(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体から反射してくる超音波信号を、複数の受信素子が受信し生成したエコー信号からビーム信号を生成するビームフォーミング方法であって、
前記複数の受信素子の一部である第一受信素子列から得られた受信エコー信号を前記被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成ステップと、
前記複数の受信素子の一部であって前記第一受信素子列とは異なる第二受信素子列から得られた受信エコー信号を、前記第一領域とは異なる前記被検体の第二領域を焦点として整相加算することにより、第二ビーム信号を生成する第二ビーム生成ステップと、
前記複数の受信素子の一部であって前記第一受信素子列及び前記第二受信素子列のいずれとも異なる第三受信素子列から得られた受信エコー信号を、前記第一領域及び前記第二領域のいずれとも異なる前記被検体の第三領域を焦点として整相加算することにより、第三ビーム信号を生成する第三ビーム生成ステップと、
前記第二ビーム信号と前記第三ビーム信号との差である差信号を用いて、副ビーム信号を生成する副ビーム生成ステップと、
前記主ビーム信号及び前記副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、前記主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、前記係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成ステップとを含む
ビームフォーミング方法。
【請求項２】
前記副ビーム生成ステップでは、
前記差信号を前記主ビーム信号に乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成する
請求項１に記載のビームフォーミング方法。
【請求項３】
前記副ビーム生成ステップでは、
前記差信号と、前記主ビーム信号と、所定定数αとを乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成する
請求項１又は２に記載のビームフォーミング方法。
【請求項４】
前記所定定数αは、前記第一領域と、前記第一受信素子列との距離ごとに定められており、
前記副ビーム生成ステップでは、
前記第一受信素子列と、前記副ビーム生成ステップにおいて整相加算する際の前記第一領域との距離により定まる前記所定定数αを用いて、
前記差信号と、前記主ビーム信号と、前記所定定数αとを乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成する
請求項３に記載のビームフォーミング方法。
【請求項５】
前記ビームフォーミング方法は、さらに、
前記所定定数αを変更するためのユーザによる操作を受け付ける操作ステップを含む
請求項３又は４に記載のビームフォーミング方法。
【請求項６】
前記ビームフォーミング方法は、さらに、
主ビーム生成ステップで生成した主ビーム信号を、分離周波数に基づいて周波数帯域ごとの信号に分離することで、部分主ビーム信号を生成する主ビーム分離ステップと、
前記副ビーム生成ステップで生成された前記２つのビーム信号のそれぞれを、前記分離周波数に基づいて周波数帯域ごとの信号に分離することで、部分副ビーム信号を生成する副ビーム分離ステップとを含み、
前記狭ビーム生成ステップでは、
前記部分主ビーム信号を前記主ビーム信号として、かつ、前記部分副ビーム信号を前記副ビーム信号として用いて、周波数帯域ごとの前記狭ビーム信号である部分狭ビーム信号を生成し、生成した前記部分狭ビーム信号を加算することで、前記狭ビーム信号を生成する
請求項１〜５のいずれか１項に記載のビームフォーミング方法。
【請求項７】
前記所定定数αは、周波数帯域ごとに定められており、
前記副ビーム生成ステップでは、
前記部分副ビーム信号のそれぞれの周波数帯域により定まる前記所定定数αを用いて、
前記差信号と、前記部分主ビーム信号と、前記所定定数αとを乗ずることにより、前記部分副ビーム信号を生成する
請求項６に記載のビームフォーミング方法。
【請求項８】
前記第一受信素子列の中央素子座標は、前記第二受信素子列の中央素子座標と前記第三受信素子列の中央素子座標との中点であり、
前記第一領域座標は、前記第二領域座標と前記第三領域座標との中点である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のビームフォーミング方法。
【請求項９】
前記受信エコー信号は、異なる３つの時刻である第一時刻、第二時刻、及び第三時刻のそれぞれに前記複数の受信素子が受信し生成した第一受信エコー信号、第二受信エコー信号、及び第三受信エコー信号を含み、
前記主ビーム生成ステップでは、
前記第一受信エコー信号を前記受信エコー信号として用いて主ビーム信号を生成し、
前記副ビーム生成ステップでは、
前記第二受信エコー信号及び前記第三受信エコー信号を、前記第二ビーム信号及び前記第三ビーム信号として用いて前記副ビーム信号を生成する
請求項１〜８のいずれか１項に記載のビームフォーミング方法。
【請求項１０】
被検体から反射してくる超音波信号を、複数の受信素子が受信し生成したエコー信号からビーム信号を生成する超音波診断装置であって、
前記複数の受信素子の一部である第一受信素子列から得られた受信エコー信号を前記被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成部と、
（ｉ）前記複数の受信素子の一部であって前記第一受信素子列とは異なる第二受信素子列から得られた受信エコー信号を、前記第一領域とは異なる前記被検体の第二領域を焦点として整相加算することにより、第二ビーム信号を生成し、（ｉｉ）前記複数の受信素子の一部であって前記第一受信素子列及び前記第二受信素子列のいずれとも異なる第三受信素子列から得られた受信エコー信号を、前記第一領域及び前記第二領域のいずれとも異なる前記被検体の第三領域を焦点として整相加算することにより、第三ビーム信号を生成し、（ｉｉｉ）前記第二ビーム信号と前記第三ビーム信号との差である差信号を用いて、副ビーム信号を生成する副ビーム生成部と、
前記主ビーム信号及び前記副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、前記主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、前記係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成部とを備える
超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のビームフォーミング方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームフォーミング方法、及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置としては、受信のための超音波ビームフォーミング方法として一般的に整相加算法と呼ばれる方法が使用されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】伊東正安、望月剛共著「超音波診断装置」コロナ社出版、2002年8月26日（P.42〜P.45）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の超音波診断装置のように整相加算法によってビームフォーミングを行うと、観測しようとする領域において、受信ビームのメインローブに相当するビームを十分に狭く（指向性を高く）することができず、結果的に超音波受信信号を表示した画像の分解能が向上しないという問題がある。【０００５】
本発明は、取得する超音波診断画像を高分解能化することができるビームフォーミング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るビームフォーミング方法は、被検体から反射してくる超音波信号を、複数の受信素子が受信し生成したエコー信号からビーム信号を生成するビームフォーミング方法であって、前記複数の受信素子から得られた受信エコー信号を前記被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成ステップと、前記第一領域から反射してくる超音波信号に対する感度が前記主ビーム信号より低い副ビーム信号を、前記受信エコー信号から生成する副ビーム生成ステップと、前記主ビーム信号及び前記副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、前記主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、前記係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成ステップとを含み、前記副ビーム生成ステップでは、前記第一領域と異なる前記被検体の２つの領域であって、互いに異なる２つの領域のそれぞれを焦点として前記受信エコー信号を整相加算することにより生成される２つのビーム信号の差である差信号を用いて、前記副ビーム信号を生成する。【０００７】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のビームフォーミング方法によれば、取得する超音波診断画像を高分解能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、超音波診断装置の構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１におけるビームフォーミング方法の第一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１におけるビームフォーミング方法のフローチャートである。
【図３】図３は、実施の形態１における受信部と受信素子アレイとの位置関係を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における受信素子と対象領域との位置関係を示す図である。
【図５】図５は、感度評価領域と、感度評価領域に対する受信感度との関係を示す概念図である。
【図６】図６は、実施の形態１における主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と信号Ｂ（ｍ，ｎ）とのビーム形状の第一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１における第１の整相加算部からの主ビーム出力Ａ（ｍ，ｎ）と第１の乗算部からの副ビーム出力Ｃ（ｍ，ｎ）のビーム特性図である。
【図８】図８は、実施の形態１における第１の整相加算部からの主ビーム出力Ａ（ｍ，ｎ）と第２の乗算部からのビームフォーマ出力Ｄ（ｍ，ｎ）のビーム特性図である。
【図９】図９は、実施の形態１におけるビームフォーミング方法の第二例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１における信号Ａ（ｍ，ｎ）〜Ｄ（ｍ，ｎ）のビーム形状の第二例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２におけるビームフォーミング方法の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、深さｎが異なる場合のビーム特性比較図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３におけるビームフォーミング方法の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、送信周波数ｆが異なる場合のビーム特性比較図である。
【図１５】図１５は、関連技術におけるビームフォーミング方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、ビームフォーミング方法に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１１】
図１５は、本発明の関連技術に係る超音波診断装置における整相加算法を模式的に示すものである。
【００１２】
図１５に示される整相加算法を実行する超音波診断装置は、超音波を受信する複数の素子からなる受信素子２１０１と、各々の受信素子に付随し、信号に対して遅延処理を行う遅延部２１０２と、遅延部２１０２のそれぞれの出力信号を加算する加算部２１０３とを有する。
【００１３】
整相加算法では、受信素子２１０１が受信した信号を、遅延部２１０２が素子ごとに遅延処理を行った後に、加算部２１０３が当該遅延処理後の信号を加算し、その結果を出力する。これにより、超音波診断装置は、観測点Ｓが発する超音波を受信する。
【００１４】
しかしながら、上記の超音波診断装置のように整相加算法によってビームフォーミングを行うと、観測しようとする領域において、受信ビームのメインローブに相当するビームを十分に狭く（指向性を高く）することができず、結果的に超音波受信信号を表示した画像の分解能が向上しないという問題がある。また、観測しようとする領域以外の領域からの雑音信号（観測領域以外からのエコー信号）が観測領域の特性を示すビームに混入し、Ｓ／Ｎ比が低下し、表示した画像の品質が劣化するという問題（サイドローブに関連する問題）がある。
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、雑音をより抑制した高品質な受信画像を実現し、また超音波診断画像を高分解能化することができるビームフォーミング方法等を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明のビームフォーミング方法によれば、取得する超音波診断画像を高分解能化することができる。具体的には、本構成により、上記の超音波診断装置に対して狭ビーム化（狭角度化）が実現できる。本ビームフォーミング方法によりビームフォームされた信号を使用して生成された画像の分解能、及び画質が向上する。
【００１７】
上記の問題を解決するために、本発明の一態様に係るビームフォーミング方法は、被検体から反射してくる超音波信号を、複数の受信素子が受信し生成したエコー信号からビーム信号を生成するビームフォーミング方法であって、前記複数の受信素子から得られた受信エコー信号を前記被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成ステップと、前記第一領域から反射してくる超音波信号に対する感度が前記主ビーム信号より低い副ビーム信号を、前記受信エコー信号から生成する副ビーム生成ステップと、前記主ビーム信号及び前記副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、前記主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、前記係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成ステップとを含み、前記副ビーム生成ステップでは、前記第一領域と異なる前記被検体の２つの領域であって、互いに異なる２つの領域のそれぞれを焦点として前記受信エコー信号を整相加算することにより生成される２つのビーム信号の差である差信号を用いて、前記副ビーム信号を生成する。
【００１８】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、受信したビーム信号の感度特性を狭角度化することができる。具体的には、本ビームフォーミング方法により、検体（被検体）の検査対象領域から得られる主ビーム信号が、当該検査対象領域と異なる検体の領域から得られる２つの副ビーム信号を用いて狭角度化される。ここで、２つの副ビーム信号のそれぞれに検査対象領域から得られる信号が含まれているので、超音波診断装置は、それらの信号の差信号を用いて、主ビーム信号の検査対象領域に感度死角を有する信号を生成することができる。そして、この信号と主ビーム信号とを演算することにより、主ビーム信号が狭角度化される。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像を高分解能化することができる。
【００１９】
例えば、前記副ビーム生成ステップでは、前記差信号を前記主ビーム信号に乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００２０】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、副ビーム信号から生成される信号の感度死角を狭角度化することができる。感度死角が狭角度化された信号と主ビーム信号とを演算することにより、主ビーム信号がさらに狭角度化される。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像をさらに高分解能化することができる。
【００２１】
例えば、前記副ビーム生成ステップでは、前記差信号と、前記主ビーム信号と、所定定数αとを乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００２２】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、副ビーム信号から生成される信号の感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像を高分解能化の度合いを調整することができる。
【００２３】
例えば、前記所定定数αは、第一領域と、前記複数の受信素子からなる素子列との距離ごとに定められており、前記副ビーム生成ステップでは、前記受信エコー信号を受信したときの前記素子列と、前記副ビーム生成ステップにおいて整相加算する際の前記第一領域との距離により定まる前記所定定数αを用いて、前記差信号と、前記主ビーム信号と、前記所定定数αとを乗ずることにより、前記副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００２４】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体の検査対象領域の検体の体表からの深度に応じて、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。
【００２５】
例えば、前記ビームフォーミング方法は、さらに、前記所定定数αを変更するためのユーザによる操作を受け付ける操作ステップを含むとしてもよい。
【００２６】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、ユーザによる操作に基づいて、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。超音波の伝播特性はさまざまな要因で変化するので、予め定められた定数をユーザが微調整することにより、超音波診断装置は、より適切に、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。
【００２７】
例えば、前記ビームフォーミング方法は、さらに、主ビーム生成ステップで生成した主ビーム信号を、分離周波数に基づいて周波数帯域ごとの信号に分離することで、部分主ビーム信号を生成する主ビーム分離ステップと、前記副ビーム生成ステップで生成された前記２つのビーム信号のそれぞれを、前記分離周波数に基づいて周波数帯域ごとの信号に分離することで、部分副ビーム信号を生成する副ビーム分離ステップとを含み、前記狭ビーム生成ステップでは、前記部分主ビーム信号を前記主ビーム信号として、かつ、前記部分副ビーム信号を前記副ビーム信号として用いて、周波数帯域ごとの前記狭ビーム信号である部分狭ビーム信号を生成し、生成した前記部分狭ビーム信号を加算することで、前記狭ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００２８】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体から受信する超音波の周波数ごとに分離し、分離した信号に対して上記と同様の狭角度化を行うことができる。超音波の周波数ごとに受信感度が異なるので、このようにすることで、周波数ごとの受信感度に応じた狭角度化を行うことができる。
【００２９】
例えば、前記所定定数αは、周波数帯域ごとに定められており、前記副ビーム生成ステップでは、前記部分副ビーム信号のそれぞれの周波数帯域により定まる前記所定定数αを用いて、前記差信号と、前記部分主ビーム信号と、前記所定定数αとを乗ずることにより、前記部分副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００３０】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体から受信する超音波の周波数ごとに分離し、分離した信号のそれぞれに対して予め定められた定数を用いて、上記と同様の狭角度化を行うことができる。
【００３１】
例えば、前記副ビーム生成ステップでは、前記複数の受信素子からなる素子列の中心から等距離にある２つの領域であって、前記第一領域から等距離にある２つの領域を、前記２つの領域として用いて、前記副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００３２】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体の検査対象領域に感度死角を有する信号を生成することができる。この２つの領域のそれぞれを焦点として整相加算した信号は、検査対象領域に相当する位置において同じ感度を有する。よって、これらの信号の差信号は、検査対象領域に相当する位置に、感度が０となる感度死角を有する。これを用いて、超音波診断装置は、より正確に主ビーム信号を狭角度化することができる。
【００３３】
例えば、前記受信エコー信号は、異なる３つの時刻である第一時刻、第二時刻、及び第三時刻のそれぞれに前記複数の受信素子が受信し生成した第一受信エコー信号、第二受信エコー信号、及び第三受信エコー信号を含み、前記主ビーム生成ステップでは、前記第一受信エコー信号を前記受信エコー信号として用いて主ビーム信号を生成し、前記副ビーム生成ステップでは、前記第二受信エコー信号、及び前記第三受信エコー信号を、前記２つのビーム信号として用いて副ビーム信号を生成するとしてもよい。
【００３４】
このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、順次、主ビーム信号と副ビーム信号とを生成し、それらを用いて主ビーム信号を狭角度化することができる。
【００３５】
また、本発明の一態様に係る超音波診断装置は、被検体から反射してくる超音波信号を、複数の受信素子が受信し生成したエコー信号からビーム信号を生成する超音波診断装置であって、前記複数の受信素子から得られた受信エコー信号を前記被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成部と、前記第一領域から反射してくる超音波信号に対する感度が前記主ビーム信号より低い副ビーム信号を、前記受信エコー信号から生成する副ビーム生成部と、前記主ビーム信号及び前記副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、前記主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、前記係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成部とを含み、前記副ビーム生成部は、前記第一領域と異なる前記被検体の２つの領域であって、互いに異なる２つの領域のそれぞれを焦点として前記受信エコー信号を整相加算することにより生成される２つのビーム信号の差である差信号を用いて、前記副ビーム信号を生成する。
【００３６】
これにより、上記のビームフォーミング方法と同様の効果を奏する。
【００３７】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００３８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４０】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係るビームフォーミング方法を実現する超音波診断装置１の構成の一例を示す。
【００４１】
超音波診断装置１は、プローブ部５０１と、Ｔ／Ｒスイッチ部５０２と、パルサー部５０３と、ＡＦＥ部５０４と、ビームフォーマ部５０５と、画像化部５０６と、表示部５０７と、操作部５０８とを備える。
【００４２】
プローブ部５０１は、検体（被検体ともよぶ。例えば、生体）に向けて超音波の送信を行い、その反射波を受信し、受信信号を生成する。
【００４３】
Ｔ／Ｒスイッチ部５０２は、プローブ部５０１に送信する送信信号と、プローブ部５０１から受信する受信信号とを回路保護等の観点から電気的にスイッチングする。
【００４４】
パルサー部５０３は、超音波の送信を促進する電気的な信号を発生させる。
【００４５】
ＡＦＥ部５０４は、プローブ部５０１が送信した超音波を検体が反射することで発生する超音波である反射波をプローブ部５０１が受信して生成する受信信号を受信する。そして、ＡＦＥ部５０４は、受信信号の増幅などを行い、ＡＤ変換によりデジタル信号列に変換する。ＡＦＥ部５０４は、いわゆるアナログフロントエンドに相当する。
【００４６】
ビームフォーマ部５０５は、ＡＦＥ部５０４が生成したデジタル信号列からアレイ信号処理によってビームフォーミングを行う。ビームフォーミングとは、可視化したい領域に対するフォーカス処理に相当する。
【００４７】
画像化部５０６は、ビームフォーマ部５０５によって得られた信号から表示画像（超音波診断画像）を生成する。
【００４８】
表示部５０７は、画像化部５０６が生成した表示画像を表示する。
【００４９】
操作部５０８は、上記の各機能ブロックが行う処理の制御、及び操作を行う。また、操作部５０８は、ユーザによる操作を受け付けて、上記の制御、及び操作を行ってもよい。
【００５０】
本発明は、特に、超音波の受信信号を演算して超音波診断画像を生成するためのビーム信号を生成するビームフォーマ部５０５に特徴を有する。なお、本発明の特徴部以外の構成要素については、従来の超音波診断装置の構成要素を使用することが可能である。よって、従来の超音波診断装置のビームフォーマ部に代えて、本発明のビームフォーマ部５０５を導入することが可能である。
【００５１】
なお、本発明に係る超音波診断装置１は、図１に示される構成の超音波診断装置に限定されない。例えば、送信素子と受信素子とが異なる素子である場合には、Ｔ／Ｒスイッチ部５０２は不要である。また、プローブ部５０１が、パルサー部５０３を内蔵する構成であってもよいし、プローブ部５０１が、パルサー部５０３及びＡＦＥ部５０４を内蔵する構成であってもよい。さらに、プローブ部５０１が、その他のすべての機能ブロックを内蔵する構成であってもよい。
【００５２】
以下、本実施の形態のビームフォーマ部５０５について説明する。
【００５３】
ここでは、超音波診断装置に適用することが可能な方法であって、主ビーム信号と主ビーム信号の受信感度が高い対象領域に感度死角を形成する副ビーム信号とを用いてビーム信号を鋭角化する方法について示す。なお、以降では、ビーム信号、主ビーム信号、及び副ビーム信号のことを、それぞれ、ビーム、主ビーム、及び副ビームとも記載する。
【００５４】
まず、減算型ビームフォーマの特徴について述べる。なお、本実施の形態における副ビームの合成方法は、可聴領域の音響信号を扱うマイクロホンなどのビームフォーマに用いられている減算型ビームフォーマの欠点を超音波診断装置向けに改善して適用するものであるともいえる。
【００５５】
可聴域の音響信号を扱うマイクロホンなどでは、主ビームと主ビームの最大感度方向に感度死角を形成する副ビームとを用いてビームを鋭角化する方法がある。この場合、副ビームには感度死角方向を制御することができる減算型ビームフォーマが用いられる。減算型ビームフォーマとは、位相調整が行われた２素子間信号の減算によって任意の方向に感度死角を形成する方法である。この方法は、素子間信号の位相精度や、感度の一致精度（感度ばらつき）に敏感なことや、ビームフォーミング後の有感度領域の感度低下が問題となることが知られている。一方、超音波は、伝播する媒体である体内のさまざまな組織の間で音速が異なり、また、伝播において非線形性を有する。そのため、超音波診断装置の素子間の信号相関が小さくなり、単純な減算型ビームフォーマでは対象領域に感度死角を形成することが難しい。また、生体伝播中の信号減衰が大きいので、減算型ビームフォーマにおける感度低下の問題の影響が大きい。従って、マイク素子出力に対して直接減算を行うような減算型ビームフォーマを、超音波診断装置に適用することは難しい。
【００５６】
本実施の形態では、超音波診断装置においても、高感度を保ちながら、対象領域に確実に感度死角を形成する副ビームを形成し、主ビームの鋭角化の効果を得る構成を示す。
【００５７】
図２Ａに、本実施の形態のビームフォーマ部５０５の構成を示す。
【００５８】
ビームフォーマ部５０５は、第１の整相加算部２１と、第２の整相加算部２２と、第３の整相加算部２３と、第１の減算部３０と、第１の乗算部４０と、第１の絶対値演算部５０と、第１のパワ演算部６０と、第１の増幅率算出部１００と、第２の乗算部２００とを備える。また、ビームフォーマ部５０５は、受信部１０００から信号を受信する。
【００５９】
受信部１０００は、検体から超音波を受信する複数の受信素子を有する。複数の受信素子のそれぞれは、超音波を受信し、受信した超音波に対応する信号を増幅、及びデジタル信号に変換（ＡＤ（Analog-Digital）変換）することで受信エコー信号を生成する。つまり、受信部１０００は、図１におけるプローブ部５０１と、Ｔ／Ｒスイッチ部５０２と、ＡＦＥ部５０４とに相当する。
【００６０】
受信部１０００が有する複数の受信素子のうちの一部を第１の受信素子アレイ１１とし、第１の受信素子アレイ１１と異なる一部を第２の受信素子アレイ１２とし、さらに、第１の受信素子アレイ１１と第２の受信素子アレイ１２とのいずれとも異なる一部を第３の受信素子アレイ１３とする。
【００６１】
第１の整相加算部２１は、第１の受信素子アレイ１１の各素子の出力信号に対して遅延処理を施して、深さｎ、ラインｍの位置を対象領域（焦点）として整相加算を行う。ここで、深さｎは、第１の受信素子アレイ１１の中央を原点として、受信部１０００から検体へ向かう方向（検体の深さ方向）の距離を示す。また、ラインｍは、第１の受信素子アレイ１１の中央を原点として、第１の受信素子アレイ１１に沿う方向（受信素子の並び方向）の距離を、受信素子の間隔を単位として示す値である。
【００６２】
第２の整相加算部２２は、第２の受信素子アレイ１２の各素子の出力信号に対して遅延処理を施して、深さｎ、ライン（ｍ−１）の位置を対象領域として整相加算を行う。
【００６３】
第３の整相加算部２３は、第３の受信素子アレイ１３の各素子の出力信号に対して遅延処理を施して、深さｎ、ライン（ｍ＋１）の位置を対象領域として整相加算を行う。
【００６４】
第１の減算部３０は、第２の整相加算部２２の出力信号と、第３の整相加算部２３の出力信号との減算処理を行う。
【００６５】
第１の乗算部４０は、第１の整相加算部２１の出力信号と、第１の減算部３０の出力信号と、定数αとの乗算処理を行う。
【００６６】
第１の絶対値演算部５０は、第１の乗算部４０の出力信号の絶対値を算出する。
【００６７】
第１のパワ演算部６０は、第１の整相加算部２１の出力信号の絶対値の２乗を算出する。
【００６８】
第１の増幅率算出部１００は、第１の絶対値演算部５０の出力信号と、第１のパワ演算部６０の出力信号とを入力として、増幅率Ｇ（ｍ，ｎ）を算出する。
【００６９】
第２の乗算部２００は、第１の整相加算部２１の出力信号Ａ（ｍ，ｎ）と、第１の増幅率算出部１００が算出する増幅率Ｇ（ｍ，ｎ）との乗算処理を行う。第２の乗算部２００の出力信号Ｄ（ｍ，ｎ）が、ビームフォーマ部５０５の出力となる。
【００７０】
なお、第１の整相加算部２１は、主ビーム生成部に対応する。第２の整相加算部２２と、第３の整相加算部２３と、第１の減算部３０と、第１の乗算部４０とは、副ビーム生成部１００１に対応する。第１の絶対値演算部５０と、第１のパワ演算部６０と、第１の増幅率算出部１００と、第２の乗算部２００とは、狭ビーム生成部１００２に対応する。
【００７１】
以上のように構成されたビームフォーマ部５０５の動作について説明する。
【００７２】
図２Ｂは、本実施の形態におけるビームフォーミング方法のフローチャートである。
【００７３】
まず、主ビーム生成部は、複数の受信素子から得られた受信エコー信号を検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する（主ビーム生成ステップ、ステップＳ２１）。
【００７４】
次に、副ビーム生成部は、第一領域から反射してくる超音波信号に対する感度が主ビーム信号より低い副ビーム信号を、受信エコー信号から生成する（副ビーム生成ステップ、ステップＳ２２）。ここで、副ビーム生成部は、第一領域と異なる検体の２つの領域であって、互いに異なる２つの領域のそれぞれを焦点として受信エコー信号を整相加算することにより生成される２つのビーム信号の差である差信号を用いて、副ビーム信号を生成する。
【００７５】
次に、狭ビーム生成部は、主ビーム信号及び副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、係数と前記主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する（狭ビーム生成ステップ、ステップＳ２３）。
【００７６】
以下で、ビームフォーマ部５０５の動作についてさらに詳細に説明する。
【００７７】
なお、ｎは超音波診断装置が観測する画像の縦方向（観測対象の深さ方向）を表し、ｍは超音波診断装置が観測する画像の横方向（受信素子アレイの並び方向）のライン（最終的に画像を描画するライン）を示す。
【００７８】
図３は、実施の形態１における受信部と受信素子アレイとの位置関係を示す図である。具体的には、図３は、信号を受信する複数の受信素子を有する受信部１０００と、受信部１０００から得られる複数のデジタル信号列に対して、予め設定した複数の素子の組み合わせ（開口数＝６４の例）である第１の受信素子アレイ１１、第２の受信素子アレイ１２、及び第３の受信素子アレイ１３の関係を示している。
【００７９】
図３の（ａ）は、第１の受信素子ｕ１から第２５６の受信素子ｕ２５６が配列された受信部１０００の例を示している。図３の（ｂ）は、第２の受信素子アレイ１２が、第１の受信素子ｕ１から第６４の受信素子ｕ６４までの受信素子の組み合わせにより構成されることを示している。第２の受信素子アレイ１２により、ライン（ｍ−１）の整相加算出力Ａ（ｍ−１，ｎ）が得られる。図３の（ｃ）は、第１の受信素子アレイ１１が、第２の受信素子ｕ２から第６５の受信素子ｕ６５までの受信素子の組み合わせにより構成されることを示している。第１の受信素子アレイ１１により、ラインｍの整相加算出力（主ビーム）Ａ（ｍ，ｎ）が得られる。図３の（ｄ）は、第３の受信素子アレイ１３が、第３の受信素子ｕ３から第６６の受信素子ｕ６６までの受信素子の組み合わせにより構成されることを示している。第３の受信素子アレイ１３により、ライン（ｍ＋１）の整相加算出力Ａ（ｍ＋１，ｎ）が得られる。このように、第２の受信素子アレイ１２と第３の受信素子アレイ１３とは、第１の受信素子アレイ１１を中心に相対的に素子の並び方向に１素子分シフトした素子の組を用いることを示している。また、図３の（ｂ）から図３の（ｄ）までの組み合わせは、ラインｍのビームフォーマ結果を得る場合である。ｍを１ずつ増加し、送信及び受信を繰り返して１ラインずつデータを蓄えることで、すべてのラインのデータを取得して、超音波診断画像を生成する。
【００８０】
図４は、受信素子アレイの各素子と対象領域との位置関係の例を示すものである。この位置関係を参照しながら、以下で（式１）から（式５）を説明する。
【００８１】
ここでは、ビーム形状（ビームプロファイルとも呼ばれる）は、ある深さｎにおける、ラインｍにおける感度レベルの特性を指す。以降のビーム形状の特性図は、以下の整相加算出力信号Ａ（ｋ，ｎ）を基に考える。以降の説明で、信号Ａ(ｍ，ｎ)と記述した場合には、ラインｍに対応する受信素子アレイから得られた整相加算出力信号を意味する。また、Ａ(ｋ，ｎ)と記述した場合には、ラインｍに対応する受信素子アレイから得られた整相加算出力のビーム形状（ビーム特性）を表するため、受信素子アレイ中心を原点［０，０］として、座標［ｋ，ｎ］の位置に対する信号成分を示すものとする。
【００８２】
図５は、感度評価領域と、感度評価領域に対する受信感度との関係を示す概念図である。図５の（ａ）は、感度評価領域を示している。図５の（ｂ）は、受信素子アレイを示している。図５の（ｃ）は、ビーム特性（ビーム形状）を示している。
【００８３】
ラインｋ、深さｎに対する座標を［ｋ，ｎ］、ｉ番目の受信素子の座標を、［ｕｍ（ｉ），ｕｎ（ｉ）］とすると、深さｎの対象領域から各受信素子への距離ｄ（ｋ，ｎ，ｉ）は、（式１）のように表される。
【００８４】
【数１】
0005489144.tif 000002
【００８５】
図４に示すように受信素子アレイの中心を原点［０，０］と設定すると、対象領域座標は、［０，ｎ］、ｉ番目受信素子座標は、［ｕｍ（ｉ），ｕｎ（ｉ）］＝［（ｉ−３２．５）・Δｄ，０］となる。
【００８６】
ここで、Δｄは素子間隔で、Δｄ＝０．３ｍｍである。
【００８７】
整相加算は、対象領域［０，ｎ］から各素子に伝搬してくる超音波の位相を一致させて、各素子に伝搬してくる超音波を強めあうように加算する演算である。深さｎの対象領域から伝播してくる超音波を、各受信素子への距離ｄ(ｋ，ｎ，ｉ)に対応する時間の分だけ遅延させるように補正することにより、超音波の位相を一致させる。遅延させる時間は、（式２）のように表される。
【００８８】
【数２】
0005489144.tif 000003
【００８９】
ここで、ｄ０は、基準距離である。ｄ０は、τ（ｎ，ｉ）の値が負にならないように、対象領域から最も遠い受信素子（ｉ＝１）、または、受信素子（ｉ＝６４）までの距離より大きければよい。つまり、ｄ０≧ｄ（０，ｎ，１）が成立する。ｃは音速であり、生体中の平均音速である１５３０ｍ／ｓｅｃとする。
【００９０】
整相加算出力のビーム形状Ａ（ｋ，ｎ）は、座標［ｋ，ｎ］からｉ番目の受信素子への距離を伝搬するのに要する時間ｄ（ｋ,ｎ，ｉ）／ｃ、各々の受信素子後段の遅延部で処理される時間遅延τ（ｎ，ｉ）、ｉ番目の受信素子から座標［ｋ，ｎ］に対する角度θ（ｋ，ｎ，ｉ）に対して受信素子が持つ指向性ＵＤ（θ（ｋ,ｎ，ｉ））、座標［ｋ，ｎ］からｉ番目の受信素子への距離ｄ（ｋ,ｎ，ｉ）に対する信号減衰量ＡＴＴ（ｄ（ｋ,ｎ，ｉ））、及び受信素子の幅ｄｕを用いて、（式３）〜（式６）で表される。
【００９１】
【数３】
0005489144.tif 000004
【００９２】
【数４】
0005489144.tif 000005
【００９３】
【数５】
0005489144.tif 000006
【００９４】
【数６】
0005489144.tif 000007
【００９５】
主ビーム生成部は、第１の受信素子アレイ１１と、第１の整相加算部２１とを備える。整相加算出力信号である主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）は、ラインｍ、深さｎの図２Ａに示すＦ（ｍ，ｎ）の位置が対象領域であるとして考える。
【００９６】
次に、副ビーム生成部１００１について示す。副ビームに要求される理想的なビーム形状は、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と比較して少なくとも対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）に対して感度死角(感度が十分に低い状態)を有するものであり、かつ、対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）から離れた領域（感度を低下させたい領域）ではできるだけ主ビームと一致度が高いものであるのが望ましい。
【００９７】
第１の減算部３０は、位置Ｆ（ｍ−１，ｎ）に焦点を有する整相加算出力信号Ａ（ｍ−１，ｎ）と、位置Ｆ（ｍ＋１，ｎ）に焦点を有する整相加算出力信号Ａ（ｍ＋１，ｎ）との差として得られる信号Ｂ（ｍ，ｎ）を、副ビームとして得る。ここで、整相加算出力信号Ａ（ｍ−１，ｎ）は、第２の受信素子アレイ１２と第２の整相加算部２２とによって得られる整相加算信号である。また、整相加算出力信号Ａ（ｍ＋１，ｎ）は、第３の受信素子アレイ１３と第３の整相加算部２３によって得られる整相加算信号である。
【００９８】
【数７】
0005489144.tif 000008
【００９９】
図６は、（式１）から（式６）を用いて計算した主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と上記の信号Ｂ（ｍ，ｎ）とのビーム形状（ビーム特性）の第一例を示す図である。図６において、横軸が素子配列方向の位置（ｍｍ）であり、主ビームの中心位置を０ｍｍとしている。縦軸は、ビームの感度振幅値を示している。ただし、ビームパタンの計算の条件は、深さｎ＝３０ｍｍ、開口Ｌ＝６４素子、素子間隔Δｄ＝０．３ｍｍ、周波数ｆ＝５ＭＨｚである。
【０１００】
信号Ｂ（ｍ，ｎ）は、主ビームのラインｍに対して対称である、ライン（ｍ−１）とライン（ｍ＋１）とに対する整相加算結果を新たな素子とみなして減算している。主ビームの対象領域に対して対称位置に焦点を有する２つの信号を減算するので、主ビームの焦点位置に対しては、２つの信号レベルおよび位相は一致し、感度死角が形成される。また、２つの信号は整相加算出力後の信号であるため、ばらつきや音速変化などに対する耐性が高まり、対象領域での信号相殺効果が確実に得られるようになる。さらに、異なる２つの位置に焦点を形成しているビーム間の減算であるため、感度死角以外の部分での感度低下を抑制する効果が得られる。これにより、減算型ビームフォーマを超音波診断装置に用いる場合のロバスト性確保と感度低下の問題を解決することができる。
【０１０１】
しかしながら、図６のように信号Ｂ（ｍ，ｎ）は、ライン（ｍ−１）とライン（ｍ＋１）との２つの異なる領域に焦点を持つ整相加算結果を基に得られているので、ビーム形状において最大感度を有する位置が、素子ピッチ（ラインの間隔）と同じ±０．３ｍｍの位置となる。副ビームとしては、この最大感度位置が０ｍｍにより近いことが、ビームの鋭角化をするために必要である。
【０１０２】
よって、信号Ｂ（ｍ，ｎ）が有する２つの最大感度位置の幅を狭くするために次の処理をさらに加える。
【０１０３】
【数８】
0005489144.tif 000009
【０１０４】
つまり、第１の乗算部４０は、（式８）により、第１の減算部３０からの出力信号Ｂ（ｍ，ｎ）と、第１の整相加算部２１からの出力信号Ａ（ｍ，ｎ）と、定数αとを乗算することで、出力信号Ｃ（ｍ，ｎ）を得る。
【０１０５】
図７は、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と、第１の乗算部４０の出力信号Ｃ（ｍ，ｎ）のビーム形状を示すものである。
【０１０６】
図７に示すように、０ｍｍ位置に最大感度を有するＡ（ｍ，ｎ）と、±０．３ｍｍに最大感度を有するＢ（ｍ，ｎ）との乗算によって、出力信号Ｃ（ｍ，ｎ）の最大感度位置をＡ（ｍ，ｎ）とＢ（ｍ，ｎ）との間の位置に設定することができる。その結果、最大感度位置は約±０．１５ｍｍとなり、２つの最大感度位置の幅を狭くすることができる。さらに、定数α（図７においてα＝０．４）によって感度レベルを調整することで、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）のビーム形状に対して一致度の高い副ビームＣ（ｍ，ｎ）のビーム形状が得られる。
【０１０７】
第１の絶対値演算部５０は、第１の乗算部４０の出力信号Ｃ（ｍ，ｎ）の絶対値を算出する。また、第１のパワ演算部６０は、第１の整相加算部２１の出力信号Ａ（ｍ，ｎ）の２乗を計算して出力する。信号Ｃ（ｍ，ｎ）は、信号Ａ（ｍ，ｎ）と信号Ｂ（ｍ，ｎ）との乗算によって得られているので、信号Ｃ（ｍ，ｎ）の次元はパワである。そのため、第１の絶対値演算部５０が信号Ｃ（ｍ，ｎ）の絶対値を算出し、第１のパワ演算部６０が信号Ａ（ｍ，ｎ）のパワを算出することで、両者の次元を一致させる。
【０１０８】
第１の増幅率算出部１００は、第１の絶対値演算部５０の出力信号と第１のパワ演算部６０の出力信号とを入力として、増幅率Ｇを算出する。ここでは、一般に知られるスペクトル減算法、又はウィナーフィルタ法などのように、主信号と参照信号（副信号）とのパワスペクトルを用いて主信号に混入している雑音成分（不要成分）を抑圧する方法に従って増幅率を計算する例を示す。また、広帯域信号を扱う可聴域の音響信号におけるスペクトル減算法などは、周波数成分毎にパワスペクトルを求め減算することが一般的であるが、超音波診断装置の場合は、扱う信号が比較的狭帯域であるため、ここでは、単一バンドでの処理に置き換えている。
【０１０９】
第１の増幅率算出部１００は、例えば、以下の式で、信号パワを使って雑音成分を抑圧する増幅率Ｇ（ｍ，ｎ）を乗数として得ることができる。
【０１１０】
【数９】
0005489144.tif 000010
【０１１１】
ただし、Ｇ（ｍ，ｎ）＜βのときＧ（ｍ，ｎ）＝βとする。βは減衰量制限用の定数で、０≦β＜１である。
【０１１２】
（式９）の分子は、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）から副ビーム信号Ｃ（ｍ，ｎ）を減算したパワとなる。すなわち、図７の実線（Ａ（ｍ，ｎ））から破線（Ｃ（ｍ，ｎ））をパワ減算によって減算したことになり、±０．１５ｍｍより外側の感度を低下させることができる。その結果、第１の増幅率算出部１００は、狭角度化された目的信号パワを得る。
【０１１３】
また、（式９）の右辺は、分母に入力信号パワ、分子に目的信号パワであるウィナーフィルタ法による抑圧ゲインの算出方法となっているので、増幅率Ｇ（ｍ，ｎ）は、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）から副ビーム信号Ｃ（ｍ，ｎ）成分を除去するための減衰量となる。第２の乗算部２００は、主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と増幅率Ｇ（ｍ，ｎ）とを乗算してビームフォーマ部５０５の出力信号Ｄ（ｍ，ｎ）を出力する。
【０１１４】
【数１０】
0005489144.tif 000011
【０１１５】
図８は、第１の整相加算部からの主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）と、主ビーム信号が鋭角化されたビーム信号Ｄ（ｍ，ｎ）を示す図である。
【０１１６】
このようにして、従来の整相加算法により得られる主ビーム信号よりも狭ビーム化（狭角度化）されたビーム信号が実現できる。その結果、本実施の形態のビームフォーミング方法によりビームフォームされた信号を使用して画像を生成すると、分解能、及び画質を向上させることができる。
【０１１７】
なお、実施の形態１において、超音波診断装置１がラインｍのビームフォーマ出力信号Ｄ（ｍ，ｎ）を出力することを説明した。ここで、ラインｍに対する送信信号に対して、第１の整相加算部２１、第２の整相加算部２２、及び第３の整相加算部２３が、同時に並列動作してもよいし、一つの整相加算部を時分割で動作させてもよい（つまり、整相加算部を共用化してもよい）。具体的には、受信時刻ｔ２におけるラインｍの送信信号に対するラインｍの整相加算部出力を第１の整相加算部２１の出力信号とし、受信時刻ｔ１におけるライン（ｍ−１）の送信信号に対するライン（ｍ−１）の整相加算部出力を第２の整相加算部２２の出力信号とし、受信時刻ｔ３におけるライン（ｍ＋１）の送信信号に対するライン（ｍ＋１）の整相加算部出力を第３の整相加算部２３の出力信号としてから、整相加算部後段の処理を行ってもよい。
【０１１８】
なお、主ビームを生成するための第１の整相加算部２１で設定される対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）と、副ビームを生成するための第２の整相加算部２２と第３の整相加算部２３の２つのビーム焦点位置Ｆ（ｍ−１，ｎ），Ｆ（ｍ＋１，ｎ）との関係は、第２の整相加算部２２と第３の整相加算部２３とのそれぞれからの信号を減算したときに、対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）において信号が相殺するような（感度死角を形成するような）位置関係であればよい。すなわち、副ビームを生成するための第２の整相加算部２２と第３の整相加算部２３との２つのビーム焦点位置Ｆ（ｍ−Δ，ｎ）及びＦ（ｍ＋Δ，ｎ）が、主ビームの対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）と受信素子アレイ中心を結ぶ線に対して線対称の関係にあればよい。言い換えれば、第２の整相加算部２２と第３の整相加算部２３との２つのビーム焦点位置Ｆ（ｍ−Δ，ｎ）及びＦ（ｍ＋Δ，ｎ）が、主ビームの対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）と受信素子アレイ中心から等距離にあればよい。Δが２である場合の例を、図９及び図１０に示す。
【０１１９】
図９は、本実施の形態におけるビームフォーミング方法の第二例を示す図である。第２の受信素子アレイ１２Ａは、第１の受信素子アレイ１１に対して２素子分シフトした素子の組となっている。また、第３の受信素子アレイ１３Ａは、第１の受信素子アレイ１１に対して、第２の受信素子アレイ１２Ａとは反対方向に２素子分シフトした素子の組となっている。
【０１２０】
副ビーム生成部１００１Ａにおいて、第２の整相加算部２２は、第２の受信素子アレイ１２Ａからの信号を整相加算する。また、第３の整相加算部２３は、第３の受信素子アレイ１３Ａからの信号を整相加算する。
【０１２１】
図１０は、本実施の形態における信号Ａ（ｍ，ｎ）〜Ｄ（ｍ，ｎ）のビーム形状の第二例を示す図である。図１０に示されるビーム形状は、図６に示されるビーム形状と比べて、シフトした素子数の分だけ幅広になっている。このような場合にも、超音波診断装置１は、上記と同様に主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）を狭角度化することにより、信号Ｄ（ｍ，ｎ）を得ることができる。
【０１２２】
また、副ビームに関して、副ビームを生成するための２つの整相加算のビーム焦点位置は、Ｆ（ｍ−１，ｎ＋Δ）及びＦ（ｍ＋１，ｎ＋Δ）、または、Ｆ（ｍ−１，ｎ−Δ）及びＦ（ｍ＋１，ｎ−Δ）のように深さ方向ｎが若干異なっても、上記の線対称性を保つ限り、対象領域Ｆ（ｍ，ｎ）に感度死角を有し、ビーム鋭角化の効果を得ることはできる。ただし、Δは主ビームのメインローブビーム幅より小さい値である。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態に係るビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、受信したビーム信号の感度特性を狭角度化することができる。具体的には、本ビームフォーミング方法により、検体の検査対象領域から得られる主ビーム信号が、当該検査対象領域と異なる検体の領域から得られる２つの副ビーム信号を用いて狭角度化される。ここで、２つの副ビーム信号のそれぞれに検査対象領域から得られる信号が含まれているので、超音波診断装置は、それらの信号の差信号を用いて、主ビーム信号の検査対象領域に感度死角を有する信号を生成することができる。そして、この信号と主ビーム信号とを演算することにより、主ビーム信号が狭角度化される。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像を高分解能化することができる。
【０１２４】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、副ビーム信号から生成される信号の感度死角を狭角度化することができる。感度死角が狭角度化された信号と主ビーム信号とを演算することにより、主ビーム信号がさらに狭角度化される。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像をさらに高分解能化することができる。
【０１２５】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、副ビーム信号から生成される信号の感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。よって、本ビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、取得する超音波診断画像を高分解能化の度合いを調整することができる。
【０１２６】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体の検査対象領域に感度死角を有する信号を生成することができる。この２つの領域のそれぞれを焦点として整相加算した信号は、検査対象領域に相当する位置において同じ感度を有する。よって、これらの信号の差信号は、検査対象領域に相当する位置に、感度が０となる感度死角を有する。これを用いて、超音波診断装置は、より正確に主ビーム信号を狭角度化することができる。
【０１２７】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、順次、主ビーム信号と副ビーム信号とを生成し、それらを用いて主ビーム信号を狭角度化することができる。
【０１２８】
（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態のビームフォーマ部５０５Ａのブロック図である。
【０１２９】
図１１において、図２Ａのビームフォーマ部５０５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１３０】
図１１に示される本実施の形態のビームフォーマ部５０５Ｂにおいて、実施の形態１のビームフォーマ部５０５と異なるところは、第１の乗算部４０の入力の一つである定数αの代わりに、深さｎに応じた定数テーブル４５が新たに設けられた副ビーム生成部１００１Ｂを有する点である。
【０１３１】
以上のように構成されたビームフォーマ部５０５Ｂの動作について説明する。
【０１３２】
図１２は、焦点の深さｎが異なる２つの場合のビーム形状の一例である。図１２の（ａ）は、図６から図８と同様の条件で、深さｎ＝３０ｍｍの場合の信号Ａ（ｍ，ｎ）〜信号Ｄ（ｍ，ｎ）の一例である。図１２の（ｂ）は、深さｎ＝１０ｍｍとした場合のビーム形状で、第１の整相加算部２１から出力される主ビーム信号Ａ（ｍ，ｎ）に対して、第１の減算部３０から出力される信号Ｂ（ｍ，ｎ）が、感度の高い部分に殆ど重なる部分が無く、第１の乗算部４０の計算によって得られる信号Ｃ（ｍ，ｎ）は小さくなる。言い換えれば、深さｎ＝１０ｍｍ程度の範囲に対しては、整相加算のみで十分に隣接ラインと分離できるビームの鋭さが得られ、これ以上鋭角化をしてもあまり意味が無い状態であることを示す。このように、深さｎ（受信素子アレイからの距離）によってビーム形状は異なる。すなわち、深さｎに応じ、定数αは最適値が異なる。そこで、ビームフォーマ部５０５Ｂは、新たに深さｎに応じた定数テーブル４５を有する。
【０１３３】
一般的に超音波診断装置の受信時の焦点位置は、ダイナミックフォーカスと呼ばれる機能によって、深さｎに応じた遅延制御により、焦点位置を移動させながら整相加算することが行われている。図１２のように、ビーム形状が対象領域の深さｎに応じて変化するので、定数αは、深さに応じた最適値であることが望ましい。また、ダイナミック開口制御と呼ばれる対象領域の深さｎに応じた開口長制御（浅いほど短い開口）なども併用されることがあり、それによってもビーム形状が影響を受ける。よって、これらの条件に応じて、深さｎに適した定数テーブルα（ｎ）を予め用意し、副ビームの影響の程度を制御することで、より高い精度でビームを鋭角化することができる。
【０１３４】
なお、定数αに関する定数テーブル４５は、ユーザが任意に与えられるように、レベル調整をユーザインターフェースを介して設定できるようにしてもよい。例えば、図１の操作部５０８により定数テーブル４５の内容を与えるようにすることで、表示部５０７の状態を観測しながら、定数αの調整ができるようになる。
【０１３５】
なお、上記では副ビーム生成部１００１Ｂがαの定数テーブルを有する例を示したが、上記と同様にαを決定できる方法であれば、定数テーブルを有さなくてもよい。
【０１３６】
以上のように、本実施の形態に係るビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体の検査対象領域の検体の体表からの深度に応じて、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。
【０１３７】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、ユーザによる操作に基づいて、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。超音波の伝播特性はさまざまな要因で変化するので、予め定められた定数をユーザが微調整することにより、超音波診断装置は、より適切に、感度死角の狭角度化の度合いを調整することができる。
【０１３８】
（実施の形態３）
図１３は、本実施の形態のビームフォーマ部５０５Ｃのブロック図である。図１３において、図１１のビームフォーマ部５０５Ｂと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１３９】
図１３に示される本実施の形態のビームフォーマ部５０５Ｃにおいて、実施の形態２のビームフォーマ部５０５Ｂと異なるところは、２点ある。１点目は、第１の整相加算部２１、第２の整相加算部２２、及び第３の整相加算部２３のそれぞれの後段に、第１の周波数分離部７１、第２の周波数分離部７２、及び第３の周波数分離部７３が新たに設けられている点である。２点目は、周波数分離部（第１の周波数分離部７１、第２の周波数分離部７２、及び第３の周波数分離部７３）より後段において、分離された周波数毎に図１１のビームフォーマ部５０５Ｂと同様の処理が行われ、各周波数帯域別の処理結果ＤL（ｍ，ｎ）とＤH（ｍ，ｎ）とを加算する第１の加算部３００が新たに設けられている点である。ビームフォーマ部５０５Ｃは、上記の２点を有する副ビーム生成部１００１Ｃ、及び狭ビーム生成部１００２Ｃを有する。
【０１４０】
周波数別の処理になっている部分では、図１１と図１３とが以下のように対応する。つまり、第１の減算部３０が、第１の低域減算部３１と第１の高域減算部３２とに対応する。第１の乗算部４０が、第１の低域乗算部４１と第１の高域乗算部４２とに対応する。定数テーブル４５が、低域定数テーブル４６と高域定数テーブル４７とに対応する。第１の絶対値演算部５０が、第１の低域絶対値演算部５１と第１の高域絶対値演算部５２とに対応する。第１のパワ演算部６０が、第１の低域パワ演算部６１と第１の高域パワ演算部６２とに対応する。第１の増幅率算出部１００が、第１の低域増幅率算出部１０１と第１の高域増幅率算出部１０２とに対応する。第２の乗算部２００が、第２の低域乗算部２０１と第２の高域乗算部２０２とに対応する。
【０１４１】
以上のように構成されたビームフォーマ部の動作について説明する。
【０１４２】
図１４は、対象とする周波数ｆが異なる場合のビーム形状を示している。
【０１４３】
図１４の（ａ）は、図６から図８と同様の条件で、周波数ｆは、５ＭＨｚである。図１４の（ｂ）は、周波数ｆのみが１０ＭＨｚとなった場合のビーム形状を示すもので、周波数によってビーム形状は変化し、周波数が高くなるとビームは鋭くなることを示している。超音波診断装置では、送信周波数を数ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度の単一周波数を送受信するが、実際には、送信波形はパルス的で高い周波数成分も含んでいたり、意図的に高調波を発生したり、また、超音波の特性である伝播中に高調波歪成分を発生するなど、受信ビームとしては、単一周波数の処理ではなくより広帯域信号に対応した処理を行ったほう方が、より高い性能が得られると考えられる。図１４にあるように周波数によってビーム形状は異なることから、新たに設けられた第１の周波数分離部７１と第２の周波数分離部７２と第３の周波数分離部７３とによって、周波数を複数帯域に分割し、それぞれの周波数帯域に対して、第１の実施の形態や第２の実施の形態に対応する処理を行い、各帯域の出力信号を第１の加算部３００によって加算することで、広帯域信号に対応した処理が可能となる。
【０１４４】
なお、本実施の形態では、帯域分割数を２帯域としたが、処理量との相反関係の中で、最適な分割数を選ぶことが望ましい。つまり、３帯域以上に分割してもよい。また、周波数分離部の構成は、フィルタバンクのような処理でも良いし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などの周波数分析に用いる手段を用いてもよい。
【０１４５】
以上のように、本実施の形態に係るビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体から受信する超音波の周波数ごとに分離し、分離した信号に対して上記と同様の狭角度化を行うことができる。超音波の周波数ごとに受信感度が異なるので、このようにすることで、周波数ごとの受信感度に応じた狭角度化を行うことができる。
【０１４６】
また、このビームフォーミング方法により、超音波診断装置は、検体から受信する超音波の周波数ごとに分離し、分離した信号のそれぞれに対して予め定められた定数を用いて、上記と同様の狭角度化を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明にかかる超音波診断装置における受信方法は、複数の整相加算出力から主ビームと副ビームを生成し、主ビームを狭角度化するために適した副ビーム特性が得られる。主ビームの狭角度化によって、従来の超音波診断装置の性能向上、特に画質向上として有用である。また、本発明は、超音波への適用のみならず、複数のアレイ素子を用いたセンサなどの用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１４８】
１１  第１の受信素子アレイ
１２、１２Ａ  第２の受信素子アレイ
１３、１３Ａ  第３の受信素子アレイ
２１  第１の整相加算部
２２  第２の整相加算部
２３  第３の整相加算部
３０  第１の減算部
３１  第１の低域減算部
３２  第１の高域減算部
４０  第１の乗算部
４１  第１の低域乗算部
４２  第１の高域乗算部
４５  定数テーブル
４６  低域定数テーブル
４７  高域定数テーブル
５０  第１の絶対値演算部
５１  第１の低域絶対値演算部
５２  第１の高域絶対値演算部
６０  第１のパワ演算部
６１  第１の低域パワ演算部
６２  第１の高域パワ演算部
７１  第１の周波数分離部
７２  第２の周波数分離部
７３  第３の周波数分離部
１００  第１の増幅率算出部
１０１  第１の低域増幅率算出部
１０２  第１の高域増幅率算出部
２００  第２の乗算部
２０１  第２の低域乗算部
２０２  第２の高域乗算部
３００  第１の加算部
５０１  プローブ部
５０２  Ｔ／Ｒスイッチ部
５０３  パルサー部
５０４  ＡＦＥ部
５０５、５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ  ビームフォーマ部
５０６  画像化部
５０７  表示部
５０８  操作部
１０００  受信部
１００１、１００１Ａ、１００１Ｂ、１００１Ｃ  副ビーム生成部
１００２、１００２Ｃ  狭ビーム生成部
２１０１  受信素子
２１０２  遅延部
２１０３  加算部
【要約】
ビームフォーミング方法は、複数の受信素子から得られた受信エコー信号を被検体の第一領域を焦点として整相加算することにより、主ビーム信号を生成する主ビーム生成ステップ（Ｓ２１）と、第一領域から反射してくる超音波信号に対する感度が主ビーム信号より低い副ビーム信号を、受信エコー信号から生成する副ビーム生成ステップ（Ｓ２２）と、主ビーム信号及び副ビーム信号に基づいて定められる係数であって、主ビーム信号を狭角度化するための係数を算出し、係数と主ビーム信号とを乗ずることで狭ビーム信号を生成する狭ビーム生成ステップ（Ｓ２３）とを含み、副ビーム生成ステップ（Ｓ２２）では、第一領域と異なる被検体の２つの領域であって、互いに異なる２つの領域のそれぞれを焦点として受信エコー信号を整相加算することにより生成される２つのビーム信号の差である差信号を用いて、副ビーム信号を生成する。【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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