WO2014109392A1 - 超音波撮像装置 - Google Patents

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WO2014109392A1
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unit
phasing
ultrasonic
steering
null angle
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貞一郎 池田
鱒沢　裕
慎太 高野
千鶴枝 石原
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日立アロカメディカル株式会社
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    • G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasound imaging technique for capturing an image in a subject using ultrasound.
  • the ultrasound imaging technique is a technique for non-invasively imaging the inside of a subject such as a human body using ultrasound (a sound wave not intended to be heard, generally a sound wave having a high frequency of 20 kHz or higher). It is.
  • a medical ultrasonic imaging apparatus will be briefly described.
  • the ultrasonic probe transmits an ultrasonic wave toward a patient's body and receives an echo signal reflected from the patient's body.
  • the received signal is subjected to signal processing in one or both of the ultrasonic probe and the ultrasonic imaging apparatus main body, and then delivered to the image display unit to display an ultrasonic image.
  • a transmission beam former is generated in a transmission beam former in the main body of the ultrasonic imaging apparatus, and is transmitted to an ultrasonic probe after passing through a transmission / reception separation circuit (T / R).
  • the ultrasonic probe transmits ultrasonic waves.
  • the ultrasonic probe receives an echo signal from the body and then transmits the signal to the imaging apparatus body.
  • the received signal passes through the transmission / reception separation circuit again, is subjected to phasing processing in the reception beamformer, and then transmitted to the image processing unit.
  • various image processes such as various filters and a scan converter are executed.
  • an ultrasonic image is displayed on the image display unit.
  • a general ultrasonic diagnostic apparatus is configured by three techniques of transmission beam forming, reception beam forming, and back-end image processing.
  • the beamformer at the time of transmission and reception performs signal processing at the RF (high frequency) level
  • the beamformer algorithm and the mounting architecture determine the basic image quality of the ultrasonic image. For this reason, the beamformer is the backbone of the apparatus.
  • the receive beamformer has a delay time in which the amount of delay is distributed in a concave shape according to the relationship between the focal position and the position of the element for each received signal (received data) of a plurality of elements constituting the ultrasonic probe. Given, after focusing on one point in the virtual space, the received signal data is added. This method is called phasing by the delay addition method. In this delay addition method, the received data received by a plurality of elements of the ultrasonic diagnostic apparatus is multiplied by a fixed weight vector stored in the diagnostic apparatus, and weighted before addition. The same applies to the transmission beamformer as well as the reception beamformer.
  • the azimuth direction resolution improvement technology that applied adaptive signal processing technology such as the MVDR method (Minimum Variance Distortionless Response; Capon method) developed in the field of mobile communications in recent years to the beamformer of received data.
  • MVDR method Minimum Variance Distortionless Response; Capon method
  • These adaptive methods are realized by adaptively changing the complex component of the weight vector for delay addition based on the correlation matrix of the received data. That is, conventionally, the weight vector has been a fixed value, but in the adaptive method, a weight vector is obtained by calculation using the received signal for each sampling point in the time direction of the received signal, and this is multiplied by the received signal.
  • Patent Document 1 describes a delayed addition beamformer technique that uses a fixed null direction.
  • a first reception signal is generated by directing a main lobe in a predetermined direction of an object for which information is to be acquired, and a null direction is set in the predetermined direction.
  • a second received signal is generated. Since the second received signal is an artifact (noise) signal that hardly contains information in a predetermined direction of the object, a useful signal component in the ultrasound image is obtained by subtracting the second received signal from the first received signal. The artifacts can be reduced from the first received signal while suppressing the omission (particularly, paragraph 0060 of Patent Document 1).
  • the transmitted ultrasonic signal is reflected at the focal point and scattered around the focal point. For this reason, information on the target object is also present around the focus. Since the adaptive beamformer has a sharp directivity, there is a problem that an ultrasonic signal existing around the focal point cannot be acquired, and the image quality of the ultrasonic image is deteriorated.
  • the reflected wave from the medium around the focus is mixed into the received sound wave due to this wavefront distortion.
  • the reflected wave from the surrounding medium is a noise signal (correlation noise) that has a correlation with the signal from the focal point, and is difficult to remove by a normal noise reduction technique. Due to this correlation noise, the image quality of the ultrasonic image is degraded.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic imaging apparatus that can compensate for image quality degradation caused by inhomogeneity of a subject medium.
  • the reception beamformer of the ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes a phasing synthesis unit that synthesizes the signals received by the ultrasonic element array after phasing processing in two or more steering directions, and two or more phasing synthesis units. And a steering direction instruction unit for instructing the steering direction.
  • the two or more steering directions include at least two directions other than the direction of the reception focal point.
  • the correlation noise can be reduced by synthesizing signals obtained by phasing processing in two or more steering directions including two directions other than the reception in-focus direction. Therefore, it is possible to realize compensation for image quality degradation of an ultrasonic image due to correlation noise caused by wavefront distortion and an improvement in S / N ratio.
  • Explanatory drawing which shows the steering direction of 1st Embodiment.
  • (A) A perspective view showing a schematic structure of an ultrasonic imaging device of a 1st embodiment, and
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 2nd Embodiment. 6 is a flowchart showing the operation of the reception beamformer of FIG.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 3rd Embodiment.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 4th Embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the reception beamformer of FIG.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 5th Embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of the reception beamformer in FIG. 10.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 6th Embodiment.
  • the block diagram which shows the detailed structure of the phasing process part 204 of FIG.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 7th Embodiment.
  • the block diagram which shows the structure of the receiving beam former of 8th Embodiment.
  • the block diagram which shows the partial structure of the receiving beam former of 9th Embodiment.
  • the perspective view of the console and image display part of another specific example of the ultrasonic imaging apparatus of this embodiment The figure (two-dimensional plot) which shows the result of the null angle detection in the delay addition process by this invention.
  • the figure (line profile) which shows the result of null angle detection in the delay addition processing by the present invention.
  • the figure (two-dimensional plot) which shows the result of the null angle detection by the adaptive beam former by this invention.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic element array 101 in which a plurality of ultrasonic elements (ultrasonic transducers) 105 are arranged along a predetermined direction, and an ultrasonic element array.
  • 101 includes a reception beamformer 108 for phasing a signal received and an image processing unit 109 for generating image data using a phasing output output from the reception beamformer 108.
  • the reception beamformer 108 includes a phasing synthesis unit 113 and a steering direction instruction unit 112.
  • the phasing synthesis unit 113 performs a process of synthesizing the signals received by the ultrasonic element array 101 after phasing the two or more steering directions.
  • the steering direction instruction unit 112 instructs the phasing synthesis unit 113 to select two or more steering directions.
  • the two or more steering directions indicated by the steering direction instruction unit 112 include ultrasonic waves in at least two directions other than the direction 20 of the reception focal point 10 (in FIG. 2) (two directions forming predetermined angles [theta] L and [theta] R respectively) on the left and right along the arrangement direction of the element array 106.
  • the steering direction referred to here is a direction that faces an imaging target (subject) around a predetermined ultrasonic element 105, the arrangement direction (that is, the longitudinal direction) of the ultrasonic elements 105 of the ultrasonic element array 101, and the ultrasonic direction.
  • This is the in-plane direction including the normal line of the ultrasonic transmission / reception surface of the acoustic wave element 105.
  • the two directions 21 and 22 are directions other than the direction 20 of the reception focal point 10, it is possible to obtain a certain effect of compensating for image quality degradation due to the inhomogeneity of the subject medium.
  • the null angle ⁇ null is an angle at which the received signal shows zero or a minimum value.
  • the direction of the reception focal point 10 may or may not be included in the two or more steering directions.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) The overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus will be further described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • 4A is a perspective view of the apparatus
  • FIG. 4B is a block diagram showing a schematic configuration inside.
  • the ultrasonic imaging apparatus includes an ultrasonic probe 106, an apparatus main body 102, an image display unit 103, and a console 110.
  • a transmission beam former 104 As shown in FIG. 1B, a transmission beam former 104, a transmission / reception separation circuit (T / R) 107, a reception beam former 108, an image processing unit 109, and operations thereof are controlled.
  • a control unit 111 is arranged.
  • the reception beamformer 108 and the image processing unit 109 have the configuration shown in FIG.
  • the ultrasonic probe 106 includes the ultrasonic element array 101 shown in FIG.
  • the transmission beamformer 104 generates a transmission beam signal.
  • the transmission beam signal is transferred to the ultrasonic probe 106 via the transmission / reception separation circuit 107.
  • the ultrasonic probe 106 transmits ultrasonic waves from the ultrasonic elements 105 of the ultrasonic element array 101 toward the inside of the subject 100.
  • the echo signal reflected in the body is received by the ultrasonic element array 101 of the ultrasonic probe 106.
  • the received signal is subjected to phasing calculation processing and the like in the reception beam former 108 again through the transmission / reception separation circuit 107.
  • the reception beamformer 108 includes the phasing synthesis unit 113 and the steering direction instruction unit 112 as described above.
  • the steering direction instruction unit 112 instructs two or more steering directions to the phasing synthesis unit 113. In two or more steering directions, as shown in FIG. 2, an angle larger than a predetermined 0 ° along the arrangement direction of the ultrasonic element array 106 of the reception focal point 10 with respect to the direction 20 of the reception focal point 10. At least two directions 21 and 22 forming ⁇ L and ⁇ R are included. A direction 20 of the reception focal point 10 may be further included. It is further desirable that the predetermined angles ⁇ L and ⁇ R are in the direction of the left and right null angles ⁇ null of the ultrasonic element array of FIG.
  • two steering directions are directions of the reception focal point 10. May be set in any direction.
  • the ultrasonic transducer is a two-dimensional array, there is no concept of left and right, and any two or more directions other than the reception focal point may be set.
  • the phasing synthesis unit 113 includes a phasing processing unit 204 and a synthesis unit 206.
  • the phasing processing unit 204 phasing the received signals output from the plurality of ultrasonic elements 105 of the ultrasonic element array 101 with respect to the point 11 in the steering direction 21, and then adds the received signals.
  • the phasing addition is similarly performed for the point 22 in the steering direction 22.
  • the phasing addition is performed in the same manner when there are other steering directions.
  • the phasing processing of the phasing processing unit 204 may be any processing method, and for example, delay addition processing or adaptive phasing processing can be used.
  • the synthesizing unit 206 receives the respective phasing addition results for the plurality of steering directions 21, 22, etc. from the phasing processing unit 204, synthesizes them by the addition processing or the like, and outputs a phasing signal y (n).
  • the output (phasing signal y (n)) of the synthesizing unit 206 is transferred to the image processing unit 109, and various image processing such as various filters and a scan converter is executed to generate an ultrasonic image.
  • the ultrasonic image is transferred to the image display unit 103 and displayed.
  • the signals subjected to the phasing processing in the two directions 21 and 22 forming the predetermined angles ⁇ L and ⁇ R along the arrangement direction of the ultrasonic element array 106 with respect to the direction 20 of the reception focal point 10 are obtained.
  • a phasing signal y (n) in which noise indicating correlation (correlation noise Nc) is reduced with respect to the signal S from the reception focal point 10 (reception point, reception focal point) is obtained. . Therefore, the phasing signal y (n) having a large S / N ratio can be obtained, and the image quality of the ultrasonic image can be improved.
  • the transmitted ultrasonic signal is reflected at the reception focal point 10 and scattered at points around the focal point, so that information on the object at the reception focal point 10 is around the reception focal point 10. Also exists. Further, due to the inhomogeneity of the subject medium, wavefront distortion due to non-uniform sound speed or the like occurs, and the wavefront distortion causes a reflected wave from the medium around the reception focal point 10 to be mixed into the received sound wave.
  • the reflected wave from the surrounding medium is a noise signal (correlation noise) having a correlation with the signal from the reception focal point 10. For this reason, it is necessary to reduce unnecessary correlation noise from the medium around the focus while reproducing the focus information scattered around the focus.
  • a signal phased in two directions 21 and 22 that form predetermined angles ⁇ L and ⁇ R along the arrangement direction of the ultrasonic element array 106 is synthesized with respect to the direction 20 of the reception focal point 10.
  • the ultrasonic element array 101 has a directivity profile in the angular direction as shown in FIG. 3, in the present invention, a signal phasing processed in the direction of the null angle ⁇ null existing on both sides and necessary
  • the correlation noise is represented by Nc
  • the non-correlation noise white noise
  • Nu the phasing processing unit 204 in the case where the steering direction is directed to the main lobe direction 20.
  • the output signal is represented by (S + Nc + Nu).
  • SNR S / (S + Nc + Nu).
  • the correlation noise Nc is a correlation noise whose traveling direction is disturbed due to biological inhomogeneity, and arrives at the ultrasonic element array 101 from a direction different from the reception focal point 10 as shown in FIG.
  • the uncorrelated noise Nu is thermal noise, electrical noise, or the like, and is a signal having no directivity that is mixed in the reception signal of the ultrasonic probe array 101.
  • the output signal of the phasing processing unit 204 when the steering direction is directed to the direction 21 of the predetermined angle ⁇ L is (S_left + Nc_left + Nu)
  • the output of the phasing processing unit 204 when the steering direction is directed in the direction of a predetermined angle ⁇ R is expressed as (S_right + Nc_right + Nu).
  • S_left and S_right are signals representing information of the reception focal point 10.
  • S_left and S_right, Nc_left and Nc_right not only differ in signal phase and time phase, but also have components with opposite directions.
  • S_left and S_right, Nc_left and Nc_right are asymmetric in both time and space, and are signals that cancel each other when added. Therefore, in the synthesis unit 206 of the phasing synthesis unit 113, the component of the correlation noise Nc can be canceled by adding (S_left + Nc_left + Nu) and (S_right + Nc_right + Nu).
  • the S_left and S_right signals included in the output signal of the phasing processing unit 204 occupy a small proportion of the entire signal, and therefore are predetermined on the left and right sides.
  • the reduction effect of the correlation noise Nc is more than the reduction effect of the signals S_left and S_right representing the information of the reception focal point 10. Becomes larger. Therefore, as a result, the ratio contributing to the improvement of SNR can be increased.
  • the main lobe direction 20 is set as the steering direction in addition to the left and right null beam directions, and the outputs of the phasing processing unit 204 for each steering direction are combined to correlate.
  • the uncorrelated noise Nu does not have directionality and is multiplied by (1 / ⁇ n) by adding n times. Therefore, by adding the outputs of the phasing processing units 204 in a plurality of steering directions, Decreasing uniquely.
  • the output of the phasing processor 204 in the main lobe direction 20 in addition to the left and right null beam directions 21 and 22 is compared with the output signal (S + Nc + Nu) of the original phasing processor 204 in the main lobe direction 20 as described above.
  • the synthesized signal (S ′ + Nc ′ + Nu ′) (1/3) ⁇ ⁇ (S + N + R) + (S_left + Nc_left + Nu) + (S_right + Nc_right + Nu) ⁇ has an improved SNR (formula (1)).
  • the outputs of the phasing processing unit 204 for the three directions are all added with a weight of 1/3, but it is also possible to weight with different weights.
  • the phasing processing method of the phasing and synthesizing unit 113 may be any method, but by using adaptive phasing processing, the directivity is provided by the component of the signal S representing the information of the reception focal point 10. Can do. That is, it is preferable because the effect of reducing the correlation noise Nc can be further enhanced without substantially reducing the desired signal component S in the desired signal component synthesis result (1/3) ⁇ (S + S_left + S_right).
  • the phasing processing results in the steering direction in at least two directions other than the direction of the reception focal point, the asymmetry in the space-time of the correlation noise is utilized, and the wavefront Correlation noise due to distortion can be reduced.
  • information from the periphery of the reception focal point 10 can also be collected, information reflected by the focal point and scattered around can also be collected. Therefore, even if the subject medium is inhomogeneous, image quality degradation can be prevented, and the ultrasonic imaging apparatus that is not easily affected by correlation noise due to wavefront distortion, has high robustness, and has a relatively small processing load. can get.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the reception beamformer 108
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation thereof.
  • the phasing processing unit 204 in the phasing synthesis unit 113 of the first embodiment performs P phasing processing by delay addition processing so that P delay addition units 204-1 to 204- P is provided.
  • P is the maximum number of steering directions that can be specified by the steering direction instruction unit 112.
  • the steering direction instruction unit 112 includes a null angle calculation unit 501 that calculates a null angle based on the conditions of the ultrasonic element array 101 and the ultrasonic irradiation conditions, and uses the null angle direction obtained by the calculation as a steering direction for phasing. It designates to the processing unit 204.
  • the direction of the null angle includes at least two angles other than the direction of the reception focal point 10.
  • the delay adding units 204-1 to 204-P of the phasing processing unit 204 perform phasing by delay addition for each of the designated steering directions.
  • the active channel setting unit 111 a in the control unit 111 sets the active channels 201, 202, 203, etc. in a part of the finite aperture of the ultrasonic element array 101.
  • the reception beam former 108 performs reception beam forming processing on the reception signal of the active channel. That is, among the ultrasonic elements 105 constituting the ultrasonic element array 101 that has received a reception echo for one transmission ultrasonic beam, K elements 105 in a predetermined range are used as active channels 201, and the reception beamformer 108 is Then, one image data (raster: phasing output y (n)) in the ultrasonic propagation direction is generated using the received signal of the active channel 201. As shown in FIG.
  • the active channel 202, the active channel 201, and the active channel 203 are sequentially configured while shifting the position little by little on the ultrasonic element array 101, and a raster is generated for each of the active channels 202, 201, and 203.
  • the result of arranging the results is an ultrasonic image.
  • the null angle calculation unit 501 calculates a null angle for the set active channel 201 or the like.
  • control unit 111 generates a control signal including information indicating the probe condition, the ultrasonic irradiation condition, and the null angle selection condition according to the imaging condition at that time, and outputs the control signal to the null angle calculation unit 501 (step 61). ).
  • the null angle calculation unit 501 receives the output of the control signal 111 (step 62), and uses the information included in the control signal as a parameter to calculate the null angle using the following equation (3) (step 63). Equation (3) calculates the null angle for transmission only, but the null angle can be calculated by the same calculation for reception. It is also possible to calculate a null angle as a superposition of these transmission / reception.
  • the calculation of the null angle is based on the imaging conditions such as the frequency of the ultrasonic wave and the transmission waveform, the number of ultrasonic elements 105 included in the active channels 201 to 203 used (the number of active channel elements), and the aperture of transmission / reception.
  • the primary null angle can be determined by the channel interval (interval of the ultrasonic element 105) and the frequency characteristics. That is, the null angle can be calculated using the control signal transmitted from the control unit 111.
  • the directivity of the ultrasonic beam transmitted and received by the active channel 201 of the ultrasonic element array 101 can be calculated by the following equation (2).
  • D ( ⁇ ) is the intensity of the ultrasonic beam at the steering angle ⁇ .
  • the angle ⁇ null where the magnitude of the expression (2) is zero is the null angle in this case, and can be analytically obtained from the expression (3).
  • the null angle selection condition is a condition for selecting a null angle used for processing by the phasing synthesis unit 113 among null angles ⁇ null ⁇ 1, ⁇ null-2.
  • n ⁇ 1
  • the null angle calculation unit 501 outputs, to the phasing processing unit 204, the direction of the null angle selected by the null angle selection condition among the null angles obtained by calculation as the steering direction.
  • the synthesizer 206 receives the phasing signals for the null direction and the front direction from the delay adders 204-1 to 204-P (step 66). The synthesizer 206 adds these inputs to synthesize and output (step 67).
  • the phasing signal may be added after being multiplied by a predetermined weight.
  • the synthesis result can be adjusted by increasing the specific gravity of the phasing signal in the front direction or by multiplying the phasing signal in the null direction by a large weight.
  • the combined signal calculated by the combining unit 206 is output to the image processing unit 109.
  • the image processing unit 109 receives the composite signal (step 68), performs processing in the same manner as the conventional phasing result, and generates one image data (raster). Then, rasters are obtained while shifting the active channels 201, 202, and 203 little by little, and the rasters are arranged and processed into an ultrasonic image. The ultrasonic image is displayed on the image display unit 103.
  • step 67 the reception beamformer 108 outputs the phasing signal to the image processing unit 109 from the synthesizing unit 206 for the reception signal of one sample (the reception signal set for one sampling).
  • step 65 the process returns to step 65, and the operation of processing the reception signal of the next one sample is repeated for each sample.
  • the processing of the next one-sample received signal in step 65 may start before the output of the previous one-sample synthesized signal ends in step 67. That is, as described above, since the process of the flow of FIG. 6 is performed in multiple stages, even if processing of the next sample is started when processing at a certain sample time moves to the next process, there is no problem in configuration and practical use. There is no.
  • the null angle is calculated every time the condition indicated by the control signal from the control unit 111 is changed.
  • the configuration is not limited to this, and the null angle calculation unit 501 stores the memory.
  • a table (null angle LUT (LUT: Look Up Table)) in which 502 is arranged and the calculation results of the null angle for each combination of the conditions indicated by the control signal (probe condition, ultrasonic irradiation condition, null angle selection condition) are associated Can be stored in advance.
  • the null angle calculation unit 501 can read the null angle corresponding to the condition indicated by the control signal from the null angle LUT and set it in the delay addition units 204-1 to 204-P, thereby reducing the amount of calculation. be able to.
  • the null angle LUT can be stored in the memory 502 by creating a null angle in advance for all settable conditions (probe condition, ultrasonic irradiation condition, null angle selection condition).
  • the null angle LUT is created only for a part of the conditions and stored in the memory 502, and the null angle calculation unit 501 is configured to obtain by calculation when the condition is not in the null angle LUT. Also good.
  • the null angle LUT is sequentially generated by storing the null angle obtained by calculation by the null angle calculation unit 501 in the memory 502 in association with the condition indicated by the control signal at that time. It is also possible.
  • the phasing processing unit 204 is provided with P delay addition units 204-1 to 204-P.
  • a set of delay times corresponding to the steering angle can be assigned in advance to each of the P delay adders 204-1 to 204-P.
  • the delay time of the maximum steering angle is assigned to the P-th delay adder 204-P.
  • the null angle calculation unit 501 selects the delay addition unit corresponding to the obtained steering angle from the delay addition units 204-1 to 204-P, and simply instructs the calculation operation.
  • the phasing process can be instructed.
  • the P delay adders 204-1 to 204-P calculate a delay time set each time based on the steering direction specified by the null angle calculator 501 (On the Fly operation) ).
  • the phasing result obtained by the delay addition process is obtained for at least two steering directions other than the reception in-focus direction, and these are combined to obtain the time-space of the correlation noise.
  • correlation noise caused by wavefront distortion can be reduced. It is also possible to collect information that is reflected at the focal point and scattered around. Therefore, even if the subject medium is inhomogeneous, image quality degradation can be prevented, and the ultrasonic imaging apparatus that is not easily affected by the correlation noise due to wavefront distortion, has high robustness, and has a relatively small processing load. can get.
  • the reception beamformer 108 includes a frame memory 701 and a frame addition unit 702 to perform aperture synthesis processing. Note that the phasing synthesis unit 113 is not provided with the synthesis unit 206. Other configurations and operations thereof are the same as those of the second embodiment.
  • the output signal of the delay adder 204 in the present invention is the same as multi-look (multi-directional) received data in a known aperture synthesis process. Therefore, by applying the present invention when synthesizing multi-look received data between a plurality of transmissions in a known aperture synthesis process, the phasing synthesis process for two or more steering directions of the present invention is realized by the aperture synthesis process. be able to.
  • the frame memory unit 701 in FIG. 7 sequentially stores P pieces of data generated by the delay addition units 204-1 to 204-P for each ultrasonic transmission.
  • the frame adding unit 702 performs an aperture synthesis process by adding the data stored for each transmission for each angle at which the same point between a plurality of transmissions is expected.
  • By performing such aperture synthesis processing it becomes possible to superimpose received data obtained from a plurality of transmission directions on a certain imaging point, and an ultrasonic image with high resolution, high SN ratio, and high frame rate. Can be obtained.
  • the data to be added by the frame addition unit 702 is the same data as the data (data after delay addition in a plurality of directions) synthesized by the synthesis unit 206 of the second embodiment. That is, two or more steering directions from the steering direction instruction unit 112 are input to the frame addition unit 702 as combined angle information.
  • the frame addition unit 702 reads out data about two or more designated steering directions from the frame memory 701 and performs addition processing. Thereby, aperture synthesis processing and data addition in the null direction (addition of two or more steering directions) can be performed simultaneously.
  • the steering direction instructing unit 112 includes a null angle detecting unit 207, and detects the null angle by using the phasing signal of the actual reception signal of the ultrasonic probe array 101.
  • the phasing synthesis unit 113 includes Q delay addition units 204-1 to 204-Q in the phasing processing unit 204 and Q delay addition units 204-1 to 204-Q.
  • a memory unit 205 for storing the phasing output of Q is provided.
  • the null angle detection unit 207 includes the null angle calculation unit 501 described in the second embodiment, and has a configuration in which a null angle is scanned around the null angle obtained by calculation to detect the null angle.
  • the null angle detection unit 207 detects the null angle based on the actual reception signal for each sample of the reception signal.
  • the control unit 111 generates and outputs a control signal indicating the probe condition, the ultrasonic irradiation condition, and the null angle selection condition according to the imaging condition at that time (step 61).
  • the null angle calculation unit 501 receives these control signals and obtains the null angle by calculation (steps 62 and 63). The details of these steps 61 to 63 are as described in the second embodiment. If the null angle calculation unit 501 obtains the null angle by calculation, the null angle calculation unit 207 requests data of the phasing signal from the memory unit 205.
  • the delay addition units 204-1 to 204-Q of the phasing synthesis unit respectively perform delay addition processing for Q steering directions that differ by a predetermined angle in a predetermined angle range from ⁇ min to ⁇ max.
  • a phase signal is output (step 92).
  • the memory unit 205 stores a phasing signal for each steering angle in the angle range from ⁇ min to ⁇ max (step 93).
  • the angle range from ⁇ min to ⁇ max is physically a steering angle of ⁇ 60 ° to 60 °, for example.
  • the memory unit 205 outputs a phasing signal for Q steering directions in the angle range from ⁇ min to ⁇ max to the null angle detection unit 207 in response to the request of the null angle detection unit 207 in step 91 (step 94).
  • the null angle detector 207 receives the phasing signals for Q steering directions in the angle range from ⁇ min to ⁇ max, and scans the phasing signals in the predetermined angle range ⁇ 1 to ⁇ 2 in the angle range from ⁇ min to ⁇ max. Then, the minimum (minimum) phasing output is extracted and output as the null angle ⁇ null_scan (steps 95 and 96). This is repeated for the number of sets of ( ⁇ 1, ⁇ 2).
  • the angle range of ⁇ 1 to ⁇ 2 is an angle range of a predetermined size including the null angle obtained by calculation by the null angle calculation unit 501, and it is assumed that there is an actual null angle between the angles.
  • Angle range That is, the set of ( ⁇ 1, ⁇ 2) is an angle range of a predetermined size that satisfies ⁇ 1 ⁇ null ⁇ 2 with respect to ⁇ null obtained by the null angle calculation unit 501.
  • the number of sets ( ⁇ 1, ⁇ 2) is the same as the number of null angles ⁇ null determined by the null selection condition included in the control signal. This is the same as described in the second embodiment.
  • the null angle detector 207 detects the same number of actual null angles ⁇ null_scan as the number based on the null angle selection condition.
  • the null angle detection unit 207 instructs the detected null angle ⁇ null_scan to the memory unit 205.
  • the memory unit 205 transmits null angle information used for the delay adding unit 204.
  • the image processing unit 109 receives the synthesized phasing signal output from the synthesizing unit 206, and generates an ultrasonic image using the synthesized phasing signal, and displays it on the image display unit 103, as in the second embodiment ( Step 99). With the above, the processing flow of the fourth embodiment of the present invention is completed.
  • step 98 if output of the synthesized signal by the synthesizer 206 is completed in step 98 for one sample of the received signal, the process returns to steps 91 and 92 to process the received signal of the next sample.
  • the null angle of the directivity of the actual received signal can be detected, the null angle corresponding to the change of the null angle due to the influence of non-uniform sound wave propagation in the living body Can be set. Therefore, even if the subject medium is inhomogeneous, image quality deterioration can be prevented, and an ultrasonic imaging apparatus with high robustness can be obtained that is hardly affected by correlation noise due to wavefront distortion.
  • the null angle calculation unit obtains the null angle by calculation, and the null angle detection unit 207 scans the null angle only for a predetermined angle range ⁇ 1 to ⁇ 2 including the null angle obtained by calculation. Just do it. For this reason, the calculation amount of the null angle detection unit 207 can be reduced.
  • the null angle detection unit 207 may not include the null angle calculation unit 501 and may scan the null angle for the entire angle range.
  • the null angle calculation unit 501 may be configured to include the memory 502 as described in the second embodiment and obtain the null angle by referring to the null angle LUT in the memory 502.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the fifth embodiment is the same as that of the second embodiment, but is different from the second embodiment in that the phasing processing unit 204 performs adaptive phasing processing. That is, the phasing processing unit includes a delay circuit 511 and an adaptive phasing unit 512 as shown in FIG.
  • the delay circuit 511 is a circuit that delays k reception signals such as the active channel 201 including the k ultrasonic elements 105 according to the position of the reception focal point 10.
  • a plurality of reception focal points 10 may be prepared not only in the ultrasonic transmission direction (0 ° direction) but also in an angle direction slightly inclined from the transmission direction (reception multi-beam processing). In that case, the phasing synthesis unit 113 is prepared in parallel for each tilted angle.
  • the adaptive phasing unit 512 includes a matrix calculation unit and an adaptive beam steering unit 301, and obtains an adaptive weight w for each steering direction specified by the null angle calculation unit 501.
  • the adaptive combining unit 516 uses the adaptive weight w to phase and combine the delayed received signal output from the delay circuit 511.
  • the operation of the null angle calculation unit 501 is the same as that of the second embodiment.
  • the reception beamformer 108 since the reception beamformer 108 performs adaptive phasing processing, the correlation noise Nu can be more effectively reduced without substantially reducing the desired signal component S. The effect is obtained.
  • the adaptive phasing process will be specifically described. If the number (number of channels) of the ultrasonic elements 105 constituting the active channel 201 is K, the delayed received data of the delay circuit 511 at a certain snapshot time n is the output x k (n ) Can be expressed as a vector x (n) on the left side of the following equation (4).
  • the delayed received data x (n) is input to the adaptive processing units 512-1 to 512-P, respectively.
  • the adaptive processing units 512-1 to 512 -P each include an adaptive weight composed of the weight values w K (n) for each of K channels at the snapshot time n for each steering direction specified by the null angle calculation unit 501.
  • a vector w p (n) [w p — 1 (n), w p — 2 (n), ..., w p — K (n)] T is generated. That is, when there are P steering directions, w 1 (n), w 2 (n)... W P (n) are generated.
  • the adaptive combining unit 516 combines the adaptive weight vectors w 1 (n), w 2 (n)... W P (n), and then performs an inner product operation (weighting operation) with the delayed received data x (n). Thus, an adaptive beamformer output y (n) at a certain snapshot time n is obtained.
  • the adaptive processing units 512-1 to 512-P of the adaptive phasing unit 512 include a matrix calculation unit 300 and an adaptive beam steering unit 301 as shown in FIG.
  • Each of the adaptive processing units 512-1 to 512-P may include a matrix calculation unit 300 and an adaptive beam steering unit 301, or the pair of matrix calculation unit 300 and the adaptive beam steering unit 301 may be combined with the adaptive processing unit 512-. 1 to 512-P may be shared.
  • the matrix computing unit 300 obtains the spatial covariance matrix R (n) by the following equation (5).
  • x (n) may be used as a real signal, or may be used after being converted to complex data by performing Hilbert transform or baseband modulation.
  • x (n) is converted into complex data ⁇ (n) and the spatial covariance matrix R (n) is obtained as in equation (5).
  • R (n) in Equation (5) is an ensemble average of the product of the complex vector ⁇ (n) represented by Equation (6) and its (complex) conjugate transposed vector ⁇ H (n). .
  • a method of taking an addition average after multiplying each sample in the time direction by an arbitrary weight such as a trapezoidal weight may be used.
  • the spatial covariance matrix R (n) output from the matrix calculation unit 300 is then input to the adaptive beam steering unit 301.
  • the adaptive beam steering unit 301 that has received the spatial covariance matrix R (n) calculates the weight vector w p (n) using the MVDR method.
  • the steering vector ap designated from the null angle calculation unit 501 is expressed by Expression (7).
  • the steering vector a p is a direction vector having K vector elements (0 to (K ⁇ 1)) equal to the number of active channels, and the reception frequency f p and the ultrasonic element It is represented by a function of an angle (hereinafter referred to as a steering angle) ( ⁇ p , ⁇ p ) formed by the normal vector direction of the surface 105 and the steering vector.
  • ⁇ p is an opening angle from the normal vector
  • ⁇ p is a turning angle from the arrangement direction of the ultrasonic elements 105.
  • the steering angle is expressed by the final expression of Expression (7).
  • ⁇ p is the wavelength of the sound wave corresponding to the frequency f p
  • d is the distance between the element centers of the ultrasonic element 105 (element pitch).
  • the weight vector w p (n) by the MVDR method for the direction of the steering vector a p as described above is calculated by the equation (8) here. Therefore, by calculating the weight vector w p (n) for different steering vectors a p in the adaptive processing section 512-1 ⁇ 512-P, adaptive weight vector by the amount of the number P of the steering vector a p w 1 ( n) to w P (n) can be obtained.
  • R (n) is a spatial covariance matrix in snapshot n in the time direction generated by Equation (5), and the superscript ⁇ 1 represents an inverse matrix.
  • the reception focal point 10 is on the central axis of the active channel 201, that is, when the number of active channels is an even number, the K / 2th and (K + 2) / of the K ultrasonic elements 105 constituting the active channel 201. It is assumed that it is located on a normal line (normal line orthogonal to the active channel plane) passing through the midpoint between the second elements. When the number of active channels is an odd number, a normal line (active channel surface) passing through the center of the (K + 1) / 2nd ultrasonic element 105 among the K ultrasonic elements 105 constituting the active channel 201. (Normal line orthogonal to).
  • the number of adaptive weight vectors specified by the calculation unit 501 is output from the adaptive beam steering unit 301.
  • the adaptive weight vector w (n) for the focal direction matches the adaptive weight vector w (n) according to the conventional MVDR method.
  • P adaptive weight vectors w 1 (n) to w P (n) output from adaptive beam steering section 301 are input to adaptive combining section 516.
  • the adaptive synthesizer 516 adds the P adaptive weight vectors w 1 (n) to w P (n) in the weight synthesizer 306, takes an arithmetic average, and obtains the equation (9).
  • a composite weight vector w sum (n) is calculated.
  • a fixed apodization multiplication unit 305 may be arranged in the previous stage for obtaining the combined weight vector w sum (n), and each of the weight vectors w p (n) may be multiplied by a fixed apodization.
  • the fixed apodization multiplication unit 305 provides fixed apodization weights b 1 , b 2 , and b 3 .
  • the weighting operation unit 307 includes a multiplication unit 3071 and performs an inner product operation between the combined weight vector w sum (n) and the delayed received data vector x (n) transmitted from the delay circuit 204 through the bypass line 207. It carries out like Formula (11) and obtains the phasing output y (n). Specifically, multiplication section 3071 calculates the product (1 to K) between the respective channel elements of the weight vector and the delayed received data vector. The adder 3072 calculates the sum of the K products obtained by the multiplier 3071 of the weighting calculator 307 and sets it as the final output (the phasing output y (n), scalar value) of the adaptive synthesizer 516.
  • the phasing output y (n) of the weighting calculation unit 307 is output to the image processing unit 109.
  • the weighting operation unit 307 sequentially outputs the phasing outputs y (1), y (2),. y (N) is sequentially output to the image processing unit 109.
  • the phasing output y (n) of one raster obtained by Expression (11) is acquired while shifting the active channel 201 to the active channels 202 and 203 on the ultrasonic element array 101, respectively.
  • the image processing unit 109 all rasters are arranged and a two-dimensional image is generated by a scan converter corresponding to the scanning method of the ultrasonic probe 106.
  • various back-end image processing such as various filter processing and calculation of measurement application are performed.
  • the ultrasonic image and the calculation result of the measurement application are displayed on the image display unit 103.
  • the subarray matrix R ⁇ SUBl in the spatial average calculation is represented by the product of the subspace vector ⁇ ⁇ l (n) (equation (13)) as shown in equation (12).
  • Subspace vector ⁇ ⁇ l (n) is the delayed received data for K active channels (in this case, represented by generalized complex signal vector ⁇ (n), but instead, real signal vector x (n) May be a vector obtained by extracting some components (for L elements). Therefore, the total number of subspace vectors is KL + 1 (0 ⁇ l (lowercase L) ⁇ KL + 1).
  • Subarray spatial covariance matrix R ⁇ (n) When the main diagonal component of this subarray matrix is made to coincide with the main diagonal component of the spatial covariance matrix R (n) and shifted by one sample, spatial average processing of KL + 1 subarray matrices is performed.
  • Subarray spatial covariance matrix R ⁇ (n) When this subarray spatial covariance matrix R ⁇ (n) is calculated by the adaptive beam steering unit 301, it is used in place of R (n) in the above equation (8), so that the weight vector w as in equation (15). p (n) can be calculated. In this case, the output of the matrix calculation unit 300 has a size of L ⁇ L, and the number of elements constituting the weight vector w p (n) is L.
  • a forward-backward spatial averaging method may be used.
  • backward subarray matrix R ⁇ SUBL (n) as in equation (16) can be obtained by the product of the backward subspace vectors xi] ⁇ l (n).
  • the backward subspace vector is expressed by Expression (17).
  • the backward subarray space matrix R 1 to (n) can be calculated as Expression (18) by the same operation as the forward space average.
  • Expression (19) the subarray space matrix R ⁇ (n) in the case of the above-mentioned forward spatial average is arithmetically averaged, so that the forward / backward subarray spatial covariance matrix R FB (n ).
  • this forward / backward subarray spatial covariance matrix R FB (n) is used in the calculation in the adaptive beam steering unit 301 in place of R (n) in Expression (8).
  • the weight vector w p (n) can be calculated as in Expression (20). Also in this case, the output of the matrix calculation unit 300 is L ⁇ L in size, and the number of elements constituting the weight vector w p (n) is L.
  • a plurality (P) of weight vectors w p calculated by Expression (15) or Expression (20) using the spatial averaging method are transmitted to the adaptive synthesis unit 516 as in the case where the spatial averaging method is not used. .
  • a dimension compression unit 308 is arranged in the middle of the bypass line 207 and before the weighting calculation unit 307, and the dimension compression unit 308 starts from ⁇ (n) having K elements. It can be configured to generate a vector g (n) having L elements. Note that the dimension compression unit 308 can also be arranged inside the synthesis unit 206.
  • an effect of suppressing the correlation noise included in the ultrasonic reception signal can be obtained. Therefore, an ultrasonic image with less influence of noise can be obtained by combining the spatial average processing of the subarray matrix with a configuration for combining a plurality of adaptive weight vectors around the focus.
  • MVDR has been described as an example of the adaptive beamforming technique.
  • the algorithm applied in the adaptive beam steering unit 301 uses a spatial covariance matrix calculated by the matrix calculation unit 300. Any algorithm may be used, and any other method such as MMSE method, APES method, Eigenspace-MV method (ESMV, EIBMV) using the spatial covariance matrix and its eigenvalue / eigenvector, ESPRIT method, and MUSIC method may be used.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the sixth embodiment is configured such that the null angle detection unit 207 detects the actual null angle using the phasing signal of the phasing processing unit 204 as in the fourth embodiment.
  • the phasing processing unit 204 is different from the fourth embodiment in that the adaptive phasing processing is performed.
  • the phasing processing unit 204 includes a delay circuit 511 and an adaptive phasing unit 612.
  • the adaptive phasing unit 612 includes Q adaptive processing units 612-1 to 612-Q.
  • the delay circuit 511 has the same configuration and operation as in the fifth embodiment.
  • the adaptive processing units 612-1 to 612-Q obtain phasing outputs for Q steering directions in the angle range from ⁇ min to ⁇ max, as in the fourth embodiment. As shown in FIG. 13, the adaptive processing units 612-1 to 612-Q use the matrix calculation unit 300 and the adaptive beam steering unit 301, as in the case of the adaptive processing units 512-1 to 512-P of the fifth embodiment. In addition to obtaining the adaptive weight vectors w1 (n) to wQ (n), the adaptive processing units 612-1 to 612-Q include a multiplier 3071 and an adder 3072, respectively.
  • the multiplication unit 3071 of the adaptive processing unit 612-1 performs an inner product operation between the weight vector w1 (n) and the delayed received data vector x (n) transmitted from the delay circuit 511 through the bypass line 207,
  • the adder 3072 adds them and outputs a phasing output y1 (n).
  • the adaptive processing units 612-2 to 612-Q output phasing outputs y2 (n) to yQ (n).
  • the fixed apodization multiplication unit 305 may be arranged to multiply the weight vector w1 (n) by a fixed apodization.
  • the phasing signal obtained by the adaptive phasing process with respect to the steering direction is synthesized, the effect of reducing the correlation noise due to the wavefront distortion can be great.
  • the null angle is detected using the phasing signal obtained by the adaptive phasing process, there is an effect that the detection accuracy of the null angle is high.
  • the seventh embodiment includes a reception beamformer 108 that combines the configuration of FIG. 4 of the fourth embodiment and the configuration of FIG. 12 of the sixth embodiment.
  • the reception beamformer 108 includes a phasing processing unit 204 that obtains a phasing signal in Q steering directions by the delay addition of FIG. 8 and a memory unit 205 that stores the phasing signal. A null angle is detected based on Q phased signals that have been phased by addition.
  • the reception beamformer 108 includes a phasing processing unit 204 ′ that obtains a phasing signal by the adaptive processing of FIG.
  • the adaptive phasing unit 612 obtains the phase signals y1 (n) to yP (n) by adaptive phasing processing.
  • the synthesizer 206 adds the phasing signals y1 (n) to yP (n) and synthesizes them to obtain the phasing signal y (n).
  • the null angle is detected from the phasing signal obtained by the delay addition process, and the adaptive phasing process only needs to be performed for the steering direction designated by the null angle detection unit 207. Therefore, from the sixth embodiment, Therefore, the phasing signal obtained by the adaptive phasing process in the steering direction can be synthesized with a small amount of calculation. Therefore, the effect of reducing the correlation noise caused by the wavefront distortion can be enhanced with a small amount of calculation.
  • adaptive phasing unit 612 and the combining unit 206 in FIG. 14 can be replaced with the adaptive phasing unit 512 and the adaptive combining unit 516 in FIG.
  • aperture synthesis is performed in the reception beamformer 108 of FIG. 10 of the fifth embodiment.
  • the ultrasonic imaging apparatus will be specifically described with reference to FIG. Similar to the third embodiment, in the eighth embodiment, R data generated for each ultrasonic transmission is sequentially stored in the frame memory unit 701 in FIG.
  • the frame adder 702 adds the data stored for each transmission for each angle for which the same point between a plurality of transmissions is expected, thereby performing phasing synthesis processing and aperture synthesis processing for two or more steering directions of the present invention. And simultaneously.
  • aperture synthesis processing it becomes possible to superimpose received data obtained from a plurality of transmission directions at a certain imaging point, and obtain an ultrasonic image with high resolution, high SN ratio, and high frame rate. Can do.
  • the eighth embodiment differs from the configuration of FIG. 7 of the third embodiment in the phasing process in the previous stage of the frame memory 701.
  • a plurality of delay addition units 204-1 to 204-P are provided in the phasing synthesis unit 113.
  • the phasing synthesis unit 113 includes the fifth implementation.
  • the delay circuit 511 of FIG. 5 and the R phasing processing unit 204 including the adaptive phasing unit 512 are provided.
  • the frame addition unit 702 receives two or more steering directions from the steering direction instructing unit 112 as combined angle information, reads data about the specified two or more steering directions from the frame memory 701, and performs addition processing. Thereby, aperture synthesis processing and data addition in the null direction (addition of two or more steering directions) can be performed simultaneously.
  • the effect of reducing the correlation noise caused by the wavefront distortion is greater than that in the third embodiment.
  • the null angle can be calculated using the phasing signal obtained by the adaptive phasing process, there is an effect that the detection accuracy of the null angle is high.
  • the ninth embodiment shows another embodiment of the adaptive synthesis unit in the fifth to eighth embodiments.
  • the inside of the adaptive combining unit may be the configuration described in the fifth embodiment shown in FIG. 11 or the configuration of FIG. 16 of the ninth embodiment. .
  • the adaptive synthesis unit 516 synthesizes a plurality of adaptive weight vectors w 1 (n), w 2 (n), w 3 (n) in the weight synthesis unit 306,
  • the phasing addition processing of the delayed received data x (n) is performed by the obtained composite weight w sum (n). Since this calculation is a linear calculation, the order of the weight synthesis and the phasing addition process may be reversed. Therefore, in the adaptive synthesis unit 206 of the ninth embodiment, as shown in FIG.
  • a plurality of multiplication units (3071-1, 3071-2, 3071-3) and elements after multiplication (delayed data)
  • a plurality of adders 3072-1, 3072-2, and 3072-3 that calculate a sum and obtain a pre-composition phased output are combined with a plurality of adaptive weight vectors w 1 (n), w 2 (n), w 3 (n ).
  • One set of each of the multiplication unit 3071 and the addition unit 3072 constitutes an inner product calculation unit for each adaptive weight vector, and the inner product calculation unit 307 is configured by preparing a plurality of these sets. Yes.
  • the delayed received data x (n) is input by the bypass inputs 2071, 2072, and 2073, respectively.
  • the output composition unit 500 is arranged following the inner product calculation unit 307.
  • the bypass input 2071 is phased and added using the weight vector w 1 (n), and the bypass input 2072 is phased and added using the weight vector w 2 (n).
  • a plurality of phasing outputs y 1 (n), y 2 (n), y 3 ( n) is calculated (the following formula (23)).
  • the output synthesis unit 500 takes the arithmetic average of the phasing outputs y 1 (n), y 2 (n), y 3 (n) corresponding to each steering vector, and synthesizes them as shown in Expression (24).
  • a phasing output y sum (n) is obtained.
  • a fixed apodization multiplication unit 305 can also be added in this embodiment.
  • the fixed apodization multiplication unit 305 is arranged before the inner product calculation unit 307.
  • the position of the fixed apodization multiplication unit 305 is not limited to the position of FIG.
  • the multiplication units 3071-1 to 37-1 in the inner product calculation unit A fixed apodization multiplication unit 305 may be added between the addition units 3072-1 to 3072-1. In either case, the final combined phasing output y sum (n) can be expressed by Expression (25).
  • the difference between the fifth embodiment and the eighth embodiment is whether the weights are combined and then the inner product operation is performed or the phasing output after the inner product operation is combined.
  • the embodiment is different.
  • the final output is the same because of the linear operation, and the final phasing output of the fifth embodiment is y (n) in the expression (22) and the final output of the eighth embodiment.
  • the combined phasing output y sum (n) is equal.
  • FIG. 17 shows an example of the console 110 of the first to eighth ultrasonic imaging apparatuses.
  • knobs 1001, 1002 and the like with scales can be arranged on the console 110 of the ultrasonic diagnostic apparatus as an operation unit for changing the number of steering directions.
  • the switch unit 1004 can be disposed on the console 110 as an operation unit for switching modes such as whether to calculate or detect the null angle described in the above embodiments.
  • the operator can change various parameters of the phasing / synthesizing process while viewing the actual ultrasonic image, and can perform imaging and diagnosis under optimum conditions for each subject 100.
  • the set value may be displayed on a part 1104 of the display area of the image display unit 103.
  • the console mode switching unit may be switched according to switching with different probes, imaging conditions, and imaging sequence. For example, a set of different steering directions is applied corresponding to a probe such as a linear probe, a convex probe, a sector probe, a two-dimensional array probe, and a mechanical 3D imaging probe. Even a switching unit capable of switching a mode capable of generating an image, for example, transmission / reception focus, transmission / reception frequency, frame rate, number of parallel beam forming, tissue harmonics, contrast contrast It may be a switching unit that can generate an image by applying a set of different steering directions for each imaging condition and imaging sequence.
  • FIG. 18 is a perspective view of the console 110 and the image display unit 103 of another specific example of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention.
  • the operator performs a manual operation for setting a specific ROI (region of interest) 1101 while referring to a normal ultrasound image (an image not subjected to the synthesis processing of the present invention) 103.
  • a unit 1103 (for example, a mouse) is prepared.
  • the surgeon can generate an image 1102 that has been subjected to the processing of each embodiment of the present invention only for a specific ROI 1101. Further, the image 1102 subjected to the processing of the present invention can be displayed in another area of the image display unit 103.
  • FIG. 19 shows a profile of the phasing signal of the phasing processing unit 204 that performs the delay addition processing of FIG. 8 of the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a two-dimensional map 1201 with the steering angle ⁇ on the horizontal axis and the depth on the vertical axis.
  • a dotted line 1202 in FIG. 19 indicates the null angle of the transmission / reception beam calculated by the null angle calculation unit 501 from the pitch and frequency of the ultrasonic element 105 by the configuration of FIG. 5 of the second embodiment.
  • a solid line 1203 is a trace of the null angle (minimum point) detected by the null angle detection unit 207 of FIG. 8 of the fourth embodiment, and indicates the null angle when the subject is actually irradiated with ultrasonic waves. .
  • FIG. 20 shows the magnitude of the output of the phasing signal of the phasing processor 204 of the fourth embodiment in the steering angle ⁇ direction at three different depths of FIG. That is, FIG. 20 shows directivities for three different depths.
  • the positions 1304, 1305, 1306 of the minimum values seen on the respective line profiles 1301, 1302, 1303 are different.
  • the steering direction can be set in the correct null angle direction. It can be seen that an improvement in the reduction effect can be expected.
  • FIG. 21 shows a profile of the phasing signal of the phasing processing unit 204 that performs the adaptive phasing process of FIG. 12 of the sixth embodiment.
  • a dotted line 1202 in FIG. 21 indicates the null angle of the transmission / reception beam calculated by the null angle calculation unit 501 from the pitch and frequency of the ultrasonic element 105 by the configuration of FIG. 5 of the second embodiment.
  • a solid line 1403 is a trace of the null angle (local minimum point) detected by the null angle detection unit 207 of FIG. 12 of the sixth embodiment, and indicates the null angle when the subject is actually irradiated with ultrasonic waves. .
  • FIG. 22 shows the magnitude of the output of the phasing signal of the phasing processing unit 204 of the sixth embodiment in the steering angle ⁇ direction at three different depths of FIG. As is apparent from FIG. 22, the positions of minimum values 1504, 1505, and 1506 seen on the respective line profiles 1501, 1502, and 1503 are different.
  • the null direction is detected by the null angle detection unit 207 as in the sixth embodiment, so that the steering direction is set in the correct null angle direction. Therefore, it can be seen that an improvement in the effect of reducing the correlation noise can be expected.
  • FIGS. 23A and 23B show a case where different objects are irradiated with ultrasonic waves by the ultrasonic imaging apparatus of FIG. 12 that detects the null angle by the adaptive phasing process of the sixth embodiment.
  • the profiles of image contrasts 1601 and 1602 with respect to the steering direction ⁇ in depth are shown.
  • 23A and 23B, dotted lines 1603 and 1604 indicate the null angles detected by the null angle detection unit 207, respectively. It can be seen that the null angles 1603 and 1604 are different, and the null angle differs depending on the subject.
  • the image contrast is maximized in the direction of the null angle.
  • the image contrast at the null angle is 5-6 dB higher than other steering angles.
  • the null angle is detected, the direction of the left and right null angles is set as the steering direction, and the phasing signal is synthesized, thereby reducing noise and image contrast. It has been shown that can be improved significantly.

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Abstract

　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。　受信ビームフォーマ１０８は、超音波素子アレイ１０５が受信した信号を、２以上のステアリング方向についてそれぞれ整相処理した後合成する。２以上のステアリング方向は、ステアリング方向指示部１１２が指示する。２以上のステアリング方向は、受信合焦点の方向に対して、超音波素子アレイの配列方向に沿って左右にそれぞれ所定の角度をなす２方向を含む。この所定の角度は、ヌル角度であることが好ましい。

Description

超音波撮像装置
　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。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、像がぼやけてしまうことや、実際の位置とは違う場所に結像してしまうことがある。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。
　ビームフォーマの先行技術としては、例えば、固定のヌル方向を利用した遅延加算ビームフォーマ技術が特許文献１に記載されている。
　特許文献１の技術では、サイドローブによるアーチファクトを低減するために、情報を取得したい対象物の所定の方向にメインローブを向けて第１受信信号を生成するとともに、上記所定の方向にヌル方向を向けて第２受信信号を生成する。第２受信信号は、対象物の所定の方向の情報をほとんど含まないアーチファクト（ノイズ）の信号であるので、第１受信信号から第２受信信号を差し引くことにより、超音波画像における有用な信号成分の欠落を抑制しつつ、第１受信信号からアーチファクトを低減できる（特に特許文献１の段落００６０）。
特開２０１０－１５８３７４
　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。このため、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は、指向性が鋭いため、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、超音波画像の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ことに起因して、音速不均一等による波面ひずみが生じ、この波面歪みにより、焦点周囲の媒質からの反射波が受信音波に混入するという問題がある。この周囲の媒質からの反射波は、焦点からの信号と相関性がある雑音信号（相関性雑音）であるために、通常の雑音低減技術で除去することが難しい。この相関性雑音のために、超音波画像の画質が劣化する。
　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の受信ビームフォーマは、超音波素子アレイが受信した信号を、２以上のステアリング方向についてそれぞれ整相処理した後合成する整相合成部と、整相合成部に２以上のステアリング方向を指示するステアリング方向指示部とを備えている。２以上のステアリング方向は、受信合焦点の方向以外の少なくとも２方向を含んでいる。
　本発明によれば、受信合焦点方向以外の２方向を含む２以上のステアリング方向について整相処理をした信号を合成することにより、相関性雑音を低減することができる。よって、波面歪みに起因する相関性雑音による超音波画像の画質劣化の補償とＳ／Ｎ比の向上を実現できる。
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１の実施形態のステアリング方向を示す説明図。 第１の実施形態の相関性雑音低減の作用を説明する説明図。 （ａ）第１の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。 図５の受信ビームフォーマの動作を示すフローチャート。 第３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。 図８の受信ビームフォーマの動作を示すフローチャート。 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。 図１０の受信ビームフォーマの詳細な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の構成を示すブロック図。 図１２の整相処理部２０４の詳細な構成を示すブロック図。 第７の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第８の実施形態の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第９の実施形態の受信ビームフォーマの一部構成を示すブロック図。 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。 本発明による遅延加算処理でのヌル角度検出の結果を示す図（２次元プロット）。 本発明による遅延加算処理でのヌル角度検出の結果を示す図（ラインプロファイル）。 本発明による適応ビームフォーマでのヌル角度検出の結果を示す図（２次元プロット）。 本発明による適応ビームフォーマでのヌル角度検出の結果を示す図（ラインプロファイル）。 （ａ）および（ｂ）本発明による異なる被検体について得た画像のコントラストとヌル位置を示す図。
　本発明の一実施形態の超音波診断装置について説明する。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態の超音波診断装置について、図１～図３を用いて説明する。図１のように、第１の実施形態の超音波診断装置は、所定の方向に沿って複数の超音波素子（超音波振動子）１０５を配列した超音波素子アレイ１０１と、超音波素子アレイ１０１が受信した信号を整相する受信ビームフォーマ１０８と、受信ビームフォーマ１０８の出力する整相出力を用いて画像データを生成する画像処理部１０９とを有する構成である。受信ビームフォーマ１０８は、整相合成部１１３と、ステアリング方向指示部１１２を備えている。整相合成部１１３は、超音波素子アレイ１０１が受信した信号を、２以上のステアリング方向についてそれぞれ整相処理した後合成する処理を行う。ステアリング方向指示部１１２は、整相合成部１１３に２以上のステアリング方向を指示する。ステアリング方向指示部１１２が指示する２以上のステアリング方向は、図２に示すように受信合焦点１０の方向２０以外の少なくとも２方向（図２では、受信合掌点１０の方向２０に対して超音波素子アレイ１０６の配列方向に沿って左右にそれぞれ所定の角度θＬ、θＲをなす２方向）２１，２２を含んでいる。ここでいうステアリング方向とは、所定の超音波素子１０５を中心に撮像対象（被検体）を向く方向であり、超音波素子アレイ１０１の超音波素子１０５の配列方向（すなわち長手方向）と、超音波素子１０５の超音波送受信面の法線とを含む面内の方向である。
　２方向２１，２２はそれぞれ、受信合焦点１０の方向２０以外の方向であれば、被検体媒質の不均質性に起因する画質劣化を補償する一定の効果を得ることができる。また、２方向２１，２２がそれぞれ、図３に示すように、超音波素子アレイ１０１の指向性プロファイルのヌル角度θnullの方向である場合には、画質劣化補修の効果が大きく、さらに望ましい。なお、ここでいうヌル角度θnullは、受信信号がゼロまたは極小値を示す角度である。また、２以上のステアリング方向には、受信合焦点１０の方向が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
　以下、第１の実施形態の超音波撮像装置をさらに具体的に説明する。
　図４（ａ），（ｂ）を用いて超音波撮像装置の全体構成についてさらに説明する。図４（ａ）は装置の斜視図、図４（ｂ）は内部の概略構成を示すブロック図である。
　図４（ａ）のように、超音波撮像装置は、超音波探触子１０６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。受信ビームフォーマ１０８と画像処理部１０９は、上述の図１の構成である。超音波探触子１０６は、図１に示した超音波素子アレイ１０１を備えている。
　送信ビームフォーマ１０４は、送信ビーム用の信号を生成する。送信ビーム用信号は、送受信分離回路１０７を経て、超音波探触子１０６に受け渡される。超音波探触子１０６は、超音波素子アレイ１０１の超音波素子１０５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１０６の超音波素子アレイ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。
　受信ビームフォーマ１０８は、上述のように整相合成部１１３と、ステアリング方向指示部１１２を備えている。ステアリング方向指示部１１２は、２以上のステアリング方向を整相合成部１１３に指示する。２以上のステアリング方向には、図２のように、受信合焦点１０の方向２０に対して、受信合焦点１０の超音波素子アレイ１０６の配列方向に沿ってある所定の０°よりも大きい角度θＬ、θＲをなす２方向２１，２２が少なくとも含まれている。受信合焦点１０の方向２０がさらに含まれていてもよい。所定の角度θＬ、θＲが、図３の超音波素子アレイの左右のヌル角度θnullの方向であればさらに望ましい。なお、ここでは便宜上、２つのステアリング方向を、受信合焦点１０の方向に対して左右の1つずつの方向に設定した例について説明するが、２以上のステアリング方向は、受信合焦点１０の方向に対してどのような方向に設定してもよい。特に、超音波トランスデューサが２次元アレイの場合は、左右という概念はなく、受信合焦点以外のいかなる任意の２以上の方向に設定してもよい。
　整相合成部１１３は、整相処理部２０４と合成部２０６とを備えている。整相処理部２０４は、超音波素子アレイ１０１の複数の超音波素子１０５の出力する受信信号をそれぞれ、ステアリング方向２１の点１１に対して整相した後、加算する。ステアリング方向２２の点２２についても同様に整相加算する。他のステアリング方向がある場合も同様に整相加算する。整相処理部２０４の整相処理は、どのような処理方法であってもよく、例えば遅延加算処理や適応整相処理を用いることができる。
　合成部２０６は、整相処理部２０４から複数のステアリング方向２１，２２等についてのそれぞれの整相加算結果を受け取り、加算処理等によりこれらを合成し、整相信号ｙ(n)を出力する。
　合成部２０６の出力（整相信号ｙ(n)）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。
　このように、本発明では、受信合焦点１０の方向２０に対して、超音波素子アレイ１０６の配列方向に沿って所定の角度θＬ、θＲをなす２方向２１，２２について整相処理した信号を合成することにより、受信合焦点１０（受信すべき点、受信焦点）からの信号Ｓに対して、相関性を示す雑音（相関性雑音Ｎｃ）を低減した整相信号ｙ(n)が得られる。よって、Ｓ／Ｎ比の大きい整相信号ｙ(n)を得ることができ、超音波画像の画質を向上させることができる。
　これについてさらに説明する。被検体媒質は不均質であるため、送信した超音波信号が受信合焦点１０で反射され、焦点の周囲の点に散乱するため、受信合焦点１０の対象物の情報が受信合焦点１０の周囲にも存在する。また、被検体媒質が不均質であることに起因して、音速不均一等による波面ひずみが生じ、この波面歪みにより、受信合焦点１０周囲の媒質からの反射波が受信音波に混入する。この周囲の媒質からの反射波は、受信合焦点１０からの信号と相関性がある雑音信号（相関性雑音）である。このため、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必要がある。
　なお、反射波の伝搬過程だけでなく、音波が送信され受信合焦点１０にたどり着くまでの送信音波の伝搬過程においても、波面歪は発生するため、前述の不要な相関性雑音を増強させてしまう要因となることは明らかである。
　そこで本発明では、受信合焦点１０の方向２０に対して、超音波素子アレイ１０６の配列方向に沿ってそれぞれ所定の角度θＬ、θＲをなす２方向２１，２２について整相処理した信号を合成する。例えば、超音波素子アレイ１０１が、図３のように角度方向の指向性プロファイルを有する場合、本発明においては、両サイドに存在するヌル角度θnullの方向についてそれぞれ整相処理した信号と、必要に応じて、中心部すなわちメインローブ（超音波伝搬方向、θ＝０°）の方向について整相処理した信号とを合成する。受信合焦点１０の情報を表す信号をＳ、相関性雑音をＮｃ、無相関性雑音（ホワイトノイズ）をＮｕと表すと、メインローブ方向２０にステアリング方向を向けた場合の整相処理部２０４の出力信号は、（Ｓ＋Ｎｃ＋Ｎｕ）で表される。この場合、信号のS／N比はＳＮＲ＝Ｓ／（Ｓ＋Ｎｃ＋Ｎｕ）となる。相関性雑音Ｎｃは、生体不均質によって進行方向を乱された相関性雑音であり、図２のように受信合焦点１０とは異なる方向から超音波素子アレイ１０１に到来する。また、無相関性雑音Ｎｕは、熱雑音や電気的な雑音などであり、超音波探触子アレイ１０１の受信信号に混在する方向性を持たない信号である。
　また、図２のように所定の角度θＬ（例えば、左側の一つ目のヌル角度θ_left_null-1）の方向２１にステアリング方向を向けた場合の整相処理部２０４の出力信号は、（Ｓ_left＋Ｎｃ_left＋Ｎｕ）で表される。また、所定の角度θＲ（例えば、右側の1つめのヌル角度θ_right_null-1）の方向にステアリング方向を向けた場合の整相処理部２０４の出力は、（Ｓ_right＋Ｎｃ_right＋Ｎｕ）と表される。ただし、Ｓ_leftおよびＳ_rightは、受信合焦点１０の情報を表す信号である。
　ここで、角度θＬと角度θＲとは、左右方向について異なる方向を向いているため、Ｓ_leftとＳ_right、Ｎｃ_leftとＮｃ_rightは、信号の位相・時相が異なるのみならず、方向性が逆向きの成分を有する。すなわち、Ｓ_leftとＳ_right、Ｎｃ_leftとＮｃ_rightは時間空間の双方に非対称性を有し、加算した場合にお互いを打ち消しあう信号となっている。よって、整相合成部１１３の合成部２０６において、（Ｓ_left＋Ｎｃ_left＋Ｎｕ）と（Ｓ_right＋Ｎｃ_right＋Ｎｕ）とを加算することにより、相関性雑音Ｎｃの成分をキャンセルすることができる。また、特に、角度θＬおよびθＲをヌル角度θnullに設定した場合には、整相処理部２０４の出力信号に含まれるＳ_leftとＳ_rightの信号は、信号全体に占める割合は少ないため、左右にそれぞれ所定の角度θＬ、θＲをなす２方向２１，２２について整相処理した信号を合成した場合、受信合焦点１０の情報を表す信号Ｓ_leftとＳ_rightの低減効果よりも、相関性雑音Ｎｃの低減効果の方が大きくなる。よって、結果的に、ＳＮＲの向上に寄与する割合をより大きくできる。
　さらに、図２および図３に示すように、左右のヌルビーム方向に加えてメインローブ方向２０をステアリング方向に設定し、それぞれのステアリング方向についての整相処理部２０４の出力を合成することによって、相関性のノイズＮｃ’（＝Ｎｃ_left＋Ｎｃ_righ＋Ｎ）を大きく低減することができる。また、受信合焦点１０の情報を表す信号Ｓ’（＝Ｓ＋Ｓ_left＋Ｓ_right）は、メインローブ方向２０のＳと比較して、相関性雑音Ｎｃ’ほど大きく低減しないため、ＳＮＲを向上させる効果がさらに大きくなる。
　一方、無相関性雑音Ｎｕは、方向性を持たず、ｎ回加算することによって、（１／√ｎ）倍になるため、複数のステアリング方向の整相処理部２０４の出力を加算することにより一意に減少する。
　以上のように、もともとのメインローブ方向２０の整相処理部２０４の出力信号（Ｓ＋Ｎｃ＋Ｎｕ）と比べて、左右のヌルビーム方向２１，２２に加えてメインローブ方向２０の整相処理部２０４の出力を合成した信号（S'＋Nc'＋Nu'） = (1/3)×｛（Ｓ＋Ｎ＋Ｒ）+（Ｓ_left＋Ｎｃ_left＋Ｎｕ）＋（Ｓ_right＋Ｎｃ_right＋Ｎｕ）｝は、ＳＮＲが向上する（式（１））。なお、ここでは、３方向についての整相処理部２０４の出力をいずれも重み１／３として加算しているが、異なる重みで重み付けすることも可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、整相合成部１１３の整相処理方法は、どのような方法でもよいが、適応整相処理を用いることにより、受信合焦点１０の情報を表す信号Sの成分により指向性を持たせることができる。すなわち、所望信号成分の合成結果(１／３)×（Ｓ＋Ｓ_left＋Ｓ_right）の中の所望信号成分Ｓをほとんど減少させることなく、相関性雑音Ｎｃの減少効果をより高めることが可能になるため好ましい。
　このように第１の実施形態では、受信合焦点の方向以外の少なくとも２方向のステアリング方向の整相処理結果を合成することにより、相関性雑音の時空間での非対称性を利用して、波面ひずみに起因する相関性雑音を低減することができる。しかも、受信合焦点１０の周囲からの情報も収集できるため、焦点で反射されて周囲に散らばった情報も収集できる。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、頑健性が高く、しかも、比較的処理負荷の小さい超音波撮像装置が得られる。
　（第２の実施形態）
　図５および図６を用いて第２の実施形態の超音波撮像装置について説明する。図５は、受信ビームフォーマ１０８の構成を示すブロック図であり、図６は、その動作を示すフローチャートである。
　第２の実施形態では、第１の実施形態の整相合成部１１３内の整相処理部２０４が、遅延加算処理により整相処理を行うためにＰ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐを備えている。Ｐ個は、ステアリング方向指示部１１２が指定可能な最大のステアリング方向の数である。また、ステアリング方向指示部１１２は、超音波素子アレイ１０１の条件および超音波照射条件に基づきヌル角度を計算するヌル角度計算部５０１を備え、計算により求めたヌル角度の方向をステアリング方向として整相処理部２０４に指定する。ヌル角度の方向は、受信合焦点１０の方向以外の角度を、少なくとも２つ、を含むようにする。整相処理部２０４の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐは、指定されたステアリング方向についてそれぞれ遅延加算による整相を行う。
　また、第２の実施形態では、制御部１１１内のアクティブチャンネル設定部１１１ａが、超音波素子アレイ１０１の有限口径の一部にアクティブチャンネル２０１，２０２，２０３等を設定する。受信ビームフォーマ１０８はアクティブチャンネルの受信信号について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素子アレイ１０１を構成する超音波素子１０５のうち、所定の範囲のＫ個の素子１０５をアクティブチャンネル２０１とし、受信ビームフォーマ１０８は、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５のように、超音波素子アレイ１０１上で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。
　ヌル角度計算部５０１は、設定されているアクティブチャンネル２０１等についてヌル角度を計算する。
　以下、図６のフローを用いてさらに具体的に説明する。
　まず、制御部１１１は、そのときの撮像条件に応じた、プローブ条件・超音波照射条件・ヌル角度選択条件を示す情報を含む制御信号を生成し、ヌル角度計算部５０１に出力する（ステップ６１）。
　ヌル角度計算部５０１は、制御信号１１１の出力を受け取り（ステップ６２）、制御信号に含まれる情報をパラメータとして、以下の式（３）などを用いてヌル角度を計算する（ステップ６３）。式（３）は送信のみのヌル角度を算出するものであるが、受信に関しても同様の計算によりヌル角度を算出することができる。また、これら送信／受信の重ね合わせとしてのヌル角度を計算することも可能である。
　ヌル角度の計算は、超音波の周波数、送信波形などの撮像条件と、使用しているアクティブチャンネル２０１～２０３に含まれる超音波素子１０５の素子数（アクティブチャンネル素子数）・送信／受信の口径、チャンネル間隔（超音波素子１０５の間隔）、周波数特性によって第１義的なヌル角度を確定できる。すなわち、制御部１１１から伝達された制御信号を用いてヌル角度を計算することができる。
　例えば、超音波素子１０５が方形ピストン型である場合、超音波素子アレイ１０１のアクティブチャンネル２０１によって送受される超音波ビームの指向性は、以下の式（２）によって計算できる。Ｄ（θ）は、ステアリング角θにおける超音波ビームの強度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、θは、ステアリング角、aは、アクティブチャンネル（２０１～２０３）の口径、ｋは、波数である。ｋは、音速ｃを超音波の周波数ｆで除したものでありｋ＝ｃ／ｆで表される。
　式（２）の大きさがゼロであるような角度θnullが、この場合のヌル角度であり、式（３）から解析的に求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）を見るとわかるように、ヌル角度θnullは、一つではなく複数であり、図３のように、θ＝０°（超音波照射方向＝送信焦点の方向）を中心に左右に対称にｎ個ずつ存在する、と言う特徴を持つ。そのため、ヌル角度計算部５０１には制御信号として、ヌル角度を選択する条件も制御部１１１から入力されている。ヌル角度選択条件は、左右にそれぞれ存在するヌル角度θnull-1、θnull-2・・・θnull-nのうち、整相合成部１１３が処理に使用するヌル角度を選択する条件である。その条件は例えば、n=＋１とn=－１の2本のヌルを使用する、もしくは、n=±１、±２の４本を利用する、のように選択を指示するものである。なお、ｎの符号が、＋である場合は、θ＞０°すなわち、θ＝０°よりも右側に位置するヌル角度であることを示し、ｎの符号が－である場合、θ＜０°すなわち、θ＝０°よりも左側に位置するヌル角度であることを示す。
　なお、n=±１の時にもっとも効果が高いため、n=±１の処理部のみを有し、ヌル選択を行わず、必ずn=±１の２本を使用するようにしてもよい。
　ヌル角度計算部５０１は、計算により求めたヌル角度のうちヌル角度選択条件で選択したヌル角度の方向を、ステアリング方向として、整相処理部２０４に出力する。ステアリング方向の指定する情報の形式としては、例えば、θ＝１０°、－１０°のような物理的な角度情報であっても良い。また、整相処理部２０４の遅延加算部２０４－１・・・２０４－Ｐをアクティブ（ON）にするための制御信号と上述の角度情報を兼用する信号を直接遅延加算部２０４－１・・・２０４－ｎに受け渡してもよい。この方法は実用上より好ましい形態である。例えば、遅延加算部２０４－１にθＬ＝１０°を指定して遅延加算処理を指示し、遅延加算部２０４－ｎにθＲ＝－１０°を指定して遅延加算処理を指示する。
　整相処理部２０４の遅延加算部２０４－１・・・２０４－Ｐは、ヌル角度計算部５０１から指定されたヌル角度の方向をステアリング方向とした場合の整相信号を生成し、出力する（ステップ６５）。この時、正面方向（θ＝０°：受信合焦点の方向２０）についても、整相信号を生成することが望ましい。すなわち、θ＝１０°、－１０°がヌル角度である場合、遅延加算部２０４－１，２０４－２，２０４－３においては、正面方向θ＝０°とθ＝１０°とθ＝－１０°の３方向について遅延加算処理を行い、その結果を合成部２０６に出力する。
　合成部２０６は、遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐからヌル方向と正面方向についての整相信号の入力を受ける（ステップ６６）。合成部２０６ではこれらの入力を加算することにより合成し出力する（ステップ６７）。加算に際しては、例えば、正面方向θ＝０°とθ＝１０°とθ＝－１０°の３方向それぞれの単純加算（加算結果には１／３を乗じることが好ましい）でもよいし、ステアリング方向毎に、整相信号に所定の重みを乗じたのちに加算するなどしてもよい。例えば正面方向の整相信号の比重を大きくしたり、逆にヌル方向の整相信号に大きな重みを乗算するなどして合成結果を調整したりすることができる。
　合成部２０６によって演算された合成信号は、画像処理部１０９に出力される。画像処理部１０９は、合成信号を受け取って（ステップ６８）、従来の整相結果と同様に処理を行い、１本の画像データ（ラスタ）を生成する。そして、アクティブチャンネル２０１，２０２，２０３を少しずつずらしながら、それぞれラスタを得て、ラスタを並べることにより超音波画像に加工する。超音波画像は、画像表示部１０３に表示する。以上をもって本発明の第２の実施形態のフローが完了する。
　上述してきた図６のフローの中で、制御部１１１のヌル角度計算部５０１への制御信号の情報に変化がない場合、すなわちプローブ条件・超音波照射条件・ヌル角度選択条件に変更が施されない限りは、遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐへのヌル角度情報の出力までのステップ（ステップ６１～６５）の動作は同じである。よって、図６のように、受信ビームフォーマ１０８は、ステップ６７において、１サンプルの受信信号（１回のサンプリングの受信信号のセット）について、合成部２０６が整相信号を画像処理部１０９に出力したならば、ステップ６５に戻って、次の１サンプルの受信信号を処理する動作を１サンプルごとに繰り返す。なお、実用上は、ステップ６５において次の１サンプルの受信信号の処理は、前の１サンプルの合成信号の出力がステップ６７で終了する前に始まっていても良い。すなわち、上述のように図６のフローのプロセスは多段にわたっているため、あるサンプル時刻での処理が次のプロセスに移った時点で、次のサンプルの処理を始めても、構成上および実用上全く差し支えがない。
　また、上述してきた説明では、制御部１１１からの制御信号の示す条件が変更になる度に、ヌル角度の計算をする構成であったが、この構成に限らず、ヌル角度計算部５０１にメモリ５０２を配置し、制御信号の示す条件（プローブ条件・超音波照射条件・ヌル角度選択条件）の組み合わせごとのヌル角度の計算結果を対応づけたテーブル（ヌル角度ＬＵＴ（LUT：Look　Up　Table））を予め格納しておくことも可能である。これにより、ヌル角度計算部５０１は、制御信号の示す条件に対応するヌル角度をヌル角度ＬＵＴから読み出して遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐに設定することができるため、演算量を低減することができる。
　ヌル角度ＬＵＴは、設定可能なすべての条件（プローブ条件・超音波照射条件・ヌル角度選択条件）について、予めヌル角度を求めて作成したものをメモリ５０２に格納することも可能であるが、これに限らず、一部の条件についてのみヌル角度ＬＵＴを作成してメモリ５０２に格納しておき、ヌル角度ＬＵＴにない条件の場合には、ヌル角度計算部５０１が計算により求めるように構成してもよい。
　また、ヌル角度計算部５０１が計算により求めたヌル角度を、その時の制御信号の示す条件に対応づけて、メモリ５０２に格納していくことにより、ヌル角度ＬＵＴを逐次生成していく構成にすることも可能である。
　なお、図５に示したように、整相処理部２０４には、Ｐ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐが用意されている。このとき、Ｐ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐにそれぞれ、予めステアリング角度に対応する遅延時間のセットを割り当てておくことも可能である。例えば、Ｐ番目の遅延加算部２０４－Ｐには、最大のステアリング角度の遅延時間が割り当てておく。これにより、ヌル角度計算部５０１は、求めたステアリング角度に対応する遅延加算部を遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐの中から選択して、演算動作を指示するだけで、そのステアリング方向についての整相処理を指示することができる。この方法に限らず、Ｐ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐが、ヌル角度計算部５０１に指定されたステアリング方向に基づいて、その都度遅延時間セットを計算する構成（On　the　Fly演算）であってもよい。
　上述してきたように第２の実施形態では、遅延加算処理による整相結果を受信合焦点方向以外の少なくとも２方向のステアリング方向について得て、これらを合成することにより、相関性雑音の時空間の非対称性を利用して、波面ひずみに起因する相関性雑音を低減することができる。また、焦点で反射されて周囲に散らばった情報も収集できる。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、頑健性の高く、しかも、比較的処理負荷の小さい超音波撮像装置が得られる。
　なお、第２の実施形態の超音波撮像装置の他の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態として、超音波撮像装置を図７を用いて説明する。
　図７のように、第３の実施形態では、受信ビームフォーマ１０８にフレームメモリ７０１とフレーム加算部７０２を備え、開口合成処理を行う。なお、整相合成部１１３には、合成部２０６は備えられていない。他の構成およびその動作は、第２の実施形態と同様である。
　本発明における遅延加算部２０４の出力信号は、公知の開口合成処理におけるマルチルック（多方向）受信データと同一である。よって、公知の開口合成処理における、複数送信間のマルチルック受信データの合成時に本発明を適用することにより、本発明の２以上のステアリング方向についての整相合成の処理を開口合成処理によって実現することができる。
　具体的には、図７のフレームメモリ部７０１には、遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐで超音波送信ごとに生成されたＰ本のデータが逐次蓄えられる。つぎにフレーム加算部７０２ではこの送信ごとに蓄えられたデータを複数送信間の同一点を見込む角度ごとに加算処理することにより、開口合成処理を行う。このような開口合成処理を行うことにより、ある撮像点に対し、複数の送信方向から得られた受信データを重ね合わせることが可能になり、高解像度・高ＳＮ比・高フレームレートの超音波画像を得ることができる。
　フレーム加算部７０２で加算処理するデータは、第２の実施形態の合成部２０６で合成されるデータ（複数方向の遅延加算後データ）と同様のデータである。すなわち、ステアリング方向指示部１１２からの２以上のステアリング方向を合成角度情報としてフレーム加算部７０２へ入力する。フレーム加算部７０２は、指定された２以上のステアリング方向についてのデータをフレームメモリ７０１から読み出して加算処理する。これにより、開口合成処理と、ヌル方向のデータ加算（２以上のステアリング方向の加算）を同時に行うことができる。
　（第４の実施形態）
　第４の実施形態の超音波撮像装置について図８、図９を用いて説明する。
　第４の実施形態では、ステアリング方向指示部１１２がヌル角度検出部２０７を備え、超音波探触子アレイ１０１の実際の受信信号の整相信号を用いて、ヌル角度を検出する。これを可能にするために、整相合成部１１３は、整相処理部２０４にＱ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｑを備えるとともに、Ｑ個の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｑの整相出力を格納するメモリ部２０５を備えている。
　さらに、ヌル角度検出部２０７は、第２の実施形態で説明したヌル角度計算部５０１を備え、計算により求めたヌル角度周辺についてヌル角度のスキャンを行い、ヌル角度を検出する構成である。
　他の構成は、第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。
　以下、第４の実施形態の受信ビームフォーマ１０８の動作について図９のフローチャートを用いて説明する。図９のフローにおいて図６のフローと同様のステップについては、同じ符号を付している。
　第２の実施形態では、プローブ条件等の超音波照射条件からヌル角度を計算により求める構成であったため、装置の設定や超音波照射条件など装置側の条件でヌル角度が決定されていた。しかしながら、実際の受信信号の指向性は、生体における不均質な音波伝搬の影響を受けており、受信ビームの指向性は、受信信号のサンプル毎によって変化する。そこで、第４の実施形態では、ヌル角度検出部２０７が受信信号のサンプルごとに、実際の受信信号に基づいてヌル角度を検出する。
　制御部１１１では、第２の実施形態と同様に、そのときの撮像条件に応じた、プローブ条件・超音波照射条件・ヌル角度選択条件を示す制御信号を生成し出力する（ステップ６１）。ヌル角度計算部５０１は、これらの制御信号を受け取り、ヌル角度を計算により求める（ステップ６２，６３）。これらのステップ６１～６３の詳細は、第２の実施形態で説明した通りである。ヌル角度計算部２０７は、ヌル角度計算部５０１がヌル角度を計算により求めたならば、メモリ部２０５に整相信号のデータを要求する。
　一方、整相合成部の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｑは、予め定められたθminからθmaxの角度範囲における所定の角度ずつ異なるＱ個のステアリング方向について、それぞれ遅延加算処理を行い、整相信号を出力する（ステップ９２）。メモリ部２０５は、θminからθmaxの角度範囲のステアリング角度ごとの整相信号を格納する（ステップ９３）。θminからθmaxの角度範囲は、物理的には例えば、－６０°～６０°のステアリング角度である。
　メモリ部２０５は、ステップ９１におけるヌル角度検出部２０７の要求に応じて、θminからθmaxの角度範囲のＱ個のステアリング方向についての整相信号をヌル角度検出部２０７に出力する（ステップ９４）。
　ヌル角度検出部２０７は、θminからθmaxの角度範囲のＱ個のステアリング方向についての整相信号を受け取って、θminからθmaxの角度範囲のうち、所定の角度範囲θ１～θ２の整相信号をスキャンし、最小（極小）の整相出力をヌル角度θnull_scanとして抽出し、出力する（ステップ９５、９６）。これを（θ１，θ２）のセットの数だけ繰り返す。
　ここでθ１～θ２の角度範囲は、ヌル角度計算部５０１が計算により求めたヌル角度を含む予め定めた大きさの角度範囲であり、その角度の間に実際のヌル角度があると想定される角度範囲である。すなわち、（θ１，θ２）のセットは、ヌル角度計算部５０１が求めたθnullに対して、θ１＜θnull＜θ２となる予め定めた大きさの角度範囲である。また、（θ１，θ２）のセット数は、制御信号に含まれるヌル選択条件によって決定されたヌル角度θnullの数と同数である。これについては、第２の実施形態で説明した通りである。
　これらの処理により、ヌル角度検出部２０７は、ヌル角度選択条件に基づいた数と同数の、実際のヌル角度θnull_scanを検出する。
　ヌル角度検出部２０７は、検出したヌル角度θnull_scanを、メモリ部２０５に指示する。メモリ部２０５は、遅延加算部２０４に使用するヌル角度情報を伝達する。検出したヌル角度θnull_scanの伝達形式は、第2の実施形態と同様であり、例えば、θ＝１０°、－１０°のような物理的な角度情報で伝達する。
　メモリ部２０５は、ヌル角度検出部２０７から伝達されたヌル角度θnull_scanと正面方向（θ＝０°）のステアリング方向の整相信号を選択し、合成部２０６に出力する。すなわち、θ＝１０°、－１０°がヌル角度である場合、メモリ部２０５は、正面方向θ＝０°とθ＝１０°とθ＝－１０°の３方向整相信号を出力する。なお、θ＝０°は含まなくても良い。
　合成部２０６は、メモリ部２０５からヌル角度θnull_scanと正面方向（θ＝０°）のステアリング方向の整相信号を受け取り（ステップ９７）、加算することにより合成して、画像処理部１０９に出力する（ステップ９８）。加算に際しては、単純加算でもよいし、整相信号毎に所定の重みを乗じたのちに加算してもよい。
　画像処理部１０９は、合成部２０６の出力する合成された整相信号を受け取り、これを用いて、第２の実施形態と同様に、超音波画像を生成し、画像表示部１０３に表示する（ステップ９９）。以上をもって本発明の第４の実施形態の処理フローが完了する。
　なお、受信信号の一サンプルについて、ステップ９８において合成部２０６による合成信号の出力が終了したならば、ステップ９１，９２にそれぞれ戻って、次のサンプルの受信信号について処理を行う。
　以上のように、第４の実施形態では、実際の受信信号の指向性のヌル角度を検出することができるため、生体における不均質な音波伝搬の影響によるヌル角度の変化に対応してヌル角度を設定することができる。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。
　なお、本実施形態では、ヌル角度計算部により、ヌル角度を計算により求め、計算により求めたヌル角度を含む所定の角度範囲θ１～θ２についてのみ、ヌル角度検出部２０７がヌル角度のスキャンを行えばよい。このため、ヌル角度検出部２０７の演算量を低減することができる。ただし、本発明は、この構成に限定されるものではなく、ヌル角度検出部２０７がヌル角度計算部５０１を備えず全角度範囲についてヌル角度のスキャンを行ってもよい。
　また、ヌル角度計算部５０１は、第２の実施形態で説明したようにメモリ５０２を備え、メモリ５０２内のヌル角度LUTを参照してヌル角度を求める構成であっても構わない。
　（第５の実施形態）
　第５の実施形態の超音波撮像装置について、図１０、図１１を用いて説明する。
　第５の実施形態の超音波撮像装置は、第２の実施形態と同様であるが、整相処理部２０４が、適応整相処理を行う点が第２の実施形態とは異なっている。すなわち、整相処理部は、図１０に示すように、遅延回路５１１と、適応整相部５１２を備えている。遅延回路５１１は、ｋ個の超音波素子１０５からなるアクティブチャンネル２０１等のｋ個の受信信号を受信合焦点１０の位置に応じて遅延する回路である。なお、受信合焦点１０は超音波送信方向（０°方向）だけでなく、送信方向から少しだけ傾いた角度方向に複数用意してもよい（受信複ビーム処理）。その場合、その傾いた角度ごとに整相合成部１１３を並列に用意しておく。
　適応整相部５１２は、図１１のように、行列演算部と、適応ビームステアリング部３０１とを備え、ヌル角度計算部５０１により指定されたステアリング方向についてそれぞれ適応重みｗを求める。適応合成部５１６は、適応重みｗを用いて、遅延回路５１１の出力する遅延後受信信号を整相し、合成する。なお、ヌル角度計算部５０１の動作は、第２の実施形態と同様である。
　このように、第５の実施形態では、受信ビームフォーマ１０８が適応整相処理を行うため、所望の信号成分Ｓをほとんど減少させることなく、相関性雑音Ｎｕをより効果的に低減することができるという効果が得られる。
　以下、適応整相処理について具体的に説明する。アクティブチャンネル２０１を構成する超音波素子１０５の数（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、遅延回路５１１の遅延後受信データは、超音波素子１０５の出力xｋ(n)を用いて、下記式（４）の左辺のベクトルx(n)として表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　この遅延後受信データx(n)は、適応処理部５１２－１～５１２－Ｐにそれぞれ入力される。適応処理部５１２－１～５１２－Ｐは、ヌル角度計算部５０１に指定されたステアリング方向ごとに、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wK(n)から構成される適応重みベクトルwp(n)=[wp_1(n)，wp_2(n)，…，wp_K(n)]Tを生成する。すなわち、ステアリング方向がＰ個である場合には、w1(n)、w2(n)・・・wP(n)が生成される。
　適応合成部５１６は、適応重みベクトルw1(n)、w2(n)・・・wP(n)を合成した後、遅延後受信データx(n)と内積演算（重み付け演算）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。
　適応整相部５１２の適応処理部５１２－１～５１２－Ｐは、図１１のように行列演算部３００と適応ビームステアリング部３０１を備えている。適応処理部５１２－１～５１２－Ｐは、それぞれ行列演算部３００と適応ビームステアリング部３０１を備えていてもよいし、ひと組の行列演算部３００と適応ビームステアリング部３０１を適応処理部５１２－１～５１２－Ｐで共有していもよい。
　遅延後受信データベクトルx(n)は、行列演算部３００において、下式（５）により空間共分散行列R(n)を求められる。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（５）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（５）のR(n)は、式（６）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ξＨ(n)との積のアンサンブル平均をとったものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　なお、式（５）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（５）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、次に適応ビームステアリング部３０１に入力される。
　空間共分散行列R(n)を受け取った適応ビームステアリング部３０１では、MVDR法を用いて重みベクトルwp(n)を計算する。ヌル角度計算部５０１から指定されたステアリングベクトルapは式（７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上式（７）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（７）のように、ステアリングベクトルap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fp，および超音波素子１０５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）(θp,φp)の関数で表される。
　θpは、法線ベクトルからの開き角、φpは、超音波素子１０５の配列方向からの旋回角度である。超音波探触子１０６の超音波素子１０５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（７）の最終式で表される。ここで、λpは周波数fpに対応する音波の波長、dは超音波素子１０５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apの方向についての、ＭＶＤＲ法による重みベクトルwp(n)は、ここでは式（８）により算出される。よって、適応処理部５１２－１～５１２－Ｐでそれぞれ異なるステアリングベクトルapについて重みベクトルwp(n)を演算することにより、ステアリングベクトルapの本数Ｐの分だけの適応重みベクトルw1(n)～wP(n)を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（８）において、R(n)は，式（５）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、受信合焦点１０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個の超音波素子１０５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個の超音波素子１０５のうち、（Ｋ＋１）／２番目の超音波素子１０５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。
　図１１には、ステアリング方向の総数Ｐ＝３のケースを示しているため、適応重みベクトルw1(n)～wP(n)が３つの例を示しているが、実際には、ヌル角度計算部５０１により指定された個数の適応重みベクトルが適応ビームステアリング部３０１から出力される。
　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（７）において、θp＝0°とすると、ステアリングベクトルapは、ap=[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。
　適応ビームステアリング部３０１から出力されたP本の適応重みベクトルw1(n)～wP(n)は、適応合成部５１６に入力される。図１１のように、適応合成部５１６は、P本の適応重みベクトルw1(n)～wP(n)を重み合成部３０６において加算し、算術平均を取り、式（９）のように合成重みベクトルwsum(n)を算出する。例えば、図１１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wsum(n)は、wsum(n)={w1(n)+w2(n)+w3(n)}/3，となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　なお、この合成重みベクトルwsum(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wp(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wP(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bpを乗算することもでき、これは式（１０）の演算によって実現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　例えば、図１１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、wsum(n)={b1w1(n)+b2w2(n)+b3w3(n)}/3となる。
　次に、合成重みベクトルwsum(n)は、適応合成部５１６内の重み付け演算部３０７に入力される。重み付け演算部３０７は、乗算部３０７１を含み、合成重みベクトルwsum(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（１１）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、重み付け演算部３０７の乗算部３０７１で得られたK個の積の総和を計算し、適応合成部５１６の最終出力（整相出力y(n)、スカラー値）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　この重み付け演算部３０７の整相出力y(n)は、画像処理部１０９に出力される。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重み付け演算部３０７は、順次整相出力y(1),y(2),…y(N)を順次画像処理部１０９に出力する。式（１１）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２０１をアクティブチャンネル２０２，２０３へと超音波素子アレイ１０１上をシフトさせながら、それぞれ取得される。画像処理部１０９においては、超音波探触子１０６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５の実施形態では、適応整相処理を用いることにより、所望の信号成分Ｓの低減を抑制しつつ、相関性雑音Ｎｕのより効果的に低減することができるという効果が得られる。
　なお、第５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（１２）のように、部分空間ベクトルξ∧ l(n)（式（１３））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（小文字Ｌ）＜Ｋ－Ｌ＋１）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　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（１４）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)を適応ビームステアリング部３０１で演算する際に、上記式（８）のR(n)と置き換えて用いることにより、式（１５）のように重みベクトルwp(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wp(n)を構成する要素の数はＬとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　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（１６）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（１７）で表される。また、式（１８）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（１８）のように計算することができる。次に、式（１９）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RFB(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RFB(n)を、適応ビームステアリング部３０１での演算において式（８）のR(n)と置き換えて用いることにより、式（２０）のように重みベクトルwp(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wp(n)を構成する要素の数はＬとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　空間平均法を用いて式（１５）もしくは式（２０）で計算された複数個（Ｐ個）の重みベクトルwpは、空間平均法を用いない場合と同様、適応合成部５１６に伝達される。
　ここで、空間平均法を用いた場合に、重みベクトルwp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（２１））を行うブロックが追加で必要になる。例えば、図１１に示すように、バイパス線２０７の途中であって重み付け演算部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、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（２２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　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５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、適応ビームステアリング部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６の実施形態）
　第６の実施形態の超音波撮像装置を図１２および図１３を用いて説明する。第６の実施形態の超音波撮像装置は、第４の実施形態と同様に、整相処理部２０４の整相信号を用いて実際のヌル角度をヌル角度検出部２０７が検出する構成であるが、整相処理部２０４が適応整相処理を行うという点で第４の実施形態とは異なっている。
　具体的には、図１２に示すように、整相処理部２０４に、遅延回路５１１と、適応整相部６１２を備えている。適応整相部６１２は、Ｑ個の適応処理部６１２－１～６１２－Ｑを備えている。遅延回路５１１は、第５の実施形態と同様の構成および動作である。
　適応処理部６１２－１～６１２－Ｑは、第４の実施形態と同様に、θminからθmaxの角度範囲のＱ個のステアリング方向について整相出力を求める。適応処理部６１２－１～６１２－Ｑは、図１３に示すように第５の実施形態の適応処理部５１２－１～５１２－Ｐと同様に、行列演算部３００と適応ビームステアリング部３０１により、それぞれ適応重みベクトルw1(n)～wQ(n)を求めるだけでなく、適応処理部６１２－１～６１２－Ｑは、それぞれ乗算部３０７１と加算部３０７２とを含む。適応処理部６１２－１の乗算部３０７１は、重みベクトルw1(n)と、遅延回路５１１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行い、加算部３０７２は、それを加算して整相出力y1(n)を出力する。同様に、適応処理部６１２－２～６１２－Ｑは、整相出力y2(n)～yQ(n)を出力する。なお、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w1(n)に対して、固定のアポダイゼーションを乗算してもよい。
　メモリ部２０５およびヌル角度検出部２０７の動作は、第４の実施形態と同様であるので説明を省略する。
　第６の実施形態では、ステアリング方向について適応整相処理により求めた整相信号を合成するため、波面ひずみに起因する相関性雑音を低減する効果が大きいことができる。また、適応整相処理により求めた整相信号を用いてヌル角度を検出するため、ヌル角度の検出精度も高いという効果がある。
　（第７の実施形態）
　第７の実施形態の超音波撮像装置を図１４を用いて説明する。第７の実施形態は、第４の実施形態の図４の構成と、第６の実施形態の図１２の構成とを組み合わせた受信ビームフォーマ１０８を有する。この受信ビームフォーマ１０８は、図８の遅延加算によりＱ個のステアリング方向について整相信号を得る整相処理部２０４とその整相信号を格納するメモリ部２０５を備え、ヌル検出部２０７は、遅延加算により整相処理されたＱ個の整相信号に基づいてヌル角度を検出する。一方、この受信ビームフォーマ１０８は、図１２の適応処理により整相信号を得る整相処理部２０４’を備え、ヌル角度検出部２０７により指定されたＰ個のヌル角度のステアリング方向についてのそれぞれ整相信号y1(n)～yP(n)を適応整相部６１２が適応整相処理により求める。合成部２０６は、整相信号y1(n)～yP(n)を加算して合成し、整相信号y(n)を求める。
　本実施形態では、遅延加算処理により求めた整相信号により、ヌル角度を検出し、ヌル角度検出部２０７が指定したステアリング方向についてのみ適応整相処理を行えばよいため、第６の実施形態よりも少ない演算量で、ステアリング方向について適応整相処理により求めた整相信号を合成することができる。よって、少ない演算量で、波面ひずみに起因する相関性雑音の低減効果を高めることができる。
　なお、図１４の適応整相部６１２および合成部２０６を、図１０の適応整相部５１２および適応合成部５１６に置きかえることも可能である。
　（第８の実施形態）
　第８の実施形態の超音波撮像装置について図１５を用いて説明する。
　第８の実施形態では、第５の実施形態の図１０の受信ビームフォーマ１０８において開口合成を行う構成である。
　図１５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具体的に説明する。第３の実施形態と同様に、第８の実施形態では、図１５のフレームメモリ部７０１に、超音波送信ごとに生成されたＲ本のデータが逐次蓄えられている。フレーム加算部７０２は、この送信ごとに蓄えられたデータを複数送信間の同一点を見込む角度ごとに加算処理することにより、本発明の２以上のステアリング方向についての整相合成処理と開口合成処理とを同時に行う。開口合成処理を行うことにより、ある撮像点に対し、複数の送信方向から得られた受信データを重ね合わせることが可能になり、高解像度・高ＳＮ比・高フレームレートの超音波画像を得ることができる。
　第８の実施形態は、図１５のように、第３の実施形態の図７の構成とは、フレームメモリ７０１の前段の整相処理が異なる。第３の実施形態においては複数の遅延加算部２０４－１～２０４－Ｐが整相合成部１１３に設けられたが、第８の実施形態においては、整相合成部１１３が、第５の実施形態の図５の遅延回路５１１と適応整相部５１２を備えた整相処理部２０４をＲ個備えている。
　フレームメモリ部７０１には、Ｒ個の整相処理部２０４が超音波送信ごとに生成した適応整相処理したＲ本の整相信号が逐次蓄えられる。フレーム加算部７０２は、ステアリング方向指示部１１２からの２以上のステアリング方向を合成角度情報として受け取り、指定された２以上のステアリング方向についてのデータをフレームメモリ７０１から読み出して加算処理する。これにより、開口合成処理と、ヌル方向のデータ加算（２以上のステアリング方向の加算）を同時に行うことができる。
　第８の実施形態では、ステアリング方向について適応整相処理により求めた整相信号を合成するため、第３の実施形態とくらべて、波面ひずみに起因する相関性雑音を低減する効果が大きい。また、適応整相処理により求めた整相信号を用いてヌル角度を計算することができるため、ヌル角度の検出精度も高いという効果がある。
　（第９の実施形態）
　第９の実施形態の超音波撮像装置について図１６を用いて説明する。
　第９の実施形態は第５から第８の実施形態における適応合成部の別の実施態様を示すものである。第５から第８の実施形態を通じて、適応合成部の内部は図１１で示される第５の実施形態で説明した構成であっても、第９の実施形態の図１６の構成であっても良い。
　図１１に示した第５の実施形態においては、適応合成部５１６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wsum(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９の実施形態の適応合成部２０６では、図１６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、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。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、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（２３））。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（２４）のように、合成整相出力ysum(n)を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　なお、図１６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１６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１６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ysum(n)は式（２５）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　以上のように、第５の実施形態と第８の実施形態は、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５の実施形態の最終的な整相出力である（２２）式のy(n)と、第８の実施形態の最終的な合成整相出力ysum(n)は等しい値となる。
　（第９の実施形態）
　図１７に第１～第８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、ステアリング方向の本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１００１，１００２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ヌル角度を計算で求めるか、検出するか等のモードの切り替えなどを行うための操作部として、スイッチ部１００４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撮像や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１１０４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方向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方向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１８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１８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）１１０１を設定するための用手的な操作部１１０３（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ＲＯＩ１１０１についてのみ、本発明の各実施形態の処理を施した画像１１０２を生成することができる。また、本発明の処理を施した画像１１０２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１１０３により、撮像条件の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。
　（実施形態の効果の具体例）
　図１９に、第４の実施形態の図８の遅延加算処理を行う整相処理部２０４の整相信号のプロファイルを示す。図１９は、ステアリング角度θを横軸に、深さを縦軸に取った２次元マップ１２０１である。図１９中の点線１２０２は、第２の実施形態の図５の構成により、ヌル角度計算部５０１が超音波素子１０５のピッチ・周波数等から算出した送受信ビームのヌル角度を示す。実線１２０３は、第４の実施形態の図８のヌル角度検出部２０７が検出したヌル角度（極小点）のトレースであり、実際に超音波を被検体に照射した場合のヌル角度を示している。
　図１９を見ると明らかなように、計算により決定されるヌル角度と、実際に超音波を照射して検出したヌル角度には、ずれが生じていることがわかる。
　図２０は、図１９の異なる３つの深さについて、第４の実施形態の整相処理部２０４の整相信号の出力の大きさをステアリング角度θ方向に示したものである。すなわち、図２０は、異なる３つの深さについての指向性を示している。図２０を見ると明らかなように、それぞれのラインプロファイル１３０１，１３０２、１３０３上に見られる極小値の位置１３０４，１３０５、１３０６は異なっている。
　図１９、図２０より、第５の実施形態等のように、ヌル角度検出部２０７によりヌル検出を行うことにより、正確なヌル角度の方向にステアリング方向を設定することができるため、相関性雑音の低減効果の向上が期待できることがわかる。
　図２１に、第６の実施形態の図１２の適応整相処理を行う整相処理部２０４の整相信号のプロファイルを示す。図２１中の点線１２０２は、第２の実施形態の図５の構成により、ヌル角度計算部５０１が超音波素子１０５のピッチ・周波数等から算出した送受信ビームのヌル角度を示す。実線１４０３は、第６の実施形態の図１２のヌル角度検出部２０７が検出したヌル角度（極小点）のトレースであり、実際に超音波を被検体に照射した場合のヌル角度を示している。
　図２２は、図２１の異なる３つの深さについて、第６の実施形態の整相処理部２０４の整相信号の出力の大きさをステアリング角度θ方向に示したものである。図２２を見ると明らかなように、それぞれのラインプロファイル１５０１，１５０２、１５０３上に見られる極小値の位置１５０４，１５０５、１５０６は異なっている。
　図２１、図２２より、適応整相処理を行う場合についても第６の実施形態等のように、ヌル角度検出部２０７によりヌル検出を行うことにより、正確なヌル角度の方向にステアリング方向を設定することができるため、相関性雑音の低減効果の向上が期待できることがわかる。
　最後に図２３を用いて、本発明のヌル検出の効果を示す。図２３（ａ）、（ｂ）は、第６の実施形態の適応整相処理によりヌル角度を検出する図１２の超音波撮像装置により、異なる被検体を対象に超音波を照射したときのある深さにおけるステアリング方向θについての画像コントラスト１６０１，１６０２のプロファイルを示している。図２３（ａ）、（ｂ）において、点線１６０３、１６０４は、そえぞれ、ヌル角度検出部２０７が検出したヌル角度を示している。ヌル角度１６０３と１６０４の角度は、異なっており、ヌル角度は、被検体によって異なることがわかる。
　図２３（ａ），（ｂ）のラインプロファイル１６０１、１６０２を見ると、ちょうどヌル角度の方向において画像コントラストが最大になっていることがわかる。ヌル角度の画像コントラストは、他のステアリング角度と比べて5-6ｄＢ高い画像コントラストが得られている。これらのことから、第６の実施形態のようにヌル角度を検出して、左右のヌル角度の方向をステアリング方向に設定して、整相信号を合成することにより、ノイズを低減し、画像コントラストを顕著に向上させることができることが示されている。
１００　被検体
１０１　超音波素子アレイ
１０２　装置本体
１０３　画像表示部
１０４　送信ビームフォーマ
１０６　超音波探触子
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
２０４　整相処理部
２０５　メモリ部
２０６　周辺情報合成部
２０７　ヌル角度検出部
３０１　適応ビームステアリング部
５０１　ヌル角度計算部
７０１　チャンネルメモリ
７０２　フレーム加算部
１００１、１００２　つまみ部

Claims (13)

  1. 　所定の方向に沿って複数の超音波素子を配列した超音波素子アレイと、前記超音波素子アレイが受信した信号を整相する受信ビームフォーマと、前記受信ビームフォーマの出力する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し、
    　前記受信ビームフォーマは、前記超音波素子アレイが受信した信号を、２以上のステアリング方向についてそれぞれ整相処理した後合成する整相合成部と、前記整相合成部に前記２以上のステアリング方向を指示するステアリング方向指示部とを備え、
    　前記２以上のステアリング方向は、受信合焦点の方向以外の少なくとも２方向を含む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２方向はそれぞれ、前記超音波素子アレイの指向性プロファイルのヌル角度の方向であることを特徴とする超音波撮像装置。
  3. 　請求項１または２に記載の超音波撮像装置において、前記２以上のステアリング方向は、前記受信合焦点の方向をさらに含むことを特徴とする超音波撮像装置。
  4. 　請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記ステアリング方向指示部は、予め求めておいた前記超音波素子アレイの２以上の前記ヌル角度の方向を前記整相合成部に指示することを特徴とする超音波撮像装置。
  5. 　請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記ステアリング方向指示部は、前記超音波素子アレイの２以上の前記ヌル角度の方向を計算により求めるヌル角度計算部を有し、前記ヌル角度計算部が求めたヌル角度の方向を前記整相合成部に指示することを特徴とする超音波撮像装置。
  6. 　請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記ステアリング方向指示部は、前記超音波素子アレイが受信した信号から、２以上の前記ヌル角度の検出するヌル角度検出部を有し、前記ヌル角度検出部が求めたヌル角度の方向を前記整相合成部に指示することを特徴とする超音波撮像装置。
  7. 　請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記ステアリング方向指示部は、前記超音波素子アレイの２以上の前記ヌル角度の方向を計算により求めるヌル角度計算部をさらに有し、前記ヌル角度検出部は、前記ヌル角度計算部が求めたヌル角度の周辺の予め定めた範囲についてヌル角度の検出を行ってヌル角度を求めることを特徴とする超音波撮像装置。
  8. 　請求項６または７に記載の超音波撮像装置において、前記整相合成部は、複数のステアリング方向についてそれぞれ、前記超音波素子アレイの各素子が受信した信号を遅延した後加算した整相信号を生成する遅延加算部を有し、
    　前記ステアリング方向指示部は、前記遅延加算部の出力する整相信号を用いて、整相信号が極小となるステアリング方向を前記ヌル角度の方向として検出することを特徴とする超音波撮像装置。
  9. 　請求項６または７に記載の超音波撮像装置において、前記整相合成部は、前記適応ビームフォーミングを行うことにより、前記２以上のステアリング方向のそれぞれについて適応重みを求める適応整相部と、前記適応重みを用いて前記素子アレイの受信した信号を重み付けする重み付け演算部とを有し、
    　前記ステアリング方向指示部は、前記重み付け演算部の出力する信号が極小となるステアリング方向を前記ヌル角度の方向として検出することを特徴とする超音波撮像装置。
  10. 　請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記整相合成部は、前記超音波素子アレイの各素子が受信した信号を前記ステアリング方向に応じて遅延した後加算することにより整相信号を生成する遅延加算部と、前記２以上のステアリング方向それぞれについての前記整相信号を合成して前記整相出力を得る合成部とを有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、前記整相合成部は、前記適応ビームフォーミングを行うことにより、前記２以上のステアリング方向のそれぞれについて適応重みを求める適応整相部と、前記２以上のステアリング方向についての適応重みを合成する重み合成部と、前記合成部の合成した適応重みを用いて前記素子アレイの受信した信号を重み付けした後合成する重み付け演算部とを有す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、前記整相合成部は、前記適応ビームフォーミングを行うことにより、前記２以上のステアリング方向のそれぞれについて適応重みを求める適応整相部と、前記適応重みを用いて前記素子アレイの受信した信号を重み付けした後合成する重み付け演算部と、前記２以上のステアリング方向それぞれについての前記重み付け演算部の出力を合成する合成部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
  13. 　請求項１記載の超音波撮像装置において、
    　前記複数の超音波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超音波素子の受信信号を前記受信ビームフォーマに受け渡す制御部をさらに有し、
    　ある時点の前記アクティブチャンネルの前記２以上のステアリング方向の示す点は、異なる時点の前記アクティブチャンネルについて前記２以上のステアリング方向の示す点の一部と、位置が重なっていることを特徴とする超音波撮像装置。
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