JPWO2013121842A1 - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

超音波撮像装置の波面歪みによる画質劣化の補償を、適応信号処理の手法でありながら、少ない演算量で精度よく行う。被検体からの超音波信号を素子１０６により受信し、所定の受信焦点の位置に応じて複数の素子が受信した受信信号を遅延回路２０４によりそれぞれ遅延させる。周辺情報演算部２０５は、受信焦点および受信焦点の周辺領域のうち、複数の点についての情報を遅延後受信信号からそれぞれ取得する。例えば、複数のステアリング角度に対応した適応重みを求める。周辺情報合成部２０６は、複数の情報（適応重み）を合成し、合成した情報を用いて整相出力を生成する。もしくは、複数の適応重みと受信信号とを用いて整相出力を生成後、合成する。

Description

本発明は、超音波を用いて被検体内の画像を撮像する超音波撮像技術に関する。

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。一つの例として、医用超音波撮像装置について簡単に説明する。超音波探触子は、超音波を患者の体内に向けて送信し、患者体内から反射されるエコー信号を受信する。受信信号は、超音波探触子および超音波撮像装置本体の一方またはその双方において信号処理を施された後、画像表示部に受け渡され、超音波画像が表示される。より詳しく説明すると、例えば超音波撮像装置本体中の送信ビームフォーマにおいて送信ビームの信号が生成され、送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）を経た後に、超音波探触子に送られる。超音波探触子は、超音波を発信する。超音波探触子は、体内からのエコー信号を受信した後、撮像装置本体に信号を伝達する。撮像装置本体中で、受信信号は再び送受信分離回路を経て、受信ビームフォーマにおいて整相処理が施された後、画像処理部に伝達される。画像処理部では、各種フィルタ、スキャンコンバータなど様々な画像処理が実行される。最終的に画像表示部に超音波画像が表示される。

このように一般的な超音波診断装置は，送波ビームフォーミング、受信ビームフォーミングおよびバックエンドの画像処理の３つの技術によって構成されている。特に送信時および受信時のビームフォーマは、ＲＦ（高周波）レベルでの信号処理を行うため、ビームフォーマのアルゴリズムや実装アーキテクチャが超音波画像の基本画質を決定する。このため、ビームフォーマは、装置の基幹部である。

受信ビームフォーマは、超音波探触子を構成する複数素子の各受信信号（受信データ）に対して、焦点位置と素子の位置との関係に応じて凹面型に遅延量が分布する遅延時間を与え、仮想的に空間のある一点に焦点をあわせた後、受信信号データを加算する。この方法は、遅延加算方式による整相と呼ばれている。この遅延加算方式では、超音波診断装置の複数素子で受信された受信データと診断装置に蓄えられた固定の重みベクトルとを乗算し、重み付けしてから加算する。これは受信ビームフォーマのみならず、送信ビームフォーマでも同様である。

一方、超音波撮像装置の基本的な問題として方位方向分解能の制約があることが知られている。超音波の送受信は、有限の開口径を持つアレイによって行われるため、開口部エッジの回折の影響が発生する。無限に長いアレイを用意すれば深さ方向と同様に無限の分解能向上の可能性があるが、現実的には送受アレイの長さ、という装置設計上の物理的な制約があるため、方位方向の分解能向上が妨げられてきた。近年になって、ビームフォーマの遅延加算時に遅延のために用いる前述の固定の重みベクトルを、時系列の送受信データの一つ一つに対して適応的に変化させることにより、より高精細な超音波画像を得る試みが注目を集めている。これにより、ビームフォーミング技術における本質的な課題の一つである方位方向の分解能が格段に向上する可能性がある。

特に近年では、移動体通信の分野で発達してきたＭＶＤＲ法（Minimum Variance Distortionless Response; Capon法）をはじめとした適応信号処理の技術を、受信データのビームフォーマに適用した方位方向の分解能の改善技術が，報告され始めている（非特許文献１〜６）。これらの適応的手法は，受信データの相関行列に基づき、遅延加算のための重みベクトルの複素成分を適応的に変化させることで実現される。すなわち、従来、重みベクトルは固定値であったが、適応的手法では、受信信号の時間方向のサンプル点ごとに、受信信号を用いて演算により重みベクトルを求め、これを受信信号に乗算する。

適応信号処理においては、従来の遅延加算方式と同様に、媒質中の不均質音速分布や、微小体の乱散乱に起因する超音波波面の歪みが課題となる。適応信号処理においても、装置が設定する受信ビームフォーマの焦点は、音速一定かつホモジーニアス（均質）な媒質を仮定して設定されている。そのため、音波伝搬に歪みが存在する場合に、像がぼやけてしまったり、実際の位置とは違う場所に結像してしまったり、という課題がある。従来遅延加算方式においては、古くより波面歪みの補正が課題となっており、相互相関処理を利用した収差補正技術が検討されており、適応ビームフォーマにおいても、媒質内の不均質による超音波画像の画質を大きく変えることが同様に課題となる。

本発明に関連したビームフォーマの先行技術としては、複数ビームを利用した遅延時間調整に関して特許文献１〜３が、遅延出力の合算に関して特許文献４が、遅延時間調整による波面歪みの補正技術に関して特許文献５が、それぞれ知られている。

特開２０１０−８２３７１号公報 特開２０１０−６３８７５号公報 特開平５−２４９０８８号公報 特開２００２−３３６２４９号公報 特開平７−３０３６４０号公報

I. K. Holfort， et al.， "Adaptive receive and transmit apodization for synthetic aperture ultrasound imaging，" Proc. IEEE Ultrason. Symp.， pp. 1-4(2009). J. Capon: High-resolution frequency wavenumber spectrum analysis， Proc. IEEE， Vol. 57， pp. 1408-1418， Aug. (1969). F. Vignon et al.: Capon beamforming in medical ultrasound imaging with focused beams， IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control， Vol. 55， No. 3， pp. 619-628， (2008). J. F. Synnevag et al.: Benefits of Minimum-Variance Beamforming in Medical Ultrasound Imaging， IEEE Trans. Ultrason， Ferroelectr. Freq. Control， Vol. 56， No. 9， pp. 1868-1879， (2009). I. K. Holfort et al.: Broadband minimum variance beamforming for ultrasound imaging， IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control.， Vol. 56， No.2， pp. 314-325， (2009). Z. Wang et al.， "Time-delay- and time-reversal-based robust capon beamformers for ultrasound imaging，" IEEE Trans. Med. Imag.， 24(10)， pp. 1308-1322(2005).

適応ビームフォーマを用いた超音波診断装置においては、ビームの指向性が鋭いことが知られている。しかしながら、実際の被検体媒質は不均質であるため、送信した超音波信号が焦点で反射され、焦点の周囲に散乱するため、焦点の対象物の情報が焦点の周囲にも存在する。適応ビームフォーマを用いた指向性の鋭いビームでは、焦点の周囲に存在する超音波信号を取得することができず、画質が劣化するという問題がある。また、被検体媒質が不均質であるため、音速不均一等による波面ひずみが生じる。波面歪みにより、今度は焦点周囲の媒質からの反射波が受信音波に混在する。この周囲の媒質からの反射波は、焦点からの情報と相関性がある雑音信号であり、この相関性雑音のために、画質が劣化するという問題もある。

そこで、焦点の周囲に散らばってしまった焦点の情報を再現しつつ、焦点周囲の媒質からの不要な相関性雑音を低減することの両立が可能な技術が求められている。すなわち焦点の周囲に散らばった超音波信号の取りこぼしを低減し、波面歪み起因の相関性雑音に対する頑健性が高く、かつ比較的処理負荷の小さい画質劣化補償手法を備えた適応ビームフォーミング技術が望まれている。

本発明の目的は、被検体媒質の不均質性に起因する画質劣化を補償することのできる超音波撮像装置を提供することにある。

本発明の超音波撮像装置は、被検体からの超音波信号を受信する複数の素子と、所定の受信焦点の位置に応じて複数の素子が受信した受信信号をそれぞれ遅延させ遅延後受信信号を生成する遅延部と、受信焦点および受信焦点の周辺領域のうち、複数の点についての情報を遅延後受信信号からそれぞれ取得する周辺情報演算部と、複数の点についてそれぞれ取得された情報を合成し、合成した情報を用いて整相出力を生成する周辺情報合成部と、整相出力を用いて画像データを生成する画像処理部とを有する。

本発明によれば、焦点の周囲に散らばった超音波信号を取得することができるため、信号の取りこぼしを低減でき、波面歪みに起因の相関性雑音に対する頑健性が高く、かつ、処理負荷を大きく増加させることなく画質劣化補償することができる。

（ａ）本実施形態の超音波撮像装置の概略構成を示す斜視図、（ｂ）ブロック図。 第１の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第２の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第２の実施形態の遅延回路の動作を示す説明図。 （ａ）〜（ｆ）本発明の実施形態の効果を示す説明図。 第２の実施形態における信号処理の動作と効果を示す説明図。 第３の実施形態の受信ビームフォーマにおける周辺情報合成部の構成を示すブロック図。 第４の実施形態の遅延回路の動作を示す説明図。 第４の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）第４の実施形態における受信ビームフォーマのステアリングベクトルを示す説明図。 第５の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第６の実施形態の受信ビームフォーマにおける一時格納部の構成を示すブロック図。 第６の実施形態における信号処理の動作と効果を示すブロック図。 第７の実施形態の受信ビームフォーマにおける一時格納部の構成を示すブロック図。 第７の実施形態における信号処理の動作と効果を示すブロック図。 第８の実施形態の受信ビームフォーマにおける一時格納部の構成を示すブロック図。 第８の実施形態における信号処理の動作と効果を示すブロック図。 第９の実施形態の受信ビームフォーマにおける一時格納部の構成を示すブロック図。 第９の実施形態における信号処理の動作と効果を示すブロック図。 （ａ）〜（ｇ）第１０の実施形態における調整部によるステアリングベクトルの設定動作を示す説明図。 第１１の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 （ａ）焦点における反射による信号の広がり領域（楕円領域２２０５）と、固定のステアリング角度による点拡がり関数２２０４のミスマッチを超音波画像の位置に応じて示す説明図、（ｂ）固定のステアリング角により得られる超音波画像（Ｂモード像）の輝度分布を示す説明図、（ｃ）第１１の実施形態により設定したステアリング角度による点拡がり関数２２０４と楕円領域２２０５の関係を示す説明図、（ｄ）第１１の実施形態で設定したステアリング角により得られる超音波画像（Ｂモード像）の輝度分布を示す説明図。 （ａ）第１２の実施形態においてＢモード画像の信号強度または輝度分布を示すグラフ、（ｂ）図（ａ）のグラフから求めたステアリング角度の分布を示すグラフと、予め定めておいたステアリング角度の分布を示すグラフ。 本実施形態の超音波撮像装置のコンソールの斜視図。 本実施形態の超音波撮像装置の別の具体例のコンソールと画像表示部の斜視図。 （ａ）超音波ビームに波面歪が生じていない場合の６つの点散乱体の超音波画像（Ｂモード像）、（ｂ）超音波ビームに波面歪が生じている場合の６つの点散乱体の超音波画像（Ｂモード像）。 図２６の超音波画像について１つの点散乱体とその周囲の輝度分布を示すグラフ。

本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の超音波撮像装置は、被検体からの超音波信号を受信する複数の素子と、所定の受信焦点の位置に応じて複数の素子が受信した受信信号をそれぞれ遅延させ遅延後受信信号を生成する遅延部と、周辺情報演算部と、周辺情報合成部と、画像処理部とを有する。周辺情報演算部は、受信焦点および受信焦点の周辺領域のうち、複数の点についての情報を遅延後受信信号からそれぞれ取得する。周辺情報合成部は、複数の点についてそれぞれ取得された情報を合成し、合成した情報を用いて整相出力を生成する。画像処理部は、整相出力を用いて画像データを生成する。以下、具体的に説明する。

まず、図１（ａ），（ｂ）を用いて超音波撮像装置の全体構成について説明する。図１（ａ）は装置の斜視図、図１（ｂ）は内部の概略構成を示すブロック図である。

図１（ａ）のように、超音波撮像装置は、超音波探触子１０１と装置本体１０２と、画像表示部１０３と、コンソール１１０を備えている。装置本体１０２内には、図１（ｂ）のように送信ビームフォーマ１０４と、送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）１０７と、受信ビームフォーマ１０８と、画像処理部１０９と、これらの動作を制御する制御部１１１が配置されている。

超音波探触子１０１は、アレイ状に配列した複数の素子（超音波振動子）１０６を備えている。送信ビームフォーマ１０４において送信ビーム用の信号が生成され、送受信分離回路１０７を経て、超音波探触子１０１に受け渡される。超音波探触子１０１は、複数の素子から超音波を被検体１００の体内に向けて送信する。体内で反射されたエコー信号は、超音波探触子１０１により受信される。受信信号は、再び送受信分離回路１０７を経て受信ビームフォーマ１０８において整相演算処理等が施される。整相演算処理後の受信信号は、画像処理部１０９に受け渡され、各種フィルタ、スキャンコンバータなど様々な画像処理が実行され、超音波画像が生成される。超音波画像は、画像表示部１０３に受け渡され、表示される。

図２は受信ビームフォーマ１０８の構成を示すブロック図である。図２のように受信ビームフォーマ１０８は、遅延回路２０４と、周辺情報演算部２０５と、周辺情報合成部２０６と、遅延回路２０４の出力から周辺情報合成部までのバイパス線２０７とを含む。これら受信ビームフォーマ１０８の各部は、それぞれを独立した回路で構成することも可能であるし、予めプログラムを格納したメモリと、そのプログラムを読み込んで実行するＣＰＵにより各部の動作を実現する構成にすることも可能である。

本実施形態の受信ビームフォーマ１０８では、制御部１１１の制御下でアクティブチャンネル設定部（不図示）が、超音波探触子１０１の有限口径の一部にアクティブチャンネルを設定し、受信ビームフォーミング処理を行う。すなわち、１本の送信超音波ビームに対する受信エコーを受信した超音波探触子１０１を構成する複数素子１０６のうち、一部の範囲の素子１０６をアクティブチャンネル２０１とし、アクティブチャンネル２０１の受信信号を用いて超音波伝搬方向の１本の画像データ（ラスタ：整相出力ｙ（ｎ））を生成する。図２のように、素子１０６の位置を少しずつずらしながらアクティブチャンネル２０２、アクティブチャンネル２０１、アクティブチャンネル２０３を順次構成し、それぞれのアクティブチャンネル２０２、２０１，２０３についてラスタを生成し、その結果を並べたものが超音波画像となる。

遅延回路２０４は、周辺情報演算部２０５の前段として配置され、アクティブチャンネル２０１を構成する複数素子１０６の各受信信号（受信データ）に対して、素子の位置に応じて遅延時間を与え、仮想的に空間のある一点に焦点をあわせる処理を行うブロックである。素子１０６ごとに付与する遅延時間は、撮像対象の空間内のそれぞれの対象位置に対応して、遅延時間セットとして予め用意されている。遅延回路２０４は、設定された焦点位置に応じて遅延時間セットを選択し、複数素子の各受信信号に対してそれぞれ異なる遅延時間を与える。これにより撮像対象の全空間を網羅したフォーカス処理を行うことができる。

周辺情報演算部２０５は、受信焦点からの反射により受信焦点の周辺に散らばっている情報を収集する動作を行う。例えば、周辺情報演算部２０５は、適応信号処理を行うことにより、受信焦点およびその周辺部（周辺領域）のうち、２つ以上の点について、適応重みを求める。これにより受信焦点の周辺情報を収集することができる。なお、周辺部（周辺領域）とは、受信焦点における信号の反射により信号が散らばっている領域であり、受信素子、送信周波数、受信周波数、超音波パルスの波形、素子アレイのサイズ・ピッチ、点拡がり関数等の条件によってその大きさは前後するが、大まかには、受信焦点とアクティブチャンネルの中心を結ぶ軸を中心軸としてアクティブチャンネル方向に±5°以内程度の広がりの長軸を持ち、アクティブチャンネル方向と直交する超音波伝搬方向にはアクティブチャンネル方向と同程度の長さもしくは若干短い長さの短軸もつような、おおむね楕円形状（３次元の場合は楕円球）の領域である。このとき焦点は短軸と長軸の交点に位置する。また、同時に周辺部（周辺領域）とは、波面歪みにより、焦点周囲の媒質からの反射波が受信音波に混在し、この周囲の媒質からの反射波が焦点からの情報と相関性がある雑音信号として受信信号中に顕在化してしまうような領域でもある。

また、周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５において収集された周辺情報を合成（コンパウンド）し、最終的な整相出力ｙ（ｎ）を求める。例えば、周辺情報演算部２０５が求めた２点以上の適応重みを合成した合成重みを求め、この合成重みにより遅延回路２０４が遅延処理した各素子１０６の信号を重み付けし、整相することにより、周辺情報を合成することができる。

この最終的な整相出力ｙ（ｎ）は、それぞれアクティブチャンネル２０２，２０１，２０３に対応したラスタごとに、順次画像処理部１０９に伝達され、この合成された整相出力に基づき超音波画像が生成される。

このように第１の実施形態では、周辺情報演算部２０５が受信焦点の周囲からの情報を収集することにより、指向性の高い適応ビームフォーマを用いながらも、焦点で反射されて周囲に散らばった情報も収集できる。さらに、取集した周辺情報を用いることで相関性信号の非対称性を利用することができ、波面ひずみに起因する相関性雑音のキャンセル（無相関化）を行うことができる。よって、被検体の媒質が不均質であっても画質劣化を防止できるとともに、波面歪による相関性雑音の影響も受けにくく、頑健性の高い超音波撮像装置が得られる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態の超音波撮像装置において、周辺情報演算部２０５が、適応ビームフォーミングを行うことにより、情報として適応重みを求める。

周辺情報演算部２０５は、第１の実施形態で示した複数の素子１０６で構成されるアレイ表面の所定の位置と複数の点とを結ぶ方向ベクトルであるステアリングベクトルを用いて複数の点についての適応重みを求める構成とする。

さらに、周辺情報演算部２０５は、遅延後受信信号を用いて共分散行列を生成する行列演算部と、共分散行列と前記ステアリングベクトルから前記複数の点についての適応重みベクトルを求める重みベクトル演算部とを含む構成とする。周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５が求めた複数の点についての適応重みを加算して合成重みを生成する重み合成部と、合成重みと遅延後受信信号を乗算して整相出力を生成する内積演算部を含む構成とする。

周辺情報演算部２０５と重み合成部の間には、周辺情報演算部が求めた複数の点についての適応重みに対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部を配置することも可能である。

内積演算部は、合成重みを遅延後受信信号にそれぞれ乗算した後、遅延後受信信号を加算することにより整相出力を生成する。

図３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具体的に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成の部分については説明を省略する。

第２の実施形態では、周辺情報演算部２０５が、受信焦点およびその周辺部のうち、２つ以上の点について、適応重みを求めることにより受信焦点の周辺情報を収集する。具体的には、適応重みを算出する際に、複数のステアリングベクトルａを用い、超音波探触子のアクティブチャンネルの素子からの方向が受信焦点からずれた点（すなわちステアリングベクトルの方向が焦点方向とは異なる点）についても適応重みを求める。周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５が求めた２点以上の適応重みを合成し、得られた合成重みを用いて受信信号の整相処理を行う。ステアリングベクトルとは、アクティブチャンネルの中心位置と上記点とを結ぶ方向ベクトルである。ステアリングベクトルについては、後述の式（４）により詳しく説明する。さらに、具体的に説明する。

図３は、第２の実施形態の受信ビームフォーマ１０８の構成を示すブロック図であり、ここでは、本発明の好ましい実施形態として、適応信号処理技術をビームフォーマに適用したアダプティブビームフォーマを用いる形態を示す。なお、受信ビームフォーマ１０８以外の部分すなわち、受信ビームフォーマ１０８の前段に位置する、超音波探触子１０１、送信ビームフォーマ１０４および送受信回路１０７、ならびに、受信ビームフォーマ１０８の後段に位置する、画像処理部１０９および画像表示部１０３については、第１の実施形態と同様であるので、説明および図示を省略する。

図３のように、受信ビームフォーマ１０８内の周辺情報演算部２０５は、行列演算部３００と適応重み演算部３０１とを備えている。適応重み演算部３０１は、複数の重みベクトル演算部３０２１、３０２２，３０２３を含み、受信焦点およびその周辺部の点についてそれぞれ重みベクトルを演算する。ここでは、３つの重みベクトル演算部３０２１〜３０２３を配置しているため、３つの点について重みベクトルを求めることができる。しかしながら、本実施形態は、重みベクトル演算部の数は、３つに限定されるものではなく、複数であればいかなる数であってもよい。

行列演算部３００においては、遅延回路２０４からの入力（遅延後受信データx(n)）を受け、空間共分散行列R(n)を生成する。空間共分散行列は適応重み演算部３０１に入力され、複数の重みベクトル演算部３０２１、３０２２、３０２３のそれぞれにおいて、受信焦点およびその周辺部のうちの、ステアリングベクトルの方向が異なる所定の３つの点について、重みベクトルw₁(n), w₂(n), w₃(n)を算出し、周辺情報合成部２０６に出力する。ステアリングベクトルについて後で詳しく説明する。

周辺情報合成部２０６は、重み合成部３０６と内積演算部３０７とを備える。重み合成部３０６は、複数の重みベクトルw₁(n), w₂(n), w₃(n)を加算することにより合成し、合成重みw_sum(n)を生成する。内積演算部３０７は、この合成重みw_sum(n)によって、バイパス線２０７から入力される遅延後受信データx(n)を重み付けした後加算し、整相出力y(n)を得る。これにより、同一ラスタ内の、ステアリングベクトルの方向が異なる複数の点からの情報を１本の整相出力として得ることができる。内積演算部３０７は、具体的には、合成重みw_sum(n)と遅延後受信データx(n)とを掛け合わせる乗算部３０７１と、乗算後の遅延後データの和を計算する加算部３０７２とを備えて構成される。

また、周辺情報合成部２０６には、必要に応じて、固定アポダイゼーション乗算部３０５を付加することができる。固定アポダイゼーション乗算部３０５は、重みベクトルw₁(n), w₂(n), w₃(n)にそれぞれ予め定めた固定の重みを乗算し、重み付けする。

周辺情報合成部２０６で得られた整相出力y(n)は、画像処理部１０９に伝達される。画像処理部１０９では整相結果y(n)に基づき超音波画像が生成される。

以下の説明では、さらに詳しく、１回の送受信に対応した１つのアクティブチャンネル２０１の各素子１０６の受信データを処理し、１ラスタの整相データを生成する際の、各部の動作を説明する。

図４は遅延回路２０４等の動作を示す図である。まず、アクティブチャンネル２０１を構成するＫ個の素子１０６により、それぞれＫ個の受信データが受信される。以下、Ｋ個の受信データを、Ｋチャンネルの受信データu(n)とも呼ぶ。受信データu(n)は、送受信分離回路１０７を経て、遅延回路２０４に入力される。遅延回路２０４は、アクティブチャンネル２０１を構成するＫ個の素子１０６の受信信号（受信データ４０４）u₁(n)，u₂(n)，…，u_K(n)に対して、空間内の一点４０１を中心に凹面型４０５に遅延量が分布する遅延時間を、素子１０６の位置に応じて与え、遅延後受信データx₁(n)，x₂(n)，…，x_K(n)を得る。これにより、焦点４０１に仮想的に焦点をあわせる。ここでnは、超音波受信信号の時間方向（超音波伝搬方向の深さ方向）のある時刻（スナップショット時刻）である。１ラスタのサンプル総数Nに対して、０＜ｎ＜（Ｎ＋１）となっている。このスナップショット時刻nをずらし、さらに凹面型４０５の形状を異なる凹面型（例えば凹面型４０６，４０７）に変えることにより、点４０２，４０３にそれぞれ焦点を合わせることができる。これにより、所望の焦点に合わせて、各素子１０６の受信信号４０４を遅延させ、波面のそろった受信信号（遅延後受信データ）の時系列データ４０８、４０９，４１０を得ることができる。

アクティブチャンネル２０１を構成する素子数（チャンネル数）がＫ個であれば、あるスナップショット時刻nにおけるＫ個の遅延後受信データは下記式（１）の左辺のベクトルx(n)として表すことができる。

従来技術による適応ビームフォーマにおいては、この遅延後受信データx(n)は適応処理部に入力され、スナップショット時刻nにおけるＫ個のチャンネルごとの重み値w_K(n)から構成される適応重みベクトルw(n) = [w₁(n)，w₂(n)，…，w_K(n)]^T を生成する。さらにこの適応重みベクトルw(n)と遅延後受信データx(n)を内積演算部において内積演算することにより、あるスナップショット時刻nにおける適応ビームフォーマ出力y(n)を得る。本発明においては、複数のステアリングベクトルａを用いて、焦点位置の周辺部分についても適応重みベクトルを求める。

遅延後受信データベクトルx(n)は、図３に示すように周辺情報演算部２０５に入力される。周辺情報演算部では、まず行列演算部３００で、下式（２）により空間共分散行列R(n)を求める。R(n)を求める際には，x(n)をそのままの実信号として用いてもよいし、ヒルベルト変換やベースバンド変調などを施して、複素数のデータに変換されたものを用いてもよい。ここでは、より一般性のある形態として、x(n)を複素データξ(n)に変換し、式（２）のように空間共分散行列R(n)を求める場合を例に説明する。式（２）のR(n)は、式（３）であらわされる複素ベクトルξ(n)と、その（複素）共役転置ベクトルξ^Ｈ(n)との積のアンサンブル平均をとったものである。

なお、式（２）において、アンサンブル平均数Nは，対象スナップショットにおけるξ(n)の前後Sサンプルずつの合計N=2S+1点として、式（２）の最右辺のように一様平均とすることができる。また、時間方向の平均化の仕方はその他にも、台形重みなど、時間方向各サンプルに任意の重みを乗算してから加算平均を取る方法をとってもよい。行列演算部３００から出力された空間共分散行列R(n)は、次に適応重み演算部３０１に入力される。

空間共分散行列R(n)を受け取った適応重み演算部３０１では、MVDR法を用いて重みベクトルw(n)を計算する。本発明においては、複数のステアリングベクトルaを用いることで、焦点の周辺情報を得る。ステアリングベクトルa_pは式（４）で表される。

上式（４）において、pはステアリングベクトルの本数であり、総数Ｐとして、０＜ｐ＜Ｐ＋１を満たす整数である。式（４）のように、ステアリングベクトルa_pは、アクティブチャンネルの個数と等しいＫ個のベクトル要素（０〜（Ｋ−１））をもつ方向ベクトルであり、受信周波数f_p，および素子１０６の表面の法線ベクトル方向とステアリングベクトルとのなす角（以下、ステアリング角度と呼ぶ）(θ_p,φ_p)の関数で表される。θ_pは、法線ベクトルからの開き角、φ_pは、素子１０６の配列方向からの旋回角度である。超音波探触子１０１の素子１０６の配列が、１次元の直線（リニア）アレイであった場合、ステアリング角度は式（４）の最終式で表される。ここで、λ_pは周波数f_pに対応する音波の波長、dは素子１０６の素子中心同士の間隔（素子ピッチ）である。

上記のようなステアリングベクトルa_pの方向についての、ＭＶＤＲ法による重みベクトルw(n)は、ここでは式（５）により算出される。よって、重みベクトル演算部３０２１〜３０２３でそれぞれ異なるステアリングベクトルa_pについて重みベクトルw(n)を演算することにより、ステアリングベクトルa_pの本数Ｐ（すなわち、重みベクトル演算部３０２１〜３０２３の数）の分だけの適応重みベクトルw₁(n)〜w_P(n)を得ることができる。

式（５）において、R(n)は，式（２）により生成した、時間方向のあるスナップショットnにおける空間共分散行列であり、上付き添え字の−１は逆行列を表す。

なお、ステアリングベクトルの本数Ｐは２以上の整数であればいかなる値であってもよい。ステアリングベクトルの方向の選び方も任意であるが、本実施形態では、焦点はアクティブチャンネル２０１の中心軸上、すなわち、アクティブチャンネル数が偶数の場合は、アクティブチャンネル２０１を構成するＫ個の素子１０６のうちＫ／２番目と（Ｋ＋２）／２番目の素子の間の中点を通る法線（アクティブチャンネル面と直交する法線）上に位置するとする。また、アクティブチャンネル数が奇数の場合は、アクティブチャンネル２０１を構成するＫ個の素子１０６のうち、（Ｋ＋１）／２番目の素子１０６の中心を通るような法線（アクティブチャンネル面と直交する法線）上に位置するとする。ステアリングベクトルのうちの１本は、焦点方向を向くことが望ましい。他の（Ｐ−１）本のステアリングベクトルは、撮像空間上の焦点の周囲の領域内の任意の方向を向くように設定する。図３にはステアリングベクトルの総数Ｐ＝３のケースを示しているが、ステアリングベクトルの総数は任意で有り、それらのステアリング角度は例えば等角度ピッチであっても非線形な規則に従っていても、不規則でランダムな選定法をとってもよい。たとえば図３の構成は、Ｐ＝３の例であり、重み演算部の出力は３本、すなわちw₁(n),w₂(n),w₃(n)となる。

上述のように遅延回路２０４において遅延処理を施しているため、例えばリニアスキャンのある１時刻nの受信データベクトルx(n)は、法線ベクトルの方向であるθ＝0°方向に波面が揃ったデータとなっている。よって、式（４）において、θ_p＝0°とすると、ステアリングベクトルa_pは、a_p=[1，1，…，1]^Tであり、焦点方向についての適応重みベクトルw(n)が求められる。焦点方向についての適応重みベクトルw(n)は、従来のＭＶＤＲ法による適応重みベクトルw(n)と一致する。すなわち、本実施形態の構成を利用して、Ｐ＝１かつ、θ_p＝0°とした場合は、通常のMVDR法を用いた適応ビームフォーマの構成と一致する。本実施形態では、異なる複数のステアリングベクトルa_pを設定し、それぞれについて適応重みベクトルw₁(n)〜w_P(n)を得る点で通常のMVDR法によるビームフォーマとは異なる。

なお、本発明は、複数のステアリングベクトルa_pのうち１本は、焦点方向（正面方向）に向ける（θ_p＝0°、a_p=[1，1，…,1]^T）構成に限定されるものではなく、すべてのステアリングベクトルが焦点方向とは異なる方向に向いていてもよい。特に、複数のステアリングベクトルa_pを構成する方向ベクトルとして、焦点方向（θ_p＝0°）の方向ベクトルをあえて利用せず、焦点方向を除いた方向（θ_p＜0°、0°＜θ_p）の方向ベクトルだけを用いてもよい。この場合、焦点方向をあえて利用しないことによって、相関性雑音のキャンセル（無相関化）の効果をより強く得ることが出来るため、本発明の好ましい実施例の一つとなる。

適応重み演算部３０１から出力されたP本の適応重みベクトルw₁(n)〜w_P(n)は、周辺情報合成部２０６に入力される。周辺情報合成部２０６は、P本の適応重みベクトルw₁(n)〜w_P(n)を重み合成部３０６において加算し、算術平均を取り、（６）式のように合成重みベクトルw_sum(n)を算出する。例えば、図３のようにＰ＝３個の適応重みベクトルの合成重みベクトルw_sum(n)は、w_sum(n)={w₁(n)+w₂(n)+w₃(n)}/3，となる。

なお、この合成重みベクトルw_sum(n)を求める前段に、固定アポダイゼーション乗算部３０５を配置し、重みベクトルw_p(n)のそれぞれに対して、固定のアポダイゼーションを乗算してもよい。たとえば、θ=0°方向の適応重みベクトルw_P(n)の値を大きくし、それ以外の方向は値が小さくなるような、分布を持たせた固定アポダイゼーションb_pを乗算することもでき、これは式（７）の演算によって実現される。

例えば、図３の構成においては、固定アポダイゼーション乗算部３０５において、b₁,b₂,b₃の固定アポダイゼーション重みが用意されている。この場合、重み合成部から出力される合成重みは、w_sum(n)={b₁w₁(n)+b₂w₂(n)+b₃w₃(n)}/3となる。

次に、合成重みベクトルw_sum(n)は、周辺情報合成部２０６内の内積演算部３０７に入力される。内積演算部３０７は、乗算部３０７１と加算部３０７２で構成され、合成重みベクトルw_sum(n)と、遅延回路２０４からバイパス線２０７を通して伝達された遅延後の受信データベクトルx(n)との間の内積演算を式（８）のように行い、整相出力y(n)を得る。具体的には、乗算部３０７１で、重みベクトルおよび遅延後受信データベクトルのそれぞれのチャンネル要素間(1〜K)の積を計算する。加算部３０７２は、前記乗算部３０７１で得られたK個の積の総和を計算し、周辺情報合成部２０６の最終出力（整相出力y(n)、スカラー値）とする。

この内積演算部３０７の整相出力y(n)は、画像処理部１０９に伝達される。以上の処理を１ラスタを構成するＮサンプルのうち最初のサンプルｎ＝１から最終サンプルｎ＝Ｎまで繰り返すことで、y(1),y(2),…y(N)のＮ個の整相出力y(n)を順次画像処理部１０９も伝達する。以上により、受信ビームフォーマ１０８は、アクティブチャンネル２０１に対応した１ラスタの整相出力ｙ(n)の演算を完了する。

式（８）によって得られる１ラスタの整相出力ｙ(n)は、アクティブチャンネルを、アクティブチャンネル２０１からアクティブチャンネル２０２，２０３へと受信アレイ上をシフトさせながら、それぞれ取得され、１ラスタごとに画像処理部１０９に受け渡される。画像処理部１０９においては、超音波探触子１０１の走査方式などに対応したスキャンコンバータにより、全ラスタを並べ２次元画像を生成する。また、各種フィルタ処理等の様々なバックエンド画像処理や計測アプリケーションの演算がなされる。最終的に、画像表示部１０３に超音波画像や計測アプリケーションの演算結果が表示される。

このように、第２の実施形態では、複数のステアリングベクトルa_pを設定し、それぞれについて適応重みベクトルw₁(n)〜w_P(n)を得て、これらを合成した合成重みベクトルw_sum(n)を用いて、受信データベクトルx(n)の整相を行って、１つの整相出力y(n)を得ている。この効果を図５および図６を用いて説明する。

図５（ａ）は、アクティブアレイ２０１から受信焦点２２０１に焦点を合わせて受信データを１回受信し、受信ビームフォーミングを行う例を示している。従来の遅延加算方式で受信ビームフォーミングを行った場合、受信焦点２２０１の周囲の点拡がり関数２２０２で示される領域の信号についても１回の受信ビームフォーミングで取得することができる。これに対して適応ビームフォーミングを行った場合、遅延加算方式よりもビーム指向性が鋭いため、１回の受信ビームフォーミングで取得することができる信号の範囲は点拡がり関数２２０４で表わされ、遅延加算方式の点拡がり関数２２０２よりも小さくなる。一方で、焦点２２０１にある対象物の信号は、焦点２２０１で反射されることにより、楕円領域２２０５のように焦点２２０１周辺にランダムに分布していると考えられる。この楕円領域２２０５が、第１の実施形態の周辺部（周辺領域）に対応する。

第２の実施形態では、上述したようにステアリング角度の異なる複数の点（ここでは３点）について、それぞれ適応ビームフォーマにより求めた適応重みベクトルを合成する。この処理は、図５（ｂ）に示すように複数の点の周りの点拡がり関数２２０４の範囲を重ね合わせることと等価である。よって、位置のずれた３つの点拡がり関数２２０４を重ね合わせた領域２２０６が、第２の実施形態において１回の受信で信号を取得できる範囲となるため、焦点２２０１の周囲の楕円領域２２０５に散らばった対象物の信号の大部分を取得することができ、信号の取りこぼしを低減することができる。

また、ステアリング角度の異なる重みベクトルを利用することによって、中心軸の左右での相関性雑音の非対称性を利用することが出来る。すなわち、異なるステアリング角の適応重みを合成することによって受信信号中の相関性の雑音信号をキャンセル（無相関化）ができるため、焦点の信号の情報を取りこぼすことなく、一方で相関性の高い雑音信号を選択的に除去することが可能となる。

以上の効果により、第２の実施形態では適応ビームフォーマの鋭敏なビーム指向性による信号の取りこぼしや、波面歪の影響を受けやすいというデメリットを改善し、これらの影響を受けにくい頑健性を付与することができる。

第２の実施形態では、この受信ビームフォーミングを、図６に示すように１回の受信ごと（ラスタごと）に行う。これによる各ラスタ１５０１，１５０２，１５０３の整相出力１５０４，１５０５，１５０６に含まれる雑音を減少させ、かつ波面歪の影響も少なくすることができる。よって、これら各ラスタの整相出力を並べて得られる超音波画像は、雑音が少なく、生体内音速不均一、散乱体分布や体動の影響などによる波面歪みの影響が低減された鮮明な画像となる。

なお、第２の実施形態において、上述した行列演算部３００における演算アルゴリズムの別の手法の一つとして、サブアレイ行列を用いた空間平均演算を行うことも可能である。空間平均演算におけるサブアレイ行列R^∧ _SUBlは、式（９）のように、部分空間ベクトルξ^∧ _l(n)（式（１０））の積で表される。部分空間ベクトルξ^∧ _l(n)は、アクティブチャンネルＫ個に対する遅延後受信データ（ここでは一般化された複素信号ベクトルξ(n)で表記しているが、代わりに実信号ベクトルx(n)でもよい。）のうち、一部（Ｌ素子分）の成分を抜き出したベクトルである。よって、部分空間ベクトルの総数はＫ−Ｌ＋１個（０＜ｌ（ｌは小文字のＬ）＜Ｋ−Ｌ＋１）である。

このサブアレイ行列の主対角成分を空間共分散行列R(n)の主対角成分に一致させて１サンプルずつずらしてゆくと，Ｋ−Ｌ＋１個のサブアレイ行列の空間平均処理となり、式（１１）のサブアレイ空間共分散行列R^∧(n)が得られる。このサブアレイ空間共分散行列R^∧(n)を適応重み演算部３０１で演算する際に、上記式（５）のR(n)と置き換えて用いることにより、式（１２）のように重みベクトルw_p(n)を演算することができる。なお、この場合行列演算部３００の出力はＬ×Ｌのサイズであり、また、重みベクトルw_p(n)を構成する要素の数はＬとなる。

また、空間平均法のもう一つの例として、前向き後向き空間平均法を用いてもよい。この場合、後向きのサブアレイ行列R^〜 _SUBl(n)は、式（１３）のように、後向き部分空間ベクトルξ^〜 _l(n)の積で求めることができる。なお、後向き部分空間ベクトルは、式（１４）で表される。また、式（１５）に示すように、前向き空間平均と同様の演算によって、後向きのサブアレイ空間行列R^〜(n)を式（１５）のように計算することができる。次に、式（１６）のように、前述の前向き空間平均の場合のサブアレイ空間行列R^∧(n)と算術平均することによって、最終的に前向き／後向きのサブアレイ空間共分散行列R_FB(n)を求めることができる。前向き空間平均の場合と同様、この前向き／後向きのサブアレイ空間共分散行列R_FB(n)を、適応重み演算部３０１での演算において式（５）のR(n)と置き換えて用いることにより、式（１７）のように重みベクトルw_p(n)を演算することができる。なお、この場合もやはり、行列演算部３００の出力はＬ×Ｌのサイズであり、また、重みベクトルw_p(n)を構成する要素の数はＬとなる。

空間平均法を用いて式（１２）もしくは式（１７）で計算された複数個（Ｐ個）の重みベクトルw_pは、空間平均法を用いない場合と同様、周辺情報合成部２０６に伝達される。重み合成部３０６は、重みベクトルの加算を行いw_sumを算出する（式（７）、式（８））。さらに内積演算部３０７において、バイパス入力２０７から伝達される遅延後受信データとの内積計算を行い、最終的に整相データy(n)として画像処理部１０９に受け渡される。

ここで、空間平均法を用いた場合に、重みベクトルw_pの要素数はＬである。よって、最終的に内積演算部３０７での演算を行うためには、Ｋ個の成分を持つξ(n)からＬ個の成分を持つベクトルg(n)を作るような演算（式（１８））を行うブロックが追加で必要になる。例えば、図３に示すように、バイパス線２０７の途中であって内積演算部３０７の前段に、次元圧縮部３０８を配置し、次元圧縮部３０８が、Ｋ個の要素を持つξ(n)からＬ個の要素を持つベクトルg(n)を生成するように構成することができる。なお、次元圧縮部３０８は、周辺情報合成部２０６の内部に配置することも可能である。

空間平均法を用いた場合の整相出力y(n)は式（１９）で表される。

このように、行列演算部３００において、サブアレイ行列の空間平均処理を行うことにより、超音波受信信号に含まれる相関性の雑音を抑制する効果が得られる。よって、サブアレイ行列の空間平均処理を、焦点の周辺の複数の適応重みベクトルを合成する構成に組み合わせることによって、より雑音の影響の少ない超音波画像を得るができる。

以上、第２の実施形態では、適応ビームフォーミング手法の一例としてＭＶＤＲを例にとって説明したが、適応重み演算部３０１において適用されるアルゴリズムは、行列演算部３００で計算される空間共分散行列を用いるアルゴリズムであればよく、ＭＭＳＥ法やＡＰＥＳ法、空間共分散行列とその固有値・固有ベクトルを利用するＥｉｇｅｎｓｐａｃｅ−ＭＶ法（ＥＳＭＶ、ＥＩＢＭＶ）、ＥＳＰＲＩＴ法、ＭＵＳＩＣ法など他のいかなる手法でもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第２の実施形態とは異なり、周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５が求めた複数の点についての適応重みをそれぞれ遅延後受信信号に乗算し、複数の適応重みごとの合成前整相出力を生成する複数の内積演算部と、出力合成部とを有する。出力合成部は、複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算して合成し、画像データの生成に用いる整相出力を生成する。

周辺情報演算部２０５と複数の内積演算部との間には、周辺情報演算部２０５が求めた複数の点についての適応重みに対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部を配置することも可能である。または、複数の内積演算部と出力合成部との間に、複数の適応重みごとの整相後の遅延後受信信号に対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部を配置することも可能である。さらには、複数の内積演算部を構成する複数の乗算部と複数の加算部との間に、複数の乗算後の信号に対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部を配置することも可能である。

周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５が一つのアクティブチャンネルの受信信号から得た情報を合成して画像処理部が画像生成に用いる最終的な整相出力を生成する構成とする。例えば、周辺情報合成部２０６は、周辺情報演算部２０５が一つのアクティブチャンネルの受信信号から得た、複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算し、画像処理部１０９が画像生成に用いる最終的な整相出力をアクティブチャンネルごとに生成する構成とする。

図７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具体的に説明する。第３の実施形態においては、周辺情報合成部２０６の構成のみが第２の実施形態と異なるため、異なる部分について説明し、他の部分の説明を省略する。

図３に示した第２の実施形態においては、周辺情報合成部２０６は、重み合成部３０６で複数の適応重みベクトルw₁(n),w₂(n),w₃(n)を合成し、得られた合成重みw_sum(n)によって遅延後受信データx(n)の整相加算処理を行う構成であった。この演算は、線形演算であるため、重み合成と整相加算処理の順序を逆にしてもよい。そこで、第３の実施形態の複数の内積演算部３０７では、図７に示すように、複数の乗算部（３０７１−１、３０７１−２、３０７１−３）と、乗算後の要素（遅延後データ）の和を計算して合成前整相出力を得る複数の加算部３０７２−１、３０７２−２、３０７２−３とを複数の適応重みベクトルw₁(n),w₂(n),w₃(n)ごとに配置している。乗算部３０７１と加算部３０７２それぞれ１つずつのセットは、適応重みベクトルごとの内積演算部を一つ構成しており、これらのセットが複数用意されることで、複数の内積演算部３０７を構成している。乗算部３０７１−１、３０７１−２、３０７１−３それぞれバイパス入力２０７１、２０７２、２０７３により遅延後受信データx(n)を入力する。複数の内積演算部３０７の後段に、出力合成部５００を配置する。

このような構成により、複数の内積演算部３０７において、バイパス入力２０７１を重みベクトルw₁(n)を用いて整相加算し、バイパス入力２０７２を重みベクトルw₂(n)を用いて整相加算し、バイパス入力２０７３を重みベクトルw₃(n)を用いて整相加算することにより、各ステアリングベクトルに対応した合成前の複数の整相出力y₁(n),y₂(n),y₃(n)を算出する（下式（２０））。その後段で出力合成部５００において、各ステアリングベクトルに対応した整相出力y₁(n),y₂(n),y₃(n)の算術平均をとり、式（２１）のように、合成整相出力y_sum(n)を得る。

なお、図７に示すように、本実施形態においても固定アポダイゼーション乗算部３０５を付加することができる。図７においては、固定アポダイゼーション乗算部３０５は、内積演算部３０７の前段に配置している。しかしながら、固定アポダイゼーション乗算部３０５の位置は、図７の位置には限定されない。線形演算であることから明らかなように、内積演算部３０７と出力合成部５００の間に固定アポダイゼーション乗算部３０５を付加しても、さらには，内積演算部中の乗算部３０７１−１〜３と加算部３０７２−１〜３の間に固定アポダイゼーション乗算部３０５を付加してもよく、どちらの場合も、最終的な合成整相出力y_sum(n)は式（２２）で表すことができる。

すなわち以上のように、第２の実施例と第３の実施例は、重みを合成してその後に内積演算を行うか、内積演算後の整相出力を合成するかの違いであるかの違いで実施形態が異なる。その一方で最終的な出力は線形演算のため同一で有り、第２の実施例の最終的な整相出力である（１９）式のy(n)と、第３の実施例の最終的な合成整相出力y_sum(n)は等しい値となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、遅延部（遅延回路２０４）は、異なる複数の受信焦点について、それぞれ遅延後受信信号を生成する構成とする周辺情報演算部２０５および周辺情報合成部２０６は、複数の受信焦点ごとに、受信焦点およびその受信焦点の周辺領域のうちの複数の点について情報を取得し、整相出力を生成する。例えば、遅延部（遅延回路２０４）は、複数であり、複数の遅延部ごとに異なる受信焦点について遅延後受信信号を生成する構成とする。周辺情報演算部２０５および周辺情報合成部２０６は、遅延部ごとに配置され、遅延部が生成した受信焦点ごとの遅延後受信信号から情報を取得し、整相出力を生成する構成とする。

このとき、ある時点のアクティブチャンネルの受信信号についての複数の受信焦点の一部は、異なる時点のアクティブチャンネルについて複数の受信焦点の一部と、位置が重なっている構成とすることが可能である。

図８〜図１０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具体的に説明する。第２および第３の実施形態と同様の構成については説明を省略し、異なる部分のみ説明する。

第２および第３の実施形態においては、１回の受信信号につき焦点はアクティブチャンネルの中心軸（アクティブチャンネル中心位置を通る、アクティブチャンネル表面に対する法線）上に位置する場合について説明したが、第４の実施形態においては、図８のように、１回の受信信号につき、ある深さにおける焦点として複数の焦点を設定する。例えば、中心軸１６００上の点６０２の両脇の中心軸６００の近傍の異なる軸上の点６０１、６０３についてもそれぞれ焦点を設定し、被検体１００の情報を収集する。１回の受信信号につき、複数の焦点６０１、６０２、６０３に対してそれぞれ焦点を合わせることは、アクティブチャンネルを構成するＫ個の素子１０６の受信信号の遅延時間の分布を、焦点６０１，６０２，６０３を中心とする凹面型６０４、６０５、６０６に設定することで実現される。

本実施形態では、ある深さ（あるスナップショット時刻n）の複数の焦点６０１、６０２、６０３について得た遅延後データに対して、それぞれ、周辺情報を収集し、周辺情報を合成する演算を行う。

図９は、第４の実施形態の受信ビームフォーマ１０８のブロック図を示すものである。図８のように、本実施形態においては、あるスナップショット時刻において、同時に複数の焦点６０１、６０２、６０３を設定するため、受信ビームフォーマ１０８は、設定する焦点と同じ個数と同じ数の遅延回路２０４１、２０４２、２０４３、周辺情報演算部２０５１、２０５２、２０５３、ならびに、周辺情報合成部２０６１、２０６２、２０６３を具備している。周辺情報演算部２０５１、２０５２、２０５３、ならびに、周辺情報合成部２０６１、２０６２、２０６３の構成は、それぞれ第２の実施形態の周辺情報演算部２０５および周辺情報合成部２０６の構成と同様である。よって、整相出力y(n)の個数も焦点と個数であり、図９の例では、y1(n)、y2(n)、y3(n)の３つとなる。

第４の実施形態における信号処理の動作を説明する。遅延回路２０４２は、あるスナップショットnの時刻のアクティブチャンネル２０１の中心軸１６００上の焦点６０２について、遅延回路２０４１，２０４３は、中心軸１６００から外れた軸の焦点６０１、６０３について、それぞれ焦点を合わせる遅延凹面を形成し、遅延後受信データを生成する。

周辺情報合成部２０５１は、図１０（ａ）のように遅延回路２０４１からの遅延後受信データについて第２の実施形態で説明した演算を行うことにより、焦点６０１と、焦点６０１の方向に対してステアリング角度１６０２をなす２つの点について、それぞれ重みベクトルw1₁(n),w1₂(n),w1₃(n)を算出する。周辺情報合成部２０６１は、重みベクトルw1₁(n),w1₂(n),w1₃(n)を合成し、合成した重みベクトルw1_sum(n)を用いて整相出力y1(n)を得る。

周辺情報合成部２０５２は、図１０（ｂ）のように遅延回路２０４２からの遅延後受信データについて演算を行い、焦点６０２と、焦点６０２の方向に対してステアリング角度１６０４をなす２つの２つの点について、それぞれ重みベクトルw2₁(n),w2₂(n),w2₃(n)を算出する。周辺情報合成部２０６２は、重みベクトルw2₁(n),w2₂(n),w2₃(n)を合成し、合成した重みベクトルw2_sum(n)を用いて整相出力y2(n)を得る。

同様に、周辺情報合成部２０５３は、図１０（ｃ）のように遅延回路２０４３からの遅延後受信データについて演算を行い、焦点６０３と、焦点６０３の方向に対してステアリング角度１６０６をなす２つの２つの点について、それぞれ重みベクトルw3₁(n),w3₂(n),w3₃(n)を算出する。周辺情報合成部２０６２は、重みベクトルw3₁(n),w3₂(n),w3₃(n)を合成し、合成した重みベクトルw3_sum(n)を用いて整相出力y3(n)を得る。

これらの整相出力y1_sum(n)、y2_sum(n)、y3_sum(n)は画像処理部１０９に伝達される。

この処理により、例えば、アクティブチャンネル２０１に対する一回の送受信信号だけを用いて、３つの焦点６０１、６０２、６０３の超音波画像データを得ることができる。このような処理は、焦点６０２の方向をメインビーム方向とすると、副ビーム方向（焦点６０１，６０３の方向）にも画像を作成できることを意味する。すなわち第４の実施形態の構成を用いることによって、副ビーム処理やパラレルビームフォーミング等の技術についても、焦点の周囲に散らばった対象物の信号を取得するという本発明の構成を適用できることがわかる。よって、信号の取りこぼしの低減、雑音低減の効果を得ることができる。

さらに、この処理を複数のアクティブチャンネル２０１，２０２，２０３に渡って適用することができる。例えば、アクティブチャンネル２０１における焦点６０２と同じ点に、他のアクティブチャンネル２０２，２０３において斜め方向を見込むように焦点を設定することにより、焦点６０２について再びデータを取得することができる。よって、複数のアクティブチャンネル２０１，２０２，２０３で、同一の点６０２を別方向から見込むデータをそれぞれ取得し、取得したデータを合成することにより重ね合わせることができる。このような処理は開口合成（合成開口）処理と呼ばれる。すなわち、第４の実施形態の構成を用いることにより、焦点の周囲に散らばった対象物の信号を取得するという本発明を開口合成処理に適用することができる。

なお、図８〜図１０では、同一深さの焦点の数はN_focus＝３の例を図示しているが、焦点の数は２以上のいかなる数であってもよい。例えば、同一深さで１６個の焦点を設定することも可能である。この場合、焦点と同じ数の遅延回路、周辺情報演算部および周辺情報合成部のセットを配置する。

本実施形態によれば、軸外に焦点を合わせる軸外整相技術、パラレルビームフォーミング、開口合成ビームフォーミングに対しても本発明による波面歪みの低減効果を得ることが可能である。

なお、本実施形態における図９の周辺情報演算部２０５１〜２０５３および周辺情報合成部２０６１〜２０６３の内部構造は、図３に示した構成と同じにしているが、本発明の実施形態の範疇であればいかなる構成を用いても良い。例えば、図７に示した第３の実施形態の周辺情報合成部２０６を用いることも可能である。また、この後説明する第５〜第８の実施形態のそれぞれにおける周辺情報演算部２０５、および周辺情報合成部２０６の構成を用いることも可能である。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第３の実施形態の複数の内積演算部と出力合成部との間に、それぞれの内積演算部で生成された、複数の適応重みごとの合成前整相出力を格納する格納部（一時格納部８００）を配置する。
図１１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具体的に説明する。第５の実施形態は、第３の実施形態と同様の構成であるが、周辺情報合成部２０６の複数の内積演算部３０７と出力合成部５００との間に、一時格納部８００が配置されている点が第３の実施形態とは異なる。第３の実施形態においては、図７のように、整相すべき信号は、アクティブチャンネルでの受信から画像処理部１０９まで逐次、時間とともに流れている。そのため、出力合成部５００における合成処理は、現在整相を行っているラスタ内で、かつ、現スナップショットnのデータについて複数ステアリングベクトルについて複数の内積演算部３０７が求めたそれぞれの整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)を合成する処理に限られている。

第５の実施形態においては、出力合成部５００の手前において、整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)を蓄えておくメモリ部として一時格納部８００を配置する。一時格納部８００は、複数の内積演算部３０７が求めた整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)を、スナップショットnの更新やラスタの更新ごとに格納する。これにより、出力合成部５００は、一時格納部８００に格納された整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)を読み出して合成することができるため、同一ラスタの異なる時間サンプルの整相出力同士の合成や、異なるラスタ間での整相出力同士の合成を行うことが可能になる。

さらには、これらの整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)は、スナップショット時刻nごとの、異なるステアリングベクトルについて求めた重みベクトルw₁(n),w₂(n),w₃(n)でそれぞれ整相した整相出力である。よって、整相出力y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)は、それぞれのステアリングベクトルの方向の整相出力である。よって、出力合成部５００は、異なるラスタ間で、異なるステアリングベクトル方向の整相出力を任意の組み合わせで選択し、合成することも可能である。選択する異なるステアリングベクトル方向の整相出力は、予め定めておくことも可能であるし、操作者が設定する構成にすることも可能である。

また、図１１のように、受信ビームフォーマ１０８には角度調整部５０２およびメモリ出力調整部５０３を配置することも可能である。角度調整部５０２は、適応重み演算部３０１の重みベクトル演算部３０２１、３０２２，３０２３に、ステアリングベクトルの方向、本数、および、密度を設定する制御を行う。メモリ出力調整部５０３は、一時格納部８００から整相出力を読み出し出力合成部５００に受け渡すタイミング（クロック）、および、読み出す整相出力のメモリ内アドレス指定を行う。さらには、角度調整部５０２、およびメモリ出力調整部５０３の双方のパラメータを連動して調整することができる調整部５０１がさらに上位に備わっていても良い。

また、本実施形態の一時格納部８００を備えた周辺情報合成部２０６を、第４の実施形態の周辺情報合成部２０６１、２０６２、２０６３に代えてそれぞれ配置することも可能である。これにより、複数の焦点についてそれぞれ同一ラスタの異なる時間サンプルの整相出力同士の合成や、異なるラスタ間での整相出力同士の合成等を行うことが可能になる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では出力合成部５００は、格納部（一時格納部８００）および複数の内積演算部から、時間方向に異なる合成前整相出力を取得して加算し、整相出力を生成する。

図１２および図１３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具体的に説明する。本実施形態は、第５の実施形態の超音波撮像装置と同様に一時格納部８００を備えるが、一時格納部８００の内部構成が、第５の実施形態とは異なる。

本実施形態において、一時格納部８００は、メモリ部９００と、整相出力（以下、整相後データともいう）y₁(n)〜y_P(n)のバイパス線９０１とを備えている。メモリ部９００は、Ｐ本のステアリングベクトルに対応する整相後データy₁(n)〜y_P(n)のそれぞれを、時間方向のスナップショットＮ個分、すなわちＰ×Ｎだけの数の整相後データ格納するための格納領域（アドレス）を有する。具体的には、図１２のように、模式的にＮ個のアドレスを持った、Ｐ個のメモリ領域９００１、９００２、９００３をメモリ部９００内に用意する。他の構成は、第５の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態の一時格納部８００の動作は、以下の通りである。一時格納部８００は、あるスナップショット時刻nにおいて、整相後データy₁(n)〜y_P(n)を複数の内積演算部３０７から受け取る。この整相後データy₁(n)〜y_P(n)は、メモリ部９００とバイパス線９０１の双方に送られる。メモリ部９００においては、メモリ領域９００１、９００２、９００３の所定の書き込みアドレス（WA）に整相後データy₁(n)〜y_P(n)をそれぞれ記憶する。同時に、読み出しアドレス（RA）に格納されているサンプル時刻n-1〜n-iの整相後データy₁(n-1)〜y_P(n-1)・・・y₁(n-i)〜y_P(n-i)を出力する。このサンプル時刻n-1〜n-iの読み出し出力とバイパス線を経由した現スナップショットnの整相後データy₁(n)〜y_P(n)を束ねた出力が、出力バス９０２から、出力合成部５００に向けて伝送される。

本実施形態の構成では、複数ステアリングベクトル１〜Ｐの整相出力を、サンプル時刻nの時にも、n-1…n-iの情報、すなわちy₁(n-1)〜y_P(n-1)・・・y₁(n-i)〜y_P(n-i)までさかのぼって、現整相後データy₁(n)〜y_P(n)と併せて出力することができ、後段の出力合成部においてこれらを併せて合成することが可能となる。

メモリ部９００に記憶された情報は、ラスタが更新される毎に上書きされ、順次新しいラスタの整相後データによって上書きされるように構成する。

これにより、図１３のように、複数のサンプル時刻n〜n-iの整相後データy₁(n)〜y_P(n)・・・y₁(n-i)〜y_P(n-i)を合成することができるため、同一ラスタ１５０１，１５０２，１５０３内で複数の時間サンプルの整相結果を合成した整相出力１７０３，１７０４，１７０５を得ることができる。これによって、時間方向に散らばった不均質散乱のデータ１７０１，１７０２を収集することが可能となり、時間方向（超音波伝搬方向）の超音波画像の画質劣化を補償することができる。

なお、読み出しアドレス（RA）は、予め定めておくこと可能であるし、出力調整部５０３を備える構成とし、出力調整部５０３が指定する構成とすることも可能である。後者の場合、出力調整部５０３は、例えば、現整相後データy₁(n)〜y_P(n)およびメモリ部に保持されたそれ以前のデータの中からどのデータを出力するかの情報、出力タイミングおよび、出力データアドレスを制御する信号を一時格納部８００に送る構成とすることができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、複数の内積演算部は、アクティブチャンネルのそれぞれについて、複数の適応重みごとの合成前整相出力を生成し、出力合成部５００は、格納部（一時格納部８００）および複数の内積演算部から、異なるアクティブチャンネルについて生成された合成前整相出力を取得して加算し、整相出力を生成する。

図１４、図１５を用いて、本発明の第７の実施形態の超音波撮像装置について具体的に説明する。第６の実施形態と同様の構成については説明を省略する。図１４のように、第７の実施形態の超音波撮像装置は、３つのラスタのＰ本のステアリングベクトルに対応する整相出力（整相後データ）y₁(n)〜y_P(n)を格納するためのメモリ部９００−１、９００−２，９００−３を一時格納部８００内に配置する。メモリ部９００−１、９００−２，９００−３の構造はそれぞれ、第６の実施形態のメモリ部９００と同様の構成である。これにより、３つのラスタ分の整相後データを格納することができる。例えば、第ｒラスタのスナップショット時刻ｎの整相データy₁(r,n)、y₂(r,n)・・・y_p(r,n)と、第ｒ−１ラスタのスナップショット時刻ｎの整相データy₁(r-1,n)、y₂(r-1,n)・・・y_p(r-1,n)と、第ｒ−２ラスタのスナップショット時刻ｎの整相データy₁(r-2,n)、y₂(r-2,n)・・・y_p(r-2,n)をそれぞれメモリ部９００−１、９００−２，９００−３に格納する。これをラスタごとに、時間方向のスナップショット数であるＮ個、格納する。

スナップショット時刻ｎの現整相後データy₁(r,n)、y₂(r,n)、y₃(r,n)は、図中の書き込みアドレスWAに書き込まれると同時に、バイパス線９０１を通して、出力合成部５００へも出力される。

なお、図１４では、図示を簡略化するため、ステアリングベクトルの本数Ｐ＝３としているため、1スナップショット時刻ｎにおける整相後データは、ラスタごとに３つのデータy₁(n)〜y₃(n)である。しかしながら、本実施形態はＰ＝３に限定されるものではなく、ステアリングベクトルの本数Ｐは２以上のいかなる数であってもよい。他の構成は、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態によれば、現在の走査ラスタ(第ｒラスタ)のスナップショット時刻１〜Ｎの整相後データy₁(r,1)、y₂(r,1)・・・y_p(r,1)〜y₁(r,N)、y₂(r,N)・・・y_p(r,N)をメモリ部９００−１に保持できるのみならず、第ｒ−１, 第ｒ−２ラスタの整相後データについてもメモリ部９００−２、９００−３にそれぞれ格納しておくことができる。よって、これらのラスタ、スナップショット時刻、および、ステアリングベクトルがそれぞれ異なる整相後データがメモリ部９００−１〜９００−３に格納されているため、これらの整相後データの中から所望の整相後データを１以上選択して、出力合成部５００に出力することが可能となる。

例えば、図１５のように、第ｒ−１ラスタのＰ＝２（θ_２＝０°）の受信焦点１５００と、第ｒラスタのＰ＝１（θ_１）のステアリングベクトルでデータ収集される点１５００と、第ｒ−２ラスタのＰ＝３（θ_３）のステアリングベクトルでデータ収集される点１５００とが重なっている場合、図１４および図１５のように、第ｒラスタからあるステアリング角度θ₁ (Ｐ＝１）の時刻nの現整相後データy₁(r,n)をバイパス線９０１を経由して出力し、第ｒ−１ラスタからはステアリング角度θ₂ (Ｐ＝２)の時刻nのデータy₂(r-1,n)を、第ｒ−２ラスタからは、ステアリング角度θ₃の時刻nのデータy₃(r-2,n)をそれぞれ出力合成部５００への出力バス１００７へ出力することができる。この場合に出力合成部５００で行われる合成処理は、式（２３）で表すことができる。

この処理によって、同一の焦点１５００について、複数のラスタから取得した整相後データを合成することができ、単一のラスタの１つのステアリングベクトルから得た整相後データを用いる場合と比較して、点像の高解像度化と複数ラスタ合成による雑音の低減が可能となる。

なお、メモリ部９００−１、９００−２、９００−３に記憶される整相後データは、ラスタが更新される毎に上書きされ、常に最新３ラスタ分の整相後データがメモリ部９００−１、９００−２、９００−３に格納されるようにする。

また、第７の実施形態においても、出力調整部５０３を配置することが可能である。この場合、出力調整部５０３は、出力合成部５００へ出力すべきデータアドレスとタイミングを制御する信号を一時格納部８００に送る。

（第８の実施形態）
図１６、図１７を用いて、本発明の第８の実施形態の超音波撮像装置について説明する。図１６のように、第８の実施形態の超音波診断装置は、一時格納部８００内に、（ｍ＋１）個のメモリ部９００−１、９００−２・・・９００−（ｍ＋１）を配置している。各メモリ部９００−１〜９００−（ｍ＋１）は、第７の実施形態のメモリ部９００−１等と同様の構成である。これにより、同一ラスタ内の複数ステアリング角方向１〜Ｐ、スナップショット時刻1〜N、ラスタ移動方向１〜ｍ＋１の３次元について、すべての整相後データから任意の組み合わせで１以上選択して、出力合成部５００に出力し、合成することができる。すなわち、P×N×(ｍ+1)個の整相後データの中から合成すべき出力１１０６，１１０７，１１０８を選んで出力合成部５００に出力し、合成することができる。なお、第７の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

したがって、図１７に示すように同一ラスタ内のみならず隣接ラスタからも任意の角度を見込んだ整相出力を選んで合成することができる。すなわち、第７の実施形態と同様に、異なるラスタ１５０１，１５０２，１５０３から同一の焦点１５００の整相データを得て合成することにより、焦点１５００のデータを繰り返し取得することができ、データの精度を向上させることができる。しかも、第８の実施形態では、第７の実施形態とは異なり、焦点１５００の周囲の点１７０１〜１７０４についての整相後データについても選択して出力し、出力合成部５００で合成することができる。これにより、図５（ｃ）のように焦点１５００の周囲の点拡がり関数２２０４の情報（整相後データ）も合成することができる。

すなわち、図５（ｃ）からわかるように１つの焦点１５００のデータを繰り返し取得できるだけでなく、焦点１５００の周囲の楕円領域２２０５に散らばった対象物の信号も取得することができ、信号の取りこぼしを低減させながら相関性雑音を低減させることが可能である。

また、図５（ｄ）のように、信号が分布した楕円領域２２０５の２つの離れた点１７１１、１７１２とその周囲の点拡がり関数２２０４の整相後データを合成することも可能である。これにより、点拡がり関数２２０４の重なりが小さくても、楕円領域２２０５の大部分を点拡がり関数２２０４で覆うことができ、楕円領域２２０５内の信号の取りこぼしを低減させながら相関性雑音を低減させることが可能である。

また、本実施形態によれば、図１７には明示していないが、時間方向にも任意の点を選んでその整相後データを合成することができるため、時間方向に散らばった不均質散乱のデータ１７０１，１７０２を収集することが可能となり、時間方向（超音波伝搬方向）の超音波画像の画質劣化を補償することもできる。

本実施形態においても、出力調整部５０３を配置し、出力合成部５００へ出力すべきデータアドレスとタイミングを制御することも可能である。

なお、第７および第８の実施形態においては、隣接ラスタの情報を用いるため、現在走査している第r番目のラスタの時刻に、第r-1番目の合成データが画像処理部１０９に送られるため、画像処理のタイミングには若干の遅延時間が発生する。

また、図５（ｅ）に示すように、図５（ｂ）の点拡がり関数２２０４の重ね合わせと図５（ｃ）の点拡がり関数２２０４の重ね合わせを同時に行うことにより、楕円領域２２０５内の信号の取りこぼしをさらに低減することができる。また、図５（ｅ）の点拡がり関数２２０４の重ね合わせと図５（ｄ）の点拡がり関数の重ね合わせを同時に行うことにより、団円領域２２０５内の信号の取りこぼしを一層低減させながら、一層の相関性雑音の低減をさせることが可能となる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態では、複数の素子１０６は、２次元に配列された２次元アレイである場合について説明する。周辺情報演算部２０５は、２次元方向に設定された複数の点についての合成前整相出力を生成する。格納部（一時格納部）８００は、これら合成前整相出力を格納する。

図１８、図１９を用いて、本発明の第９の実施形態の超音波撮像装置について具体的に説明する。図１８に示すように、第９の実施形態の超音波撮像装置は、第８の実施形態の図１６の一時格納部８００をさらにＱ個並列に配置した構成である。探触子１０１として、素子１０６が２次元方向に配列されているものを用いる。例えば２次元アレイ探触子や、２次元アレイコンベックス探触子、短軸束ね探触子などを用いる。また、1次元アレイを機械的に動かすことに次元を増やし、２次元アレイと同様の情報を取得できる形態の探触子（機械式スキャン３Ｄ用探触子）を用いても良い。第８の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

適応重み演算部３０１は、計算されるステアリング角度を、探触子１０１の素子１０６が配列された２次元方向に変化させ、Ｐ×Ｑ個のステアリング角度について適応重みベクトルを求める。Ｑ個の一時格納部８００内には、それぞれのステアリングベクトルの適応重みベクトルについて得た整相後データを、スナップショット時刻ごとに格納する。これにより、周辺情報（整相後データ）を３次元的に収集することができる。

本実施形態は、上述した式（４）で表されるステアリングベクトルa_pを２次元方向に拡張したものであり、特に角度２次元の１≦ｐ≦Ｐおよび、１≦ｑ≦Ｑの場合の任意の(θ_p,φ_q)の組でステアリングベクトルの方向を選ぶことができる構成となっている。この場合のステアリングベクトルa_(p,q)は、式（２４）のように表すことができる。

図１９は第９の実施形態に対する信号処理の動作を示したものである。２次元アレイ状の探触子１０１上の中心の素子２００１から被検体１００を見込んだときに、受信焦点２００２と素子中心２００１を結ぶ線分を半径とした球面上の対象点の情報を収集することができる。たとえば、式（２４）において、二次元方向の角度(θ_p,φ_q)に対応したステアリングベクトルa_(p,q)を球面上にＰ×Ｑ本設定することができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、ステアリングベクトルの本数および方向のうちの少なくとも一方を調整する調整部５０１について説明する。図２０は、図１１の調整部５０１によるステアリングベクトルの設定例を示している。ステアリングベクトルの方向は、あらかじめ固定の角度を用いてもよいし、調整部５０１の制御により、変更される構成としてもよい。

図２０（ａ）〜（ｆ）に、２通りのステアリング角度の実施形態を示す。図２０（ａ）〜（ｃ）は、ステアリング角度２１０４を固定している。図２０（ａ）から図２０（ｃ）に向かって撮像対象点（データ収集点）の深さが深くなるが、ステアリング角度２１０４が固定であるので、同じステアリングベクトルであっても撮像対象点の深さが深くなるほど、撮像対象点の周辺で信号収集が可能な範囲（点拡がり関数２２０４（図５（ａ））が大きくなる。

図２０（ｄ）〜（ｆ）は、撮像対象点が深くなるほどステアリング角度を小さくし、ステアリングベクトルが見込む点の受信焦点からの水平距離２１０８（撮像対象点の広がり）を一定にする例である。すなわち、１本のラスタにおいて、撮像対象点の深さ（スナップショット時刻ｎ）ごとにステアリングベクトルのステアリング角度を変化させることにより、撮像対象点の広がり（点拡がり関数２２０４）を撮像対象点の深さに関わらず一定にすることが可能である。

また、調整部５０１は、図２０（ｇ）のように、ステアリング角度２１０９の間に設定するステアリングベクトルの本数や、隣接するステアリングベクトルの角度を設定することができる。

ステアリング角度や本数の組み合わせは、調整部５０１内に、予め複数種類のステアリング角度や本数の組み合わせのデータを格納しておき、焦点位置（撮像対象点の位置）や被検体１００の撮像部位や撮像シーケンスに応じて、調整部５０１が適したステアリング角度や本数の組み合わせを選択し、角度調整部５０２や出力調整５０３に設定することができる。また、操作者がステアリング角度や本数の組み合わせをコンソール１１０を介して選択する構成や、操作者が任意のステアリング角度の値や本数をコンソール１１０を介して調整部５０１に入力する構成にすることも可能である。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態では、画像処理部で生成される画像内の受信焦点の位置に応じて、複数の点へのステアリングベクトルの拡がり角の分布を予め記憶するメモリ部をさらに有する構成とする。調整部は、受信焦点の位置に応じてメモリ部から読み出した拡がり角のステアリングベクトルを用いて、適応重みを求める。メモリ部に格納されたステアリングベクトルの拡がり角は、被検体への超音波信号の送信時焦点に近い受信焦点では小さく、送信時焦点から離れた受信焦点では大きく設定されている。しかも、ステアリングベクトルの拡がり角は、画像のエッジ部分では、画像の中央部よりも小さく設定されている。

第１１の実施形態の超音波撮像装置について図２１、図２２を用いて具体的に説明する。本実施形態では、調整部５０１が、超音波探触子１０１の種類や撮像条件、撮像シーケンスの種類に応じて、１つの画像内で撮像対象点ごとに異なるステアリング角度を適用して画像を生成する。例えば、リニア探触子、コンベックス探触子、セクタ探触子、２次元アレイ探触子、機械式３Ｄ撮像探触子、などの探触子に対応して異なるステアリング角度のセットを適用して画像を生成する。また、例えば、送信・受信フォーカス、送信／受信周波数、フレームレート、パラレルビームフォーミング本数、組織ハーモニックス、造影コントラストなどの撮像条件、撮像シーケンスごとに異なるステアリング角度のセットを適用して画像を生成する。

一般的に送信時の焦点は、１枚の超音波画像を撮像する際には１つまたは複数の決まった位置に設定され、受信焦点を受信ビームフォーマ１０４で変化させることにより、撮像領域内の各撮像対象点の画像が取得される。よって、送信時の焦点２２１０は、画像中の決まった位置となる。一方、図５（ａ）を用いて説明したように対象物の信号は、受信時焦点での反射により受信時焦点を中心に楕円領域２２０５に広がり、その大きさは、受信時焦点の深さ（時間）によって異なる。楕円領域２２０５の大きさは、図２２（ａ）に示すように、送信時の焦点２２１０に近ければ小さく、送信時の焦点２２１０から離れると大きくなる。そのため、ステアリング角度（拡がり角度）２２１１が固定のステアリングベクトルで受信ビームフォーミングを行うと、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５と、ステアリングベクトルの拡がり角度により定まる信号取得可能な点拡がり関数２２０４の大きさとにミスマッチが生じる。

また、受信時のラスタのスキャン方向において最初のラスタと最後のラスタの周辺、すなわち画像エッジ部では、ステアリングベクトルの拡がり角度により定まる信号取得可能な点拡がり関数２２０４の一部が、図２２（ａ）のように画像からはみ出してしまうため、画像中心部よりも画像エッジ部で取得される信号強度が低下する。

上記ミスマッチおよび画像からの点拡がり関数２２０４のはみ出しは、B-mode画像に輝度ムラとなって現れる。例えば、図２２（ｂ）のように、送信焦点２２１０周辺の構造は均一な輝度で描出されるが、浅部・深部・画像エッジ部においては、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５と点拡がり関数２２０４とのミスマッチ、ならびに、画像からの点拡がり関数２２０４のはみ出しにより、画像輝度が低下したり、ムラができたりする。

そこで、第１１の実施形態では、深さ方向の輝度ムラを低減するために、対象物の信号の広がり領域に合わせてステアリング拡がり角度を変化させ、ビームフォーミング時の点拡がり関数２２０４を、楕円領域２２０５と一致させる。また、画像エッジ部では、ステアリングベクトルの拡がり角度により定まる点拡がり関数２２０４が撮像対象外へ不要に広がるのを抑制するためのステアリング角度を用いる。例えば、画像エッジ部のビームフォーミングにおいて、対象物が深くなるほど徐々にステアリング角度を小さくしていく方法や、固定の小さなステアリング角度を用意する方法や、画像エッジ部ステアリング角度方向の合成を行わず、通常の適応ビームフォーミングの出力（θp＝０°のステアリングベクトルを用いた出力）のみを用いる方法等のビームフォーミングを行う。

これを実現するために、第１１の実施形態では、図２１のように調整部５０１がメモリ２２１５を備える。メモリ２２１５には、ラスタのスキャン方向と深度（時間）方向についての、ステアリングベクトルの広がり角度（ステアリング角度）の分布を定めるテーブル形式等のデータが、予め格納されている。ステアリング角度の分布は、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５の大きさの変化が、探触子１０１の種類と、撮像シーケンス（送信時の焦点等）に依存することを考慮して、画像輝度を向上させ、ムラを低減するように定めたものである。ステアリング角度の分布は、探触子１０１の種類と撮像シーケンスの組み合わせごとに用意されている。画像輝度を向上させ、ムラを低減するステアリング角度の分布は、予め計算（計算機シミュレーション含む）や実験等により求めることができる。

調整部５０１は、制御部１１１より、探触子１０１の種類と撮像シーケンスの情報とを受け取り、これらに対応するステアリングベクトルの広がり角度の分布を定めるデータをメモリ２２１５から読み出す。読み出したデータに従って、調整部５０１は、ラスタのスキャン方向と深度（時間）方向ごとに受信ビームフォーマ１０８の角度調整部５０２と出力調整部５０３にステアリングベクトルの広がり角度（ステアリング角度）を設定する。

これにより、ビームフォーミング時の点拡がり関数２２０４を、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５と一致させることができる。また、画像エッジ部では、点拡がり関数２２０４が撮像対象外へ不要に広がるのを抑制することができる。よって、図２２（ｄ）のように、画像中に輝度ムラがない画像ができ、画質向上に効果がある。

なお、第１１の実施形態において受信ビームフォーマ１０８の構成は、図２１の構成に限定されるものではなく、第１〜第９の実施形態の受信ビームフォーミングを行う受信ビームフォーマ１０８を用いることができる。

ここでは、送信焦点を一点または複数点に固定する場合について説明したが、送信焦点を深さ方向に変化させる送信ダイナミックフォーカスを使用した際も、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５のムラは生じるため、第１０の実施形態を適用することができる。

また、図２２（ａ）〜（ｄ）では、コンベックスプローブの画像を示しているが、リニアプローブ、セクタープローブ、２Ｄアレイプローブ、機械式スキャン３Ｄ用プローブなど他のどのようなプローブ型でも、またどのようなラスタスキャン方式でも第１０の実施形態を適応可能である。

（第１２の実施形態）
第１２の実施形態の超音波診断装置を図２３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。第１１の実施形態ではステアリング角度の分布を予め定めておく構成であったが、第１２の実施形態ではＢモード画像の信号強度または輝度分布から求める。求めたステアリング角度分布を用いて受信ビームフォーミングを行う。すなわち、調整部は、メモリに格納された前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布を用いてステアリングベクトルを設定して得られた画像の輝度または信号強度の分布を、予め定めておいた関数を用いて、ステアリングベクトルの拡がり角の分布に変換する。メモリ内のステアリングベクトルの拡がり角の分布と、関数を用いて得たステアリングベクトルの拡がり角の分布との差分により、メモリ内のステアリングベクトルの拡がり角の分布または前記画像の輝度または信号強度を補正する。

具体的には、まず、図２２（ａ）のような固定のステアリング角度を用いて第１〜第９の実施形態のビームフォーミングを行い、図２２（ｂ）のようなＢモード画像を撮像する。調整部５０１は、Ｂモード画像について、撮像対象内の輝度分布または整相後の信号強度分布２３０を図２３（ａ）のように求める。

求めた輝度分布または信号強度分布２３０を、予め定めておいた、輝度・信号強度の分布をステアリング角度分布に変換する関数にあてはめ、図２３（ｂ）のようにステアリング角度分布２３１を求める。このステアリング角度分布２３１を用いて、第１１の実施形態の図２２（ｃ）のように受信ビームフォーミングを行うことにより、画像の輝度ムラをアクティブに改善することができる。

輝度・信号強度の分布をステアリング角度分布に変換する関数は、予め実験や計算（計算機シミュレーション含む）により求めておき、テーブル等のデータベースもしくは数式としてメモリ２２１５等に格納しておく。

また、第１１の実施形態のように、メモリ２２１５に格納されているステアリングベクトルの広がり角度（ステアリング角度）の分布を用いて図２２（ｃ）のように受信ビームフォーミングを行い、得られた図２２（ｄ）のＢモード画像について、撮像対象内の輝度分布または整相後の信号強度分布２３０を図２３（ａ）のように求めてもよい。求めた輝度または信号強度の分布は、上述の関数を用いてようにステアリング角度分布２３１に変換する。

求めたステアリング角度分布２３１と、図２２（ｄ）のＢモード画像生成に用いたステアリング角度分布２３２とを比較し、両者の差分を求め、この差分を整相処理に反映させる。例えば、メモリ２２１５に格納されているステアリング角度分布を上記差分に応じて修正し、修正後のステアリング角度分布を用いて再度受信ビームフォーミングを行う方法や、求めた差分に応じてＢモード画像の輝度や信号強度の分布を修正する方法を用いることができる。

これにより、ステアリング角度分布２３２、または、画像の輝度や信号強度の分布２３０をフィードバックして修正することができる。

本実施形態で説明したようにステアリング角度分布をアクティブに求めたり、フィードバック操作により修正することができる。この処理は、適応ビームフォーマを利用した場合の輝度ムラのみならず、従来のＤＡＳ（Delay And Sum:遅延加算処理)による整相においても生じていた音響信号のエネルギー不均一による輝度ムラに対しても適用可能である。したがって、本質的な超音波Ｂモード画像の向上に寄与することができる。

（超音波診断装置のコンソール）
図２４に本発明の超音波撮像装置のコンソール１１０の一例を示す。上述してきた実施形態を実現するため、超音波診断装置のコンソール１１０に、ステアリングベクトルの本数や密度、合成すべき整相結果の角度方向、時間方向、ラスタ方向の個数などを変更するための操作部として、目盛りをともなったつまみ部１３０１，１３０２等を配置することができる。また、上述の各実施形態で説明したステアリング角のモードの切り替え、整相結果の合成を行うか否かの切り替え部などを行うための操作部として、スイッチ部１３０３をコンソール１１０に配置できる。これによって、操作者は実際の超音波画像を見ながら、整相合成処理の各種パラメータを変更し、被検体１００ごとに最適な条件で診断を行うことができる。また、設定した値を画像表示部１０３の表示領域の一部１３０４に表示する構成にすることもできる。

また、コンソールのモードの切り替え部は、異なる探触子での切り替えや、撮像条件、撮像シーケンスに対応して切り替えられるようになっていても良い。例えば、リニア探触子、コンベックス探触子、セクタ探触子、２次元アレイ探触子、機械式３Ｄ撮像探触子、などの探触子に対応して異なるステアリング角度のセットを適用して画像を生成することが出来るようなモードを切り替えられるような切り替え部であっても、また、例えば、送信・受信フォーカス、送信／受信周波数、フレームレート、パラレルビームフォーミング本数、組織ハーモニックス、造影コントラストなどの撮像条件、撮像シーケンスごとに異なるステアリング角度のセットを適用して画像を生成することが出来るような切り替え部であってもよい。

図２５には本発明の超音波診断装置の別の具体例のコンソール１１０と、画像表示部１０３の斜視図を示す。図２５の構成では、術者は通常の超音波画像（本発明の合成処理を行っていない画像）１０３を参照しながら、特定のＲＯＩ（関心領域）１４０１を設定するための用手的な操作部１４０３（例えばマウス）が用意されている。これにより、術者は特定のＲＯＩ１４０１についてのみ、本発明の適応的処理を施した画像１４０２を生成することができる。また、本発明の適応的処理を施した画像１４０２は、画像表示部１０３の別領域に表示することも可能である。

また、術者が用手的な操作部１４０３により、周辺情報演算部２０５と周辺情報合成部２０６のそれぞれの演算パラメータを設定することができる構成とすることも可能である。この場合、図１１に示した調整部５０１が操作部１４０３により設定された演算パラメータを受け取り、角度調整部５０２および合成出力調整部５０３に制御信号を出力し、適応重み演算部３０１での演算パラメータ、一時格納部８００の出力データを調整する構成とする。

（実施形態の効果の具体例）
図２６に、本発明の実施形態の効果を示すために、シミュレーションにより得た超音波画像（Ｂモード像）を示す。これらの画像は、被検体１００として６つの点散乱体を想定し、その超音波画像を計算機によって求めたものである。図２６（ａ）の画像２３００と画像２３０３は、超音波ビームに波面歪が生じていない場合である。画像２３００は、従来の遅延加算方式の受信ビームフォーミングにより得た画像であり、画像２３０３は、従来の適応ビームフォーミングにより得た画像である。
一方、図２６（ｂ）の画像２３０１、２３０２、２３０４、２３０５は、超音波ビームに波面歪が生じている場合である。画像２３０１は、従来の遅延加算方式の受信ビームフォーミングにより得た画像であり、画像２３０４は、従来の適応ビームフォーミングにより得た画像である。画像２３０２は、遅延加算方式であるが、第２もしくは第３の実施形態の手法と同様の手法にステアリングベクトルの合成を行った得た画像である。画像２３０５は、第２もしくは第３の実施形態の手法により、適応ビームフォーミングとステアリングベクトルの合成を行って得た画像である。

波面歪がある場合の画像２３０１，２３０４を波面歪がない場合の画像２３００、２３０３と比較すると、同じビームフォーミング手法を用いても波面歪がある場合には点散乱体の周囲に帯状に輝度が高い領域が生じ、点散乱体を見分けにくくなっていることがわかる。

また、従来の遅延加算方式で得た画像２３０１と、従来の遅延加算方式でステアリングベクトルの合成を行って得た画像２３０２とを比較すると、遅延加算方式でステアリングベクトルの合成を行っても、散乱体の周囲の帯状の輝度が高い領域はほとんど改善されておらず、波面歪の影響を除去できないことがわかる。

一方、従来の適応ビームフォーミングで得た画像２３０４と、第２もしくは第３の実施形態の適応ビームフォーミングでステアリングベクトルの合成を行って得た画像２３０５とを比較すると、明らかに画像２３０５の帯状の輝度が高い領域が減少し、６つの点散乱体がほぼ分離され認識可能になっていることが分かる。これにより第２もしくは第３の実施形態の適応ビームフォーミングでステアリングベクトルの合成を行うことにより、波面歪の影響を除去できることが確認できる。

図２７は、図２６の画像２３０１、２３０４、２３０５の１つの点散乱体とその周囲の輝度分布を示すグラフである。図２７の横軸は、受信アレイの方位方向（ラスタのスキャン方向）、縦軸は画像の輝度の大きさである。横軸がちょうどゼロの位置が点散体の位置である。図２７のグラフ内の点線２４０１が、従来の遅延加算方式の画像２３０１の輝度分布であり、一点鎖線２４０２が従来の適応ビームフォーマの画像２３０４の輝度分布であり、実線２４０３が第２もしくは第３の実施形態のステアリング合成を行った適応ビームフォーマの画像２３０５の輝度分布を示している。

従来の遅延加算方式の画像２３０１の輝度分布は、点線２４０１のように、物体の真の位置から輝度のピーク位置がずれている。従来の適応ビームフォーマの画像２３０４の輝度分布は、一点鎖線２４０２のように、ピーク位置が物体の真の位置に近づくものの、輝度の大きさが低下している。本発明の第２もしくは第３の実施形態の画像２３０５の輝度分布は、実線２４０３のように、信号強度を遅延加算方式の輝度分布（点線２４０１）と同等に保ちつつ、物体の真の位置（横軸ゼロの位置）にピーク強度が位置しており、波面歪み補償の効果が確認できる。

上述してきたように本発明によれば、適応ビームフォーマに対して、その鋭敏なビーム指向性に起因する情報取りこぼしの回避能力を付与する。また、焦点周囲の媒質からの不要な相関性雑音をキャンセルして低減することが出来る能力を付与する。これにより、本発明は、生体内音速不均一、散乱体分布や体動の影響などによる波面歪みに対して頑健性を有する超音波撮像装置を提供することができる。また、本発明は、被検体１００内の対象点に対して逐一フォーカス計算（遅延計算）を行わずに、複数見込み角による点像の高解像度化ができる。よって本発明によれば、比較的少ない処理負荷で、前記課題を解決する適応ビームフォーマを備えた超音波撮像装置を提供することができる。

以下、本発明をまとめると次のような構成になる。

（１）第１の実施形態では、周辺情報演算部と周辺情報合成部を備える装置構成を示した。すなわち、被検体からの超音波信号を受信する複数の素子と、所定の受信焦点の位置に応じて前記複数の素子が受信した受信信号をそれぞれ遅延させ遅延後受信信号を生成する遅延部と、前記受信焦点および受信焦点の周辺領域のうち、複数の点についての情報を前記遅延後受信信号からそれぞれ取得する周辺情報演算部と、前記複数の点についてそれぞれ取得された前記情報を合成し、合成した前記情報を用いて整相出力を生成する周辺情報合成部と、前記整相出力を用いて画像データを生成する画像処理部とを有する超音波撮像装置である。

（２）第４の実施形態では、上記（１）の装置において開口合成を行う装置構成を示した。すなわち、前記遅延部は、異なる複数の受信焦点について、それぞれ前記遅延後受信信号を生成し、前記周辺情報演算部および前記周辺情報合成部は、複数の前記受信焦点ごとに、前記受信焦点およびその受信焦点の周辺領域のうちの前記複数の点について前記情報を取得し、前記整相出力を生成する超音波撮像装置である。

（３）第４の実施形態では、上記（２）の装置において遅延部が複数である構成についても示した。すなわち、前記遅延部は、複数であり、複数の前記遅延部ごとに異なる受信焦点について前記遅延後受信信号を生成する。前記周辺情報演算部および前記周辺情報合成部は、前記遅延部ごとに配置され、前記遅延部が生成した前記受信焦点ごとの前記遅延後受信信号から前記情報を取得し、前記整相出力を生成する。

（４）第４の実施形態では、上記（２）または（３）の装置において、開口合成を行う構成についても示した。すなわち、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有するように構成した。このとき、ある時点の前記アクティブチャンネルの前記受信信号についての複数の前記受信焦点の一部は、異なる時点の前記アクティブチャンネルについて複数の前記受信焦点の一部と、位置が重なっている。

（５）第２の実施形態では、上記（１）から（４）の装置のいずれかにおいて、適応ビームフォーミングを適用する構成についても示した。すなわち、前記周辺情報演算部は、適応ビームフォーミングを行うことにより、前記情報として適応重みを求める構成である。

（６）第２の実施形態では、上記（５）の装置において、前記周辺情報演算部は、前記複数の素子のうちの所定の素子と前記複数の点とを結ぶ方向ベクトルであるステアリングベクトルを用いて前記複数の点についての前記適応重みを求める構成も示した。

（７）第２の実施形態では、上記（６）の装置において、共分散行列を用いて適応重みベクトルを求める構成についても示した。すなわち、前記周辺情報演算部は、前記遅延後受信信号を用いて共分散行列を生成する行列演算部と、前記共分散行列と前記ステアリングベクトルから前記複数の点についての適応重みベクトルを求める重みベクトル演算部とを含む構成である。

（８）第２の実施形態では、上記（５）ないし（７）のいずれかの装置において、適応重みを合成する構成についても示した。すなわち、前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての適応重みを加算して合成重みを生成する重み合成部と、前記合成重みと前記遅延後受信信号を内積演算して前記整相出力を生成する内積演算部を含む構成である。

（９）第２の実施形態では、上記（８）の装置において、適応重みに対して固定重みを乗算する構成も示した。すなわち、前記周辺情報演算部と前記重み合成部の間には、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての適応重みに対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部が配置されている構成である。

（１０）第２の実施形態では、上記（８）の装置において、遅延後受信信号の重み付けと加算を行う構成についても示した。すなわち、前記内積演算部は、前記合成重みを前記遅延後受信信号にそれぞれ乗算した後、前記遅延後受信信号を加算することにより前記整相出力を生成する構成である。

（１１）第３の実施形態では、上記（５）ないし（７）の装置のいずれかにおいて、複数の点ごとの受信信号をそれぞれ適応重みで整相した後に加算する構成について示した。すなわち、前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての前記適応重みをそれぞれ前記遅延後受信信号と内積演算し、複数の前記適応重みごとの合成前整相出力を生成する複数の内積演算部と、前記複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算して合成し、前記画像データの生成に用いる前記整相出力を生成する出力合成部とを含む構成である。

（１２）第３の実施形態では、上記（１１）の装置において、複数の適応重みにそれぞれ固定重みを掛ける構成についても示した。すなわち、前記周辺情報演算部と前記複数の内積演算部との間には、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての適応重みに対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部が配置されている構成である。

（１３）第３の実施形態では、上記（１１）の装置において、整相後の遅延後受信信号に対して固定重みを掛ける構成についても示した。すなわち、前記複数の内積演算部と前記出力合成部との間には、前記複数の適応重みごとの整相後の前記遅延後受信信号に対して、それぞれあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部が配置されている構成である。

（１３−Ａ）第３の実施形態では、上記（１１）の装置において、遅延後受信信号の重み付けと加算を行う構成についても示した。すなわち、前記複数の内積演算部は、複数の乗算部と複数の加算部のセットで構成され、前記複数の乗算部において前記複数の点についての適応重みを前記遅延後受信信号に対してそれぞれ乗算した後、前記複数の加算部において前記遅延後受信信号をそれぞれ加算することにより、前記合成前整相出力を生成する構成である。

（１３−Ｂ）第３の実施形態では、上記（１３−Ａ）の装置において、固定重みを乗算する構成についても示した。すなわち、前記複数の乗算部と前記複数の加算部との間には、前記複数の乗算部での乗算後の受信信号に対し、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についてのあらかじめ定めた固定の重みを乗算する固定アポダイゼーション乗算部が配置されている構成である。

（１４）第３の実施形態では、上記（１）から（１３）の装置のいずれかにおいて、同一ラスタ内で整相出力の合成を行う構成についても示した。すなわち、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有する構成とする。前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が一つの前記アクティブチャンネルの前記受信信号から得た前記情報を合成して前記画像処理部が画像生成に用いる最終的な前記整相出力を生成するようにする。

（１５）第３の実施形態では、上記（１１）の装置において、同一ラスタ内で整相出力の合成を行う構成についても示した。すなわち、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有する構成とする。前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が一つの前記アクティブチャンネルの前記受信信号から得た、前記複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算し、前記画像処理部が画像生成に用いる最終的な前記整相出力を前記アクティブチャンネルごとに生成するようにする。

（１６）第５の実施形態では、上記（１１）の装置において、一時格納部を利用して合成する構成について示した。すなわち、前記整相部と前記加算部との間には、前記整相部で生成された、前記複数の適応重みごとの前記合成前整相出力を格納する格納部が配置されている構成である。

（１７）第６の実施形態では、上記（１６）の装置において、時間方向複数サンプルで合成する構成について示した。すなわち、前記加算部は、前記格納部および前記整相部から、時間方向に異なる前記合成前整相出力を取得して加算し、前記整相出力を生成する構成である。

（１８）第７、第８の実施形態では、上記（１６）の装置において、複数ラスタ間で合成する構成ついて示した。すなわち、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有する構成とする。前記整相部は、それぞれの前記アクティブチャンネルについて、複数の前記適応重みごとの合成前整相出力を生成し、前記加算部は、前記格納部および前記整相部から、異なる前記アクティブチャンネルについて生成された前記合成前整相出力を取得して加算し、前記整相出力を生成するようにする。

（１９）第９の実施形態では、上記（１６）の装置において、前記複数の素子は、２次元に配列された２次元アレイであり、前記周辺情報演算部は、前記２次元方向に設定された前記複数の点についての前記合成前整相出力を生成し、前記格納部は、前記合成前整相出力を格納する構成を示した。

（２０）第１０の実施形態では、上記（６）の装置において、前記ステアリングベクトルの本数および方向のうちの少なくとも一方を調整する調整部を有する構成について示した。

（２１）第１１の実施形態では、上記（２０）の装置において、画像内のステアリング角度分布の設定する構成をしめした。すなわち、前記画像処理部で生成される画像内の前記受信焦点の位置に応じて、前記複数の点へのステアリングベクトルの拡がり角の分布を予め記憶するメモリ部をさらに有し、前記調整部は、前記受信焦点の位置に応じて前記メモリ部から読み出した拡がり角のステアリングベクトルを用いて、前記適応重みを求める。

（２２）第１１の実施形態では、上記（２１）の装置において、ステアリング角度分布と送信時焦点との関係について示した。すなわち、前記メモリ部に格納されたステアリングベクトルの拡がり角は、前記被検体への前記超音波信号の送信時焦点に近い受信焦点では小さく、送信時焦点から離れた受信焦点では大きく設定されている。

（２３）第１１の実施形態では、上記（２１）または（２２）の装置において、ステアリング角度分布と画像エッジとの関係について示した。すなわち、前記メモリ部に格納されたステアリングベクトルの拡がり角は、前記画像のエッジ部分では、画像の中央部よりも小さく設定されている。

（２４）第１２の実施形態では、上記（２１）ないし（２３）の装置のいずれかにおいて、画像内のステアリング角度分布をＢモード画像からの演算する構成について示した。すなわち、前記調整部は、予め撮像しておいた前記被検体のＢモード画像の輝度または信号強度の分布を、予め定めておいた関数を用いて、前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布に変換し、得られた前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布を用いる。

（２５）第１２の実施形態では、上記（２１）ないし（２３）の装置のいずれかにおいて、画像内のステアリング角度分布の補正を行う構成について示した。すなわち、前記調整部は、前記メモリに格納された前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布を用いて前記ステアリングベクトルを設定して得られた前記画像の輝度または信号強度の分布を、予め定めておいた関数を用いて、前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布に変換する。そして、前記メモリ内の前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布と、前記関数を用いて得た前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布との差分により、前記メモリ内の前記ステアリングベクトルの拡がり角の分布または前記画像の輝度または信号強度を補正する。

（２６）上述してきた装置は、画像を表示する画像表示部および操作部をさらに有し、前記画像表示部および操作部の少なくとも一方に、前記調整部へのステアリングベクトルの設定を操作者から受け付ける受け付け部が配置されていること構成としてもよい。

１００ 被検体
１０１ 超音波探触子
１０２ 超音波撮像装置
１０３ 画像表示部
１０４ 送信ビームフォーマ
１０６ アレイ状の素子（超音波振動子）
１０７ 送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）
１０８ 受信ビームフォーマ
１０９ 画像処理部
１１０ コンソール
１１１ 制御部
２０１、２０２、２０３ アクティブチャンネル
２０４ 遅延回路
２０５ 周辺情報演算部
２０６ 周辺情報合成部
２０７ 遅延後受信データのバイパス線
３００ 行列演算部
３０１ 適応重み演算部
３０５ 固定アポダイゼーション乗算部
３０６ 重み合成部
３０７ 内積演算部
３０７１ 乗算部
３０７２ 加算部
３０８ 次元圧縮部
４０１、４０２、４０３ 空間内の一点
４０４ 遅延前の受信信号
４０５、４０６、４０７ 凹面フォーカス
４０８、４０９、４１０ 波面のそろった受信信号（遅延後受信データ）
５００ 出力合成部
５０１ 調整部
５０２ 角度調整部
５０３ 出力調整部
６０１、６０３ 中心軸近傍の異なる軸上の点
６０２ 中心軸上の点
６０４、６０５，６０６ 遅延凹面フォーカス
８００ 一時格納部
９００ メモリ部
９０１ 整相後データのバイパス線
９０２ 出力バス
９００１、９００２、９００３ N個のアドレスを持ったメモリ領域
１３０１、１３０２ 目盛りを伴ったつまみ部
１３０３ スイッチ部
１３０４ 表示領域の一部
１４０１ 関心領域（ＲＯＩ）
１４０２ 適応的処理を施した画像
１４０３ 用手的操作部
１５０１、１５０２、１５０３ ラスタ
１５０４、１５０５、１５０６ 整相出力
１６００ アクティブチャンネルの中心軸
１６０２、１６０４、１６０６ ステアリング角度
２０７１、２０７２、２０７３ 遅延後受信データのバイパス線
２２０１ 受信フォーカス
２２０２ 遅延加算方式の点拡がり関数
２２０４ 適応ビームフォーマの点拡がり関数
２２０５ 焦点のデータが存在する楕円領域
３０２１、３０２２、３０２３ 重みベクトル演算部

例えば、図１５のように、第ｒ−１ラスタのＰ＝２（θ_２＝０°）の受信焦点１５００と、第ｒラスタのＰ＝１（θ_１）のステアリングベクトルでデータ収集される点１５００と、第ｒ−２ラスタのＰ＝３（θ_３）のステアリングベクトルでデータ収集される点１５００とが重なっている場合、図１４および図１５のように、第ｒラスタからあるステアリング角度θ₁ (Ｐ＝１）の時刻nの現整相後データy₁(r,n)をバイパス線９０１を経由して出力し、第ｒ−１ラスタからはステアリング角度θ₂ (Ｐ＝２)の時刻nのデータy₂(r-1,n)を、第ｒ−２ラスタからは、ステアリング角度θ₃の時刻nのデータy₃(r-2,n)をそれぞれ出力合成部５００への出力バス９０２へ出力することができる。この場合に出力合成部５００で行われる合成処理は、式（２３）で表すことができる。

一般的に送信時の焦点は、１枚の超音波画像を撮像する際には１つまたは複数の決まった位置に設定され、受信焦点を受信ビームフォーマ１０８で変化させることにより、撮像領域内の各撮像対象点の画像が取得される。よって、送信時の焦点２２１０は、画像中の決まった位置となる。一方、図５（ａ）を用いて説明したように対象物の信号は、受信時焦点での反射により受信時焦点を中心に楕円領域２２０５に広がり、その大きさは、受信時焦点の深さ（時間）によって異なる。楕円領域２２０５の大きさは、図２２（ａ）に示すように、送信時の焦点２２１０に近ければ小さく、送信時の焦点２２１０から離れると大きくなる。そのため、ステアリング角度（拡がり角度）２２１１が固定のステアリングベクトルで受信ビームフォーミングを行うと、対象物の信号の広がりを示す楕円領域２２０５と、ステアリングベクトルの拡がり角度により定まる信号取得可能な点拡がり関数２２０４の大きさとにミスマッチが生じる。

Claims (15)

1. 被検体からの超音波信号を受信する複数の素子と、所定の受信焦点の位置に応じて前記複数の素子が受信した受信信号をそれぞれ遅延させ遅延後受信信号を生成する遅延部と、前記受信焦点および受信焦点の周辺領域のうち、複数の点についての情報を前記遅延後受信信号からそれぞれ取得する周辺情報演算部と、前記複数の点についてそれぞれ取得された前記情報を合成し、合成した前記情報を用いて整相出力を生成する周辺情報合成部と、前記整相出力を用いて画像データを生成する画像処理部とを有す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、前記遅延部は、異なる複数の受信焦点について、それぞれ前記遅延後受信信号を生成し、
   前記周辺情報演算部および前記周辺情報合成部は、複数の前記受信焦点ごとに、前記受信焦点およびその受信焦点の周辺領域のうちの前記複数の点について前記情報を取得し、前記整相出力を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有し、
   ある時点の前記アクティブチャンネルの前記受信信号についての複数の前記受信焦点の一部は、異なる時点の前記アクティブチャンネルについて複数の前記受信焦点の一部と、位置が重なっていることを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記周辺情報演算部は、適応ビームフォーミングを行うことにより、前記情報として適応重みを求め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、
   前記周辺情報演算部は、前記複数の素子のうちの所定の素子と前記複数の点とを結ぶ方向ベクトルであるステアリングベクトルを用いて前記複数の点についての前記適応重みを求めることを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項４または５に記載の超音波撮像装置において、前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての適応重みを加算して合成重みを生成する重み合成部と、前記合成重みと前記遅延後受信信号を内積演算して前記整相出力を生成する内積演算部を含むことを特徴とする超音波撮像装置。
7. 請求項４または５に記載の超音波撮像装置において、前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が求めた前記複数の点についての前記適応重みをそれぞれ前記遅延後受信信号と内積演算し、複数の前記適応重みごとの合成前整相出力を生成する複数の内積演算部と、前記複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算して合成し、前記画像データの生成に用いる前記整相出力を生成する出力合成部とを含むことを特徴とする超音波撮像装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有し、
   前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が一つの前記アクティブチャンネルの前記受信信号から得た前記情報を合成して前記画像処理部が画像生成に用いる最終的な前記整相出力を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
9. 請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有し、
   前記周辺情報合成部は、前記周辺情報演算部が一つの前記アクティブチャンネルの前記受信信号から得た、前記複数の適応重みごとの合成前整相出力を加算し、前記画像処理部が画像生成に用いる最終的な前記整相出力を前記アクティブチャンネルごとに生成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、前記整相部と前記加算部との間には、前記整相部で生成された、前記複数の適応重みごとの前記合成前整相出力を格納する格納部が配置されていることを特徴とする超音波撮像装置。
11. 請求項１０に記載の超音波撮像装置において、前記複数の素子に対してアクティブチャンネルを時系列に異なる位置に順次設定し、前記アクティブチャンネルに含まれる前記素子の受信信号を前記遅延部に受け渡すアクティブチャンネル設定部をさらに有し、
    前記整相部は、それぞれの前記アクティブチャンネルについて、複数の前記適応重みごとの合成前整相出力を生成し、
    前記加算部は、前記格納部および前記整相部から、異なる前記アクティブチャンネルについて生成された前記合成前整相出力を取得して加算し、前記整相出力を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
12. 請求項１０に記載の超音波撮像装置において、前記複数の素子は、２次元に配列された２次元アレイであり、前記周辺情報演算部は、前記２次元方向に設定された前記複数の点についての前記合成前整相出力を生成し、前記格納部は、前記合成前整相出力を格納することを特徴とする超音波撮像装置。
13. 請求項５に記載の超音波撮像装置において、前記ステアリングベクトルの本数および方向のうちの少なくとも一方を調整する調整部を有することを特徴とする超音波撮像装置。
14. 請求項１３に記載の超音波撮像装置において、前記画像処理部で生成される画像内の前記受信焦点の位置に応じて、前記複数の点へのステアリングベクトルの拡がり角の分布を予め記憶するメモリ部をさらに有し、
    前記調整部は、前記受信焦点の位置に応じて前記メモリ部から読み出した拡がり角のステアリングベクトルを用いて、前記適応重みを求めることを特徴とする超音波撮像装置。
15. 請求項１３に記載の超音波撮像装置において、前記画像を表示する画像表示部および操作部をさらに有し、
    前記画像表示部および操作部の少なくとも一方に、前記調整部へのステアリングベクトルの設定を操作者から受け付ける受け付け部が配置されていることを特徴とする超音波撮像装置。

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