(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セットを取得する送受信制御手段と、
前記受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、
前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、
を含み、
前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、
前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、
前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域まで前記受信信号セットを構成する複数の受信信号の全部が利用され、
前記受信信号セットを構成する各受信信号について、ビーム方向における前記主担当範囲及び重み付け交叉範囲以外の範囲についても寄与分としての重み付け値が設定されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
隣接するビームの間では、前記受信信号セットに対する重み付けパターンが異なることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セットを取得する手段であって、
前記送信フォーカス点の切り換えに応じて送受信開口の大きさを段階的に変える送受信制御手段と、
前記受信信号セットを構成する各受信信号に対して前記送受信開口の大きさに応じたゲイン補正を行うゲイン補正手段と、
前記ゲイン補正後の受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、
前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、
を含み、
前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、
前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域まで前記受信信号セットを構成する複数の受信信号の全部が利用され、
前記受信信号セットを構成する各受信信号について、ビーム方向における前記主担当範囲及び重み付け交叉範囲以外の範囲についても寄与分としての重み付け値が設定されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
隣接するビームの間では、前記受信信号セットに対する重み付けパターンが異なることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり４回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり４個の受信信号からなる受信信号セットを取得する送受信制御手段と、
前記受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、
前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、
を含み、
前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、
前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域までの各領域ごとに、前記受信信号セット内の４個の受信信号、３個の受信信号又は２個の受信信号が利用されて、合成加算数が変わることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に多段階送信フォーカス技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アレイ振動子を構成する複数の振動素子に供給する各送信信号に対して遅延制御を行うことにより、所定深さに送信フォーカス点をもった送信ビームが形成される。一方、複数の振動素子からの各受信信号に対して遅延加算（整相加算）を行うことにより、受信ビームが電子的に形成される。この場合、いわゆる受信多段フォーカスや受信ダイナミックフォーカスによって、１回の受信当たり複数個の受信フォーカス点が形成される。
【０００３】
多段階の送信フォーカスを行うためには、送信フォーカス点の深さを変えながら、１ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信、すなわち複数個の送信ビームが形成される。つまり、深さ方向に複数の関心領域範囲を設定し、各関心領域範囲ごとにフォーカス点を設定してシャープな送信ビームを形成し、これによりエコーデータの取り込みを行うものである。フレームレートは低下するものの、超音波画像の画質は一般に向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
多段階の送信フォーカスを行う場合には通常、送受信開口（特に送信開口）の大きさが可変制御される。具体的には、送信フォーカス点が浅い場合には小さな送受信開口が設定され、送信フォーカス点が深い場合には大きさ送受信開口が設定される。このため、各送信フォーカス点に対応する受信信号間において、整相加算される受信信号数が切り替わるため、相互に整相加算後の信号音圧が異なる。そこで、従来においては、ゲイン調整によって、送受信開口の大きさの相違に起因する音圧の相違を解消していた。
【０００５】
しかしながら、ゲイン調整によっても完全に音圧の調整を行うことはできない。例えば、超音波の通過する媒体の性質に応じて反射してくるエコーの音圧はリニアに変化しない。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、段階的な送信フォーカスを行う場合において、より自然な超音波画像を形成できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セットを取得する送受信制御手段と、前記受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、を含み、前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域まで前記受信信号セットを構成する複数の受信信号の全部が利用され、前記受信信号セットを構成する各受信信号について、ビーム方向における前記主担当範囲及び重み付け交叉範囲以外の範囲についても寄与分としての重み付け値が設定されたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、１方向当たり送信フォーカス点を切り換えながら（一般に、それに連動させて受信フォーカス点を切り換えながら）、１方向当たり超音波パルスが複数回送信され、各送信ごとに互いに異なる特性をもった受信信号が取得される。それらの受信信号セットは重み付け合成手段に入力され、各受信信号ごとにそれに対応するフォーカス点などに応じて重み付けがなされ、そのような重み付け後の各受信信号が合成される。よって、従来のように、各受信信号を深さ方向に分断して単純につなげる場合に生じる不連続を回避して、超音波画像の画質を向上できる。ここで、超音波画像は例えばＢモード断層画像、カラードプラ画像などである。また、本発明は、いわゆる１送信２受信などが行われる場合にも適用可能である。なお、フォーカスの深さを変えた複数回の送受信を単位として、送受信方向を順番に切り換えるようにしてもよいし、フォーカス深さを変えずに全方位について送受信を行った後にフォーカス深さを変えて同様の送受信を繰り返すようにしてもよい。重み付けパターン（関数）は、送信フォーカス点の強さや深さ、受信フォーカス点の強さや深さなどに応じて、適宜調整するのが望ましい。
【０００９】
重み付け関数は、屈曲性をもった直線的関数であってもよいが、なだらかに変化する関数であってもよい。上記構成では、各受信信号における深さ方向の全範囲が加算対象となる。一方、個々の受信信号について深さ方向における部分的範囲を選択的に加算対象としてもよい。いずれにしても、送信フォーカスや受信フォーカスの切換が画像上で目立たないように、重み付け加算を行うのが望ましい。
【００１０】
ちなみに、各送受波において、送信フォーカス点の深さと受信フォーカス点の深さは一致しているのが望ましいが、本発明において、必ずしもそれらが一致していなくてもよい。また、それらのフォーカス点を中心として、重み付けの上での主担当範囲が個別的に設定されるが、主担当範囲の中央点がフォーカス点である必要はない。
【００１１】
交叉範囲はオーバーラップ範囲であり、重み付けの勾配がクロスする領域である。
【００１２】
望ましくは、隣接するビームの間では、前記受信信号セットに対する重み付けパターンが異なる。このように隣接ビーム間で重み付けパターンを変更すれば、よりフォーカス点の切換の際の繋ぎ目を目立たなくできる。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明は、送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり複数回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり複数の受信信号からなる受信信号セットを取得する手段であって、前記送信フォーカス点の切り換えに応じて送受信開口の大きさを段階的に変える送受信制御手段と、前記受信信号セットを構成する各受信信号に対して前記送受信開口の大きさに応じたゲイン補正を行うゲイン補正手段と、前記ゲイン補正後の受信信号セットごとに重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、を含み、前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域まで前記受信信号セットを構成する複数の受信信号の全部が利用され、前記受信信号セットを構成する各受信信号について、ビーム方向における前記主担当範囲及び重み付け交叉範囲以外の範囲についても寄与分としての重み付け値が設定されたことを特徴とする。
また、本発明は、送信フォーカス点を深さ方向に段階的に変えて各ビーム方向当たり４回の超音波の送受信を行い、各ビーム方向当たり４個の受信信号からなる受信信号セットを取得する送受信制御手段と、前記受信信号セットごとに４つの受信信号セットに対する重み付け合成処理を適用し、合成信号を出力する重み付け合成手段と、前記合成信号を利用して超音波画像を形成する画像形成手段と、を含み、前記重み付け合成処理では、各受信信号に対して、送信フォーカス点を中心とした主担当範囲に大きな重み付け値が設定され、その主担当範囲からビーム方向に離れるのに従って小さな重み付け値が設定され、前記受信信号セットを構成する各受信信号の主担当範囲は互いに離間して設定され、ビーム方向に隣接する主担当範囲の間に重み付け交叉範囲が設定され、前記重み付け合成処理では、ビーム方向の浅い領域から深い領域までの各領域ごとに、前記受信信号セット内の４個の受信信号、３個の受信信号又は２個の受信信号が利用されて、合成加算数が変わることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、プローブ１０は体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられる超音波探触子である。プローブ１０内には複数の振動素子からなるアレイ振動子が内蔵されている。そのアレイ振動子に対して電子走査を適用することによって超音波ビームが走査され、これにより走査面が形成される。ちなみに、その電子走査方式としては、例えば電子リニア走査や電子セクタ走査などをあげることができる。
【００１７】
プローブ１０には、送信部１２及び受信部１４が接続されている。送信部１２は、走査制御部１６によって制御される回路であり、本実施形態においては、一方向あたり複数回の超音波パルスの送信が行われ、各送信ごとに送信フォーカス点が切換えられている。すなわちいわゆる多段送信フォーカスが実現されている。そのような送信制御は走査制御部１６によって実現されており、各方位あたりの複数回の送信にあたっては、近距離から遠距離にかけて送信フォーカス点が切り換えられるに伴って、送信開口が徐々に拡大されている。ここで、送信開口はアレイ振動子における送信時に機能する振動素子数に相当するものである。この送信多段フォーカス自体は公知である。よって、一走査面がＭ個の送受信方位を有している場合、各方位ごとにＮ回の送受信が実行され、その結果、一走査面当たりＭ×Ｎ回の送受信がなされることになる。
【００１８】
本実施形態においては、ある送受信方位あたりＮ回の送受信が実行された後に、送受信方位が切換えられて、同様のＮ回の送受信が実行され、これが繰り返しなされている。しかしながら、送信フォーカス点を固定したまま各方位についてＭ回の送受信を実行し、その後に送信フォーカス点を切換え、再度、各方位についてＭ回の送受信を実行し、これを繰り返すようにしてもよい。
【００１９】
受信部１４は、プローブ１０内のアレイ振動子から出力される複数の受信信号に対していわゆる整相加算を実行し、これによって電子的に受信ビームを形成する回路である。この受信部１４の動作は走査制御部１６によって制御されている。上述したように、各送受信方位あたりＮ回の送受信が実行され、これに伴って各送受信方位当たりＮ個の受信信号（整相加算後の受信信号）が得られることになるが、受信部１４はそれぞれの受信時において異なる受信フォーカス点を設定している。本実施形態においては、送信フォーカス点と受信フォーカス点とが一致しているが、それらのフォーカス点を互いにずらすことも可能であり、またフォーカスの強さをそれぞれ個別的に設定することも可能である。この受信多段フォーカス自体は公知である。
【００２０】
図２には、走査面Ｓが示されている。この走査面Ｓは超音波ビームを電子的にスキャンすることによって形成されるものであり、図２においては、代表としてある特定方位の超音波ビームθ１が示されている。このビーム上には間欠的に複数のフォーカス点Ｆ１〜Ｆ４が設定されており、それらのフォーカス点Ｆ１〜Ｆ４は送信フォーカス点であり、また受信フォーカス点である。例えば第１回目の送受信＃１においては、Ｆ１で定められる深さに送受信フォーカス点を設定して送信フォーカス制御及び受信フォーカス制御が実行され、これが第２回目の送受信＃２、第３回目の送受信＃３、第４回目の送受信＃４それぞれについてフォーカス点を切換えながら繰り返し実行される。そして、このようなＮ回の送受信は各送受信方位ごとに実行される。
【００２１】
図１において、走査制御部１６は、上述した送信部１２及び受信部１４を制御する回路であり、特に、電子フォーカス制御及び電子スキャン制御を行っている。また、本実施形態においては、各送受信における送信開口及び受信開口の設定制御も行っている。ちなみに、送信時に設定される送信開口と同様に、受信時においても受信フォーカス点の深さに応じた幅を有する受信開口が設定されている。このような技術は従来の受信多段フォーカスにおいても行われているものである。
【００２２】
メモリ２０内には各方位ごとに得られる複数の受信信号、すなわち整相加算後の受信信号が格納される。このメモリ２０内に走査面Ｓ内における全受信信号を格納し、その後に読み出して画像処理を行うことも可能であるが、本実施形態においては、メモリ２０内には第１回目の送受信＃１〜第３回目の送受信＃３までの３つの受信信号が格納され、第４回目の送受信＃４により得られる受信信号が得られた時点でメモリ２０に格納された３つの受信信号が読み出され、それらの４つの受信信号が並列的に重み付け加算部２２に入力されている。もちろん、このような構成例は一例であって、後述する重み付け加算が行える限りにおいて各種の構成を採用可能である。
【００２３】
重み付け加算部２２は、図３に示すような各受信信号ごとに重み付け関数を設定し、その重み付け関数に従ったゲイン調整を実行している。その制御は合成制御部２４によって実行されており、この合成制御部２４は、重み付け加算部２２の制御の他、受信部１４におけるゲイン調整、メモリ２０の書き込み及び読み出し制御などの制御も行っている。
【００２４】
図３において、（Ａ）〜（Ｅ）には各受信信号すなわち受信ビームに相当する受信音線＃１〜＃４のゲインを設定するための重み付け関数が示されている。図示されるように、受信音線＃１においては、プローブの近傍に送信フォーカス点及び受信フォーカス点が設定されていることに対応してプローブ近傍の一定範囲において大きな重み付け値が与えられている。その範囲が図において符号１００で示されている。受信音線＃２においては、その範囲１００から少し深さ方向にシフトした範囲１０２において大きな重み付け値が設定されている。さらに、受信音線＃３においてはその範囲１０２から更に深さ方向に隔てた位置に範囲１０４が設定されており、当該範囲１０４に大きな重み付け値が設定されている。これと同様に、受信音線＃４においても最も深い位置に設定された範囲１０６において大きな重み付け値が設定されている。これらの範囲１００，１０２，１０４，１０６はそれぞれの受信音線における主担当範囲に相当しており、それらの主担当範囲の間においては交叉範囲すなわちオーバーラップ領域として範囲１０８，１１０，１１２が設定されている。例えば、範囲１０８においては、受信音線＃１のゲインが深さ方向に沿って徐々に減少されており、その一方において、受信音線＃２のゲインが深さ方向に沿って徐々に増大されている。これは範囲１１０及び１１２においても同様である。
【００２５】
ちなみに、（Ｅ）においてはそれらの受信音線＃１〜＃４の受信信号を合成した場合の合成音線における成分比が示されており、プローブに対して浅い範囲においては、受信音線＃１の成分が支配的であり、以下段階的に各受信音線の成分が支配的に設定されている。ここで、本実施形態においては担当範囲及び交叉範囲以外においても各受信音線に小さな重み付けが与えられており、すなわち主担当範囲及び交差範囲以外の範囲においては重い付け値が完全に０とはされておらず、最終的に形成される合成音線上に一定の寄与分が働いている。このような構成によれば、空間分解能の観点から主担当範囲の受信信号成分をより支配的に利用して画質を向上できると共に、浅い領域から深い領域まで全受信信号を有効利用して音響パワーの増大を図ることができるという利点がある。したがってその意味において画質の向上を図ることが可能である。もちろん、浅い領域から深い領域まで４つの全受信信号を常に重み付け加算するというのはなく、例えば各領域ごとに２つ、３つの受信信号を合成加算するようにすることも可能である。
【００２６】
図１に示す合成制御部２４は、図３に示すような重み付け加算を実行する場合におけるパラメータを設定しており、たとえばそのような合成加算条件を超音波の送受波条件や各種の条件に応じて可変設定することも可能である。ちなみに、主制御部１８は超音波診断装置全体の制御を行っているものであり、この主制御部１８により走査制御部１６及び合成制御部２４が制御されている。
【００２７】
重み付け加算部２２から出力される合成された受信信号は、従来装置同様に、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）２６に入力され、このＤＳＣ２６において受信信号に対する座標変換や補間処理などが実行される。これによっていわゆるＢモード断層画像が形成され、その画像データが画像処理部２７に入力され、必要な画像処理を受けた後、最終的に表示部２８に送られ、その表示部２８に超音波画像としてのＢモード断層画像が表示される。
【００２８】
図１においては、ドプラ処理の構成は明示されていないが、もちろん本発明はドプラ情報を画像表示する場合においても適用でき、さらに二次元的な画像の他三次元画像やＭモード画像を形成する場合においても適用可能である。さらに、１送信ビームあたり２つの受信ビームを形成する場合などにも本発明を適用することができる。
【００２９】
図１に示す実施形態によれば、フォーカス点あるいはフォーカスが行われる区間の間の継ぎ目を緩和して画質の向上を図ることができ、また１送受信方向あたり４つの受信信号の全てを利用して画像形成を行うことができるので、ＳＮ比（信号対ノイズ比）を向上して、その意味においても超音波の画質を向上できるという利点がある。
【００３０】
上述した重み付け加算部２２は、本実施形態において４つの受信信号の重み付け加算を行っていた。すなわち、４つの受信信号間における同じ深さの信号に対して所定の重み付けを行いつつそれらを加算し、これにより合成されたデータを生成していた。このような重み付け加算部２２は、ある意味では加算フィルタとして機能するものである。図３に示すゲイン関数は折れ線のような特性を有していたが、例えば図５に示すような角部分が丸くされたロジスティック曲線のようなゲイン関数を利用することもできる。このような関数を利用すればより境界を目立たなくすることができ、より自然な超音波画像を形成できるという利点がある。また、図４に示すように、隣接する超音波ビーム間において、重み付け関数のパターンすなわち重み付けパターンを交互に切換えることにより、更にビーム間における継ぎ目の緩和を図ることも可能である。すなわち、ある超音波ビーム上においては図３に示したような重み付け関数を適用し、隣接する超音波ビーム上においては図３に示した関数における各範囲を深さ方向にシフトしたものを適用し、それらを交互に設定することによって全体として継ぎ目を目立たなくするものである。もちろん、そのような重み付けパターンをランダムに設定するようにすることもできる。
【００３１】
ちなみに合成制御部２４は上述したように受信部１４におけるゲイン制御を行っており、具体的には送信開口及び受信開口の大きさに基づいて、各受信信号間におけるレベルを調整するためのゲイン調整を行っている。例えば図３において受信音線＃１においては開口幅としてＷ１が設定され、以下同様に受信音線＃２、＃３、＃４のそれぞれについては開口幅としてＷ２、Ｗ３、Ｗ４が設定されている。よって、開口幅が異なると整相加算後に得られる受信信号のレベルに差が生じるため、合成制御部２４はそのような開口幅の大きさにあわせて受信部１４における増幅器のゲインを調整している。
【００３２】
なお、上記の実施形態においては、電子セクタ走査が適用される場合について説明したが、本発明は電子リニア走査の他各種の電子走査方式が適用される場合において利用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波画像の画質を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】  走査面とフォーカス点との関係を示す図である。
【図３】  重み付け加算における各受信音線ごとのゲイン関数を示す説明図である。
【図４】  隣接する超音波ビーム間において異なる重み付けパターンを設定した場合を示す説明図である。
【図５】  他のゲイン関数を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  プローブ、１２  送信部、１４  受信部、１６  走査制御部、１８  主制御部、２０  メモリ、２２  重み付け加算部、２４  合成制御部、２６  デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）、２７  画像処理部、２８  表示部。
【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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