WO2015166867A1 - 超音波撮像装置 - Google Patents

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WO2015166867A1
WO2015166867A1 PCT/JP2015/062303 JP2015062303W WO2015166867A1 WO 2015166867 A1 WO2015166867 A1 WO 2015166867A1 JP 2015062303 W JP2015062303 W JP 2015062303W WO 2015166867 A1 WO2015166867 A1 WO 2015166867A1
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region
transmission
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貞一郎 池田
慎太 高野
鱒沢 裕
千鶴枝 石原
鈴木 麻由美
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日立アロカメディカル株式会社
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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.
  • the ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic probe to the subject by means of an expansion type transmission that transmits a fan-shaped ultrasonic beam and an ultrasonic beam by placing a transmission focal point of the ultrasonic beam in the subject.
  • an expansion type transmission that transmits a fan-shaped ultrasonic beam and an ultrasonic beam by placing a transmission focal point of the ultrasonic beam in the subject.
  • convergent transmission There are two types of convergent transmission that converges.
  • aperture synthesis A brief explanation of aperture synthesis. First, a delay time is given to each of the reception signals of a plurality of elements constituting the ultrasonic probe, thereby focusing on a certain point and then obtaining a phasing signal obtained by addition. The phasing signal is combined with the phasing signal obtained by one or more other transmissions / receptions for the same point, and aperture synthesis is performed by superimposing them.
  • Aperture synthesis can superimpose phasing signals obtained by transmitting and receiving ultrasonic probes from different directions to a point, giving high resolution of point images and robustness against inhomogeneities. It is expected. Furthermore, since the processing gain is improved by the superimposition processing, it is possible to perform transmission by thinning out the number of ultrasonic transmissions more than usual, and it can be applied to high speed imaging.
  • Patent Document 1 is an ultrasonic diagnostic apparatus, which calculates beamformer data (delayed data) using a function within a time segmented time segment, and calculates the time segment for each beamformer reception processing condition.
  • a common beamformer is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an ultrasonic diagnostic apparatus that performs aperture synthesis using a method obtained by improving the virtual sound source method in ultrasonic imaging that performs focused transmission. Specifically, in the region where the energy of the ultrasonic beam converges to the focal point (region A in FIG. 2 of Patent Document 1), the focal point is regarded as a virtual sound source, aperture synthesis is performed, and the surrounding ultrasonic energy is diffused. In the region (regions B and C), aperture synthesis is performed assuming that a spherical wave is emitted from the end of the probe.
  • ⁇ Focus type transmission has less delay time error, even when the transmission spread angle is large, compared to expansion type transmission. Therefore, since focused transmission can increase the spread angle of transmitted ultrasonic waves, more reception scanning lines (a set of points for obtaining a phasing signal) can be set than diffusion transmission. By setting many reception scanning lines, a wide imaging area can be imaged at high speed with a small number of transmissions. In addition, when many reception scanning lines are set in the transmission aperture processing, a larger number of phasing signals can be synthesized with the same number of transmissions than when a small number of reception scanning lines are set. can get.
  • the delay time is obtained by the virtual sound source method in the transmission beam irradiation region (region where the ultrasonic energy is converged), and outside the transmission beam irradiation region (region where the ultrasonic energy is diffused). Assuming that a spherical wave is radiated from the end of the probe and calculating the delay time, a phasing signal can be obtained for points outside the irradiation region of the transmission beam. Therefore, the reception scanning line can be set even outside the transmission beam irradiation region.
  • the delay time of a point on the reception scanning line outside the transmission beam irradiation area is determined by the technique of Patent Document 2 from the waveform of a spherical wave that is considered to be emitted from the end of the probe, the transmission focal depth is obtained.
  • the waveform of the spherical wave used for calculating the delay time must be switched from one to the other of the spherical wave from the left end of the probe and the spherical wave from the right end. Due to this switching, there arises a problem that the curve representing the change in the delay time in the depth direction on the reception scanning line becomes discontinuous near the transmission focal depth.
  • the discontinuity of the delay time change near the transmission focal depth is not continuously connected by some approximate curve or the like, the pixel value of the generated ultrasonic image becomes discontinuous near the transmission focal point, resulting in an artifact. Since this approximate curve connects discontinuous delay time changes continuously, it must be a complicated shape having one or more inflection points.
  • a general ultrasonic imaging apparatus since a general ultrasonic imaging apparatus has a limited amount of calculation, all of the reception phasing points on the reception scanning line (sampling points at the time of phasing of the reception signal) are obtained from the virtual sound source method and the spherical wave waveform.
  • the delay time cannot be obtained by calculation. Therefore, a segment having a segment length wider than the interval between the reception phasing points on the reception scanning line is set, and only the nodes between the segments are obtained by calculation from the virtual sound source method or the waveform of the spherical wave.
  • the delay time of the reception phasing point in the segment is calculated from the delay times of the nodes on both sides of the segment by linear interpolation or the like. Thereby, the calculation amount of the delay time is suppressed, and high-speed display of the ultrasonic image is enabled.
  • An object of the present invention is to perform reception beam forming using a delay time that varies in a complex manner depending on a difference in transmission conditions.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the present invention calculates the irradiation region of the transmission beam, and includes the length of the segment of the reception scanning line that includes one or more reception phasing points and calculates the delay time according to the calculated shape of the irradiation region.
  • a reception beamformer for determining the length is provided.
  • an ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic element array in which a plurality of ultrasonic elements are arranged along a predetermined direction, and a focusing type from at least a part of the plurality of ultrasonic elements in an imaging region of a subject.
  • a transmission beamformer that transmits a transmission beam of the received beam
  • a reception beamformer that performs phased addition by delaying reception signals output from a plurality of ultrasonic elements that have received ultrasonic waves from a subject by a delay time
  • a reception beamformer And an image processing unit that generates image data using the output phasing signal.
  • the reception beamformer sets a plurality of reception scanning lines, which are a set of reception phasing points, in an imaging region, a segment setting unit that divides the reception scanning line into a plurality of segments, and a plurality of segments set by the segment setting unit.
  • a delay time calculation unit that obtains a delay time of a node position by a predetermined calculation, and calculates a delay time for each of one or more reception phasing points included in the segment from the delay time of the node of the segment, and the calculated delay time
  • a delay phasing unit that delays the reception signal for each reception phasing point and a transmission region calculation unit that obtains an irradiation region in the imaging region of the focused transmission beam transmitted by the transmission beam former are included.
  • the segment setting unit sets the length of each of the plurality of segments according to the positional relationship between the shape of the irradiation region obtained by the transmission region calculation unit and the reception scanning line.
  • reception beam forming can be performed using a delay time that varies in a complex manner depending on the transmission conditions, it is possible to generate an ultrasonic image in which image quality deterioration is suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a reception beam former of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment.
  • The (a) perspective view of the ultrasonic imaging device of a 1st embodiment, and (b) block diagram.
  • FIG. 1 An explanatory diagram showing that the reception scanning line 31 is divided into regions A to C according to the positional relationship with the irradiation region 32 of the transmission beam, and (b) a delay time curve obtained from the wavefronts of the regions A to C.
  • 6 is a flowchart showing a part of the operation of the reception beamformer of the first to third embodiments.
  • FIGS. 1, 2A and 2B The ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A and 2B.
  • 1 is a block diagram of a part of the apparatus
  • FIG. 2A is a perspective view of the apparatus
  • FIG. 2B is a block diagram showing a schematic configuration of the entire apparatus.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the first embodiment includes an ultrasonic element array 101 in which a plurality of ultrasonic elements 105 are arranged along a predetermined direction.
  • a transmission beam former 104 for transmitting a focused transmission beam from at least a part (201, 202, 203) of the plurality of ultrasonic elements 105 to the imaging region of the subject 100, and an ultrasonic wave from the subject 100 are received.
  • a reception beamformer 108 that delays and adds the reception signals output from the plurality of ultrasonic elements 105 by a delay time, and an image processing unit that generates image data using the phasing signals output from the reception beamformer 108 109.
  • the reception beamformer 108 includes a segment setting unit 114, a delay time calculation unit 112, a delay phasing unit 204, and a transmission region calculation unit 113.
  • the segment setting unit 114 sets a plurality of reception scanning lines 31 that are a set of reception phasing points in the imaging region, and performs reception scanning as shown in FIG. 4A.
  • the line 31 is divided into a plurality of segments 40a, 40b, 40c.
  • the delay time calculation unit 112 obtains the delay times of the positions of the nodes 4a, 4b, and 4c of the plurality of segments 40a, 40b, and 40c set by the segment setting unit 114 by a predetermined calculation.
  • the delay phasing unit 204 is a node of the segment obtained by the delay time calculation unit 112 for the delay time for each predetermined reception phasing point 5 of the reception signals in the segments 40a, 40b, and 40c of the reception scanning line 31. It is calculated from the delay times 4a, 4b and 4c. Then, the received signal at the reception phasing point 5 is delayed by the calculated delay time, and phased.
  • the reception phasing point here is a point for obtaining a phasing signal of the reception signal, and corresponds to an imaging point of the ultrasonic image and / or a sample point at the time of phasing of the reception signal.
  • the transmission region calculation unit 113 obtains the irradiation region 32 in the imaging region of the focused transmission beam transmitted by the transmission beam former 104.
  • the segment setting unit 114 sets the lengths of the plurality of segments 40 a, 40 b, and 40 c according to the positional relationship between the shape of the irradiation region 32 obtained by the transmission region calculation unit 113 and the reception scanning line 31.
  • the segment setting unit 114 irradiates the outer region B located outside the irradiation region 32 of the reception scanning line 31 and the irradiation of the reception scanning line 31.
  • the inner areas A and C located inside the area 32 are obtained.
  • at least one length of the plurality of segments 40 b set in the outer region B is a segment 40 a set in the inner regions A and C located inside the irradiation region 32 in the reception scanning line 31.
  • 40c is set smaller than at least one length.
  • the delay phasing unit 204 obtains the delay time from the node 4b to the sample point 5 of the segment 40b by an interpolation operation such as linear interpolation, it can follow a complicated change in the delay time. Therefore, it is possible to generate a highly accurate phasing signal in the vicinity of the depth of the transmission focal point 33 as compared with the case where the segment lengths are set at equal intervals throughout the reception scanning line 31.
  • the delay time as a whole is calculated. It is possible to prevent an increase in the amount of calculation required for.
  • the reception beamformer 108 includes a beam memory 206 that stores a phasing signal for each reception phasing point 5 by the delay phasing unit 204 for each transmission, and a phasing that is stored in the beam memory 206.
  • An inter-transmission synthesizing unit 205 that reads out and synthesizes the phasing signals for the same reception phasing point 5 for different transmissions among the signals is provided. Thereby, aperture synthesis can be realized.
  • 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 beamformer 104 In the apparatus main body 102, as shown in FIG. 2B, a transmission beamformer 104, a transmission / reception separation circuit (T / R) 107, a reception beamformer 108, an image processing unit 109, and the operation thereof are controlled.
  • a control unit 111 is arranged.
  • the reception beamformer 108 includes the above-described delay phasing unit (hereinafter referred to as delay addition phasing unit) 204, delay time calculation unit 112, and transmission region calculation unit (hereinafter referred to as transmission profile calculation unit). ) 113, a segment setting unit 114, a beam memory 206, and an inter-transmission combining unit 205, and a frame memory 207.
  • the delay time calculation unit 112, the segment setting unit 114, and the transmission profile calculation unit 113 each include a processing unit such as a CPU and a memory, and the processing unit reads and executes a program stored in advance in the memory. It can be configured to implement the operations described.
  • the delay time calculation unit 112 the segment setting unit 114, and the hardware circuit that performs a predetermined process such as an ASIC or FPGA, or a register or memory that stores a predetermined numerical value are used. It is also possible to configure the transmission profile calculation unit 113 to realize the operation described below.
  • the transmission beamformer 104 in FIG. 2B generates a transmission beam signal for generating an ultrasonic transmission beam.
  • the transmission beam signal is transferred to the ultrasonic probe 106 via the transmission / reception separation circuit 107.
  • the ultrasonic probe 106 delivers the transmission beam signal to the ultrasonic elements 105 of the ultrasonic element array 101.
  • the ultrasonic element 105 transmits ultrasonic waves 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 addition calculation processing and the like in the reception beamformer 108 again through the transmission / reception separation circuit 107.
  • FIG. 5 (a) is a diagram for explaining beam forming in a conventional expanded transmission beam.
  • the divergence-type transmission beam has a small divergence angle ⁇ , there is no large error in the flight stroke of the ultrasonic wave transmitted from the outermost side of the transmission beam with respect to the ultrasonic wave transmitted in the transmission sound axis direction.
  • the divergence angle ⁇ of the transmission beam is large, an error occurs in the flight process of the ultrasonic wave transmitted from the outermost side of the transmission beam with respect to the ultrasonic wave traveling along the transmission sound axis direction.
  • the expansion type transmission beam cannot set the divergence angle ⁇ so large, and it is difficult to set a sufficient number of scanning lines necessary for high-speed imaging and aperture synthesis.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining beam forming in the focused transmission beam.
  • the delay time is obtained by the virtual sound source method in the irradiation region (region where the ultrasonic energy converges) 32 of the focused transmission beam.
  • a procedure for calculating the time of flight (TOF) of the sound wave by the virtual sound source method will be described with reference to FIG.
  • the position of the transmission focal point is assumed to be a virtual source, and it is assumed that the sound wave is re-radiated by spherical diffusion from that point.
  • FIG. 5B it is assumed that the sound wave travels from the virtual sound source in the deep direction, and the sound wave goes back in time toward the ultrasonic element in the shallow direction.
  • the sound wave is transmitted from the center position of the transmission aperture (201) of the ultrasonic element array 101 (the element and the center of the elements when the number of elements of the transmission aperture is an even number) at the time origin (zero time) in the flight time calculation.
  • the time of flight tof until the sound wave reflected at the imaging point (reception phasing point 5) reaches a certain ultrasonic element 105 is expressed by the following equation (1).
  • d 1 is the distance from the center of the transmission aperture to the virtual sound source (focal length in the case of focused transmission)
  • d 2 is the distance from the virtual sound source to the reception phasing point 5
  • d 3 is the reception phasing point 5
  • the distance from the receiving ultrasonic element 105, C is the speed of sound of the medium.
  • “-” indicates that the received phasing point 5 is on the ultrasonic element array 101 side when viewed from the virtual sound source
  • “+” indicates that the received phasing point 5 is viewed from the virtual sound source. Is on the opposite side. Note that all the distances d in Equation (1) are scalars.
  • the reception phasing point 5 can be set over the entire irradiation region 32 of the transmission beam, and the time of flight can be calculated for each reception ultrasonic element 105.
  • the phasing process can be performed. Accordingly, the divergence angle ⁇ of the focused transmission beam can be set large, and the width of the region where the transmission sound wave propagates can be widened.
  • a region B that passes outside the irradiation region 32 is generated.
  • spherical waves diffiffraction from the ultrasonic elements 105a and 105b at the end of the transmission aperture 201 of the ultrasonic element array 101 that transmits the transmission beam are used. The delay time is obtained assuming that the wave is propagating.
  • a spherical wave (hereinafter referred to as a diffracted wave) 62 from the ultrasonic element 105 a at the left end propagates in a region shallower than the transmission focal point 33.
  • a spherical wave (hereinafter referred to as a diffracted wave) 63 from the ultrasonic element 105b at the right end is propagating.
  • the diffracted wave 63 from the ultrasonic element 105 b at the right end propagates in the region shallower than the transmission focal point 33, and in the region deeper than the transmission focal point 33, It can be considered that the diffracted wave 62 from the acoustic wave element 105a is propagating.
  • the shape of the diffracted wave can be obtained geometrically.
  • the shape of the diffracted wave 62 is a circular arc with a radius r 1 centering on the leftmost ultrasonic element 105a.
  • the diffracted wave 62 has an arc shape with a radius r r centering on the ultrasonic element 105b at the right end.
  • the shape of the diffracted wave is switched from the diffracted wave 62 to the diffracted wave 63 with the vicinity of the transmission focal point 33 as a boundary.
  • the diffracted wave 63 is switched to the diffracted wave 62 at the vicinity of the transmission focal point 33.
  • the delay time by the virtual sound source method is used for the regions (inner regions A and C) in the transmission beam irradiation region 32.
  • the delay time curve is curved by the curve 71 in the inner region A on the side closer to the transmission focal point 33 (ultrasonic element array 101), and in the inner region C on the deeper side. 74.
  • the delay time due to the diffracted wave 62 is expressed by a curve 72 in a region B1 shallower than the transmission focal point 33
  • the delay time due to the diffracted wave 63 is expressed by a curve 73 in a region B2 deeper than the transmission focal point 33. It is represented by
  • the delay time curve 72 caused by the diffracted wave 62 and the delay time curve 73 caused by the diffracted wave 63 are not in contact with each other.
  • the delay time becomes discontinuous at the transmission focal point 33 (however, in FIG. 8, the discontinuity of the solid line 82 is shown as a straight line at the transmission focal point 33). If the delay time discontinuity is not continuously connected by some approximate curve or the like, the pixel value of the generated ultrasonic image becomes discontinuous in the vicinity of the transmission focal point, resulting in an artifact. Therefore, in the present embodiment, by using an appropriate approximate curve such as the curves 91 and 92 in FIG. 9 and the curve 81 in FIG.
  • the position of the node of the segment is set so that the delay time following the change in the vicinity of the transmission focal point 33 is set to the reception phasing point 5. Is changed according to the transmission conditions. Thereby, even in the vicinity of the transmission focal point outside the irradiation region 32 of the transmission beam, a phasing signal can be obtained using a continuous delay time. This makes it possible to generate an ultrasound image without image quality degradation near the transmission focal point.
  • the segment setting unit 114 of the reception beamformer 108 sets a plurality of segments equally divided by a predetermined segment length in the outer region B located outside the irradiation region 32 in the reception scanning line 31.
  • a plurality of segments having a segment length longer than the segment length of the outer region B are set in the inner regions A and C located inside the irradiation region 32. This will be described in detail below.
  • the segment length L1 delivered from the control unit 111 is set (step S1).
  • a predetermined value can be used, or a value received from the operator via the console 110 can be used.
  • the transmission profile calculation unit 113 receives transmission beam transmission conditions such as a transmission frequency and a transmission aperture from the control unit 11 (step S2).
  • the transmission profile calculation unit 113 calculates the irradiation region 32 of the transmission beam in the imaging region by calculation using the received transmission condition (step S3).
  • the shape of the irradiation region 32 (hereinafter, also referred to as a transmission profile 32) may be obtained assuming that the shape is formed by connecting two triangles as shown in FIG.
  • the transmission profile 32 may be obtained by performing a simulation assuming detailed sound wave propagation and a non-linear sound field.
  • the segment setting unit 114 receives the transmission profile 32 from the transmission profile calculation unit 113 and also receives the position of the reception scanning line 31 received from the control unit 111. Then, the position of the intersection point 34 between the transmission profile 32 and the reception scanning line is calculated (step S4). The segment setting unit 114 divides the reception scanning line 31 into the inner regions A and C located inside the transmission profile 32 and the outer region B located outside at the intersection 34 (step S5).
  • the segment setting unit 114 arranges the segment node 4b at the position of the intersection point 34 as shown in FIG. 3A (step S6). If the segment node 4b cannot be arranged at the intersection point 34 due to the sampling period or the like, it is arranged in the vicinity of the intersection point 34.
  • the segment setting unit 114 equally divides the external area B by the segment length L1 set in step S1, and sets a plurality of segments 40b (step S7).
  • the inner areas A and C are equally divided by a segment length L2 longer than the segment length L1 of the outer area B, and a plurality of segments 40a and 40c are set.
  • the segment 40 b having a shorter segment length than the inner regions A and C can be set in the outer region B.
  • the segment setting unit 114 is set according to the number of segments set in the outer area B and the lengths of the inner areas A and C so that the total number of segments set in the reception scanning line 31 falls within a predetermined range. It is also possible to obtain the segment length L2 by calculation.
  • the segment setting unit 114 delivers the position information of the nodes 4a to 4c of the segments 40a to 40c of the areas A to C to the delay time calculation unit 112.
  • the delay time calculation unit 112 calculates the delay time at each position of the segment nodes 4a to 4c based on the shape of the delay time curve 81 set in advance (step S12). Since the segment length L1 is set to be shorter in the outer region B, the delay time of the segment node 4b is smaller than that in the case where the segment length is set longer (FIG. 11 (a)) than in FIG. 11 (b). Thus, the value reflects a curve 81 having a complicated delay time with a predetermined delay time.
  • the segment setting unit 114 delivers the obtained delay time and position information (or segment length information) for each of the segment nodes 4a to 4c to the delay addition phasing unit 204 (step S13).
  • the delay time and position information of this segment node are obtained for each ultrasonic element 105 with respect to one reception scanning line 31 and transferred.
  • the delay addition phasing unit 204 obtains the delay time of the position of the reception phasing point 5 in each of the segments 40a to 40c by section linear interpolation based on the delay time and position information for each of the segment nodes 4a to 4c (FIG. 12). ). Using the obtained delay time, the reception signal of the ultrasonic element 105 is delayed and phased and then added to obtain a phased signal for the reception phased point 5 (step S14). Since the outer region B is set to have a short segment length, the delay time of the complex curve 81 can be reflected even if the delay time of the reception phasing point 5 is obtained by interval linear interpolation. In addition, for the inner regions A and C, the delay time curve 81 is unlikely to change abruptly. Therefore, even if the segment length L2 is set longer than L1, the delay time of the reception phasing point 5 is the curve 81. Can follow.
  • the above steps S1 to S8 are performed for all the reception scanning lines 31 set for one transmission.
  • the phasing signal obtained for the reception phasing point 5 of each reception scanning line 31 is stored in the beam memory 206.
  • the above operation is repeated a predetermined number of times while changing the irradiation position of the transmission beam.
  • the inter-transmission combining unit 205 reads a plurality of phasing signals for the same reception phasing point 5 from the beam memory 206 and combines them.
  • An image of the imaging area is generated using the synthesized phasing signal.
  • the generated image is stored in the frame memory 207 and is output to the image processing unit 109.
  • the image processing unit 109 causes the image display unit 103 to display an image subjected to image processing as necessary. In the displayed image, discontinuous artifacts do not occur even in the vicinity of the transmission focus, and a highly accurate image can be displayed.
  • step S6 as shown in FIG. 8A, the segment node 4b is arranged at the intersection 34 or in the vicinity thereof.
  • the effect is demonstrated using FIG. 8 (a), (b).
  • the curve 81 has an inflection point at the intersection point 34 because the approximate (asymptotic) curve changes from the curves 71 and 74 to the curves 72 and 73 at the intersection point 34.
  • FIG. 8B when the segment node 4b is not arranged at the intersection 34, a line segment 85 connecting the segment nodes 4a and 4c in the inner areas A and C and the segment node 4b in the outer area B;
  • the separation from the curve 81 is increased.
  • An increase in the separation means that the delay time of the reception phasing point 5 does not follow the curve 81. Therefore, it is desirable to arrange the segment node 4b at the intersection 34 as in step S6 described above.
  • step S3 when the transmission profile 32 is obtained by calculation, the transmission profile 32 is obtained based on the result of the sound wave propagation calculation inside the subject 100 based on the transmission conditions as shown in FIG. 3B. Is also possible. As a result, the delay time profile itself can be accurately calculated, and reception beam forming in accordance with actual sound wave propagation can be performed. Therefore, it is possible to generate an ultrasonic image with less image quality deterioration near the depth of the transmission focus 33.
  • the reception beamforming method is nonlinear imaging using a nonlinear component of sound waves
  • the transmission profile 32 created by the frequency of the nonlinear component used in reception beamforming in the frequency band of the transmission beam In harmonic imaging, harmonic imaging, etc., beam forming can be performed in accordance with actual sound wave propagation. Therefore, it is possible to generate an ultrasonic image with less image quality deterioration near the depth of the transmission focus 33.
  • step S4 the intersection 34 between the transmission profile 32 and the reception scanning line 31 is obtained (step S4), the segment node 4b is arranged at that position, and then the regions A, B, C (Step S5), and segments are arranged in the areas A, B, and C (step S7).
  • the present invention is not limited to this procedure. For example, after first dividing the entire reception scanning line 31 into segments having a predetermined segment length L2, the intersection point 34 between the transmission profile 32 and the reception scanning line 31 is obtained, and the outer region B sandwiched by the intersection points 34 is obtained. Only the region B can be configured such that segments whose segment length is changed from L2 to L1 are rearranged.
  • the calculation for obtaining the intersection point 34 can be performed using the position of the segment node 4 of the segment length L2 set for the entire reception scanning line 31.
  • the outer side of the transmission profile 32 is crossed between the i-th segment node 4 (i) and the i-1th segment node 4 (i-1).
  • the intersection point 34 is a point that internally divides the segment nodes 4 (i) and 4 (i-1) as shown in FIG. 4B.
  • the intersection point 34 and the segment node 4 The distance dsegl_new_node from (i-1) can be obtained by Expression (2).
  • the position of the intersection 34 can be obtained from the distance from the segment node 4 (i-1) obtained by the above calculation. Thereby, the position of the intersection 34 can be easily obtained from the coordinates of the two segment nodes.
  • the segment setting unit 114 calculates the delay time for each reception phasing point 5 located in the outer region B located outside the irradiation region 32 in the reception scanning line 31. Let's calculate. And the curve which shows the relationship between the delay time calculated
  • a segment having a short segment length is set in a region where the curve change (slope) is large, and a segment having a long segment length is set in a region where the curve change (slope) is small.
  • the transmission profile calculation unit 113 and the segment setting unit 114 obtain the intersection 34 between the transmission profile 32 and the reception scanning line 31 as in the first embodiment, and arrange the segment node 4b at or near the intersection 34 (step S2). To 6).
  • step S8 the segment setting unit 114 passes the position information of all reception phasing points 5 in the outer region B to the delay time calculation unit 112, and each of the reception phasing points 5 is set. Calculate the delay time and receive the result.
  • the segment setting unit 114 obtains a curve (or a set of line segments) 131 representing the relationship between the received delay time and the reception phasing point 5 as shown in FIG.
  • This curve (or set of line segments) 131 corresponds to a curve 81 of a predetermined delay time.
  • the segment setting unit 114 obtains the change (inclination) of the curve 131, and in the region where the change (inclination) is large, the segment having a small segment length is shown, and in the region where the inclination is small, the segment 40b having a large segment length is shown in FIG. Arrange like this.
  • a segment corresponding to the inclination can be set by predetermining a segment length corresponding to each inclination. Accordingly, as shown in FIG. 13B, segment nodes 4b are densely arranged in a portion where the change is large, and segment nodes 4b are sparsely arranged in a portion where the change is small, and the segment node 131 follows the curve 131. Yes.
  • the segment setting unit 114 sets the inner regions A and C so that the total number of segments set in the reception scanning line 31 does not exceed a predetermined number according to the number of segments set in the outer region B.
  • the number of segments to be arranged is obtained, and the segment length is determined by calculation based on the lengths of the inner areas A and C.
  • Segments 40a and 40c are set by equally dividing the inner areas A and C by the obtained segment length.
  • the segments 40a and 40c may be set by equally dividing the inner areas A and C with a predetermined segment length L2.
  • the delay time calculation unit 112 calculates the node delay times of the segments 40a to 40b by calculation in step S12. Then, in steps S13 and S14, the delay addition phasing unit 204 obtains the delay time of the reception phasing point 5 in the segment of each region by section linear interpolation.
  • the segment nodes are densely arranged in the portion where the slope of the delay time curve 131 (81) is large. Therefore, the reception obtained by the interval linear interpolation is used.
  • the delay time of the phasing point 5 follows the shape of the delay time curve 131 (81).
  • the delay time of the reception phasing point 5 follows the shape of the complex curve 131 (81) of the delay time in the vicinity of the transmission focus. Discontinuous artifacts do not occur in the vicinity, and a highly accurate image can be displayed.
  • the segment setting unit 114 sends the delay time to the delay time calculation unit 112 for each reception phasing point located in the outer region B located outside the irradiation region 32 in the reception scanning line 31. Calculate.
  • the segment setting unit 114 obtains a curve 131 indicating the relationship between the obtained delay time and the position of the reception phasing point 5, and sets the nodes 4 b of a plurality of segments on the curve 131.
  • the several line segment 132 which connects the set segment node 4b with a straight line is calculated
  • the area of the region sandwiched between the curve 131 and the line segment 132 is obtained, and the positions (segment lengths) of the nodes 4b of the plurality of segments are adjusted so as to reduce this area.
  • the transmission profile calculation unit 113 and the segment setting unit 114 obtain the intersection 34 between the transmission profile 32 and the reception scanning line 31 as in the first embodiment, and arrange the segment node 4b at or near the intersection 34 (step S2). To 6).
  • step S10 the process proceeds to step S10, where the segment setting unit 114 passes the position information of all the reception phasing points 5 in the outer region B to the delay time calculation unit 112, and each of the reception phasing points 5 is determined.
  • the delay time is calculated and the result is received (step S10).
  • the segment setting unit 114 obtains a curve (or a set of line segments) 131 representing the relationship between the received delay time and the reception phasing point 5 as shown in FIG.
  • This curve (or set of line segments) 131 corresponds to a curve 81 of a predetermined delay time.
  • the segment setting unit 114 arranges a plurality of segment nodes 4 b on the curve 131.
  • the number of segment nodes 4b to be arranged may be a predetermined number, or the segment length 40b may be set to the segment length L1 of the first embodiment. Alternatively, the segment length may be determined according to the slope of the curve 131 as in the second embodiment.
  • the segment setting unit 114 obtains a plurality of line segments 132 that connect the plurality of segment nodes 4b with straight lines. Then, the total area of the region 133 sandwiched between the plurality of line segments and the curve 131 is obtained. The segment setting unit 114 adjusts the position of the segment node 4b so that the total area of the region 133 is equal to or less than a predetermined value. If the combined area of the region 133 does not fall below a predetermined value even after adjustment, the number of segment nodes 4b is increased. Thereby, as shown in FIG. 13A, the segment node 4b following the change of the curve 131 can be set.
  • the segment setting unit 114 sets the inner regions A and C so that the total number of segments set in the reception scanning line 31 does not exceed a predetermined number according to the number of segments set in the outer region B.
  • the number of segments to be arranged is obtained, and the segment length is determined by calculation based on the lengths of the inner areas A and C.
  • Segments 40a and 40c are set by equally dividing the inner areas A and C by the obtained segment length.
  • the segments 40a and 40c may be set by equally dividing the inner areas A and C with a predetermined segment length L2.
  • the delay time of the reception phasing point 5 in the segment 40b in the outer region B obtained in step S14 is obtained by interval linear interpolation, but the segment node 4b follows the curve 131 by the processing in steps S10 and S11.
  • the delay time of the reception phasing point 5 follows the shape of the delay time curve 131 (81). Therefore, discontinuous artifacts do not occur in the vicinity of the transmission focal point in the image generated based on the phasing signal, and a highly accurate image can be displayed.
  • the entire reception scanning line 31 is divided into segments having a predetermined segment length L2 and the nodes 4 are arranged using FIG. 4B, and then the intersection 34 with the transmission profile 32 is obtained. It has been explained that the segment node 4 can be arranged at the intersection 34. At that time, in FIG. 4B of the first embodiment, a new segment node 4 is formed at the intersection 34 between the i-th segment node 4 (i) and the i-1th segment node 4 (i-1). Arranged. However, instead of adding a new segment node 4, it is also possible to move the segment node located on the inner region A, C side and place it at the intersection 34. This will be described with reference to FIG.
  • the segment node 4 having the segment length L2 is arranged on the delay time curve 81. Similar to the first embodiment, if the intersection point 34 is obtained by calculation, the intersection point 34 at the boundary between the inner area A and the outer area B is the i ⁇ 1th segment node 4 ( i-1) is shifted to intersection 34. For the intersection 34 of the boundary between the outer region B and the inner region C, the segment node 4 (j) on the j-th surface on the inner region C side is shifted to the intersection 34. As a result, the segment node is arranged at the intersection point 34.
  • the distance between the segment node 4 at the intersection 34 and the segment node 4 on the inner area A and C side becomes longer than the segment length L2.
  • the segment lengths of the inner areas A and C are not shorter than the set L2. Therefore, when the total number of segment nodes that can be arranged in the entire reception scanning line 31 is determined, more segment nodes can be arranged in the outer region B. Thereby, there is an advantage that the delay time of the reception phasing point 5 in the outer region B can be made to follow the curve 81 more.
  • the segment length is set shorter than the other regions in order to follow the complicated change in the delay time of the outer region B of the transmission profile 32.
  • the delay time curve may include a place where the slope changes abruptly.
  • the segment division method of the present invention can be similarly applied to a place where the delay time curve changes abruptly. For example, it is known that there is a place where the delay time curve changes steeply in the inner region of the transmission profile before the virtual focus in the virtual sound source method, and the present invention can be applied to such a place.

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Abstract

 送信条件の違いによって複雑に変化する遅延時間を用いて受信ビームフォーミングを行う。 送信ビームの照射領域32を算出し、算出された照射領域32の形状と受信走査線31との位置関係に応じて、遅延時間を求めるセグメントの長さを設定する。例えば、受信走査線31を領域A~Cに分け、照射領域32の外側領域Bにおいては、セグメント40bの長さを、内側領域A,Cのセグメント40a,40cの長さより短くする。

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。
 超音波探触子から被検体への超音波ビームの送信方法には、扇形に広がる超音波ビームを送信する拡大型送信と、被検体内に超音波ビームの送信焦点を配置して超音波ビームを収束させる集束型送信の2種類がある。
 超音波撮像装置によ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、開口部のエッジによる超音波の回折の影響を受け、方位角方向の分解能を向上させることが難しい。この問題は、無限に長いアレイを用意できれば解決できるが、現実的には実現は困難である。そのため近年では、方位角方向の分解能向上のために、チャンネルドメイン整相技術の検討が盛んに行われており、適応ビームフォーマや、開口合成などの新しい整相方式が盛んに報告されている。
 開口合成を簡単に説明する。まず、超音波探触子を構成する複数素子の受信信号にそれぞれ遅延時間を与えることにより、仮想的にある点について焦点を合わせた後、加算して得た整相信号を得る。この整相信号と、同一点について他の1以上の送受信で得た整相信号とを合成し、重ね合わせることにより開口合成を行う。
 開口合成は、ある点に対して異なる方向から超音波探触子が送受信して得た整相信号を重ね合わせることができるため、点像の高解像度化、不均質に対する頑健性などを付与することが期待される。さらには、重ね合わせ処理により処理利得が向上するため、超音波の送信回数を通常よりも間引いた送信が可能となり、高速撮像にも応用できる。
 特許文献1の発明は、超音波診断装置であって、時間区分された時間区間内で関数を用いてビームフォーマデータ(遅延データ)を演算し、この時間区間をビームフォーマの受信処理条件ごとに共通とするビームフォーマが開示されている。
 また、特許文献2には、超音波診断装置であって、集束型送信を行う超音波撮像において、仮想音源法を改良した方法を用いて、開口合成を行う技術が開示されている。具体的には、超音波ビームのエネルギが焦点に収束する領域(特許文献1の図2の領域A)では、焦点を仮想音源とみなして開口合成を行い、その周辺の超音波エネルギが拡散する領域(領域B,C)では探触子の端部から球面波が放射されたとみなして開口合成を行う。
米国特許出願公開第2010/0030081号明細書(対応する特開2008-212492公報,および国際公開第08/108115号) 特開平10-277042号公報
 集束型送信は、拡大型送信と比較して、送信の広がり角が大きい場合でも、遅延時間の誤差が少ない。そのため、集束型送信は、送信超音波の広がり角を大きくできるため、拡散型送信よりも多くの受信走査線(整相信号を求める点の集合)を設定することができる。多くの受信走査線を設定することにより、少ない送信回数によって広い撮像領域を高速に撮像することができる。また、送信開口処理で多くの受信走査線を設定した場合、少ない受信走査線を設定した場合よりも、同じ送信回数で多くの整相信号を合成することができ、高解像度化等の効果が得られる。
 また、特許文献2のように、送信ビームの照射領域(超音波エネルギーが収束する領域)内では仮想音源法により遅延時間を求め、送信ビームの照射領域外(超音波エネルギーが拡散する領域)では、探触子の端部から球面波が放射されているとみなして、遅延時間を求めることにより、送信ビームの照射領域外の点についても整相信号を得ることができる。よって、送信ビームの照射領域外についても受信走査線を設定することができる。
 しかしながら、特許文献2の技術により、送信ビームの照射領域外の受信走査線上の点の遅延時間を、探触子の端部から放射されたとみなした球面波の波形によって求める場合、送信焦点深さ付近において、探触子の左端からの球面波および右端からの球面波の一方から他方へ、遅延時間の演算に用いる球面波の波形を切り替えなければならない。この切り替えのため、受信走査線上の深さ方向の遅延時間の変化を表す曲線は、送信焦点深さ付近で不連続になるという問題が生じる。送信焦点深さ付近における遅延時間変化の不連続は、なんらかの近似曲線等により連続的に接続しなければ、生成される超音波画像の画素値が送信焦点付近で不連続になってアーチファクトを生じる。この近似曲線は、不連続な遅延時間変化を連続に接続するため、変曲点を1以上持つ複雑な形状にならざるを得ない。
 一方、一般的な超音波撮像装置は、演算量に制限があるため、受信走査線上の受信整相点(受信信号の整相時のサンプリング点)のすべてについて、仮想音源法や球面波波形から演算により遅延時間を求めることはできない。そのため、受信走査線上の受信整相点の間隔よりも広いセグメント長のセグメントを設定し、セグメント間の節点についてのみ、仮想音源法や球面波の波形から演算して求めている。そして、セグメント内の受信整相点の遅延時間は、セグメントの両側の節点の遅延時間から線形補間演算等により計算している。これにより、遅延時間の演算量を抑制し、超音波画像の高速表示を可能にしている。
 そのため、上述の特許文献2の技術により送信焦点深さ付近の受信整相点の遅延時間を求めようとすると、セグメントの間隔が広い場合には、補間演算により受信整相点に上記近似曲線の変化を反映した遅延時間を受信整相点に設定することはできない。また、受信整相点の遅延時間の曲線形状は、送信条件および設定する受信走査線の位置によって複雑に変化するが、セグメント長が大きい場合には、その変化に対応することもできない。これにより、送信焦点深さ付近の画質が劣化する。
 本発明の目的は、送信条件の違いによって複雑に変化する遅延時間を用いて受信ビームフォーミングを行うことにある。
 本発明の超音波撮像装置は、送信ビームの照射領域を算出し、算出された照射領域の形状に応じて、受信整相点を1以上含み、遅延時間を演算する受信走査線のセグメントの長さを決定する受信ビームフォーマを備えている。
 例えば、本発明の超音波撮像装置は、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、被検体の撮像領域に前記複数の超音波素子の少なくとも一部から集束型の送信ビームを送信させる送信ビームフォーマと、被検体からの超音波を受信した複数の超音波素子の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算する受信ビームフォーマと、受信ビームフォーマの出力する整相信号を用いて画像データを生成する画像処理部とを有する。受信ビームフォーマは、撮像領域に受信整相点の集合である受信走査線を複数本設定し、受信走査線を複数のセグメントに分割するセグメント設定部と、セグメント設定部の設定した複数のセグメントの節点の位置の遅延時間を予め定めた演算によって求める遅延時間演算部と、セグメント内に含まれる1以上の受信整相点ごとの遅延時間をセグメントの節点の遅延時間から算出し、算出した遅延時間により受信整相点ごとに受信信号を遅延させる遅延整相部と、送信ビームフォーマが送信する集束型の送信ビームの撮像領域における照射領域を求める送信領域演算部とを含む。セグメント設定部は、送信領域演算部の求めた照射領域の形状と受信走査線との位置関係に応じて、複数のセグメントの長さをそれぞれ設定する。
 本発明によれば、送信条件の違いによって複雑に変化する遅延時間を用いて受信ビームフォーミングを行うことができるため、画質劣化を抑制した超音波画像を生成することができる。
第1の実施形態の超音波撮像装置の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。 第1の実施形態の超音波撮像装置の(a)斜視図、(b)ブロック図。 (a)および(b)第1の実施形態の送信ビームの照射領域32と受信走査線との関係を示す説明図、(c)受信走査線上の遅延時間の変化の曲線81と、セグメント節点の配置例を示すグラフ。 (a)第1の実施形態の送信ビームの照射領域32と受信走査線31とセグメント節点4a等と受信整相点5との関係を示す説明図、(b)2つのセグメント節点の位置から、照射領域32と受信走査線31の交点34の位置を求める方法を示す説明図。 (a)拡大型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図、(b)集束型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図。 集束型送信ビームの照射領域32の内側と外側の波面の形状を示す説明図。 (a)送信ビームの照射領域32との位置関係によって受信走査線31を領域A~Cに分けたことを示す説明図、(b)各領域A~Cの波面から求めた遅延時間の曲線を示すグラフ。 (a)波面から求めた遅延時間の曲線を接続した近似曲線81を示すグラフ、(b)近似曲線81と、セグメント節点を結ぶ線分とのかい離を示す説明図。 波面から求めた遅延時間の曲線と、それを接続した近似曲線91、92の形状例を示すグラフ。 第1~第3の実施形態の受信ビームフォーマの動作の一部を示すフローチャート。 (a)第1の実施形態でセグメント長を大きく設定した場合のセグメント節点を結ぶ線分と曲線81との関係を示す説明図、(b)セグメント長L1を小さくした場合のセグメント節点を結ぶ線分と曲線81との関係を示す説明図。 第1の実施形態でセグメント節点の遅延時間から受信整相点5の遅延時間を区間線形補間で求めることを示す説明図。 (a)第3の実施形態のセグメント節点4bを結ぶ線分と曲線131の間の領域の面積を示す説明図、(b)第2の実施形態で曲線131の傾きに応じてセグメント長を設定することを示す説明図。 第4の実施形態において内側領域A,Cのセグメント節点を交点34に移動させることを示す説明図。
 本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。
 (第1の実施形態)
 第1の実施形態の超音波撮像装置について、図1、図2(a),(b)を用いて説明する。図1は、装置の一部のブロック図、図2(a)は装置の斜視図、図2(b)は装置全体の概略構成を示すブロック図である。
 図1および図2(a),(b)に示すように、第1の実施形態の超音波撮像装置は、所定の方向に沿って複数の超音波素子105を配列した超音波素子アレイ101と、被検体100の撮像領域に、複数の超音波素子105の少なくとも一部(201,202,203)から集束型の送信ビームを送信する送信ビームフォーマ104と、被検体100からの超音波を受信した複数の超音波素子105の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算する受信ビームフォーマ108と、受信ビームフォーマ108の出力する整相信号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。
 受信ビームフォーマ108は、図1のように、セグメント設定部114と、遅延時間演算部112と、遅延整相部204と、送信領域演算部113とを含む。セグメント設定部114は、図3(a)、(b)のように、撮像領域に受信整相点の集合である受信走査線31を複数本設定し、図4(a)のように受信走査線31を複数のセグメント40a,40b,40cに分割する。遅延時間演算部112は、セグメント設定部114の設定した複数のセグメント40a,40b、40cの節点4a,4b、4cの位置の遅延時間を、予め定めた演算によって求める。遅延整相部204は、受信走査線31のセグメント40a,40b,40c内の受信信号の予め定められた受信整相点5ごとの遅延時間を、遅延時間演算部112が求めた、セグメントの節点4a,4b、4cの遅延時間から算出する。そして、算出した遅延時間でその受信整相点5の受信信号を遅延させて、整相する。ここでいう受信整相点は、受信信号の整相信号を求める点であり、超音波画像のイメージングポイント、および/または、受信信号の整相時のサンプル点に対応している。
 送信領域演算部113は、送信ビームフォーマ104が送信する集束型の送信ビームの撮像領域における照射領域32を求める。セグメント設定部114は、送信領域演算部113の求めた照射領域32の形状と受信走査線31との位置関係に応じて、複数のセグメント40a,40b、40cの長さをそれぞれ設定する。
 具体的には、図3(a),(b)のように、セグメント設定部114は、受信走査線31のうち照射領域32の外側に位置する外側領域Bと、受信走査線31のうち照射領域32の内側に位置する内側領域A,Cを求める。そして、図4のように、外側領域Bに設定する複数のセグメント40bの少なくとも一つの長さを、受信走査線31のうち照射領域32の内側に位置する内側領域A,Cに設定するセグメント40a、40cの少なくとも一つの長さよりも、小さく設定する。
 これにより、図3(c)に示すように、送信焦点33の深さ付近において遅延時間の変化が複雑に変化する形状であっても、セグメント長の短いセグメント40bの節点4bの遅延時間に反映することができる。よって、遅延整相部204が、セグメント40bの節点4bからサンプル点5の遅延時間を、線形補間等の補間演算により求めても、遅延時間の複雑な変化に追従することができる。したがって、セグメント長を受信走査線31の全体に等間隔に設定した場合よりも、送信焦点33の深さ付近において、高精度な整相信号を生成することができる。また、遅延時間の急激な変化の少ない内側領域A,Cのセグメント40a,40cの少なくとも一つ以上の長さを、外側領域Bのセグメント長よりも長くすることにより、全体としての遅延時間の演算に必要な演算量を増加させないようにすることができる。
 このような構成により、送信ビームの照射領域32の外側領域Bにおいても、受信整相点に精度の高い遅延時間を設定できるため、送信ビームの照射領域32の外側に多くの受信走査線31を設定しても、精度の高い整相信号を得ることができる。送信回数を増加させることなく、複数の送信間で開口合成を行うことが可能になる。
 例えば、図1のように、受信ビームフォーマ108は、遅延整相部204による受信整相点5ごとの整相信号を送信ごとに格納するビームメモリ206と、ビームメモリ206に格納された整相信号のうち、異なる送信についての同一の受信整相点5についての整相信号を読み出して合成する送信間合成部205とを備える。これにより、開口合成を実現することができる。
 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1および図2(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2(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2(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は、図1のように、上述の遅延整相部(以下、遅延加算整相部と呼ぶ)204、遅延時間演算部112、送信領域演算部(以下、送信プロファイル演算部と呼ぶ)113、セグメント設定部114、ビームメモリ206、送信間合成部205の他に、フレームメモリ207を備えている。遅延時間演算部112、セグメント設定部114および送信プロファイル演算部113は、それぞれCPU等の処理部とメモリとを含み、メモリに予め格納されたプログラムを処理部が読み込んで実行することにより、以下に説明する動作を実現するように構成することができる。また、この構成に限らず、ASICやFPGAのように予め定められた処理を行うハードウエア回路や、予め定められた数値を格納したレジスタやメモリにより、遅延時間演算部112、セグメント設定部114および送信プロファイル演算部113を構成し、以下に説明する動作を実現させることも可能である。
 図2(b)の送信ビームフォーマ104は、超音波の送信ビームを生成するための送信ビーム用信号を生成する。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にそれぞれ送信ビーム用信号を受け渡す。超音波素子105は、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において整相加算演算処理等が施される。
 受信ビームフォーマ108の各部の詳しい動作を説明する前に、一般的な拡大型送信ビームと集束型送信ビームにおけるビームフォーミングについて説明する。
 図5(a)は、従来の拡大型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図である。拡大型送信ビームは、その広がり角θが小さい場合には、送信音軸方向に送信された超音波に対して、送信ビームの最も外側から送信された超音波の飛行行程に大きな誤差がない。しかしながら、送信ビームの広がり角θが大きい場合には、送信ビームの最も外側から送信された超音波の飛行行程は、送信音軸方向に沿って進む超音波に対して誤差が大きくなる。そのため、拡大型送信ビームは、広がり角θをあまり大きく設定することができず、高速撮像や開口合成に必要な十分な数の走査線を設定することが難しい。
 一方、図5(b)は、集束型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図である。集束型送信ビームの照射領域(超音波エネルギーが収束する領域)32内では仮想音源法により遅延時間が求められる。図5(b)を用いて仮想音源法による音波の飛行時間(TOF: time of flight)計算の手順を説明する。仮想音源法では送信焦点の位置を仮想的な音源(virtual source)として,その点から音波が球面拡散で再放射されると仮定する。たとえば,図5(b)の場合は,仮想音源から深部方向に音波が進み,浅部方向に音波が時間を遡って超音波素子に戻る,と考える。ここで,飛行時間計算における時刻原点(ゼロ時刻)を、超音波素子アレイ101の送信口径(201)の中心位置(送信口径の素子数が偶数の場合は素子と素子の中心)から音波が送信された時刻とすると,ある超音波素子105に,撮像点(受信整相点5)で反射された音波が到達するまでの飛行時間 tofは、下式(1)で表わされる。ここで,d1は送信口径の中心から仮想音源までの距離(集束送信の場合は焦点距離),d2は仮想音源から受信整相点5までの距離,d3は受信整相点5と受信超音波素子105との距離,Cは媒質の音速である。式(1)において復号の-は、受信整相点5が仮想音源から見て超音波素子アレイ101側にある場合,+は、受信整相点5が仮想音源から見て超音波素子アレイ101とは反対側に存在する場合である。なお式(1)の距離dは全てスカラーである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 仮想音源法を用いることで,送信ビームの照射領域32の全域にわたって受信整相点5を設定でき,受信超音波素子105ごとに飛行時間をそれぞれ計算することができる。求めた飛行時間を遅延時間として用いることにより、整相処理を行うことができる。よって、集束型送信ビームは、広がり角θを大きく設定することができ、送信音波が伝搬する領域の幅を広げることが出来る。
 しかしながら、集束型送信ビームの照射領域32の全体に図3(a)のように複数の受信走査線31を配置すると、照射領域32の外側を通過する領域Bが生じる。第1の実施形態では、図6のように、照射領域32の外側については、送信ビームを送信した超音波素子アレイ101の送信口径201の端部の超音波素子105a、105bから球面波(回折波)が伝搬しているとみなして遅延時間を求める。
 例えば、照射領域32よりも左側の領域では、送信焦点33よりも浅い領域では、左端の超音波素子105aからの球面波(以下、回折波と呼ぶ)62が伝搬しており、送信焦点33よりも深い領域では、右端の超音波素子105bからの球面波(以下、回折波と呼ぶ)63が伝搬していると見なせる。一方、照射領域32よりも右側の領域では、送信焦点33よりも浅い領域では、右端の超音波素子105bからの回折波63が伝搬しており、送信焦点33よりも深い領域では、左端の超音波素子105aからの回折波62が伝搬していると見なせる。
 図6のように,回折波の形状は、幾何的に求めることができる。例えば送信焦点33より浅く、かつ照射領域32よりも左側の領域の場合は,回折波62の形状は、左端の超音波素子105aを中心とした半径rlの円弧になる。送信焦点33より深く、かつ照射領域32より左側の領域の場合は,回折波62は、右端の超音波素子105bを中心とした半径rrの円弧の形状になる。そのため、照射領域32よりも左側の領域では、送信焦点33付近を境に、回折波の形状が、回折波62から回折波63に切り替わる。照射領域32よりも右側の領域では、送信焦点33付近を境に回折波63から回折波62に切り替わる。
 このため、図6、図7(a)のように受信走査線31を配置した場合には、送信ビームの照射領域32内の領域(内側領域A、C)については、仮想音源法による遅延時間が適用され、遅延時間の曲線は、図7(b)のように、送信焦点33よりも浅い(超音波素子アレイ101)側の内側領域Aでは曲線71により、深い側の内側領域Cでは曲線74により表される。また、外側領域Bのうち、送信焦点33よりも浅い領域B1では回折波62による遅延時間は、曲線72で表され、送信焦点33よりも深い領域B2では回折波63による遅延時間は、曲線73で表される。
 図7(b)から明らかなように回折波62による遅延時間の曲線72と、回折波63による遅延時間の曲線73は、接しておらず、これらをそのまま適用すると、図8(a)の実線82に示すように、送信焦点33において遅延時間は不連続になるという問題が生じる(ただし、図8では、実線82の不連続を、送信焦点33において直線で接続して示している)。この遅延時間の不連続を、なんらかの近似曲線等により連続的に接続しなければ、生成される超音波画像の画素値が送信焦点付近において不連続になりアーチファクトを生じる。そこで本実施形態では、図9の曲線91、92や図8(a)の曲線81のような適切な近似曲線を用いて、送信焦点付近の遅延時間の不連続変化を滑らかに接続することにより、アーチファクトを抑制する。しかしながら、これら近似曲線81,91,92は、不連続な2曲線を滑らかに接続するために変曲点を1以上持つ複雑な形状にならざるを得ない。
 そのため、外部領域Bの受信走査線31上に並ぶ受信整相点5の整相時には、上記近似曲線81等で表される遅延時間を用いる必要があるが、外側領域Bに設定されるセグメント40bが長い場合、補間演算で算出される受信整相点5の遅延時間に近似曲線81等の遅延時間を反映することは困難になる。
 なお、図7(b)および図9のグラフは、平面波伝搬による遅延時間のオフセット分を縦軸の遅延時間から差し引いている。図8(a)のグラフは、平面波伝搬の遅延時間のオフセット分を差し引いていない。
 本発明では、図1の受信ビームフォーマ108の構成を用いることで、送信焦点33付近で複雑に変化に追従した遅延時間が、受信整相点5に設定されるように、セグメントの節点の位置を送信条件に応じて変化させる。これにより、送信ビームの照射領域32の外側の送信焦点付近においても、連続性のある遅延時間を用いて整相信号を得ることができる。これにより、送信焦点付近において画質劣化のない、超音波画像を生成することができる。
 以下、図1の受信ビームフォーマ108の各部の動作について、図10を用いて具体的に説明する。受信ビームフォーマ108のセグメント設定部114は、受信走査線31のうち照射領域32の外側に位置する外側領域Bには、予め定めたセグメント長で等分して複数のセグメントを設定する。照射領域32の内側に位置する内側領域A,Cには、外側領域Bのセグメント長よりも長いセグメント長の複数のセグメントを設定する。以下、詳しく説明する。
 セグメント設定部114には、制御部111から受け渡されたセグメント長L1が設定されている(ステップS1)。セグメント長L1は、予め定めた値を用いることも可能であるし、コンソール110を介して操作者から受け付けた値を用いることも可能である。
 送信プロファイル演算部113は、制御部11から送信周波数や送信口径等の送信ビームの送信条件を受け取る(ステップS2)。送信プロファイル演算部113は、受け取った送信条件を用いて、撮像領域の送信ビームの照射領域32を演算により求める(ステップS3)。このとき、照射領域32の形状(以下、送信プロファイル32とも呼ぶ)を、図3(a)のように二つの三角形を連結した形状に仮定して求めてもよいし、図3(b)のように、詳細な音波伝搬や非線形の音場を仮定したシミュレーションを行って、送信プロファイル32を求めてもよい。
 セグメント設定部114は、送信プロファイル演算部113から送信プロファイル32を受け取るとともに、制御部111から受け取った受信走査線31の位置を受け取る。そして、送信プロファイル32と受信走査線との交点34の位置を算出する(ステップS4)。セグメント設定部114は、受信走査線31を、交点34を境に、送信プロファイル32の内側に位置する内側領域A,Cと、外側に位置する外側領域Bとに分割する(ステップS5)。
 セグメント設定部114は、交点34の位置に、図3(a)のようにセグメント節点4bを配置する(ステップS6)。サンプリング周期等の関係で交点34にセグメント節点4bが配置できない場合には、交点34の近傍に配置する。
 そして、セグメント設定部114は、ステップS1で設定されたセグメント長L1で外部領域Bを等分割し、複数のセグメント40bを設定する(ステップS7)。また、内側領域A,Cを、外側領域Bのセグメント長L1よりも長いセグメント長L2で等分割し、それぞれ複数のセグメント40a,40cを設定する。これにより、図3(c)のように、外側領域Bには、内側領域A,Cよりもセグメント長の短いセグメント40bを設定することができる。
 なお、セグメント長L2は、予め定めた値を用いることが可能である。また、受信走査線31に設定されるセグメントの総数が予め定めた範囲内になるように、外側領域Bに設定したセグメント数と、内側領域A,Cの長さに応じて、セグメント設定部114がセグメント長L2を計算により求めることも可能である。
 セグメント設定部114は、各領域A~Cのセグメント40a~40cの節点4a~4cの位置情報を遅延時間演算部112に受け渡す。遅延時間演算部112は、予め設定されている遅延時間曲線81の形状等に基づき、セグメント節点4a~4cの各位置における遅延時間を計算により求める(ステップS12)。外側領域Bは、セグメント長L1が短く設定されているため、セグメント節点4bの遅延時間は、セグメント長が長く設定されている場合(図11(a))と比較して、図11(b)のように予め定めた遅延時間の複雑な形状の曲線81を反映した値となる。
 セグメント設定部114は、求めたセグメント節点4a~4cごとの遅延時間および位置情報(またはセグメント長情報)を遅延加算整相部204に受け渡す(ステップS13)。このセグメント節点の遅延時間および位置情報は、一つの受信走査線31について超音波素子105ごとに求められ、受け渡される。
 遅延加算整相部204は、セグメント節点4a~4cごとの遅延時間および位置情報に基づき区間線形補間演算により、各セグメント40a~40c内の受信整相点5の位置の遅延時間を求める(図12)。求めた遅延時間を用いて、超音波素子105の受信信号を遅延させて整相したのち加算し、受信整相点5についての整相信号を得る(ステップS14)。外側領域Bは、セグメント長が短く設定されているため、区間線形補間により受信整相点5の遅延時間を求めても、複雑な曲線81の遅延時間を反映することができる。また、内側領域A,Cについては、遅延時間の曲線81は、急激に変化することは少ないため、セグメント長L2をL1よりも長く設定しても、受信整相点5の遅延時間は曲線81に追従できる。
 上記ステップS1~S8を1回の送信につき設定したすべての受信走査線31について行う。各受信走査線31の受信整相点5について求められた整相信号は、ビームメモリ206に格納される。送信ビームの照射位置を変化させながら、上記動作を予め定めた回数繰り返す。送信間合成部205は、同じ受信整相点5についての複数の整相信号をビームメモリ206から読みだして合成する。合成後の整相信号を用いて撮像領域の画像を生成する。生成した画像は、フレームメモリ207に格納されるとともに、画像処理部109に出力される。画像処理部109は、必要に応じて画像処理を施した画像を画像表示部103に表示させる。表示される画像は、送信焦点付近においても不連続なアーチファクトが生じず、高精度な画像を表示することができる。
 なお、ステップS6において、図8(a)のように、交点34またはその近傍にセグメント節点4bを配置している。その効果について図8(a),(b)を用いて説明する。図8(a)のように、曲線81は、交点34を境に、近似する(漸近する)曲線が曲線71、74から曲線72、73に変化するため、交点34には変曲点が存在する。そのため、図8(b)のように、交点34にセグメント節点4bを配置しない場合、内側領域A,Cのセグメント節点4a,4cと外側領域Bのセグメント節点4bとを接続する線分85と、曲線81とのかい離が大きくなる。かい離が大きくなることは、受信整相点5の遅延時間が曲線81に追従しないことを意味する。したがって、上述のステップS6のように、交点34にセグメント節点4bを配置することが望ましい。
 また、上述のステップS3において、送信プロファイル32を演算により求める際に、図3(b)のように、送信条件に基づく被検体100内部の音波伝搬計算の結果に基づいて送信プロファイ32を求めることも可能である。これによって、遅延時間プロファイルそのものを正確に算出することができ、実際の音波伝搬に則した受信ビームフォーミングを行うことができる。よって、送信焦点33の深さ付近における画質劣化がより少ない超音波画像を生成することができる。
 また、受信ビームフォーミング方式が音波の非線形成分を利用する非線形撮像である場合、送信ビームの周波数帯域のうち、受信ビームフォーミングで利用する非線形成分の周波数が作り出す送信プロファイル32を演算により求めることにより、ハーモニックイメージング、高調波イメージングなどにおいて、実際の音波伝搬に則したビームフォーミングを行うことができる。よって、送信焦点33の深さ付近における画質劣化がより少ない超音波画像を生成することができる。
 また、上述の図10のステップS4~S7では、送信プロファイル32と受信走査線31との交点34を求めて(ステップS4)、その位置にセグメント節点4bを配置したのち、領域A,B,Cに分割し(ステップS5)、各領域A,B,Cにセグメントを配置する(ステップS7)という構成であったが、本発明はこの手順に限られるものではない。例えば、まず受信走査線31全体を予め定めたセグメント長L2のセグメントに分割した後、送信プロファイル32と受信走査線31との交点34を求め、交点34で挟まれた外側領域Bを求め、外側領域Bのみセグメント長をL2からL1に変更したセグメントを配置しなおす構成にすることも可能である。
 この場合、交点34を求める計算を、受信走査線31全体に設定したセグメント長L2のセグメント節点4の位置を用いて計算することができる。
 具体的には、図4(b)のように、i番目のセグメント節点4(i)と、i-1番目のセグメント節点4(i-1)の間を横切る形で、送信プロファイル32の外側の境界線が存在する場合、交点34は、図4(b)のようにセグメント節点4(i)と4(i-1)とを内分する点となる。送信プロファイル32の直線を表す式が、avsx+bvsz+cvs=0であり、セグメント節点iの座標が(x,z)=(xi,zi)で表される場合、交点34とセグメント節点4(i-1)との距離dsegl_new_nodeは、式(2)で求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 上記演算で求めたセグメント節点4(i-1)からの距離により、交点34の位置を求めることができる。これにより、2つのセグメント節点の座標から容易に交点34の位置を求めることができる。
 (第2の実施形態)
 第2の実施形態の超音波撮像装置について説明する。
 第2の実施形態では、セグメント設定部114は、受信走査線31のうち照射領域32の外側に位置する外側領域Bに位置する受信整相点5ごとに、その遅延時間を遅延時間演算部112に演算させる。そして、演算で求めた遅延時間と受信整相点5の位置との関係を示す曲線を求める。曲線の変化(傾斜)が大きい領域にはセグメント長を短く、曲線の変化(傾斜)が小さい領域にはセグメント長の長いセグメントを設定する。
 これを図10を用いて具体的に説明する。送信プロファイル演算部113およびセグメント設定部114は、第1の実施形態と同様に送信プロファイル32と受信走査線31との交点34を求め、交点34またはその近傍にセグメント節点4bを配置する(ステップS2~6)。
 第2の実施形態では、この後ステップS8に進み、セグメント設定部114が外側領域B内のすべての受信整相点5の位置情報を遅延時間演算部112に受け渡し、受信整相点5についてそれぞれ遅延時間を演算させ、その結果を受け取る。
 ステップS9に進み、セグメント設定部114は、図13(b)のように、受け取った遅延時間と受信整相点5との関係を表す曲線(または線分の集合)131を求める。この曲線(または線分の集合)131は、予め定めた遅延時間の曲線81に対応している。セグメント設定部114は、曲線131の変化(傾斜)を求め、変化(傾斜)が大きい領域にはセグメント長の小さいセグメントを、傾斜が小さい領域にはセグメント長の大きいセグメント40bを図13(b)のように配置する。例えば、傾斜の大きさごとに、それに対応させるセグメント長を予め定めておくことにより、傾斜に応じたセグメントを設定することができる。これにより、図13(b)のように、変化が大きい部分にはセグメント節点4bが密に、変化が小さい部分にはセグメント節点4bが疎に配置され、セグメント節点131は曲線131に追従している。
 また、セグメント設定部114は、外側領域Bに設定したセグメントの数に応じて、受信走査線31に設定されるセグメントの総数が予め定められた数を超えないように、内側領域A,Cに配置するセグメント数を求め、内側領域A、Cの長さに基づきセグメント長を計算により定める。求めたセグメント長で内側領域A,Cを等分してセグメント40a,40cをそれぞれ設定する。なお、予め定めたセグメント長L2で内側領域A,Cを等分してセグメント40a、40cを設定してもよい。
 各領域A~Cにセグメント40a~40bが設定されたならば、ステップS12により、セグメント40a~40bの節点の遅延時間を遅延時間演算部112が演算により求める。そして、ステップS13、S14により、遅延加算整相部204は、各領域のセグメント内の受信整相点5の遅延時間を区間線形補間により求める。外側領域Bにおいては、図13(b)のように、遅延時間の曲線131(81)の傾斜が大きい部分には、セグメント節点が密に配置されているため、区間線形補間によって求められた受信整相点5の遅延時間は、遅延時間の曲線131(81)の形状に追従している。
 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2の実施形態においても、受信整相点5の遅延時間は、送信焦点付近の遅延時間の複雑な曲線131(81)の形状に追従しているため、表示される画像には、送信焦点付近において不連続なアーチファクトが生じず、高精度な画像を表示することができる。
 (第3の実施形態)
 第3の実施形態の超音波撮像装置について説明する。
 第3の実施形態では、セグメント設定部114は、受信走査線31のうち照射領域32の外側に位置する外側領域Bに位置する受信整相点ごとに、その遅延時間を遅延時間演算部112に演算させる。セグメント設定部114は、求めた遅延時間と受信整相点5の位置との関係を示す曲線131を求め、曲線131上に複数のセグメントの節点4bを設定する。そして、設定したセグメント節点4bを直線で接続する複数の線分132を求める。曲線131と線分132で挟まれる領域の面積を求め、この面積を小さくするように複数のセグメントの節点4bの位置(セグメント長)をそれぞれ調整する。
 これを図10のフローを用いて具体的に説明する。送信プロファイル演算部113およびセグメント設定部114は、第1の実施形態と同様に送信プロファイル32と受信走査線31との交点34を求め、交点34またはその近傍にセグメント節点4bを配置する(ステップS2~6)。
 第3の実施形態では、この後ステップS10に進み、セグメント設定部114が外側領域B内のすべての受信整相点5の位置情報を遅延時間演算部112に受け渡し、受信整相点5についてそれぞれ遅延時間を演算させ、その結果を受け取る(ステップS10)。
 ステップS11に進み、セグメント設定部114は、図13(a)のように、受け取った遅延時間と受信整相点5との関係を表す曲線(または線分の集合)131を求める。この曲線(または線分の集合)131は、予め定めた遅延時間の曲線81に対応している。セグメント設定部114は、曲線131上に複数のセグメント節点4bを配置する。配置するセグメント節点4bの数を予め定めた数としてもよいし、セグメント長40bを第1の実施形態のセグメント長L1に設定してもよい。もしくは、第2の実施形態のように曲線131の傾斜に応じてセグメント長を定めてもよい。
 セグメント設定部114は、複数のセグメント節点4bを直線で結ぶ複数の線分132を求める。そして、複数の線分と曲線131で挟まれる領域133の面積の合計を求める。セグメント設定部114は、領域133の面積の合計が、予め定めた値以下になるように、セグメント節点4bの位置を調整する。調整しても、領域133の面積の合成が予め定めた値以下にならない場合には、セグメント節点4bの数を増やす。これにより、図13(a)のように、曲線131の変化に追従したセグメント節点4bを設定することができる。
 また、セグメント設定部114は、外側領域Bに設定したセグメントの数に応じて、受信走査線31に設定されるセグメントの総数が予め定められた数を超えないように、内側領域A,Cに配置するセグメント数を求め、内側領域A、Cの長さに基づきセグメント長を計算により定める。求めたセグメント長で内側領域A,Cを等分してセグメント40a,40cをそれぞれ設定する。なお、予め定めたセグメント長L2で内側領域A,Cを等分してセグメント40a、40cを設定してもよい。
 以下のステップ12~14は、第1及び第2の実施形態と同様であるので説明を省略する。
 ステップS14により求められる外側領域Bのセグメント40b内の受信整相点5の遅延時間は、区間線形補間により求められるが、ステップS10、S11の処理によりセグメント節点4bが曲線131に追従しているため、受信整相点5の遅延時間は、遅延時間の曲線131(81)の形状に追従している。よって、整相信号に基づいて生成される画像には、送信焦点付近において不連続なアーチファクトが生じず、高精度な画像を表示することができる。
 (第4の実施形態)
 第1の実施形態において、図4(b)を用いて、受信走査線31全体を予め定めたセグメント長L2のセグメントに分割して節点4を配置した後、送信プロファイル32との交点34を求め、交点34にセグメント節点4を配置することも可能であることを説明した。その際、第1の実施形態の図4(b)では、i番目のセグメント節点4(i)と、i-1番目のセグメント節点4(i-1)の間の交点34に新しいセグメント節点4を配置した。しかしながら、新しいセグメント節点4を追加するのではなく、内側領域A,C側に位置するセグメント節点を移動させて交点34に配置することも可能である。これを図14を用いて説明する。
 図14のように、遅延時間の曲線81には、セグメント長L2のセグメント節点4が配置されている。第1の実施形態と同様に、交点34を演算により求めたならば、内側領域Aと外側領域Bとの境界の交点34については、内側領域A側にあるi-1番目のセグメント節点4(i-1)を交点34にシフトさせる。また、外側領域Bと内側領域Cとの境界の交点34については、内側領域C側にあるj番面のセグメント節点4(j)を交点34にシフトさせる。これにより、交点34にセグメント節点を配置する。
 このように、内側領域A,Cのセグメント節点4をシフトさせることにより、交点34のセグメント節点4と、その内側領域A、C側のセグメント節点4との距離がセグメント長L2よりも長くなるため、内側領域A,Cのセグメント長を設定したL2よりも短くすることがない。よって、受信走査線31全体で配置可能なセグメント節点の総数が決まっている場合に、より多くのセグメント節点を外側領域Bに配置することができる。これにより、外側領域Bの受信整相点5の遅延時間をより曲線81に追従させることができるというメリットがある。
(第5の実施形態)
 上述してきた第1~第4の実施形態では、送信プロファイル32の外側領域Bの複雑な遅延時間の変化に追従するために、セグメント長を他の領域よりも短く設定することについて説明したが、遅延時間の曲線には、外側領域B以外にも傾きが急激に変化する場所が含まれることがある。本発明のセグメント分割方式は、遅延時間の曲線が急激に変化する場所であれば、それらの箇所にも同じように適用することができる。たとえば、仮想音源法における仮想焦点手前では、送信プロファイルの内側領域にも急峻に遅延時間の曲線が変化する場所があることがわかっており、本発明はそのような箇所にも適用可能である。
100 被検体
101 超音波素子アレイ
102 超音波撮像装置本体
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
112 遅延時間演算部
113 送信領域(送信プロファイル)演算部
114 セグメント設定部
204 遅延(加算)整相部

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、被検体の撮像領域に前記複数の超音波素子の少なくとも一部から集束型の送信ビームを送信させる送信ビームフォーマと、前記被検体からの超音波を受信した前記複数の超音波素子の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算した整相信号を出力する受信ビームフォーマとを有し、
     前記受信ビームフォーマは、前記撮像領域に受信整相点の集合である受信走査線を複数本設定し、前記受信走査線を複数のセグメントに分割するセグメント設定部と、前記セグメント設定部の設定した複数の前記セグメントの節点の位置の前記遅延時間を予め定めた演算によって求める遅延時間演算部と、前記セグメント内に含まれる1以上の前記受信整相点ごとの遅延時間を前記セグメントの前記節点の前記遅延時間から算出し、算出した前記遅延時間により前記受信整相点ごとに前記受信信号を遅延させる遅延整相部と、前記送信ビームフォーマが送信する前記集束型の送信ビームの前記撮像領域における照射領域を求める送信領域演算部とを含み、
     前記セグメント設定部は、前記送信領域演算部の求めた前記照射領域の形状と前記受信走査線との位置関係に応じて、前記複数のセグメントの長さをそれぞれ設定することを特徴とする超音波撮像装置。
  2.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部は、前記受信走査線のうち前記照射領域の外側に位置する外側領域を求め、前記外側領域に設定する前記複数のセグメントの少なくとも一つの長さを、前記受信走査線のうち前記照射領域の内側に位置する内側領域に設定する前記セグメントの少なくとも一つの長さよりも、短く設定することを特徴とする超音波撮像装置。
  3.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部は、前記受信走査線のうち前記照射領域の外側に位置する外側領域を予め定めたセグメント長で等分して複数の前記セグメントを設定し、前記受信走査線のうち前記照射領域の内側に位置する内側領域には、前記外側領域の前記セグメント長よりも長いセグメント長の複数の前記セグメントを設定することを特徴とする超音波撮像装置。
  4.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部が前記受信走査線に設定する前記セグメントの数の総数は、予め定めた範囲内であることを特徴とする超音波撮像装置。
  5.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部は、前記受信走査線のうち前記照射領域の外側に位置する外側領域に位置する前記受信整相点ごとに、その遅延時間を前記遅延時間演算部に演算させ、この演算で求めた前記遅延時間と前記受信整相点の位置との関係を示す曲線を求め、前記曲線の変化が大きい領域にはセグメント長を短く、前記曲線の変化が小さい領域にはセグメント長の長いセグメントを設定することを特徴とする超音波撮像装置。
  6.  請求項5に記載の超音波撮像装置において、前記外側領域に設定される前記セグメントの数は、予め定められている範囲内であることを特徴とする超音波撮像装置。
  7.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部は、前記受信走査線のうち前記照射領域の外側に位置する外側領域に位置する前記受信整相点ごとに、その遅延時間を前記遅延時間演算部に演算させ、演算で求めた前記遅延時間と前記受信整相点の位置との関係を示す曲線を求め、前記曲線上に複数の前記セグメントの節点を設定し、前記セグメントの節点を直線で接続する複数の線分を求め、前記曲線と前記線分で挟まれる領域の面積を求め、前記面積を小さくするように前記複数のセグメントのセグメント長をそれぞれ調整することを特徴とする超音波撮像装置。
  8.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記セグメント設定部は、前記受信走査線のうち、前記照射領域の外側に位置する外側領域と、前記照射領域の内側に位置する内側領域とを求め、前記外側領域と内側領域との境界に前記セグメントの節点を配置することを特徴とする超音波撮像装置。
  9.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記遅延整相部は、前記遅延時間演算部が演算により求めた前記セグメントの節点の前記遅延時間から、線形補間計算により前記受信整相点の遅延時間を求め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、前記遅延時間演算部は、前記受信走査線のうち前記照射領域の内側に位置する前記セグメントの節点の前記遅延時間を仮想音源法により求め、前記照射領域の外側に位置する前記セグメントの節点の前記遅延時間を、前記送信ビームを送信した複数の前記超音波素子のうち両端の超音波素子から球面波が放射されたとみなして前記遅延時間を求め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、前記受信ビームフォーマは、開口合成処理を行うビームフォーマであり、前記受信整相点ごとの前記整相信号を、送信ごとに格納するメモリと、前記メモリに格納された送信ごとの前記整相信号から、同一の前記受信整相点についての整相信号を選択して合成する送信間合成部とを有する、
    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、前記送信領域演算部は、前記送信ビームフォーマの前記送信ビームの送信条件に基づく、前記被検体内部の音波伝搬計算の結果により前記照射領域の形状を求めることを特徴とする超音波撮像装置。
  13.  請求項1に記載の超音波撮像装置において、前記受信ビームフォーマは、超音波の非線形成分を利用して受信ビームフォーミングを行い、
     前記送信領域演算部は、前記送信ビームの周波数帯域のうち、前記受信ビームフォーミングで用いる非線形成分の周波数の照射領域を求めることを特徴とする超音波撮像装置。
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