(57)【要約】  リアルタイム性を高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行う。  ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループごとに、順番に、空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる。このとき、連続して送信を行う少なくとも２組の送信開口グループの超音波の照射領域が一部重なるようにする。撮像対象からの超音波のエコーを受信開口により受信する。連続して送信された超音波の照射領域が重なる範囲に撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得る。得られた２つの受信信号を復号処理し、撮像点についての復号後受信信号を得る。
2017022540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループと、１以上の受信開口とを有する超音波探触子と、
前記複数の送信開口グループごとに順番に、前記送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波のエコーを受信した前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信部とを有し、
前記送信部は、連続して送信を行う少なくとも２組の前記送信開口グループの前記超音波の前記撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させ、
前記受信部は、連続して送信された超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの前記受信信号を復号処理し、前記撮像点についての復号後受信信号を得ることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信部は、前記復号処理の際に、前記連続して送信された超音波により前記同一の撮像点についてそれぞれ得た受信信号を、その超音波を送信した前記送信開口グループの前記送信開口から前記撮像点を経て前記受信開口に至る間の超音波の伝搬時間の差に基づいてより高いコヒーレント性を持つ信号に変換する伝搬時間調整部を備え、前記高いコヒーレント性を持つ信号に変換された２つの受信信号を用いて復号処理することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記伝搬時間調整部は、前記連続して送信された超音波により前記同一の撮像点についてそれぞれ得た受信信号の受信時刻から、前記伝搬時間を差し引くことにより、前記高いコヒーレント性を持つ信号に変換することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記超音波探触子は、配列された複数の前記受信開口を含み、
前記受信部は、前記撮像点からの前記エコーの信号を得るために、前記エコーを受信した前記複数の受信開口の出力を前記撮像点と前記超音波素子との超音波伝搬時間に応じて遅延させた後加算することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記連続して送信する超音波の空間符号化に用いる符号としてそれぞれ第一空間符号および第二空間符号を用い、前記第一空間符号および第二空間符号は、それぞれの受信信号間で復号処理が可能な組み合わせであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波撮像装置であって，前記第一空間符号および第二空間符号は、所定の空間符号化行列の異なる行に対応していることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記超音波探触子は、配列された複数の前記送信開口を備え、前記送信部による連続した第１および第２の送信にそれぞれ用いられる前記送信開口グループのうち、前記第１の送信に用いられる前記送信開口グループの前記２以上の送信開口は、前記第２の送信に用いる前記送信開口グループの前記２以上の送信開口とそれぞれ隣り合っていることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信部が前記撮像点について得た復号後受信信号を合成する合成部をさらに有し、
前記送信部は、３組以上の前記送信開口グループから前記撮像対象へ連続して送信される超音波の照射領域が、一部重なるように送信させ、
前記受信部は、連続して送信された前記３組以上の超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された３組以上の超音波ごとにそれぞれ得て、得られた３以上の前記受信信号を２つずつ組み合わせて復号処理することにより、前記同一の撮像点についての２以上の復号後受信信号を得て、
前記合成部は、前記受信部が得た２以上の前記復号後受信信号を合成することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部は、前記２以上の復号後受信信号をそれぞれ重み付けする重み付け部と、前記重み付けされた前記２以上の復号後受信信号を加算する合成部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記送信開口から送信される超音波は、前記撮像対象内の所定の深度で送信焦点を結ぶ送信ビームであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部および受信部の少なくとも一方には、前記送信ビームのサイドローブを低減するためのサイドローブ低減部が備えられていることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信部は、複数の前記受信開口に接続されて前記受信開口の受信信号をそれぞれ格納するチャネルメモリと、前記チャネルメモリから複数の前記受信開口の受信信号を取り込んで遅延後加算する遅延加算部と、前記遅延加算後の受信信号を格納する第二のメモリと、前記第二のメモリから連続した送信によって同一の前記撮像点について得られた２つの遅延加算後受信信号を読み出して復号処理する復号部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の超音波撮像装置であって、前記復号部は、加算器と減算器とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１４】
超音波探触子に設けられた、それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループごとに、順番に、前記送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信ステップと、
前記撮像対象からの前記超音波のエコーを、前記超音波探触子に設けられた受信開口により受信し、前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信ステップとを有し、
前記送信ステップでは、連続して送信を行う少なくとも２組の前記送信開口グループの前記超音波の前記撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させ、
前記受信ステップでは、連続して送信された超音波の前記照射領域が重なる範囲に前記撮像点を設定し、同一の前記撮像点についての前記受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの前記受信信号を復号処理し、前記撮像点についての復号後受信信号を得ることを特徴とする超音波撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置における符号化送受信を使ったSN比およびフレームレートを向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた撮像処理は、超音波を対象物に送信し、対象物で反射したエコーを電気信号として受信し、受信電気信号を使って画像を表示する処理から成る。超音波は、超音波撮像装置に備えられた超音波素子（電気音響変換素子、振動子）に電気信号を入力することで生成される。超音波素子から出射された超音波は、対象物中を進みながら音響インピーダンスの異なる境界で一部反射され、エコーを作る。エコーは、電気音響変換素子で受信され、受信信号が生成される。これにより、対象物の境界面を、対象物の断層画像や３Ｄ画像として表示できる。このような撮像技術は、構造物の非破壊検査や、生体の断層像を低侵襲で撮像する診断装置などとして、広く用いられている。【０００３】
超音波素子は，アレイ状に並べられ、複数のチャネルを構成する。超音波撮像装置は，アレイビームフォーミングによって超音波素子からの超音波により超音波ビームを形成し、対象物に送信する。超音波ビームは、対象物に対して走査しながら送信され、それぞれの送信により生じたエコーはトランデューサで受信される。超音波撮像装置は，各超音波素子の受信信号に対して受信ビームフォーミングを行い、送信した超音波ビームの軸上の領域の画像用データを生成する。超音波ビームを走査しながら得た画像用データを合体（合算）することで、対象物全体の断層画像や３Ｄ画像が生成される。【０００４】
１秒当たりに更新する断層画像の数を示すフレームレートは、１枚の断層画像を生成するために必要な画像用データを短時間でより多く生成することで向上させることができる。また、フレームレートは、１枚の断層画像を更新（生成）するまでに必要な送信事象の数を減らすことでも実現できる。【０００５】
１枚の断層画像を更新するまでに必要な送信事象の数を減らす撮像方法として、空間符号化送受が知られている（特許文献１）。空間符号化送受では、１方向送信、１方向受信ではなく、対象物に複数方向から同時に送信することで、１枚の断層画像を生成するために必要な送信回数を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空間符号化送受方法では、符号化した超音波を同時に多方向から対象物に送信し、エコーを受信した後、受信信号を復号処理することにより、どの方向から送信した超音波による受信信号かを区別して分離する必要がある。例えば、対象物に対して超音波ビームを送信する方向（もしくは位置）がＡ方向とＢ方向である場合、２回の送受信を行う。例えば１回目の送信では、Ａ方向とＢ方向の超音波ビームの送信波形を、それぞれ１と１の符号で符号化し、２回目の送信では、それぞれ１と−１の符号で符号化する。２回の送受信でそれぞれ対象物から生じたエコーを、受信チャネルで受信して得た受信信号は、受信ビームフォーミングする前に、それぞれチャネルデータの状態で保存する。１回目の受信信号と２回目の受信信号を使って復号処理を行うことで、Ａ方向の送信による受信信号と、Ｂ方向の送信による受信信号を分離する。具体的には、１回目の受信信号と２回目の受信信号を同時刻として和算処理することで、Ｂ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ａ方向の送信による受信信号のみを残す。一方、減算処理することで、Ａ方向の送信による受信信号を打ち消し、Ｂ方向の送信による受信信号のみを残す。【０００８】
このとき、復号処理に用いる１回目と２回目の受信信号は、同一部位からのエコーである必要があるため、同一部位に対して送受信を２回行う必要がある。しかしながら、同一部位に対して２回ずつ送信を行った場合には、フレームレートを向上させることができない。一方、フレームレート向上のために、部位を少しずつずらしながら送受信するスキャンを繰り返す構成とし、同一部位に対して前回のスキャンで得た受信信号と、今回のスキャンで得た受信信号とを復号処理することも考えられるが、前回と今回のスキャンの時間間隔が大きい場合，復号した受信信号が得られるまでに要する実質時間が拡大し，リアルタイム性が低下するという問題が生じる。【０００９】
本発明の目的は、リアルタイム性が高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行う超音波撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波撮像装置は、それぞれ２以上の送信開口を含む複数の送信開口グループと、１以上の受信開口とを有する超音波探触子と、複数の送信開口グループごとに順番に、送信開口グループに含まれる前記２以上の送信開口から空間符号化した超音波を同時に撮像対象に対して送信させる送信部と、撮像対象からの前記超音波のエコーを受信した前記受信開口の出力を用いて、前記撮像対象の所望の位置の撮像点についての受信信号を得る受信部とを有する。送信部は、連続して送信を行う少なくとも２組の送信開口グループの超音波の撮像対象への照射領域が、一部重なるように送信させる。受信部は、連続して送信された超音波の照射領域が重なる範囲に撮像点を設定し、同一の撮像点についての受信信号を、連続して送信された２つの超音波ごとにそれぞれ得て、得られた２つの受信信号を復号処理し、撮像点についての復号後受信信号を得る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、画像構築までの実質時間が短縮され，リアルタイム性が高く、高フレームレートな符号化送受信の撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】(a)第一実施形態の送信開口ペアによる送信を示す説明図、（ｂ）第一の実施形態の受信ビームフォーミングを示す説明図、（ｃ）第一実施形態の復号処理を示す説明図。
【図３】第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置の例を示す説明図。
【図４】第一実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。
【図５】第一実施形態の超音波撮像装置の具体的な構成を示すブロック図。
【図６】第一実施形態の超音波探触子における送信開口の配置の例を示す説明図。
【図７】第一実施形態の空間符号化送信に用いる基本波形を示す説明図。
【図８】第一実施形態の受信部の構成例を示すブロック図。
【図９】第一実施形態の受信部のチャネルメモリと遅延加算部の構成例を示すブロック図。
【図１０】第一実施形態の受信部の第二のメモリと復号部の構成例を示すブロック図。
【図１１】（ａ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置と、復号処理と、合成との関係を示す説明図、（ｂ）比較例の送信ごとの送信開口の位置を示す説明図。
【図１２】（ａ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置の別の例を示す説明図、（ｂ）第一実施形態の送信ごとの送信開口の位置のさらに別の例を示す説明図。
【図１３】第一実施形態の送信ごとに得られる撮像点の受信信号と、復号処理とを示す説明図。
【図１４】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。
【図１５】第二実施形態の受信部のチャネルメモリと伝搬時間調整後加算部の構成を示すブロック図。
【図１６】第三実施形態において送信ごとに得られる撮像点の受信信号と、復号処理と、合成処理とを示す説明図。
【図１７】第四実施形態の復号後の遅延加算後信号の重みづけ処理と、合成処理とを示す説明図。
【図１８】第一から第四実施形態において送信可能な送信ビームを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
＜＜第一実施形態＞＞
本発明の第一の実施形態の超音波撮像装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の超音波撮影装置の全体構成を示すブロック図であり、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、送信される超音波と撮像点（受信焦点）の設定範囲等を概念的に示す説明図であり、図３は、送信開口グループの送信順番の例を示す説明図であり、図４は、送受信の動作を示すフローチャートである。
【００１５】
図１に示すように、第一実施形態の超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８と、送信部１０２と、受信部１０５を有している。超音波探触子１０８は、異なる位置に設定された少なくとも２組の送信開口グループ１１０、１１１等と、１以上の受信開口１０９とを有する。送信開口グループ１１０は、例えば２以上の送信開口１１０Ａ、１１０Ｂ等を含む。送信開口グループ１１１は、例えば２以上の送信開口１１１Ａ、１１１Ｂ等を含む。超音波探触子１０８は、電気信号を音波へ、音波を電気信号へと変換する機能を持つ超音波素子（電気音響変換素子、振動子とも呼ばれる）を１次元または２次元の所定の配列で配置した構成である。送信開口１１０Ａ等および受信開口１０９は、１つもしくは複数の超音波素子を含むように設定される。
【００１６】
送信部１０２は、図２（ａ）のように、一つの送信開口グループ（例えば１１０）に含まれる２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ）から同時に空間符号化した超音波を撮像対象１２０に対して送信する（図４のステップ１４０、１４１）。送信のたびに、送信を行う送信開口グループを変更し、複数の送信開口グループ１１０，１１１から順番に送信を行わせる（図３）。このとき、送信部１０２は、連続して送信を行う２組の送信開口グループ（例えば１１０と１１１）の超音波の撮像対象への照射領域３３が、一部重なるように送信させる。なお、図３では、一例として４組の送信開口グループ１１０〜１１３から順に送信を行う例を示しているが、この場合、４組の送信開口グループ１１０〜１１３のうち連続して送信を行う２組の送信開口グループ（１１０と１１１、１１１と１１２、１１２と１１３）の照射領域３３がそれぞれ一部重なるように送信させる。
【００１７】
受信開口１０９内の超音波素子は、送信部１０２による超音波の送信のたびに、送信された超音波の撮像対象１２０からのエコーを受信し、電気信号（受信信号）を出力する（図４のステップ１４２）。受信部１０５は、撮像対象１２０内に連続して送信された超音波の、照射領域３３が重なる範囲に、図２（ｂ）のように１以上の撮像点（受信焦点とも呼ぶ）５２を設定する。受信部１０５は、受信開口１０９の出力を用いて、撮像点５２についての受信信号を得る（ステップ１４３）。２回目以降の送信である場合には、今回の送信で撮像点５２についてステップ１４３で得た受信信号と、前回の送信で同一の撮像点５２についてステップ１４３で得た受信信号とを復号処理し、撮像点５２についての復号後受信信号を得る（ステップ１４４、１４６）。
【００１８】
複数の送信開口グループ１１０，１１１等の数が、３以上ある場合には、順番に各送信開口グループから送信し、所望の撮像点について受信信号を得ることにより、送信のたびに、その前の送信において同一の撮像点について得た受信信号との間で復号処理する（ステップ１４７，１４５）。これにより、送信のたびに、復号後受信信号を得ることができる。
【００１９】
このように、本実施形態では、ｎ−１回目とｎ回目の送信事象によって連続して送信される超音波の照射領域３３（例えば、図２（ａ）の３３−(n-1)Ａ，(n-1)Ｂと３３−ｎＡ、ｎＢ）が重なるようにし、この重なる領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢに設定した１以上の撮像点５２について受信信号を得る（図２（ｃ））。ただし、領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢのｎは、ｎ回目の送信とその前のｎ−１回目の送信の照射領域がなる領域であることを示す。アルファベットのＡは、Ａ側の開口による照射領域であり、アルファベットのＢは、Ｂ側の開口による照射領域であることを示す。これにより、送信のたびに撮像点５２について得た受信信号と、その前の送信で得た撮像点５２について得た受信信号とを復号処理して復号後受信信号を得ることができる。よって、符号化送受信でありながら、送信のたびに、１以上の撮像点５２の復号後受信信号が得られ、撮像点５２の集合である画像の構築を行うことができる。よって、送信から画像構築までの実質時間を短縮することができ、リアルタイム性を高めた高フレームレート撮像を行うことができる。
【００２０】
なお、送信間で超音波の照射領域３３が重なる領域が、撮像点５２を設定して復号後受信信号を生成可能な領域となるため、送信間で照射領域３３が重なる領域が大きくなるように設定することが、フレームレート向上の観点から望ましい。そのため、例えば、Ａ側の送信開口の照射領域３３同士、および、Ｂ側の送信開口の照射領域３３同士がそれぞれ送信間で重なるように設定することが望ましい。具体的には、図２（ａ）のように、ｎ−１回目の送信を行う送信開口グループ１１０の送信開口１１０Ａの照射領域３３−(n-1)Ａと、ｎ回目の送信を行う送信開口グループ１１１の送信開口１１１Ａの照射領域３３−ｎＡとが一部が重なり、送信開口１１０Ｂの照射領域３３−(n-1)Ｂと、送信開口１１１Ｂの照射領域３３−nＢとが一部重なるように設定することが望ましい。なお、送信開口グループ１１０等の２以上の送信開口（１１０Ａ，１１０Ｂ等）から送信される超音波は、撮像対象１２０の同一点に向かって送信されてもよいし、それぞれ異なる方向に向かって送信されてもよい。送信される超音波は、撮像対象１２０内で送信焦点をもつフォーカス送信であってもよいし，撮像対象１２０内には送信焦点を持たないデフォーカス送信であってもよい。
【００２１】
また、送信される超音波の空間符号化は、連続して２回送信される超音波のそれぞれの受信信号を用いて復号処理を行うことができるように、送信する超音波の空間符号化に用いる符号を設定する（図３参照）。空間符号化および復号処理については、後で詳しく説明する。
【００２２】
なお、受信開口１０９が、複数の超音波素子を含む場合には、例えば送信開口１１１Ａから撮像点５２に到達した超音波がエコーとなって受信開口１０９内の複数の超音波素子に到達し受信される。この場合、受信開口１０９内の各超音波素子の出力信号を、エコーが撮像点５２からその超音波素子に到達する時間に応じて遅延させた後加算することにより、撮像点５２からのエコーの受信信号（遅延後加算信号）を得ることができる。
【００２３】
一方、受信開口１０９が一つの超音波素子からなる場合には、その超音波素子の連続した出力から、送信開口１１１Ａから送信されて撮像点５２に到達した超音波がエコーとなって受信開口１０９の超音波素子に到達する時間帯の信号を、抽出することにより、撮像点５２からのエコーの受信信号を得ることができる。
【００２４】
本実施形態の超音波撮像装置は、異なる送信開口グループから連続して送信した２回の送信事象によりそれぞれ得た受信信号に基づいて、復号処理を行う。これにより、図３に示すように、送信事象を繰り返すたびに、復号後受信信号を得ることができる。よって、復号処理に必要な受信信号を得るまでに必要な２回の送信事象の間隔が短くなるため、リアルタイム性が高く、かつ、高フレームレートの撮影が可能になる。
【００２５】
なお、ここでは２つの空間符号化された受信信号から復号処理を行う構成について説明したが、３以上の空間符号化された受信信号から復号処理を行う構成にすることももちろん可能である。その場合には、３回以上の送信を連続して行って、得られた３つ以上の受信信号から復号処理を行う。以降、送信のたびに得られる受信信号と、その前２回以上の送信でそれぞれ得られた受信信号の計３つ以上の受信信号を用いて、復号処理を行うことにより、送信のたびに、復号後受信信号が得られ、リアルタイム性および高フレームレート化の効果を得られる。
【００２６】
以下、第一実施形態の超音波撮像装置について具体的に説明する。
【００２７】
＜装置の具体的構成＞
第一実施形態の超音波撮像装置１００の全体構成について詳しく説明する。
【００２８】
図５は、本実施形態の超音波撮像装置１００の具体例の概略構成を示すブロック図である。図５において、図１と同じ構成は、同じ符号を付している。超音波撮像装置１００は、超音波探触子１０８、送信部１０２および受信部１０５の他に、データ合成部２５と、制御部１０６と、ユーザインタフェース（ＵＩ）１２１と、送受切替部１０１と、画像処理部１０７と、表示部１２２とを備えている。ＵＩ１２１は、ユーザからの指示、各種パラメータの入力等を受け付けるインタフェースである。制御部１０６は、全体の動作を制御する。
【００２９】
（＊超音波探触子）
超音波探触子１０８は、超音波の送受面に、１次元または２次元に配列された複数の超音波素子を備えている。超音波探触子１０８の外形は、超音波送受面を撮像対象１２０に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられている。
【００３０】
配列された複数の超音波素子は、図６のように、予め定められた複数（Ｐ個）のチャネル１０９１・・・１０９Ｐに仮想的もしくは物理的に分割されている。各チャネル１０９１〜１０９Ｐは、１つもしくは複数の超音波素子によって構成されている。送信時に設定される送信開口１１０Ａ等は、一つの超音波素子のみを用いてもよいし、チャネル１０９１等と同じ大きさであってもよいし、複数のチャネル１０９１等の集合を一つの送信開口１１０Ａ等として用いてもよい。
【００３１】
以下の説明では、隣り合う複数（図６では、４個）のチャネルの集合を一つの送信開口（例えば１１０Ａ）として用いる例について説明する。また、一つの送信開口ペア（例えば１１０）を構成する２つの送信開口１１０Ａと送信開口１１０Ｂは、ここでは所定の距離だけ超音波探触子１０８上で離れている例について以下説明する。ただし、送信開口１１０Ａと送信開口１１０Ｂとが一部重なるように設定することも可能である。
【００３２】
超音波探触子１０８には、複数組の送信開口ペア１１０、１１１、１１２，１１３がそれぞれ異なる位置に設定されている。
【００３３】
また、以下の説明では、チャネル１０９１〜１０９Ｐの一つ一つを、受信開口１０９として用いる。なお、２以上のチャネル１０９１等の集合を一つの受信開口１０９として用いることも可能である。
【００３４】
（＊送信部）
送信部１０２は、制御部１０６からの指示に従って、超音波探触子１０８の予め定めた送信開口ペア（例えば１１０）を選択し、選択した送信開口ペア１１０の送信開口１１０Ａ,１１０Ｂに送信させる送信信号を生成する。具体的には、波形種類、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂごとに超音波素子に設定する遅延時間、振幅変調、重み付け等を決定し、それに応じた送信信号を生成する。本実施形態では、送信信号を空間符号化する。
【００３５】
空間符号化は，空間的に符号化された送信事象を使用する撮像手法である。所定の行列を用いて符号化した送信信号（超音波）を、複数の送信開口から同時に送信する。複数の送信開口からの同時送信により生じたエコーには、複数の送信開口から同時に送信された超音波によりそれぞれ生じたエコーが重なり合って含まれるが、これらのエコーを受信した受信信号を、符号化に用いた行列の逆行列を用いて復号することにより、複数の送信開口からそれぞれ送信されたエコーの受信信号を分離することができる。
【００３６】
例えば，式（１）に示す2行2列のHadamard行列を符号化行列として用いることができる。
【数１】
2017022540.tif 000003
Hadamard行列を用いることにより、空間符号化された送信信号の生成や受信信号の復号の演算を容易に行うことができる。例えば、１回目の送信事象では、送信開口ペア１１０の２つの送信開口１１０Ａ，１１０Ｂを使って空間符号化送信を行い、２回目の送信事象では、送信開口ペア１１１の送信開口１１１Ａ、１１１Ｂを使って空間符号化送信を行う場合、１回目の送信事象では，式（１）の行列の１行目の行ベクトル[１  １]を使って、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。２回目の送信事象では，２行目の行ベクトル[１  −１]を使って、送信開口１１１Ａ，１１１Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する。このとき、１回目及び２回目の送信ともに、Hadamard行列の1列目の列ベクトルの符号により符号化された送信波形が，送信開口ペアのうちの所定の一方の側（例えば、Ａ側の送信開口１１０Ａ，１１１Ａ）から送信され、２列目の列ベクトルの符号により符号化された送信波形が、所定の他方の側（例えば、Ｂ側の送信開口１１０Ｂ，１１１Ｂ）から送信されることが望ましい。したがって、１行目の行ベクトル[１  １]を使って、送信開口１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する際には、送信開口１１０Ａから送信する送信波形を符号１により符号化し、送信開口１１０Ｂが送信する送信波形を符号１により符号化することが望ましい。また、２行目の行ベクトル[１  −１]を使って、送信開口１１１Ａ，１１１Ｂがそれぞれ送信する送信波形を符号化する際には、送信開口１１０Ａから送信する送信波形を符号１により符号化し、送信開口１１０Ｂが送信する送信波形を符号−１により符号化することが望ましい。なお、本実施形態では１行目の行ベクトルによる符号化を第１空間符号化と呼び，２行目の行ベクトルによる符号化を第２空間符号化とも呼ぶ。
【００３７】
符号１と符号−１による符号化は、送信波形の位相により実現できる。例えば、図７のように送信波形の位相を反転させた波形を用い、図７の波形７１を基準波形、すなわち符号１で符号化された送信波形として用い、反転波形である波形７１を符号−１で符号化された送信波形として用いることができる。
【００３８】
よって、１回目の送信事象では、行ベクトル[１  １]（第1空間符号化）で符号化された送信波形の超音波，すなわち波形７１の超音波を送信開口１１０Ａ，１１０Ｂから同時に送信する。２回目の送信事象では、行ベクトル[１  −１]で符号化された送信波形の超音波、例えば図７の波形７１の超音波を送信開口１１１Ａから、波形７２の超音波が送信開口１１１Ｂから同時に送信する。
【００３９】
これを実現するために、送信部１０２は、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂを構成するチャネルの超音波素子に、符号化した送信波形の送信信号を、それぞれ受け渡し、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂから、Hadamard行列で空間符号化した超音波を同時に送信させる（図４のステップ１４１）。この動作を、複数の送信開口ペア１１０〜１１３等のすべてに順番に実行させる（ステップ１４０、１４１、１４５、１４７）。
【００４０】
送信部１０２は、複数の送信開口ペア１１０〜１１３等に順番に超音波を送信させる際に、図３に示すように、Hadamard行列の１行目と２行目の行ベクトル（第１空間符号化ベクトルと第２空間符号化ベクトル）を交互に用いる。これにより２回目以降の送信では、その送信で得た受信信号と、直前の送信で得た受信信号とを組み合わせてHadamard行列による空間符号化信号を復号することができるため、送信のたびに復号化受信信号を得ることが可能になる（ステップ１４４、１４６）。
【００４１】
送信する超音波は、フォーカス送信させてもよいし，デフォーカス送信させてもよい。フォーカス送信の場合，送信開口ペア１１０〜１１３ごとの送信焦点は、異なっていても構わない。
【００４２】
（＊受信部  遅延加算処理）
送信開口ペア１１０〜１１３等から撮像対象１２０に超音波が送信されると、撮像対象１２０ではエコーが生じる。超音波探触子１０８の受信開口（チャネル）１０９は、超音波が送信されるたびに生じたエコーを受信する（図４のステップ１４２）。本実施形態では、超音波探触子１０８のすべてのチャネル１０９１・・・１０９Ｐを受信に用いる例について以下説明するが、予め定められた受信開口（アクティブチャネル）内のチャネルのみを用いてもよい。
【００４３】
受信部１０５は、図８に示すように、チャネルメモリ４０と、遅延加算部２１と、第二のメモリ４２と，Hadamard行列による空間符号化された信号を復号する復号部４１とを備えている。
【００４４】
図９に示すように、チャネルメモリ４０にはそれぞれ、送信開口ペア１１０〜１１３等からの送信１回で得られる受信信号を記憶するための記憶領域４０−１等が，少なくとも１つ備えられている。図９の例では、チャネルメモリ４０に２つの記憶領域４０−１，４０−２がそれぞれ配置され、記憶領域４０−１には、奇数回目の送信（ｎ＝１、３，５・・）で得られた受信信号が格納される。記憶領域４０−２には、偶数回目の送信（ｎ＝２，４，６・・・）で得られた受信信号が格納される。受信信号を記憶領域４０−１、４０−２に格納する際に、以前に格納された受信信号がある場合には、それを消去して今回得られた受信信号を格納してかまわない。これにより、常に直近２回の送信事象で得られた受信信号がチャネルメモリ４０の記憶領域４０−１，４０−２に格納される。
【００４５】
制御部１０６は、ｎ回目の送信事象によって生じたエコーを受信したチャネル１０９１〜１０９Ｐがそれぞれ出力する受信信号R1n〜RＰn（図８参照、ただし、R1n〜RＰnの下付き数字およびアルファベットは、チャネルの番号を示し、nは、ｎ回目の送信事象で得た受信信号であることを示す)を、それぞれ対応するチャネルメモリ４０の記憶領域４０−１に格納させる。なお、チャネルメモリ４０を超音波探触子１０８全体に対して一つ配置し、一つのチャネルメモリ４０内に全てのチャネル１０９１〜１０９Ｐの数に対応する数の記憶領域を設けた構成にすることも可能である。
【００４６】
遅延加算部２１は、送信開口１１０Ａのエコーを受信した複数の超音波素子の出力する受信信号を、所定の遅延量だけ遅延させた後、合算処理することにより、所定の撮像点５２に焦点を結ばせる（受信ビームフォーミング）。そのため、遅延加算部２１は、図９のように、遅延量選択部２２と、遅延量適用部２３と、加算部２４とを備えている。また、受信部１０５には、遅延データ格納部１２４が備えられている。遅延データ格納部１２４には、送信開口１１０Ａ、１１０Ｂ等から照射された超音波を受信した受信開口（チャネル）１０９１〜１０９Ｐの超音波素子の受信信号を、所定の撮像点５２に受信焦点を結ばせるための遅延量データが、複数の撮像点５２についてそれぞれ予め格納されている。本実施形態では、ｎ回目の送信を行う送信開口（例えば１１１Ａ，１１１Ｂ）のそれぞれの超音波の照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢ内に撮像点５２をそれぞれ設定する。各照射領域３５−ｎＡ，ｎＢには、２つの送信開口１１１Ａ，１１１Ｂから超音波が到来するが、本実施形態では、近い方の送信開口（例えば照射領域３５−ｎＡの場合は送信開口１１１Ａ、照射領域３５−ｎＢの場合は送信開口１１１Ｂ）から送信された超音波のエコーの受信信号を撮像点５２に焦点を結ばせるための、遅延量が格納されている。
【００４７】
制御部１０６は，送信開口（例えば１１１Ａ，１１１Ｂ）のそれぞれの超音波の照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢ内に、１以上の受信走査線２４１を図２（ｂ）のように設定し、受信走査線２４１上に所定の間隔で撮像点５２を複数設定する。このとき制御部１０６は、前回（ｎ−１）回の照射領域３５−(n-1)Ａ，３５−(n-1)Ｂと今回（ｎ回）の照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢ内とが重なる範囲１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢにおいては、前回の走査線２４１および撮像点５２と、今回の走査線２４１および撮像点５２が重なるよう設定する。制御部１０６は，遅延量選択部２２に指示し、超音波の照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢ内に設定した撮像点５２にそれぞれ受信焦点を結ばせるための遅延量を，遅延量データ格納部１２４の中から選択させる。そして，制御部１０６は，遅延量適用部２３に指示し、チャネルメモリ４０の記憶領域４０−１に格納されている各チャネル１０９１〜１０９Ｐの受信信号をそれぞれ読み出させ，遅延量選択部２２が選択した遅延量だけ遅延させる。そして，制御部１０６は、遅延量を適用した各チャネル１０９１〜１０９Ｐの受信信号を，加算部２４にチャネル方向に和算させる。これにより、撮像点５２について受信焦点を結ばせた遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBが得られる（図４のステップ１４３、および図８参照））。ただし、受信信号RnAまたはRnBのnは、ｎ番目の送信開口ペア、たとえばｎ＝１の場合は、送信開口ペア１１０による送信で得た受信信号であることを示し，アルファベットAはＡ側の送信開口１１１Ａの照射領域３５−ｎＡの撮像点５２についての遅延加算後の受信信号であることを示し、アルファベットBは、Ｂ側の送信開口１１１Ｂの照射領域３５−ｎＢの撮像点５２についての遅延加算後の受信信号であることを示す。
【００４８】
制御部１０６は、上述のように撮像点５２について遅延加算後の受信信号を得る処理を、１回の送信事象ごとに照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢに設定したすべての撮像点５２について行って、撮像点５２ごとに遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを得る。制御部１０６は、すべての撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを第二のメモリ４２に格納する。その後、制御部１０６は、次の送信で得られた受信信号をもう一つの記憶領域４０−２から読み出して、すべての撮像点５２についての遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを求めるように、遅延加算部２１に指示して、上記処理を繰り返させる。
【００４９】
第二のメモリ４２には、図１０のように，遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを格納するための、記憶領域４２−１、４２−２が備えられている。記憶領域４２−１には、奇数回目の送信で得た受信信号の、すべての撮像点５２についての遅延加算後受信信号RnAおよびRnBが格納される。記憶領域４２−２には、偶数回目の送信で得た受信信号の、すべての撮像点５２についての遅延加算後受信信号RnAおよびRnBが格納される。遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを記憶領域４２−１または４２−２に格納する際に、以前に格納した遅延加算後の受信信号がある場合には、それを消去して今回得られた遅延加算後の受信信号を格納する。これにより、常に直近２回の送信事象で得られた遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBが第二のメモリ４２の記憶領域４２−１および４２−２に格納される。
【００５０】
本実施形態では、図３に示したように、送信のたびに、異なる送信開口ペアを用いるため、記憶領域４２−１に格納されている遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBと、記憶領域４２−１に格納されている遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBとは、異なる送信開口を用いて連続して送信された超音波によって発生した受信信号である。このとき、本実施形態では、連続して送信される超音波の照射領域（例えば３５−(n-1)Ａ、(n-1)Ｂと、３５−ｎＡ、ｎＢ）が重なり合うように設定しているため、両者の撮像点５２も一部重なり合っている。よって、異なる送信で重なり合う撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを用いて以下のように復号処理を行うことができる。
（＊受信部  復号処理）
２回の送信事象によってそれぞれ同一の撮像点５２について得た受信信号をy1、y2で表すと、一方の送信開口（例えば１１１Ａ）からの超音波で生じたエコーの受信信号をx1、他方の送信開口（例えば１１１Ｂ）からの超音波で生じたエコーの受信信号x2は、行列Rx＝[y1  y2]tを用いて、式（２）の復号演算で求めることができる。ただし、Ｈ−１は、式（１）のHadamard行列Ｈの逆行列である。
【数２】
2017022540.tif 000004
なお、ここでは逆行列のスケーリングは無視した。
【００５１】
式（２）より，２回の送信事象で受信した受信信号y1およびy2を同時刻で加算すると，受信信号x1を抽出することができることがわかる。一方，減算すると，受信信号x2を抽出することができる。この演算過程が復号処理となる。
【００５２】
受信部１０５の復号部４１は、図１０のように，Hadamard行列による空間符号を復号するために、加算器１４と減算器１５とを備える構成である。また、復号部４１は、第二のメモリ４２から遅延加算後の受信データを加算器１４および減算器１５に受け渡すための受け渡し部１６と、受け渡し部１６からデータを受け取って加算または減算させるべきをデータを選択して加算器１４と減算器１５にそれぞれ受け渡す受け取り部１７−１，１７−２，１７−３，１７−４を備えている。
【００５３】
第二のメモリ４２の記憶領域４２−１または４２−２に、今回（ｎ回目）の送信事象で得た各撮像点５２の遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBが格納されたならば、制御部１０６の制御下で、復号部４１は、第二のメモリ４２から記憶領域４２−１および４２−２の一方から、今回（ｎ回目）の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnA、RnAを読み出すとともに、記憶領域４２−１および４２−２の他方から、前回（ｎ−１）回目の送信事象で得た各撮像点５２の遅延加算後の受信信号R(n-1)A，R(n-1)Bを読み出し、受け渡し部１６へ入力させる。受け渡し部１６は，制御部１０６の制御下で、ｎ回目の送信事象の超音波の照射領域（例えば３５−ｎＡ，３５−ｎＢ）と（ｎ−１）回目の送信事象の超音波の照射領域（例えば３５−(n-1)Ａ，３５−(n-1)Ｂ）とが重なり合う領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢ（図２（ｃ）参照）内に含まれるすべて撮像点５２を選択する。そして、領域１３５−ｎＡ内の撮像点５２について、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnAを受け取り部１７−１に受け渡す。領域１３５−ｎＡ内の同一の撮像点５２について、（ｎ−１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Aを受け取り部１７−２に受け渡す。また、領域１３５−ｎＢ内の撮像点５２について、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnBを受け取り部１７−３に受け渡す。領域１３５−ｎＢ内の同一の撮像点５２について、（ｎ−１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Bを受け取り部１７−４に受け渡す。
【００５４】
本実施形態では、送信事象のたびに、第一空間符号化送信と第二空間符号化送信とを交互に繰り返しているため、ｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnA、RnBと、（ｎ−１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)A、R(n-1)Bとは、一方が、式（２）における第一空間符号化送信で得た信号ｙ１であり、他方が、第二空間符号化送信で得た信号ｙ２である。よって、加算器１４で両者を加算することにより、式（２）により空間符号化を復号し、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａ，１１１Ａ）からの超音波で生じたエコーの受信信号を抽出することができる。また、減算器で両者を減算することにより、式（２）により空間符号化を復号し、Ｂ側の送信開口（例えば１１０Ｂ，１１１Ｂ）からの超音波で生じたエコーの受信信号を抽出することができる。
【００５５】
すなわち、受け取り部１７−１および１７−２は、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａおよび１１１Ａ）の照射領域が重なり合う領域１３５−ｎＡの撮像点５２についてのｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnAと、同一の撮像点５２について（ｎ−１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Aとを加算器１４にそれぞれ受け渡す。これにより，共通の撮像点５２について、Ａ側の送信開口（例えば１１０Ａおよび１１１Ａ）からの送信によって得られた遅延加算後の受信信号を抽出した復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nAが得られる。H(n-1)nAのHは、復号後の信号であることを示し，(ｎ-1)ｎは、(n-1)番目の送信による受信信号と，ｎ番目の送信による受信信号を復号処理した復号後信号であることを示し，アルファベットAは、Ａ側の送信開口（例えば、１１０Ａ，１１１Ａ）の重畳領域１３５−ｎＡの撮像点５２の受信信号であることを示す。
【００５６】
同様に受け取り部１７−３および１７−４は、Ｂ側の送信開口（例えば１１０Ｂおよび１１１Ｂ）の照射領域が重なり合う領域１３５−ｎＢの撮像点５２についてのｎ回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号RnBと、同一の撮像点５２について（ｎ−１）回目の送信事象で得た遅延加算後の受信信号R(n-1)Bとを減算器１５にそれぞれ受け渡す。これにより，共通の撮像点５２について、B側の送信開口（例えば１１０Bおよび１１１B）からの送信によって得られた遅延加算後の受信信号を抽出した復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nBが得られる。
【００５７】
これを（ｎ−１）回目の送信とｎ回目の送信とで超音波の照射領域の重なり合う領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢに含まれるすべての撮像点５２について行うことにより、各撮像点５２において復号が完了する（図４のステップ１４６）。それぞれの復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBは、データ合成部２５へ送られる。
【００５８】
データ合成部２５は、制御部１０６の制御下で、ｎ回目の送信により復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBを画像処理部１０７に受け渡す。領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢが操作者が所望する撮像領域の全てを含む場合には、領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢの全ての撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBを、データ合成部２５は画像処理部１０７に受け渡す。画像処理部１０７は、各撮像点５２の復号後の遅延加算後受信信号H(n-1)nA、H(n-1)nBから撮像領域の各画素値を生成し、画像を生成する。
【００５９】
一方、データ合成部２５は、ｎ回目の送信で復号後遅延加算後受信信号を得た領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢが、図１１（ａ）のように操作者が所望する撮像領域２３５の一部である場合には、制御部１０６の制御下で（ｎ＋１）回目以降の所定回数の送信事象を繰り返し、送信事象のたびに領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢについて得られた復号後の遅延加算後受信信号を合成する。これにより、撮像領域２３５のすべての撮像点５２について復号後の遅延加算後受信信号を得る。本実施形態では送信事象のたびに、超音波探触子１０８の異なる位置の送信開口ペア（１１０〜１１３等）を用いるため、送信事象の復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５−ｎA,１３５−ｎBの位置が送信事象ごとにずれる。よって、複数の送信事象で得られた復号後の遅延加算後受信信号をデータ合成部２５において合成（加算）することにより、撮像領域２３５のすべての撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号を得ることができる。加算の際に、同一の撮像点５２について複数の復号後の遅延加算後受信信号が得られている場合には加算することで、画像の精度を向上させることができる。データ合成部２５は、合成後の遅延加算後受信信号を画像処理部１０７に受け渡す。画像処理部１０７は、受け取った合成後の遅延加算後受信信号から撮像領域の画像を生成する。
【００６０】
図１１（ａ）から明らかなように、本実施形態では、空間符号化送受信によって、ｎ回目の送信と（ｎ−１）回目の送信でそれぞれ得られた受信信号について復号処理を行うため、２回目の送信以降については、送信のたびに、２つの領域１３５−ｎＡ，１３５−ｎＢについて復号後の遅延加算後受信信号が得られる。よって、比較例として、図１１（ｂ）に示した空間符号化を行わない送受信と比較して、約１／２の送信回数で画像を生成することができ、高速撮像が可能である。また、本実施形態では、比較例と同じ回数の送受信を行った場合には、ほぼ２倍の遅延加算後受信信号が得られるため、情報量の高密度化により高精度の画像を生成することができる。
【００６１】
なお、各送信において用いる送信開口ペア１１０等の２つの送信開口は、図１１（ａ）の例では、超音波探触子１０８のチャネルを２つの領域に分け、各送信開口ペアのＡ側の送信開口（１１０Ａ，１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ等）が超音波探触子１０８の片側半分に、Ｂ側の送信開口（１１０Ｂ，１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ等）が、超音波探触子１０８のもう片側半分に位置するように設定され、かつ、送信開口ペアの２つの送信開口の間隔は、常に超音波探触子１０８の全体長さの約半分に設定されている。ただし、本実施形態はこのような送信開口ペアの配置に限定されるものではない。例えば、図１２（ａ）のように、送信事象のたびに、送信開口の間隔が変化してもよい。また、図１２（ｂ）のように、送信開口の間隔は、一定であるが、超音波探触子１０８の全体長さの半分よりも小さくてもよい。
【００６２】
＜第二実施形態＞
本発明の第二の実施形態について説明する。第一実施形態では、図４のステップ１４３において、ｎ回目の送信において所定の撮像点５２について遅延加算後受信信号を求め、この信号と、（ｎ−１）回目の送信において同一の撮像点５２について求めた遅延加算後受信信号とを、ステップ１４６において復号部４１において加算器１４で加算、または減算器１５で減算することにより、復号する構成であった。しかしながら、ｎ回目の送信で用いる送信開口ペア（例えば１１１）と、ｎ−１回目の送信で用いる送信開口ペア（例えば１１０）は、超音波探触子１０８における位置が異なるため、送信開口から撮像対象１２０の撮像点５２までの音波伝搬時間（距離）が送信ごとに異なる。これにより、送信から撮像点５２についてのエコー信号を受信するまでの時間が、送信間でずれる撮像領域が存在する。
【００６３】
これを図１３を用いて具体的に説明する。送信開口ペアの送信開口の間隔は、各送信において一定とする。図１３に示したように、撮像点５２について、ｎ−１回目の送信で得た遅延加算後受信信号１８−１に、送信開口１１０Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８−１ａが発生する時刻をｔA１、送信開口１１０Ｂから送信された超音波のエコーに対応する信号１８−１ｂが発生する時刻をｔB１とする。また、同一の撮像点５２について、ｎ回目の送信で得た遅延加算後受信信号１８−２に、送信開口１１１Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８−２ａが発生する時刻をｔA2、送信開口１１１Ｂから送信された超音波のエコーに対応する信号１８−２ｂが発生する時刻をｔB2とする。このとき、送信開口１１０Ａと送信開口１１１Ａの位置が異なることに起因して、信号１８−１ａの発生時刻ｔA１と、信号１８−２ａとの発生時刻ｔA2とは、Δｔaだけ異なる。また、同様に，送信開口１１０Ｂと送信開口１１１Ｂの位置が異なることに起因して、信号１８−１ｂの発生時刻ｔB1、信号１８−２ｂとの発生時刻ｔB2とは、Δｔbだけ異なる。
【００６４】
そのため、このまま、復号部４１において加算器１４で加算した場合、Δｔのずれがない場合と比較して、信号１８−１ａと信号１８−２ａとは完全には強め合わず、信号１８−１ｂと１８−２ｂとは、完全には打消し合わない領域が生じる。このため、送信開口１１０Ａ，１１１Ａから送信された超音波のエコーに対応する信号１８−１ａ，１８−２ａの抽出性能が低下する。
【００６５】
そこで、第二実施形態では、復号処理におけるエコー信号の抽出性能を高めるために，図１４に示すように、ステップ１４３’において撮像点５２についての遅延加算後受信信号を得る際に、ｎ回目と（ｎ−１）回目の送信開口（例えば１１０Ａと１１１Ａ）が異なることにより送信開口と撮像点５２との間の生じる超音波の伝搬時間の差Δｔを調整し、よりコヒーレント性の高い信号に変換されたと遅延加算後受信信号を得る。そして、ｎ回目と（ｎ−１）回目の送信でそれぞれ得たコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号を用いて、復号処理を行う（ステップ１４６）。これにより、復号部４１において加算器１４で加算した際に、Δｔのずれがある場合よりも、信号１８−１ａと信号１８−２ａとを精度よく強め合わせることができるとともに、信号１８−１ｂと１８−２ｂとをより精度よく打消し合わせ、不要信号である信号１８−１ｂ、１８−２ｂの振幅のより小さい復号化後受信信号を得ることができる。これにより、ノイズを低減し、画像の精度を向上させることができる。
【００６６】
具体的には、第二実施形態では、図１５のように受信部１０５に、遅延加算部２１に代えて、伝搬時間調整後加算部２２１を備える。伝搬時間調整後加算部２２１は、伝搬時間選択部２２２と、伝搬時間調整部２２３と、加算部２２４とを備えている。また、受信部１０５には、伝搬時間データ記憶部３２４が備えられている。伝搬時間データ記憶部３２４には、送信開口から送信された超音波が撮像点５２に到達し、撮像点５２で生じたエコーが受信開口（チャネル）に到達するまでの時間が、複数の送信開口１１０〜１１３等、複数の撮像点５２、および、複数の受信開口（チャネル）１０９１〜１０９Ｐ、の三者の組み合わせにごとに、予め格納されている。
【００６７】
制御部１０６は，ステップ１４３’において、伝搬時間選択部２２２に対して、チャネルメモリ４０の記憶領域４０−１に格納された超音波の送信開口、受信焦点を結ばせるべき撮像点５２の位置を指示し、送信開口から送信された超音波が撮像点５２に到達した後各チャネル１０９１〜１０９Ｐに到達する伝搬時間を、チャネル１０９１〜１０９Ｐごとに伝搬時間データ記憶部３２４から選択させる。そして，制御部１０６は，伝搬時間適用部２２３に指示し、チャネルメモリ４０の記憶領域４０−１に格納されている各チャネル１０９１〜１０９Ｐの受信信号をそれぞれ読み出させ，伝搬時間選択部２２が選択した伝搬時間を差し引かせる。伝搬時間を差し引いた受信信号を加算部２２４で加算することにより、遅延加算後受信信号RnAまたはRnBを得ることができる。この遅延加算後受信信号は、送信間で送信開口が異なっても、超音波の伝搬時間を受信信号から差し引くことにより調整しているため、送信間でよりコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号が得られる。
【００６８】
制御部１０６は、１回の送信事象ごとに照射領域３５−ｎＡ，３５−ｎＢに設定したすべての撮像点５２について同様に遅延加算後の受信信号RnAまたはRnBを伝搬時間調整後加算部２２１に算出させ、第二のメモリ４２に格納させる。その後、制御部１０６は、次の送信で得られた受信信号をもう一つの記憶領域４０−２から読み出して、すべての撮像点５２についての遅延加算後の受信信号RnAおよびRnBを求めるように、伝搬時間調整後加算部２２１に指示して、上記処理を繰り返させる。復号部４１は、第二のメモリ４２に格納された、ｎ回目と（ｎ−１）回目の送信でそれぞれ得たコヒーレント性の高い遅延加算後受信信号を用いて、復号処理を行う（ステップ１４６）。これにより、復号処理におけるエコー信号の抽出性能を高めることができる。
【００６９】
他の構成は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７０】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の超音波撮像装置は，第一および第二実施形態の復号処理において打ち消し残った不要信号を抑圧することにより，更に高画質な画像データを得ることのできる構成である。
【００７１】
第一実施形態では図１１（ａ）を用いて説明したように、データ合成部２５は、２回目以降の送信ごとに領域１３５−ｎＡ、１３５−ｎＢについて得られた復号後の遅延加算後受信信号を送信間で加算して画像処理部１０７に受け渡すことにより、所望の撮像領域２３５の画像を生成する構成であった。第三実施形態では、ｎ回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５−ｎＡ、１３５−ｎＢが、ｎ−１回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５−(n-1)Ａ、１３５−(n-1)Ｂまたはｎ＋１回目の送信後に復号後の遅延加算後受信信号が得られる領域１３５−(n+1)Ａ、１３５−(n＋1)Ｂに対して一部が重なり合うように設定する。これにより、同一の撮像点５２について、復号後の遅延加算後受信信号が２以上得られるため、データ合成部２５によってこれらを加算することができる。よって、復号時の打消し残りの不要信号を抑制することができる。
【００７２】
本実施形態を図２、図３、図１６を使ってさらに説明する。本実施形態では、図３に示したように、第一実施形態と同様に，複数の送信開口グループ１１０、１１１，１１２等を用いて，空間符号化した超音波を順次送信して受信信号を受信する。このとき、連続する送信で用いる空間符号は、これらの送信の受信信号同士で復号ができるように、例えば、Hadamard符号の第一空間符号と第二空間符号とを送信間で交互に用いる。これにより、図２（ｃ）のように、２回目の送信以降は、送信のたびに、その送信（ｎ回目）の送信領域３５−ｎＡ、３５−ｎＢとその前の送信（ｎ−１回目）の送信領域３５−（ｎ−１）Ａ、３５−（ｎ−１）Ｂとが重なり合う領域１３５−ｎＡ、１３５−ｎＢについて復号後の遅延加算後受信信号が得られる。本実施形態では、この領域１３５−ｎＡ、１３５−ｎＢが、連続する送信間で重なるように、送信開口グループ１１０、１１１、１１２等の照射領域を設定する。具体的には、ｎ−１回目の送信開口の照射領域３５−(n-1)Ａ、３５−(n-1)Ｂと、ｎ回目の送信開口の照射領域３５−ｎＡ、３５−ｎＢと、ｎ＋１回目の送信開口の照射領域３５−(n+1)Ａ、３５−(n+1)Ｂの３つが重なる領域が形成されるように、それぞれの照射領域を設定する。
【００７３】
ｎ−１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目の照射領域が重畳する領域の焦点５２について、それぞれの送信後に得られる遅延加算後受信信号は、図１６の信号１８−１，信号１８−２，信号１８−３のようになる。これらの信号には、復号処理により抽出すべき信号（例えばＡ側の送信開口の超音波のエコーによる信号１８−１ａ，１８−２ａ、１８−３ａ）と、復号処理により打消し合わせるべき信号（例えばＢ側の送信開口の超音波の混入エコーによる信号１８−１ｂ，１８−２ｂ、１８−３ｂ）とが含まれている。復号部４１は、図１６のように、信号１８−１と信号１８−２とを加算（または減算），信号１８−２と信号１８−３とを加算（または減算）することにより、抽出すべき信号１８−１ａ、１８−２ａ、１８−３ａを強め合わせ、混入エコーによる信号１８−１ｂ，１８−２ｂ、１８−３ｂを打ち消しあわせ、復号後の遅延加算後受信信号１９−１，１９−２をそれぞれ得る。復号後の遅延加算後受信信号１９−１，１９−２には、抽出すべき信号１９−１ａ、１９−２ａの他に、打消し残りの混入エコーによる不要信号１９−１ｂ、１９−２ｂが残存する。
【００７４】
このとき、図３のように、送信ごとに第一空間符号と第二空間符号とを交互に用いているため、混入エコーによる信号１８−１ｂ，１８−２ｂ、１８−３ｂの波形は、交互に反転している。また，送信事象が連続する送信開口グループ同士の位置関係は、隣合っているため、混入エコーの出現時刻は送信事象を追うごとにゆるやかに一定方向に移動する。このため，復号部４１による復号後の遅延加算後受信信号１９−１に生じる不要信号１９−１ｂと遅延加算後受信信号１９−２に生じる１９−２ｂは、互いに反転する関係となっている。
【００７５】
そこで、データ合成部２５において、同一の撮像点５２についての復号後の遅延加算後受信信号１９−１と１９−２とを合成（加算）する処理を行うことで不要信号を打ち消し合わせることができ、必要信号をより高感度に抽出することができる。
【００７６】
他の構成は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
＜第四実施形態＞
第四実施形態の超音波撮像装置について説明する。
【００７８】
第四実施形態の装置は、第三実施形態の装置と同様の構成であるが、データ合成部２５が複数の復号後の遅延加算後受信信号１９−１、１９−２等を合成する際に、重み付けしてから加算する点が第三実施形態とは異なっている。これにより、必要信号をより高感度に抽出することができる。
【００７９】
図１７に示すように，データ合成部２５は、合成する複数の復号後の遅延加算後受信信号の重み付けする重み付け部３２−１〜３２−Ｋと、重み付け部３２−１〜３２−Ｋに重み係数を設定する重み設定部２６とを備えている。重み設定部２６は、データ合成部２５が合成を行う複数の復号後の遅延加算後受信信号が得られた送信が行われた時刻を時系列に並べた場合に、時系列の中心時間に近いものほど大きな重みを設定する。合成する復号後の遅延加算後受信信号の数をＫ個とすると、例えばＫ＝３の場合，重み係数は時系列にならべた復号後の遅延加算後受信信号に対して順に[１，２，１]，Ｋ＝４の場合は[１，３，３，１]を設定する。重み付け部３２−１は、設定された重み係数を復号後の遅延加算後受信信号の振幅に掛けあわせて重み付けを行う。データ合成部２５は、重み付け後の信号を加算する。
【００８０】
このように重み付けを行うことにより、データ合成部２５により合成後の、復号後の遅延加算後受信信号は、抽出すべき信号１１９ａの振幅がより強められ、不要信号１１９ｂの振幅がより抑制される。また，抽出すべき信号１１９ａの時間軸方向の広がりが小さくなるため、生成される画像の空間分解能を向上させることができる。
【００８１】
第三および第四実施形態においては、データ合成部２５において合成される復号後の遅延加算後受信信号の数が多いほど，打ち消し残った不要信号を抑圧し，必要信号をより高感度に抽出できる。上述した図１１（ａ）の例では、送信開口が超音波探触子１０８にＫ個ある場合、１回目の送信では同時送信する２つの送信開口のうち一方の送信開口は、超音波探触子１０８の端部の位置：１の位置から，もう一方の送信開口は、超音波探触子１０８の中央の位置：Ｋ／２＋１から送信する。２回目以降の送信事象では、送信開口の間隔は一定として、送信開口の位置を同じ方向に徐々にずらす。これにより、Ｋ／２回の送信事象を行うことによって、超音波の照射領域で撮像領域を順次スキャンすることができる。このとき、隣合う送信開口同士の照射領域ができるだけ大きく重なるように設定することにより、送信開口に近く、感度が高い（振幅が大きい）遅延後加算受信信号同士で復号処理することのできる撮像点５２の領域を大きく設定することができる。また、復号後の遅延加算後受信信号の感度も高くなる。さらに、復号後の遅延加算後受信信号同士をデータ合成部２５で合成処理することにより、合成後の信号の感度も高くなる。したがって，図１１（ａ）のように送信開口を一方向に順次選択して得られたエコー信号をつかって，遅延加算，復号，合成処理することで，各撮像点において感度の高い信号同士の信号処理が可能となり，必要信号をより感度高く抽出できる。また，図１１（ａ）の例では、送信開口位置が一様に移動することで，復号処理で生じる不要信号は時系列に緩やかに発生時間が移動するため，合成時に効率的に抑圧できる。よって、送信事象数を必要最小限に抑えてフレームレートを向上させつつ、データ合成部２５で合成される信号数を最大化することができる。
【００８２】
また、上述の実施形態では、ｎ回目と（ｎ−１）回目の送信開口（例えば１１０Ａと１１１Ａ）が異なることによって生じる不要信号を抑圧することについて説明したが、不要信号を撮像対象が送信間で大きく動く場合にも生じる。上記第二，第三および第四実施形態の構成は，撮像対象が大きく動く場合に生じる不要信号についても同様に抑圧でき、同様な高画質化効果が得られる。
【００８３】
なお、本実施形態は図１１（ａ）に示したように送信開口を選択および移動させる構成に限れるものではなく、上述の図１２（ａ）や（ｂ）に示す構成を用いることも可能である。図１２（ａ）や（ｂ）の構成も同様に復号処理に用いる送信事象同士の送信開口位置を空間的に互いに近くすることができ、送信事象数を必要最小限にしつつ合成回数を最大化し，必要信号をより高感度に抽出することができる。
【００８４】
第一から第四実施形態において、送信開口から送信される超音波は、送信される超音波は、撮像対象１２０内で送信焦点をもつフォーカス送信であってもよいし，撮像対象１２０内には送信焦点を持たないデフォーカス送信であってもよい。フォーカス送信は、送信開口に含まれる複数のチャンネルの送信信号に対して送信焦点とチャンネルとの超音波伝搬時間（距離）に対応した遅延時間を与えることにより、実現できる。これにより、例えば図１８に示したように、撮像領域のある深度に送信焦点１７１を結んだ送信ビームを照射することができる。送信ビームを照射する場合、遅延加算後受信信号を生成するための遅延量は、仮想音源法などの公知の遅延量計算手法に基づいて算出することができる。送信ビームを送信した場合、感度の高い遅延加算後受信信号を生成できる撮像点５２の範囲は、図１８に示したように所定の照射領域３５に限られるが、第一から第四実施形態で説明したように，送信事象同士の送信開口位置を空間的に互いに近くすることにより、送信焦点１７１の近傍においても送信間で照射領域３５−ｎＡ、３５−ｎＢ等が一部重なるように順次超音波を照射することは可能である。よって、照射領域３５が限られた形状の場合であっても、撮像領域の全体に撮像点５２を設定して遅延加算後受信信号を生成でき、復号処理することができる。また、データ合成部２５で得られた遅延加算後受信信号を合成することにより、感度高く必要な信号を抽出できる。
【００８５】
また，上述の送信ビームを用いる場合，遅延加算後受信信号に発生する、他方の送信開口からの混入エコー信号（たとえば図１３の信号１８−１ｂ）を抑制することができる。その理由は、送信ビームを用いることにより、回折波（サイドローブ）を低減させることができるためである。これにより、復号後の遅延加算後受信信号１１９に生じる打ち消し残り信号１１９を、デフォーカス送信の場合よりも低減することができる。なお、サイドローブの低減は、送信部１０２や受信部１０５にサイドローブ低減部を付与することにより実現可能である。サイドローブ低減部は、送信および受信開口にアポダイゼーションを適用する構成や，同時に送信する送信ビームのサイドローブが重ならないような遅延処理を加える構成や，開口幅を小さくする構成を用いることができる。
【００８６】
なお，各実施形態の超音波撮像装置は，図８に示したように、遅延加算部２１の後に復号部４１を配置した構成であり、遅延量適用部２３による遅延処理，加算部２４による加算処理，復号部４１による復号処理の順番で信号が処理される構成であった。しかしながら、本実施形態は、この順序に限定されるものではなく、遅延処理よりも後に加算処理が行われれば、どの時点で復号処理を行ってもよい。例えば，復号処理，遅延処理，加算処理の順番で信号を処理してもよいし、遅延処理，復号処理，加算処理の順番で信号を処理してもよい。
【００８７】
また、空間符号化の方法は，Hadamard行列による空間符号化に限られるものではなく、他の方法を用いることもできる。例えば、直交Golay符号による空間符号化等を用いることができる。
【００８８】
直交したGolay符号による空間符号化は，下式（３）の行列を用いる。
【数３】
2017022540.tif 000005
式（３）において、Ｘ１とＸ２は相補関係のペアとなるGolay符号であり，Ｙ１とＹ２は異なる種類の相補関係のペアとなるGolay符号である。符号Ｙ１、Ｙ２は、Ｘ１とＸ２に対するＹ１とＹ２の相互相関関数の和が、全ての点でゼロとなるような符号である。このような関係を持つGolay符号の組合せを直交したGolay符号と呼ぶ。たとえば，Ｘ１＝[１  １]とＸ２＝[１  −１]，Ｙ１＝[−１  １]とＹ２＝[−１  −１]のGolay符号の組合せがある。この空間符号化を用いた場合，復号処理は、式（４）で表される。
【数４】
2017022540.tif 000006
【００８９】
上記式（４）の演算を復号部４１で行うことにより，Ｇｏｌａｙ符号Ｘを用いた送信方向からのエコーと，Golay符号Ｙを用いた送信方向からのエコーを分離することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１４…加算器、１５…減算器、２１…遅延加算部、２２…遅延量選択部、２３…遅延量適用部、２４…加算部、４０…チャネルメモリ、４０−１，４０−２…記憶部、４１…復号部、４２…第二のメモリ、４２−１，４２−２…記憶領域、５２…撮像点、１００…超音波撮像装置、１０２…送信部、１０５…受信部、１０６…制御部、１０８…超音波探触子、１０９…受信開口（チャネル）、１１０〜１１３…送信開口グループ、１１０Ａ、１１０Ｂ…送信開口、１１１Ａ、１１１Ｂ…送信開口、１２０…撮像対象、１２４…遅延データ格納部、２２１…伝搬時間調整後加算部、２２２…伝搬時間選択部、２２３…伝搬時間調整部、２２４…加算部、２４１…受信走査線、３２４…伝搬時間データ記憶部
【図１】
2017022540.tif 000007
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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