JPH05329159A

JPH05329159A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH05329159A
Application number: JP3333058A
Authority: JP
Inventors: Ko Ishikawa; 皇石川
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】人為的手段を介することなく、被検体内の音
速分布等の条件の変動によらず常に最適なフォーカス状
態の画像を得る。【構成】フォーカスパターン選択回路１７で順次選択
された送信フォーカスパターンに応じて、送信フォーカ
ス発生回路１５で送信フォーカスを行う。エコー信号に
対して、受信フォーカス発生回路１６で、送信フォーカ
スパターンに対応した受信フォーカスパターンで受信フ
ォーカスを行い、被検体の同一部位に対して、フォーカ
スパターンの異なる複数の画像データをメモリ２１〜２
３に記憶する。フォーカス評価回路３０は、メモリ２１
〜２３に記憶された複数の画像データの中から、各画像
データが有する所定の特徴量を比較して最適なフォーカ
ス状態の画像データを選択し、合成メモリ２５に記憶
し、断層像を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子フォーカスを行う
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動子から超音波を被
検体内に送波し、被検体内の組織の境界で反射されたエ
コーを超音波振動子で再度受波してエコー信号を得て、
このエコー信号に対して増幅・検波等の処理を行って断
層像を形成して表示器に表示する超音波診断装置が知ら
れている。

【０００３】ところで、超音波診断装置において分解能
を向上させる手段として電子フォーカス技術がある。電
子フォーカスには送波の電子フォーカスと受波の電子フ
ォーカスとがある。送波の電子フォーカスは、例えば複
数の振動子が直線状に配列された振動子アレイの場合、
内側の振動子より外側の振動子ほど被検体内に送波する
時間を早めることによって、各振動子からの超音波信号
が被検体内で１点に収束するように、各振動子の送波の
時間を制御するものである。

【０００４】被検体内で超音波信号を１点に収束させる
ためには、被検体内の音速が一定であるとの仮定に基づ
き、同位相の信号に基づく送波の波面が円弧状になるよ
うな制御方法が一般的である。円弧状の波面を形成する
には、内側の振動子ほど駆動タイミングを遅らせれば良
い。そのため、同位相の駆動信号を、内側の振動子ほど
遅らせて供給すれば良い。この場合、振動子の位置と駆
動信号の遅延量との関係を示す駆動信号の遅延パターン
は円弧状になる。以下、送波における駆動信号の遅延パ
ターンを送信フォーカスパターンと呼ぶ。断層像中にお
ける関心部位の深度が浅い場合には送信フォーカスパタ
ーンの円弧の曲率を小さくし、逆に深度が深い場合には
円弧の曲率を大きくすることで、関心部位の表示分解能
を向上させることができる。

【０００５】また、受波の電子フォーカスは、内側の振
動子ほど受信信号を遅延させて、被検体内の同一反射部
位からの円弧状の波面のエコーに対応する受信信号を同
位相の信号とするものである。この場合、振動子の位置
と受信信号の遅延量との関係を示す受信信号の遅延パタ
ーンは円弧状となり、以下、この遅延パターンを受信フ
ォーカスパターンと呼ぶ。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電子
フォーカスの方法では、超音波の音速が被検体内部にお
いて均一であるという前提にたって処理を行っていた。

【０００７】しかし、現実の生体では、内部組織の部位
や状態によって音速が異なる。そのため、前述のように
音速一定の仮定のもとに設定された円弧状のフォーカス
パターンでは、現実の被検体組織に常に最適な送受信フ
ォーカスを行うことができなかった。

【０００８】また、水バックを使用した場合には、被検
体内での音速が一定であったとしても、一つのフォーカ
スパターンでは最適な送受信フォーカスを行うことがで
きなくなることがある。例えば、水バックを使用して乳
房の断層像を得ようとした場合、水バックおよび乳房の
形状は図１５に示すようになる。この図において、符号
２０１は水バックの部分であり、２０２は被検体の乳房
部分である。このような形状のため、仮に乳房部分の音
速が略一定であったとしても、乳房部分と水バックとの
音速差、界面での屈折の影響等により、断層像の中央部
と端の部分とでは、同一深度の場合でも一つのフォーカ
スパターンでは、最適な分解能を得ることはできなかっ
た。

【０００９】これは、従来の電子フォーカス技術が、音
速一定という仮定に基づくためであり、関心部位の深度
だけがフォーカスパターンを変化させるパラメータであ
ったためである。

【００１０】これらの問題点を解決するために、特開平
３−１７６０４０号公報には、エコーを受信する際に複
数の受信フォーカスパターンを用意し、選択する技術が
示されているが、これだけでは非常に分解能が良い断層
像を得ることは困難であった。なぜならば、送信フォー
カスの場合にも、被検体内の音速分布や水バックの影響
により、音速一定の仮定のもとに設定された円弧状の送
信フォーカスパターンでは常に最適な送信フォーカスを
行うことができないためである。

【００１１】また、特開昭６３−２８８１４１号公報に
示されるように、人為的にフォーカスパターンを調整し
て最適なフォーカスを行わせることも考えられるが、部
位に応じて調整することは極めて困難である。

【００１２】そこで本発明の目的は、人為的手段を介す
ることなく、被検体内の音速分布等の条件の変動によら
ず常に最適なフォーカス状態の画像を得ることができ、
優れた送受波指向性を有する超音波診断装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断装置
は、配列された複数の超音波振動子を有しこの超音波振
動子によって被検体内に超音波ビームを送波すると共に
被検体内からの超音波エコーを受波してエコー信号を出
力する超音波プローブと、複数の送信フォーカスパター
ンのうちの一つを順次選択し、選択された送信フォーカ
スパターンに基づいて複数の超音波振動子の駆動タイミ
ングを決定して送信フォーカスを行う送信フォーカス手
段と、複数の超音波振動子より出力されるエコー信号に
対して時系列的にまたは同時に複数の受信フォーカスパ
ターンに基づく遅延を行って受信フォーカスを行う受信
フォーカス手段と、この受信フォーカス手段によって受
信フォーカスが行われたエコー信号に基づいて画像デー
タを生成する信号処理手段と、被検体の同一部位に対し
て、送信フォーカスパターンと受信フォーカスパターン
の複数の組合せによる複数の画像データを記憶する画像
データ記憶手段と、この画像データ記憶手段に記憶され
た複数の画像データの中から各画像データが有する所定
の特徴量を比較して最適なフォーカス状態の画像データ
を選択するフォーカス評価手段と、このフォーカス評価
手段によって選択された画像データに基づいて断層像を
形成する画像形成手段とを備えたものである。

【００１４】本発明の超音波診断装置では、送信フォー
カス手段によって、順次選択された送信フォーカスパタ
ーンに基づいて複数の超音波振動子の駆動タイミングが
決定され、超音波振動子から被検体内に超音波ビームが
送波される。被検体内の組織の境界で反射されたエコー
は超音波振動子で受波され、エコー信号が得られる。こ
のエコー信号に対しては、受信フォーカス手段によって
時系列的にまたは同時に複数の受信フォーカスパターン
による受信フォーカスが行われ、受信フォーカスが行わ
れたエコー信号に基づいて信号処理手段によって画像デ
ータが生成される。そして、被検体の同一部位に対し
て、送信フォーカスパターンと受信フォーカスパターン
の複数の組合せによる複数の画像データが画像データ記
憶手段によって記憶される。フォーカス評価手段は、画
像データ記憶手段に記憶された複数の画像データの中か
ら、各画像データが有する所定の特徴量を比較して最適
なフォーカス状態の画像データを選択する。そして、こ
の選択された画像データに基づいて画像形成手段によっ
て断層像が形成される。このようにして、最適なフォー
カス状態の断層像が得られる。

【００１５】フォーカス評価手段は例えば、一断層像を
複数に分割した各分割領域に対応する画像データ毎に所
定の特徴量を比較し画像データを選択する。これによ
り、各分割領域毎に最適なフォーカス状態の画像が得ら
れる。

【００１６】特徴量は例えば、画像データの分散、画像
データの最大値と最小値の差、画像データの空間周波数
の高周波成分と低周波成分の比、各画素データとその近
傍画素データとの差分の絶対値の総和のうちの少なくと
も一つである。

【００１７】受信フォーカス手段は例えば、送信フォー
カス手段で選択した送信フォーカスパターンに対応する
受信フォーカスパターンを順次選択して受信フォーカス
を行う受信フォーカス回路を有する。この場合、送信フ
ォーカスパターンと受信フォーカスパターンとが対応
し、双方が異なる複数の画像データが順次得られる。

【００１８】また、受信フォーカス手段は例えば、同一
のエコー信号に対して互いに異なる受信フォーカスパタ
ーンによる受信フォーカスを行う複数の受信フォーカス
回路を有する。この場合、一つの送信フォーカスパター
ンに対して複数の受信フォーカスパターンによる画像デ
ータが得られる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１ないし図１３は本発明の第１実施例に
係るものである。

【００２０】図１は本実施例の超音波診断装置の構成を
示すブロック図である。本実施例の超音波診断装置は、
チャンネルｃｈ１〜ｃｈｎの複数（ｎ）個の超音波振動
子１１ａが直線状に配列されたＢモードリニアアレイ振
動子からなる超音波プローブ１１を備えている。この超
音波プローブ１１の各超音波振動子１１ａには、マルチ
プレクサ１２を介して、複数のドライバ１３の出力端お
よび複数のレシーバ１４の入力端が接続されている。レ
シーバ１４はログアンプおよびＳＴＣ（センシティビィ
ティ・タイム・コントロール）回路を含んでいる。

【００２１】超音波振動子１１ａは、マルチプレクサ１
２を介してドライバ１３から供給される駆動信号によっ
て駆動されると超音波ビームを送波し、被検体内の組織
の境界で反射された超音波エコーを受波してエコー信号
を出力する電気・音響変換素子である。

【００２２】本実施例では、チャンネルｃｈ１〜ｃｈｎ
のうちの所定個数の一連の超音波振動子１１ａを１組と
して同時に動作させると共に、動作させる超音波振動子
１１ａを順次シフトさせることによって超音波ビームを
移動させる電子走査を行うようになっている。そのた
め、ドライバ１３およびレシーバ１４は、１回の送波お
よび受波で同時に動作させる超音波振動子１１ａの個数
に対応した数だけ設けられている。

【００２３】マルチプレクサ１２は、ドライバ１３およ
びレシーバ１４をチャンネルｃｈ１〜ｃｈｎのうちの特
定の１組の超音波振動子１１ａに接続し、ドライバ１３
からの駆動信号を１組の超音波振動子１１ａに加え、こ
の１組の超音波振動子１１ａから出力されるエコー信号
をレシーバ１４に入力させると共に、ドライバ１３およ
びレシーバ１４を接続する超音波振動子１１ａを順次シ
フトさせることによって電子走査を行うようになってい
る。

【００２４】ドライバ１３の入力端には送信フォーカス
発生回路１５が接続され、レシーバ１４の出力端には受
信フォーカス発生回路１６が接続されている。また、本
実施例の超音波診断装置は、複数の送信フォーカスパタ
ーンおよび受信フォーカスパターンのうちの一つを順次
選択し、その選択信号を送信フォーカス発生回路１５お
よび受信フォーカス発生回路１６へ送るフォーカスパタ
ーン選択回路１７を備えている。なお、本実施例では、
選択可能な送信フォーカスパターンおよび受信フォーカ
スパターンを、パターンａ〜ｃの３つとする。

【００２５】送信フォーカス発生回路１５は、フォーカ
スパターン選択回路１７からの選択信号に応じて、複数
の超音波振動子１１ａの駆動信号の遅延パターン、すな
わち送信フォーカスパターンを発生させる。送信フォー
カス発生回路１５は各ドライバ１３に送る駆動信号を発
生する駆動回路を有しており、発生された送信フォーカ
スパターンはこの駆動回路で駆動信号に変換され、ドラ
イバ１３およびマルチプレクサ１２を介して１組の超音
波振動子１１ａに供給される。なお、フォーカスパター
ン選択回路１７が送信フォーカス発生回路１５へ送る選
択信号は、超音波振動子１１ａの駆動信号の遅延時間を
そのまま示さず、選択したパターンの区別がつけば良い
程度の単純な信号で良い。

【００２６】一方、受信フォーカス発生回路１６は、フ
ォーカスパターン選択回路１７からの選択信号に応じ
て、選択された送信フォーカスパターンに対応するエコ
ー信号の時間遅延パターン、すなわち受信フォーカスパ
ターンを発生させ、そのパターンにより各超音波振動子
１１ａからのエコー信号を遅延する。その結果、複数の
超音波振動子１１ａから得られた高周波エコー信号が一
つに合成される。なお、本実施例では、送信フォーカス
パターンと受信フォーカスパターンは同じパターンとし
ている。また、送信フォーカス発生回路１５、受信フォ
ーカス発生回路１６における信号の遅延には遅延回路が
用いられる。

【００２７】この受信フォーカス発生回路１６で合成さ
れた高周波エコー信号は、検波回路１８で検波され、ア
ナログ・ディジタル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換回路
１９でディジタルのエコーデータに変換され、１入力３
出力のスイッチ２０の入力端に印加されるようになって
いる。このスイッチ２０の各出力端には、それぞれ１枚
分の断層像データの記憶領域を有するメモリ（ａ）２
１、メモリ（ｂ）２２、メモリ（ｃ）２３が接続されて
いる。スイッチ２０は、フォーカスパターン選択回路１
７によってフォーカスパターンの選択に同期して切り替
えられ、送信フォーカスパターンおよび受信フォーカス
パターンがパターンａのときのエコーデータはメモリ
（ａ）２１に記憶され、パターンｂのときのエコーデー
タはメモリ（ｂ）２２に記憶され、パターンｃのときの
エコーデータはメモリ（ｃ）２３に記憶されるようにな
っている。このようにして、各メモリ２１〜２３にはパ
ターンａ〜ｃに対応した一断層像分の画像データ（エコ
ーデータ）が格納される。

【００２８】メモリ２１〜２３には、各メモリ２１〜２
３に記憶された画像データの中から、各画像データが有
する所定の特徴量を比較して最適なフォーカス状態の画
像データを選択するフォーカス評価回路３０が接続され
ている。このフォーカス評価回路３０で選択された画像
データは合成メモリ２５に記憶されるようになってい
る。この合成メモリ２５に記憶された画像データは、デ
ィジタル・アナログ（以下、Ｄ／Ａと記す。）変換回路
２６でアナログ信号に変換され、表示器２７に可視画像
として表示されるようになっている。

【００２９】図２はフォーカス評価回路３０の構成を示
すブロックである。この図に示すように、フォーカス評
価回路３０は、互いにバス３１によって接続された中央
処理装置（以下、ＣＰＵと記す。）３２、リード・オン
リ・メモリ（以下、ＲＯＭと記す。）３３、ランダム・
アクセス・メモリ（以下、ＲＡＭと記す。）３４および
入出力制御装置３５を備えている。入出力制御装置３５
には、メモリ２１〜２３および合成メモリ２５が接続さ
れている。このフォーカス評価回路３０では、ＣＰＵ３
２がＲＡＭ３４をワークエリアとしてＲＯＭ３３に格納
されたプログラムを実行することによって、前述の特徴
量の比較および画像データの選択の動作を行うようにな
っている。

【００３０】ここで、特徴量の比較による画像データの
選択の方法について説明する。一般的に、フォーカスさ
れている画像データとフォーカスされていない画像デー
タとを比較した場合、フォーカスされている画像の方が
明暗を表わす輝度差が大きく、絵柄のエッジ等が明瞭に
現れている。この特徴を画像の輝度分布で表現すると、
輝度値の分散が大きいほど画像がフォーカスされている
ことになる。またフォーカスされた場合は、最大輝度値
はより大きな値に、最小輝度値はより小さな値になる傾
向がある。そのため、画像の合焦度を評価するパラメー
タとして、画像データの最大値や最小値を使用したり、
最大値と最小値の差等、最大値と最小値を組み合わせた
ものを使用することができる。

【００３１】この他に、フォーカスされた場合には、断
層像を空間周波数成分に変換した場合、高周波成分と低
周波成分の比（高周波成分／低周波成分）の値が大きく
なり、また各画素の輝度値とその近傍画素の輝度値との
差分の絶対値の累計が大きくなる傾向があり、これらを
用いても画像の合焦度を評価することが可能である。こ
のように、分散以外に、輝度分布の散らばり具合いを数
値化する他のパラメータを用いても、分散を用いた場合
と同様の効果が得られる。

【００３２】なお、本実施例におけるフォーカス評価回
路３０は、一断層像を複数に分割した各分割領域に対応
する画像データ毎に、所定の特徴量を比較し画像データ
を選択するようになっている。

【００３３】図３ないし図６には、それぞれ特徴量とし
て、画像データの分散、画像データの最大値と最小値の
差、画像データの空間周波数の高周波成分と低周波成分
の比、各画素データとその近傍画素のデータとの差分の
絶対値の総和を用いた場合のフォーカス評価回路３０の
構成例を示す。なお、これらの図に示される各手段は、
図２に示す構成によって実現される。

【００３４】図３は特徴量として画像データの分散を用
いた場合のフォーカス評価回路３０の構成を示す機能ブ
ロック図である。この例のフォーカス評価回路３０は、
メモリ２１〜２３および合成メモリ２５に接続された切
替手段４１と、この切替手段４１を介してメモリ２１〜
２３のうちの一つに接続され、一断層像中の分割領域内
の平均輝度を算出する平均値算出手段４２と、この平均
値算出手段４２で算出された平均輝度と分割領域内の各
画素の画像データとの差分を算出する差分算出手段４３
と、この差分算出手段４３で算出された差分を自乗する
自乗算出手段４４と、この自乗算出手段４４で算出され
た自乗値を累計する累計手段４５と、３つのメモリ２１
〜２３の各画像データについて累計手段４５で求められ
た累計値を比較してその最大値を算出する最大値算出手
段４６とを備えている。

【００３５】このフォーカス評価回路３０では、まず、
切替手段４１によって指定されたメモリ（ａ）２１内の
分割領域の画像データが、切替手段４１を経て平均値算
出手段４２に入力され、分割領域内の平均輝度が算出さ
れる。その後、差分算出手段４３によって、平均値算出
手段４２で算出された平均輝度と切替手段４１からのメ
モリ（ａ）２１の分割領域内の各画素の画像データとの
差分が算出される。この差分は自乗算出手段４４によっ
て自乗され、累計手段４５によって分割領域内の差分の
自乗値が累計されて分散が得られる。なお、数学的に
は、この値を分割領域内の画素数で割ったものが分散で
あるが、分割領域がすべて一定の大きさであるため、割
る処理を行わずともフォーカスの評価方法には変化はな
いので、処理を簡単にするために省いている。累計手段
４５で求められた分散値は最大値算出手段４６に送られ
る。最大値算出手段４６は、メモリ（ａ）２１の分割領
域の分散が入力されると、切替手段４１に次のメモリに
切り替える信号を送る。この信号に応じて切替手段４１
は、メモリ（ａ）２１との分割領域と同位置のメモリ
（ｂ）２２の分割領域の画像データを読み込むように切
り替え、メモリ（ａ）２１の場合と同様に分割領域の分
散が算出され、最大値算出手段４６に送られる。その
後、メモリ（ｃ）２３に対しても同様の処理が行われ、
最大値算出手段４６では、メモリ２１〜２３のそれぞれ
から得られた３つの分散のうちの最大値を算出し、その
最大値をとるメモリのデータを切替手段４１から合成メ
モリ２５の対応する領域に送る。

【００３６】以上の処理を断層像の全領域にわたって行
うことにより、合成メモリ２５には分割領域毎に最も良
いフォーカス状態の画像データが記憶されることにな
る。

【００３７】図４は特徴量として画像データの最大値と
最小値の差を用いた場合のフォーカス評価回路３０の構
成を示す機能ブロック図である。この例のフォーカス評
価回路３０は、図３の例と同様の切替手段４１と、この
切替手段４１を介してメモリ２１〜２３のうちの一つに
接続され、一断層像中の分割領域内の画像データの最大
値を算出する最大値算出手段５１および最小値を算出す
る最小値算出手段５２と、最大値算出手段５１で算出さ
れた最大値と最小値算出手段５２で算出された最小値と
の差分を算出する差分算出手段５３と、３つのメモリ２
１〜２３の各画像データについて差分算出手段５３で算
出された差分を比較してその最大値を算出する最大値算
出手段５４とを備えている。

【００３８】このフォーカス評価回路３０では、まず、
切替手段４１によって指定されたメモリ（ａ）２１内の
分割領域の画像データが、切替手段４１を経て最大値算
出手段５１および最小値算出手段５２に入力され、最大
値および最小値が算出される。その後、差分算出手段５
３によって最大値と最小値との差分が算出され、この差
分が最大値算出手段５４に送られる。同様に、メモリ
（ｂ）２２、メモリ（ｃ）２３に対しても同様の処理が
行われ、最大値算出手段５４では、メモリ２１〜２３の
それぞれから得られた３つの差分のうちの最大値を算出
し、その最大値をとるメモリのデータを切替手段４１か
ら合成メモリ２５の対応する領域に送る。以上の処理を
断層像の全領域にわたって行う。

【００３９】図５は特徴量として画像データの空間周波
数の高周波成分と低周波成分の比を用いた場合のフォー
カス評価回路３０の構成を示す機能ブロック図である。
この例のフォーカス評価回路３０は、図３の例と同様の
切替手段４１と、この切替手段４１を介してメモリ２１
〜２３のうちの一つに接続され、一断層像中の分割領域
内の画像データの空間周波数成分を算出する空間周波数
成分算出手段５６と、この空間周波数成分算出手段５６
によって算出された空間周波数成分の高周波成分と低周
波成分の比（高周波成分／低周波成分）を算出する高周
波成分／低周波成分算出手段５７と、３つのメモリ２１
〜２３の各画像データについて算出手段５７で算出され
た比を比較してその最大値を算出する最大値算出手段５
８とを備えている。

【００４０】このフォーカス評価回路３０では、まず、
切替手段４１によって指定されたメモリ（ａ）２１内の
分割領域の画像データが、切替手段４１を経て空間周波
数成分算出手段５６に入力され、空間周波数成分が算出
される。その後、高周波成分／低周波成分算出手段５７
によって高周波成分と低周波成分の比（高周波成分／低
周波成分）が算出され、この比が最大値算出手段５８に
送られる。同様に、メモリ（ｂ）２２、メモリ（ｃ）２
３に対しても同様の処理が行われ、最大値算出手段５８
では、メモリ２１〜２３のそれぞれから得られた３つの
比のうちの最大値を算出し、その最大値をとるメモリの
データを切替手段４１から合成メモリ２５の対応する領
域に送る。以上の処理を断層像の全領域にわたって行
う。

【００４１】図６は特徴量として近傍画素の輝度値との
差分の絶対値の累計を用いた場合のフォーカス評価回路
３０の構成を示す機能ブロック図である。この例のフォ
ーカス評価回路３０は、図３の例と同様の切替手段４１
と、この切替手段４１を介してメモリ２１〜２３のうち
の一つに接続され、一断層像中の分割領域内の各画素ご
とに、その近傍画素の輝度値の平均値を算出する平均値
算出手段６１と、分割領域内の各画素ごとに、平均値算
出手段６１で算出された近傍画素の輝度値の平均値と各
画素の画像データとの差分の絶対値を算出する差分絶対
値算出手段６２と、この差分絶対値算出手段６２で算出
された値を累計する累計手段６３と、３つのメモリ２１
〜２３の各画像データについて累計手段６３で累計され
た値を比較してその最大値を算出する最大値算出手段６
４とを備えている。

【００４２】このフォーカス評価回路３０では、まず、
切替手段４１によって指定されたメモリ（ａ）２１内の
分割領域の画像データが、切替手段４１を経て平均値算
出手段６１に入力され、各画素についての近傍画素の輝
度値の平均値が算出される。その後、差分絶対値算出手
段６２によって、近傍画素の輝度値の平均値と各画素の
画像データとの差分の絶対値が算出され、累計手段６３
によって分割領域内の全画素についての差分の絶対値の
累計が算出され、最大値算出手段６４に送られる。同様
に、メモリ（ｂ）２２、メモリ（ｃ）２３に対しても同
様の処理が行われ、最大値算出手段６４では、メモリ２
１〜２３のそれぞれから得られた３つの差分のうちの最
大値を算出し、その最大値をとるメモリのデータを切替
手段４１から合成メモリ２５の対応する領域に送る。以
上の処理を断層像の全領域にわたって行う。

【００４３】なお、図６に示す例において、平均値算出
手段６１で、近傍画素の輝度値の平均値の代わりに分割
領域内の全画素についての輝度値の平均値を求めても良
い。また、近傍画素の輝度値の平均値の代わりに隣接画
素の画像データを用いても良い。

【００４４】次に、図７ないし図１３を参照して、本実
施例の動作について説明する。まず、フォーカスパター
ン選択回路１７でフォーカスパターンａが選択され、送
信フォーカス発生回路１５は送信フォーカスパターンａ
を発生させる。この送信フォーカスパターンは駆動回路
で駆動信号に変換され、ドライバ１３およびマルチプレ
クサ１２を介して１組の超音波振動子１１ａに供給さ
れ、この１組の超音波振動子１１ａから収束する超音波
ビームが被検体内に送波される。被検体内の組織の境界
で反射されたエコーは、１組の超音波振動子１１ａで受
波され、エコー信号が得られる。このエコー信号は、マ
ルチプレクサ１２およびレシーバ１４を経て受信フォー
カス発生回路１６に入力される。受信フォーカス発生回
路１６は、送信フォーカスパターンａに対応した受信フ
ォーカスパターンａを発生させ、そのパターンにより各
超音波振動子１１ａからのエコー信号を遅延して複数の
超音波振動子１１ａから得られたエコー信号を一つに合
成する。

【００４５】この受信フォーカス発生回路１６で合成さ
れたエコー信号は、検波回路１８で検波され、Ａ／Ｄ変
換回路１９でディジタルのエコーデータに変換され、ス
イッチ２０を介してメモリ（ａ）２１に記憶される。こ
れら一連の処理が、選択されたフォーカスパターンがａ
のまま、１フレームの走査が終了するまで行われる。こ
のようにして、メモリ（ａ）２１にフォーカスパターン
ａに対応した一断層像分の画像データが格納される。

【００４６】１フレームの走査が終了すると、フォーカ
スパターン選択回路１７で選択されるフォーカスパター
ンがａからｂに変更され、上記と同様の一連の処理が行
われる。ただし、この場合、Ａ／Ｄ変換回路１９から出
力されるエコーデータは、メモリ（ａ）２１ではなくメ
モリ（ｂ）２２に記憶される。この状態で１フレームの
走査を終了し、その後、フォーカスパターン選択回路１
７で選択されるフォーカスパターンがｂからｃに変更さ
れ、上記と同様の一連の処理が行われる。この場合、Ａ
／Ｄ変換回路１９から出力されるエコーデータはメモリ
（ｃ）２３に記憶される。

【００４７】フォーカスパターンｃの状態で１フレーム
の走査が終了すると、次にフォーカスパターン選択回路
１７では、再びフォーカスパターンａが選択され、また
１フレームの走査が終了するまで、フォーカスパターン
ａで採取したエコーデータがメモリａ２１に新たに記憶
される。

【００４８】このようにフォーカスパターン選択回路１
７は、１フレームの走査が終了する度に、フォーカスパ
ターンをａ、ｂ、ｃ、ａ、ｂ、ｃ、ａ、…と繰り返し選
択する。このようにして、各メモリ２１〜２３に、それ
ぞれフォーカスパターンａ〜ｃに対応した一断層像分の
画像データが格納され、また、この画像データは順次更
新される。

【００４９】上記の処理とは独立に、メモリ２１〜２３
に書き込まれた画像データは、１枚の断層像を複数に分
割した分割領域毎にフォーカス評価回路３０に逐次読み
込まれ、断層像の同一分割領域毎に、最適なフォーカス
状態の画像データが選択され、その分割領域に対応する
合成メモリ２５の領域に記憶される。

【００５０】フォーカス評価回路３０では、１箇所の分
割領域の評価が終わり、選択された画像データが合成メ
モリ２５に記憶されると、次の分割領域の評価を行い、
その結果選択された画像データが合成メモリ２５の対応
する領域に記憶される。なお、フォーカス評価回路３０
では、評価が行われる分割領域が１枚の断層像の全てに
行き渡るように分割領域の設定が行われる。

【００５１】合成メモリ２５に記憶された画像データ
は、Ｄ／Ａ変換回路２６でアナログ信号に変換され、表
示器２７に可視画像として表示される。

【００５２】次に、送信フォーカス発生回路１５および
受信フォーカス発生回路１６における遅延パターンの設
定方法について、図７ないし図９を参照して説明する。
なお、以下の説明では、簡単のため、送受信を行う１組
の超音波振動子１１ａとして６個の振動子Ｔ₁〜Ｔ₆の
アレイを考え、各振動子における指向特性は無視できる
ものとする。

【００５３】図７において、振動子Ｔ₁〜Ｔ₆は直線状
に配列され、点Ｆに対してフォーカスを行うものとす
る。生体の組織Ｉ内で音速が全て一定（Ｖ１）とすれ
ば、送受信とも、点Ｆを円の中心とするようなフォーカ
スパターンＦＰ１の遅延を行ったときに、分解能が良好
なエコー信号が得られる。なお、この図において、フォ
ーカスパターンは図における上側ほど遅延量が大きいこ
とを示しており、従って、フォーカスパターンＦＰ１
は、内側の振動子ほど遅延量が大きいものである。

【００５４】図８のように、組織Ｉと組織IIの境界Ｂ１
が振動子面に対して平行に存在し、組織Ｉの音速Ｖ１、
組織IIの音速Ｖ２が各組織内では一定であり、Ｖ１＞Ｖ
２の場合には、この図に示すフォーカスパターンＦＰ２
のように、図７のフォーカスパターンＦＰ１よりも小さ
い曲率を有するフォーカスパターンでないと、点Ｆにフ
ォーカスすることはできない。なお、正確には境界面で
の屈折等の影響もあり、フォーカスパターンＦＰ２は正
円弧にはならない。

【００５５】図９のように、組織Ｉと組織IIの境界Ｂ２
が振動子面に対して斜めに存在している場合、点Ｆにフ
ォーカスさせるためには、かなり歪んだフォーカスパタ
ーンＦＰ３で遅延をかけなければならない。なお、この
場合も組織Ｉの音速Ｖ１、組織IIの音速Ｖ２は各組織内
では一定で、Ｖ１＞Ｖ２とする。

【００５６】このようにある１点をフォーカスさせよう
とした場合にも、単に生体の深度のみに依存した形でフ
ォーカスパターンを設定するよりも、複数のフォーカス
パターンを予め用意し、その中から最もその点に適した
フォーカスパターンを適宜選択する方が、分解能の良好
な超音波断層像を形成できることは明らかである。そこ
で、本実施例では、複数のフォーカスパターンを順次切
り替えて、各フォーカスパターンによる画像データを得
て、その中から分割領域毎に最もフォーカス状態の良好
なものを選択して断層像を形成するようにしている。

【００５７】次に、図１０を参照して、フォーカス評価
回路３０の動作について説明する。前述のように画像の
合焦度を評価するパラメータはいくつかあり、フォーカ
ス評価回路３０はそれらに対応して図３ないし図６に示
すようないくつかの構成例があるが、ここでは、パラメ
ータとして分散を用いた図３に示すフォーカス評価回路
３０を例にとり説明する。

【００５８】図１０はフォーカス評価回路の動作を示す
フローチャートである。なお、この図では説明を簡単に
するためにフォーカスパターン選択回路１７で選択され
るフォーカスパターンはＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３の３通
りとする。また、図中の符号ｉはフォーカスパターンＦ
Ｐの番号を示し、１、２、３が有効な番号である。

【００５９】このフォーカス評価回路３０は、まず、ス
テップ（以下、Ｓと記す。）１０１で、輝度分散の最大
値Ｓｍａｘと、そのときのフォーカスパターンの番号ｉ
ｍａｘと、ｉの初期化を行う。すなわち、Ｓｍａｘ、ｉ
ｍａｘを“０”とし、ｉを“１”とする。

【００６０】次に、Ｓ１０２でｉ≦３か否かを判断す
る。ｉが３を超えない場合（“Ｙ”）には、Ｓ１０３
で、ｉ番目のフォーカスパターンに対応するメモリから
切替手段４１を介して分割領域の画像データを読み取
り、Ｓ１０４でこの画像データの分散（Ｓｉ）を計算す
る。この分散の計算は、平均値算出手段４２、差分算出
手段４３、自乗算出手段４４および累計手段４５によっ
て行われる。

【００６１】次に、Ｓ１０５で最大値算出手段４６によ
って、分散ＳｉとＳｍａｘの比較（Ｓｉ＞Ｓｍａｘか否
かの判断）を行い、ＳｉがＳｍａｘよりも大きい場合
（“Ｙ”）には、Ｓ１０６でＳｍａｘにＳｉの値を代入
し、ｉｍａｘにｉの値を代入してＳ１０７へ進む。一
方、ＳｉがＳｍａｘよりも大きくない場合（“Ｎ”）に
は、そのままＳ１０７へ進む。

【００６２】Ｓ１０７ではｉの値を１増加し、Ｓ１０２
へ戻る。このようにして、ｉが１〜３まで、同様の処理
が行われる。

【００６３】Ｓ１０２で、ｉが３を超えた場合
（“Ｎ”）には、Ｓ１０８で最大値算出手段４６によっ
て、ｉｍａｘ番目のフォーカスパターンによる画像デー
タを切替手段４１を介して読み込んで、合成メモリ２５
内の読み込んだ分割領域に対応する位置に転送して、一
回の処理を終了する。

【００６４】以上の一連の処理を、読み込む分割領域を
移動させながら、画像全域に行うことにより、合成メモ
リ２５内には全画像領域で最もフォーカス状態の良好な
画像が記憶されることになる。

【００６５】なお、パラメータとして分散以外のものを
用いた場合の処理も同様である。また、選択されるフォ
ーカスパターンの数も上述の例のように３つに限ったも
のではなく、２以上の数であれば同様の効果が得られる
ことは明らかである。

【００６６】ところで、図１０のＳ１０３において、メ
モリから読み込む画像データの分割領域の大きさや形は
任意に設定可能である。図１１ないし図１３は分割領域
の例を示す説明図である。図１１に示す例は分割領域１
１１を５×５画素や７×７画素等の正方画素領域とした
ものであり、図１２に示す例は分割領域１１１を六角形
の画素領域としたものであり、図１３は被検体における
同一の所定深度範囲の領域を分割領域１１１としたもの
である。

【００６７】フォーカスパターンの数が多い場合には分
割領域の大きさを大きめにし、一方、フォーカスパター
ンの数が少ない場合には分割領域の大きさを小さめにし
て、限られた時間内でのフォーカス評価回路３０におけ
る評価効率の最適化を図ったり、層状の断層像に対して
評価を行う場合等には縦長の領域を用いたりする等、領
域の形状および大きさは、フォーカスパターンの数や断
層像対象部位によって設定することによって最適の領域
が決定される。

【００６８】以上説明したように本実施例によれば、送
信フォーカスと受信フォーカスの双方についてフォーカ
スパターンを複数用意し、分割領域毎に最適なパターン
による画像データを選択するようにしたので、被検体内
の各部において常に最適なフォーカス状態の超音波断層
像を得ることができる。

【００６９】なお、本実施例において、３つの受信フォ
ーカスパターンによる受信フォーカスを時系列的に行う
１つの受信フォーカス発生回路１６の代わりに、互いに
異なる受信フォーカスパターンによる受信フォーカスを
行う３つの受信フォーカス発生回路をレシーバ１４の出
力端に並列に設け、これら３つの受信フォーカス発生回
路の出力を、フォーカスパターン選択回路１７からの選
択信号に応じてスイッチによって選択するようにしても
良い。

【００７０】次に、図１４を用いて本発明の第２実施例
について説明する。

【００７１】第１実施例では、３通りのフォーカスパタ
ーンに対してフォーカスの評価が行われた。一般的に
は、送信フォーカスパターンと同じパターンで受信フォ
ーカスを行えば、最もフォーカスの効果が得られる。ま
た、用意するフォーカスパターンの数が多いほど分解能
の高い断層像が得られる傾向がある。

【００７２】しかし、送信フォーカスのパターンを多く
すれば、その分リアルタイム性（実時間表示性）も低下
してしまう。

【００７３】そこで第２実施例は、用意する送信フォー
カスパターンと受信フォーカスパターンとを別個のもの
にすることで、リアルタイム性を損なわずに、さらに精
度の良い断層像を得ることができるようにしたものであ
る。

【００７４】図１４は本実施例の超音波診断装置の構成
を示すブロック図である。この図において、図１と同じ
参照番号のものは第１実施例と同様の機能を有する要素
を示し、その説明を省略する。本実施例では、用意され
た送信フォーカスパターンはａ、ｂの２種類、受信フォ
ーカスパターンはα、β、γの３種類とする。

【００７５】フォーカスパターン選択回路１７は送信フ
ォーカスパターンａ、ｂを順次選択し、送信フォーカス
発生回路１５はこのフォーカスパターン選択回路１７か
らの選択信号に応じて順次送信フォーカスパターンａ、
ｂによる送信フォーカスを行う。

【００７６】本実施例では、レシーバ１４の出力端には
３つの受信フォーカス発生回路７１、７２、７３が並列
に接続されている。各受信フォーカス発生回路７１、７
２、７３は、それぞれ、同一のエコー信号に対して受信
フォーカスパターンα、β、γによる受信フォーカスを
同時に行うようになっている。受信フォーカス発生回路
７１、７２、７３から出力されるエコー信号は、それぞ
れ別個の検波回路１８で検波され、Ａ／Ｄ変換回路１９
でディジタルのエコーデータに変換され、１入力２出力
のスイッチ７４、７５、７６の各入力端に印加されるよ
うになっている。スイッチ７４の各出力端にはそれぞれ
１枚分の断層像データの記憶領域を有するメモリ（ａ
α）８１、メモリ（ｂα）８２が接続され、スイッチ７
５の各出力端にはそれぞれ同様のメモリ（ａβ）８３、
メモリ（ｂβ）８４が接続され、スイッチ７６の各出力
端にはそれぞれ同様のメモリ（ａγ）８５、メモリ（ｂ
γ）８６が接続されている。

【００７７】各スイッチ７４、７５、７６は、フォーカ
スパターン選択回路１７によってフォーカスパターンの
選択に同期して切り替えられ、送信フォーカスパターン
ａのときのエコーデータはメモリ（ａα）８１、メモリ
（ａβ）８３、メモリ（ａγ）８５に記憶され、パター
ンｂのときのエコーデータはメモリ（ｂα）８２、メモ
リ（ｂβ）８４、メモリ（ｂγ）８６に記憶されるよう
になっている。

【００７８】メモリ８１〜８６には、各メモリ８１〜８
６に記憶された画像データの中から、各画像データが有
する所定の特徴量を比較して最適なフォーカス状態の画
像データを選択するフォーカス評価回路３０が接続され
ている。

【００７９】その他の構成は第１実施例と同様である。

【００８０】次に本実施例の動作について説明する。ま
ず、フォーカスパターン選択回路１７でフォーカスパタ
ーンａが選択され、送信フォーカス発生回路１５は送信
フォーカスパターンａを発生させる。この送信フォーカ
スパターンａによって１組の超音波振動子１１ａから超
音波ビームが被検体内に送波され、また、この１組の超
音波振動子１１ａからエコー信号が得られる。このエコ
ー信号は、マルチプレクサ１２およびレシーバ１４を経
て受信フォーカス発生回路７１、７２、７３に入力され
る。受信フォーカス発生回路７１、７２、７３は、それ
ぞれ受信フォーカスパターンα、β、γを発生させ、そ
のパターンにより各超音波振動子１１ａからのエコー信
号を遅延して複数の超音波振動子１１ａから得られたエ
コー信号を一つに合成する。

【００８１】この受信フォーカス発生回路７１、７２、
７３で合成されたエコー信号は、それぞれ検波回路１８
で検波され、Ａ／Ｄ変換回路１９でディジタルのエコー
データに変換され、スイッチ７４、７５、７６を介して
メモリ８１、８３、８５に記憶される。これら一連の処
理が、選択された送信フォーカスパターンがａのまま、
１フレームの走査が終了するまで行われる。

【００８２】その後、フォーカスパターン選択回路１７
で送信フォーカスパターンｂが選択され、同じ処理が繰
り返される。ただし、この場合には、各Ａ／Ｄ変換器１
９から出力されるエコーデータは送信フォーカスパター
ンｂに対応したメモリ８２、８４、８６に記憶される。
このようにして、メモリ（ａα）８１には送信フォーカ
スパターンａ、受信フォーカスパターンαの組合せによ
る一断層像分の画像データ（エコーデータ）が格納さ
れ、同様に、メモリ（ｂα）８２にはフォーカスパター
ンｂ、αの組合せによる画像データ、メモリ（ａβ）８
３にはフォーカスパターンａ、βの組合せによる画像デ
ータ、メモリ（ｂβ）８４にはフォーカスパターンｂ、
βの組合せによる画像データ、メモリ（ａγ）８５には
フォーカスパターンａ、γの組合せによる画像データ、
メモリ（ｂγ）８６にはフォーカスパターンｂ、γの組
合せによる画像データがそれぞれ格納される。

【００８３】送信フォーカスパターンｂの状態で１フレ
ームの走査が終了すると、次に送信フォーカスパターン
ａが選択され、同様の処理を繰り返す。

【００８４】上記の処理とは独立に、メモリ８１〜８６
に書き込まれた画像データは、１枚の断層像を複数に分
割した分割領域毎にフォーカス評価回路３０に逐次読み
込まれ、断層像の同一分割領域毎に最適なフォーカス状
態の画像データが選択され、その分割領域に対応する合
成メモリ２５の領域に記憶される。

【００８５】フォーカス評価回路３０では、１箇所の分
割領域の評価が終わり、選択された画像データが合成メ
モリ２５に記憶されると、次の分割領域の評価を行い、
その結果選択された画像データが合成メモリ２５の対応
する領域に記憶される。

【００８６】合成メモリ２５に記憶された画像データ
は、Ｄ／Ａ変換回路２６でアナログ信号に変換され、表
示器２７に可視画像として表示される。

【００８７】このように本実施例によれば、送信フォー
カスパターンと受信フォーカスパターンの複数の組合せ
による６種類の画像データの中から、分割領域毎に最適
なフォーカス状態の画像データが選択されるので、被検
体内の各部において常に最適なフォーカス状態の超音波
断層像を得ることができる。

【００８８】しかも、送信フォーカスパターンを少なく
しながら、送信と受信のフォーカスパターンの組合せに
よって多くの種類の画像データを得るようにしたので、
リアルタイム性を損なわずに、より精度の良い断層像を
得ることができる。

【００８９】その他の作用および効果は第１実施例と同
様である。

【００９０】なお、上記各実施例では、各分割領域が共
通の画素を含むことがなかったが、フォーカスを評価す
る際における分割領域間で一部が重なるように、つまり
共通の画素を持つように分割領域を設定しても良い。こ
うすることにより、フォーカスの急激な変化が画像上に
生じることを防止し、スムーズなフォーカス変化をもた
らせることが可能となる。なお、この場合、画像を合成
する際の分割領域は共通の画素を持たないように設定
し、フォーカスを評価する際の分割領域のみ共通の画素
を持つように設定すれば処理が簡単になる。

【００９１】また、上記各実施例では、Ｂモードのリニ
アアレイ超音波振動子を用いたが、本発明はこれに限定
されず、コンベックス、アニュラアレイ等の他の配列方
式の振動子を用いた装置や、Ａモード装置にも効果的に
適用することができる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、送信と受信の双方についてフォーカスパター
ンを複数用意し、送信と受信のフォーカスパターンの複
数の組合せによる複数の画像データを得て、その中から
最適なフォーカス状態の画像データを選択して断層像を
形成するようにしたので、人為的手段を介することな
く、被検体内の音速分布等の条件の変動によらず常に最
適なフォーカス状態の画像を得ることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超音波診断装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１におけるフォーカス評価回路の構成を示す
ブロックである。

【図３】特徴量として画像データの分散を用いた場合の
図２に示すフォーカス評価回路の構成を示す機能ブロッ
ク図である。

【図４】特徴量として画像データの最大値と最小値の差
を用いた場合の図２に示すフォーカス評価回路の構成を
示す機能ブロック図である。

【図５】特徴量として画像データの空間周波数の高周波
成分と低周波成分の比を用いた場合の図２に示すフォー
カス評価回路の構成を示す機能ブロック図である。

【図６】特徴量として近傍画素の輝度値との差分の絶対
値の累計を用いた場合の図２に示すフォーカス評価回路
の構成を示す機能ブロック図である。

【図７】音速が均一な被検体に対するフォーカスパター
ンを示す説明図である。

【図８】音速が不均一な被検体に対するフォーカスパタ
ーンを示す説明図である。

【図９】音速が不均一な被検体に対するフォーカスパタ
ーンの他の例を示す説明図である。

【図１０】第１実施例におけるフォーカス評価回路の動
作を示すフローチャートである。

【図１１】第１実施例における分割領域の一例を示す説
明図である。

【図１２】第１実施例における分割領域の他の例を示す
説明図である。

【図１３】第１実施例における分割領域の更に他の例を
示す説明図である。

【図１４】本発明の第２実施例の超音波診断装置の構成
を示すブロック図である。

【図１５】超音波診断時の被検体および水バックの形状
を示す説明図である。

【符号の説明】

１１超音波プローブ１１ａ超音波振動子１５送信フォーカス発生回路１６受信フォーカス発生回路１７フォーカスパターン選択回路２１、２２、２３メモリ２５合成メモリ３０フォーカス評価回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配列された複数の超音波振動子を有し、
この超音波振動子によって被検体内に超音波ビームを送
波すると共に被検体内からの超音波エコーを受波してエ
コー信号を出力する超音波プローブと、複数の送信フォーカスパターンのうちの一つを順次選択
し、選択された送信フォーカスパターンに基づいて複数
の超音波振動子の駆動タイミングを決定して送信フォー
カスを行う送信フォーカス手段と、複数の超音波振動子より出力されるエコー信号に対し
て、時系列的にまたは同時に複数の受信フォーカスパタ
ーンに基づく遅延を行って、受信フォーカスを行う受信
フォーカス手段と、この受信フォーカス手段によって受信フォーカスが行わ
れたエコー信号に基づいて画像データを生成する信号処
理手段と、被検体の同一部位に対して、送信フォーカスパターンと
受信フォーカスパターンの複数の組合せによる複数の画
像データを記憶する画像データ記憶手段と、この画像データ記憶手段に記憶された複数の画像データ
の中から、各画像データが有する所定の特徴量を比較し
て、最適なフォーカス状態の画像データを選択するフォ
ーカス評価手段と、このフォーカス評価手段によって選択された画像データ
に基づいて断層像を形成する画像形成手段とを具備する
ことを特徴とする超音波診断装置。