JPWO2015198824A1 - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

空間符号化送受信を行う際に、撮像対象に動きが生じた場合であっても、生成される画像のアーチファクトを低減できる超音波撮像装置を提供する。送信部１０２は、超音波探触子１０８の（２以上の）送信開口グループ１１０、１１１ごとに順番に、その送信開口グループに含まれる２以上の送信開口から同時に、撮像対象１２０の所定の位置に向かって空間符号化した超音波を送信させる動作を、一巡以上行わせる。受信部１０５は、受信領域１０９の出力に対して復号処理と整相処理を施して受信信号を得る。このとき、送信部１０２は、２以上の送信開口グループのうち一部の送信開口グループが送信する超音波の空間符号化の符号を、他の送信開口グループが送信する超音波の空間符号化の符号に対して反転させる。開口合成部２５は、送信開口グループ１１０の送信で得られた受信信号と、他の送信開口グループ１１１の送信で得られた受信信号とを開口合成する。

Description

本発明は、超音波撮像装置において、符号化を使った高フレームレート化技術およびSN比向上技術に関するものである。

超音波を用いた撮像方法は、超音波を対象物に送信し、対象物で反射したエコーを電気信号として受信し、受信信号を画像データとしてモニター上に表示することで構成される。超音波は、装置に備えられたトランスデューサ（電気音響変換素子、振動子）に電気信号を入力することで生成される。トランスデューサから出射された超音波は、対象物中を進みながら音響インピーダンスの異なる境界で一部反射され、エコーを作る。エコーは、電気音響変換素子で受信され、受信信号が生成される。これにより、対象物の境界面を、対象物の断層像として表示できる。このような撮像技術は、構造物の非破壊検査や、生体の断層像を低侵襲で撮像する診断装置などとして、広く用いられている。

通常、トランスデューサは、チャネルアレイ状に並べられており、超音波はアレイビームフォーミングによって超音波ビームとして送信される。超音波撮像装置は、超音波の送信ビームを対象物に走査し、それぞれの送信により生じたエコーを受信する。そして、各チャネルの受信信号に対して受信ビームフォーミングを行い、ビーム軸上の領域における小エリアデータを生成する。そして、小エリアデータを合体（合算）させることで、対象物全体の断層画像を作る。

１枚の断層画像を作るための送信事象の数を減らすことによって、フレームレートが向上する。高フレームレート撮像が可能となる撮像方法として、空間符号化送受が知られている（特許文献１）。空間符号化送受では、１方向送信、１方向受信ではなく、対象物に複数方向から同時に送信することで、必要な送信回数を低減する。具体的には、空間符号化送受方法では、符号化した超音波を同時に多方向から対象物に送信し、エコーを受信した後、受信信号を復号処理することにより、どの方向から送信した超音波による受信信号かを区別して分離する。例えば、対象物に対して超音波ビームを送信する方向（もしくは位置）がＡ方向とＢ方向である場合、２回の送受信を行う。１回目の送信では、Ａ方向とＢ方向の超音波ビームの送信波形に対して、それぞれ１と１の符号化を行い、２回目の送信では、それぞれ１と−１の符号化を行う。２回の送信でそれぞれ生じたエコーを受信して得られた受信信号は、受信ビームフォーミングされる前に、それぞれチャネルデータの状態で保存する。１回目の受信信号と２回目の受信信号を使って復号処理を行うことで、Ａ方向の送信による受信信号と、Ｂ方向の送信による受信信号を分離する。具体的には、１回目の受信信号と２回目の受信信号を同時刻として和算処理することで、Ｂ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ａ方向の送信による受信信号のみを残す。また、１回目の受信信号と２回目の受信信号を減算処理することで、Ａ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ｂ方向の送信による受信信号のみを残す。この処理は、Ａ方向およびＢ方向のうちの一方の送信による受信信号を打ち消すのと同時に，もう一方の送信による受信信号を加算していることと等価となる。このため，復号後処理後に得られる各方向の受信信号の振幅は，従来の１方向送信、１方向受信で得られる受信信号の振幅の2倍となり，SN比が向上する。

特開平１１−１５５８６７号公報

空間符号化送受では、複数回の送受信が必要である。復号処理の性能は、それぞれの受信信号が同一部位からのエコーの信号であることが前提で発揮される。複数回の送受信の間に、撮像対象がトランスデューサに近づくもしくは遠ざかるなどの動きを生じた場合、エコーの伝搬距離が変動する。この結果、複数の受信信号の時間軸が互いにシフトした状態となるため、復号処理において和算処理または減算処理をした場合、打ち消されるべき信号が残り、画像上のアーチファクト（偽像）を生み出す。これが、画質の劣化を引き起こす。

本発明の目的は、空間符号化送受信を行う際に、撮像対象に動きが生じた場合であっても、生成される画像のアーチファクトを低減できる超音波撮像装置を提供することにある。

本発明では、送信部は、送信開口グループに含まれる２以上の送信開口から同時に、空間符号化した超音波を送信させる動作を、複数の送信開口グループごとに順番に一巡（１スキャン）以上行わせる。受信部は、撮像対象からの超音波のエコーを受信した受信領域の出力に対して、復号処理と整相処理を施して、撮像対象の所望の受信焦点についての受信信号を得る。このとき、送信部は、複数の送信開口グループのうち一部の送信開口グループが送信する超音波の空間符号化の符号を、他の送信開口グループが送信する超音波の空間符号化の符号に対して反転させる。開口合成部は、複数の送信開口グループのうち１の送信開口グループの送信した超音波で生じたエコーから受信部が得た所望の受信焦点についての受信信号と、別の送信開口グループの送信した超音波で生じたエコーから受信部が得た同一の受信焦点についての受信信号とを加算処理する。

本発明によれば、空間符号化送受信を行う際に、撮像対象に動きが生じた場合であっても、生成した画像のアーチファクトを低減することができる。

本発明の第一実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 (a)第一実施形態の送信開口グループによる送信を示す説明図、（ｂ）第一の実施形態の受信ビームフォーミングを示す説明図、（ｃ）第一実施形態の開口合成を示す説明図。 第一実施形態の開口合成による不要信号の抑制を示す説明図。 第一実施形態の空間符号化送信に用いる基本波形を示す説明図。 第一実施形態のHadamard空間符号化送信と、復号処理を示す説明図。 空間符号化送受信において、体動により不要信号が生じることを示す説明図。 （ａ）第一実施形態の送信開口グループ１１０の空間符号化と、復号後の不要信号の位相を示す説明図、（ｂ）送信開口グループ１１１の空間符号化と、復号後の不要信号の位相を示す説明図。 第二実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 第二実施形態の探触子１０８のチャネル１０９と、送信開口ペア１１０等を示すブロック図。 第二実施形態の超音波探触子の受信部１０５の構成を示すブロック部。 第二実施形態の第１の記憶部（チャネルメモリ）２０の構成と、復号部４１の構成を示すブロック図。 第二実施形態の受信ビームフォーミングと、受信焦点の配置を示す説明図。 第二実施形態の第２の記憶部２４および開口合成部２５の構成を示すブロック図。 第二実施形態の超音波撮像装置の送受信の動作を示すフローチャート。 第二実施形態の送信走査線（送信開口ペア）の配置パターン（送信順）を示す説明図。 （ａ）第二実施形態の受信ビームフォーミングを示す説明図、（ｂ）同一受信焦点の整相加算後受信信号の選択を示す説明図、（ｃ）開口合成画像を示す説明図。 第二実施形態の送信走査線（送信開口ペア）の配置パターン（送信順）の別の例を示す説明図。 第二実施形態の送信走査線（送信開口ペア）の配置パターン（送信順）のさらに別の例を示す説明図。 第二実施形態の超音波撮像装置に送信走査線の配置パターンを格納した格納部１２４を配置した構成を示すブロック図。 第二実施形態において、復号部４１を整相加算部２２の後段に配置した構成を示すブロック図。 第三実施形態の復号後受信信号に重み付けした開口合成する構造を示す説明図。 第三実施形態の開口合成部２５の構成を示すブロック図。 （ａ）第三実施形態の受信ビームフォーミングを示す説明図、（ｂ）同一受信焦点の整相加算後受信信号の選択した後、重み付けすることを示す説明図、（ｃ）開口合成画像を示す説明図。 （ａ）第三実施形態において、複数の復号後受信信号をそのまま加算した波形を示す説明図、（ｂ）複数の復号後受信信号に重み付けした後加算した波形を示す説明図。 （ａ）第三実施形態の受信走査線ごとに、その受信走査線の受信焦点の整相加算後受信信号に重みを与えることを示す説明図、（ｂ）重みを付与された受信焦点の整相加算後受信信号を開口合成することを示す説明図。 第三実施形態の開口合成部２５の構成を示す説明図。 第一実施形態の直交したGolay符号による空間符号化送信と、復号処理を示す説明図。 第二実施形態の送信走査線（送信開口ペア）の配置パターン（送信順）のさらに別の例を示す説明図。

本発明の一実施形態の超音波撮像装置について図面を用いて説明する。

＜＜第一実施形態＞＞
図１に示すように、第一実施形態の超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８と、送信部１０２と、受信部１０５と、開口合成部２５とを有している。超音波探触子１０８は、複数の送信開口グループ１１０、１１１等と、１以上の受信領域１０９とを有する。送信開口グループ（例えば、１１０）は、２以上の送信開口１１０Ａ、１１０Ｂ等を含む。送信開口グループ（例えば、１１１）は、２以上の送信開口１１１Ａ、１１１Ｂ等を含む。

送信部１０２は、図２（ａ）のように、送信開口グループ（例えば１１０）に含まれる２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ等）から同時に空間符号化した超音波を送信する。この動作を、送信開口グループ１１０，１１１等ごとに順番に一巡（１スキャン）以上行わせる。２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ等）から送信される超音波は、撮像対象１２０の所定の位置（送信焦点）に向かって送信されてもよいし、それぞれ異なる方向に向かって送信されてもよい。このとき、超音波は、フォーカス送信されてもよいし，デフォーカス送信されてもよい。フォーカス送信する場合は、送信開口グループ（１１０，１１１等）ごとに送信焦点が異なっていても良いし，重なっていても良い。

受信領域１０９は、撮像対象１２０からの超音波のエコーを受信し、電気信号を出力する。受信部１０５は、受信領域の出力に対して、復号部４１による復号処理と、整相処理とを施して、図２（ｂ）のように、撮像対象の所望の受信焦点（例えば５２）についての受信信号を得る。

送信部１０２は、複数の送信開口グループ（１１０，１１１等）のうち一部の送信開口グループ（例えば、１１１）が送信する超音波の空間符号化の符号を、他の送信開口グループ（例えば１１０）が送信する超音波の空間符号化の符号に対して反転させる。これにより、撮像対象１２０に体動が生じた場合に、図３のように、復号部４１の復号処理で受信信号１８−１、１８−２に生じる不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂは、送信時の空間符号化の異なる２つの送信開口グループ（１１０，１１１）について、位相が反転する。一方、受信焦点５２からの本来の受信信号１８−１ａ、１８−２ａは、位相が反転しない。

開口合成部２５は、２以上の送信開口グループ（１１０、１１１等）のうち１の送信開口グループ１１０の送信した超音波で生じたエコーから受信部１０５が得た所望の受信焦点５２について得た受信信号１８−１と、別の送信開口グループ１１１の送信した超音波で生じたエコーから受信部１０５が得た同一の受信焦点５２についての受信信号１８−２とを加算処理する。複数の送信開口グループ（１１０，１１１等）のうち一部の送信開口グループ（例えば１１０）は、他の送信開口グループ（１１１）に対して空間符号化の符号が反転しているため、図３のように、撮像対象１２０の体動により生じた不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂを加算処理により打ち消し合わせて低減することができる。また、受信焦点５２からの本来の受信信号１８−１ａ、１８−２ａを足し合わせて強めることができる。

したがって、本実施形態の超音波撮像装置は、空間符号化送受信を行う際に、撮像対象に動きが生じた場合であっても、不要信号１８−１ｂ、１８−１ｂに起因して画像にアーチファクトが生じるのを抑制することができる。

なお、送信部１０２による空間符号化方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、Hadamard空間符号化や、直交したGolay符号による空間符号化等を用いることができる。

つぎに、空間符号化および復号処理の原理について以下説明する。

（空間符号化および復号の原理）
空間符号化により，同時に複数の領域に送信し，どの領域からのエコー信号かを区別して分離する超音波撮像の原理について説明する。

空間符号化は，空間的に符号化された送信事象を使用した撮像手法である。符号化に用いる行列の逆行列を使って，複数方向へ同時に送信した信号を，独立に送信した場合の受信信号として分離することができる。例えば，式（１）に示す2行2列のHadamard行列を符号化行列として用いることができる。

式（１）の行列の逆行列は、それ自身をスケーリングした行列H^-1＝1/4Hである。この行列を用いることにより、空間符号化された送信信号の生成や受信信号の復号の演算を容易に行うことができる。例えば、送信開口グループ１１０の送信開口１１０Ａ，１１０Ｂの送信信号を空間符号化する場合、一巡目の送信（第一スキャン）では、行列の行ベクトル[１ １]を使って、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。これにより、同位相の音波波形が送信開口１１０Ａ，１１０Ｂから同時に送信される。すなわち、図４の波形７１を基準波形とすると，波形７１を使って送信開口１１０Ａ，１１０Ｂから送信を行う。二巡目の送信（第二スキャン）では行ベクトル[１ −１] を使って、送信開口Ａ，Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。すなわち、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂのうち一方の送信波形の符号を、他方の送信波形に対して逆位相とし，一巡目の送信（第一スキャン）で送信した方向と同じ２方向へ送信を行う。逆位相の波形は，図４の波形７２を用いる。

各送信について得られた受信信号をRx＝[y1 y2]^tとすると，一方の送信開口（１１０Ａ）についての受信信号x1、他方の送信開口（１１０Ｂ）についての受信信号x2は、式（２）の復号演算で求めることができる。

なお、ここでは逆行列のスケーリングは無視した。

したがって，それぞれの送信事象で受信した受信信号y1およびy2を同時刻で加算すると，受信信号x1を抽出することができる。一方，減算すると，受信信号x2を抽出することができる。この受信信号の演算過程が復号処理となる。

この空間符号化の概念を，図５を使ってさらに説明する。超音波は，２箇所の送信開口１１０Ａ，１１０Ｂから、上述の符号化を行って２回送信される。エコーは，撮像対象１２０の点散乱体１１から発生する。上記の符号化を行った２回の送信（一巡目の送信Ｔｘ１，二巡目の送信Ｔｘ）を行う。受信領域（チャネル）１０９は、それぞれの送信イベントに対しての受信信号R1,R2を受信する。受信信号R1,R2にそれぞれ含まれる受信信号１８ａは、送信開口１１０Ａの送信によるエコーの信号で，受信信号１８ｂは送信開口１１０Ｂの送信によるエコーの信号である。したがって受信信号R1,R2を加算器１４で加算すると，送信開口１１０Ｂの送信による受信信号１８ｂが打ち消され，送信開口１１０Ａの送信による受信信号１８ａのみが残る。受信信号R1,R2を減算器１５で減算すると，送信開口１１０Ａの送信による受信信号１８ａが打ち消され，送信開口１１０Ｂの送信による受信信号１８ｂのみが残る。したがって，２か所の送信開口１１０Ａ、１１０Ｂからの同時送信によるエコーが混ざった状態の受信信号を，各送信を独立に行った場合の受信信号として分離できる。

ここで、上記復号処理において、２回の送信間において撮像対象１２０の体動が生じたり、超音波探触子１０８が撮像対象１２０に対して動くと、それぞれの送信におけるエコーの伝搬距離が変動する。その結果、各受信信号が互いに時間シフトした状態となる。例えば、図６は、２回の送信中に撮像対象１２０が超音波探触子１０８に近づき、受信信号R1に対して受信信号R2の信号出現時間がシフトしている状態を示している。この場合、復号後受信信号H_A1、H_B1には、打ち消し残りの不要信号１８ｂ、１８ａが生じる。

（不要信号の抑制の原理）
本実施形態では、図３および図７（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の送信開口グループ１１０、１１１等のうち１の送信開口グループ１１０の送信に対応する受信焦点５２についての受信信号１８−１と、他の送信開口グループ１１１の空間符号化の符号を反転させた送信に対応する受信焦点５２についての受信信号１８−２とを加算処理する。これにより、図３のように、撮像対象１２０の体動により生じた不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂを打ち消し合わせて低減すると同時に、受信焦点５２からの本来の受信信号１８−１ａ、１８−２ａを足し合わせて強める。

なお，図７（a）に示すように，空間符号化の符号とは，第一回の送信Tx1においては[１ １]であり，第二回の送信Tx2においては[１ -１]であることを指す。この空間符号化の符号を反転させた空間符号化とは，[１ １]と[１ -１]を入れ替えた符号を指し，図７（b）に示すような第一回の送信Tx1においては[１ -１]となり，第二回の送信Tx2においては[１ １]となることを指す。空間符号化の符号の反転は，符号化の順番が[１ １]から[１ -１]であったものを，[１ -１]から[１ １]の順番へ入れ替える動作を行うことにも等しい。

不要信号の抑制の原理を数式を用いてさらに説明する。送信開口グループ１１０から図７に示すように、空間符号化した２回の送信を行ってそれぞれチャネル１０９で受信された受信信号R1およびR2は、任意の各周波数ωを用いた複素数exp(jωt)により、下式（３）のように表される。上述の式（２）により、これら受信信号R1とR2を加算器１４で加算処理して、一方の送信開口（１１０Ａ）について復号処理した復号後受信信号H1（１８−１）は、下式（３）で表される。

ここで，aとbは任意の係数である。

式（３）の復号後受信信号H1（１８−１）において、送信開口１１０Ａに対応する本来の受信信号１８−１ａは、式（３）の第一項であり，打ち消し残った不要信号１８−１ｂは第二項である（図７（ａ）参照）。

一方，送信開口グループ１１０とは異なる送信開口グループ１１１から、空間符号化の符号を送信開口グループ１１０の２回の送信とはそれぞれ反転させて２回送信を行った場合の受信信号R1とR2、およびこれらを加算処理した復号後受信信号H1^-（１８−２）は、下式（４）で表される。

式（４）の復号後受信信号H1^-（１８−２）において、送信開口１１０Ａに対応する本来の受信信号１８−２ａは、式（４）の第一項であり，打ち消し残った不要信号１８−２ｂは第二項である（図７（ｂ）参照）。

式（３）と式（４）より，異なる送信開口グループ１１０と１１１から送信を行って得た本来の受信信号１８−１ａと１８−２ａは、同位相の波形となるのに対し，不要信号１８−１ｂと１８−２ｂは，互いに反転した位相になる。よって、異なる送信開口グループ１１０と１１１のそれぞれ２回の送信によって得た復号後受信信号H1とH1^-を加算すれば，不要成分が打ち消し合い，必要成分のみを残すことができる。

なお、上述の送信開口グループ１１１から送信開口グループ１１０とは空間符号化の順番を入れ変えて（空間符号化の符号を反転させて）行った２回の送信に対する受信信号をRx＝[y1 y2]^tとすると，一方の送信開口（１１１Ａ）についての受信信号x1、他方の送信開口（１１１Ｂ）についての受信信号x2を求める復号処理は、式（５）で表すことできる（式（２）参照）。

このように，空間符号化の符号の順番を入れ変えて２回の送信を行った場合は，2回の送信に対する受信信号R1,R2とすると，受信信号R2,R1を加算器１４で加算することで送信開口１１１Ａの送信による受信信号１３ａのみが残る。受信信号R2,R1を減算器１５で減算すると，送信開口１１１Ｂの送信による受信信号１３ｂのみが残る。

なお，直交したGolay符号を用いた空間符号化においても，同様に不要成分が打ち消し合い，必要成分のみを残すことができる。直交したGolay符号による空間符号化は，下式（6）のように表す行列を用いる。

ここで，Ｘ１とＸ２は相補関係のペアとなるGolay符号であり，Ｙ１とＹ２は異なる種類の相補関係のペアとなるGolay符号である。符号Ｙ１、Ｙ２は、Ｘ１とＸ２に対するＹ１とＹ２の相互相関関数の和が、全ての点でゼロとなるような符号であり，このような関係を持つGolay符号の組合せを直交したGolay符号と呼ぶ。たとえば，Ｘ１＝[１ １]とＸ２＝[１ −１]，Ｙ１＝[−１ １]とＹ２＝[−１ −１]のGolay符号の組合せがある。

このGolay符号による空間符号化を用いた場合，復号処理は以下の式（７）のようになる。式（７）において、Golay符号による空間符号化送信における各送信事象で得られた受信信号をR1，R2とする。

この演算により，Ｇｏｌａｙ符号Ｘを用いた送信方向からのエコーと，Golay符号Ｙを用いた送信方向からのエコーを分離する。図２７に、直交したGolay符号を使った場合の空間符号化送信と、復号処理を示す。R1はX1との相互相関処理を行う相関処理部５４−１と，Y1との相互相関処理を行う相関処理部５５−１に入力される。R2はX2との相互相関処理を行う相関処理部５４−２と，Y2との相互相関処理を行う相関処理部５５−２に入力される。それぞれ加算処理５６を得て，復号後受信信号H_A1、H_B1を得る。

この復号処理において、体動が生じ，各受信信号が互いに時間シフトした状態である場合，Golay符号の自己相関関数で生じるタイムサイドローブの打ち消し残りが生じ、Hadamard空間符号化で生じる不要成分と同様に，アーチファクトの原因である不要成分となる。図３で示すHadamard空間符号化を用いた不要成分の打ち消し方法と同様に，Golay符号を用いた場合も、複数の送信開口グループ１１０、１１１等のうち１の送信開口グループ１１０の送信に対応する受信焦点５２についての受信信号１８−１と、他の送信開口グループ１１１の空間符号化を反転させた送信に対応する受信焦点５２についての受信信号１８−２とを加算処理する。これにより、体動により生じた不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂを打ち消し合わせて低減すると同時に、受信焦点５２からの本来の受信信号１８−１ａ、１８−２ａを足し合わせて強めることができる。

直交したGolay符号を使った場合の空間符号化の場合では，復号処理が異なるだけで，その他の形態は，Hadamard空間符号化をもちいた場合と同様である。以降，Hadamard空間符号化を用いた場合で説明を行う。

＜＜第二実施形態＞＞
第二実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第二実施形態の超音波撮像装置の基本的な構成は、第一実施形態の装置の構成と同様であるが、第二実施形態では、送信開口グループ（１１０，１１１等）はそれぞれ、２つの送信開口（例えば１１０Ａ，１１０Ｂ）を含む。よって、以下の説明では、送信開口グループを、送信開口ペアと呼ぶ。送信部１０２は、２以上の送信開口ペア（１１０，１１１等）ごとに順番に超音波を送信させる。この際、空間符号化の符号を交互に順番を反転させる。

また、送信部１０２は、送信開口ペア（１１０，１１１等）ごとに順番に送信させる動作を二巡以上繰り返し行わせ、二巡目の送信では、複数の送信開口ペア（１１０，１１１等）のそれぞれの空間符号化の符号を、一巡目とは異なる符号にさせる。受信部１０５の復号部４１は、受信領域１０９の、送信開口ペア（例えば１１０）の一巡目の送信による出力と、二巡目の送信による出力とを用いて復号処理を行う。

以下、第二実施形態の超音波撮像装置の具体例について詳細に説明する。

＜装置の全体構成＞
第二実施形態の超音波撮像装置１００の全体構成について詳しく説明する。図８は、本実施形態の超音波撮像装置１００の具体例の概略構成を示すブロック図である。図８において、第一実施形態の図１の構成と同様の構成は、図１と同じ符号を付す。超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８と送信部１０２と受信部１０５と開口合成部２５を備える。これらに加えて、制御部１０６と、ユーザインタフェース（ＵＩ）１２１と、送受切替部１０１と、画像処理部１０７と、表示部１２２とを備えている。ＵＩ１２１は、ユーザからの指示、各種パラメータの入力等を受け付けるインタフェースである。制御部１０６は、全体の動作を制御する。

超音波探触子１０８は、所定の配列で１次元または２次元に配列されたトランスデューサを複数個備えている。トランスデューサは、電気信号を音波へ、音波を電気信号へと変換する機能を持つ電気音響変換素子（振動子）である。超音波探触子１０８は、トランスデューサが配置された面（超音波送受面）を撮像対象１２０に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられている。

配列された複数のトランスデューサは、図９のように、予め定められた複数（Ｐ個）のチャネル１０９_１〜１０９_Ｐに仮想的もしくは物理的に分割されている。各チャネル１０９_１〜１０９_Ｐは、それぞれ１つもしくは複数のトランスデューサによって構成される。送信時に設定される送信開口１１０Ａ等は、チャネル１０９_１等と同じ大きさであってもよいし、異なっていてもよい。以下の説明では、一つの送信開口１１０Ａとして、隣り合う複数（図９では、４個）のチャネルを用いる例について説明する。送信開口ペア１１０をそれぞれ構成する送信開口１１０Ａと送信開口１１０Ｂは、ここでは所定の距離だけ超音波探触子１０８上で離れている例について以下説明するが、一部重なるように形成してもよい。他の送信開口ペア１１１、１１２，１１３、１１４についても同様である。またすべての送信開口ペアが重なるように形成してもよい。

また、以下の説明では、チャネル１０９_１〜１０９_Ｐの一つ一つを、受信領域１０９として用いる。なお、２以上のチャネルを一つの受信領域１０９として用いることももちろん可能である。

送信部１０２は、制御部１０６からの指示に従って、超音波探触子１０８の予め定めた送信開口ペア（例えば１１０）を選択し、選択した送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａ,１１０Ｂに送信させる送信信号を生成する。具体的には、波形種類、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂごとの遅延時間、振幅変調、重み付け等を決定し、それに応じた送信信号を生成する。このとき、送信信号は、後述のHadamard空間符号で空間符号化する。

送信部１０２は、生成した送信信号を、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂを構成するチャネルのトランスデューサにそれぞれ受け渡し、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂから、Hadamard空間符号で空間符号化した超音波を同時に異なる方向へ送信させる。この動作を、複数の送信開口ペア１１０〜１１３等のすべてに順番に実行させる。超音波はフォーカス送信させてもよいし，デフォーカス送信させてもよい。フォーカス送信の場合，送信開口ペア１１０〜１１３ごとの送信焦点は、異なっていても構わない。送信部１０２は、送信開口ペア１１０〜１１３等に順番に超音波を送信させる際に、Hadamardの空間符号を交互に反転させる。これを、二巡以上繰り返す。ただし、二巡目は、送信開口ペア１１０〜１１３等ごとに一巡目とは異なる符号の空間符号化になるように反転させる。

このように送信を二巡以上繰り返すことにより、一巡目の送信で得た受信信号と、二巡目の送信で得た受信信号とを組み合わせてHadamardの空間符号を復号することができる。なお、フォーカス送信の場合，送信開口ペア１１０〜１１３等ごとの送信焦点は，少なくとも一巡目および二巡目の送信において同一にする。

送信開口ペア１１０〜１１３等から順に撮像対象１２０に送信された超音波によって、撮像対象１２０ではエコーが生じる。エコーは、超音波探触子１０８の受信領域（チャネル）１０９で受信される。受信に用いるチャネルは、超音波探触子１０８のすべてのチャネル１０９_１・・・１０９_Ｐを用いてもよいし、予め定められた受信開口（アクティブチャネル）内のチャネルのみを用いてもよい。制御部１０６は、各チャネル１０９_１・・・１０９_Ｐの受信信号R₁1,R₂1...R_P1（下付き文字は、チャネルの番号を示し、1は、ある送信開口ペアの一巡目の送信（以下、第一スキャンとも呼ぶ）で得た受信信号であることを示す)を、受信部１０５に受け渡す。

受信部１０５は、図１０に示すように、第１の記憶部（以下、チャネルメモリと呼ぶ）４０と、Hadamardの空間符号を復号する復号部４１とを含むチャネル信号処理部２０をチャネル１０９_１〜１０９_Ｐごとに備えている。また、受信部１０５には、上述した整相加算部２２と、第２の記憶部２４が備えられている。

図１１のように、チャネルメモリ４０には、送信開口ペア１１０〜１１３等ごとに２つずつの記憶領域４０−１，４０−２が備えられている。制御部１０６は、送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａ，１１０Ｂからの送信によってチャネル１０９_１が得た受信信号R₁1を、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂ用の記憶領域４０−１に格納させる。同様に、制御部１０６は、他のチャネル１０９_２・・・１０９_Ｐが、送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａ，１１０Ｂからの送信によってそれぞれ得た受信信号R₂1...R_P1について、それぞれのチャネルに接続されているチャネルメモリ４０の送信開口１１０用の記憶領域４０−１に格納させる。

その後、制御部１０６は、送信開口ペア１１１〜１１３等から順番に送信させるたびに、チャネル１０９_１、１０９_２・・・１０９_Ｐがそれぞれ得た受信信号R₁1,R₂1...R_P1を、それぞれのチャネルに接続されているチャネルメモリ４０内の対応する送信開口ペア用の記憶領域４０−１に格納させる。

次に、制御部１０６は、送信開口ペア１１０〜１１３から順番に、二巡目の送信（第二スキャン）を送信部１０２に行わせ、得られたチャネル１０９_１、１０９_２・・・１０９_Ｐの受信信号R₁2,R₂2..R_P2を、それぞれのチャネルに接続されているチャネルメモリ４０内の対応する記憶領域４０−２に順次格納させる。

復号部４１は、Hadamard空間符号を復号するために、加算器１４と、減算器１５と、受け渡し部１６と、第一および第二受け取り部１７−１，１７−２とを備える構成である。二巡目の送信（第二スキャン）が終了したならば、制御部１０６の制御下で、復号部４１は、送信開口ペア１１０用の記憶領域４０−１、４０−２から受信信号R₁1、R₁2を読み出し、復号部４１内の受け渡し部１６へ入力させる。制御部１０６は、受け渡し部１６に，空間符号化の符号の順番を反転させていない送信で得られた受信信号の場合は，受信信号R₁1を復号部４１の第一受け取り部１７−１へ入力させ，受信信号R₁2を第二受け取り部１７−２へ入力させる。一方，空間符号化の符号の順番を反転させた送信で得られた受信信号の場合は，受信信号R₁1を第二受け取り部１７−２へ入力させ，受信信号R₁2を第一受け取り部１７−１へ入力させる。制御部１０６は、図１１のように，第一受け取り部１７−１および第二受け取り部１７−２の信号をそれぞれ加算器１４と減算器１５にそれぞれ入力させる。上で述べた，送信開口ペア１１０用の記憶領域４０−１、４０−２から受信信号を入力させた場合，加算器１４の加算処理により、送信開口１１０Ａからの送信によって得られた受信信号（以下、復号後受信信号と呼ぶ）H_1A1（下付き数字は、チャネルの番号を示し、下付きのＡは、送信開口１１０Ａに対応する復号後受信信号であることを示し、半角の1は、１番目に得られた復号後受信信号であることを示す)が得られる。減算器１５による減算処理により、送信開口１１０Ｂからの送信によって得られた復号後受信信号H_1B1（下付き数字は、チャネルの番号を示し、下付きのＢは、送信開口１１０Ｂに対応する復号後受信信号であることを示し、半角の1は、１番目に得られた復号後受信信号であることを示す)が得られる。

同様に、制御部１０６は、他のチャネル１０９_２・・・１０９_Ｐに接続されたチャネルメモリ４０についても、それぞれ復号部４１に受信信号を入力させ、送信開口１１０Ａからの復号後受信信号および送信開口１１０Ｂからの送信による復号後受信信号を演算させる。

整相加算部２２は、各チャネル信号処理部２０から出力される送信開口１１０Ａに対応する復号後受信信号H_1A1、H_2A1、H_3A1・・・にそれぞれ、所定の受信焦点に焦点を結ぶ遅延時間を与え、合算処理をさせる（受信ビームフォーミング）。これにより、復号後信号H_1A、H_2A、H_3A・・・を整相加算した受信信号Hsum_A（sumは、整相加算後であることを示し、下付きのＡは、送信開口１１０Ａに対応する受信信号であることを示す)を得る。

このとき、整相加算部２２は、パラレルビームフォーミングを行い、図１２に示したように、送信開口１１０Ａの超音波の照射領域に、送信開口１１０Ａを中心とした予め定めた広がり角でＭ本の受信走査線（beam＃１〜＃Ｍ）を設定し、それぞれの受信走査線上に予め定めた間隔でＧ個の受信焦点３１−１〜３１−Ｇを設定する。それぞれの受信焦点について、復号後受信信号H_1A1、H_2A1、H_3A1・・・の焦点を結ばせるために、受信焦点の位置に応じた遅延カーブ３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ等に対応する遅延時間を設定し、整相加算後の受信信号Hsum_Aを得る。すなわち、整相加算部２２は、送信開口１１０Ａに対応する復号後受信信号H_1A1、H_2A1、H_3A1・・・から、Ｇ×Ｍ個の受信焦点についての整相加算後の受信信号Hsum_Aをそれぞれ得る。これにより、図１２の複数の受信走査線が配置された扇形領域３５−１１０Ａの受信焦点の遅延整相データを生成することができる。すなわち、送信開口１１０Ａについての復号後受信信号によって，扇形領域３５−１１０Ａの像（すなわち、受信焦点の集合）が生成される。

なお、受信走査線の本数は、送信開口１１０Ａの送信ビームの中心軸を超音波中心として２〜８本程度形成することも可能であるし、送信開口１１０Ａの指向角３０（例えば９０°）内に、３２本，６４本，１２８本等の多数の受信走査線を並列に生成することも可能である。

図１２では、遅延時間のカーブ３２ａ，３２ｂ、３４ａ、３４ｂが送信開口１１０Ａの中心を時刻ゼロとする遅延法で求められている例を示しているが、送信焦点位置を時刻ゼロとする遅延法（仮想音源法）を用いることももちろん可能である。

受信ビームの集合体の形状は、扇型形状であっても、探触子１０８におけるチャネル１０９の表層面の法線ベクトル方向にビーム方向を選んだような受信ビーム形状であっても良い。また、送信する送信ビームの範囲内を網羅するような任意の複数ビームの集合体であってもよい。また、図１２において，探触子１０８は直線上に配置されたリニア型の形状であるが、素子配置が湾曲したコンベックス形状であってもよい。また、送信ビームの走査方式がセクタ型であっても良い。

同様に、整相加算部２２は、各チャネル信号処理部２０から出力される送信開口１１０Ｂからの送信に対応する復号後信号H_1Ｂ、H_2Ｂ、H_3Ｂ・・・を整相加算した受信信号Hsum_Bを得る。このとき、整相加算部２２は、パラレルビームフォーミングを行い、送信開口１１０Ｂの超音波の照射領域に、送信開口１１０Ａを中心とした予め所定の広がり角でＭ本の受信走査線（beam＃１〜＃Ｍ）を設定し、それぞれの受信走査線上に予め定めた間隔でＧ個の受信焦点３１−１〜３１−Ｇを設定する。それぞれの受信焦点について、復号後受信信号H_1B1、H_2B1、H_3B1・・・の焦点を結ばせるための遅延時間３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ等を設定し、整相加算後の受信信号Hsum_Bを得る。すなわち、整相加算部２２は、送信開口１１０Ｂに対応する復号後受信信号H_1B1、H_2B1、H_3B1・・・から、Ｇ×Ｍ個の受信焦点についての整相加算後の受信信号Ｈsum_Bをそれぞれ得る。これにより、図２（ｂ）のように扇形領域３５−１１０Ｂの像が形成される。

図１０の第２の記憶部２４は、図１３のようにＧ×Ｍ個の受信焦点の整相加算後の受信信号Ｈsumを格納するための記憶領域を、送信開口ペアの送信開口ごとに備えている。整相加算部２２は、送信開口１１０Ａについて得たＧ×Ｍ個の受信焦点の整相加算後の受信信号Hsum_Aを図１３の送信開口ペア１１０用の記憶領域２４Ａに格納する。また、送信開口１１０Ｂについて得たＧ×Ｍ個の受信焦点についての整相加算後の受信信号Hsum_Bを図１３の送信開口１１０Ｂ用の記憶領域２４Ｂに格納する。

整相加算部２２は、送信開口ペア１１１〜１１３等についても同様に、各チャネル信号処理部２０から出力される一方の送信開口についての復号後受信信号H_1A1、H_2A1、H_3A1・・・から、Ｇ×Ｍ個の受信焦点についての整相加算後の受信信号Ｈsum_Aを得る。同様に、他方の送信開口について、Ｇ×Ｍ個の受信焦点についての整相加算後の受信信号Ｈsum_Bを得る。そして、第２の記憶部２４の送信開口ペア１１１〜１１３等ごとの記憶領域２４Ａ、２４Ｂに、それぞれの整相加算後の受信信号Ｈsum_A、Ｈsum_Bを格納する。

送信開口ペア１１１〜１１３は、超音波探触子１０８のそれぞれ少しずつずれた位置にあるため、その照射領域は、図２（ａ）のように、異なる送信開口ペア１１０〜１１３同士で一部重なり、図２（ｂ）に示した扇形領域３５（受信焦点の集合）も、異なる送信開口ペア１１０〜１１３同士で一部重なっている。そのため、ある送信開口ペア１１０の扇形領域３５−１１０Ａ，Ｂの受信焦点の一部は、隣接する送信開口ペア１１１等の扇形領域３５−１１１Ａ，Ｂの受信焦点と一致している。開口合成部２５は、同一位置の受信焦点（例えば、図３の５２−１と５２−２）の整相加算後の受信信号Hsumを、第２の記憶部２４のすべての記憶領域２４Ａ，２４Ｂの中から選択して読み出し、加算（合成）する。

本実施形態では、複数の送信開口ペア１１１〜１１３の送信時の空間符号化の符号を交互に反転させているため、撮像対象１２０の体動に起因して復号後受信信号に含まれる不要信号の位相は、送信開口ペアごとに反転している。よって、整相加算後の受信信号を異なる送信開口ペア間で開口合成部２５が合成することにより、図３に示したように、撮像対象１２０の体動に起因して復号後受信信号に含まれる不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂを打消し合わせて低減することができ、体動に起因するアーチファクトを抑制できる。

本実施形態の超音波撮像装置１００は、複数の送信開口ペア１１０〜１１３等により二巡以上の送信（スキャン）を行って、連続して撮像対象１２０の画像を出力することができる。この動作を、図１４〜図１６を用いて以下説明する。

以下の説明においては、４組の送信開口ペア１１０〜１１３を用いて順番に送信を行う。送信開口ペアからの送信を送信走査線と呼び、送信開口ペア１１０、１１１、１１２、１１３の送信をそれぞれ、送信走査線ｋ＝１、２、３、４と呼ぶ。また、送信開口ペアの２つの送信開口から同位相の信号をそれぞれ送信する式（１）の行ベクトル[１ １]の空間符号化を第一空間符号化と、互いに逆位相の信号をそれぞれ送信する行ベクトル[１ −１]の空間符号化を第二空間符号化と呼ぶ。さらに、送信開口ペア１１０〜１１３から順に送信することをスキャンと呼び、ｎ巡目の送信（第ｎスキャン）をスキャン番号ｎと呼ぶ。

制御部１０６は、図１４のフローに示すように、一巡目の送信（スキャンｎ＝１）（ステップ１４１〜１４８）で、各送信開口ペア１１０〜１１３について順に送信を行う。このとき、送信開口ペアごとに交互に空間符号化の符号を反転させる。

具体的には、まず、制御部１０６は、送信走査線ｋ＝１（送信開口ペア１１０）を選択し（ステップ１４２）、スキャン番号ｎが奇数かどうか判定する（ステップ１４３）。スキャン番号ｎは１（一巡目の送信）であるので奇数であり、ステップ１４４に進み。そして、送信走査線ｋ（＝１）が奇数かどうか判定し（ステップ１４４）、送信走査線ｋ＝１は奇数であるので、第一空間符号化による送信を送信開口ペア１１０に行わせる（ステップ１４５）（図１５のｋ＝１参照）。制御部１０６は、チャネル１０９ごとに得られた受信信号を、チャネル１０９ごとに接続された図１１のチャネルメモリ４０の送信開口ペア１１０用の記憶領域４０−１に格納する（ステップ１４６）。

つぎに、制御部１０６は、送信走査線番号ｋをｋ＝２にインクリメントし（ステップ１５６）、ステップ１４２に戻って、送信走査線ｋ＝２の送信開口ペア１１１を選択し、ｋ＝２が偶数であるので（ステップ１４４）、第二空間符号化による送信を送信開口ペア１１１に行わせる（ステップ１４７）（図１５のｋ＝２参照）。制御部１０６は、チャネル１０９ごとに得られた受信信号を、チャネル１０９ごとに接続された図１１のチャネルメモリ４０の送信開口ペア１１１用の記憶領域４０−１に格納する（ステップ１４８）。

同様に、送信走査線ｋ＝３（送信開口ペア１１２）については、第一空間符号化した送信を行い、ｋ＝４（送信開口ペア１１３）については、第二空間符号化した送信を行い、それぞれ送信開口ペア１１２，１１３用の記憶領域４０−１に格納する。

以上により、ステップ１５５のｋ＝K（K＝４）に到達し、スキャン番号ｎ＝１（一巡目の送信）が終了する（ステップ１５５）。これにより、すべての送信開口ペア１１０〜１１３用の記憶領域４０−１に受信信号が格納された状態となる。しかし、スキャン番号ｎ＝１では、まだ記憶領域４０−２に受信信号が格納されていないので、復号処理はできない。よって、スキャン番号ｎ＝２にインクリメントし（ステップ１５８）、ステップ１４２に戻る。

スキャン番号ｎ＝２（二巡目の送信）は、ｎ＝１とは空間符号化の符号を入れ替えて行う。具体的には、制御部１０６は、ステップ１４３、１４９でｎが偶数であるのでステップ１５０に進み、送信走査線ｋが奇数（ｋ＝１，３）の送信開口ペア１１１，１１３については、第二空間符号化した送信を行う（ステップ１５１）（図１５のスキャン番号ｎ＝２の送信走査線ｋ＝1、3を参照）。制御部１０６は、チャネル１０９ごとに得られた受信信号を、チャネル１０９ごとに接続された図１１のチャネルメモリ４０の送信開口ペア１１０、１１２用の記憶領域４０−２に格納する（ステップ１５２）。また、制御部１０６は、送信走査線ｋが偶数（ｋ＝２，４）の送信開口ペア１１０，１１２については、第一空間符号化した送信を行う（ステップ１５３）（図１５のスキャン番号ｎ＝２の送信走査線ｋ＝2、4を参照）。制御部１０６は、チャネル１０９ごとに得られた受信信号を、チャネル１０９ごとに接続された図１１のチャネルメモリ４０の送信開口ペア１１１、１１３用の記憶領域４０−２に格納する（ステップ１５４）。

以上により、スキャン番号ｎ＝２におけるステップ１５５のｋ＝K（K＝４）に到達し、スキャン番号ｎ＝２（二巡目の送信）が終了する。すべての送信開口ペア１１０〜１１３用の記憶領域４０−２に受信信号が格納された状態となる。これにより、すべての送信開口ペア１１０〜１１３の記憶領域４０−１、および４０−２に受信信号が格納されたので、復号処理が可能になる。よって、ステップ１５７でステップ１５９に進み、復号化処理を行う。

制御部１０６は、ステップ１５９において、送信開口ペア１１０を選択し、送信開口ペア１１０用の記憶領域４０−１，４０−２に格納されている受信信号を、復号部４１に受け渡させる。復号部４１は、復号後受信信号H_A,H_Bを生成する（ステップ１６０、１６１）。さらに復号後受信信号H_A,H_Bを、それぞれパラレルビームフォーミングにより整相加算部２２で整相加算させる（ステップ１６２）。これにより、２つの送信開口について、それぞれ図２（ｂ）および図１６（ａ）のように、扇形領域３５−１１０Ａ，３５−１１０Ｂを設定し、予め定めたＭ本の受信走査線（beam＃１〜＃Ｍ）上のそれぞれＧ個の受信焦点３１−１〜３１−Ｇについて、整相加算後の受信信号H_sumA,H_sumBを得る。制御部１０６は、得られた扇形領域３５−１１０Ａ、３５−１１０Ｂの整相加算後受信信号H_sumA,H_sumBを、図１３の第２の記憶部２４の送信開口ペア１１０用の記憶領域２４Ａ，２４Ｂに格納する（ステップ１６３）。

上記ステップ１５９〜１６３をすべての送信開口ペア１１１〜１１３について、それぞれ扇形領域のＧ×Ｍ個の受信焦点の整相加算後受信信号H_sumA,H_sumBを得て、各送信開口ペア１１１〜１１３用の記憶領域２４Ａ，２４Ｂに格納するまで繰り返す（ステップ１６４）。

制御部１０６は、予め定めておいた複数の位置Ｍのうちの一つの位置について、その位置と同じ座標の受信焦点の整相加算後受信信号を、図１６（ｂ）のように、すべての送信開口ペア１１０〜１１３用の記憶領域２４Ａ，２４Ｂから読み出す（ステップ１６５）。開口合成部２５は、図２（ｃ）および図１６（ｃ）のように、読み出された同じ座標の複数の整相加算後受信信号を加算することにより合成し、図１３の記憶部３４に格納する（ステップ１６７、１６８）。上記ステップ１６５〜１６８を、すべての位置Ｍについて完了するまで繰り返す（ステップ１６９）。すべての位置Ｍについて、合成が終了したならば、画像処理部１０７は、記憶部３４に格納された合成後の整相加算後受信信号を、位置ごとに並べることにより画像を構築する（ステップ１７０）。構築した画像は、表示部１２２に表示される。

その後、制御部１０６は、ステップ１５８に戻って、スキャン番号ｎをインクリメントし、スキャン番号ｎ＝３（三巡目の送信）を行う。制御部１０６は、三巡目の送信では、ステップ１４６，１４８において、受信信号を記憶領域４０−１、４０−２に格納する。よって、ステップ１５７において、ステップ１５９〜１７０に進むことにより、記憶領域４０−１に格納されたスキャン番号ｎ＝３（三巡目の送信）で得られた受信信号と、記憶領域４０−２に格納されたスキャン番号ｎ＝２（二巡目の送信）で得られた受信信号を用いて復号化処理を行って復号化後受信信号を得て、画像を構築することができる。これにより、スキャン番号ｎ＝２以降は、スキャンごとに撮像対象１２０の画像を構築して順次表示することができる。

このように、ステップ１６５〜１６９において、同一の位置の整相加算後受信信号を合成することにより、空間符号化の符号の異なる複数の送信で得た整相加算後受信信号を加算することができる。よって、撮像対象１２０の体動等に起因する不要信号１８−１ｂ、１８−２ｂを打消し合わせて抑制することができ、ステップ１７０で構築される画像は、アーチファクトが抑制されている。

なお、図１４のステップ１４１〜１５７では、制御部１０６は、スキャン番号ｎが奇数回のときに、送信走査線ｋが奇数で第一空間符号化の送信を、偶数のときに第二空間符号化の送信を行わせ、スキャン番号ｎが偶数のときは、送信走査線ｋが偶数で第一空間符号化の送信を、偶数のときに第二空間符号化の送信を行わせる構成であったが、第一空間符号化と第二空間符号化を入れ替えることも可能である。

また、送信開口ペア１１０〜１１３ごとの扇形領域３５の重なり具合は、受信焦点の位置によって異なる。このため、ステップ１６５において選択される整相加算後受信信号の数は、受信焦点の位置によって異なるが、異なったまま合成しても構わない。また、本来受信すべき信号１８−１ａ、１８−２ａ等の強度を、合成される整相加算後受信信号の数に応じて補正する処理を行うことも可能である。

ここで，ステップ１６７で整相加算後受信信号を合成することで、不要信号が抑制される原理を数式を用いてさらに説明する。図１５のスキャン番号ｎ＝２の送信走査線番号k=1の時点（送信番号K+1とする）で得られた受信信号（エコー）が，スキャン番号ｎ＝１の送信走査線番号k=1の送信（送信番号１とする）に対して出現時間がΔTシフトしているとする。この場合，スキャン番号ｎ＝２のときに、ステップ１６１における復号処理（加算処理）で、送信開口１１０Ａについて得られる信号H1は、上述の式（３）で表す通りである。この信号が，図３の受信焦点５２−１における信号とする。

一方、送信開口１１１Ａの受信焦点５２−２の信号は，スキャン番号ｎ＝１の送信走査線番号k=2の時点での送信（送信番号2とする）と，スキャン番号ｎ＝１の送信走査線番号k=2の時点での送信（送信番号K+2とする）の送信で得られた受信信号（エコー）によって生成される。このため、スキャンを繰り返している間，体動が一様であれば，送信番号1と送信番号2の送信の間に生じる体動による時間シフトは，単純にΔτ＝ΔT/Kと表される。また，送信番号2と，送信番号K+2の送信による受信信号は，互いに出現時間がΔTシフトしている。したがって，送信番号2と送信番号K+2の送信におけるエコーによる復号処理（加算処理）で、送信開口１１１Ａについて得られる信号H2は，上述の式（４）を用いて、下式（８）のように表すことができる。この信号が、図３の受信焦点５２−２の信号に相当する。

Ｋは、送信走査線（送信開口ペア）の数であり、一般的な探触子１０８の大きさを考慮すると、超音波診断装置の送信走査線（送信開口ペア）の数は、１００本以上になる。したがって，ΔτはΔTに対して十分小さく，ほとんど０に近いと見なすことができる。このため，式（８）で表される受信焦点５２−２の信号H2は，式（４）で表される信号H1^-とほとんど等価となる。受信焦点５２−１と焦点５２−２の信号を，開口合成処理によって加算すると、式（３）と式（４）の第二項目に当たる不要信号が互いに打ち消し合い，アーチファクトを抑圧した画像を生成することができる。

なお、図１５に示した例では、制御部１０６が、送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａを探触子１０８の端部に設定し、送信開口１１０Ｂを探触子１０８の中央に設定し、他の送信開口ペアの送信開口が順次、隣合うように設定している。この場合、送信走査線ｋ＝Ｋの送信開口ペアのＡ側の送信開口（送信走査線＃ａＫ）は、送信開口１１０Ｂ（送信走査線＃ｂ１）と隣り合う。隣り合う送信開口から送信される超音波の空間符号化の符号は、異なっている方が、不要信号をより低減することができる。

なお、本実施形態は、図１５の送信開口ペア（送信走査線）の配置に限定されるものではない。図１５の配置の場合、上述したように走査線#aKと走査線#b1は隣り合い、隣り合う位置は、探触子１０８の中央部である。上述したように、ｋ＝１とｋ＝Ｋの送信による受信信号の時間差ΔＴは、上述するΔτよりも大きく、開口合成を行っても不要信号の打ち消し残りは、他の送信走査線の組み合わせよりも大きくなる可能性がある。そのため、走査線#aKと走査線#b1が隣り合う位置が、探触子１０８の中央部にあると、画像の中心付近に、打消し残りの不要信号のアーチファクトが出現する可能性がある。そこで、画像中心におけるアーチファクトを避けるため，送信開口ペア（送信走査線）の配置を、次のような構成にしてもよい。

例えば，図１７のように、送信走査線が連続して送信される領域を探触子１０８の中心に位置した構成とする。具体的には、ｋ＝１の送信開口１１０Ａの位置は、探触子１０８の端部からではなく，端部からずれた位置にする。具体的には、図１７のように探触子１０８の長さの１／４程度ずれた位置にｋ＝１の送信開口１１０Ａを配置すると、探触子１１０の中央領域では、隣り合う走査線の番号を連続させることができる。また図２８に示すような，送信走査線の配置にしてもよい。

また、本実施形態では、復号処理に用いる２つの受信信号が得られる送信開口の位置が同位置であれば、送信走査線は、探触子１０８に沿って順番にならんでいなくてもよい。すなわち送信開口Ａと送信開口Ｂの送信領域の位置が、各スキャンにおいて同じであれば，送信走査線の探触子１０８上の位置は、並んでいなくてもよい。したがって，図１８に示すように、ランダムに送信走査線を設定する構成にしてもよい。

これらの送信走査線（送信開口ペア）の探触子１０８上での配置のパターンは，制御部１０６が，撮像条件にしたがって適切に選ぶ構成にしてもよいし，ユーザが選ぶことができる構成にしてもよい。例えば、図１９に示すように、送信走査線の配置のパターンを複数種類格納した格納部１２４を、超音波撮像装置１００内に配置し、制御部１０６が適切なパターンを選択するか、もしくは、ＵＩ１２１を介して、ユーザからの選択を受け付ける。これは，図１４のフローチャートのステップ１４２で行われる。制御部１０６は，選択したパターンにしたがって，送信部１０２と受信部１０５の動作を制御する。

なお、本実施形態の超音波撮像装置は、図１０に示したように、復号部４１の後に整相加算部２２を配置しており、復号処理後に整相加算処理を行う構成であったが、整相加算処理を復号処理の前に行ってもよい。その場合，復号部４１を整相加算部２２の後に配置すればよいため、復号部４１を受信チャネル１０９ごとに配置する必要がなく、受信部１０５の回路規模を小さくすることができる。なお、復号部４１は、復号処理のため、各チャネルが受信した送信ごとの受信信号を２回用いる必要がある。そのため、第１の記憶部（チャネルメモリ）４０から整相加算部２２が2回づつ読みだして整相処理後、復号部４１に受け渡す構成にすることが可能である。もしくは，図２０に示すように，第１の記憶部４０の代わりに、チャネル１０９ごとに複製器２１を配置し、１回の送信事象で得られた各チャネルの受信信号を、複製器２１によって２つの複製された信号R₁1、R₁1’(下付きの数字はチャネルの番号を示し，ダッシュは2回目の読み出し（もしくは複製後）の信号であることを示し，1は、一巡目の送信（第一送信）で得た受信信号であることを示す)を出力するように構成することも可能である。整相加算部は、２つの信号R₁1、R₁1’をそれぞれ別々に整相加算処理する。また、整相加算部２２の後には、ビームメモリ２３を配置し、その後段に復号部４１を配置する。

複製器２１が生成した2つの同一の受信信号受信信号R₁1、R₁1’は，整相加算処理部２２へ受け渡される。制御部１０６は、整相加算処理部２２に各チャネルの受信信号R₁1に送信開口Ａからの送信ビーム軸上の領域の各点に焦点を結ぶ遅延時間を与えてR_sumA1を得，ビームメモリ２３の記憶領域２３Ａ−１に保存する。同様に，制御部１０６は、整相加算処理部２２に各チャネルの受信信号R₁1’に開口Ｂからの送信ビーム軸上の領域の各点に焦点を結ぶ遅延時間を与えてR_sumB1を得,ビームメモリ２３の記憶領域２３Ｂ−１に保存する。

二巡目の送信（第二送信）においても，制御部１０６は、同様にしてR_sumA2とR_sumB2を得，ビームメモリ２３の記憶領域２３Ａ−２および２３Ｂ−２にそれぞれ保存する。

制御部１０６は記憶領域２３Ａ−１，２３Ａ−２から受信信号R_sumA1とR_sumA2を読み出し，復号部４１の加算器１４に入力させる。加算器１４の加算処理により送信開口１１０Ａからの送信による整相後復号化受信信号H_sumA（sumは、整相加算後であることを示し、下付きのＡは、送信開口１１０Ａに対応する整相後復号化受信信号であることを示す)が得られる。また，制御部１０６は、記憶領域２３Ｂ−１，２３Ｂ−２から受信信号R_sumB1とR_sumB2を読み出し，復号部４１の減算器１５に入力させる。減算器１５の減算処理により送信開口１１０Ｂからの送信による整相後復号化受信信号H_sumB（sumは、整相加算後であることを示し、下付きのＢは、送信開口１１０Ｂに対応する整相後復号化受信信号であることを示す)が得られる。

この整相加算後の受信信号H_sumAおよびH_sumBはそれぞれ送信開口１１０Ａ、１１０Ｂに対応する扇形領域３５内のある受信焦点のデータである。
＜第三実施形態＞
第三実施形態の超音波撮像装置について、図２１〜図２５を用いて説明する。

第三実施形態は、第二実施形態と同様の構成であるが、開口合成部２５が、同一の受信焦点についての複数の整相後受信信号を重み付けした後加算する点で第二実施形態とは異なる。具体的には、開口合成部２５は、同一の受信焦点についての複数の受信信号の重みを、複数の受信信号が得られた時間のばらつきの中心に近い受信信号ほど重く設定する。

図２１に示すように，各送信走査線（ｋ＝１〜Ｋ）で得られた同一の受信焦点５２−１〜５２−Ｋについての整相加算後受信信号１８−１〜１８−Ｋは、本来の受信信号１８−１ａ〜１８−Ｋａは互いに同位相であり，不要信号１８−１ｂ〜１８−Ｋｂは交互に反転した位相となる。

第三実施形態では，図２１のように、開口合成部２５内に重み付け部３２を配置する。重み付け部３２は、受信信号１８−１〜１８−Ｋの振幅に重み付けを行い，その後，加算する。重み付け部３２−１，３２−２・・・３２−Ｋは、時系列に生成された受信信号１８−１〜１８−Ｋのうち、時系列の中心時間に近いものほど大きく重み付けすることが望ましい。これにより、図２１のように本来の受信信号１１９ａをより強め、不要信号１１９ｂをより抑制した開口合成後の画像を得ることができる。

図２２を用いて具体的な構成を説明する。本実施形態は、第二実施形態の超音波診断装置１００内に図２２のように，重みテーブル格納部８６を配置する。制御部１０６は、各受信焦点における受信信号１８−１〜１８−Ｋ（H_sumA（m,σ,k)）に対する重みデータ（ｗ（m,σ,k)）を，重みテーブル格納部８６から読み出し，重み付け部３２−１，３２−２・・・３２−Ｋに設置する（図２３（ａ），（ｂ））。ただし、ｍは、受信走査線の番号、σは、受信走査線における受信焦点の番号、ｋは、送信走査線の番号を示す。重み付け部３２−１，３２−２・・・３２−Ｋは、受信信号１８−１〜１８−Ｋにそれぞれ重みデータ（ｗ（m,σ,k)）を乗算する。その後，合成部２５は、重み付けされた受信信号を合成する（図２３（ｃ））。他の構成は、第二実施形態の超音波撮像装置と同様な構成である。

第三実施形態についてさらに説明する。復号部４１が、時系列に生成する受信焦点５２についての整相加算後受信信号１８−１〜１８−Ｋに含まれる、本来の受信信号１８−１ａ〜１８−Ｋａは、図２１に示すように、常に同位相の波形である。これらの受信信号は、図２４（ａ）のように撮像対象１２０の動きによって少しずつ時間方向にシフトした状態である。そのため、図２４（ａ）のように単純にこれらの受信信号を加算した開口合成後のデータよりも、図２４（ｂ）のように、信号出現時間（受信時間）の中心（時系列の中心）に近いものほど重みづけを大きくしてから開口合成部２５で開口合成した後のデータの方が、信号の時間軸方向の広がりが小さくなり、空間分解能が向上する。

一方、復号部４１が、時系列に生成する受信焦点５２についての整相加算後受信信号１８−１〜１８−Ｋに含まれる不要信号１８−１ｂ〜１８−Ｋｂは、交互に逆位相の波形となる。これらの信号も少しずつ時間シフトした状態であるため、すべての信号を加算するより、時間シフトが小さい信号同士（不要信号１８−１ｂと１８−２ｂ、不要信号１８−２ｂと１８−３ｂ）をそれぞれ加算して不要信号を最小限にしてから、加算結果同士を加算した方が、全体の不要信号成分を抑圧させることができる。これは、時系列な遅延整相データの時系列の中心に近い信号ほど重みづけを大きくして加算することと等価である。

このように、時系列の中心時間に近い復号化復号後受信信号ほど大きく重み付けすることにより、合成後の本来の受信信号１１９ａの時間軸方向の広がりを抑えて空間分解能を向上させ、かつ、不要信号１１９ｂをより抑制することができる。

受信信号に重みづけを行って加算を行う具体的な方法としては、ガウシアンフィルタを使った高画質化画像処理の方法と同様の方法を用いることができる。例えば，同じ受信焦点５２についての３つの整相加算後受信信号を開口合成する場合に、各信号に対して重み付け係数α、β、γを乗算してから加算する。時系列の中心となる信号に乗算するβは、その前後の信号に乗算するするα、γよりも大きい値に設定する。たとえば、ガウシアン関数の中心の最大振幅値をβに用い、その前後の任意の２点に相当する値をα、γに用いる。また、ガウシアン関数の他に、二項分布に基づいた二項係数値[１ ２ １]の要素をα、β、γの重み付け係数にそれぞれ割り当ててもよい。

このとき、送信を行う送信走査線の順番が図１５のように、探触子１０８の端から順番に配置されている場合，重み付けの方法は，１つの走査線における受信信号に対して，受信走査線の位置に沿って重み付けを行うことと同等である。例えば，図２５（ａ）に示すように，１つの送信走査線について受信走査線を９本設定する場合は，それぞれの受信走査線に１から７０の2項係数による重み付けを行う。各送信走査線の受信焦点５２について，重み係数を見ると，図２５（ｂ）に示すように，受信焦点５２の位置は，送信走査線の番号が大きくなるほど内側の受信走査線に移動する。このため，受信焦点５２について開口合成される受信信号を、中心近い受信走査線の受信信号ほど振幅が大きくなる重み付けがされる。

したがって，図２５（ｂ）に示すように，第二の記憶部２４に記憶されたすべての整相後受信信号に対し、受信走査線の番号が中心に近い受信信号ほど大きい重み付けを行う重み付け部２５０を合成部２５に配置すればよい（図２６参照）。

なお、図２５（ｂ）では，送信走査線の間隔が、受信ビームの間隔とちょうど等しくなる場合を例に記載している。

なお、上述の実施形態では、図１４のフローチャートを用いて超音波撮像装置の動作を説明したが、制御部１０６は、ＣＰＵが予め定めたプログラムを読み込んで実行することにより図１４の動作を実現させるソフトウエア構造であってもよいし、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等のハードウエア回路や、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルハードウエア回路の動作によって実現するハードウエア構造であってもよい。また、開口合成部２５の動作についても同様であり、ソフトウエアによって実現される構造であっても、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウエア回路によって動作を実現する構造であってもよい。送信部１０２や受信部１０５についても同様である。

２５…開口合成部、４１…復号部、５２…受信焦点、１００…超音波撮像装置、１０１…双樹切り替え部、１０２…送信部、１０５…受信部、１０６…制御部、１０７…画像処理部、１０８…超音波探触子、１０９…受信領域、１１０、１１１…送信開口グループ（送信開口ペア）、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂ…送信開口、１２０…撮像対象、１２１…ユーザインタフェース（ＵＩ）、１２２…表示部

Claims (13)

1. それぞれ２以上の送信開口を含む、複数の送信開口グループと、１以上の受信領域とを有する超音波探触子と、
   前記送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から同時に、空間符号化した超音波を送信させる動作を、前記送信開口グループごとに順番に一巡以上行わせる送信部と、
   前記撮像対象からの前記超音波のエコーを受信した前記受信領域の出力に対して、復号処理と整相処理を施して、前記撮像対象の所望の位置の受信焦点についての受信信号を得る受信部と、
   開口合成部とを有し、
   前記送信部は、複数の前記送信開口グループのうち一部の送信開口グループが送信する超音波の前記空間符号化の符号を、他の送信開口グループが送信する超音波の前記空間符号化の符号に対して反転させ、
   前記開口合成部は、複数の前記送信開口グループのうち１の送信開口グループの送信した超音波で生じた前記エコーから前記受信部が得た前記所望の位置の受信焦点についての受信信号と、別の送信開口グループの送信した超音波で生じた前記エコーから前記受信部が得た同一の前記受信焦点についての受信信号とを加算処理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、前記送信部は、前記送信開口グループごとに順番に超音波を送信させる際に、前記空間符号化の符号を交互に反転させることを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記送信部は、前記送信開口グループごとに順番に送信させる前記動作を、二巡以上繰り返し行わせ、二巡目の送信では、前記送信開口グループのそれぞれの空間符号化の符号を一巡目とは異なる符号にさせ、
   前記受信部は、前記受信領域の、前記送信開口グループの一巡目の送信による出力と、二巡目の送信による出力とを用いて復号処理を行うことを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記送信開口グループに含まれる２以上の送信開口は、前記超音波探触子上で離れた位置にあ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、前記超音波探触子は、複数の前記送信開口が配列された構成であり、
   前記送信部は、前記配列された前記送信開口のうち予め定めた距離にある２以上の送信開口を順番に選択して、前記送信開口グループとして超音波を送信させることを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項５に記載の超音波撮像装置において、前記送信部は、最初に送信させる前記送信開口グループの前記送信開口として、前記超音波探触子の中央部に位置する２以上の送信開口を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
7. 請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記超音波探触子は、複数の前記送信開口が配列された構成であり、
   前記送信部は、前記配列された前記送信開口のうち２以上の送信開口を、ランダムに選択して、前記送信開口グループとして超音波を送信させることを特徴とする超音波撮像装置。
8. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記開口合成部は、前記受信部が得た同一の前記受信焦点についての複数の前記受信信号を加算する際に、前記受信信号を重み付けした後加算することを特徴とする超音波撮像装置。
9. 請求項８に記載の超音波撮像装置において、前記開口合成部は、同一の前記受信焦点についての複数の前記受信信号の重みを、前記受信信号がそれぞれ得られた時刻のばらつきの中心に近い受信信号ほど重く設定することを特徴とする超音波撮像装置。
10. 請求項８に記載の超音波撮像装置において、前記受信部は、前記送信開口を中心に、予め定められた範囲に複数の受信走査線を並べて設定し、前記受信走査線の上にそれぞれ複数の前記受信焦点を設定し、
    前記開口合成部は、前記複数の受信走査線のうち中央に近い受信走査線ほど、その上に位置する前記受信焦点の前記受信信号の重みを大きく設定することを特徴とする超音波撮像装置。
11. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記超音波探触子は、前記受信領域を複数有し、
    前記受信部は、前記復号処理を行う復号部と、複数の前記受信領域の出力を整相処理後加算する整相加算部とを有し、
    前記復号部は、複数の前記受信領域ごとに配置され、前記整相加算部は、前記複数の復号部の出力する復号後の信号を整相処理後加算して、前記受信焦点についての受信信号を得ることを特徴とする超音波撮像装置。
12. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記超音波探触子は、前記受信領域を複数有し、
    前記受信部は、前記復号処理を行う復号部と、複数の前記受信領域の出力を整相処理後加算する整相加算部とを有し、
    前記復号部は、前記整相加算部の後段に配置され、前記整相処理および加算処理後の信号を復号処理することを特徴とする超音波撮像装置。
13. 請求項１２に記載の超音波撮像装置において、前記整相加算部と前記超音波探触子との間には、複数の前記受信領域ごとに複製器が配置され、複数の前記受信領域が出力した信号を複製した２つの信号をそれぞれ前記整相加算部に出力し、前記整相加算部は、２つの信号をそれぞれ別々に整相加算処理することを特徴とする超音波撮像装置。

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