(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にあてがわれ該被検体内に超音波を送信するとともに該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する複数の超音波振動子が配列されてなる超音波プローブと、
前記超音波振動子上に始点を有し該超音波振動子にあてがわれた被検体内に該超音波振動子上の始点を起点として延出する複数本の送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように前記超音波振動子を駆動するとともに、該被検体内で反射して該超音波振動子に戻ってきた超音波を該超音波振動子で受信して該超音波振動子それぞれに対応した受信信号を得る送受信部と、
前記送受信部で得られた、複数の超音波振動子に対応する複数の受信信号を、相対的に遅延するとともに互いに加算するビームフォーマを複数有し、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、前記ビームフォーマそれぞれで、前記超音波振動子上に始点を有し該超音波振動子上の始点を起点として該一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号それぞれを得るビームフォーマ部と、
前記送受信部により前記複数本の送信走査線に沿って進む複数本の送信超音波ビームが形成される間に前記ビームフォーマ部で得られた走査線信号に基づいて、該走査線信号があらわす複数の画像が合成されてなる出力画像をあらわす出力画像信号を生成する出力画像生成部と、
前記出力画像生成部で得られた出力画像信号に基づく出力画像を出力する画像出力部とを備え、
前記送受信部が、前記超音波プローブに配列された複数の超音波振動子に沿って順次に始点が移動する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように該超音波振動子を駆動するものであって、
前記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、前記ビームフォーマで、該一本の送信超音波ビーム内の互いに異なる方向に延びる複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであり、さらに
前記送受信部が、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変更が自在なものであって、
前記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、該一本の送信超音波ビームの形成のために前記送受信部が駆動する超音波振動子の個数の多少に応じて、該個数が多い場合に相互間の角度が狭く該個数が少ない場合に相互間の角度が広い複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体にあてがわれ該被検体内に超音波を送信するとともに該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する複数の超音波振動子が配列されてなる超音波プローブと、
前記超音波振動子上に始点を有し該超音波振動子にあてがわれた被検体内に該超音波振動子上の始点を起点として延出する複数本の送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように前記超音波振動子を駆動するとともに、該被検体内で反射して該超音波振動子に戻ってきた超音波を該超音波振動子で受信して該超音波振動子それぞれに対応した受信信号を得る送受信部と、
前記送受信部で得られた、複数の超音波振動子に対応する複数の受信信号を、相対的に遅延するとともに互いに加算するビームフォーマを複数有し、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、前記ビームフォーマそれぞれで、前記超音波振動子上に始点を有し該超音波振動子上の始点を起点として該一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号それぞれを得るビームフォーマ部と、
前記送受信部により前記複数本の送信走査線に沿って進む複数本の送信超音波ビームが形成される間に前記ビームフォーマ部で得られた走査線信号に基づいて、該走査線信号があらわす複数の画像が合成されてなる出力画像をあらわす出力画像信号を生成する出力画像生成部と、
前記出力画像生成部で得られた出力画像信号に基づく出力画像を出力する画像出力部とを備え、
前記送受信部が、順次に方向が変化する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように該超音波振動子を駆動するものであって、
前記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、前記ビームフォーマで、前記超音波振動子上の互いに異なる点にそれぞれの始点を有しそれぞれの始点を起点として該一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであり、さらに、
前記送受信部が、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変更が自在なものであって、
前記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、該一本の送信超音波ビームの形成のために前記送受信部が駆動する超音波振動子の個数の多少に応じて、それぞれ異なる始点を有するとともに、該個数が多い場合に始点どうしの間の距離が小さく該個数が少ない場合に始点どうしの間の距離が大きい複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記送受信部が、一本の送信走査線に沿う一本の送信超音波ビームを形成するにあたり、該送信走査線の前記超音波振動子上の始点と該送信超音波ビームの焦点位置との間の距離の大小に応じて、該送信超音波ビームの形成のために、該距離が大きい場合に多い個数、該距離が小さい場合に少ない個数の超音波振動子を駆動するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
一本の送信超音波ビームの形成のために駆動される超音波振動子の個数を直接もしくは間接に指示するための操作子を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記出力画像生成部が、前記複数の画像の互いに対応する画素の画素値どうしの相加平均、相乗平均もしくは二乗平均を含む演算を行なうことにより、前記出力画像をあらわす出力画像信号を生成するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内に超音波を送信しその被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信することにより受信信号を得、その受信信号に基づく画像を出力する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人間の病気の診断を目的とした超音波診断装置が広く用いられている。
図１３は超音波診断装置の機能説明図である。
配列された複数の超音波振動子２１が被検体１（特に人体）の体表にあてがわれ、超音波振動子２１上に始点２ａを有しその始点２ａを起点として被検体１内に延出する複数の走査線２に沿って順次に超音波ビームの送受信が行なわれる。ここでは、図に示すＸの方向に順次移動する走査線２に沿って順次に超音波ビームの送受信が行なわれるものとする。走査線２に沿って超音波ビーム（送信超音波ビーム）を形成するには、配列された複数の超音波振動子２１のうちの全部もしくは一部の複数の超音波振動子に、それぞれ調整された遅延量を持つ高電圧パルスを印加し、その高電圧パルスの印加のタイミングのずれによりそれら複数の超音波振動子から調整された位相を持ったバースト波の超音波がそれぞれ送信され、それら位相の異なる超音波どうしの重なり合いにより、走査線２に沿う送信超音波ビームが形成される。被検体２内部に送信された送信超音波ビームは、被検体２内部の各点で反射しながら被検体内部を進行し、被検体２内部の各点で反射した超音波は、配列された複数の超音波振動子２１の全部もしくは一部の複数の超音波振動子で受信されて受信信号に変換される。それらの受信信号はそれぞれ調整された遅延量だけ相対的に遅延されて互いに加算され、これにより走査線２に沿って被検体内に延びる受信超音波ビームをあらわす走査線信号が形成される。受信超音波ビームの形成の仕方については、さらに後述する。
【０００３】
尚、走査線２は、上記のようにして形成した送信超音波ビームないし受信超音波ビームの中心線をいい、したがって送信超音波ビームないし受信超音波ビームが存在してはじめて走査線２が存在するが、ここでは走査線を先に観念し、その走査線に沿って送信超音波ビームないし受信超音波ビームを形成すると表現している。
【０００４】
以上のようにして、順次移動する走査線２それぞれに沿って送信超音波ビームおよび受信超音波ビームの形成を繰返すことにより、１フレーム分の画像をあらわす画像信号が生成される。その画像信号は、最終的には、例えばディスプレイ装置に送られ、そのディスプレイ装置の表示画面には、その画像信号に基づく画像が表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
引き続き図１３を参照して、従来の超音波診断装置の問題点について説明する。
被検体１の内部にシスト１１が存在しているものとする。シフトとは、内部に水分や膿が溜まった臓器（例えば胆嚢）や病変部（例えば膿疱）等、その内部では超音波がほとんど反射していない部分をいう。そのシスト１１の表皮の１１ａでは超音波は一般に強い反射を受ける。図１３の中央を上下に延びる走査線２の線上の、シスト１１と超音波振動子１上の始点２ａとの間に、超音波を強く反射する反射点Ａが存在していた場合、超音波振動子２１から中央の走査線２に沿って送信された送信超音波ビームは、図１３に（ａ）で示すように反射点Ａで一部が反射を受け、反射点Ａで反射されずに反射点Ａを通過した成分は被検体１内部をさらに進み、その一部がテスト１１の表皮１１ａで反射する。シスト１１の表皮１１ａで反射した超音波のうちの一部は図１３の（ｂ）に示すように超音波振動子２１に戻るが、図１３の（ｃ）に示すように、その反射超音波のうちの一部は反射点Ａで再度反射して、さらにシスト１１の表皮１１ａでもう一度反射した後に超音波振動子２１に戻る。超音波診断装置は送信超音波ビームを送信した時点から反射超音波が超音波振動子２１で受信するまでに要する時間で反射点の深さ位置を検出しており、このため、図１３に（ｃ）で示すルートを経由して超音波振動子に戻った超音波の反射点は、反射点Ａとシスト１１の表面との間の距離と等距離だけシスト１１内に入り込んだ点Ａ’であると認識され、このため、画像上には、シスト１１の内部に虚像が現れる結果となる。この現象は多重反射もしくは多重エコーと呼ばれる現象であり、超音波振動子２１側に近い上部に強い反射組織が存在し、下部に超音波反射率の低い領域が拡がるような部位で現われやすく、画質を低下させる要因となっている。
【０００６】
特開平６−１２５９０８号公報には、この多重反射ないし多重エコーの問題の解決を目的として、超音波受信ビームの延びる方向とは異なる斜めの方向に延びる受信超音波ビームを形成し、それら送信超音波ビームと受信超音波ビームとが交差する領域の反射超音波を受信するという考え方が開示されている。この公報では、図１３に示すように送信超音波ビームの方向にのみ強い反射点（図１３に示す反射点Ａ）が存在するかのような説明が行なわれているが、実際には受信超音波ビームの方向にも同様に強い反射点が存在することもあり、したがって斜めから受信しても多重反射ないし多重エコーの問題は解決されない。また、斜めに受信することで正常の反射超音波の強度も弱まり、多重反射ないし多重エコーの問題とは別に受信信号のＳ／Ｎが低下し、この点からも画質の低下を免がれない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、多重反射ないし多重エコーによる画質の低下を押えた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の超音波診断装置のうちの第１の超音波診断装置は、
（１＿１）被検体にあてがわれその被検体内に超音波を送信するとともにその被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する複数の超音波振動子が配列されてなる超音波プローブ
（１＿２）超音波振動子上に始点を有し超音波振動子にあてがわれた被検体内に超音波振動子上の始点を起点として延出する複数本の送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するとともに、被検体内で反射して超音波振動子に戻ってきた超音波を超音波振動子で受信して超音波振動子それぞれに対応した受信信号を得る送受信部
（１＿３）送受信部で得られた、複数の超音波振動子に対応する複数の受信信号を、相対的に遅延するとともに互いに加算するビームフォーマを複数有し、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、上記ビームフォーマそれぞれで、超音波振動子上に始点を有し超音波振動子上の始点を起点としてその一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号それぞれを得るビームフォーマ部
（１＿４）送受信部により上記複数本の送信走査線に沿って進む複数本の送信超音波ビームが形成される間に上記ビームフォーマ部で得られた走査線信号に基づいて、走査線信号があらわす複数の画像が合成されてなる出力画像をあらわす出力画像信号を生成する出力画像生成部
（１＿５）出力画像生成部で得られた出力画像信号に基づく出力画像を出力する画像出力部
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数の受信超音波ビームを得る操作を１フレーム分の送信超音波ビームについて行なうと、複数枚の画像を得ることができるが、多重反射ないし多重エコーによる虚像があらわれる状況では、多少の強度の違いこそあれいずれの画像にも虚像があらわれることも多い。ただし、各画像上の虚像は互いに異なる位置にあらわれる。そこで、それらの画像を、対応する画素どうしが重ね合わされるように合成すると、正しい反射点の情報は重ね合わせにより強調され、虚像は相対的に画像上の広い領域に薄められて目立たなくなる。
【００１０】
本発明の第１の超音波診断装置は、このような原理に基づき構成されたものであり、虚像が目立ちにくい高画質の画像を得ることができる。
ここで、上記本発明の第１の超音波診断装置において、上記（１＿２）の送受信部が、超音波プローブに配列された複数の超音波振動子に沿って順次に始点が移動する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するものであって、
上記（１＿３）のビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、ビームフォーマで、その一本の送信超音波ビーム内の互いに異なる方向に延びる複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることが好ましい。
【００１１】
この形態は、図１３を参照して説明したように送信走査線が超音波振動子の配列方向に沿って平行に移動する、いわゆるリニア走査に好適である。
ここで、上記送受信部が、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変更が自在なものである場合に、
上記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、その一本の送信超音波ビームの形成のために送受信部が駆動する超音波振動子の個数の多少に応じて、その個数が多い場合に相互間の角度が狭くその個数が少ない場合に相互間の角度が広い複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることがさらに好ましい。
【００１２】
一本の送信超音波ビームを形成するために駆動される超音波振動子の個数が多いとビーム幅が狭まり、その個数が少ないとビーム幅が広がる。虚像を薄めるためには、受信走査線相互間の角度が広い方が有利であるが、送信超音波ビームのビーム幅から外れると十分なＳ／Ｎでは反射超音波を受信できないことになる。そこで、一本の送信超音波ビームを形成するために駆動される超音波振動子の個数の多少に応じて、複数本の受信走査線相互間の角度を、その個数が多い場合に狭め、その個数が少ない場合に広げることにより、そのときそのときの超音波送信条件に応じて、最大限、虚像の低減化を図ることができる。
【００１３】
また、上記本発明の第１の超音波診断装置において、
上記（１＿２）の送受信部が、順次に方向が変化する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するものであって、
上記（１＿３）のビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、ビームフォーマで、超音波振動子上の互いに異なる点にそれぞれの始点を有しそれぞれの始点を起点としてその一本の送信超音波ビーム内に延出する複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることも好ましい形態である。
【００１４】
この形態は、送信走査線を扇状に順次異なる方向に変更する、いわゆるセクタ走査に好適である。
ここで、上記送受信部が、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変更が自在なものである場合に、
上記ビームフォーマ部が、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、その一本の送信超音波ビームの形成のために送受信部が駆動する超音波振動子の個数の多少に応じて、その個数が多い場合に始点どうしの間の距離が小さくその個数が少ない場合に始点どうしの間の距離が大きい複数本の受信走査線に沿う複数本の受信超音波ビームをあらわす複数の走査線信号を得るものであることがさらに好ましい。
【００１５】
虚像を薄めるためには、受信走査線相互間が離れている方が有利であり、上記形態を採用することにより、そのときそのときの超音波送信条件に応じて虚像の最大限の低減化を図ることができる。
さらに、上記本発明の超音波診断装置において、上記送受信部が一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変更が自在なものである場合に、上記送受信部が、一本の送信走査線に沿う一本の送信超音波ビームを形成するにあたり、その送信走査線の超音波振動子上の始点とその送信超音波ビームの焦点位置との間の距離の大小に応じて、その送信超音波ビームの形成のために、その距離が大きい場合に多い個数、その距離が小さい場合に少ない個数の超音波振動子を駆動するものであることが好ましい。
【００１６】
多重反射ないし多重エコーは、一般に、反射超音波の受信レベルの高い、被検体内の浅い部位で発生することが多いので、上記の距離が小さい場合、すなわち焦点が浅い場合、さらに換言すれば浅い部位に関心があってその浅い部位の画像を得ようとしている場合は、もともと受信レベルが高いためその受信レベルが下がっても問題にならず、むしろ一本の送信超音波ビームの形成のための超音波振動子の数を減らし、ビーム幅を広げ、受信走査線どうしの角度ないし間隔を広げた方が虚像の低減に有利だからである。
【００１７】
上記の距離が大きい場合、すなわち焦点が深い場合は、被検体内での超音波の減衰を補償するためにパワーの大きな送信超音波ビームを形成する必要があり、その送信超音波ビームの形成のために多数個の超音波振動子が駆動されるが、上述のように被検体内の深い部位ではもともと受信レベルが小さいため多重反射ないし多重エコーの問題は生じにくい。
【００１８】
さらに、上記本発明の超音波診断装置において、上記送受信部が、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動する超音波振動子の個数の変動が自在なものである場合に、一本の送信超音波ビームの形成のために駆動される超音波振動子の個数を直接もしくは間接に指示するための操作子を備えることが好ましい。
同一の深さ領域に関心がある場合であっても、その被検体（人体）に応じて多重反射ないし多重エコーに起因する虚像があらわれにくい被検体やあらわれやすい被検体が存在する。多重反射ないし多重エコーが画像に及ぼす影響を低減するには、送信超音波ビームを広げて受信走査線どうしの角度ないし距離を広げた方が有利であり、このためには一本の送信超音波ビームの形成のために少ない個数の超音波振動子が駆動される。一方、画像の分解能を向上させるためには、多数個の超音波振動子を駆動してビーム径の細い送信超音波ビームを形成した方が有利である。このように、多重反射ないし多重エコーに起因する虚像の低減と分解能の向上は相反する要素を持っている。そこで、上記の操作子を備えると、虚像のあらわれやすい被検体を対象とするときはある程度分解能を犠牲にして虚像を低減させたり、虚像のあらわれにくい被検体の場合は高分解能の画像を形成するなど、操作者により好適な条件を設定することができる。
【００１９】
尚、上記操作子は、超音波振動子の個数を直接的に指示するものであってもよいが、例えば分解能や送信超音波のパワー等を指定することにより超音波振動子の個数を間接的に指示するものであってもよい。
さらに上記本発明の超音波診断装置において、上記（５）の出力画像生成部は、上記複数の画像の互いに対応する画素の画素値どうしの相加平均、相乗平均もしくは二乗平均を含む演算を行なうことにより、出力画像をあらわす出力画像信号を生成するものであることが好ましい。
【００２０】
複数の画像の互いに対応する画素どうしを重ね合わせるには、平均演算を行なうことになるが、この平均演算は特定所定の平均演算に限られるものではなく、例えば相加平均であってもよく、相乗平均であってもよく、二乗平均であってもよい。
また、上記目的を達成する本発明の超音波診断装置のうちの第２の超音波診断装置は、
（２＿１）被検体にあてがわれ該被検体内に超音波を送信するとともに該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する複数の超音波振動子が配列されてなる超音波プローブ
（２＿２）超音波振動子上に始点を有し超音波振動子にあてがわれた被検体内に超音波振動子上の始点を起点として延出する複数本の送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するとともに、被検体内で反射して超音波振動子に戻ってきた超音波を超音波振動子で受信して超音波振動子それぞれに対応した受信信号を得る送受信部
（２＿３）送受信部で得られた、複数の超音波振動子に対応する複数の受信信号を、相対的に遅延するとともに互いに加算するビームフォーマを有し、一本の送信走査線に沿って進む一本の送信超音波ビームに対応して、上記ビームフォーマで、超音波振動子上に始点を有し超音波振動子上の始点を起点としてその一本の送信超音波ビーム内に延出する受信走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす走査線信号を得るビームフォーマ部
（２＿４）送受信部により上記複数本の送信走査線に沿って進む複数本の送信超音波ビームが形成される間に上記ビームフォーマ部で得られた走査線信号に基づいて出力画像をあらわす出力画像信号を生成する出力画像生成部
（２＿５）出力画像生成部で得られた出力画像信号に基づく出力画像を出力する画像出力部
を備え、上記（２＿３）のビームフォーマ部が、上記複数本の送信走査線に沿って進む複数本の送信超音波ビームの形成を一巡する過程を１フレームとしたとき、順次異なるフレームにおける同一の送信走査線に沿って進む超音波ビームに関し、その超音波ビーム内に延出する、順次異なるフレームについて交互にもしくは循環的に異なる受信走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす走査線信号を得るものであることを特徴とする。
【００２１】
前述した本発明の第１の超音波診断装置は、一本の送信超音波ビーム内に延出する複数の受信走査線に沿う複数の受信超音波ビームを同時に生成してそれらにより得られた複数の画像を合成して出力するものであるが、その場合、ビームフォーマが複数必要となるなど、来の超音波診断装置と比べ回路規模が多少大きくなる傾向を持つ。これに対し、本発明の第２の超音波診断装置では、複数フレームにおける同一の送信超音波ビームについてその送信超音波ビーム内に延出する複数の受信走査線に沿う複数の受信超音波ビームが各フレーム毎に順次に生成され、各フレーム毎の画像が順次に出力される。そうすると、各フレーム毎に虚像の位置が画像上で移動し、人間の目の残像効果等により虚像が薄まって見えることになる。この場合、各クレーム内では、従来の超音波診断装置の場合と同様、一本の送信超音波ビームに対応しては一本の受信超音波ビームしか形成する必要がなく回路規模も従来と同程度で済むことになる。
【００２２】
ここで、上記本発明の第２の超音波診断装置において、
上記（２＿２）の送受信部が、各フレーム内において、超音波プローブに配列された複数の超音波振動子に沿って順次に始点が移動する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するものであって、
上記（２＿３）のビームフォーマ部が、複数フレームにおける同一の送信走査線に沿って進む送信超音波ビームに対応して、ビームフォーマで、その送信超音波ビーム内の、順次異なるフレームについて交互にもしくは循環的に異なる方向に延びる受信走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす走査線信号を得るものであることが好ましい。
【００２３】
この形態は、図１３を参照して説明したように送信走査線が超音波振動子の配列方向に沿って平行に移動する、いわゆるリニア走査に好適である。
また、上記本発明の第２の超音波診断装置において、
上記（２＿２）の送受信部が、各フレーム内において、順次に方向が変化する送信走査線それぞれに沿って進む送信超音波ビームが順次に形成されるように超音波振動子を駆動するものであって、
上記（２＿３）のビームフォーマ部が、複数フレームにおける同一の送信走査線に沿って進む送信超音波ビームに対応して、ビームフォーマで、超音波振動子上の、順次異なるフレームについて交互にもしくは循環的に異なる点に始点を有しその始点を起点として送信超音波ビーム内に延出する受信走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす走査線信号を得るものであることも好ましい形態である。
【００２４】
この形態は、送信走査線を扇状に順次異なる方向に変更する、いわゆるセクタ走査に好適である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。ここでは先ず、このブロック図を参照して超音波診断装置の概要について説明する。
以下、各部の作用ないし機能の説明はあとにまわし、先ずは、この超音波診断装置の構成について説明する。
【００２６】
この超音波診断装置の本体部１０は、大別して、制御部１００、アナログ処理部２００、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、表示制御部５００、生体信号アンプ部６００から構成されている。制御部１００は、ＣＰＵ部１０１とビームスキャン制御部１０２とからなり、ＣＰＵ部１０１には、操作パネル７０１、一体的に構成されたタッチパネル７０２とＥＬ表示器７０３、およびフロッピィディスク装置７０４が接続されている。
【００２７】
また、アナログ処理部２００は、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、ビームフォーマ部２０３、コントロールインターフェイス部２０４、アナログ信号処理部２０５、およびドプラシグナル処理部２０６から構成されており、コントロールインターフェイス部２０４と、送受信部２０１、受信ディレ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６は、制御ライン２０７で結ばれている。また、コントロールインターフェイス部２０４とアナログ信号処理部２０５は制御ライン２０８で結ばれており、さらに、受信ディレイ制御部２０２とビームフォーマ部２０３は制御ライン２０９で結ばれている。アナログ処理部２００を構成する送受信部２０１には、超音波プローブ２０が、着脱自在に、ここでは最大４本まで接続される。
【００２８】
また、ディジタルスキャンコンバータ部３００には、白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３が備えられている。
また、ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２が備えられている。
【００２９】
さらに、表示制御部５００は、ここでは１つのブロックで示されており、この表示制御部５００には、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６、観察用テレビモニタ７０７、およびスピーカ７０８が接続されている。
また、生体信号アンプ部６００も、表示制御部５００と同様、ここでは１つのブロックで示されており、この生体信号アンプ部６００には、ＥＣＧ電極ユニット７０９、心音マイク７１０、および脈波用トランスデューサ７１１が接続されている。
【００３０】
さらに、この超音波診断装置には、電源部８００が備えられている。この電源部８００は、商用電源に接続され、この超音波診断装置各部に必要な電力を供給する。
また、本体部１０は、ＣＰＵバス９０１を有しており、このＣＰＵバス９０１は、制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１およびビームスキャン制御部１０２と、アナログ処理部２００を構成するコントロールインターフェイス部２０４と、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３と、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２と、さらに画像表示部５００とを接続している。また、この本体部１０は、エコーバス９０２を有しており、このエコーバス９０２は、アナログ処理部２００を構成するアナログ信号処理部２０５で生成される画像データを、ディジタルスキャンコンバータ部３００に供給する。また、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２で生成されたデータも、エコーバス９０２を経由してディジタルスキャンコンバータ部３００に供給される。さらに、この本体部１０は、ビデオバス９０３を有しており、このビデオバス９０３は、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３のいずれかで生成されたビデオ信号を表示制御部５００に伝達する。
【００３１】
操作パネル７０１は、配列された多数のキーを備えたキーボード等から成り、この操作パネル７０１を操作するとその操作情報がＣＰＵ部１０１で検知され、その操作情報に応じた指令が、その指令に応じて、ビームスキャン制御部１０２、コントロールインターフェイス部２０４、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、あるいは表示制御部５００に伝達される。また、この操作パネル７０１には、一本の送信超音波ビームを形成する送信開口の広さと画像の分解能とのバランスを調整する操作子７０１１が備えられている。この操作子７０１１の詳細については後述する。
【００３２】
ＥＬ表示器７０３は、液晶表示画面を有し、また、ＣＰＵ部１０１は、そのＥＬ表示器７０３の液晶表示画面に表示するＥＬ用線画を作成するＥＬ用線画作成部を兼ねており、そのＣＰＵ部１０１で生成されたＥＬ用線画がＥＬ表示器７０３の液晶表示画面上に表示される。そのＥＬ表示器７０３の液晶表示画面上にはタッチパネル７０２が備えられており、そのタッチパネル７０２に指で触れるとそのタッチパネル７０２上の指で触れた位置をあらわす位置情報がＣＰＵ部１０１に伝達される。このタッチパネル７０２およびＥＬ表示器７０３は、例えば、操作パネル７０１の操作により、この超音波診断装置に、ある１つのモードに関するパラメータを設定する旨指示すると、ＣＰＵ１０１により、その１つのモード用に設定すべき多数のパラメータ一覧がＥＬ表示器７０３に表示され、タッチパネル７０２を指で触れて所望のパラメータを設定するなど、この超音波診断装置への各種の指示を入力し易いように構成されたものである。
【００３３】
フロッピィディスク装置７０４は、図示しないフロッピィディスクが装脱自在に装填され、その装填されたフロッピィディスクをアクセスする装置であって、ＣＰＵ部１０１により、オペレータが操作パネル７０１やタッチパネル７０２の操作により行なった指示がそのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクに書き込まれ、この超音波診断装置への電源投入時、あるいは操作パネル７０１の操作により初期状態へのリセットが指示された時に、そのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクからそこに書き込まれている各種の指示情報がＣＰＵ部１０１に入力され、ＣＰＵ部１０１は、その指示情報に応じて各部を初期状態に設定する。これは、この超音波診断装置を稼働させるにあたって必要となる、操作パネル７０１やタッチパネル７０２から設定すべきパラメータ等が多数存在し、例えば電源投入のたびにそれら多数のパラメータ等を設定し直すのは極めて大変であり、このためフロッピィディスクに初期状態のパラメータ等を書き込んでおいて、電源投入時や初期状態へのリセットが指示された時には、そのフロッピィディスクに書き込まれているパラメータ等を読み込んでそれらのパラメータ等に応じて各部を設定することにより、パラメータ等の設定効率化を図るというものである。
【００３４】
制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１は、上述のように、主としてマン・マシンインターフェイスの役割りを担っているのに対し、同じく制御部１００を構成するビームスキャン制御部１０２は、主として、この超音波診断装置による超音波の送受信のタイミング等、リアルタイム性が要求される制御を担当している。この超音波診断装置で超音波の送受信を行なう時には、ビームスキャン制御部１０２からＣＰＵバス９０１を経由してアナログ処理部２００のコントロールインターフェイス部２０４に、このアナログ処理部２００を構成する各部を制御する制御信号が伝達され、このコントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２０７を経由して、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６を制御し、また、このコントロールインターフェイス部２０４は制御ライン２０８を介して、アナログ信号処理部２０５を制御し、さらに受信ディレイ制御部２０２は、コントロールインターフェイス部２０４の制御を受けて、制御ライン２０９を介してビームフォーマ部２０３を制御する。
【００３５】
送受信部２０１には、超音波プローブ２０が接続されている。この超音波プローブには、例えばリニア走査型超音波プローブ、コンベックス走査型超音波プローブ、セクタ走査型超音波プローブ、また特殊な超音波プローブとしては、体腔内に挿入されるタイプの超音波プローブ、さらには、これら各種の超音波プローブについて、使用される超音波の周波数の相違による種別等、多種類の超音波プローブが存在する。超音波プローブを本体部１０に装着するにはコネクタ（図示せず）が用いられるが、本体部１０側には超音波プローブを接続するためのコネクタが４個取り付けられており、前述したように、多種類の超音波プローブのうち最大４本まで同時装着が可能である。超音波プローブを本体部１０に装着すると、どの種類の超音波プローブが装着されたかをあらわす情報が本体部１０で認識できるように構成されており、その情報は、制御ライン２０７、コントロールインターフェイス部２０４、およびＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。一方、操作パネル７０１からは、この超音波診断装置を使用するにあたり、今回、本体部１０側の４つのコネクタのうちのどのコネクタに接続された超音波プローブを使用するか指示が入力される。その指示は、ＣＰＵバス９０１、コントロールインターフェイス部２０４、制御ライン２０７を経由して送受信部２０に伝達され、送受信部２０１は、そのように指示された超音波プローブ２０に対し、以下に説明するように高電圧パルスを送信して超音波を送信し、その超音波プローブで受信された信号を受け取る。ここでは、図１に１つだけ示す超音波プローブ２０が超音波送受信のために選択されたものとする。
超音波プローブ２０の先端には、複数の超音波振動子２１が配列されており、超音波の送受信にあたっては、被検体（特に人体）１の体表に超音波振動子２１があてがわれる。その状態で、送受信部２０１から複数の超音波振動子２１それぞれに向けて超音波送信用の各高電圧パルスが印加される。複数の超音波振動子２１それぞれに印加される各高電圧パルスは、コントロールインターフェイス部２０４の制御により相対的な時間差が調整されており、これら相対的な時間差がどのように調整されるかに応じて、これら複数の超音波振動子２１から、被検体１の内部に延びる複数の走査線２のうちのいずれか一本の走査線に沿って、被検体内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた超音波パルスビームが送信される。この超音波パルスビームは被検体１の内部を進む間にその１本の走査線上の各点で反射して超音波プローブ２０に戻り、その反射超音波が複数の超音波振動子２１で受信される。この受信により得られた複数の受信信号は、送受信部２０１に入力されて送受信部２０１に備えられた複数のプリアンプ（図示せず）でそれぞれ増幅された後ビームフォーマ部２０３に入力される。このビームフォーマ部２０３には、多数の中間タップを備えたアナログ遅延線（後述する）が備えられており、受信ディレイ制御部２０２の制御により、送受信部２０１から送られてきた複数の受信信号がアナログ遅延線のどの中間タップから入力されるかが切り換えられ、これにより、それら複数の受信信号が相対的に遅延されるとともに互いに電流加算される。ここで、それら複数の受信信号に関する相対的な遅延パターンを制御することにより、被検体１の内部に延びる所定の走査線に沿う方向の反射超音波が強調され、かつ被検体１の内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた、いわゆる受信超音波ビームが形成される。ここで、超音波は、被検体１内部を、信号処理の速度と比べてゆっくりと進むため、１本の走査線に沿う反射超音波を受信している途中で被検体内のより深い位置に焦点を順次移動させる、いわゆるダイナミックフォーカスを実現することもでき、この場合、超音波パルスビーム１回の送信に対応する１回の受信の間であっても、その途中で時間的に順次に、受信ディレイ制御部２０２により、各超音波振動子で得られた各信号が入力される、アナログ遅延線の各タップが切り換えられる。このビームフォーマ部２０３の構成については、さらに後述する。
【００３６】
尚、上記説明では、超音波振動子２１には高電圧パルスを与え、超音波パルスビームを送信する旨説明したが、この場合、前述したように超音波は信号処理速度と比べるとゆっくりと被検体内を進むため、超音波振動子２１に高電圧パルスを印加した時点を起点とし、超音波振動子２１で反射超音波を受信する時点までの時間により、その時点で得られた信号が被検体内のどの深さ位置で反射した反射超音波に対応する信号であるかを知ることができる。すなわち、送信される超音波がパルス状のものであることにより、被検体の深さ方向に分解能を持つことになる。通常は、このように、超音波振動子２１には高電圧パルスが印加されるが、特殊な場合には、被検体内の深さ方向に分解能を持たないことを許容し、超音波振動子２１に連続的に繰り返す高電圧パルス列信号を印加して被検体内に連続波としての超音波ビームを送信することもある。
【００３７】
ただし、以下においても、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１の説明の際に連続波に言及する場合を除き、パルス状の超音波ビームを送信するものとして説明する。
送受信部２０１およびビームフォーマ部２０３は、以上のようにして、被検体１内部の複数の走査線２のそれぞれに沿って順次に超音波パルスビームの送信と受信とを繰り返し、これにより生成される各走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす走査線信号が順次アナログ信号処理部２０５に入力される。このアナログ信号処理部２０５では、入力された走査線信号が対数圧縮され、検波され、さらに、操作パネル７０１からの、被検体１内部のどの深さ領域までの画像を表示するかという指定（つまり被検体内部の浅い領域のみの画像を表示すればよいのか、あるいはどの程度深い領域までの画像を表示する必要があるかという指定）に応じたフィルタリング処理等が施され、さらにＡ／Ｄ変換器によりディジタルの画像データに変換される。このアナログ信号処理部２０５から出力された画像データは、エコーバス９０２を経由して、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ３０１では、入力された画像データが表示用のビデオ信号に変換され、その表示用のビデオ信号がビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。この表示制御部５００は、複数の走査線２で規定される被検体断層面内の超音波反射強度分布によるＢモード像を観察用テレビモニタ７０７に表示する。その際、必要に応じて、操作パネル７０１か入力された患者名や撮影年月日、撮影条件等も、そのＢモード像に重畳されて表示される。このＢモード像として、被検体１内部が動いている様子をあらわす動画像を表示することもでき、あるいは、ある時点における静止画像を表示することもでき、さらには、生体信号アンプ部６００からの同期信号に基づいて、人体の心臓の動きに同期した、その心臓の動きの、ある位相における画像を表示することもできる。
【００３８】
生体信号アンプ部６００には、被検体（人体）１の心電波形を得るためのＥＣＧ電極ユニット７０９、心音をピックアップする心音マイク７１０、人体の脈をとらえる脈波用トランスデューサ７１１が接続されており、生体信号アンプ部６００では、これらのうちのいずれか１つもしくは複数のセンサに基づいて同期信号が生成され、表示制御部５００に送られる。
【００３９】
また表示制御部５００には、観察用テレビモニタ７０７のほか、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６が接続されており、表示制御部５００は、オペレータからの指示に応じて、観察用テレビモニタ７０７に表示された画像をプリンタ７０５ないしはＶＴＲ７０６に出力する。
再度、アナログ処理部２００の説明から始める。
【００４０】
被検体内部に延びるある一本の走査線上の超音波反射情報の時間変化を知ろうとするときは、オペレータからの指示に応じて、その関心のある一本の走査線に沿って超音波が繰り返し送受信され、その１本の走査線に沿う被検体の受信超音波ビームをあらわすデータがエコーバス９０２を経由してスクロール用スキャンコンバータ３０３に入力される。このスクロール用スキャンコンバータ３０３は、縦方向にその１本の走査線に沿う被検体の深さ方向の超音波反射強度分布、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像（Ｍモード像）をあらわすビデオ信号が生成され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、例えば観察用テレビモニタ７０７に、そのビデオ信号に基づく画像が表示される。尚、表示制御部５００は、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像をあらわすビデオ信号とスクロール用スキャンコンバータ３０３から送られてきたＭモード像をあらわすビデオ信号とを横に並べる機能や、Ｂモード像に、後述するカラーモード像を重畳する機能も有しており、観察用テレビモニタ７０７には、オペレータからの指示に応じて、複数の画像が並べて表示され、あるいは複数の画像が重畳して表示される。
【００４１】
もう一度、アナログ処理部２００の説明に戻る。
アナログ処理部２００を構成するドプラシグナル処理部２０６は、被検体１内部の血流分布や、ある一点、ないしある１本の走査線上の血流速度を求めるための構成要素であり、このドプラシグナル処理部２０６では、ビームフォーマ部２０３で生成された受信超音波ビームをあらわす走査線信号に、いわゆる直交検波が施され、さらにＡ／Ｄ変換によりディジタルデータに変換される。ドプラシグナル処理部２０６から出力された直交検波後のデータは、ドプラ処理部４００に入力される。ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２とが備えられており、ここでは、ドプラシグナル処理部２０６から出力されたデータは、カラードプラ解析部４０２に入力されるものとする。カラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれに沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときのデータに基づく自己相関演算により、オペレータにより指定された、Ｂモード画像上の関心領域（ＲＯＩ）内の血流分布をあらわすデータが求められる。ＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由してカラー用スキャンコンバータ３０２に入力される。このカラー用スキャンコンバータ３０２では、そのＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータが表示に適したビデオ信号に変換され、そのビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。表示制御部５００では、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像上のＲＯＩに、例えば超音波プローブ２０に近づく方向の血流を赤、遠ざかる方向の血流を青、それらの輝度で血流速度をあらわしたカラーモード像を重畳して、観察用テレビモニタ７０７に表示する。これにより、そのＲＯＩ内の血流分布の概要を把握することができる。
【００４２】
ここで、オペレータにより、そのＲＯＩ内のある１点もしくはある１本の走査線上の血流を詳細に観察する旨の要求が入力されると、今度は送受信部２０１により、その一点を通る一本の走査線、もしくはその関心のある１本の走査線に沿う方向に多数回超音波の送受信が繰り返され、それにより得られた信号に基づいてドプラシグナル処理部２０６で生成されたデータが、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１に入力される。被検体内のある一点の血流に関心があるときは、被検体内にはパルス状の超音波ビームが送信され、ある１本の走査線上の血流情報が平均化されることを許容しＳ／Ｎの良い血流情報を得たいときは、被検体内には連続波としての超音波ビームが送信される。
【００４３】
パルス／連続波ドプラ解析部４０１では、ある１点もしくはある１本の走査線について多数回超音波送受信を行なうことにより得られたデータに基づくＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算により、その一点の血流情報あるいはその一本の走査線上の平均的な血流情報が得られる。このパルス／連続波ドプラ解析部４０１で得られた血流情報をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由して、スクロール用スキャンコンバータ３０３に入力され、スクロールスキャンコンバータ３０３では、縦軸が血流速度、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像をあらわすビデオ信号が生成される。このビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、観察用テレビモニタ７０７上に、例えば白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像と並べられて表示される。
【００４４】
図２は、ビームフォーマ部における、受信超音波ビームの形成の仕方を示す原理説明図である。
ここでは、説明の簡単のため、複数のタップを備えた遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎと、制御信号に応じて受信信号の遅延線への入力ルートを切り換える選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎとのペアが各超音波振動子２１（図１参照）に対応して備えられているものとする。各選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎにはそれぞれ１つの超音波振動子２１で得られた１つの受信信号が入力され、各選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎでは、その入力された受信信号が、遅延線の複数のタップのうちの、制御信号に応じたタップから遅延線に入力される。各遅延線は２００１ａ，…，２００１ｍ，…，２００１ｎは受信信号が入力されたタップに応じた遅延時間だけその入力された受信信号を遅延して加算器１００３に入力する。各遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎに入力された各受信信号は、各遅延線内で、入力されたアップに応じた遅延時間だけ遅延を受けた後加算器１００３に入力される。加算器１００３は、その加算器１００３に同時に入力された受信信号どうしを加算して、受信超音波ビームをあらわす走査線信号を出力する。
【００４５】
図３は、遅延パターンと走査線の方向との関係を示した図である。
Ａ−Ｂ間に複数の超音波振動子が配列されているものとし、Ａ−Ｂ間の中点をＯとする。このとき、各超音波振動子で得られた各受信信号を、図３（Ａ）に示すようにＢ側の超音波振動子で得られた受信信号に対し長めの遅延時間を与えると、中点Ｏを始点としＢ側に傾いた受信走査線が得られ、図３（Ｂ）に示すように左右対称の遅延時間を与えると、中点０を始点として超音波振動子２１の配列方向に対し垂直に延びる受信走査線が得られ、図３（Ｃ）に示すようにＡ側の超音波振動子で得られた受信信号に対し長めの遅延時間を与えると、点Ｏを始点としＡ側に傾いた受信走査線が得られる。また、同一の受信走査線であっても、遅延時間パターンに応じて焦点位置を定めることができる。具体的には、図３（Ａ）〜（Ｃ）に破線で示すように焦点を中心としてＡ−Ｂ間を結ぶ線分に接する円弧を描くと、焦点で反射してそれぞれ各点Ａ，Ｏ，Ｂに向かう超音波は焦点と各点Ａ，Ｏ，Ｂとを結ぶ各線分と円弧との交点に同時に到達することになり、焦点で反射した超音波を各超音波振動子で受信する時刻に差異が生じることになる。そこで焦点で反射した超音波が先に到達した超音波振動子で得られた受信信号を、超音波が後から到達する超音波振動子に超音波が到達する迄の間遅延させた上で互いに加算すると、焦点を通る走査線に沿う方向に延び、かつその焦点で最も細く絞られた受信超音波ビームが形成されることになる。
【００４６】
ここで、Ａ−Ｂ間に配列された、反射超音波の受信に用いられている複数の超音波振動子は、例えば超音波プローブ２０（図１参照）に配列された複数の超音波振動子２１の一部であって、反射超音波の受信に用いる複数の超音波振動子からなる受信開口を、超音波プローブ２０に配列された超音波振動子２１の配列方向に移動することにより、受信走査線の、配列された超音波振動子２１上の始点を変更することができる。
【００４７】
このようにして、超音波プローブ２０に配列された超音波振動子２１上の任意の点を始点としてその始点を起点として被検体内の任意の方向に延出する受信走査線に沿うとともにその受信走査線上の任意の点に焦点を持つ受信超音波ビームを得ることができる。
尚、送信走査線についても同様であり、超音波の送信のために各超音波振動子に印加する高電圧パルスを所定の遅延パターンに従って相対的に遅延させた上で各超音波振動子に印加することにより、配列された超音波振動子上の任意の点を始点とし被検体内の任意の方向に延出する送信走査線に沿うとともに、その送信走査線上の任意の点に焦点を持つ送信超音波ビームを形成することができる。
【００４８】
図２では、解りやすさのため、超音波振動子の個数と同数の、遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎと選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎとのペアを備えるとともに、各遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎから出力された受信信号を互いに加算する加算器１０３を備えた構成について説明したが、実際には、多数のタップを備えた一本の遅延線に、複数の超音波振動子で得られた複数の受信信号が、入力されるタップが制御されながら入力され、それら複数の受信信号がそれぞれ入力された各タップに応じた時間だけ遅延されると共にその遅延線内で互いに電流的に加算され、その一本の遅延線から、制御された遅延パターンに従って遅延を受けかつ互いに加算された走査線信号が、直接に出力される。
【００４９】
図４は、図１にそれぞれ１つのブロックで示すビームフォーマ部およびアナログ信号処理部の内部構成を示すブロック図である。ここでは、図１およびこの図４を参照して、本発明の第１の超音波診断装置の実施形態に特徴的な構成について説明する。
本実施形態では、ビームフォーマ部２０３に３つのビームフォーマ２０３１，，２０３２，２０３３が備えられている。各ビームフォーマは、それぞれが図２に示す構成全体と同様な作用をなすものであり、各ビームフォーマでは、配列された超音波振動子２１上の各ビームフォーマごとに独立した点を始点とし、その始点から被検体内の独立した方向に延出する受信走査線に沿う受信超音波ビームを表わす走査線信号が生成される。各ビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３で得られた各走査線信号はアナログ信号処理部２０５に入力される。本実施形態では、アナログ信号処理部２０５には、３つのビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３にそれぞれ対応する、合計３つのアナログ信号処理回路２０５１，２０５２，２０５３が備えられており、各アナログ信号処理回路では、各ビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３から出力された各走査線信号がそれぞれ対数圧縮され、検波され、フィルタリング処理され、更にデジタルの画像データに変換され、エコーバス９０２を経由して白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。白黒用スキャンコンバータ３０１では、３つのアナログ信号処理回路２０５１，２０５２，２０５３で得られた３つの画像データを、それらの画像データが表わす３枚の画像の、互いに対応する画素の画素値どうしの平均値を新たな画素値とする平均演算が行われると共にＢモード像を表わす表示用のビデオ信号に変換され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に送られる。表示制御部５００では、前述したように、必要に応じて画像の編集が行われ、観察用テレビモニタ７０７上にその平均処理されたＢモード像が表示される。尚、この図４に示す例では、アナログ信号処理部２０５、白黒用スキャンコンバータ３０１、および図１に示す表示制御部５００を合わせた機能が本発明にいう出力画像生成部に対応する。
【００５０】
図５〜図７は、図４に示す３つのビームフォーマで形成される各受信超音波ビームに対応する各受信走査線を示す図である。
図５は、図１３に示す従来例と同様、配列された超音波振動子２１に垂直であって、図の左右に平行移動する受信走査線２Ａを示す図であり、図４に示す３つのビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３のうち１つのビームフォーマ２０３１ではこのような受信走査線２Ａが形成される。
【００５１】
図６，図７は、配列された超音波振動子２１に垂直な方向に対し、それぞれ、右、左に角度θだけ傾いた受信走査線２Ｂ，２Ｃを示す図であり、図４に示す３つのビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３のうちの各ビームフォーマ２０３２，２０３３では、それぞれ、図６，図７に示すように右、左に傾いた受信走査線２Ｂ，２Ｃが形成される。
【００５２】
図５〜図７に示す受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、一回の超音波送受信の際に形成される一本の送信超音波ビーム内に延びる３本の受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃについて同時に走査線信号が得られ、その操作が配列された超音波振動子２１に沿って送信走査線が移動する間繰り返され、これにより、図５〜図７に示す３枚の画像に対応する信号が生成される。それらの画像いずれにも虚像が現れることがあるが、被検体内の同一の反射点に起因する虚像は、画像上の互いに異なる画素に現れる。
【００５３】
図８は、図５〜図７に示す画像を、互いに対応する画素どうしを重ねて１枚の画像として表わした図である。
このような画像の重ね合わせを行うと、正しい像は強調され、虚像は、３枚の画像でばらばらの位置に現れているため相対的に弱められ、虚像の目立たない高画質のＢモード像が生成される。
【００５４】
図９は、一本の送信超音波ビームを形成する超音波振動子の個数と、その送信超音波ビームのビーム径と、一回に生成される３本の受信走査線どうしの角度との関係を示した図である。
一本の送信超音波ビームを形成するに当り、送信開口Ｄ１の内部の少数の超音波振動子が駆動されると、図９に破線で示すようなビーム径の広い送信超音波ビームが形成される。このときは、その送信超音波ビームのビーム径が最も狭い焦点は、通常、被検体内の浅い位置に形成される。送信開口が狭いと送信される超音波のパワーが小さく、もともと受信レベルの大きな浅い領域しか観察することができないからである。このときは、その送信超音波ビーム内に、互いの間に大きな角度θ１をもった３本の受信走査線を形成することができる。
【００５５】
一方、一本の送信超音波ビームを形成するに当り、送信開口Ｄ２内部の多数の超音波振動子が駆動されると、図９に一点鎖線で示すような、通常は、被検体内の深い位置に焦点を有し、その焦点近傍で細いビーム径をもった送信超音波ビームが形成される。このときは、その送信超音波ビーム内に、互いの間に小さい角度θ２をもった３本の受信走査線が形成される。
【００５６】
重ね合わされた画像上で虚像を広く分布させて目立たなくするためには、受信走査線どうしの角度が大きい方が有利である。そこで、一本の送信超音波ビームの形成に関与する超音波振動子の個数（送信開口の広さ）に応じて、その一本の送信超音波ビーム内でできるだけ互いの間の角度の大きな超音波走査線を形成することにより、その超音波送信条件下で虚像が最も有効に低減された画像を得ることができる。
【００５７】
また、図１に示す操作子７０１１を操作すると、送信開口の広さが変化する。送信走査線および焦点深さが同一の送信超音波ビームを形成する場合、そのビーム径をできるだけ絞った方が分解能の上で有利であり、ビーム径が絞られた送信超音波ビームを形成するためには送信開口が広げられる。ところが、上述したように、ビーム径が絞られると受信走査線どうしの角度が小さくなってしまい、虚像が目立ちにくい画像を得る点からは不利である。被検体によって虚像の目立ち方は大きく異なるため、この操作子７０１１を備えることにより、その被検体に応じて、虚像の目立ちにくさと画像の分解能とのバランスのとれた画像が得られるように調整することができる。
【００５８】
図１０は、セクタ走査時の受信走査線の形成方法の説明図である。
セクタ走査とは、典型的は、配列された超音波振動子２１上のある固定された一点を始点としてその始点から被検体内に延出する走査線を、全体として扇形が形成されるように、順次その方向を変更する走査方法をいう。
このとき、受信走査線は、超音波振動子２１上の互いに異なる点をそれぞれの始点として被検体内に延出する３本が一組となり、それら３本の受信走査線が互いに平行を保ちながら扇状に走査される。すなわち、一本の送信超音波ビームが形成される毎に、異なる始点から、その一本の送信超音波ビーム内に互いに平行に延出する３本の受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃが形成される。このようにして、３本の受信走査線を扇状に走査することにより得られた３枚の画像が、対応する画素どうしが重ね合わされるように１枚の画像に合成される。こうすることにより、前述したリニア走査の場合と同様に、虚像の目立たない画像を得ることができる。
【００５９】
図１１は、送信開口の広さと、送信超音波ビームのビーム径と、一回に生成される３本の受信走査線の始点どうしの距離との関係を示した図である。
図９を参照して説明したように、狭い送信開口Ｄ１のときはビーム径の広い送信超音波ビームが形成され、このときには、互いの間に広い間隔ｄ１をもった受信走査線が形成される。また、やはり図９を参照して説明したように、広い送信開口Ｄ２のときはビーム径の狭い送信超音波ビームが形成され、このときには、互いの間に狭い間隔ｄ２をもった受信走査線が形成される。
【００６０】
重ね合わされた画像上で虚像を目立ちにくくするには、互いの間の間隔が広い受信走査線を形成した方が有利であり、送信開口の広さに応じて受信走査線どうしの間隔をできるだけ広げることにより、その超音波送信条件下で虚像が最も有効に低減された画像を得ることができる。
また、このセクタ走査においても、図１に示す走査子７０１１を走査すると、送信開口の広さが変化し、それに伴って送信超音波ビームのビーム径が変化し、受信走査線どうしの間隔も変化する。前述と同様、この走査子７０１１を走査することにより、被検体に応じて、虚像の目立ちにくさと画像の分解能とのバランスを調整することができる。
【００６１】
尚、上記実施形態では、複数の画像を重ね合わせるにあたり、３つの画像の、互いに対応する画素の画素値をｘ1 ，ｘ2 ，ｘ3 としたとき、ｘ＝（ｘ1 ＋ｘ2 ＋ｘ3 ）／３の相加平均演算によりそれら３つの画像が合成された１つの画像を形成する旨説明したが、相加平均演算に代え、
相乗平均演算ｘ＝ 3√（ｘ1 ・ｘ2 ・ｘ3 ）、
もしくは
二乗平均演算ｘ＝√｛（ｘ12＋ｘ22＋ｘ32）／３｝
を採用してもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、図４に示す３つのビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３で得られた３つの走査線信号を、 各アナログ信号処理回路２０５１，２０５２，２０５３でそれぞれ検波し、さらにデジタル信号に変換した後、それら３つの画像を重ね合わせるための演算を行ったが、アナログ信号処理部２０５内で、検波後のアナログ信号の状態でアナログ演算により重ね合わせ処理を行ってもよく、あるいは、ビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３から出力された検波前のキャリア成分を含んだ走査線信号の状態で重ね合わせ処理を行ってもよい。
【００６３】
さらに上記実施形態は３枚の画像を重ね合わせる処理を行う例であるが、本発明では３枚に限らず、虚像の目立ちにくさのほか、コスト、回路規模、演算処理速度等を総合的に考慮し、２枚もしくは４枚以上の画像を重ね合わせるように装置を構成してもよい。
図１２は、本発明の第２の超音波診断装置の一実施形態における、ビームフォーマ部およびアナログ信号処理部の内部構成を示すブロック図であり、本発明の第１の超音波診断装置の一実施形態における図４に相当する図である。
【００６４】
図１２に示す実施形態では、ビームフォーマ部２０３には１つのビームフォーマ２１３１が備えられている。このビームフォーマ２１３１では、受信ディレイ制御部２０２（図１参照）からの制御信号に応じて、超音波振動子２１上の任意の点を始点とし、その始点から被検体内の任意の方向に延出する受信走査線に沿う受信超音波ビームを表わす走査線信号が生成される。
【００６５】
このビームフォーマ２１３１では、例えばあるフレームでは、図５に示すような、配列された超音波振動子２１に垂直であって図の左右に平行移動する受信走査線２Ａが形成され、次のフレームでは、図６に示すような、配列された超音波振動子２１に垂直な方向に対し右に角度θだけ傾いた受信走査線Ｂが形成され、さらに次のフレームでは、図７に示すような、配列された超音波振動子２１に垂直な方向に対し左に角度θだけ傾いた受信走査線Ｃが形成され、さらに次のフレームでは、図５に戻って受信走査線２Ａが形成され、このように各フレーム毎に循環的に異なる受信走査線が形成される。ここで、図５，図６，図７に示す多数の受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃのうちの、ある一本の送信走査線に対応する３本の受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、その一本の送信走査線に沿う送信超音波ビームの内部に存在する。
【００６６】
このようにして、図１２に示すビームフォーマ２１３１は、図４に示す３つのビームフォーマ２０３１，２０３２，２０３３の役割りを、フレームを分けて順次循環的に担当している。
ビームフォーマ２１３１で得られた走査線信号は、アナログ処理部２０５に入力される。図１２に示す実施形態では、ビームフォーマ部２０３にビームフォーマ２１３１が１つのみ備えられていることに対応して、アナログ信号処理部２０５にも、アナログ信号処理回路２１５１が１つのみ備えられている。このアナログ信号処理回路２１５１では、ビームフォーマ２１３１から出力された走査信号が対数圧縮され、フィルタリング処理され、更にデジタルの画像データに変換され、エコーバス９０２を経由して白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ３０１では、図４に示す実施形態における白黒用スキャンコンバータとは異なり複数枚の画像の平均演算は行なわれず、各フレーム毎に順次に、Ｂモード像を表わす表示用のビデオ信号に変換され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に送られ、観察用テレビモニタ７０７上にそのＢモード像が表示される。この表示されるＢモード像は、図５に示す受信走査線２Ａによる画像、図６に示す受信走査線２Ｂによる画像、図７に示す受信走査線２Ｃによる画像が循環的に繰り返すＢモード像であり、正しい像は常に表示されるため強調され、虚像は３枚の画像でばらばらの位置に現われるため、観察用テレビモニタの画像表示特性による残像効果や人間の目による残像効果により平均化されて相対的に弱められ、虚像の目立たない高画質のＢモード像が生成される。
【００６７】
ここでは、リニア走査時の受信走査線の形成方法を例に挙げて本発明の第２の超音波診断装置の実施形態について説明したが、セクタ走査の場合も同様であり、セクタ走査の場合、あるフレームにおいては、図１０に示す受信走査線２Ａが形成され、次のフレームにおいては、配列された超音波振動子２１上の始点が異なる受信走査線２Ｂが形成され、さらに次のフレームにおいては、配列された超音波振動子２１上の始点がさらに異なる受信走査線２Ｃが形成され、さらに次のフレームについては、受信走査線２Ａが形成され、このように各フレーム毎に循環的に受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃが形成される。互いに対応する３本の受信走査線２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、一本の受信走査線に沿う送信超音波ビームのビーム内に含まれている。
【００６８】
観察用テレビモニタ７０７には、受信走査線２Ａによる画像、受信走査線２Ｂによる画像、受信走査線２Ｃによる画像が循環的に表示され、観察用テレビモニタ７０７の残像効果や人間の目の残像効果等により虚像が相対的に弱められ、虚像の目立たない高画質のＢモード像が生成される。
尚、ここでは、受信走査線の位置や方向の異なる３フレームの画像を循環的に生成して順次表示する例を説明したが、循環的に生成する画像は３フレームとは限らず４フレームないしそれ以上のフレームで一巡するように受信走査線の位置や方向を定めてもよく、受信走査線の位置や方向の異なる２フレームの画像を交互に生成して交互に表示してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多重反射ないし多重エコーに起因する虚像の目立たない高画質の画像を得ることのできる超音波診断装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】ビームフォーマ部における、受信超音波ビームの形成の仕方を示す原理説明図である。
【図３】遅延パターンと走査線の方向との関係を示した図である。
【図４】図１にそれぞれ１つのブロックで示すビームフォーマ部およびアナログ信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】配列された超音波振動子に垂直であって図の左右に平行移動する受信走査線を示す図である。
【図６】配列された超音波振動子に垂直な方向に対し右に傾いた受信走査線を示す図である。
【図７】配列された超音波振動子に垂直な方向に対し左に傾いた受信走査線を示す図である。
【図８】図５〜図７に示す画像を、互いに対応する画素どうしを重ねて１枚の画像として表わした図である。
【図９】一本の送信超音波ビームを形成する超音波振動子の個数と、その送信超音波ビームの径と、一回に生成される３本の受信走査線どうしの角度との関係を示した図である。
【図１０】セクタ走査時の受信走査線の形成方法の説明図である。
【図１１】送信開口の広さと、送信超音波ビームのビーム径と、一回に生成される３本の受信走査線の始点どうしの距離との関係を示した図である。
【図１２】本発明の第２の超音波診断装置の一実施形態における、ビームフォーマ部およびアナログ信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図１３】超音波診断装置の機能説明図である。
【符号の説明】
１    被検体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ    走査線
１０  本体部
２０  超音波プローブ
２１  超音波振動子
１００  制御部
１０１  ＣＰＵ部
１０２  ビームスキャン制御部
２００  アナログ処理部
２０１  送受信部
２０２  受信ディレイ制御部
２０３  ビームフォーマ部
２０４  コントロールインターフェイス部
２０５  アナログ信号処理部
２０６  ドプラシグナル処理部
２０７，２０８，２０９  制御ライン
３００  ディジタルスキャンコンバータ部
３０１  白黒用スキャンコンバータ
３０２  カラー用スキャンコンバータ
３０３  スクロールスキャンコンバータ
４００  ドプラ処理部
４０１  パルス／連続波ドプラ解析部
４０２  カラードプラ解析部
４１１  係数選択器
４１２，４１３  乗算器
４１４  加算器
５００  表示制御部
６００  生体信号アンプ部
７０１  操作パネル
７０２  タッチパネル
７０３  ＥＬ表示部
７０４  フロッピィディスク装置
７０５  プリンタ
７０６  ＶＴＲ
７０７  観察用テレビモニタ
７０８  スピーカ
７０９  ＥＣＧ電極ユニット
７１０  心音マイク
７１１  脈波用トランスデューサ
８００  電源部
９０１  ＣＰＵバス
９０２  エコーバス
９０３  ビデオバス
２０３１，２０３２，２０３３，２１３１  ビームフォーマ
２０５１，２０５２，２０５３，２１５１  アナログ信号処理回路
７０１１  操作子
【図１】
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【図２】
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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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