよい。なお、Ｚ１は、ビーム偏向角度θが－αである場合における、深さｚ１に対応する超音波伝搬距離を示している。フィルタの特性の動的可変に当たっては、各ビーム上の受信点ごとに超音波伝搬距離が考慮される。その場合、往復伝搬距離が考慮されてもよい。

図３には、第１実施例に係る空間コンパウンド技術が示されている。Ｔは時間軸であり、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４はそれぞれフレーム処理タイミングを示している。（Ａ）はビーム走査面列を示し、（Ｂ）はフレーム列を示し、（Ｃ）は合成フレーム列を示している。

ビーム走査面列は、第１ビーム走査面ＦＡ、第２ビーム走査面ＦＢ、第１ビーム走査面ＦＡ、第２ビーム走査面ＦＢ、・・・により構成される。各第１ビーム走査面ＦＡにおける最大のビーム偏向角度θは－αであり、各第２ビーム走査面ＦＢにおける最大のビーム偏向角度θは＋αである。ビーム走査面列の形成に伴ってフレーム列が生成される。フレーム列は、第１フレームＧＡ、第２フレームＧＢ、第１フレームＧＡ、第２フレームＧＢ、・・・により構成される。

フレーム列におけるフレームペアごとに合成処理が適用されて合成フレームＨが生成される。各合成フレームＨは、重合部分Ｈａ、及び、非重合部分Ｈｂ，Ｈｃからなる。非重合部分Ｈｂ，Ｈｃは通常、破棄される。重合部分Ｈａが画像化の対象となる。

図４には、第１実施例に係る、第１ビーム偏向角度関数５８及び第２ビーム偏向角度関数６０が示されている。横軸はｘ軸であり、縦軸はビーム偏向角度θを示している。第１ビーム走査面の形成に際しては、第１ビーム偏向角度関数５８に従って、各第１ビームのビーム偏向角度が設定される。第１ビーム走査面の形成に際して、最小のビーム偏向角度θは０度であり、最大のビーム偏向角度θは－α度である。

第２ビーム走査面の形成に際しては、第２ビーム偏向角度関数６０に従って、各第２ビームのビーム偏向角度が設定される。第２ビーム走査面の形成に際して、最小のビーム偏向角度θは０度であり、最大のビーム偏向角度θは＋α度である。第１ビーム偏向角度関数５８及び第２ビーム偏向角度関数６０はそれぞれ直線であり、それらは平行である。それらの間隔はαである。

図５には、第１実施例に係るビーム偏向角度差関数６２が示されている。横軸はｘ軸であり、縦軸はビーム偏向角度差Δθを示している。ビーム偏向角度差Δθは、ｘ軸方向の位置によらずに、常に一定値αである。

図６には、ビームデータ処理部に含まれるＢＰＦの動作が示されている。横軸は超音波伝搬距離を示しており、縦軸はカットオフ周波数を示している。ＢＰＦは、ＬＰＦ及びＨＰＦにより構成される。符号８０は、ＬＰＦのカットオフ周波数特性を示しており、符号８２は、ＨＰＦのカットオフ周波数特性を示している。２つのカットオフ周波数特性８０，８２の間８３が通過帯域に相当する。カットオフ周波数特性８０，８２において、超音波伝搬距離の増大に従って、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数が低域側へ引き下げられる。超音波伝搬距離は、受信点の深さの増大に伴って増大し、且つ、ビーム偏向角度の増大（│θ│の増大）に伴って増大する。

図７には、実施形態に係るＢＰＦの制御が示されている。第１ビームの電子走査に際しては、ビーム偏向角度関数８４に従ってビーム偏向角度が変更される。受信点深さが同じであっても、ビーム偏向角度の増大に伴って超音波伝搬距離が増大する。ある深さの受信点に着目すると、ビーム偏向角度の増大に伴って、関数８８が示すように、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数が引き下げられる。

第２ビームの電子走査に際しては、ビーム偏向角度関数８６に従ってビーム偏向角度が変更される。受信点深さが同じであっても、ビーム偏向角度の増大に伴って超音波伝搬距離が増大する。ある深さの受信点に着目すると、ビーム偏向角度の増大に伴って、関数９０が示すように、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数が引き下げられる。なお、図７において、関数８８及び関数９０はいずれも模式的に表現されている。それらが曲線であってもよい。

図８には、第１比較例が示されている。（Ａ）はビーム走査面列を示している。（Ｂ）はフレーム列を示している。（Ｃ）は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列には、第１ビーム走査面ＦＡ、第２ビーム走査面ＦＢ及び第３ビーム走査面ＦＣが含まれる。第１ビーム走査面ＦＡは、複数の第１ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定（－φ度）である。第２ビーム走査面ＦＢは、複数の第２ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定（０度）である。第３ビーム走査面ＦＣは、複数の第３ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定（＋φ度）である。時間軸上に連なる３つのフレームの合成により、合成フレームＨが生成される。

合成フレームＨは、三重合部分Ｈａ、二重合部分Ｈｂ，Ｈｃ、及び、非重合部分Ｈｄ，Ｈｅからなる。ハッチングされた画像化領域ＨＡは矩形の領域であり、それには、三重合部分Ｈａ及び二重合部分Ｈｂ，Ｈｃが含まれる。画像化領域ＨＡにおいて、二重合部分Ｈｂ，Ｈｃでは、三重合部分Ｈａに比べて、ビーム偏向角度差が小さく（かつ重合数が少なく）、空間コンパウンド効果が低下してしまう。また、３つのフレームから合成フレームが生成されているため、場合によっては、時間的応答性が問題となる。

図９には、第２比較例が示されている。（Ａ）はビーム走査面列を示している。（Ｂ）はフレーム列を示している。（Ｃ）は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列には、第１ビーム走査面ＦＡ及び第２ビーム走査面ＦＢが含まれる。各合成フレームには、重合部分Ｈａ、及び、非重合部分Ｈｂ，Ｈｃからなる。破線で表現された画像化領域ＨＡは矩形の領域であり、それには、二重合部分Ｈａ及び非重合部分Ｈｂ１，Ｈｃ１が含まれる。第２比較例によれば、第１比較例に比べて、良好な時間的応答性を得られるが、画像化領域ＨＡそれ全体を重合領域とすることができない。

これに対し、上記の第１実施例によれば、２つのフレームによって合成フレームを生成でき、合成フレームにおける矩形の画像化領域それ全体を重合領域とすることが可能である。しかも画像化領域それ全体にわたって比較的に大きなビーム偏向角度差を確保し得るから、画像化領域それ全体にわたって良好な空間コンパウンド効果を得られる。

図１０には、第１実施例の第１変形例が示されている。ビーム走査面列には、４つのビーム走査面ＦＡ１，ＦＢ１，ＦＡ２，ＦＢ２が含まれる。ビーム走査面ＦＡ１の形成に際しては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が０から－α１まで負側に連続的に増大されている。ビーム走査面ＦＢ１の形成に際しては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が０から＋α１まで連続的に増大されている。ビーム走査面ＦＡ２の形成に際しては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が０から－α２まで連続的に増大される。ビーム走査面ＦＢ２の形成に際しては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が０から＋α２まで連続的に増大される。ここで、│α１│＜│α２│である。

フレーム列には、４つのビーム走査面ＦＡ１，ＦＢ１，ＦＡ２，ＦＢ２に対応した４つのフレームＧＡ１，ＧＢ１，ＧＡ２，ＧＢ２が含まれる。合成フレームの生成に際しては、時間的に連なる４つのフレームが合成される。例えば、フレームＧＡ１，ＧＢ１，ＧＡ２，ＧＢ２が合成される。なお、４つのビーム走査面ＦＡ１，ＦＢ１，ＦＡ２，ＦＢ２の形成順序は任意に定め得る。

上記の第１変形例によれば、表示領域の全体にわたって高い空間コンパウンド効果を得られるので画質をより向上し得る。時間応答性を優先させる場合には合成数を２とし、つまり図３に示したシーケンスを採用してもよい。一方、画質を優先させる場合には合成数を４とし、つまり図１０に示したシーケンスを採用してもよい。

図１１には、第１実施例の第２変形例が示されている。（Ａ）はビーム走査面列を示している。（Ｂ）はフレーム列を示している。（Ｃ）は中間合成フレーム列を示している。（Ｄ）は合成フレーム列を示している。

中間合成フレーム列は、フレーム列に基づいて生成された複数の中間合成フレームＧＣにより構成される。各中間合成フレームＧＣは、フレーム列中のフレームペア（ＧＡ・ＧＢペア又はＧＢ・ＧＡペア）ごとに、当該フレームペアに対して非線形処理を適用することにより生成される。例えば、ラグランジュ補間処理、スプライン補間処理等により中間合成フレームＧＣが生成されてもよい。ニューラルネットワークにより（機械学習済み画像生成モデル）により、中間合成フレームＧＣが生成されてもよい。

合成フレームＨは、フレームペアを構成する２つのフレーム、及び、フレームペアから生成された中間合成フレーム、からなる３つのフレームの合成により生成される。例えば、フレームＧＡ、フレームＧＢ及び中間合成フレームＧＣの加算により、合成フレームＨが生成される。第２変形例によれば、より高い空間コンパウンド効果を得られる。

次に、図１２～図１４を用いて、第２実施例について説明する。

図１２において、（Ａ）はビーム走査面列を示している。（Ｂ）はフレーム列を示している。（Ｃ）は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列は、交互に形成される複数の第１ビーム走査面ＦＡ及び複数の第２ビーム走査面ＦＢからなる。各第１ビーム走査面ＦＡにおいて、電子走査方向の一方端に対応するビーム６６Ｒの偏向角度は＋ζであり、電子走査方向の他方端に対応するビーム６６Ｌの偏向角度は－αである。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が負側（－θ側）へ増大されている。

各第２ビーム走査面ＦＢにおいて、電子走査方向の他方端に対応するビーム６８Ｌの偏向角度は－ζであり、電子走査方向の一方端に対応するビーム６８Ｒの偏向角度は＋αである。電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が正側（＋θ側）へ増大されている。各合成フレームＨは、重合部分Ｈａ及び非重合部分Ｈｂ，Ｈｃにより構成される。重合部分Ｈａは、左右対称の末広がり形状を有する。│α│＞│ζ│＞０の関係が成立している。なお、第２実施例におけるαは、第１実施例におけるα（図２参照）にζを加えた角度に相当する。

図１３には、第２実施例に係る、第１ビーム偏向角度関数７０及び第２ビーム偏向角度関数７２が示されている。第１ビーム走査面の形成に際しては、第１ビーム偏向角度関数７０に従って、各第１ビームのビーム偏向角度が設定される。第１ビーム走査面の形成に際して、一方端でのビーム偏向角度θは＋ζであり、他方端でのビーム偏向角度θは－αである。

第２ビーム走査面の形成に際しては、第２ビーム偏向角度関数７２に従って、各第２ビームのビーム偏向角度が設定される。第２ビーム走査面の形成に際して、他方端でのビーム偏向角度θは－ζであり、一方端でのビーム偏向角度θは＋α度である。第１ビーム偏向角度関数７０及び第２ビーム偏向角度関数７２はそれぞれ直線であり、それらは平行である。それらの間隔は（α－ζ）である。

図１４には、第２実施例に係るビーム偏向角度差関数７４が示されている。ビーム偏向角度差は、ｘ軸方向の位置によらずに、常に（α－ζ）である。

第２実施例によれば、第１実施例と同様に、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を得られる。しかも、重合領域つまり画像化領域をより拡大できる。

図１５には、第２実施例の変形例が示されている。第１ビーム走査面の形成に際しては、第１ビーム偏向角度関数７６に従って、各第１ビームのビーム偏向角度が設定される。第１ビーム走査面の形成に際して、一方端でのビーム偏向角度θは＋ζであり、他方端でのビーム偏向角度θは－αである。第１ビーム偏向角度関数７６は曲線であり、具体的にはロジスティック曲線のような形状を有している。

第２ビーム走査面の形成に際しては、第２ビーム偏向角度関数７８に従って、各第２ビームのビーム偏向角度が設定される。第２ビーム走査面の形成に際して、他方端でのビーム偏向角度θは－ζであり、一方端でのビーム偏向角度θは＋αである。第２ビーム偏向角度関数７８は曲線であり、具体的には、第１ビーム偏向角度関数７６と同様、ロジスティック曲線のような形状を有している。第１実施例において、図４に示した２つのビーム偏向角度関数を曲線としてもよい。

次に、図１６～図１８を用いて、第３実施例について説明する。第３実施例においては、超音波プローブとして１．２５Ｄプローブが用いられる。それに代えて、１．５Ｄプローブ、１．７５Ｄプローブ又は２Ｄプローブが用いられてもよい。

図１６には、１．２５Ｄプローブに配置される振動素子アレイ９２が示されている。ｘ方向は電子走査方向である長軸方向であり、ｙ方向が短軸方向である。振動素子アレイ９２は、ｙ方向に並ぶ３つの振動素子列９４，９６，９８により構成される。中央の振動素子列９４は、ｘ方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。これと同様に、ｙ方向一方側の振動素子列９６及びｙ方向他方側の振動素子列も、それぞれ、ｘ方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。見方を変えると、振動素子アレイ９２は、ｘ方向に並ぶ複数の振動素子セット１００により構成される。各振動素子セット１００は、ｙ方向に並ぶ３つの振動素子により構成される。

信号線群１０２は、複数の振動素子セット１００に接続される複数の信号線により構成される。スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂがオフ状態にある場合、振動素子列９６だけに信号線群１０２が接続される。その場合、ｙ方向において小さな開口サイズＤ１が設定される。例えば、送受信開口１０５Ａが設定される。一方、スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂがオン状態にある場合、３つの振動素子列９４，９６，９８に対して信号線群１０２が接続される。その場合、ｙ方向において大きな開口サイズＤ２が設定される。例えば、送受信開口１０５Ｂが設定される。スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂの動作は制御部によって制御される。

図１７には、第３実施例に係る空間コンパウンド技術が示されている。（Ａ）は短軸方向の開口サイズの切り替えを示している。小さい開口サイズＤ１と大きな開口サイズＤ２とが交互に設定される。

（Ｂ）が示すビーム走査面列には、第１ビーム走査面ＦＡ１、第２ビーム走査面ＦＡ２、第３ビーム走査面ＦＢ１、及び、第４ビーム走査面ＦＢ２が含まれる。第１ビーム走査面ＦＡ１は、小さい開口サイズＤ１の下で形成された複数の第１ビームにより構成される。複数の第１ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、０度から－α度まで、負側へ連続的に増大している。

第２ビーム走査面ＦＡ２は、大きな開口サイズＤ２の下で形成された複数の第２ビームにより構成される。複数の第２ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、０度から－α度まで、負側へ連続的に増大している。

第３ビーム走査面ＦＢ１は、小さい開口サイズＤ１の下で形成された複数の第３ビームにより構成される。複数の第３ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、０度から＋α度まで、正側へ連続的に増大している。

第４ビーム走査面ＦＢ２は、大きな開口サイズＤ２の下で形成された複数の第４ビームにより構成される。複数の第４ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、０度から＋α度まで、正側へ連続的に増大している。

（Ｃ）に示すフレーム列には、第１ビーム走査面ＦＡ１から得られた第１フレームＧＡ１、第２ビーム走査面ＦＡ２から得られた第１フレームＧＡ２、第３ビーム走査面ＦＢ１から得られた第１フレームＧＢ１、及び、第４ビーム走査面ＦＢ２から得られた第１フレームＧＢ２が含まれる。（Ｄ）は、時間的に連なる４つのフレームに適用される重み付け合成を示している。

例えば、図１８に示される重み付け関数１０６，１０８が用いられる。横軸は深さ（又は伝搬距離）を示しており、縦軸は重みを示している。重み付け関数１０６は、小さな開口サイズＤ１の設定時に適用されるものであり、重み付け関数１０８は、大きな開口サイズＤ２の設定時に適用されるものである。

それぞれのフレームに対して、それに対応する重み付け関数が適用された上で、重み付け後の４つのフレームが合成される。時間軸上において連なる４つのフレームごとに重み付け合成を行うことにより、（Ｅ）に示す合成フレーム列が生成される。

第４実施例によれば、浅いとこから深いところまでにわたって、良好な空間コンパウンド効果を得られる。すなわち、超音波画像の画質を高められる。第１ビーム走査面ＦＡ１、第２ビーム走査面ＦＡ２、第３ビーム走査面ＦＢ１、及び、第４ビーム走査面ＦＢ２の形成順序は任意に定め得る。

例えば、図１９に示されるように、第１ビーム走査面ＦＡ１、第３ビーム走査面ＦＢ１、第２ビーム走査面ＦＡ２、及び、第４ビーム走査面ＦＢ２の順序で、複数のビーム走査面が循環的に形成されてもよい。

図２０に示されるように、実施形態に係る空間コンパウンド技術がコンベックスプローブに対して適用されてもよい。図２０において、コンベックスプローブ１１０は、円弧状に配列された複数の振動素子からなる振動素子アレイ１１２を有している。負の電子走査方向が－ｘで示されており、正の電子走査方向が＋ｘで示されている。Ｒは、電子走査方向の一方端を示しており、Ｌは電子走査方向の他方端を示している。符号１１３は、一方端Ｒを中心として設定された送受信開口を示しており、符号１１４は、他方端Ｌを中心として設定された送受信開口を示している。ｚは深さ方向を示している。既に説明したように、振動素子アレイ１１２を部分的に超えるように、又は、振動素子アレイ１１２の実際の端に跨って、送受信開口が設定されてもよい。

第１ビーム走査面１２０及び第２ビーム走査面１２２が交互に形成される。第１ビーム走査面１２０は、複数の第１ビームにより構成される。複数の第１ビームは、一方端Ｒに対応する第１ビーム１１８Ｒから他方端Ｌに対応する第１ビーム１１８Ｌまでのｎ個の第１ビームにより構成される。第１ビーム１１８Ｒのビーム偏向角度θは０度であり、第１ビーム１１８Ｌのビーム偏向角度θは－αである。電子走査方向における一方端Ｒから他方端Ｌにかけて、ビーム偏向角度θが負側（－θ側）へ連続的に増大している。

第２ビーム走査面１２２は、複数の第２ビームにより構成される。複数の第２ビームは、他方端Ｌに対応する第２ビーム１１９Ｌから一方端Ｒに対応する第２ビーム１１９Ｒまでのｎ個の第２ビームにより構成される。第２ビーム１１９Ｌのビーム偏向角度θは０度であり、第２ビーム１１９Ｒのビーム偏向角度θは＋αである。電子走査方向における他方端Ｌから一方端Ｒにかけて、ビーム偏向角度θが正側（＋θ側）へ連続的に増大している。以上のように、コンベックスプローブにおいても実施形態に係る空間コンパウンド技術を適用し得る。

１０ 超音波プローブ、２８ 合成部、３０ 表示処理部、３６ 空間コンパウンド制御部、３８ 送受信制御部、４０ 合成制御部。

Claims (8)

1. 電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する振動素子アレイと、
   第１ビーム走査面及び第２ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、前記振動素子アレイの動作を制御する制御部と、
   前記複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する合成部と、
   を含み、
   前記第１ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームにより構成され、
   前記電子走査方向における一方端から他方端にかけて、前記複数の第１ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、
   前記第２ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームにより構成され、
   前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第２ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大しており、
   前記振動素子アレイは、前記電子走査方向である長軸方向に直交する短軸方向に並ぶ複数の振動素子列を有し、
   前記各振動素子列は、前記電子走査方向に並ぶ複数の振動素子により構成され、
   前記複数のビーム走査面は、前記第１ビーム走査面、前記第２ビーム走査面、第３ビーム走査面、及び、第４ビーム走査面を含み、
   前記第３ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第３ビームにより構成され、
   前記一方端から前記他方端にかけて、前記複数の第３ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、
   前記第４ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第４ビームにより構成され、
   前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第４ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大しており、
   前記第１ビーム走査面及び前記第２ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第１開口サイズが設定され、
   前記第３ビーム走査面及び前記第４ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第２開口サイズが設定され、
   前記第１開口サイズと前記第２開口サイズは互いに異なる、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記制御部は、第１ビーム偏向角度関数に従って前記複数の第１ビームの偏向角度を設定し、且つ、第２ビーム偏向角度関数に従って前記複数の第２ビームの偏向角度を設定し、
   前記電子走査方向の位置を示す第１軸とビーム偏向角度を示す第２軸とで定義される座標系において、前記第１ビーム偏向角度関数が第１線で表現され、前記第２ビーム偏向角度関数が第２線で表現され、
   前記座標系において前記第１線及び前記第２線はそれぞれ直線又は曲線である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記座標系において前記第１線及び前記第２線は平行である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の超音波診断装置において、
   前記座標系において前記第１線及び前記第２線はそれぞれ直線である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記第１ビーム走査面において、前記一方端に対応する第１ビームの偏向角度は０度又は＋ζ度であり、且つ、前記他方端に対応する第１ビームの偏向角度は－α度であり（但し、｜α│＞０、又は、｜α│＞│ζ│＞０）、
   前記第２ビーム走査面において、前記他方端に対応する第２ビームの偏向角度は０度又は－ζ度であり、且つ、前記一方端に対応する第２ビームの偏向角度は＋α度である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記複数のフレームデータには、前記第１ビーム走査面の形成により得られた第１フレームデータ、前記第２ビーム走査面の形成により得られた第２フレームデータ、前記第３ビーム走査面の形成により得られた第３フレームデータ、及び、前記第４ビーム走査面の形成により得られた第４フレームデータが含まれ、
   前記合成部は、前記第１フレームデータ、前記第２フレームデータ、前記第３フレームデータ及び前記第４フレームデータを重み付け合成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記複数の第１ビームに対応する複数の第１受信信号及び前記複数の第２ビームに対応する複数の第２受信信号に対して作用するフィルタを含み、
   前記制御部は、前記複数の第１ビームの偏向角度及び前記複数の第２ビームの偏向角度に応じて、前記フィルタの特性を変化させる、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記複数のビーム走査面の個数は偶数であり、
   前記偶数個のビーム走査面からなるビーム走査面セットが循環的に形成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。