WO2017175834A1 - 超音波撮像装置および超音波送受信方法 - Google Patents

超音波撮像装置および超音波送受信方法 Download PDF

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WO2017175834A1
WO2017175834A1 PCT/JP2017/014391 JP2017014391W WO2017175834A1 WO 2017175834 A1 WO2017175834 A1 WO 2017175834A1 JP 2017014391 W JP2017014391 W JP 2017014391W WO 2017175834 A1 WO2017175834 A1 WO 2017175834A1
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transmission
ultrasonic
focus
focal point
reception
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PCT/JP2017/014391
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English (en)
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Inventor
千鶴枝 田中
貞一郎 池田
栗原　浩
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic transmission / reception method.
  • the ultrasonic imaging apparatus scans an ultrasonic beam from the ultrasonic element over the imaging region, and receives an echo generated in the imaging region by each transmission.
  • the echo received in each transmission is received by a plurality of ultrasonic elements and converted into a plurality of received signals.
  • the plurality of received signals are added after being delayed (phased) by a delay time set for each ultrasonic element according to the reception focus, and converted into focus data in a target imaging region.
  • the delay time is determined by assuming that the focal position of the ultrasonic beam is a virtual sound source and that a spherical wavefront is propagating from the virtual sound source.
  • a virtual sound source method is known.
  • Patent Document 2 an inter-transmission aperture synthesis technique for synthesizing focus data respectively obtained by ultrasonic beams directed in different directions for reception focal points at the same position is also known (Patent Document 2). Since a plurality of wavefronts from the virtual sound source can be synthesized by aperture synthesis between transmissions, an effect of improving image quality can be obtained.
  • the wavefront synthesis action may occur in an unintended direction, and an image (false image) that does not originally exist may be generated.
  • the wavefront synthesis action in the unintended direction is called a synthesis grating lobe, and degrades the image quality.
  • An object of the present invention is to suppress the generation of a synthetic grating lobe in an ultrasonic transmission / reception technique for generating an image by performing aperture synthesis between transmissions of focus data phased by a virtual sound source method.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe in which a plurality of transducers are two-dimensionally arranged to transmit and receive ultrasonic waves, and a plurality of ultrasonic transducers from the ultrasonic probe to a three-dimensional imaging region in a subject.
  • a transmission unit that sequentially transmits the ultrasonic beam, and a reception signal output by a plurality of transducers of the ultrasonic probe that has received the ultrasonic wave returning from the subject for each transmission. After adding a delay time set for each reception, the addition is performed, and the reception unit that generates focus data for each reception focus and the focus data for the same reception focus generated by the reception unit in different transmissions are added.
  • a transmission focus setting unit that sets positions of transmission focal points of the plurality of ultrasonic beams in the transmission unit. The arrangement of the transmission focal points of the plurality of ultrasonic beams set by the transmission focal point setting unit is random.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic imaging device of 1st embodiment.
  • A is explanatory drawing which shows the ultrasonic beam transmitted to a three-dimensional imaging area
  • (b) is a figure which shows the beam shape of an ultrasonic beam
  • (c) and ( d) is an explanatory view showing a distribution of positions of transmission focal points.
  • A)-(d) is a figure explaining the aperture composition between transmissions. It is a figure which shows the position of the transmission focus arrange
  • (A) is explanatory drawing which shows the ultrasonic beam of another shape transmitted to a three-dimensional imaging area
  • (b) is a figure which shows the beam shape of a transmission ultrasonic beam.
  • (A) is explanatory drawing which shows another example of the ultrasonic beam transmitted to a three-dimensional imaging area from an ultrasonic imaging device,
  • (b) and (c) are the depth (z) of a transmission focus. It is a figure which shows the space
  • (A) is explanatory drawing which shows another example of the ultrasonic beam transmitted to a three-dimensional imaging area from an ultrasonic imaging device, (b) And (c) is the depth (z) of a transmission focus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment.
  • 2A shows an ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic imaging apparatus to the three-dimensional imaging region
  • FIG. 2B shows a beam shape of the ultrasonic beam
  • FIGS. ) Is an explanatory diagram showing a distribution of positions of transmission focal points.
  • FIGS. 3A to 3D are diagrams for explaining transmission aperture synthesis.
  • FIG. 4 is a diagram showing the positions of transmission focal points arranged randomly.
  • FIG. 16A is a diagram illustrating the positions of transmission focal points that are regularly arranged
  • FIG. 16B is a diagram illustrating the positions of transmission focal points that are randomly arranged.
  • the ultrasonic imaging apparatus 100 includes an ultrasonic probe 108, a transmission unit 102, a reception unit 105, a synthesis unit 25, and a transmission focus setting unit 103. Yes.
  • a plurality of ultrasonic transducers (hereinafter referred to as “vibrators”) 109 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and each transducer 109 converts an electrical signal into an ultrasonic wave.
  • a transducer that transmits and receives ultrasonic waves by converting ultrasonic waves into electrical signals.
  • the transmitter 102 transmits a plurality of ultrasonic beams 3-1 to 3-N from the ultrasonic probe 108 to the three-dimensional imaging region 120a in the subject 120 as shown in FIGS. 2 (a) and 3 (a).
  • the transmission unit 102 sequentially transmits the ultrasonic beams 3-1 to 3-N having a transmission focal point to a predetermined position by delivering a transmission signal delayed by a predetermined amount to each of the plurality of transducers 109. be able to.
  • the plurality of transducers 109 of the ultrasonic probe 108 receive the ultrasonic waves returning from the subject 120 every time they are transmitted.
  • the receiving unit 105 includes a delay adding unit 21.
  • the delay adding unit 21 presets reception signals output from the plurality of transducers 109 of the ultrasound probe 108 on a reception scanning line 241 that is a line in which a plurality of points for constructing an ultrasound image are collected.
  • Each of the received focal points 52 (see FIGS. 3B and 3C), which are each point for constructing an ultrasonic image, is added after being delayed by a set delay time.
  • Focus data of the phasing range 35 is generated every 52.
  • the synthesizer 25 performs aperture combination between transmissions by adding the focus data for the same reception focus 52 generated by the receiver 105 in different transmissions (see FIG. 3D).
  • the delay adding unit 21 is in each of the phasing range 35- (N-1) corresponding to the ultrasonic beam 3- (N-1) and the phasing range 35-N corresponding to the ultrasonic beam 3-N.
  • the focus data is generated, and the synthesizer 25 adjusts the phasing range 35- (N-1) and the phasing range 35- (N-1) in the range 135-N where the phasing range 35- (N-1) and the phasing range 35-N overlap.
  • the focus data of the phase range 35-N are added to each other to perform transmission aperture synthesis.
  • the synthesizing unit 25 transmits post-combination data, which is focus data synthesized by inter-transmission aperture synthesis, to another device (not shown) or a subsequent functional unit in the ultrasonic imaging apparatus 100.
  • the transmission focus setting unit 103 sets the positions of the transmission focal points 30-1 to 30-N of the plurality of ultrasonic beams 3-1 to 3-N in the transmission unit 102. At this time, the arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N of the plurality of ultrasonic beams 3-1 to 3-N set by the transmission focal point setting unit 103 is random.
  • Random refers to a non-regular or non-periodic arrangement in the interval between the plurality of transmission focal points 30-N to 30- (N-1) in a three-dimensional space. For example, it means that the distances of the transmission focal points transmitted continuously are unequal intervals. If the distance is not regular, the transmission focal points 30-1 to 30-N may be arranged in any plane or direction in the three-dimensional space. For example, the arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N viewed from the xy plane is random as shown in FIG. 2C, but the transmission focal point 30- viewed from the zx plane as shown in FIG. 1 to 30-N may be arranged at a predetermined z depth.
  • the transmission focus setting unit 103 can set the delay time determined by the virtual sound source method in the reception unit 105 according to the set random transmission focus position.
  • the transmission focal points 30-1 to 30N by randomly arranging the transmission focal points 30-1 to 30N, even if the focal point data obtained by different transmissions are synthesized by the aperture synthesis between transmissions, a wavefront synthesis action occurs in an unintended direction (synthesis) (Grating lobes) can be suppressed, and generation of false images can be prevented in the combined data. Therefore, the effect of improving the image quality can be obtained by the action of synthesizing a plurality of wavefronts from a plurality of virtual sound sources, which is the original action of aperture synthesis, while preventing the generation of false images.
  • the transmission focal point setting unit 103 determines that the transmission focal points 30-1 to 30-N of the plurality of ultrasonic beams 3-1 to 3-N are all located at the distance from the closest transmission focal point to the ultrasonic beam 3-1. It is desirable that the wavelength be smaller than ⁇ 3-N. Thereby, a synthetic grating lobe can be suppressed more effectively.
  • the wavelength is the time of a sound wave waveform consisting of frequency components that affect the image in the frequency band of the ultrasonic pulse transmitted from each element and the frequency band obtained by convolution of the sensitivity frequency band of the transducer. Point to the length.
  • the average of the distances obtained as follows for the transmission focal points 30-1 to 30-N arranged at random is smaller than the wavelength of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N. That is, as shown in FIG. 4 where the transmission focal points 30-1 to 30-N randomly arranged, a straight line 41 connecting a certain transmission focal point 30-1 and the transmission focal point 30-5 located closest to the transmission focal point 30-1 is formed.
  • the transmission focal point 30-7 closest to the straight line 41 is selected from the other one or more transmission focal points 30-2 and 30-7 positioned in the direction orthogonal to the straight line 41.
  • a perpendicular line 42 is dropped from the transmission focal point 30-7 to the straight line 41, and the straight line 41 is divided by the intersection point O between the perpendicular line 42 and the straight line 41 to set two line segments AO and BO.
  • the lengths of the two line segments AO and BO are obtained respectively.
  • This operation is performed for all transmission focal points 30-1 to 30-N, and the average length of all the obtained line segments is calculated.
  • the average value of the distances obtained as described below may be smaller than the wavelengths of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N.
  • the distance to the transmission focal point 30-2 arranged at the closest distance to a certain transmission focal point 30-1 is obtained. This operation is performed for all the transmission focal points 30-1 to 30-N, and the transmission focal point 30- so that the average value of all the obtained distances becomes smaller than the wavelengths of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N.
  • FIG. 5A shows another shape of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic imaging apparatus to the three-dimensional imaging region
  • FIG. 5B shows the beam shape of the transmission ultrasonic beam
  • 6A shows another example of an ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic imaging apparatus to the three-dimensional imaging region
  • FIGS. 6B and 6C show the depth (z) of the transmission focal point. The interval of the transmission focus when changing is shown.
  • FIG. 7A shows still another example of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic imaging apparatus to the three-dimensional imaging region
  • FIGS. 7B and 7C show the depth of transmission focus (z). The transmission focus interval when the value is changed is shown.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing that transmission focal points are randomly arranged in a three-dimensional range within the depth range set by the user.
  • the transmission focal points 30-1 to 30-N set by the transmission focal point setting unit 103 are not limited to the case where the transmission focal points 30-1 to 30-N are located in the three-dimensional imaging region 120a in the subject 120 as shown in FIG.
  • the transmission focus setting unit 103 generates ultrasonic beams 3-1 to 3-N whose beam shape expands in the subject 120 from the ultrasonic probe 108.
  • the transmission focal points 30-1 to 30-N are virtually set in a space in the negative Z direction with respect to the subject 120.
  • the transmission directions of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N may be parallel as shown in FIGS. 2 (a) and 5 (a), or FIG. 6 (a) and FIG. 7 (a). ),
  • the transmission directions of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N may be arranged at a predetermined angle.
  • the depth (z) of the transmission focal point is changed to change the transmission focus depth (z) as shown in FIGS.
  • the distance between the transmission focal points changes. Therefore, it is desirable that the distance of the transmission focal point after the depth change is smaller than the wavelength of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment may further include a reception unit 121 that receives a setting of the depth range 81 of the transmission focal points 30-1 to 30-N from the user (operator).
  • a reception unit 121 that receives a setting of the depth range 81 of the transmission focal points 30-1 to 30-N from the user (operator).
  • the transmission focus 30 ⁇ is three-dimensionally within the set depth range 81 as shown in FIG. 1 to 30-N may be arranged at random and the position thereof may be determined.
  • the storage unit 103a (not shown) that stores a predetermined random pattern of the transmission focal points 30-1 to 30-N for each transmission focus depth (z) that can be accepted by the reception unit 121 is exceeded. It is good also as a structure with which a sound wave imaging device is provided.
  • the transmission focal point setting unit 103 reads out the random arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N corresponding to the transmission focal depth (z) received by the reception unit 121 from the storage unit 103a, and transmits the transmission unit. You may set to 102.
  • the ultrasonic imaging apparatus transmits ultrasonic beams by randomly arranging the transmission focal points 30-1 to 30-N of the plurality of ultrasonic beams 3-1 to 3-N.
  • the transmission focal interval can be increased appropriately, transmission aperture synthesis can be performed with a small number of transmission focal points. As a result, the imaging time is shortened and the frame rate can be improved.
  • Second Embodiment A specific configuration example of the ultrasonic imaging apparatus of the present invention will be described according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the second embodiment.
  • the ultrasonic imaging apparatus 100 includes an ultrasonic probe 108, a transmission unit 102, a reception unit 105, a synthesis unit 25, a transmission focus setting unit 103, and a reception unit (user interface: UI) 121.
  • the second embodiment includes a control unit 106, a transmission / reception switching unit 101, an image processing unit 107, and a display unit 122.
  • the reception unit 105 includes a virtual sound source method delay time setting unit 104 and a memory 40.
  • the control unit 106 controls the overall operation.
  • the accepting unit 121 is an interface that accepts an instruction from a user, input of various parameters, and the like.
  • the virtual sound source method delay time setting unit 104 takes the positions of the transmission focal points 30-1 to 30-N from the transmission focal point setting unit 103, sets the position as the position of the virtual sound source, and sets the delay time for each reception focal point 52 as the delay time. Set in the adder 21.
  • the transmission / reception switching unit 101 connects the ultrasonic probe 108 to the transmission unit 102 at the time of ultrasonic transmission and switches the selection of the transmission unit 102 or the reception unit 105 to be connected to the reception unit 105 at the time of ultrasonic reception.
  • the image processing unit 107 Under the control of The image processing unit 107 generates image data of an ultrasonic image using the focus data (post-synthesis data) after the synthesis unit 25 has synthesized the transmission aperture, and transmits the image data to the display unit 122.
  • the display unit 122 displays an ultrasonic image based on the transmitted image data.
  • the display unit 122 displays various screens under the control of the reception unit 121 via the control unit 106.
  • the ultrasonic probe 108 includes a plurality of transducers 109 arranged one-dimensionally or two-dimensionally in a predetermined arrangement.
  • the plurality of arranged transducers 109 are virtually or physically divided into transmission openings that are regions of the transducers 109 that transmit (irradiate) ultrasonic waves in a plurality of predetermined directions.
  • the ultrasonic probe 108 is tailored to have an outer shape suitable for use by bringing the surface (ultrasonic transmission / reception surface) on which the transducer 109 is disposed into contact with the imaging target 120.
  • FIG. 10 is an example of the screen 10 that the reception unit 121 displays on the display unit 122.
  • the reception unit 121 includes the depths of the transmission focal points 30-1 to 30-N, the angle of view, the frequencies of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N, the frame rate, and the directions of the ultrasonic beams.
  • the screen 10 is also provided with a region 10f for displaying an ultrasonic image generated for the three-dimensional imaging region 120a.
  • the transmission focus setting unit 103 is capable of receiving the transmission focus depth (z), the angle of view (the three-dimensional imaging region 102a), the frequency of the ultrasonic beam, and the direction of the ultrasonic beam that can be received by the ultrasonic imaging apparatus.
  • a storage unit 103a for storing a predetermined or determined random arrangement pattern of transmission focal points 30-1 to 30-N is incorporated.
  • the transmission focus setting unit 103 corresponds to the default transmission focus depth (z).
  • the random arrangement pattern of the transmission focal points 30-1 to 30-N to be read is read from the storage unit 103a and set in the transmission unit 102.
  • the transmission focus setting unit 103 sets the set depth. Random points are generated in the three-dimensional space of (z), and each point is set as the transmission focal point 30-1 to 30-N in the transmission unit 102. Further, the transmission focus setting unit 103 may transmit the position of the transmission focus corresponding to the set random pattern of the transmission focus to the virtual sound source method delay time setting unit 104.
  • the transmission unit 102 selects the transmission aperture of the ultrasonic probe 108 for each transmission of the ultrasonic beam in accordance with an instruction from the control unit 106.
  • the transmission unit 102 determines the waveform type, delay time, amplitude modulation, weighting, and the like of the transmission signal, and generates a transmission signal according to the determined type.
  • the transducer 109 is set so that the ultrasonic beam (for example, 3-1) transmitted from the transmission aperture has the transmission focus at the position of the transmission focus (for example, 30-1) set by the transmission focus setting unit 103. Set the delay time of each transmission signal.
  • the transmission unit 102 outputs (transmits) the generated transmission signal to the plurality of transducers 109 in the transmission opening via the transmission / reception switching unit 101. Thereby, for example, as shown in FIG. 2A, the ultrasonic beam 3-1 having the transmission focal point 30-1 is transmitted into the three-dimensional imaging region 120a.
  • the transmission unit 102 repeats this operation at a predetermined transmission interval set by the control unit 106, and sequentially transmits ultrasonic beams 3-1 to 3-N having transmission focal points 30-1 to 30-N.
  • Each transducer 109 of the ultrasonic probe 108 receives an echo or the like returned to the ultrasonic probe 108, converts it into an electrical signal, and outputs it as a received signal to the receiving unit 105 via the transmission / reception switching unit 101 ( Send.
  • the reception unit 105 that has received the reception signal every time the ultrasonic beam is transmitted temporarily stores the obtained reception signal in the memory 40 in the reception unit 105.
  • the delay adder 21 reads the received signal from the memory 40, and for each reception focus 52 on the reception scanning line 241 set by the control unit 106, the delay 109 set by the virtual sound source method delay time setting unit 104 is added to the transducer 109. The received signal is delayed and then added. Thereby, focus data focused on a predetermined reception focus 52 is generated (reception beam forming).
  • the receiving unit 105 passes the generated focus data to the synthesizing unit 25.
  • reception signals of all the transducers 109 of the ultrasonic probe 108 may be used, or only the reception signals of channels within a predetermined reception opening (active channel) may be used.
  • the virtual sound source method delay time setting unit 104 fetches the positions of the transmission focal points 30-1 to 30-N from the transmission focal point setting unit 10 from the transmission focal point setting unit 103, and uses the positions as the virtual sound source positions for each reception focal point.
  • the delay time is obtained and set in the delay time adding unit 21. Since the calculation method of the delay time by the virtual sound source method is a widely known method, it will be briefly described with reference to FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a delay time calculation method by the virtual sound source method.
  • the transmitted sound wave propagates from the vibrator 109 to the scatterer, is reflected by the scatterer, and propagates to the vibrator 109 again.
  • the time required for propagation is defined as the forward propagation time and the backward propagation time, respectively.
  • the virtual sound source method delay time setting unit 104 calculates the forward propagation time from the transmission start trigger of the ultrasonic beam 3-1 and the like to the reception focal point 52 and the return propagation time from the reception focal point 52 and the like to each transducer 109.
  • the delay time is calculated by obtaining and summing both.
  • the forward propagation time is the transducer 109 at the center of the transmission aperture. It is calculated by subtracting the propagation time from the transmission focal point 30-1 to the reception focal point 52-1 from the propagation time from -1 to the transmission focal point 30-1.
  • the transmission focal point 30 is transmitted from the transducer 109-1 at the center of the transmission aperture.
  • the forward propagation time is calculated by adding the propagation time from the transmission focal point 30-1 to the reception focal point 52-2 to the propagation time up to -1.
  • the forward propagation time is determined according to the distance from the transmission focal point 30-1 to the reception focal point 52, and concentric arcs 204 and 205 centering on the transmission focal point 30-1 are in phase with the wavefront having the same phase. Become.
  • the forward propagation times of the reception focal points 52 on the same wavefront all have the same value.
  • the delay time is calculated and set in the delay adder 21.
  • the delay time obtained in advance for each combination of the positions of the transmission focal point 30 and the reception focal point 52 is stored in a built-in memory, and the positions of the transmission focal points 30-1 to 30-N from the transmission focal point setting unit 10 are stored. May be read from the memory and set in the delay time adding unit 21 each time the image is captured from the transmission focus setting unit 103.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing setting the phasing range within a predetermined range from the center of the aperture (vibrator) that transmits the ultrasonic beam.
  • the control unit 106 sets the phasing ranges 35-1 to 35-N within a predetermined range from the center of the aperture (vibrator 109) through which the ultrasonic beams 3-1 to 3-N are transmitted, as shown in FIGS.
  • a plurality of reception scanning lines 241 are set in the phasing range 35, and the focus adder 21 generates focus data for all reception focal points 52 on the reception scanning line 241.
  • the combining unit 25 can add the focus data.
  • the combining unit 25 combines the plurality of focus data of the reception focus 52 having the same coordinates in the range 135. After the combined focus data of all the reception scanning lines 241 in the imaging region 102a are gathered, the combined data is transferred to the image processing unit 107.
  • the image processing unit 107 processes the data for display and generates ultrasonic waves. Image data of the image is generated and transmitted to the display unit 122 to display an ultrasonic image.
  • FIG. 13 is a flowchart showing operations of the control unit 106, the transmission focus setting unit 103, the transmission unit 102, the reception unit 105, the synthesis unit 105, and the image processing unit 107.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the transmission focus setting unit 103.
  • Each of these is constituted by a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and when the CPU reads and executes a program stored in advance in the memory, the operation of FIG. 13 can be realized by software. Also, it is of course possible to realize a part or all of it by hardware such as a custom IC such as ASIC (application specific integrated circuit) or a programmable IC such as FPGA (field-programmable gate array).
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • the reception unit 121 causes the display unit 122 to display the reception screen 10 as illustrated in FIG.
  • the accepting unit 121 sets parameters such as the transmission focal depth, the angle of view (three-dimensional imaging area 102a), the ultrasonic beam frequency, the frame rate, and the ultrasonic beam as parameters from the user.
  • One or more settings of the direction are accepted, and parameters are determined from the UI (step 131).
  • the depth of the transmission focus accepts a setting of a specific z value or a predetermined range of z values.
  • the direction of the ultrasonic beam by inputting an angle, the ultrasonic beams 3-1 to 3-N are parallel to the z direction (0 degree) as shown in FIGS. 2 (a) and 5 (a).
  • the receiving unit 121 may select the direction of the ultrasonic beam according to the type of the ultrasonic probe 108 to be used.
  • the reception unit 121 treats parameters that have not been accepted as being set with predetermined default values.
  • the transmission focus setting unit 103 receives the setting of the depth of transmission focus, the angle of view (three-dimensional imaging region 102a), the frequency of the ultrasonic beam, the frame rate, and the direction of the ultrasonic beam from the reception unit 121, and the frame rate.
  • a search is made as to whether or not a random arrangement pattern of the transmission focal points 30-1 to 30-N that satisfies some of the parameters other than (matches the parameters) exists in the storage unit 103a (step 132).
  • step 132 when there are one or more matching patterns, the transmission focus setting unit 103 reads the one or more patterns.
  • the transmission focus setting unit 103 then reads the ultrasonic beam 3 at a predetermined time interval toward the N transmission focal points 30-1 to 30-N of the read one or more randomly arranged patterns.
  • -1 to 3-N are sequentially transmitted to calculate a frame rate when an image (one frame) of the angle of view (three-dimensional imaging region 120a) is generated.
  • the transmission focus setting unit 103 selects and selects one of the random arrangement patterns.
  • the number N of transmission focal points of the random arrangement pattern and the frame rate achieved by the random arrangement pattern are displayed on the display unit 122 (step 133).
  • the transmission focal point setting unit 103 may select the random arrangement pattern by comparing the number N of transmission focal points of the read random arrangement patterns. For example, the transmission focal point setting unit 103 compares the number N of transmission focal points of the read patterns with each random arrangement, and in order to improve the frame rate, the random arrangement pattern with the smallest number of Ns, that is, the transmission focal point 30- A randomly arranged pattern having the smallest number of 1 to 30-N may be selected.
  • the transmission focal point setting unit 103 calculates the frame rate for the read random arrangement pattern, and when it is equal to or higher than the frame rate received from the user, the random arrangement And the number N of transmission focal points of the selected random arrangement pattern and the frame rate achieved by the random arrangement pattern are displayed on the display unit 122 (step 133).
  • step 132 the transmission focal points 30-1 to 30-30 that match the depth, angle of view (three-dimensional imaging region 102a), ultrasonic beam frequency, and ultrasonic beam direction received from the reception unit 121 are matched. If there is no random arrangement pattern of ⁇ N in the storage unit 103a, the transmission focal point setting unit 103 generates and displays a random arrangement pattern of transmission focal points 30-1 to 30-N that satisfies these random arrangement parameters. It is displayed on the part 122 (step 134).
  • Step 134 will be described in detail with reference to the flow of FIG. 14 to generate a pattern of random arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N by the transmission focal point setting unit 103.
  • the transmission focal point setting unit 103 calculates the number N of transmission focal points 30-1 to 30-N so as to satisfy the frame rate set in the reception unit 121 (step 1141).
  • the transmission focus setting unit 103 obtains the maximum value of N.
  • the transmission focal point setting unit 103 generates a random arrangement pattern of N transmission focal points in a predetermined depth range, and sets the transmission focal points 30-1 to 30-N (step 1142). For example, as shown in FIG.
  • the transmission focus setting unit 103 generates the transmission focus depth (or depth range) and angle of view (three-dimensional imaging region 102a) received from the reception unit 121 by random numbers or the like. N random transmission focal points 30-1 to 30-N are set (step 1142). Then, the transmission focal point setting unit 103 calculates the average distance for the transmission focal points 30-1 to 30-N arranged at random as follows (step 1143).
  • the transmission focal point setting unit 103 sets a straight line 41 connecting a certain transmission focal point 30-1 and the transmission focal point 30-5 located closest to the transmission focal point 30-1, and with respect to this straight line 41,
  • the transmission focal point 30-7 closest to the straight line 41 is selected from the other one or more transmission focal points 30-2 and 30-7 positioned in the orthogonal direction.
  • a perpendicular line 42 is dropped from the transmission focal point 30-7 to the straight line 41, and the straight line 41 is divided by the intersection point O between the perpendicular line 42 and the straight line 41 to set two line segments AO and BO.
  • the lengths of the two line segments AO and BO are obtained respectively.
  • the transmission focal point setting unit 103 performs this operation for all the transmission focal points 30-1 to 30-N, and calculates the average length (average distance) of all the obtained line segments.
  • the transmission focus setting unit 103 compares the calculated average distance with the wavelength ⁇ obtained from the frequencies of the ultrasonic beams 3-1 to 3-N received by the receiving unit 121 (step 1144). If the average value of the distances is smaller than the wavelength ⁇ , a pattern of random arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N satisfying the parameters received from the user is generated, so that the transmission focal point setting unit 103 determines the transmission focal point.
  • the number N and the frame rate are displayed on the display unit 122 (step 1145), and the process proceeds to step 135.
  • step 1144 if the average value of the calculated line segment length (average distance value) is equal to or greater than the wavelength ⁇ , the parameter received from the user is not satisfied. Accepting settings from the user, such as whether the angle of view may be reduced, the frame rate may be reduced, or if the ultrasound beams are angled, the depth of focus may be moved in a shallower direction
  • the screen 15 is displayed on the display unit 122 (step 1146).
  • FIG. 15 is an example of the screen 15 that the transmission focus setting unit 103 displays on the display unit 122 in step 1146.
  • Each setting 15a to 15c on the screen 15 is shown to the user, and the transmission focus setting unit 103 receives a setting from the user by a radio box 15d which is an object that receives an input.
  • the transmission focus setting unit 103 sets the parameter angle of view by a predetermined amount and reduces the frame rate. If the frame rate is reduced by a predetermined amount and the depth of focus is set to move in a shallower direction, the focal depth of the parameter is moved in a shallower direction by a predetermined amount. Then, the transmission focus setting unit 103 returns to steps 1141 to 1144 and generates a random pattern again using the parameters after the change in step 1146. As a result, a parameter value acceptable by the user can be changed, and patterns of transmission focal points 30-1 to 30-N satisfying the parameter can be generated.
  • the depth of focus is moved in a shallower direction as shown in FIGS. 6B, 6C, and 7B. This is because the distance between the transmission focal points 30-1 to 30-N can be reduced.
  • the transmission unit 102 starts scanning (step 135).
  • the transmitting unit 102 transmits the ultrasonic beam 3-m to the ultrasonic probe 109 (step 136). Specifically, the transmitting unit 102 transmits the transmission focal point 30-m from the plurality of transducers 109 in the transmission aperture.
  • a transmission signal with a predetermined delay time is generated for each transducer 109.
  • the echo generated in the three-dimensional imaging region 120a reaches the transducer 109 of the ultrasonic probe 108 and is received and converted into a received signal (step 137).
  • the receiving unit 105 stores the received signal of each transducer 109 in the memory 40.
  • the delay adder 21 uses the set delay time to delay and add the received signals for each transducer 109 (received beam forming) (step 138). As a result, the delay adding unit 21 obtains focus data for each reception focus 52 and stores (stores) the focus data in the memory 40 (step 139).
  • the synthesizer 25 reads all the focus data obtained by transmitting the ultrasonic beams 3-1 to 3-N from the memory 40, and focuses on the same reception focus 52 and the like. The data is added and aperture synthesis is performed (step 142). Using the focus data after the aperture synthesis, the image processing unit 107 generates image data of an ultrasonic image and displays the ultrasonic image on the display unit 122 (step 143). Thereby, an image (one frame) of the entire three-dimensional imaging region 120a is displayed.
  • step 144 a parameter change is received from the user (step 144), and if there is no change, the transmission focus setting unit 103 returns to step 135 to step with the same pattern of transmission focus 30-1 to 30-N as the previous time.
  • step 143 an ultrasonic image of the entire three-dimensional imaging region 120a of the next frame is acquired, and the image is updated.
  • step 144 if there is a parameter change in step 144, the process returns to steps 131 to 134, the reception unit 121 determines the parameter from the UI (step 131), and the transmission focus setting unit 103 sets the changed parameter.
  • a pattern of random arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N that satisfies the above is selected (step 133) or generated (step 134), and the processing of step 135 and thereafter is repeated to capture an image of the next frame. Thereby, the pattern of the random arrangement of the transmission focal points 30-1 to 30-N can be changed for each frame.
  • step 144 when changing the pattern of random arrangement every time in step 144, it is not limited to a method of accepting different parameter settings every time from the user, but two or more types of values are accepted in advance for each parameter set.
  • the transmission focus setting unit 103 sets random transmission focal points 30-1 to 30-N, it is possible to suppress the synthetic grating lobe while performing the inter-transmission aperture synthesis.
  • the influence of the bias on the ultrasonic image can be reduced.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like are realized by hardware by designing a part or all of them with an integrated circuit such as an FPGA (field-programmable gate array). Also good.
  • FPGA field-programmable gate array
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function is stored in memory, a hard disk, a recording device such as SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC (Integrated Circuit) card, SD card, or DVD. be able to.
  • control lines, information lines, and connection lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

Abstract

仮想音源法により整相を行った焦点データを送信間開口合成して画像を生成する超音波送受信技術において、合成グレーティングローブの発生を抑制する。 複数の振動子が２次元に配列された超音波探触子から、被検体内の３次元撮像領域に複数の超音波ビームを順次送信する。送信ごとに、被検体から戻る超音波を超音波探触子の複数の振動子で受信し、得られた受信信号を、予め設定された複数の受信焦点ごとにそれぞれ設定された遅延時間ずつ遅延させた後加算し、受信焦点ごとに焦点データを生成する。異なる送信において受信部が生成した、同一の前記受信焦点についての焦点データを加算する。このとき、複数の超音波ビームの送信焦点（３０－１～３０－Ｎ）の位置の配置が、ランダムとなるように設定することにより、合成グレーティングローブを抑制する。

Description

超音波撮像装置および超音波送受信方法
　本発明は、超音波撮像装置および超音波送受信方法に関する。
　超音波撮像装置は、超音波素子から超音波ビームを撮像領域に亘って走査し、それぞれの送信により、撮像領域内で生じたエコーを受信する。各送信で受信したエコーは、複数の超音波素子により受信され、複数の受信信号に変換される。複数の受信信号は、受信焦点に応じて超音波素子毎に設定された遅延時間によって遅延（整相）されたのち加算され、目的の撮像領域における焦点データへと変換される。遅延時間の決定方法としては、特許文献１に記載されているように、超音波ビームの焦点位置を仮想音源として、仮想音源から球面形状の波面が伝搬していると仮定して遅延時間を決定する仮想音源法が知られている。さらに、同一位置の受信焦点について、異なる方向に向けた超音波ビームによってそれぞれ得られた焦点データを合成する送信間開口合成技術も知られている（特許文献２）。送信間開口合成により、仮想音源からの複数の波面を合成することができるため、高画質化の効果が得られる。
特開平１１－２２１２１４号公報 特開平１０－２７７０４２号公報
　異なる超音波ビームの送信について、特許文献１に記載の仮想音源法により得られたそれぞれの焦点データを特許文献２に記載の送信間開口合成により合成すると、異なる仮想音源からの複数の波面を合成する作用により高画質化の効果が得られる反面、意図しない方向へも波面合成作用が生じ、本来は存在しない像（偽像）を生じることがある。意図しない方向への波面合成作用は、合成グレーティングローブと呼ばれ、画質を低下させる。
　本発明の目的は、仮想音源法により整相を行った焦点データを送信間開口合成して画像を生成する超音波送受信技術において、合成グレーティングローブの発生を抑制することにある。
　本発明の超音波撮像装置は、複数の振動子が２次元に配列され、超音波を送信および受信する超音波探触子と、超音波探触子から被検体内の３次元撮像領域に複数の超音波ビームを順次送信させる送信部と、送信ごとに、被検体から戻る超音波を受信した超音波探触子の複数の振動子が出力する受信信号を、予め設定された複数の受信焦点ごとにそれぞれ設定された遅延時間ずつ遅延させた後加算し、受信焦点ごとに焦点データを生成する受信部と、異なる送信において前記受信部が生成した、同一の前記受信焦点についての焦点データを加算する合成部と、送信部に前記複数の超音波ビームの送信焦点の位置を設定する送信焦点設定部と、を有する。送信焦点設定部が設定する複数の超音波ビームの送信焦点の配置は、ランダムである。
　本発明によれば、合成グレーティングローブの発生が抑圧され、偽像の発生を抑えることができる。
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である。 （ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームを示す説明図であり、（ｂ）は、超音波ビームのビーム形状を示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、送信焦点の位置の分布を示す説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、送信間開口合成を説明する図である。 ランダムに配置された送信焦点の位置を示す図である。 （ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される別の形状の超音波ビームを示す説明図であり、（ｂ）は、送信超音波ビームのビーム形状を示す図である。 （ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームの別の例を示す説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、送信焦点の深さ（ｚ）を変えた場合の送信焦点の間隔を示す図である。 （ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームのさらに別の例を示す説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、送信焦点の深さ（ｚ）を変えた場合の送信焦点の間隔を示す図である。 ユーザに設定された深さ範囲に３次元に送信焦点をランダムに配置することを示す説明図である。 第二実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 第二実施形態の受付部が表示部に表示させる画面の例である。 超音波ビームを送信した開口（振動子）の中心から所定の範囲に整相範囲を設定することを示す説明図である。 仮想音源法による遅延時間の演算方法を示す説明図である。 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である。 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である。 第二実施形態の送信焦点設定部が表示部に表示させる画面の例である。 （ａ）は、規則的に配置された送信焦点の位置を示す図であり、（ｂ）は、ランダムに配置された送信焦点の位置を示す図である。
　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。
　＜＜第一実施形態＞＞
　図１等を用いて、第一実施形態の超音波撮像装置（超音波送受信装置）について説明する。図１は、本実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームを示し、図２（ｂ）は、超音波ビームのビーム形状を示し、図２（ｃ）および（ｄ）は、送信焦点の位置の分布を示す説明図である。図３（ａ）～（ｄ）は、送信間開口合成を説明する図である。図４は、ランダムに配置された送信焦点の位置を示す図である。図１６（ａ）は、規則的に配置された送信焦点の位置を示す図であり、図１６（ｂ）は、ランダムに配置された送信焦点の位置を示す図である。
　図１のように、第一実施形態の超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８と、送信部１０２と、受信部１０５と、合成部２５と、送信焦点設定部１０３とを備えている。超音波探触子１０８は、複数の超音波振動子（以下、「振動子」と呼ぶ。）１０９が１次元もしくは２次元に配列され、それぞれの振動子１０９は、電気信号を超音波へ、超音波を電気信号へと変換して超音波を送信および受信するトランスデューサである。送信部１０２は、超音波探触子１０８から被検体１２０内の３次元の撮像領域１２０ａに図２（ａ）および図３（ａ）のように複数の超音波ビーム３－１～３－Ｎを順次送信させる。例えば、送信部１０２は、複数の振動子１０９にそれぞれ所定量ずつ遅延させた送信信号を受け渡すことにより、所定の位置に送信焦点を有する超音波ビーム３－１～３－Ｎを順次送信させることができる。超音波探触子１０８の複数の振動子１０９は、送信ごとに、被検体１２０から戻る超音波を受信する。受信部１０５は、遅延加算部２１を備える。遅延加算部２１は、超音波探触子１０８の複数の振動子１０９の出力する受信信号を、超音波画像を構築するための複数の点が集合した線である受信走査線２４１上に予め設定された、超音波画像を構築するための各点である複数の受信焦点５２（図３（ｂ）、（ｃ）参照）ごとにそれぞれ設定された遅延時間ずつ遅延させた後加算し、受信焦点５２ごとに整相範囲３５の焦点データを生成する。合成部２５は、異なる送信において受信部１０５が生成した、同一の受信焦点５２についての焦点データを加算することにより、送信間開口合成を行う（図３（ｄ）参照）。例えば、遅延加算部２１は、超音波ビーム３－（Ｎ－１）に対応した整相範囲３５－（Ｎ－１）と超音波ビーム３－Ｎに対応した整相範囲３５－Ｎのそれぞれにおいて、焦点データを生成し、合成部２５は、整相範囲３５－（Ｎ－１）と整相範囲３５－Ｎとが重なる範囲１３５―Ｎにおいて、整相範囲３５－（Ｎ－１）と整相範囲３５－Ｎのそれぞれの焦点データ同士を加算して送信間開口合成を行う。
　また、合成部２５は、送信間開口合成により合成した焦点データである合成後データを別の装置（不図示）や、超音波撮像装置１００内の後段の機能部に送信する。
　送信焦点設定部１０３は、送信部１０２に、複数の超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信焦点３０－１～３０－Ｎの位置を設定する。このとき、送信焦点設定部１０３が設定する複数の超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信焦点３０－１～３０－Ｎの配置は、ランダムである。
　ここでいうランダムとは、３次元空間における複数の送信焦点３０－Ｎ～３０－（Ｎ－１）の間隔に規則性がない配置もしくは非周期的な配置であることを言う。例えば、連続して送信する送信焦点の距離が不等間隔であることを言う。距離に規則性がなければ、３次元空間のいずれかの面や方向において、送信焦点３０－１～３０－Ｎが並んでいても構わない。例えば、図２（ｃ）のように、ｘｙ平面から見た送信焦点３０－１～３０－Ｎの配置がランダムであるが、図２（ｄ）のようにｚｘ平面から見た送信焦点３０－１～３０－Ｎが所定のｚ深さに並んでいても構わない。
　送信焦点設定部１０３は、設定したランダムな送信焦点位置に応じて、仮想音源法により定めた遅延時間を受信部１０５に設定することができる。
　このように、送信焦点３０－１～３０Ｎをランダムに配置することにより、異なる送信によって得られた焦点データを送信間開口合成により合成しても、意図しない方向へ波面合成作用が生じること（合成グレーティングローブ）を抑制でき、合成後のデータに、偽像の発生を防ぐことができる。よって、偽像の発生を防ぎながら、本来の開口合成の作用である、複数の仮想音源からの複数の波面を合成する作用により高画質化の効果が得られる。
　送信焦点設定部１０３は、複数の超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信焦点３０－１～３０－Ｎはいずれも、最も近くに位置する送信焦点との距離が超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さいことが望ましい。これにより、合成グレーティングローブをより効果的に抑制することができる。なお、波長とは、各素子から送信された超音波パルスの周波数帯域と、トランスデューサの持つ感度周波数帯域の畳みこみで得られる周波数帯域のうち、画像に影響する周波数成分をから成る音波波形の時間長を指す。
　より具体的には、ランダムに配置された送信焦点３０－１～３０－Ｎについて以下のように求めた距離の平均が超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さいことが望ましい。すなわち、図４にランダムに配置された送信焦点３０－１～３０－Ｎを示したように、ある送信焦点３０－１と、その最も近くに位置する送信焦点３０－５とを結ぶ直線４１を設定し、この直線４１に対して直交する方向に位置する別の１以上の送信焦点３０－２，３０－７のうち、直線４１に最も近い送信焦点３０－７を選択する。この送信焦点３０－７から直線４１に垂線４２を下し、その垂線４２と直線４１との交点Ｏによって直線４１を分割し、２つの線分ＡＯ、ＢＯを設定する。２つの線分ＡＯ、ＢＯの長さをそれぞれ求める。この動作を、すべての送信焦点３０－１～３０－Ｎについて行い、得られたすべての線分の長さの平均を算出する。求めた平均値が、超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さくなるように送信焦点３０－１～３０－Ｎの配置を設定することにより、合成グレーティングローブをより効果的に抑制することができる。
　また、以下のように求めた距離の平均値が超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さいことでもよい。ある送信焦点３０－１に最も近い距離に配置される送信焦点３０－２までの距離を求める。この動作を全ての送信焦点３０－１～３０－Ｎについて行い、得られたすべての距離の平均値が、超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さくなるように送信焦点３０－１～３０－Ｎの配置を設定することにより、合成グレーティングローブをより効果的に抑制することができる。
　このように送信焦点３０－１～３０－Ｎをランダムに配置することで、図１６（ａ）に示すような送信焦点の間隔dxを波長よりも短く規則的に配置した条件ではなく、例えば図１６（ｂ）のような配置が可能となる。これにより、少ない送信焦点数で合成グレーティングローブを抑圧させた送信開口合成ができるため、撮像時間の短縮に繋がり、フレームレートを向上させることができる。
　図５（ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される別の形状の超音波ビームを示し、図５（ｂ）は、送信超音波ビームのビーム形状を示す。図６（ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームの別の例を示し、図６（ｂ）および（ｃ）は、送信焦点の深さ（ｚ）を変えた場合の送信焦点の間隔を示す。図７（ａ）は、超音波撮像装置から３次元撮像領域に送信される超音波ビームのさらに別の例を示し、図７（ｂ）、（ｃ）は、送信焦点の深さ（ｚ）を変えた場合の送信焦点の間隔を示す。図８は、ユーザに設定された深さ範囲に３次元に送信焦点をランダムに配置することを示す説明図である。
　送信焦点設定部１０３が設定する送信焦点３０－１～３０－Ｎは、図２（ａ）のように、被検体１２０内の３次元撮像領域１２０ａ内に位置する場合に限定されない。例えば、図５（ａ）、（ｂ）のように、送信焦点設定部１０３が、超音波探触子１０８から被検体１２０内でビーム形状が拡大する超音波ビーム３－１～３－Ｎを送信させる場合には、被検体１２０よりもマイナスのＺ方向の空間に仮想的に送信焦点３０－１～３０－Ｎを設定する。
　なお、超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信方向は、図２（ａ）および図５（ａ）のように、平行であってもよいし、図６(ａ)および図７（ａ）のように、超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信方向が所定の角度をなす配置であってもよい。超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信方向が所定の角度をなす配置である場合、送信焦点の深さ（ｚ）を変えることにより、図６（ｂ）、（ｃ）ならびに図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、送信焦点間の距離が変わる。よって、深さ変更後の送信焦点の距離が超音波ビーム３－１～３－Ｎの波長よりも小さいことが望ましい。
　なお、本実施形態の超音波撮像装置は、ユーザ（操作者）から送信焦点３０－１～３０－Ｎの深さ範囲８１の設定を受け付ける受付部１２１をさらに備えてもよい。この場合、送信焦点設定部１０３は、受付部１２１が受け付けた送信焦点の深さ範囲８１を受け付けるたびに、図８に示すように、設定された深さ範囲８１に３次元に送信焦点３０－１～３０－Ｎをランダムに配置して、その位置を決定する構成にしてもよい。また、受付部１２１が受付可能な送信焦点の深さ（ｚ）ごとに、予め定められた送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを記憶する記憶部１０３ａ（不図示）を超音波撮像装置が備える構成としてもよい。その場合、送信焦点設定部１０３は、受付部１２１が受け付けた送信焦点の深さ（ｚ）に対応する送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置を記憶部１０３ａから読みだして、送信部１０２に設定してもよい。
　以上のように、本実施形態の超音波撮像装置は、複数の超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信焦点３０－１～３０－Ｎの配置をランダムにして超音波ビームを送信することで、波面合成作用による合成グレーティングローブの発生を抑制し、超音波画像上の偽像の発生を抑えることができる。また、送信焦点間隔を適度に拡大させることもできるため、少ない送信焦点数で送信開口合成ができる。これより、撮像時間の短縮に繋がり、フレームレートを向上させることができる。
　＜＜第二実施形態＞＞
　第二実施形態により、本発明の超音波撮像装置の具体的な構成例について説明する。
　＜装置の全体構成＞
　第二実施形態の超音波撮像装置１００の全体構成について図９を用いて説明する。図９は、第二実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図９において、第一実施形態の図１の構成と同様の構成は、同じ符号を付している。超音波撮像装置１００は、第一実施形態と同様に、超音波探触子１０８と送信部１０２と受信部１０５と合成部２５と送信焦点設定部１０３と受付部（ユーザインタフェース：ＵＩ）１２１を備え、これらに加えて、第二実施形態では、制御部１０６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。また、受信部１０５には、遅延加算部２１の他に、仮想音源法遅延時間設定部１０４と、メモリ４０が配置されている。
　制御部１０６は、全体の動作を制御する。受付部１２１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。仮想音源法遅延時間設定部１０４は、送信焦点３０－１～３０－Ｎの位置を送信焦点設定部１０３から取り込んで、その位置を仮想音源の位置として、受信焦点５２ごとの遅延時間を遅延時間加算部２１に設定する。送受切替部１０１は、超音波探触子１０８を超音波送信時には送信部１０２と接続し、超音波受信時には受信部１０５と接続するよう送信部１０２または受信部１０５を選択する切り替えを制御部１０６の制御下で行う。画像処理部１０７は、合成部２５が送信開口合成後の焦点データ（合成後データ）を用いて、超音波画像の画像データを生成し、表示部１２２へ送信する。表示部１２２は、送信された画像データを基に超音波画像を表示する。また、表示部１２２は、制御部１０６を介した受付部１２１からの制御により種々の画面を表示する。
　超音波探触子１０８は、所定の配列で１次元もしくは２次元に配列された振動子１０９を複数個備える。配列された複数の振動子１０９は、複数の所定の方向へ超音波を送信（照射）する振動子１０９の領域である送信開口に仮想的もしくは物理的に分割されている。超音波探触子１０８は、振動子１０９が配置された面（超音波送受面）を撮像対象１２０に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられている。
　＜受付部１２１＞
　図１０は、受付部１２１が表示部１２２に表示させる画面１０の例である。図１０のように、受付部１２１は、送信焦点３０－１～３０－Ｎの深度、画角、超音波ビーム３－１～３－Ｎの周波数、フレームレートおよび超音波ビームの向き、それぞれの情報をユーザから受け付けるオブジェクトである領域１０ａ～１０ｅを含む画面１０を表示する。ユーザは、領域１０ａ～１０ｅの１以上の値や方向を入力することにより、これらの１以上の設定値を設定する。また、画面１０には、３次元撮像領域１２０ａについて生成した超音波画像を表示する領域１０ｆも備えられている。
　＜送信焦点設定部１０３＞
　送信焦点設定部１０３は、超音波撮像装置が受付可能な送信焦点の深さ（ｚ）、画角（３次元撮像領域１０２ａ）の大きさ、超音波ビームの周波数、および、超音波ビームの向きの組み合わせごとに、予め定められた、または、求められた送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを記憶する記憶部１０３ａを内蔵する。受付部１２１を介して送信焦点の深さ範囲８１の設定を受け付けるたびに、もしくは、設定を受け付けなかった場合には、送信焦点設定部１０３は、デフォルトの送信焦点の深さ（ｚ）に対応する送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを記憶部１０３ａから読み出し、送信部１０２に設定する。また、記憶部１０３ａに送信焦点のランダム配置のパターンが記憶されていない送信焦点の深さ（ｚ）をユーザから受付部１２１を介して受け付けた場合、送信焦点設定部１０３は、設定された深さ（ｚ）の３次元空間にランダムな点を発生し、各点を送信焦点３０－１～３０－Ｎとして、送信部１０２に設定する。また、送信焦点設定部１０３は、設定した送信焦点のランダム配置のパターンに対応する送信焦点の位置を仮想音源法遅延時間設定部１０４に送信してもよい。
　＜送信部１０２＞
　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の送信開口を超音波ビームの送信ごとに選択する。送信部１０２は、送信信号の波形種類、遅延時間、振幅変調、重み付け等を決定し、それに応じた送信信号を生成する。このとき、送信開口から送信される超音波ビーム（例えば３－１）が、送信焦点設定部１０３から設定された送信焦点（例えば３０－１）の位置に送信焦点をもつように、振動子１０９ごとの送信信号の遅延時間を設定する。送信部１０２は、生成した送信信号を、送受切替部１０１を介して、送信開口内の複数の振動子１０９に出力（送信）する。これにより、例えば図２（ａ）のように、送信焦点３０－１をもつ超音波ビーム３－１が３次元撮像領域１２０ａ内に送信される。送信部１０２は、この動作を、制御部１０６が設定した所定の送信間隔で繰り返し、送信焦点３０－１～３０－Ｎをもつ超音波ビーム３－１～３－Ｎを順次送信する。
　＜受信部１０５＞
　超音波ビーム３－１～３－Ｎが３次元撮像領域１２０ａに送信されるたびに、３次元撮像領域１２０ａではエコー等が生じる。超音波探触子１０８の各振動子１０９は、超音波探触子１０８に戻ったエコー等を受信し、電気信号に変換して受信信号として送受切替部１０１を介して受信部１０５に出力（送信）する。超音波ビームの送信のたびに受信信号を受信した受信部１０５は、得られた受信信号を受信部１０５内のメモリ４０に一旦格納する。遅延加算部２１は、メモリ４０から受信信号を読み出し、制御部１０６が設定した受信走査線２４１上の受信焦点５２ごとに、仮想音源法遅延時間設定部１０４が設定した遅延時間ずつ振動子１０９の受信信号を遅延させた後、加算する。これにより、所定の受信焦点５２に焦点を結んだ焦点データを生成する（受信ビームフォーミング）。受信部１０５は、生成した焦点データを合成部２５に受け渡す。受信ビームフォーミングには、超音波探触子１０８のすべての振動子１０９の受信信号を用いてもよいし、所定の受信開口（アクティブチャネル）内のチャネルの受信信号のみを用いてもよい。
　仮想音源法遅延時間設定部１０４は、送信焦点設定部１０から送信焦点３０－１～３０－Ｎの位置を送信焦点設定部１０３から取り込んで、その位置を仮想音源の位置として、受信焦点ごとの遅延時間を求め、遅延時間加算部２１に設定する。仮想音源法による遅延時間の演算方法は、広く知られた方法であるので、図１２を用いて簡単に説明する。図１２は、仮想音源法による遅延時間の演算方法を示す説明図である。送信された音波は振動子１０９から散乱体まで伝搬していき、散乱体で反射して再び振動子１０９まで伝搬してく。伝搬に要する時間をそれぞれ往路伝搬時間、復路伝搬時間とする。仮想音源法遅延時間設定部１０４は、超音波ビーム３－１等の送信開始トリガから受信焦点５２等までの往路伝搬時間と、受信焦点５２等からそれぞれの振動子１０９までの復路伝搬時間とを求め、両者を合算することにより遅延時間を算出する。往路伝搬時間は、受信焦点５２が送信焦点３０－１よりも超音波探触子１０８側にある場合(例えば図１２の受信焦点５２－１の場合）には、送信開口の中心の振動子１０９－１から送信焦点３０－１までの伝搬時間から、送信焦点３０－１から受信焦点５２－１までの伝搬時間を減算することにより算出する。受信焦点５２が送信焦点３０－１よりも超音波探触子１０８から遠い位置にある場合(例えば受信焦点５２－２の場合）には、送信開口の中心の振動子１０９－１から送信焦点３０－１までの伝搬時間に、送信焦点３０－１から受信焦点５２－２までの伝搬時間を加算することにより往路伝搬時間を算出する。このように仮想音源法では、送信焦点３０－１から受信焦点５２までの距離に応じて往路伝搬時間が決まり、送信焦点３０－１を中心とした同心円の円弧２０４、２０５が同位相の波面となる。同じ波面上の受信焦点５２の往路伝搬時間はすべて同じ値となる。
　仮想音源法遅延時間設定部１０４は、送信焦点設定部１０から送信焦点３０－１～３０－Ｎの位置を送信焦点設定部１０３から取り込むたびに、受信走査線２４１上のすべての受信焦点５２の遅延時間を演算し、遅延加算部２１に設定する。もしくは、送信焦点３０および受信焦点５２の位置の組み合わせごとに予め求めておいた遅延時間を内蔵するメモリ内に格納しておき、送信焦点設定部１０から送信焦点３０－１～３０－Ｎの位置を送信焦点設定部１０３から取り込むたびに、取り込んだ送信焦点３０の位置に対応する遅延時間をメモリから読みだして、遅延時間加算部２１に設定してもよい。
　図１１は、超音波ビームを送信した開口（振動子）の中心から所定の範囲に整相範囲を設定することを示す説明図である。制御部１０６は、超音波ビーム３－１～３－Ｎを送信した開口（振動子１０９）の中心から所定の範囲に整相範囲３５－１～３５－Ｎを図３（ｃ）、図１１のように設定し、この整相範囲３５に複数の受信走査線２４１を設定し、受信走査線２４１上のすべての受信焦点５２について、焦点データを遅延加算部２１に生成させる。これにより、少なくとも隣合う超音波ビーム３－１～３－Ｎの整相範囲３５－１～３５－Ｎが重なりあう範囲１３５（図３に図示）においては、受信走査線２４１および受信焦点５２が重なるため、合成部２５が焦点データを加算することができる。
　＜合成部２５＞
　合成部２５は、図３（ｄ）のように、同じ座標の受信焦点５２の複数の焦点データを加算することにより範囲１３５において合成する。撮像領域１０２ａのすべての受信走査線２４１の合成後の焦点データがそろった後、合成後データは画像処理部１０７に受け渡され、画像処理部１０７は、表示用としてデータを加工して超音波画像の画像データを生成し、表示部１２２に送信して超音波画像を表示させる。
　つぎに、本実施形態の超音波撮像装置の動作を図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、制御部１０６、送信焦点設定部１０３、送信部１０２、受信部１０５、合成部１０５および画像処理部１０７の動作を示すフローチャートである。図１４は、送信焦点設定部１０３動作を示すフローチャートである。これらをそれぞれ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とメモリにより構成し、ＣＰＵがメモリに予め格納されているプログラムを読み込んで実行することにより、図１３の動作をソフトウエアにより実現することが可能である。また、その一部または全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等のカスタムＩＣやＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルＩＣのようなハードウエアにより実現することももちろん可能である。
　受付部１２１は、図１０に示したような受付用画面１０を表示部１２２に表示させる。受付部１２１は、画面１０内の領域１０ａ～１０ｅにおいて、ユーザからパラメータとして、送信焦点の深度、画角（３次元撮像領域１０２ａ）、超音波ビームの周波数、フレームレート、および、超音波ビームの向きの１以上の設定を受け付け、ＵＩからパラメータを決定する（ステップ１３１）。送信焦点の深度は、特定のｚ値、または、所定の範囲のｚ値の設定を受け付ける。超音波ビームの向きは、角度を入力することにより、図２（ａ）や図５（ａ）のように超音波ビーム３－１～３－Ｎがｚ方向に平行な向き（０度）である場合と、図６（ａ）や図７（ａ）のように隣り合う超音波ビーム３－１～３－Ｎが所定の角度をなす配置を設定することができる。また、使用する超音波探触子１０８の種類に応じて、受付部１２１が超音波ビームの向きを選択する構成にしてもよい。また、受付部１２１は、設定を受け付けなかったパラメータは、予め定めておいたデフォルト値が設定されているものとして扱う。
送信焦点設定部１０３は、受付部１２１から送信焦点の深度、画角（３次元撮像領域１０２ａ）、超音波ビームの周波数、フレームレート、および、超音波ビームの向きの設定を受け取って、フレームレート以外の一部のパラメータを満たす（パラメータに合致する）送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンが記憶部１０３ａ内にあるかどうか探索する（ステップ１３２）。
　ステップ１３２において、合致するパターンが１以上ある場合、送信焦点設定部１０３は、その１以上のパターンを読み出す。そして、送信焦点設定部１０３は、読みだした１以上のランダム配置のパターンについて、そのパターンのＮ個の送信焦点３０－１～３０－Ｎに向かって、予め定めた時間間隔で超音波ビーム３－１～３－Ｎを順に送信して、画角（３次元撮像領域１２０ａ）の画像（１フレーム）を生成した場合のフレームレートを算出する。読み出した２以上のランダム配置のパターンそれぞれから算出したフレームレートが、いずれもユーザから受け付けたフレームレート以上である場合、送信焦点設定部１０３は、いずれか１つのランダム配置のパターンを選択し、選択したランダム配置のパターンの送信焦点の数Ｎとこのランダム配置のパターンで達成されるフレームレートとを表示部１２２に表示させる（ステップ１３３）。また、送信焦点設定部１０３は、読み出した各ランダム配置のパターンの送信焦点の数Ｎを比較してランダム配置のパターンを選択してもよい。例えば、送信焦点設定部１０３は、読み出した各ランダム配置のパターンの送信焦点の数Ｎを比較し、フレームレートを向上させるために最もＮの数が小さいランダム配置のパターン、すなわち、送信焦点３０－１～３０－Ｎの数が最も少ないランダム配置のパターンを選択してもよい。
　また、読み出したランダム配置のパターンが１の場合、送信焦点設定部１０３は、読み出した１のランダム配置のパターンについて、フレームレートを算出し、ユーザから受け付けたフレームレート以上である場合、そのランダム配置のパターンを選択し、選択したランダム配置のパターンの送信焦点の数Ｎとそのランダム配置のパターンで達成されるフレームレートとを表示部１２２に表示させる（ステップ１３３）。
　また、ステップ１３２において、受付部１２１から受け取った送信焦点の深度、画角（３次元撮像領域１０２ａ）、超音波ビームの周波数、および、超音波ビームの向きに合致する送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンが記憶部１０３ａ内にない場合、送信焦点設定部１０３は、これらのランダム配置のパラメータを満たす送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを生成し、表示部１２２に表示させる（ステップ１３４）。
　ステップ１３４を図１４のフローを用いて、送信焦点設定部１０３による送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンの生成を詳しく説明する。まず、送信焦点設定部１０３は、受付部１２１に設定されたフレームレートを満たすように送信焦点３０－１～３０－Ｎの数Ｎを算出する（ステップ１１４１）。例えば、送信焦点設定部１０３は、Ｎの最大値を求める。送信焦点設定部１０３は、Ｎ個の送信焦点のランダム配置のパターンを所定の深さ範囲に発生させ、送信焦点３０－１～３０－Ｎを設定する（ステップ１１４２）。例えば、送信焦点設定部１０３は、図８のように、受付部１２１から受け取った送信焦点の深度（または深度の範囲）および画角（３次元撮像領域１０２ａ）内に、乱数等により発生させたＮ個のランダムな送信焦点３０－１～３０－Ｎを設定する（ステップ１１４２）。そして、送信焦点設定部１０３は、ランダムに配置された送信焦点３０－１～３０－Ｎについて以下のように距離の平均を算出する（ステップ１１４３）。
　すなわち、図４に示したように、送信焦点設定部１０３は、ある送信焦点３０－１と、その最も近くに位置する送信焦点３０－５とを結ぶ直線４１を設定し、この直線４１に対して直交する方向に位置する別の１以上の送信焦点３０－２，３０－７のうち、直線４１に最も近い送信焦点３０－７を選択する。この送信焦点３０－７から直線４１に垂線４２を下し、その垂線４２と直線４１との交点Ｏによって直線４１を分割し、２つの線分ＡＯ、ＢＯを設定する。２つの線分ＡＯ、ＢＯの長さをそれぞれ求める。送信焦点設定部１０３は、この動作を、すべての送信焦点３０－１～３０－Ｎについて行い、得られたすべての線分の長さの平均値（距離の平均値）を算出する。
　送信焦点設定部１０３は、算出した距離の平均値と、受付部１２１が受け付けた超音波ビーム３－１～３－Ｎの周波数から求めた波長λと、を比較する（ステップ１１４４）。距離の平均値が波長λよりも小さければ、ユーザから受け付けたパラメータを満たす送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンが生成されているので、送信焦点設定部１０３は、送信焦点の数Ｎおよびフレームレートを表示部１２２に表示させ（ステップ１１４５）、ステップ１３５に進む。
　一方、ステップ１１４４において、算出した線分の長さの平均値（距離の平均値）が波長λ以上である場合には、ユーザから受け付けたパラメータを満たしていないので、送信焦点設定部１０３は、画角を狭めてもよいか、フレームレートを下げてもよいか、超音波ビーム同士が角度をなしている場合、焦点深度をより浅い方向に移動させてもよいかなどの設定をユーザから受けつける画面１５を表示部１２２に表示させる（ステップ１１４６）。図１５は、ステップ１１４６において、送信焦点設定部１０３が表示部１２２に表示させる画面１５の例である。画面１５の各設定１５ａ～１５ｃがユーザに示され、送信焦点設定部１０３は、入力を受け付けるオブジェクトであるラジオボックス１５ｄによってユーザからの設定を受け付ける。
　例えば、送信焦点設定部１０３は、ユーザが、画角を狭めてもよいと設定した場合には、パラメータの画角を所定量狭め、フレームレートを下げてもよいと設定した場合には、パラメータのフレームレートを所定量下げ、焦点深度をより浅い方向に移動させてもよいと設定した場合には、パラメータの焦点深度を所定量だけ浅い方向に移動させる。そして、送信焦点設定部１０３は、ステップ１１４１～１１４４に戻って、ステップ１１４６で変更後のパラメータを用いて、再びランダムなパターンを発生する。これにより、ユーザが許容できるパラメータの値を変更して、そのパラメータを満たす送信焦点３０－１～３０－Ｎのパターンを生成することができる。なお、超音波ビーム同士が角度をなす配置の場合、焦点深度をより浅い方向に移動させるのは、図６（ｂ）、（ｃ）や、図７（ｂ）のように焦点深度を浅くすることによって、送信焦点３０－１～３０－Ｎの間隔を近づけることができるためである。
　送信焦点設定部１０３は、送信焦点３０－１～３０－Ｎのうち、送信焦点３０－ｍ（ｍ＝１）の位置を送信部１０２に設定し、制御部１０６は、送信開口を送信部１０２に指示して、送信部１０２はスキャンを開始する（ステップ１３５）。送信部１０２は、超音波ビーム３－ｍを超音波探触子１０９に送信させる（ステップ１３６）具体的には、送信部１０２は、送信開口の複数の振動子１０９から、送信焦点３０－ｍ（ｍ＝１）に焦点を結ぶ超音波ビーム３－ｍを送信させるために、所定の遅延時間を与えた送信信号を振動子１０９ごとに生成する。送信信号は、送受切替部１０１を介して超音波探触子１０９の選択された送信開口内の２以上の振動子１０９に受け渡される。これにより、超音波探触子１０８から送信焦点３０－ｍ（ｍ＝１）に焦点を結ぶ超音波ビーム３－ｍが３次元撮像領域１２０ａに向かって、例えば図２（ａ）のように送信される（ステップ１３６）。
　３次元撮像領域１２０ａで生じたエコー等は、超音波探触子１０８の振動子１０９に到達して受信され、受信信号に変換される（ステップ１３７）。仮想音源法遅延時間設定部１０４は、送信焦点設定部１０３から送信焦点３０－ｍ（ｍ＝１）の位置を受け取り、制御部１０６が設定した受信走査線２４１上の複数の受信焦点５２等ごとに、送信焦点３０－ｍ（ｍ＝１）を仮想音源とする仮想音源法による遅延時間を算出または内蔵するメモリから読み出して、遅延加算部２１に設定する。受信部１０５は、各振動子１０９の受信信号をメモリ４０に格納する。遅延加算部２１は、設定された遅延時間を用いて、振動子１０９ごとの受信信号を遅延させ加算する（受信ビームフォーミング）（ステップ１３８）。これにより、遅延加算部２１は、受信焦点５２等ごとに焦点データを得て、メモリ４０に保存（格納）する（ステップ１３９）。送信焦点設定部１０３は、ｍとＮとを比較する（ステップ１４０）。ｍとＮが等しくない場合、送信焦点設定部１０３は、ｍ＝ｍ＋１＝２（ステップ１４１）とし、ステップ１３６に戻って、次の送信焦点３０－ｍ（ｍ＝２）について、ステップ１３６～１４０を繰り返し、Ｎ個すべての送信焦点３０－Ｎについて超音波ビームの送受信を繰り返す（ステップ１４０）。
　ステップ１４０においてｍとＮが等しい場合、合成部２５は、メモリ４０から超音波ビーム３－１～３－Ｎの送信で得られたすべての焦点データを読み出し、同一の受信焦点５２等についての焦点データを加算し、開口合成する（ステップ１４２）。開口合成後の焦点データを用いて、画像処理部１０７は超音波画像の画像データを生成し、表示部１２２に超音波画像を表示させる（ステップ１４３）。これにより、３次元撮像領域１２０ａ全体の画像（１フレーム）が表示される。
　つぎに、ユーザからパラメータの変更を受け付け（ステッ１４４）、変更がない場合は、送信焦点設定部１０３は、ステップ１３５に戻って、前回と同じ送信焦点３０－１～３０－Ｎのパターンでステップ１３５～１４３を繰り返し、次のフレームの３次元撮像領域１２０ａ全体の超音波画像を取得し、画像を更新する。
　一方、ステップ１４４において、パラメータの変更がある場合には、ステップ１３１～１３４に戻って、受付部１２１は、ＵＩからパラメータを決定し（ステップ１３１）、送信焦点設定部１０３は、変更後のパラメータを満たす送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを選択（ステップ１３３）または生成し（ステップ１３４）、ステップ１３５以降を繰り返して、次のフレームの画像を撮像する。これにより、フレームごとに、送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを変更できる。
　このように、送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンをフレームごとに変更することにより、送信焦点３０－１～３０－Ｎのパターンになんらかの偏りがある場合であっても、毎回の超音波ビーム送信毎にランダム配置のパターンが変更されることにより、表示される超音波画像（毎秒数十フレーム）にランダム配置のパターンの偏りがほとんど影響を与えないという効果が得られる。
　なお、ステップ１４４で毎回ランダム配置のパターンを変更する場合、ユーザから毎回異なるパラメータの設定を受け付ける方法に限らず、予めパラメータのセットについて２種類以上の値を受け付けておき、それぞれのパラメータセットごとに、送信焦点３０－１～３０－Ｎのランダム配置のパターンを生成し、これらのランダム配置のパターンを交互に用いるように構成してもよい。これにより、ユーザの手を煩わせずに、ランダム配置のパターンの偏りが表示する超音波画像に影響を与えるのを抑制する効果を得られる。
　本実施形態では、送信焦点設定部１０３がランダムな送信焦点３０－１～３０－Ｎを設定するため、送信間開口合成を行いつつ、合成グレーティングローブを抑制することができ、ランダム配置のパターンの偏りによる超音波画像（毎秒数十フレーム）に与える影響を小さくすることできる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えばＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）のような集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、IC(Integrated Circuit)カード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
　「記憶する」「格納する」の表現にて記憶部に各情報を記録することを説明したが、「登録する」または「設定する」と表現されてもよい。
　また、制御線や情報線、接続線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
３－１～３－Ｎ　超音波ビーム
３０－１～３０－Ｎ　送信焦点
１００　超音波撮像装置
１０８　超音波探触子
１０９　振動子
１０２　送信部
１０３　送信焦点設定部
１０４　仮想音源法遅延時間設定部
１０５　受信部
２１　遅延加算部
２５　合成部
１２０　被検体
２４１　受信走査線

Claims (11)

  1. 　複数の振動子が２次元に配列され、超音波を送信および受信する超音波探触子と、
    　前記超音波探触子から被検体内の３次元撮像領域に複数の超音波ビームを順次送信させる送信部と、
    　前記送信ごとに、前記被検体から戻る超音波を受信した前記超音波探触子の前記複数の振動子が出力する受信信号を、予め設定された複数の受信焦点ごとにそれぞれ設定された遅延時間ずつ遅延させた後加算し、前記受信焦点ごとに焦点データを生成する受信部と、
    　異なる送信において前記受信部が生成した、同一の前記受信焦点についての前記焦点データを加算する合成部と、
    　前記送信部に前記複数の超音波ビームの送信焦点の位置を設定する送信焦点設定部と、を有し、
    　前記送信焦点設定部が設定する前記複数の超音波ビームの送信焦点の配置は、ランダムであ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、前記ランダムは、３次元空間における前記複数の送信焦点間の距離に規則性がない配置であることを特徴とする超音波撮像装置。
  3. 　請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記送信焦点設定部は、設定した前記送信焦点位置に応じて、仮想音源法により定めた前記遅延時間を前記受信部に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、前記複数の超音波ビームの前記送信焦点はいずれも、最も近くに位置する送信焦点との距離が前記超音波ビームの波長よりも小さい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、前記複数の超音波ビームの前記送信焦点は、一つの前記送信焦点と、その最も近くに位置する前記送信焦点とを結ぶ直線に対して直交する方向に位置する別の１以上の前記送信焦点であって、前記直線に最も近い送信焦点から前記直線に垂線を下したとき、その垂線によって前記直線を分割することにより得られる２つの線分の長さをそれぞれ求める動作を、すべての前記送信焦点について行って得たすべての線分の長さの平均が、前記超音波ビームの波長よりも小さいことを特徴とする超音波撮像装置。
  6. 　請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記送信焦点設定部が設定する前記送信焦点は、前記被検体内の３次元撮像領域内に位置する送信焦点、および、前記超音波探触子が前記被検体内で拡大する超音波ビームを送信する場合の前記被検体の外部に仮想的に設定される送信焦点を含む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、操作者から送信焦点の深さ範囲の設定を受け付ける受付部をさらに有し、
    　前記送信焦点設定部は、前記受付部が受け付けた送信焦点の深さ範囲に、３次元に前記送信焦点をランダムに配置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、操作者から送信焦点の深さの設定を受け付ける受付部と、前記受付部が受付可能な送信焦点の深さごとに、予め定められた前記送信焦点のランダム配置を記憶する記憶部とを有し、
    　前記送信焦点設定部は、前記受付部が受け付けた前記送信焦点の深さに対応する前記送信焦点のランダム配置を前記記憶部から読みだして、前記送信部に設定することを特徴とする超音波撮像装置。
  9. 　請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記送信焦点設定部は、前記受付部が受け付けた送信焦点の深さ範囲に配置した複数の前記送信焦点について、前記送信焦点間の距離の平均を算出し、前記距離の平均が前記超音波ビームの波長より大きい場合、送信焦点の深さ範囲を浅く変更することを特徴とする超音波撮像装置。
  10. 　請求項１記載の超音波撮像装置において、前記送信焦点設定部は、前記複数の超音波ビームの送信焦点の配置を、前記３次元撮像領域にすべての前記超音波ビームの送信が終了するたびに変更することを特徴とする超音波撮像装置。
  11. 　複数の振動子が２次元に配列された超音波探触子から、被検体内の３次元撮像領域に複数の超音波ビームを順次送信するステップと、
    　前記送信ごとに、前記被検体から戻る超音波を前記超音波探触子の前記複数の振動子で受信し、得られた受信信号を、予め設定された複数の受信焦点ごとにそれぞれ設定された遅延時間ずつ遅延させた後加算し、前記受信焦点ごとに焦点データを生成するステップと、
    　異なる送信において前記受信部が生成した、同一の前記受信焦点についての前記焦点データを加算するステップと、を有し、
    　前記複数の超音波ビームの送信焦点の位置の配置が、ランダムであることを特徴とする超音波送受信方法。

     
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