WO2017022540A1 - 超音波撮像装置および超音波撮像方法 - Google Patents

超音波撮像装置および超音波撮像方法 Download PDF

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WO2017022540A1
WO2017022540A1 PCT/JP2016/071685 JP2016071685W WO2017022540A1 WO 2017022540 A1 WO2017022540 A1 WO 2017022540A1 JP 2016071685 W JP2016071685 W JP 2016071685W WO 2017022540 A1 WO2017022540 A1 WO 2017022540A1
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transmission
ultrasonic
reception
imaging
unit
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Application number
PCT/JP2016/071685
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English (en)
French (fr)
Inventor
千鶴枝 石原
貞一郎 池田
鱒沢　裕
田中　宏樹
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13—Tomography
    • A61B8/14—Echo-tomography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8959—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using coded signals for correlation purposes

Definitions

  • the present invention relates to a technique for improving an SN ratio and a frame rate using encoded transmission / reception in an ultrasonic imaging apparatus.
  • Imaging processing using ultrasound includes processing for transmitting ultrasound to an object, receiving an echo reflected by the object as an electrical signal, and displaying an image using the received electrical signal.
  • Ultrasound is generated by inputting an electrical signal to an ultrasonic element (electroacoustic transducer or vibrator) provided in the ultrasonic imaging apparatus.
  • the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic element is partially reflected at the boundary where the acoustic impedance is different while traveling through the object, thereby creating an echo.
  • the echo is received by the electroacoustic transducer, and a reception signal is generated. Thereby, the boundary surface of the target object can be displayed as a tomographic image or a 3D image of the target object.
  • Such an imaging technique is widely used as a non-destructive inspection of a structure or a diagnostic apparatus for imaging a tomographic image of a living body with minimal invasiveness.
  • Ultrasonic elements are arranged in an array and constitute a plurality of channels.
  • the ultrasonic imaging apparatus forms an ultrasonic beam by ultrasonic waves from an ultrasonic element by array beam forming, and transmits the ultrasonic beam to an object.
  • the ultrasonic beam is transmitted while scanning the object, and the echo generated by each transmission is received by the transducer.
  • the ultrasonic imaging apparatus performs reception beam forming on the reception signal of each ultrasonic element, and generates image data of an area on the axis of the transmitted ultrasonic beam. By combining (adding) the image data obtained while scanning the ultrasonic beam, a tomographic image or a 3D image of the entire object is generated.
  • the frame rate indicating the number of tomographic images updated per second can be improved by generating more image data necessary for generating one tomographic image in a short time.
  • the frame rate can also be realized by reducing the number of transmission events required until one tomographic image is updated (generated).
  • Spatial encoding transmission / reception is known as an imaging method that reduces the number of transmission events required to update one tomographic image (Patent Document 1).
  • the number of transmissions required to generate one tomographic image is reduced by transmitting the object simultaneously from a plurality of directions.
  • the encoded ultrasonic waves are simultaneously transmitted from multiple directions to the object, and after receiving the echoes, the received signals are decoded to determine which direction the ultrasonic signals transmitted from. It is necessary to distinguish and separate. For example, when the directions (or positions) of transmitting the ultrasonic beam to the object are the A direction and the B direction, transmission / reception is performed twice. For example, in the first transmission, the transmission waveforms of the ultrasonic beams in the A direction and the B direction are encoded with codes 1 and 1, respectively, and in the second transmission, they are encoded with codes 1 and ⁇ 1, respectively.
  • the reception signals obtained by receiving echoes generated from the respective objects in the two transmissions / receptions by the reception channel are stored in the channel data state before the reception beam forming.
  • the received signal transmitted in the A direction and the received signal transmitted in the B direction are separated. Specifically, by summing the first received signal and the second received signal at the same time, the received signal due to transmission in the B direction is canceled, and only the received signal due to transmission in the A direction remains.
  • the subtraction process cancels the reception signal due to transmission in the A direction and leaves only the reception signal due to transmission in the B direction.
  • the frame rate cannot be improved.
  • it is configured to repeat scans that are transmitted and received while shifting the parts little by little, and the received signal obtained in the previous scan and the received signal obtained in the current scan are decoded for the same part.
  • the time interval between the previous scan and the current scan is large, there is a problem that the real time required to obtain a decoded received signal is increased and the real-time property is lowered.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic imaging apparatus that performs high-frame-rate encoded transmission / reception imaging with high real-time characteristics.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the present invention transmits a plurality of transmission aperture groups each including two or more transmission apertures, an ultrasonic probe having one or more reception apertures, and a plurality of transmission aperture groups in order.
  • a transmitter that simultaneously transmits to the imaging target an ultrasonic wave that is spatially encoded from the two or more transmission apertures included in the aperture group, and an output of the reception aperture that receives the echo of the ultrasonic wave from the imaging target
  • a reception unit that obtains a reception signal for an imaging point at a desired position of the imaging target.
  • the transmission unit transmits at least two sets of transmission aperture groups that perform continuous transmission so that the irradiation regions of the ultrasound imaging target partially overlap.
  • the receiving unit sets an imaging point in a range where the irradiation areas of continuously transmitted ultrasonic waves overlap, and obtains a reception signal for the same imaging point for each of the two ultrasonic waves transmitted continuously.
  • the obtained two received signals are decoded to obtain a decoded received signal for the imaging point.
  • 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 6 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment.
  • 1 is a block diagram showing a specific configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment. Explanatory drawing which shows the example of arrangement
  • Explanatory drawing which shows the basic waveform used for the space coding transmission of 1st embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example of the receiving part of 1st embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example of the channel memory and delay addition part of the receiving part of 1st embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example of the 2nd memory and decoding part of the receiving part of 1st embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C show the ultrasonic wave to be transmitted and the imaging point (reception focus).
  • FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing a setting range, etc.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the transmission order of transmission aperture groups, and
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation of transmission / reception.
  • the ultrasonic imaging apparatus 100 includes an ultrasonic probe 108, a transmission unit 102, and a reception unit 105.
  • the ultrasonic probe 108 has at least two sets of transmission aperture groups 110 and 111 and the like set at different positions, and one or more reception apertures 109.
  • the transmission aperture group 110 includes, for example, two or more transmission apertures 110A and 110B.
  • the transmission aperture group 111 includes, for example, two or more transmission apertures 111A and 111B.
  • the ultrasonic probe 108 is a predetermined one-dimensional or two-dimensional array of ultrasonic elements (also referred to as electroacoustic conversion elements or vibrators) having a function of converting an electric signal into a sound wave and a sound wave into an electric signal. It is the arranged configuration.
  • the transmission aperture 110A and the like and the reception aperture 109 are set to include one or a plurality of ultrasonic elements.
  • the transmission unit 102 applies ultrasonic waves, which are spatially encoded simultaneously from two or more transmission apertures (110A, 110B) included in one transmission aperture group (eg, 110), to the imaging target 120. (Steps 140 and 141 in FIG. 4). Each time transmission is performed, the transmission aperture group for transmission is changed, and transmission is performed in order from the plurality of transmission aperture groups 110 and 111 (FIG. 3). At this time, the transmission unit 102 causes the irradiation areas 33 of the two sets of transmission aperture groups (for example, 110 and 111) that perform transmission to be continuously applied to the imaging target of the ultrasonic waves to partially overlap.
  • FIG. 3 shows an example in which transmission is sequentially performed from four sets of transmission aperture groups 110 to 113 as an example, but in this case, transmission is continuously performed among the four sets of transmission aperture groups 110 to 113. Transmission is performed so that the irradiation areas 33 of the pair of transmission aperture groups (110 and 111, 111 and 112, 112 and 113) partially overlap each other.
  • the ultrasonic element in the reception opening 109 receives an echo from the imaging target 120 of the transmitted ultrasonic wave and outputs an electric signal (reception signal) each time the ultrasonic wave is transmitted by the transmission unit 102 (FIG. 4).
  • the receiving unit 105 sets one or more imaging points (also referred to as reception focal points) 52 as shown in FIG. 2B in the range where the irradiation regions 33 of the ultrasonic waves continuously transmitted within the imaging target 120 overlap. To do.
  • the reception unit 105 obtains a reception signal for the imaging point 52 using the output of the reception opening 109 (step 143).
  • the reception signal obtained in step 143 for the imaging point 52 in the current transmission and the reception signal obtained in step 143 for the same imaging point 52 in the previous transmission are decoded. Then, a decoded received signal for the imaging point 52 is obtained (steps 144 and 146).
  • the number of the plurality of transmission aperture groups 110, 111, etc. is 3 or more, transmission from each transmission aperture group in order and obtaining a reception signal for a desired imaging point, each time before transmission, Decoding is performed between the received signals obtained for the same imaging point in transmission (steps 147 and 145). As a result, a decoded received signal can be obtained for each transmission.
  • the ultrasonic irradiation region 33 (for example, 33- (n-1) A, FIG. 2A) transmitted continuously by the (n ⁇ 1) th and nth transmission events.
  • (n-1) B and 33-nA, nB) overlap each other, and a reception signal is obtained for one or more imaging points 52 set in the overlapping regions 135-nA and 135-nB (FIG. 2C).
  • n in the areas 135-nA and 135-nB indicates an area where an irradiation area of the n-th transmission and the previous (n-1) -th transmission is formed.
  • Alphabet A indicates an irradiation region by an opening on the A side
  • alphabet B indicates an irradiation region by an opening on the B side.
  • the region where the ultrasonic irradiation region 33 overlaps between transmissions is a region where the imaging point 52 is set and a reception signal can be generated after decoding, the region where the irradiation region 33 overlaps between transmissions becomes large.
  • Setting is desirable from the viewpoint of improving the frame rate. Therefore, for example, it is desirable to set so that the irradiation areas 33 of the transmission apertures on the A side and the irradiation areas 33 of the transmission openings on the B side overlap each other during transmission.
  • the irradiation region 33-nA of the transmission aperture 111A of the aperture group 111 partially overlaps, and the irradiation region 33- (n-1) B of the transmission aperture 110B partially overlaps the irradiation region 33-nB of the transmission aperture 111B. It is desirable to set as follows. Note that ultrasonic waves transmitted from two or more transmission apertures (110A, 110B, etc.) such as the transmission aperture group 110 may be transmitted toward the same point of the imaging target 120, or transmitted in different directions. May be. The ultrasonic wave to be transmitted may be a focus transmission having a transmission focal point in the imaging target 120 or a defocus transmission having no transmission focal point in the imaging target 120.
  • the spatial encoding of the transmitted ultrasonic waves is performed by spatial encoding of the transmitted ultrasonic waves so that decoding processing can be performed using each reception signal of the ultrasonic waves transmitted twice in succession.
  • the code to be used is set (see FIG. 3). The spatial encoding and decoding process will be described in detail later.
  • the reception aperture 109 includes a plurality of ultrasonic elements, for example, ultrasonic waves that reach the imaging point 52 from the transmission aperture 111A become echoes and reach the plurality of ultrasonic elements in the reception aperture 109 for reception. Is done.
  • the output signal of each ultrasonic element in the reception aperture 109 is added after being delayed according to the time for the echo to reach the ultrasonic element from the imaging point 52, thereby adding the echo from the imaging point 52.
  • a received signal (added signal after delay) can be obtained.
  • the reception aperture 109 is composed of one ultrasonic element
  • the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture 111A and reaching the imaging point 52 becomes an echo from the continuous output of the ultrasonic element as an echo.
  • an echo reception signal from the imaging point 52 can be obtained.
  • the ultrasonic imaging apparatus performs a decoding process based on reception signals obtained by two transmission events transmitted continuously from different transmission aperture groups. As a result, as shown in FIG. 3, every time a transmission event is repeated, a decoded received signal can be obtained. Therefore, the interval between two transmission events required until a reception signal necessary for the decoding process is shortened, so that real-time performance is high and shooting at a high frame rate is possible.
  • a structure in which a decoding process is performed from three or more spatially encoded received signals is naturally possible. In that case, three or more transmissions are continuously performed, and decoding processing is performed from the three or more received signals obtained. Thereafter, by performing a decoding process using a total of three or more reception signals, that is, a reception signal obtained at each transmission and a reception signal obtained at the previous two or more transmissions, each transmission, A reception signal after decoding is obtained, and the effects of real time and high frame rate can be obtained.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a specific example of the ultrasonic imaging apparatus 100 of the present embodiment.
  • the ultrasonic imaging apparatus 100 includes a data synthesis unit 25, a control unit 106, a user interface (UI) 121, a transmission / reception switching unit 101, An image processing unit 107 and a display unit 122 are provided.
  • the UI 121 is an interface that receives instructions from the user, input of various parameters, and the like.
  • the control unit 106 controls the overall operation.
  • the ultrasonic probe 108 includes a plurality of ultrasonic elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally on an ultrasonic wave transmission / reception surface.
  • the outer shape of the ultrasonic probe 108 is tailored to an outer shape suitable for use by bringing the ultrasonic transmission / reception surface into contact with the imaging target 120.
  • the plurality of arranged ultrasonic elements are virtually or physically divided into a plurality of predetermined (P) channels 109 1 to 109 P as shown in FIG.
  • Each channel 109 1 to 109 P is constituted by one or a plurality of ultrasonic elements.
  • Transmission apertures 110A or the like to be set at the time of transmission may be used only one ultrasonic element may be the same size as the channel 109 1, etc., of one set of such multiple channels 109 1 You may use as transmission opening 110A etc.
  • a plurality of transmission aperture pairs 110, 111, 112, and 113 are set at different positions.
  • each of the channels 109 1 to 109 P is used as the reception aperture 109. It is also possible to use a set of two or more channels 109 1 or the like as one reception aperture 109.
  • the transmission unit 102 selects a predetermined transmission aperture pair (for example, 110) of the ultrasonic probe 108 in accordance with an instruction from the control unit 106, and transmits the transmission to the transmission apertures 110A and 110B of the selected transmission aperture pair 110. Generate a signal. Specifically, the delay type, amplitude modulation, weighting, and the like set in the ultrasonic element are determined for each waveform type, transmission apertures 110A and 110B, and a transmission signal corresponding to the delay time is generated. In this embodiment, the transmission signal is spatially encoded.
  • Spatial coding is an imaging technique that uses spatially coded transmission events.
  • Transmission signals (ultrasound) encoded using a predetermined matrix are transmitted simultaneously from a plurality of transmission apertures. Echoes generated by simultaneous transmission from multiple transmission apertures include echoes generated by ultrasonic waves transmitted simultaneously from multiple transmission apertures, but the received signals that received these echoes are encoded.
  • decoding using the inverse matrix of the matrix used in the above it is possible to separate the received signals of the echoes transmitted from the plurality of transmission apertures.
  • a 2-by-2 Hadamard matrix shown in Equation (1) can be used as an encoding matrix.
  • the Hadamard matrix it is possible to easily perform operations for generating a spatially encoded transmission signal and decoding a reception signal.
  • spatially coded transmission is performed using the two transmission apertures 110A and 110B of the transmission aperture pair 110, and in the second transmission event, the transmission apertures 111A and 111B of the transmission aperture pair 111 are used.
  • the transmission waveform transmitted by the transmission apertures 110A and 110B is encoded using the first row vector [1 1] of the matrix of equation (1) in the first transmission event. Turn into.
  • the transmission waveform transmitted by each of the transmission apertures 111A and 111B is encoded using the row vector [1 -1] of the second row.
  • the transmission waveform encoded by the code of the first column vector of the Hadamard matrix is a predetermined one side of the transmission aperture pair (for example, transmission on the A side)
  • the transmission waveform transmitted from the openings 110A and 111A) and encoded by the code of the second column vector is preferably transmitted from the other predetermined side (for example, the transmission openings 110B and 111B on the B side).
  • the transmission waveform transmitted from the transmission aperture 110A is encoded by the code 1
  • the transmission waveform transmitted from the transmission aperture 110B is encoded by the code 1
  • the transmission waveform transmitted from the transmission aperture 110A is encoded by the code 1.
  • the transmission waveform transmitted by the transmission aperture 110B is encoded by code-1.
  • encoding using the row vector of the first row is referred to as first spatial encoding
  • encoding using the row vector of the second row is also referred to as second spatial encoding.
  • Encoding with code 1 and code -1 can be realized by the phase of the transmission waveform.
  • a waveform obtained by inverting the phase of the transmission waveform as shown in FIG. 7 is used, the waveform 71 shown in FIG. 7 is used as a reference waveform, that is, a transmission waveform encoded by reference numeral 1, and a waveform 71 that is an inverted waveform is encoded by 1 can be used as a transmission waveform encoded by 1.
  • the transmission waveform ultrasonic wave encoded by the row vector [1 1] (first spatial encoding), that is, the ultrasonic wave of the waveform 71 is simultaneously transmitted from the transmission openings 110A and 110B.
  • the ultrasonic wave of the transmission waveform encoded by the row vector [1 ⁇ 1] for example, the ultrasonic wave of the waveform 71 of FIG. 7 is transmitted from the transmission opening 111A, and the ultrasonic wave of the waveform 72 is transmitted from the transmission opening 111B. Send at the same time.
  • the transmission unit 102 passes the transmission signals of the encoded transmission waveforms to the ultrasonic elements of the channels constituting the transmission apertures 110A and 110B, respectively, and transmits the transmission signals from the transmission apertures 110A and 110B in a Hadamard matrix.
  • the spatially encoded ultrasonic waves are transmitted simultaneously (step 141 in FIG. 4). This operation is sequentially executed by all of the plurality of transmission aperture pairs 110 to 113 (steps 140, 141, 145, and 147).
  • the transmission unit 102 When transmitting the ultrasonic waves sequentially to the plurality of transmission aperture pairs 110 to 113, etc., the transmission unit 102, as shown in FIG. 3, the first and second row vectors (first spatial code) of the Hadamard matrix. Vector and second spatial encoding vector) are used alternately. As a result, in the second and subsequent transmissions, the spatially encoded signal based on the Hadamard matrix can be decoded by combining the reception signal obtained by the transmission and the reception signal obtained by the previous transmission. It is possible to obtain a received signal (steps 144 and 146).
  • the ultrasonic wave to be transmitted may be focus-transmitted or defocused-transmitted.
  • the transmission focus for each of the transmission aperture pairs 110 to 113 may be different.
  • the reception unit 105 includes a channel memory 40, a delay addition unit 21, a second memory 42, and a decoding unit 41 that decodes a spatially encoded signal using a Hadamard matrix. .
  • each of the channel memories 40 is provided with at least one storage area 40-1 or the like for storing a reception signal obtained by one transmission from the transmission aperture pairs 110 to 113 and the like.
  • the control unit 106 receives the received signals R 1 n to R P n output from the channels 109 1 to 109 P that have received the echoes generated by the n-th transmission event (see FIG. 8, where R 1 n to R P n Subscript numbers and alphabets indicate channel numbers, and n indicates a received signal obtained in the n-th transmission event), respectively, in the storage area 40-1 of the corresponding channel memory 40. .
  • One channel memory 40 is arranged for the entire ultrasound probe 108, and a number of storage areas corresponding to the number of all the channels 109 1 to 109 P are provided in one channel memory 40. It is also possible to do.
  • the delay addition unit 21 delays the reception signals output from the plurality of ultrasonic elements that have received the echoes of the transmission aperture 110A by a predetermined delay amount, and then performs a summing process to focus on the predetermined imaging point 52.
  • the delay addition unit 21 includes a delay amount selection unit 22, a delay amount application unit 23, and an addition unit 24 as illustrated in FIG.
  • the receiving unit 105 includes a delay data storage unit 124. In the delay data storage unit 124, reception signals of the ultrasonic elements of the reception apertures (channels) 109 1 to 109 P that have received the ultrasonic waves irradiated from the transmission apertures 110A and 110B are received at a predetermined focus point 52.
  • the imaging points 52 are set in the ultrasonic irradiation areas 35-nA and 35-nB of the transmission apertures (for example, 111A and 111B) that perform the n-th transmission, respectively.
  • the ultrasonic waves come from the two transmission openings 111A and 111B.
  • the transmission holes closer to each other for example, in the case of the irradiation area 35-nA, the transmission openings 111A, In the case of the irradiation region 35-nB, the delay amount for focusing the reception signal of the ultrasonic echo transmitted from the transmission aperture 111B) on the imaging point 52 is stored.
  • the control unit 106 sets one or more reception scanning lines 241 as shown in FIG. 2B in the ultrasonic irradiation regions 35-nA and 35-nB of the transmission apertures (eg, 111A and 111B), A plurality of imaging points 52 are set on the reception scanning line 241 at predetermined intervals. At this time, the control unit 106 performs the previous (n-1) irradiation regions 35- (n-1) A, 35- (n-1) B and the current (n times) irradiation regions 35-nA, 35-nB. In the ranges 135-nA and 135-nB where the inside overlaps, the previous scanning line 241 and the imaging point 52 and the current scanning line 241 and the imaging point 52 are set to overlap.
  • the control unit 106 instructs the delay amount selecting unit 22 to store delay amount data for setting the reception focal point to the imaging points 52 set in the ultrasonic irradiation regions 35-nA and 35-nB, respectively.
  • the user can select from the part 124.
  • the control unit 106 instructs the delay amount application unit 23 to read the received signals of the channels 109 1 to 109 P stored in the storage area 40-1 of the channel memory 40, respectively, 22 is delayed by the selected delay amount.
  • the control unit 106 causes the adding unit 24 to sum the received signals of the channels 109 1 to 109 P to which the delay amount is applied in the channel direction.
  • the reception signal RnA or RnB after delay addition in which the reception focus is set for the imaging point 52 is obtained (see step 143 in FIG. 4 and FIG. 8).
  • the reception signal after the delay addition for the imaging point 52 in the irradiation area 35-nA of the aperture 111A is shown, and the alphabet B represents the delay addition for the imaging point 52 in the irradiation area 35-nB of the B-side transmission aperture 111B. Indicates a later received signal.
  • the control unit 106 performs the process of obtaining the reception signal after delay addition for the imaging point 52 for all the imaging points 52 set in the irradiation areas 35-nA and 35-nB for each transmission event.
  • a reception signal RnA or RnB after delay addition is obtained for each imaging point 52.
  • the control unit 106 stores the received signals RnA and RnB after delay addition of all the imaging points 52 in the second memory 42. Thereafter, the control unit 106 reads out the received signal obtained in the next transmission from the other storage area 40-2, and obtains the received signals RnA and RnB after delay addition for all the imaging points 52.
  • the delay adder 21 is instructed to repeat the above processing.
  • the second memory 42 is provided with storage areas 42-1 and 42-2 for storing the received signal RnA or RnB after delay addition.
  • Stored in the storage area 42-1 are the received signals RnA and RnB after delay addition for all the imaging points 52 of the received signals obtained by the odd-numbered transmission.
  • the storage area 42-2 stores the delay-added received signals RnA and RnB for all the imaging points 52 of the received signal obtained by the even-numbered transmission.
  • the received signals RnA and RnB after delay addition are stored in the storage area 42-1 or 42-2, if there is a received signal after delay addition that has been stored before, it is obtained by erasing it. Stores the received signal after delay addition.
  • the reception signals RnA and RnB after delay addition obtained by the two most recent transmission events are always stored in the storage areas 42-1 and 42-2 of the second memory 42.
  • the received signals RnA and RnB after delay addition stored in the storage area 42-1 and the storage area 42 are stored.
  • the reception signals RnA and RnB after delay addition stored in ⁇ 1 are reception signals generated by ultrasonic waves transmitted continuously using different transmission apertures.
  • the irradiation areas for example, 35- (n-1) A, (n-1) B and 35-nA, nB) of continuously transmitted ultrasonic waves are set to overlap. Therefore, both of the imaging points 52 also partially overlap. Therefore, decoding processing can be performed as follows using the received signals RnA and RnB after delay addition of the imaging points 52 that overlap in different transmissions.
  • the received signal x1 can be extracted by adding the received signals y1 and y2 received in two transmission events at the same time. On the other hand, when subtracted, the received signal x2 can be extracted.
  • This calculation process is a decoding process.
  • the decoding unit 41 of the receiving unit 105 includes an adder 14 and a subtractor 15 in order to decode a spatial code based on a Hadamard matrix.
  • the decoding unit 41 should receive and add or subtract data from the transfer unit 16 and the transfer unit 16 for transferring the received data after delay addition from the second memory 42 to the adder 14 and the subtractor 15. Is provided with receiving units 17-1, 17-2, 17-3, and 17-4 for selecting the data and transferring them to the adder 14 and the subtractor 15, respectively.
  • the decoding unit 41 receives from the second memory 42 one of the storage areas 42-1 and 42-2 the received signal RnA after delay addition obtained in the current (n-th) transmission event, RnA is read, and the received signal R (n-1) A after delay addition of each imaging point 52 obtained in the previous (n-1) th transmission event from the other of the storage areas 42-1 and 42-2, R (n ⁇ 1) B is read out and input to the transfer unit 16.
  • the transfer unit 16 under the control of the control unit 106, applies an ultrasonic irradiation region (for example, 35-nA, 35-nB) of the nth transmission event and an ultrasonic irradiation region of the (n ⁇ 1) th transmission event. All the imaging points 52 included in the regions 135-nA and 135-nB (see FIG. 2C) that overlap (for example, 35- (n-1) A, 35- (n-1) B) are selected. . Then, for the imaging point 52 in the area 135-nA, the reception signal RnA after delay addition obtained in the nth transmission event is transferred to the reception unit 17-1.
  • an ultrasonic irradiation region for example, 35-nA, 35-nB
  • the received signal R (n-1) A after delay addition obtained in the (n-1) th transmission event is transferred to the receiving unit 17-2. Further, for the imaging point 52 in the area 135-nB, the reception signal RnB after delay addition obtained in the n-th transmission event is transferred to the reception unit 17-3. For the same imaging point 52 in the area 135-nB, the received signal R (n-1) B after delay addition obtained in the (n-1) th transmission event is transferred to the receiving unit 17-4.
  • the first spatial coded transmission and the second spatial coded transmission are alternately repeated for each transmission event. Therefore, the received signals RnA and RnB after the delay addition obtained in the nth transmission event. And one of the received signals R (n ⁇ 1) A and R (n ⁇ 1) B after delay addition obtained in the (n ⁇ 1) th transmission event is the first spatial code in equation (2) Is the signal y1 obtained by the coded transmission, and the other is the signal y2 obtained by the second spatial coded transmission. Therefore, by adding both in the adder 14, the spatial encoding is decoded by the equation (2), and the reception signal of the echo generated by the ultrasonic wave from the transmission aperture on the A side (for example, 110A, 111A) is extracted. be able to. Also, by subtracting both with a subtractor, the spatial encoding is decoded by equation (2), and the received signal of the echo generated by the ultrasonic wave from the B side transmission aperture (for example, 110B, 111B) is extracted. Can do.
  • the receiving units 17-1 and 17-2 perform the delay addition obtained in the n-th transmission event for the imaging point 52 in the region 135-nA where the irradiation regions of the A-side transmission apertures (eg, 110A and 111A) overlap.
  • Received signal RnA and the received signal R (n ⁇ 1) A after delay addition obtained in the (n ⁇ 1) th transmission event for the same imaging point 52 are respectively transferred to the adder 14.
  • the received signal after delay addition H (n ⁇ 1) after decoding is obtained by extracting the received signal after delay addition obtained by transmission from the A side transmission aperture (for example, 110A and 111A). ) nA is obtained.
  • H of H (n-1) nA indicates a signal after decoding
  • (n-1) n indicates a received signal by the (n-1) th transmission and a received signal by the nth transmission.
  • the alphabet A indicates that it is a received signal at the imaging point 52 in the overlapping area 135-nA of the A-side transmission aperture (eg, 110A, 111A).
  • the receiving units 17-3 and 17-4 perform the delay addition obtained in the nth transmission event for the imaging point 52 in the region 135-nB where the irradiation regions of the B side transmission apertures (for example, 110B and 111B) overlap.
  • Received signal RnB and the received signal R (n ⁇ 1) B after delay addition obtained in the (n ⁇ 1) th transmission event for the same imaging point 52 are respectively transferred to the subtractor 15.
  • the received signal after delay addition after decoding obtained by extracting the received signal after delay addition obtained by transmission from the B side transmission aperture (for example, 110B and 111B). ) nB is obtained.
  • the data synthesis unit 25 delivers the decoded post-delay added signals H (n ⁇ 1) nA and H (n ⁇ 1) nB to the image processing unit 107 by the nth transmission.
  • the reception signal H () after delay addition after decoding for all the imaging points 52 of the regions 135-nA and 135-nB.
  • n-1) nA and H (n-1) nB are transferred from the data composition unit 25 to the image processing unit 107.
  • the image processing unit 107 generates each pixel value of the imaging region from the delayed post-delay received signals H (n ⁇ 1) nA and H (n ⁇ 1) nB after decoding of each imaging point 52 to generate an image.
  • the data synthesizer 25 obtains the reception signals after decoding and delay addition in the n-th transmission in the areas 135-nA and 135-nB of the imaging area 235 desired by the operator as shown in FIG. If it is a part, the (n + 1) -th and subsequent transmission events are repeated under the control of the control unit 106, and the decoded delay obtained for the areas 135-nA and 135-nB for each transmission event. After addition, the received signal is synthesized. As a result, reception signals after delay addition after decoding are obtained for all imaging points 52 in the imaging region 235.
  • a transmission aperture pair (110 to 113, etc.) at a different position of the ultrasonic probe 108 is used for each transmission event, so that a reception signal after delay addition after decoding of the transmission event is obtained.
  • the position of nA, 135-nB is shifted for each transmission event. Therefore, the delay-added received signals after decoding obtained by a plurality of transmission events are combined (added) in the data combining unit 25, whereby reception after delay-added after decoding for all the imaging points 52 in the imaging region 235 is performed. A signal can be obtained.
  • the data synthesizing unit 25 transfers the combined post-delay received signal to the image processing unit 107.
  • the image processing unit 107 generates an image of the imaging region from the received combined signal after delay addition.
  • the received signal obtained by the n-th transmission and the (n-1) -th transmission is subjected to decoding processing by space-coded transmission / reception.
  • a decoded signal after delay addition is obtained for each of the two areas 135-nA and 135-nB. Therefore, as a comparative example, an image can be generated with the number of transmissions about 1 ⁇ 2 compared to the transmission / reception without spatial encoding shown in FIG. 11B, and high-speed imaging is possible.
  • a reception signal after delay addition of almost twice is obtained, so a highly accurate image is generated by increasing the amount of information. Can do.
  • the two transmission apertures such as the transmission aperture pair 110 used in each transmission divide the channel of the ultrasonic probe 108 into two regions, and the A side of each transmission aperture pair
  • the transmission aperture (110A, 111A, 112A, 113A, etc.) is on one half of the ultrasound probe 108
  • the B-side transmission aperture (110B, 111B, 112B, 113B, etc.) is on the other side of the ultrasound probe 108.
  • the distance between the two transmission apertures of the transmission aperture pair is always set to about half of the entire length of the ultrasonic probe 108.
  • the present embodiment is not limited to such an arrangement of transmission aperture pairs.
  • the transmission aperture interval may change for each transmission event.
  • the interval between the transmission openings is constant, but may be smaller than half of the entire length of the ultrasonic probe 108.
  • ⁇ Second embodiment> A second embodiment of the present invention will be described.
  • a reception signal after delay addition is obtained for a predetermined imaging point 52 in the n-th transmission, and this signal and the same imaging point 52 in the (n ⁇ 1) -th transmission are obtained.
  • the received signal after delay addition is added by the adder 14 or subtracted by the subtracter 15 in step 146.
  • the transmission aperture pair (eg, 111) used for the n-th transmission and the transmission aperture pair (eg, 110) used for the (n-1) th transmission are different in position in the ultrasonic probe 108, imaging is performed from the transmission aperture.
  • the sound wave propagation time (distance) to the imaging point 52 of the target 120 is different for each transmission. As a result, there is an imaging region where the time from transmission to reception of an echo signal for the imaging point 52 deviates between transmissions.
  • the interval between the transmission apertures of the transmission aperture pair is constant for each transmission.
  • a signal 18-1a corresponding to the echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture 110A is added to the delayed addition received signal 18-1 obtained in the (n-1) th transmission.
  • TA1 is the time when the signal occurs
  • tB1 is the time when the signal 18-1b corresponding to the echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture 110B is generated.
  • the time when the signal 18-2a corresponding to the echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture 111A is generated in the received signal 18-2 after delay addition obtained in the n-th transmission is tA2.
  • the time when the signal 18-2b corresponding to the echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture 111B is generated is assumed to be tB2.
  • the generation time tA1 of the signal 18-1a is different from the generation time tA2 of the signal 18-2a by ⁇ ta due to the difference between the positions of the transmission aperture 110A and the transmission aperture 111A.
  • the generation time tB1 of the signal 18-1b and the generation time tB2 of the signal 18-2b differ by ⁇ tb.
  • the adder 14 in the decoding unit 41 keeps adding, the signal 18-1a and the signal 18-2a are not completely intensified compared to the case where there is no shift of ⁇ t, and the signal 18-1b With 18-2b, an area that does not completely cancel out occurs. For this reason, the extraction performance of the signals 18-1a and 18-2a corresponding to the ultrasonic echoes transmitted from the transmission apertures 110A and 111A is deteriorated.
  • step 146 in order to improve the extraction performance of the echo signal in the decoding process, as shown in FIG. 14, when obtaining the delayed addition received signal for the imaging point 52 in step 143 ′, (N-1)
  • the difference in the propagation time ⁇ t of the ultrasonic wave generated between the transmission aperture and the imaging point 52 is adjusted by changing the transmission aperture (for example, 110A and 111A) for the first time, and the signal is converted into a signal with higher coherency.
  • a received signal is obtained after delay addition.
  • decoding processing is performed using the delayed coherent received signals obtained in the n-th and (n ⁇ 1) -th transmissions (step 146).
  • the signal 18-1a and the signal 18-2a can be strengthened more accurately than when there is a shift of ⁇ t, and the signal 18-1b 18-2b can be canceled more accurately, and a decoded received signal having a smaller amplitude of the unnecessary signals 18-1b and 18-2b can be obtained.
  • noise can be reduced and the accuracy of an image can be improved.
  • the receiving unit 105 includes a post-propagation time adjusted adding unit 221 instead of the delay adding unit 21.
  • the post-propagation time adjusting addition unit 221 includes a propagation time selection unit 222, a propagation time adjustment unit 223, and an addition unit 224.
  • the reception unit 105 is provided with a propagation time data storage unit 324.
  • the propagation time data storage unit 324 has a plurality of transmission apertures for the time until the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture reaches the imaging point 52 and the echo generated at the imaging point 52 reaches the reception aperture (channel).
  • Each of the three combinations of a plurality of imaging points 52 and a plurality of reception apertures (channels) 109 1 to 109 P such as 110 to 113 is stored in advance.
  • step 143 ′ the control unit 106 determines the position of the imaging point 52 where the transmission aperture and reception focus of the ultrasonic wave stored in the storage area 40-1 of the channel memory 40 are to be connected to the propagation time selection unit 222. indicated, to select a propagation time ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture reaches each channel 109 1 ⁇ 109 P after reaching the imaging point 52, for each channel 109 1 ⁇ 109 P from the propagation time data storage unit 324 . Then, the control unit 106 instructs the propagation time application unit 223 to read out the received signals of the channels 109 1 to 109 P stored in the storage area 40-1 of the channel memory 40, and to transmit the propagation time selection unit 22 deducts the selected propagation time.
  • the reception signal RnA or RnB after delay addition can be obtained. Since the received signal after delay addition is adjusted by subtracting the propagation time of the ultrasonic wave from the received signal even if the transmission aperture differs between transmissions, the received signal after delayed addition having higher coherency between transmissions is obtained. can get.
  • the control unit 106 similarly applies the reception signal RnA or RnB after delay addition to the imaging unit 52 set in the irradiation areas 35-nA and 35-nB for each transmission event to the addition unit 221 after adjusting the propagation time. It is calculated and stored in the second memory 42. Thereafter, the control unit 106 reads out the received signal obtained in the next transmission from the other storage area 40-2, and obtains the received signals RnA and RnB after delay addition for all the imaging points 52. The post-adjustment propagation time adding unit 221 is instructed to repeat the above processing.
  • the decoding unit 41 performs a decoding process using the delay-added received signals with high coherency obtained in the n-th and (n ⁇ 1) -th transmissions stored in the second memory 42 (step 146). ). Thereby, the extraction performance of the echo signal in the decoding process can be enhanced.
  • the ultrasonic imaging apparatus has a configuration capable of obtaining higher-quality image data by suppressing unnecessary signals that have not been canceled in the decoding processes of the first and second embodiments.
  • the data synthesis unit 25 receives the post-delay delayed addition obtained for the areas 135-nA and 135-nB for each transmission after the second transmission.
  • the configuration is such that an image of a desired imaging region 235 is generated by adding the signals between transmissions and passing them to the image processing unit 107.
  • the regions 135-nA and 135-nB in which the received signals after delay addition after the nth transmission are obtained can be obtained after the delay addition after the (n-1) th transmission.
  • a plurality of transmission aperture groups 110, 111, 112, etc. are used to sequentially transmit spatially encoded ultrasonic waves and receive signals. Receive.
  • the first spatial code and the second spatial code of the Hadamard code are alternately used between the transmissions so that the spatial codes used in the continuous transmission can be decoded between the reception signals of these transmissions.
  • FIG. 2C after the second transmission, the transmission areas 35-nA and 35-nB of the transmission (n-th) and the previous transmission (n-1-th transmission) are performed each time transmission is performed.
  • the received signals after delay addition after decoding are obtained.
  • irradiation areas such as the transmission aperture groups 110, 111, and 112 are set so that the areas 135-nA and 135-nB overlap between successive transmissions.
  • the respective irradiation areas are set so that three of the irradiation areas 35- (n + 1) A and 35- (n + 1) B of the (n + 1) th transmission aperture are formed.
  • the received signals after delay addition obtained after the respective transmissions are the signals 18-1, 18-2, and 18 in FIG. -3.
  • These signals include a signal to be extracted by decoding processing (for example, signals 18-1a, 18-2a, and 18-3a due to ultrasonic echoes of the transmission aperture on the A side) and a signal to be canceled by decoding processing ( For example, the signals 18-1b, 18-2b, 18-3b) due to the mixed echo of the ultrasonic wave at the B side transmission aperture are included.
  • decoding processing for example, signals 18-1a, 18-2a, and 18-3a due to ultrasonic echoes of the transmission aperture on the A side
  • the signals 18-1b, 18-2b, 18-3b due to the mixed echo of the ultrasonic wave at the B side transmission aperture are included.
  • the decoding unit 41 performs extraction by adding (or subtracting) the signals 18-1 and 18-2 and adding (or subtracting) the signals 18-2 and 18-3.
  • the power signals 18-1a, 18-2a, 18-3a are strengthened, the signals 18-1b, 18-2b, 18-3b due to the mixed echo are canceled, and the received signals 19-1, 19- after delay addition after decoding are decoded. Get 2 respectively.
  • unnecessary signals 19-1b and 19-2b due to mixed echoes remaining after cancellation are included in the received signals 19-1 and 19-2 after delay addition after decoding. Remains.
  • the waveforms of the signals 18-1b, 18-2b, and 18-3b due to the mixed echo are alternated. It is inverted.
  • the positional relationship between the transmission aperture groups in which the transmission events are continuous is adjacent, the appearance time of the mixed echo gradually moves in a certain direction every time the transmission event is followed. For this reason, the unnecessary signal 19-1b generated in the reception signal 19-1 after delay addition after decoding by the decoding unit 41 and 19-2b generated in the reception signal 19-2 after delay addition are in a mutually inverted relationship.
  • the data synthesis unit 25 can cancel the unnecessary signals by performing a process of synthesizing (adding) the decoded post-delay received signals 19-1 and 19-2 for the same imaging point 52.
  • the required signal can be extracted with higher sensitivity.
  • the apparatus of the fourth embodiment has the same configuration as that of the apparatus of the third embodiment, but when the data synthesis unit 25 synthesizes a plurality of post-decoding delayed addition received signals 19-1, 19-2, etc.
  • the point of adding after weighting is different from the third embodiment. Thereby, a required signal can be extracted with higher sensitivity.
  • the data synthesis unit 25 weights the weighted units 32-1 to 32-K for weighting the plurality of decoded post-delay received signals to be synthesized and the weighting units 32-1 to 32-K.
  • a weight setting unit 26 for setting a coefficient.
  • the weighting unit 32-1 performs weighting by multiplying the set weight coefficient by the amplitude of the received signal after delay addition after decoding.
  • the data synthesis unit 25 adds the weighted signals.
  • the amplitude of the signal 119a to be extracted is increased, and the amplitude of the unnecessary signal 119b is further suppressed. . Further, since the spread of the signal 119a to be extracted in the time axis direction becomes small, the spatial resolution of the generated image can be improved.
  • one of the two transmission apertures simultaneously transmitted in the first transmission is the ultrasonic probe. From the position of the end portion of the child 108: 1 position, the other transmission opening transmits from the center position: K / 2 + 1 of the ultrasonic probe 108.
  • the transmission aperture interval is constant, and the transmission aperture position is gradually shifted in the same direction.
  • the imaging region can be sequentially scanned with the ultrasonic irradiation region.
  • the imaging points that are close to the transmission aperture and that can be decoded between post-delay added received signals that have high sensitivity (high amplitude) The area 52 can be set large.
  • the sensitivity of the received signal after delay addition after decoding is increased.
  • the sensitivity of the combined signal is also increased. Therefore, the echo signals obtained by sequentially selecting the transmission apertures in one direction as shown in FIG.
  • 11 (a) are used for delay addition, decoding, and synthesis processing, so that signals with high sensitivity can be obtained at each imaging point. Signal processing becomes possible, and necessary signals can be extracted with higher sensitivity.
  • FIG. 11A since the transmission aperture position moves uniformly, unnecessary signals generated in the decoding process move slowly in time series, and therefore can be efficiently suppressed during synthesis. Therefore, it is possible to maximize the number of signals synthesized by the data synthesis unit 25 while improving the frame rate by minimizing the number of transmission events.
  • the suppression of unnecessary signals caused by the difference between the nth and (n ⁇ 1) th transmission apertures has been described. It also occurs when moving with a large amount.
  • the configurations of the second, third, and fourth embodiments can similarly suppress unnecessary signals that are generated when the object to be imaged moves greatly, and a similar image quality improvement effect can be obtained.
  • the present embodiment is not limited to the configuration in which the transmission aperture is selected and moved as shown in FIG. 11A, and the configuration shown in FIGS. 12A and 12B can also be used. It is. 12 (a) and (b) can similarly make the transmission opening positions of transmission events used for decoding processing spatially close to each other, and maximize the number of synthesis while minimizing the number of transmission events. , Required signals can be extracted with higher sensitivity.
  • the ultrasonic wave transmitted from the transmission aperture may be a focus transmission having a transmission focal point within the imaging target 120, or within the imaging target 120. Defocus transmission without a transmission focus may be used.
  • the focus transmission can be realized by giving a delay time corresponding to the ultrasonic propagation time (distance) between the transmission focal point and the channel to the transmission signals of a plurality of channels included in the transmission aperture. As a result, for example, as shown in FIG. 18, it is possible to irradiate a transmission beam that connects the transmission focal point 171 at a certain depth of the imaging region.
  • the delay amount for generating the reception signal after delay addition can be calculated based on a known delay amount calculation method such as a virtual sound source method.
  • the range of the imaging point 52 that can generate the received signal after delay addition with high sensitivity is limited to the predetermined irradiation region 35 as shown in FIG. 18, but in the first to fourth embodiments.
  • the transmission aperture positions of the transmission events are spatially close to each other, so that even in the vicinity of the transmission focal point 171, the irradiation regions 35-nA, 35-nB, etc. are sequentially superposed so as to partially overlap each other. It is possible to irradiate sound waves.
  • the imaging point 52 in the entire imaging area, generate a reception signal after delay addition, and perform decoding processing. Further, by synthesizing the received signal after delay addition obtained by the data synthesis unit 25, a necessary signal can be extracted with high sensitivity.
  • the above-described transmission beam it is possible to suppress the mixed echo signal (for example, the signal 18-1b in FIG. 13) generated in the reception signal after delay addition from the other transmission aperture.
  • the reason is that diffracted waves (side lobes) can be reduced by using a transmission beam.
  • the residual cancellation signal 119 generated in the received signal 119 after delay addition after decoding can be reduced as compared with the case of defocused transmission.
  • the side lobe can be reduced by adding a side lobe reduction unit to the transmission unit 102 and the reception unit 105.
  • the side lobe reduction unit can employ a configuration in which apodization is applied to the transmission and reception apertures, a configuration in which delay processing is performed so that side lobes of transmission beams transmitted simultaneously do not overlap, and a configuration in which the aperture width is reduced.
  • the ultrasonic imaging apparatus of each embodiment has a configuration in which a decoding unit 41 is arranged after the delay adding unit 21.
  • the signal is processed in the order of processing and decoding processing by the decoding unit 41.
  • the present embodiment is not limited to this order, and the decoding process may be performed at any time as long as the addition process is performed after the delay process.
  • the signal may be processed in the order of decoding processing, delay processing, and addition processing, or the signal may be processed in order of delay processing, decoding processing, and addition processing.
  • the spatial encoding method is not limited to the spatial encoding by the Hadamard matrix, and other methods can also be used.
  • spatial coding using an orthogonal Golay code can be used.
  • Spatial encoding using orthogonal Golay codes uses a matrix of the following equation (3).
  • X1 and X2 are Golay codes that are complementary pairs
  • Y1 and Y2 are Golay codes that are different types of complementary pairs.
  • the codes Y1 and Y2 are codes such that the sum of the cross-correlation functions of Y1 and Y2 with respect to X1 and X2 is zero at all points.
  • the decoding process is expressed by Expression (4).
  • the decoding unit 41 By performing the calculation of the above equation (4) by the decoding unit 41, the echo from the transmission direction using the Golay code X and the echo from the transmission direction using the Golay code Y can be separated.

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Abstract

リアルタイム性を高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行う。　２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループごとに、順番に、空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる。このとき、連続して送信を行う少なくとも２組の送信開口グループの超音波の照射領域が一部重なるようにする。撮像対象からの超音波のエコーを受信開口により受信する。連続して送信された超音波の照射領域が重なる範囲に撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得る。得られた２つの受信信号を復号処理し、撮像点についての復号後受信信号を得る。

Description

超音波撮像装置および超音波撮像方法
　本発明は、超音波撮像装置における符号化送受信を使ったSN比およびフレームレートを向上させる技術に関するものである。
　超音波を用いた撮像処理は、超音波を対象物に送信し、対象物で反射したエコーを電気信号として受信し、受信電気信号を使って画像を表示する処理から成る。超音波は、超音波撮像装置に備えられた超音波素子（電気音響変換素子、振動子）に電気信号を入力することで生成される。超音波素子から出射された超音波は、対象物中を進みながら音響インピーダンスの異なる境界で一部反射され、エコーを作る。エコーは、電気音響変換素子で受信され、受信信号が生成される。これにより、対象物の境界面を、対象物の断層画像や３Ｄ画像として表示できる。このような撮像技術は、構造物の非破壊検査や、生体の断層像を低侵襲で撮像する診断装置などとして、広く用いられている。
　超音波素子は，アレイ状に並べられ、複数のチャネルを構成する。超音波撮像装置は，アレイビームフォーミングによって超音波素子からの超音波により超音波ビームを形成し、対象物に送信する。超音波ビームは、対象物に対して走査しながら送信され、それぞれの送信により生じたエコーはトランデューサで受信される。超音波撮像装置は，各超音波素子の受信信号に対して受信ビームフォーミングを行い、送信した超音波ビームの軸上の領域の画像用データを生成する。超音波ビームを走査しながら得た画像用データを合体（合算）することで、対象物全体の断層画像や３Ｄ画像が生成される。
　１秒当たりに更新する断層画像の数を示すフレームレートは、１枚の断層画像を生成するために必要な画像用データを短時間でより多く生成することで向上させることができる。また、フレームレートは、１枚の断層画像を更新（生成）するまでに必要な送信事象の数を減らすことでも実現できる。
　１枚の断層画像を更新するまでに必要な送信事象の数を減らす撮像方法として、空間符号化送受が知られている（特許文献１）。空間符号化送受では、１方向送信、１方向受信ではなく、対象物に複数方向から同時に送信することで、１枚の断層画像を生成するために必要な送信回数を低減する。
特開平１１－１５５８６７号公報
　空間符号化送受方法では、符号化した超音波を同時に多方向から対象物に送信し、エコーを受信した後、受信信号を復号処理することにより、どの方向から送信した超音波による受信信号かを区別して分離する必要がある。例えば、対象物に対して超音波ビームを送信する方向（もしくは位置）がＡ方向とＢ方向である場合、２回の送受信を行う。例えば１回目の送信では、Ａ方向とＢ方向の超音波ビームの送信波形を、それぞれ１と１の符号で符号化し、２回目の送信では、それぞれ１と－１の符号で符号化する。２回の送受信でそれぞれ対象物から生じたエコーを、受信チャネルで受信して得た受信信号は、受信ビームフォーミングする前に、それぞれチャネルデータの状態で保存する。１回目の受信信号と２回目の受信信号を使って復号処理を行うことで、Ａ方向の送信による受信信号と、Ｂ方向の送信による受信信号を分離する。具体的には、１回目の受信信号と２回目の受信信号を同時刻として和算処理することで、Ｂ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ａ方向の送信による受信信号のみを残す。一方、減算処理することで、Ａ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ｂ方向の送信による受信信号のみを残す。
　このとき、復号処理に用いる１回目と２回目の受信信号は、同一部位からのエコーである必要があるため、同一部位に対して送受信を２回行う必要がある。しかしながら、同一部位に対して２回ずつ送信を行った場合には、フレームレートを向上させることができない。一方、フレームレート向上のために、部位を少しずつずらしながら送受信するスキャンを繰り返す構成とし、同一部位に対して前回のスキャンで得た受信信号と、今回のスキャンで得た受信信号とを復号処理することも考えられるが、前回と今回のスキャンの時間間隔が大きい場合，復号した受信信号が得られるまでに要する実質時間が拡大し，リアルタイム性が低下するという問題が生じる。
　本発明の目的は、リアルタイム性が高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行う超音波撮像装置を提供することにある。
　本発明の超音波撮像装置は、それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループと、１以上の受信開口とを有する超音波探触子と、複数の送信開口グループごとに順番に、送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信部と、撮像対象からの前記超音波のエコーを受信した前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信部とを有する。送信部は、連続して送信を行う少なくとも２組の送信開口グループの超音波の撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させる。受信部は、連続して送信された超音波の照射領域が重なる範囲に撮像点を設定し、同一の撮像点についての受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの受信信号を復号処理し、撮像点についての復号後受信信号を得る。
　本発明によれば、画像構築までの実質時間が短縮され，リアルタイム性が高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行うことができる。
本発明の第一実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 (a)第一実施形態の送信開口ペアによる送信を示す説明図、（ｂ）第一の実施形態の受信ビームフォーミングを示す説明図、（ｃ）第一実施形態の復号処理を示す説明図。 第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置の例を示す説明図。 第一実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。 第一実施形態の超音波撮像装置の具体的な構成を示すブロック図。 第一実施形態の超音波探触子における送信開口の配置の例を示す説明図。 第一実施形態の空間符号化送信に用いる基本波形を示す説明図。 第一実施形態の受信部の構成例を示すブロック図。 第一実施形態の受信部のチャネルメモリと遅延加算部の構成例を示すブロック図。 第一実施形態の受信部の第二のメモリと復号部の構成例を示すブロック図。 （ａ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置と、復号処理と、合成との関係を示す説明図、（ｂ）比較例の送信ごとの送信開口の位置を示す説明図。 （ａ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置の別の例を示す説明図、（ｂ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置のさらに別の例を示す説明図。 第一実施形態の送信ごとに得られる撮像点の受信信号と、復号処理とを示す説明図。 第二実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。 第二実施形態の受信部のチャネルメモリと伝搬時間調整後加算部の構成を示すブロック図。 第三実施形態において送信ごとに得られる撮像点の受信信号と、復号処理と、合成処理とを示す説明図。 第四実施形態の復号後の遅延加算後信号の重みづけ処理と、合成処理とを示す説明図。 第一から第四実施形態において送信可能な送信ビームを示す説明図。
　本発明の実施形態について説明する。
　＜＜第一実施形態＞＞
　本発明の第一の実施形態の超音波撮像装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の超音波撮影装置の全体構成を示すブロック図であり、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、送信される超音波と撮像点（受信焦点）の設定範囲等を概念的に示す説明図であり、図３は、送信開口グループの送信順番の例を示す説明図であり、図４は、送受信の動作を示すフローチャートである。
　図１に示すように、第一実施形態の超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８と、送信部１０２と、受信部１０５を有している。超音波探触子１０８は、異なる位置に設定された少なくとも２組の送信開口グループ１１０、１１１等と、１以上の受信開口１０９とを有する。送信開口グループ１１０は、例えば２以上の送信開口１１０Ａ、１１０Ｂ等を含む。送信開口グループ１１１は、例えば２以上の送信開口１１１Ａ、１１１Ｂ等を含む。超音波探触子１０８は、電気信号を音波へ、音波を電気信号へと変換する機能を持つ超音波素子（電気音響変換素子、振動子とも呼ばれる）を１次元または２次元の所定の配列で配置した構成である。送信開口１１０Ａ等および受信開口１０９は、１つもしくは複数の超音波素子を含むように設定される。
　送信部１０２は、図２（ａ）のように、一つの送信開口グループ（例えば１１０）に含まれる２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ）から同時に空間符号化した超音波を撮像対象１２０に対して送信する（図４のステップ１４０、１４１）。送信のたびに、送信を行う送信開口グループを変更し、複数の送信開口グループ１１０，１１１から順番に送信を行わせる（図３）。このとき、送信部１０２は、連続して送信を行う２組の送信開口グループ（例えば１１０と１１１）の超音波の撮像対象への照射領域３３が、一部重なるように送信させる。なお、図３では、一例として４組の送信開口グループ１１０～１１３から順に送信を行う例を示しているが、この場合、４組の送信開口グループ１１０～１１３のうち連続して送信を行う２組の送信開口グループ（１１０と１１１、１１１と１１２、１１２と１１３）の照射領域３３がそれぞれ一部重なるように送信させる。
　受信開口１０９内の超音波素子は、送信部１０２による超音波の送信のたびに、送信された超音波の撮像対象１２０からのエコーを受信し、電気信号（受信信号）を出力する（図４のステップ１４２）。受信部１０５は、撮像対象１２０内に連続して送信された超音波の、照射領域３３が重なる範囲に、図２（ｂ）のように１以上の撮像点（受信焦点とも呼ぶ）５２を設定する。受信部１０５は、受信開口１０９の出力を用いて、撮像点５２についての受信信号を得る（ステップ１４３）。２回目以降の送信である場合には、今回の送信で撮像点５２についてステップ１４３で得た受信信号と、前回の送信で同一の撮像点５２についてステップ１４３で得た受信信号とを復号処理し、撮像点５２についての復号後受信信号を得る（ステップ１４４、１４６）。
　複数の送信開口グループ１１０，１１１等の数が、３以上ある場合には、順番に各送信開口グループから送信し、所望の撮像点について受信信号を得ることにより、送信のたびに、その前の送信において同一の撮像点について得た受信信号との間で復号処理する（ステップ１４７，１４５）。これにより、送信のたびに、復号後受信信号を得ることができる。
　このように、本実施形態では、ｎ－１回目とｎ回目の送信事象によって連続して送信される超音波の照射領域３３（例えば、図２（ａ）の３３－(n-1)Ａ，(n-1)Ｂと３３－ｎＡ、ｎＢ）が重なるようにし、この重なる領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢに設定した１以上の撮像点５２について受信信号を得る（図２（ｃ））。ただし、領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢのｎは、ｎ回目の送信とその前のｎ－１回目の送信の照射領域がなる領域であることを示す。アルファベットのＡは、Ａ側の開口による照射領域であり、アルファベットのＢは、Ｂ側の開口による照射領域であることを示す。これにより、送信のたびに撮像点５２について得た受信信号と、その前の送信で得た撮像点５２について得た受信信号とを復号処理して復号後受信信号を得ることができる。よって、符号化送受信でありながら、送信のたびに、１以上の撮像点５２の復号後受信信号が得られ、撮像点５２の集合である画像の構築を行うことができる。よって、送信から画像構築までの実質時間を短縮することができ、リアルタイム性を高めた高フレームレート撮像を行うことができる。
　なお、送信間で超音波の照射領域３３が重なる領域が、撮像点５２を設定して復号後受信信号を生成可能な領域となるため、送信間で照射領域３３が重なる領域が大きくなるように設定することが、フレームレート向上の観点から望ましい。そのため、例えば、Ａ側の送信開口の照射領域３３同士、および、Ｂ側の送信開口の照射領域３３同士がそれぞれ送信間で重なるように設定することが望ましい。具体的には、図２（ａ）のように、ｎ－１回目の送信を行う送信開口グループ１１０の送信開口１１０Ａの照射領域３３－(n-1)Ａと、ｎ回目の送信を行う送信開口グループ１１１の送信開口１１１Ａの照射領域３３－ｎＡとが一部が重なり、送信開口１１０Ｂの照射領域３３－(n-1)Ｂと、送信開口１１１Ｂの照射領域３３－nＢとが一部重なるように設定することが望ましい。なお、送信開口グループ１１０等の２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ等）から送信される超音波は、撮像対象１２０の同一点に向かって送信されてもよいし、それぞれ異なる方向に向かって送信されてもよい。送信される超音波は、撮像対象１２０内で送信焦点をもつフォーカス送信であってもよいし，撮像対象１２０内には送信焦点を持たないデフォーカス送信であってもよい。
　また、送信される超音波の空間符号化は、連続して２回送信される超音波のそれぞれの受信信号を用いて復号処理を行うことができるように、送信する超音波の空間符号化に用いる符号を設定する（図３参照）。空間符号化および復号処理については、後で詳しく説明する。
　なお、受信開口１０９が、複数の超音波素子を含む場合には、例えば送信開口１１１Ａから撮像点５２に到達した超音波がエコーとなって受信開口１０９内の複数の超音波素子に到達し受信される。この場合、受信開口１０９内の各超音波素子の出力信号を、エコーが撮像点５２からその超音波素子に到達する時間に応じて遅延させた後加算することにより、撮像点５２からのエコーの受信信号（遅延後加算信号）を得ることができる。
　一方、受信開口１０９が一つの超音波素子からなる場合には、その超音波素子の連続した出力から、送信開口１１１Ａから送信されて撮像点５２に到達した超音波がエコーとなって受信開口１０９の超音波素子に到達する時間帯の信号を、抽出することにより、撮像点５２からのエコーの受信信号を得ることができる。
　本実施形態の超音波撮像装置は、異なる送信開口グループから連続して送信した２回の送信事象によりそれぞれ得た受信信号に基づいて、復号処理を行う。これにより、図３に示すように、送信事象を繰り返すたびに、復号後受信信号を得ることができる。よって、復号処理に必要な受信信号を得るまでに必要な２回の送信事象の間隔が短くなるため、リアルタイム性が高く、かつ、高フレームレートの撮影が可能になる。
　なお、ここでは２つの空間符号化された受信信号から復号処理を行う構成について説明したが、３以上の空間符号化された受信信号から復号処理を行う構成にすることももちろん可能である。その場合には、３回以上の送信を連続して行って、得られた３つ以上の受信信号から復号処理を行う。以降、送信のたびに得られる受信信号と、その前２回以上の送信でそれぞれ得られた受信信号の計３つ以上の受信信号を用いて、復号処理を行うことにより、送信のたびに、復号後受信信号が得られ、リアルタイム性および高フレームレート化の効果を得られる。
　以下、第一実施形態の超音波撮像装置について具体的に説明する。
　＜装置の具体的構成＞
　第一実施形態の超音波撮像装置１００の全体構成について詳しく説明する。
　図５は、本実施形態の超音波撮像装置１００の具体例の概略構成を示すブロック図である。図５において、図１と同じ構成は、同じ符号を付している。超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８、送信部１０２および受信部１０５の他に、データ合成部２５と、制御部１０６と、ユーザインタフェース（ＵＩ）１２１と、送受切替部１０１と、画像処理部１０７と、表示部１２２とを備えている。ＵＩ１２１は、ユーザからの指示、各種パラメータの入力等を受け付けるインタフェースである。制御部１０６は、全体の動作を制御する。
　（＊超音波探触子）
　超音波探触子１０８は、超音波の送受面に、１次元または２次元に配列された複数の超音波素子を備えている。超音波探触子１０８の外形は、超音波送受面を撮像対象１２０に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられている。
　配列された複数の超音波素子は、図６のように、予め定められた複数（Ｐ個）のチャネル１０９１・・・１０９Ｐに仮想的もしくは物理的に分割されている。各チャネル１０９１～１０９Ｐは、１つもしくは複数の超音波素子によって構成されている。送信時に設定される送信開口１１０Ａ等は、一つの超音波素子のみを用いてもよいし、チャネル１０９１等と同じ大きさであってもよいし、複数のチャネル１０９１等の集合を一つの送信開口１１０Ａ等として用いてもよい。
　以下の説明では、隣り合う複数（図６では、４個）のチャネルの集合を一つの送信開口（例えば１１０Ａ）として用いる例について説明する。また、一つの送信開口ペア（例えば１１０）を構成する２つの送信開口１１０Ａと送信開口１１０Ｂは、ここでは所定の距離だけ超音波探触子１０８上で離れている例について以下説明する。ただし、送信開口１１０Ａと送信開口１１０Ｂとが一部重なるように設定することも可能である。
　超音波探触子１０８には、複数組の送信開口ペア１１０、１１１、１１２，１１３がそれぞれ異なる位置に設定されている。
　また、以下の説明では、チャネル１０９１～１０９Ｐの一つ一つを、受信開口１０９として用いる。なお、２以上のチャネル１０９１等の集合を一つの受信開口１０９として用いることも可能である。
　（＊送信部）
　送信部１０２は、制御部１０６からの指示に従って、超音波探触子１０８の予め定めた送信開口ペア（例えば１１０）を選択し、選択した送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａ,１１０Ｂに送信させる送信信号を生成する。具体的には、波形種類、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂごとに超音波素子に設定する遅延時間、振幅変調、重み付け等を決定し、それに応じた送信信号を生成する。本実施形態では、送信信号を空間符号化する。
　空間符号化は，空間的に符号化された送信事象を使用する撮像手法である。所定の行列を用いて符号化した送信信号（超音波）を、複数の送信開口から同時に送信する。複数の送信開口からの同時送信により生じたエコーには、複数の送信開口から同時に送信された超音波によりそれぞれ生じたエコーが重なり合って含まれるが、これらのエコーを受信した受信信号を、符号化に用いた行列の逆行列を用いて復号することにより、複数の送信開口からそれぞれ送信されたエコーの受信信号を分離することができる。
　例えば，式（１）に示す2行2列のHadamard行列を符号化行列として用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　Hadamard行列を用いることにより、空間符号化された送信信号の生成や受信信号の復号の演算を容易に行うことができる。例えば、１回目の送信事象では、送信開口ペア１１０の２つの送信開口１１０Ａ，１１０Ｂを使って空間符号化送信を行い、２回目の送信事象では、送信開口ペア１１１の送信開口１１１Ａ、１１１Ｂを使って空間符号化送信を行う場合、１回目の送信事象では，式（１）の行列の１行目の行ベクトル[１　１]を使って、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。２回目の送信事象では，２行目の行ベクトル[１　－１]を使って、送信開口１１１Ａ，１１１Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。このとき、１回目及び２回目の送信ともに、Hadamard行列の1列目の列ベクトルの符号により符号化された送信波形が，送信開口ペアのうちの所定の一方の側（例えば、Ａ側の送信開口１１０Ａ，１１１Ａ）から送信され、２列目の列ベクトルの符号により符号化された送信波形が、所定の他方の側（例えば、Ｂ側の送信開口１１０Ｂ，１１１Ｂ）から送信されることが望ましい。したがって、１行目の行ベクトル[１　１]を使って、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する際には、送信開口１１０Ａから送信する送信波形を符号１により符号化し、送信開口１１０Ｂが送信する送信波形を符号１により符号化することが望ましい。また、２行目の行ベクトル[１　－１]を使って、送信開口１１１Ａ，１１１Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する際には、送信開口１１０Ａから送信する送信波形を符号１により符号化し、送信開口１１０Ｂが送信する送信波形を符号－１により符号化することが望ましい。なお、本実施形態では１行目の行ベクトルによる符号化を第１空間符号化と呼び，２行目の行ベクトルによる符号化を第２空間符号化とも呼ぶ。
　符号１と符号－１による符号化は、送信波形の位相により実現できる。例えば、図７のように送信波形の位相を反転させた波形を用い、図７の波形７１を基準波形、すなわち符号１で符号化された送信波形として用い、反転波形である波形７１を符号－１で符号化された送信波形として用いることができる。
　よって、１回目の送信事象では、行ベクトル[１　１]（第1空間符号化）で符号化された送信波形の超音波，すなわち波形７１の超音波を送信開口１１０Ａ，１１０Ｂから同時に送信する。２回目の送信事象では、行ベクトル[１　－１]で符号化された送信波形の超音波、例えば図７の波形７１の超音波を送信開口１１１Ａから、波形７２の超音波が送信開口１１１Ｂから同時に送信する。
　これを実現するために、送信部１０２は、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂを構成するチャネルの超音波素子に、符号化した送信波形の送信信号を、それぞれ受け渡し、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂから、Hadamard行列で空間符号化した超音波を同時に送信させる（図４のステップ１４１）。この動作を、複数の送信開口ペア１１０～１１３等のすべてに順番に実行させる（ステップ１４０、１４１、１４５、１４７）。
　送信部１０２は、複数の送信開口ペア１１０～１１３等に順番に超音波を送信させる際に、図３に示すように、Hadamard行列の１行目と２行目の行ベクトル（第１空間符号化ベクトルと第２空間符号化ベクトル）を交互に用いる。これにより２回目以降の送信では、その送信で得た受信信号と、直前の送信で得た受信信号とを組み合わせてHadamard行列による空間符号化信号を復号することができるため、送信のたびに復号化受信信号を得ることが可能になる（ステップ１４４、１４６）。
　送信する超音波は、フォーカス送信させてもよいし，デフォーカス送信させてもよい。フォーカス送信の場合，送信開口ペア１１０～１１３ごとの送信焦点は、異なっていても構わない。
　（＊受信部　遅延加算処理）
　送信開口ペア１１０～１１３等から撮像対象１２０に超音波が送信されると、撮像対象１２０ではエコーが生じる。超音波探触子１０８の受信開口（チャネル）１０９は、超音波が送信されるたびに生じたエコーを受信する（図４のステップ１４２）。本実施形態では、超音波探触子１０８のすべてのチャネル１０９１・・・１０９Ｐを受信に用いる例について以下説明するが、予め定められた受信開口（アクティブチャネル）内のチャネルのみを用いてもよい。
　受信部１０５は、図８に示すように、チャネルメモリ４０と、遅延加算部２１と、第二のメモリ４２と，Hadamard行列による空間符号化された信号を復号する復号部４１とを備えている。
　図９に示すように、チャネルメモリ４０にはそれぞれ、送信開口ペア１１０～１１３等からの送信１回で得られる受信信号を記憶するための記憶領域４０－１等が，少なくとも１つ備えられている。図９の例では、チャネルメモリ４０に２つの記憶領域４０－１，４０－２がそれぞれ配置され、記憶領域４０－１には、奇数回目の送信（ｎ＝１、３，５・・）で得られた受信信号が格納される。記憶領域４０－２には、偶数回目の送信（ｎ＝２，４，６・・・）で得られた受信信号が格納される。受信信号を記憶領域４０－１、４０－２に格納する際に、以前に格納された受信信号がある場合には、それを消去して今回得られた受信信号を格納してかまわない。これにより、常に直近２回の送信事象で得られた受信信号がチャネルメモリ４０の記憶領域４０－１，４０－２に格納される。
　制御部１０６は、ｎ回目の送信事象によって生じたエコーを受信したチャネル１０９１～１０９Ｐがそれぞれ出力する受信信号R1n～RＰn（図８参照、ただし、R1n～RＰnの下付き数字およびアルファベットは、チャネルの番号を示し、nは、ｎ回目の送信事象で得た受信信号であることを示す)を、それぞれ対応するチャネルメモリ４０の記憶領域４０－１に格納させる。なお、チャネルメモリ４０を超音波探触子１０８全体に対して一つ配置し、一つのチャネルメモリ４０内に全てのチャネル１０９１～１０９Ｐの数に対応する数の記憶領域を設けた構成にすることも可能である。
　遅延加算部２１は、送信開口１１０Ａのエコーを受信した複数の超音波素子の出力する受信信号を、所定の遅延量だけ遅延させた後、合算処理することにより、所定の撮像点５２に焦点を結ばせる（受信ビームフォーミング）。そのため、遅延加算部２１は、図９のように、遅延量選択部２２と、遅延量適用部２３と、加算部２４とを備えている。また、受信部１０５には、遅延データ格納部１２４が備えられている。遅延データ格納部１２４には、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂ等から照射された超音波を受信した受信開口（チャネル）１０９１～１０９Ｐの超音波素子の受信信号を、所定の撮像点５２に受信焦点を結ばせるための遅延量データが、複数の撮像点５２についてそれぞれ予め格納されている。本実施形態では、ｎ回目の送信を行う送信開口（例えば１１１Ａ，１１１Ｂ）のそれぞれの超音波の照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢ内に撮像点５２をそれぞれ設定する。各照射領域３５－ｎＡ，ｎＢには、２つの送信開口１１１Ａ，１１１Ｂから超音波が到来するが、本実施形態では、近い方の送信開口（例えば照射領域３５－ｎＡの場合は送信開口１１１Ａ、照射領域３５－ｎＢの場合は送信開口１１１Ｂ）から送信された超音波のエコーの受信信号を撮像点５２に焦点を結ばせるための、遅延量が格納されている。
　制御部１０６は，送信開口（例えば１１１Ａ，１１１Ｂ）のそれぞれの超音波の照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢ内に、１以上の受信走査線２４１を図２（ｂ）のように設定し、受信走査線２４１上に所定の間隔で撮像点５２を複数設定する。このとき制御部１０６は、前回（ｎ－１）回の照射領域３５－(n-1)Ａ，３５－(n-1)Ｂと今回（ｎ回）の照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢ内とが重なる範囲１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢにおいては、前回の走査線２４１および撮像点５２と、今回の走査線２４１および撮像点５２が重なるよう設定する。制御部１０６は，遅延量選択部２２に指示し、超音波の照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢ内に設定した撮像点５２にそれぞれ受信焦点を結ばせるための遅延量を，遅延量データ格納部１２４の中から選択させる。そして，制御部１０６は，遅延量適用部２３に指示し、チャネルメモリ４０の記憶領域４０－１に格納されている各チャネル１０９１～１０９Ｐの受信信号をそれぞれ読み出させ，遅延量選択部２２が選択した遅延量だけ遅延させる。そして，制御部１０６は、遅延量を適用した各チャネル１０９１～１０９Ｐの受信信号を，加算部２４にチャネル方向に和算させる。これにより、撮像点５２について受信焦点を結ばせた遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBが得られる（図４のステップ１４３、および図８参照））。ただし、受信信号RnAまたはRnBのnは、ｎ番目の送信開口ペア、たとえばｎ＝１の場合は、送信開口ペア１１０による送信で得た受信信号であることを示し，アルファベットAはＡ側の送信開口１１１Ａの照射領域３５－ｎＡの撮像点５２についての遅延加算後の受信信号であることを示し、アルファベットBは、Ｂ側の送信開口１１１Ｂの照射領域３５－ｎＢの撮像点５２についての遅延加算後の受信信号であることを示す。
　制御部１０６は、上述のように撮像点５２について遅延加算後の受信信号を得る処理を、１回の送信事象ごとに照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢに設定したすべての撮像点５２について行って、撮像点５２ごとに遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを得る。制御部１０６は、すべての撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを第二のメモリ４２に格納する。その後、制御部１０６は、次の送信で得られた受信信号をもう一つの記憶領域４０－２から読み出して、すべての撮像点５２についての遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを求めるように、遅延加算部２１に指示して、上記処理を繰り返させる。
　第二のメモリ４２には、図１０のように，遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを格納するための、記憶領域４２－１、４２－２が備えられている。記憶領域４２－１には、奇数回目の送信で得た受信信号の、すべての撮像点５２についての遅延加算後受信信号RnAおよびRnBが格納される。記憶領域４２－２には、偶数回目の送信で得た受信信号の、すべての撮像点５２についての遅延加算後受信信号RnAおよびRnBが格納される。遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを記憶領域４２－１または４２－２に格納する際に、以前に格納した遅延加算後の受信信号がある場合には、それを消去して今回得られた遅延加算後の受信信号を格納する。これにより、常に直近２回の送信事象で得られた遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBが第二のメモリ４２の記憶領域４２－１および４２－２に格納される。
　本実施形態では、図３に示したように、送信のたびに、異なる送信開口ペアを用いるため、記憶領域４２－１に格納されている遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBと、記憶領域４２－１に格納されている遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBとは、異なる送信開口を用いて連続して送信された超音波によって発生した受信信号である。このとき、本実施形態では、連続して送信される超音波の照射領域（例えば３５－(n-1)Ａ、(n-1)Ｂと、３５－ｎＡ、ｎＢ）が重なり合うように設定しているため、両者の撮像点５２も一部重なり合っている。よって、異なる送信で重なり合う撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを用いて以下のように復号処理を行うことができる。
（＊受信部　復号処理）
　２回の送信事象によってそれぞれ同一の撮像点５２について得た受信信号をy1、y2で表すと、一方の送信開口（例えば１１１Ａ）からの超音波で生じたエコーの受信信号をx1、他方の送信開口（例えば１１１Ｂ）からの超音波で生じたエコーの受信信号x2は、行列Rx＝[y1　y2]tを用いて、式（２）の復号演算で求めることができる。ただし、Ｈ－１は、式（１）のHadamard行列Ｈの逆行列である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 なお、ここでは逆行列のスケーリングは無視した。
　式（２）より，２回の送信事象で受信した受信信号y1およびy2を同時刻で加算すると，受信信号x1を抽出することができることがわかる。一方，減算すると，受信信号x2を抽出することができる。この演算過程が復号処理となる。
　受信部１０５の復号部４１は、図１０のように，Hadamard行列による空間符号を復号するために、加算器１４と減算器１５とを備える構成である。また、復号部４１は、第二のメモリ４２から遅延加算後の受信データを加算器１４および減算器１５に受け渡すための受け渡し部１６と、受け渡し部１６からデータを受け取って加算または減算させるべきをデータを選択して加算器１４と減算器１５にそれぞれ受け渡す受け取り部１７－１，１７－２，１７－３，１７－４を備えている。
　第二のメモリ４２の記憶領域４２－１または４２－２に、今回（ｎ回目）の送信事象で得た各撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBが格納されたならば、制御部１０６の制御下で、復号部４１は、第二のメモリ４２から記憶領域４２－１および４２－２の一方から、今回（ｎ回目）の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnA、RnAを読み出すとともに、記憶領域４２－１および４２－２の他方から、前回（ｎ－１）回目の送信事象で得た各撮像点５２の遅延加算後の受信信号R(n-1)A，R(n-1)Bを読み出し、受け渡し部１６へ入力させる。受け渡し部１６は，制御部１０６の制御下で、ｎ回目の送信事象の超音波の照射領域（例えば３５－ｎＡ，３５－ｎＢ）と（ｎ－１）回目の送信事象の超音波の照射領域（例えば３５－(n-1)Ａ，３５－(n-1)Ｂ）とが重なり合う領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢ（図２（ｃ）参照）内に含まれるすべて撮像点５２を選択する。そして、領域１３５－ｎＡ内の撮像点５２について、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnAを受け取り部１７－１に受け渡す。領域１３５－ｎＡ内の同一の撮像点５２について、（ｎ－１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Aを受け取り部１７－２に受け渡す。また、領域１３５－ｎＢ内の撮像点５２について、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnBを受け取り部１７－３に受け渡す。領域１３５－ｎＢ内の同一の撮像点５２について、（ｎ－１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Bを受け取り部１７－４に受け渡す。
　本実施形態では、送信事象のたびに、第一空間符号化送信と第二空間符号化送信とを交互に繰り返しているため、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnA、RnBと、（ｎ－１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)A、R(n-1)Bとは、一方が、式（２）における第一空間符号化送信で得た信号ｙ１であり、他方が、第二空間符号化送信で得た信号ｙ２である。よって、加算器１４で両者を加算することにより、式（２）により空間符号化を復号し、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａ，１１１Ａ）からの超音波で生じたエコーの受信信号を抽出することができる。また、減算器で両者を減算することにより、式（２）により空間符号化を復号し、Ｂ側の送信開口（例えば１１０Ｂ，１１１Ｂ）からの超音波で生じたエコーの受信信号を抽出することができる。
　すなわち、受け取り部１７－１および１７－２は、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａおよび１１１Ａ）の照射領域が重なり合う領域１３５－ｎＡの撮像点５２についてのｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnAと、同一の撮像点５２について（ｎ－１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Aとを加算器１４にそれぞれ受け渡す。これにより，共通の撮像点５２について、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａおよび１１１Ａ）からの送信によって得られた遅延加算後の受信信号を抽出した復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nAが得られる。H(n-1)nAのHは、復号後の信号であることを示し，(ｎ-1)ｎは、(n-1)番目の送信による受信信号と，ｎ番目の送信による受信信号を復号処理した復号後信号であることを示し，アルファベットAは、Ａ側の送信開口（例えば、１１０Ａ，１１１Ａ）の重畳領域１３５－ｎＡの撮像点５２の受信信号であることを示す。
　同様に受け取り部１７－３および１７－４は、Ｂ側の送信開口（例えば１１０Ｂおよび１１１Ｂ）の照射領域が重なり合う領域１３５－ｎＢの撮像点５２についてのｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnBと、同一の撮像点５２について（ｎ－１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Bとを減算器１５にそれぞれ受け渡す。これにより，共通の撮像点５２について、B側の送信開口（例えば１１０Bおよび１１１B）からの送信によって得られた遅延加算後の受信信号を抽出した復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nBが得られる。
　これを（ｎ－１）回目の送信とｎ回目の送信とで超音波の照射領域の重なり合う領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢに含まれるすべての撮像点５２について行うことにより、各撮像点５２において復号が完了する（図４のステップ１４６）。それぞれの復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBは、データ合成部２５へ送られる。
　データ合成部２５は、制御部１０６の制御下で、ｎ回目の送信により復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBを画像処理部１０７に受け渡す。領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢが操作者が所望する撮像領域の全てを含む場合には、領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢの全ての撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBを、データ合成部２５は画像処理部１０７に受け渡す。画像処理部１０７は、各撮像点５２の復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBから撮像領域の各画素値を生成し、画像を生成する。
　一方、データ合成部２５は、ｎ回目の送信で復号後遅延加算後受信信号を得た領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢが、図１１（ａ）のように操作者が所望する撮像領域２３５の一部である場合には、制御部１０６の制御下で（ｎ＋１）回目以降の所定回数の送信事象を繰り返し、送信事象のたびに領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢについて得られた復号後の遅延加算後受信信号を合成する。これにより、撮像領域２３５のすべての撮像点５２について復号後の遅延加算後受信信号を得る。本実施形態では送信事象のたびに、超音波探触子１０８の異なる位置の送信開口ペア（１１０～１１３等）を用いるため、送信事象の復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５－ｎA,１３５－ｎBの位置が送信事象ごとにずれる。よって、複数の送信事象で得られた復号後の遅延加算後受信信号をデータ合成部２５において合成（加算）することにより、撮像領域２３５のすべての撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号を得ることができる。加算の際に、同一の撮像点５２について複数の復号後の遅延加算後受信信号が得られている場合には加算することで、画像の精度を向上させることができる。データ合成部２５は、合成後の遅延加算後受信信号を画像処理部１０７に受け渡す。画像処理部１０７は、受け取った合成後の遅延加算後受信信号から撮像領域の画像を生成する。
　図１１（ａ）から明らかなように、本実施形態では、空間符号化送受信によって、ｎ回目の送信と（ｎ－１）回目の送信でそれぞれ得られた受信信号について復号処理を行うため、２回目の送信以降については、送信のたびに、２つの領域１３５－ｎＡ，１３５－ｎＢについて復号後の遅延加算後受信信号が得られる。よって、比較例として、図１１（ｂ）に示した空間符号化を行わない送受信と比較して、約１／２の送信回数で画像を生成することができ、高速撮像が可能である。また、本実施形態では、比較例と同じ回数の送受信を行った場合には、ほぼ２倍の遅延加算後受信信号が得られるため、情報量の高密度化により高精度の画像を生成することができる。
　なお、各送信において用いる送信開口ペア１１０等の２つの送信開口は、図１１（ａ）の例では、超音波探触子１０８のチャネルを２つの領域に分け、各送信開口ペアのＡ側の送信開口（１１０Ａ，１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ等）が超音波探触子１０８の片側半分に、Ｂ側の送信開口（１１０Ｂ，１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ等）が、超音波探触子１０８のもう片側半分に位置するように設定され、かつ、送信開口ペアの２つの送信開口の間隔は、常に超音波探触子１０８の全体長さの約半分に設定されている。ただし、本実施形態はこのような送信開口ペアの配置に限定されるものではない。例えば、図１２（ａ）のように、送信事象のたびに、送信開口の間隔が変化してもよい。また、図１２（ｂ）のように、送信開口の間隔は、一定であるが、超音波探触子１０８の全体長さの半分よりも小さくてもよい。
　＜第二実施形態＞
　本発明の第二の実施形態について説明する。第一実施形態では、図４のステップ１４３において、ｎ回目の送信において所定の撮像点５２について遅延加算後受信信号を求め、この信号と、（ｎ－１）回目の送信において同一の撮像点５２について求めた遅延加算後受信信号とを、ステップ１４６において復号部４１において加算器１４で加算、または減算器１５で減算することにより、復号する構成であった。しかしながら、ｎ回目の送信で用いる送信開口ペア（例えば１１１）と、ｎ－１回目の送信で用いる送信開口ペア（例えば１１０）は、超音波探触子１０８における位置が異なるため、送信開口から撮像対象１２０の撮像点５２までの音波伝搬時間（距離）が送信ごとに異なる。これにより、送信から撮像点５２についてのエコー信号を受信するまでの時間が、送信間でずれる撮像領域が存在する。
　これを図１３を用いて具体的に説明する。送信開口ペアの送信開口の間隔は、各送信において一定とする。図１３に示したように、撮像点５２について、ｎ－１回目の送信で得た遅延加算後受信信号１８－１に、送信開口１１０Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８－１ａが発生する時刻をｔA１、送信開口１１０Ｂから送信された超音波のエコーに対応する信号１８－１ｂが発生する時刻をｔB１とする。また、同一の撮像点５２について、ｎ回目の送信で得た遅延加算後受信信号１８－２に、送信開口１１１Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８－２ａが発生する時刻をｔA2、送信開口１１１Ｂから送信された超音波のエコーに対応する信号１８－２ｂが発生する時刻をｔB2とする。このとき、送信開口１１０Ａと送信開口１１１Ａの位置が異なることに起因して、信号１８－１ａの発生時刻ｔA１と、信号１８－２ａとの発生時刻ｔA2とは、Δｔaだけ異なる。また、同様に，送信開口１１０Ｂと送信開口１１１Ｂの位置が異なることに起因して、信号１８－１ｂの発生時刻ｔB1、信号１８－２ｂとの発生時刻ｔB2とは、Δｔbだけ異なる。
　そのため、このまま、復号部４１において加算器１４で加算した場合、Δｔのずれがない場合と比較して、信号１８－１ａと信号１８－２ａとは完全には強め合わず、信号１８－１ｂと１８－２ｂとは、完全には打消し合わない領域が生じる。このため、送信開口１１０Ａ，１１１Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８－１ａ，１８－２ａの抽出性能が低下する。
　そこで、第二実施形態では、復号処理におけるエコー信号の抽出性能を高めるために，図１４に示すように、ステップ１４３’において撮像点５２についての遅延加算後受信信号を得る際に、ｎ回目と（ｎ－１）回目の送信開口（例えば１１０Ａと１１１Ａ）が異なることにより送信開口と撮像点５２との間の生じる超音波の伝搬時間の差Δｔを調整し、よりコヒーレント性の高い信号に変換されたと遅延加算後受信信号を得る。そして、ｎ回目と（ｎ－１）回目の送信でそれぞれ得たコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号を用いて、復号処理を行う（ステップ１４６）。これにより、復号部４１において加算器１４で加算した際に、Δｔのずれがある場合よりも、信号１８－１ａと信号１８－２ａとを精度よく強め合わせることができるとともに、信号１８－１ｂと１８－２ｂとをより精度よく打消し合わせ、不要信号である信号１８－１ｂ、１８－２ｂの振幅のより小さい復号化後受信信号を得ることができる。これにより、ノイズを低減し、画像の精度を向上させることができる。
　具体的には、第二実施形態では、図１５のように受信部１０５に、遅延加算部２１に代えて、伝搬時間調整後加算部２２１を備える。伝搬時間調整後加算部２２１は、伝搬時間選択部２２２と、伝搬時間調整部２２３と、加算部２２４とを備えている。また、受信部１０５には、伝搬時間データ記憶部３２４が備えられている。伝搬時間データ記憶部３２４には、送信開口から送信された超音波が撮像点５２に到達し、撮像点５２で生じたエコーが受信開口（チャネル）に到達するまでの時間が、複数の送信開口１１０～１１３等、複数の撮像点５２、および、複数の受信開口（チャネル）１０９１～１０９Ｐ、の三者の組み合わせにごとに、予め格納されている。
　制御部１０６は，ステップ１４３’において、伝搬時間選択部２２２に対して、チャネルメモリ４０の記憶領域４０－１に格納された超音波の送信開口、受信焦点を結ばせるべき撮像点５２の位置を指示し、送信開口から送信された超音波が撮像点５２に到達した後各チャネル１０９１～１０９Ｐに到達する伝搬時間を、チャネル１０９１～１０９Ｐごとに伝搬時間データ記憶部３２４から選択させる。そして，制御部１０６は，伝搬時間適用部２２３に指示し、チャネルメモリ４０の記憶領域４０－１に格納されている各チャネル１０９１～１０９Ｐの受信信号をそれぞれ読み出させ，伝搬時間選択部２２が選択した伝搬時間を差し引かせる。伝搬時間を差し引いた受信信号を加算部２２４で加算することにより、遅延加算後受信信号RnAまたはRnBを得ることができる。この遅延加算後受信信号は、送信間で送信開口が異なっても、超音波の伝搬時間を受信信号から差し引くことにより調整しているため、送信間でよりコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号が得られる。
　制御部１０６は、１回の送信事象ごとに照射領域３５－ｎＡ，３５－ｎＢに設定したすべての撮像点５２について同様に遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを伝搬時間調整後加算部２２１に算出させ、第二のメモリ４２に格納させる。その後、制御部１０６は、次の送信で得られた受信信号をもう一つの記憶領域４０－２から読み出して、すべての撮像点５２についての遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを求めるように、伝搬時間調整後加算部２２１に指示して、上記処理を繰り返させる。復号部４１は、第二のメモリ４２に格納された、ｎ回目と（ｎ－１）回目の送信でそれぞれ得たコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号を用いて、復号処理を行う（ステップ１４６）。これにより、復号処理におけるエコー信号の抽出性能を高めることができる。
　他の構成は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
　＜第三実施形態＞
　第三実施形態の超音波撮像装置は，第一および第二実施形態の復号処理において打ち消し残った不要信号を抑圧することにより，更に高画質な画像データを得ることのできる構成である。
　第一実施形態では図１１（ａ）を用いて説明したように、データ合成部２５は、２回目以降の送信ごとに領域１３５－ｎＡ、１３５－ｎＢについて得られた復号後の遅延加算後受信信号を送信間で加算して画像処理部１０７に受け渡すことにより、所望の撮像領域２３５の画像を生成する構成であった。第三実施形態では、ｎ回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５－ｎＡ、１３５－ｎＢが、ｎ－１回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５－(n-1)Ａ、１３５－(n-1)Ｂまたはｎ＋１回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５－(n+1)Ａ、１３５－(n＋1)Ｂに対して一部が重なり合うように設定する。これにより、同一の撮像点５２について、復号後の遅延加算後受信信号が２以上得られるため、データ合成部２５によってこれらを加算することができる。よって、復号時の打消し残りの不要信号を抑制することができる。
　本実施形態を図２、図３、図１６を使ってさらに説明する。本実施形態では、図３に示したように、第一実施形態と同様に，複数の送信開口グループ１１０、１１１，１１２等を用いて，空間符号化した超音波を順次送信して受信信号を受信する。このとき、連続する送信で用いる空間符号は、これらの送信の受信信号同士で復号ができるように、例えば、Hadamard符号の第一空間符号と第二空間符号とを送信間で交互に用いる。これにより、図２（ｃ）のように、２回目の送信以降は、送信のたびに、その送信（ｎ回目）の送信領域３５－ｎＡ、３５－ｎＢとその前の送信（ｎ－１回目）の送信領域３５－（ｎ－１）Ａ、３５－（ｎ－１）Ｂとが重なり合う領域１３５－ｎＡ、１３５－ｎＢについて復号後の遅延加算後受信信号が得られる。本実施形態では、この領域１３５－ｎＡ、１３５－ｎＢが、連続する送信間で重なるように、送信開口グループ１１０、１１１、１１２等の照射領域を設定する。具体的には、ｎ－１回目の送信開口の照射領域３５－(n-1)Ａ、３５－(n-1)Ｂと、ｎ回目の送信開口の照射領域３５－ｎＡ、３５－ｎＢと、ｎ＋１回目の送信開口の照射領域３５－(n+1)Ａ、３５－(n+1)Ｂの３つが重なる領域が形成されるように、それぞれの照射領域を設定する。
　ｎ－１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目の照射領域が重畳する領域の焦点５２について、それぞれの送信後に得られる遅延加算後受信信号は、図１６の信号１８－１，信号１８－２，信号１８－３のようになる。これらの信号には、復号処理により抽出すべき信号（例えばＡ側の送信開口の超音波のエコーによる信号１８－１ａ，１８－２ａ、１８－３ａ）と、復号処理により打消し合わせるべき信号（例えばＢ側の送信開口の超音波の混入エコーによる信号１８－１ｂ，１８－２ｂ、１８－３ｂ）とが含まれている。復号部４１は、図１６のように、信号１８－１と信号１８－２とを加算（または減算），信号１８－２と信号１８－３とを加算（または減算）することにより、抽出すべき信号１８－１ａ、１８－２ａ、１８－３ａを強め合わせ、混入エコーによる信号１８－１ｂ，１８－２ｂ、１８－３ｂを打ち消しあわせ、復号後の遅延加算後受信信号１９－１，１９－２をそれぞれ得る。復号後の遅延加算後受信信号１９－１，１９－２には、抽出すべき信号１９－１ａ、１９－２ａの他に、打消し残りの混入エコーによる不要信号１９－１ｂ、１９－２ｂが残存する。
　このとき、図３のように、送信ごとに第一空間符号と第二空間符号とを交互に用いているため、混入エコーによる信号１８－１ｂ，１８－２ｂ、１８－３ｂの波形は、交互に反転している。また，送信事象が連続する送信開口グループ同士の位置関係は、隣合っているため、混入エコーの出現時刻は送信事象を追うごとにゆるやかに一定方向に移動する。このため，復号部４１による復号後の遅延加算後受信信号１９－１に生じる不要信号１９－１ｂと遅延加算後受信信号１９－２に生じる１９－２ｂは、互いに反転する関係となっている。
　そこで、データ合成部２５において、同一の撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号１９－１と１９－２とを合成（加算）する処理を行うことで不要信号を打ち消し合わせることができ、必要信号をより高感度に抽出することができる。
　他の構成は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
　＜第四実施形態＞
　第四実施形態の超音波撮像装置について説明する。
　第四実施形態の装置は、第三実施形態の装置と同様の構成であるが、データ合成部２５が複数の復号後の遅延加算後受信信号１９－１、１９－２等を合成する際に、重み付けしてから加算する点が第三実施形態とは異なっている。これにより、必要信号をより高感度に抽出することができる。
　図１７に示すように，データ合成部２５は、合成する複数の復号後の遅延加算後受信信号の重み付けする重み付け部３２－１～３２－Ｋと、重み付け部３２－１～３２－Ｋに重み係数を設定する重み設定部２６とを備えている。重み設定部２６は、データ合成部２５が合成を行う複数の復号後の遅延加算後受信信号が得られた送信が行われた時刻を時系列に並べた場合に、時系列の中心時間に近いものほど大きな重みを設定する。合成する復号後の遅延加算後受信信号の数をＫ個とすると、例えばＫ＝３の場合，重み係数は時系列にならべた復号後の遅延加算後受信信号に対して順に[１，２，１]，Ｋ＝４の場合は[１，３，３，１]を設定する。重み付け部３２－１は、設定された重み係数を復号後の遅延加算後受信信号の振幅に掛けあわせて重み付けを行う。データ合成部２５は、重み付け後の信号を加算する。
　このように重み付けを行うことにより、データ合成部２５により合成後の、復号後の遅延加算後受信信号は、抽出すべき信号１１９ａの振幅がより強められ、不要信号１１９ｂの振幅がより抑制される。また，抽出すべき信号１１９ａの時間軸方向の広がりが小さくなるため、生成される画像の空間分解能を向上させることができる。
　第三および第四実施形態においては、データ合成部２５において合成される復号後の遅延加算後受信信号の数が多いほど，打ち消し残った不要信号を抑圧し，必要信号をより高感度に抽出できる。上述した図１１（ａ）の例では、送信開口が超音波探触子１０８にＫ個ある場合、１回目の送信では同時送信する２つの送信開口のうち一方の送信開口は、超音波探触子１０８の端部の位置：１の位置から，もう一方の送信開口は、超音波探触子１０８の中央の位置：Ｋ／２＋１から送信する。２回目以降の送信事象では、送信開口の間隔は一定として、送信開口の位置を同じ方向に徐々にずらす。これにより、Ｋ／２回の送信事象を行うことによって、超音波の照射領域で撮像領域を順次スキャンすることができる。このとき、隣合う送信開口同士の照射領域ができるだけ大きく重なるように設定することにより、送信開口に近く、感度が高い（振幅が大きい）遅延後加算受信信号同士で復号処理することのできる撮像点５２の領域を大きく設定することができる。また、復号後の遅延加算後受信信号の感度も高くなる。さらに、復号後の遅延加算後受信信号同士をデータ合成部２５で合成処理することにより、合成後の信号の感度も高くなる。したがって，図１１（ａ）のように送信開口を一方向に順次選択して得られたエコー信号をつかって，遅延加算，復号，合成処理することで，各撮像点において感度の高い信号同士の信号処理が可能となり，必要信号をより感度高く抽出できる。また，図１１（ａ）の例では、送信開口位置が一様に移動することで，復号処理で生じる不要信号は時系列に緩やかに発生時間が移動するため，合成時に効率的に抑圧できる。よって、送信事象数を必要最小限に抑えてフレームレートを向上させつつ、データ合成部２５で合成される信号数を最大化することができる。
　また、上述の実施形態では、ｎ回目と（ｎ－１）回目の送信開口（例えば１１０Ａと１１１Ａ）が異なることによって生じる不要信号を抑圧することについて説明したが、不要信号を撮像対象が送信間で大きく動く場合にも生じる。上記第二，第三および第四実施形態の構成は，撮像対象が大きく動く場合に生じる不要信号についても同様に抑圧でき、同様な高画質化効果が得られる。
　なお、本実施形態は図１１（ａ）に示したように送信開口を選択および移動させる構成に限れるものではなく、上述の図１２（ａ）や（ｂ）に示す構成を用いることも可能である。図１２（ａ）や（ｂ）の構成も同様に復号処理に用いる送信事象同士の送信開口位置を空間的に互いに近くすることができ、送信事象数を必要最小限にしつつ合成回数を最大化し，必要信号をより高感度に抽出することができる。
　第一から第四実施形態において、送信開口から送信される超音波は、送信される超音波は、撮像対象１２０内で送信焦点をもつフォーカス送信であってもよいし，撮像対象１２０内には送信焦点を持たないデフォーカス送信であってもよい。フォーカス送信は、送信開口に含まれる複数のチャンネルの送信信号に対して送信焦点とチャンネルとの超音波伝搬時間（距離）に対応した遅延時間を与えることにより、実現できる。これにより、例えば図１８に示したように、撮像領域のある深度に送信焦点１７１を結んだ送信ビームを照射することができる。送信ビームを照射する場合、遅延加算後受信信号を生成するための遅延量は、仮想音源法などの公知の遅延量計算手法に基づいて算出することができる。送信ビームを送信した場合、感度の高い遅延加算後受信信号を生成できる撮像点５２の範囲は、図１８に示したように所定の照射領域３５に限られるが、第一から第四実施形態で説明したように，送信事象同士の送信開口位置を空間的に互いに近くすることにより、送信焦点１７１の近傍においても送信間で照射領域３５－ｎＡ、３５－ｎＢ等が一部重なるように順次超音波を照射することは可能である。よって、照射領域３５が限られた形状の場合であっても、撮像領域の全体に撮像点５２を設定して遅延加算後受信信号を生成でき、復号処理することができる。また、データ合成部２５で得られた遅延加算後受信信号を合成することにより、感度高く必要な信号を抽出できる。
　また，上述の送信ビームを用いる場合，遅延加算後受信信号に発生する、他方の送信開口からの混入エコー信号（たとえば図１３の信号１８－１ｂ）を抑制することができる。その理由は、送信ビームを用いることにより、回折波（サイドローブ）を低減させることができるためである。これにより、復号後の遅延加算後受信信号１１９に生じる打ち消し残り信号１１９を、デフォーカス送信の場合よりも低減することができる。なお、サイドローブの低減は、送信部１０２や受信部１０５にサイドローブ低減部を付与することにより実現可能である。サイドローブ低減部は、送信および受信開口にアポダイゼーションを適用する構成や，同時に送信する送信ビームのサイドローブが重ならないような遅延処理を加える構成や，開口幅を小さくする構成を用いることができる。
　なお，各実施形態の超音波撮像装置は，図８に示したように、遅延加算部２１の後に復号部４１を配置した構成であり、遅延量適用部２３による遅延処理，加算部２４による加算処理，復号部４１による復号処理の順番で信号が処理される構成であった。しかしながら、本実施形態は、この順序に限定されるものではなく、遅延処理よりも後に加算処理が行われれば、どの時点で復号処理を行ってもよい。例えば，復号処理，遅延処理，加算処理の順番で信号を処理してもよいし、遅延処理，復号処理，加算処理の順番で信号を処理してもよい。
　また、空間符号化の方法は，Hadamard行列による空間符号化に限られるものではなく、他の方法を用いることもできる。例えば、直交Golay符号による空間符号化等を用いることができる。
　直交したGolay符号による空間符号化は，下式（３）の行列を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　式（３）において、Ｘ１とＸ２は相補関係のペアとなるGolay符号であり，Ｙ１とＹ２は異なる種類の相補関係のペアとなるGolay符号である。符号Ｙ１、Ｙ２は、Ｘ１とＸ２に対するＹ１とＹ２の相互相関関数の和が、全ての点でゼロとなるような符号である。このような関係を持つGolay符号の組合せを直交したGolay符号と呼ぶ。たとえば，Ｘ１＝[１　１]とＸ２＝[１　－１]，Ｙ１＝[－１　１]とＹ２＝[－１　－１]のGolay符号の組合せがある。この空間符号化を用いた場合，復号処理は、式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記式（４）の演算を復号部４１で行うことにより，Ｇｏｌａｙ符号Ｘを用いた送信方向からのエコーと，Golay符号Ｙを用いた送信方向からのエコーを分離することができる。
１４…加算器、１５…減算器、２１…遅延加算部、２２…遅延量選択部、２３…遅延量適用部、２４…加算部、４０…チャネルメモリ、４０－１，４０－２…記憶部、４１…復号部、４２…第二のメモリ、４２－１，４２－２…記憶領域、５２…撮像点、１００…超音波撮像装置、１０２…送信部、１０５…受信部、１０６…制御部、１０８…超音波探触子、１０９…受信開口（チャネル）、１１０～１１３…送信開口グループ、１１０Ａ、１１０Ｂ…送信開口、１１１Ａ、１１１Ｂ…送信開口、１２０…撮像対象、１２４…遅延データ格納部、２２１…伝搬時間調整後加算部、２２２…伝搬時間選択部、２２３…伝搬時間調整部、２２４…加算部、２４１…受信走査線、３２４…伝搬時間データ記憶部

 

Claims (14)

  1. 　それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループと、１以上の受信開口とを有する超音波探触子と、
    　前記複数の送信開口グループごとに順番に、前記送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信部と、
    　前記撮像対象からの前記超音波のエコーを受信した前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信部とを有し、
    　前記送信部は、連続して送信を行う少なくとも２組の前記送信開口グループの前記超音波の前記撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させ、
    　前記受信部は、連続して送信された超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの前記受信信号を復号処理し、前記撮像点についての復号後受信信号を得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であって、前記受信部は、前記復号処理の際に、前記連続して送信された超音波により前記同一の撮像点についてそれぞれ得た受信信号を、その超音波を送信した前記送信開口グループの前記送信開口から前記撮像点を経て前記受信開口に至る間の超音波の伝搬時間の差に基づいてより高いコヒーレント性を持つ信号に変換する伝搬時間調整部を備え、前記高いコヒーレント性を持つ信号に変換された２つの受信信号を用いて復号処理することを特徴とする超音波撮像装置。
  3. 　請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記伝搬時間調整部は、前記連続して送信された超音波により前記同一の撮像点についてそれぞれ得た受信信号の受信時刻から、前記伝搬時間を差し引くことにより、前記高いコヒーレント性を持つ信号に変換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であって、前記超音波探触子は、配列された複数の前記受信開口を含み、
    　前記受信部は、前記撮像点からの前記エコーの信号を得るために、前記エコーを受信した前記複数の受信開口の出力を前記撮像点と前記超音波素子との超音波伝搬時間に応じて遅延させた後加算す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であって、前記送信部は、前記連続して送信する超音波の空間符号化に用いる符号としてそれぞれ第一空間符号および第二空間符号を用い、前記第一空間符号および第二空間符号は、それぞれの受信信号間で復号処理が可能な組み合わせであ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であって，前記第一空間符号および第二空間符号は、所定の空間符号化行列の異なる行に対応してい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であって、前記超音波探触子は、配列された複数の前記送信開口を備え、前記送信部による連続した第１および第２の送信にそれぞれ用いられる前記送信開口グループのうち、前記第１の送信に用いられる前記送信開口グループの前記２以上の送信開口は、前記第２の送信に用いる前記送信開口グループの前記２以上の送信開口とそれぞれ隣り合ってい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であって、前記受信部が前記撮像点について得た復号後受信信号を合成する合成部をさらに有し、
    　前記送信部は、３組以上の前記送信開口グループから前記撮像対象へ連続して送信される超音波の照射領域が、一部重なるように送信させ、
    　前記受信部は、連続して送信された前記３組以上の超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された３組以上の超音波ごとにそれぞれ得て、得られた３以上の前記受信信号を２つずつ組み合わせて復号処理することにより、前記同一の撮像点についての２以上の復号後受信信号を得て、
    　前記合成部は、前記受信部が得た２以上の前記復号後受信信号を合成することを特徴とする超音波撮像装置。
  9. 　請求項８に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部は、前記２以上の復号後受信信号をそれぞれ重み付けする重み付け部と、前記重み付けされた前記２以上の復号後受信信号を加算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。
  10. 　請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記送信開口から送信される超音波は、前記撮像対象内の所定の深度で送信焦点を結ぶ送信ビームであることを特徴とする超音波撮像装置。
  11. 　請求項１０に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部および受信部の少なくとも一方には、前記送信ビームのサイドローブを低減するためのサイドローブ低減部が備えられてい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であって、前記受信部は、複数の前記受信開口に接続されて前記受信開口の受信信号をそれぞれ格納するチャネルメモリと、前記チャネルメモリから複数の前記受信開口の受信信号を取り込んで遅延後加算する遅延加算部と、前記遅延加算後の受信信号を格納する第二のメモリと、前記第二のメモリから連続した送信によって同一の前記撮像点について得られた２つの遅延加算後受信信号を読み出して復号処理する復号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１２に記載の超音波撮像装置であって、前記復号部は、加算器と減算器とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
  14. 　超音波探触子に設けられた、それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループごとに、順番に、前記送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信ステップと、
    　前記撮像対象からの前記超音波のエコーを、前記超音波探触子に設けられた受信開口により受信し、前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信ステップとを有し、
    　前記送信ステップでは、連続して送信を行う少なくとも２組の前記送信開口グループの前記超音波の前記撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させ、
    　前記受信ステップでは、連続して送信された超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの前記受信信号を復号処理し、前記撮像点についての復号後受信信号を得ることを特徴とする超音波撮像方法。

     
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11155867A (ja) * 1997-10-01 1999-06-15 General Electric Co <Ge> 超音波イメージング・システムおよび超音波散乱データ取得方法
JP2004209087A (ja) * 2003-01-07 2004-07-29 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
JP2008253663A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Toshiba Corp 超音波診断装置およびその制御処理プログラム
WO2014057658A1 (ja) * 2012-10-12 2014-04-17 コニカミノルタ株式会社 超音波信号処理装置、超音波信号処理方法、およびプログラム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9310475B2 (en) * 2003-11-21 2016-04-12 General Electric Company Method and apparatus for transmitting multiple beams

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11155867A (ja) * 1997-10-01 1999-06-15 General Electric Co <Ge> 超音波イメージング・システムおよび超音波散乱データ取得方法
JP2004209087A (ja) * 2003-01-07 2004-07-29 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
JP2008253663A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Toshiba Corp 超音波診断装置およびその制御処理プログラム
WO2014057658A1 (ja) * 2012-10-12 2014-04-17 コニカミノルタ株式会社 超音波信号処理装置、超音波信号処理方法、およびプログラム

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