(57)【要約】【課題】超音波によるビーム形成の精度を落とさずに装置のコストを削減した超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波を送受する複数の素子が配列されたヘッド部と、これら複数の素子の中から所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせる送受制御部と、それら所定数の素子それぞれで得られた所定数の第１の受信信号に基づいてヘッド部から被験者の体内に延びる所定の超音波ビームを表す第２の受信信号を生成するビームフォーミング部と、得られた第２の受信信号に基づく画像を表示する表示部とを備え、送受制御部が、ヘッド部に並ぶ複数の素子のうちの配列順で連続する素子からなる開口内の複数の素子の中に分散した、複数の素子よりも少数の所定数の素子を選択して選択した所定数の素子に互いに独立に超音波の送受を担わせる。【選択図】        図１
2006304930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受する複数の素子が配列されたヘッド部と、
前記ヘッド部に配列された複数の素子の中から所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせる送受制御部と、
前記所定数の素子それぞれで得られた所定数の第１の受信信号に基づいて該ヘッド部から被験者の体内に延びる所定の超音波ビームを表す第２の受信信号を生成するビームフォーミング部と、
前記ビームフォーミング部で得られた第２の受信信号に基づく画像を表示する表示部とを備え、
前記送受制御部が、前記ヘッド部に並ぶ複数の素子のうちの配列順で連続する素子からなる開口内の該複数の素子の中に分散した、該複数の素子よりも少数の所定数の素子を選択して選択した所定数の素子に互いに独立に超音波の送受を担わせ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】
前記送受制御部が、前記開口内の複数の素子の中から、該開口内の中央側ほど密に選択して所定数の素子に互いに独立に超音波の送受を担わせるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記送受制御部が、前記第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの幅とサイドローブの強度が、前記開口内の素子全てを用いて生成される第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの幅とほぼ同じでサイドローブの強度がさらに弱まるように前記ヘッド部に配列された複数の素子の中から不等間隔に所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記送受制御部が、前記第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの強度とサイドローブの強度との差が、前記開口内の素子全てを用いて生成される第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの強度とサイドローブの強度との差以上になるように前記ヘッド部に配列された複数の素子の中から所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受して受信信号に基づく画像を表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発達した現代では、人間の聴覚では感知できない波長域の音波である超音波を用いたさまざまな測定技術が普及している。その１つに超音波を人体内部に向けて送波し、人体内部で反射した超音波（反射超音波）から得られる受信信号によって人体内部の様子を調べる超音波診断装置がある。この超音波診断装置を用いることで、直接人間の目では見ることができない人体内部の状態を、人体に影響を与えることなく簡単に調べることができるようになった。
【０００３】
こうした超音波診断装置は、超音波を発生させると共に反射超音波の受信を行う素子が複数個一列に並んでいる構成を備えており、これらの素子がそれぞれ反射超音波からの受信信号を入手するためのチャンネルとなっている。全てのチャンネルをオンにして超音波による走査を行う方法が、受信する超音波の強度が最も高くなる方法であるが、この方法では、走査にかかるシステムのハード規模が大きく、コストが高くなる。このため、複数個の素子のうち一部の素子から得られる信号は間引いて捨ててしまったり、複数個の素子のうちのいくつかの素子から得られる信号は加算して１チャンネル分の信号として扱うことで、ハード規模を縮小し、システムのコストを下げる工夫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−８１３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、いくつかの素子からの信号を加算することを通じて、受信するチャンネルの数を減らし装置のコストを低減することはできても、１チャンネル内に含まれる素子のビーム形成の遅延精度が落ちて、有効受信素子幅が広がってしまうことにより、超音波ビームのメインローブ以外のサイドローブとグレーティングローブの強度が高くなる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、超音波によるビーム形成の精度を落とさずに装置のコストが削減された超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の超音波診断装置は、
超音波を送受する複数の素子が配列されたヘッド部と、
上記ヘッド部に配列された複数の素子の中から所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせる送受制御部と、
上記所定数の素子それぞれで得られた所定数の第１の受信信号に基づいて該ヘッド部から被験者の体内に延びる所定の超音波ビームを表す第２の受信信号を生成するビームフォーミング部と、
上記ビームフォーミング部で得られた第２の受信信号に基づく画像を表示する表示部とを備え、
上記送受制御部が、上記ヘッド部に並ぶ複数の素子のうちの配列順で連続する素子からなる開口内の該複数の素子の中に分散した、該複数の素子よりも少数の所定数の素子を選択して選択した所定数の素子に互いに独立に超音波の送受を担わせるものであることを特徴を特徴とする。
【０００７】
また、本発明の超音波診断装置において、「上記送受制御部が、上記開口内の複数の素子の中から、該中央側ほど密に選択して所定数の素子に互いに独立に超音波の送受を担わせるものである」という形態は好ましい形態である。
【０００８】
このような形態の超音波診断装置により、ビーム形成の遅延精度を落とさずに超音波ビームのメインローブ幅を狭くしてサイドローブの強度を弱めることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波診断装置において、「上記送受制御部が、上記第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの幅とサイドローブの強度が、上記開口内の素子全てを用いて生成される第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの幅とほぼ同じでサイドローブの強度がさらに弱まるように上記ヘッド部に配列された複数の素子の中から不等間隔に所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせるものである」という形態は好ましい形態である。
【００１０】
このような形態の超音波診断装置により、ヘッド部に並ぶ複数の素子全てを用いた時よりも少数の素子を用いて、ヘッド部に並ぶ複数の素子全てを用いた時のビームより、メインローブの幅が狭くサイドローブとグレーティングローブの強度が弱められた超音波ビームが実現され、装置のコストを低減しながら高い精度を持つ超音波診断を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の超音波診断装置において、「上記送受制御部が、上記第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの強度とサイドローブの強度との差が、上記開口内の素子全てを用いて生成される第２の受信信号により表された超音波ビームのメインローブの強度とサイドローブの強度との差以上になるように上記ヘッド部に配列された複数の素子の中から所定数の素子を選択して該所定数の素子に超音波の送受を担わせるものである」という形態は好ましい形態である。
【００１２】
一般に、超音波ビームのメインローブが超音波による診断に用いられ、サイドローブは、超音波による診断を行う上ではアーチファクトの原因となる。本発明の超音波診断装置において、メインローブの強度とサイドローブの強度との差を、ヘッド部に並ぶ複数の素子全てを用いた時よりも大きくなるようにすることで、ヘッド部に並ぶ複数の素子全てを用いた時と比べて、装置のコストを低減しながらアーチファクトが少ない優れた画質を得る超音波ビームを実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超音波診断装置によれば、超音波によるビーム形成の精度を落とさずに装置のコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の超音波診断装置の一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の超音波診断装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【００１６】
この超音波診断装置１００は、それぞれが超音波を人体内部に向けて送波し、人体内部で反射した超音波（反射超音波）を受信してアナログの受信信号を生成する６４個の素子１＿１，１＿２，１＿３〜１＿６４を備えたプローブ１、これら６４個の素子のうちいずれの素子を使用するかを選択するチャンネル選択部２、超音波のビームの基になる送信信号を発生する送信信号発生部１０、生成されたアナログの受信信号の増幅を行うアナログ信号処理部３、これらのアナログの受信信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部４を有している。さらにＡ／Ｄ変換部４の後段には、各素子からのデジタル受信信号を、遅延させた後で合成するデジタルビームフォーマ５が設けられており、さらに、この合成されたデジタル信号の処理を行い、このデジタル信号に基づき、診断の目的に適したモードで表示部７上に画像として表示させるデジタル信号処理部６が備えられている。また、チャンネル選択部２、アナログ信号処理部３、デジタルビームフォーマ５、デジタル信号処理部６、送信信号発生部１０がそれぞれ行う動作は、制御部８により、超音波診断装置１００のユーザが操作部９によって与える指示に基づいて制御される。特に、この制御部８は、チャンネル選択部２において選択されたチャンネルに対応した素子が超音波を発生するタイミングの制御を行うことで、各素子から送られる超音波が目標となるフォーカス点で強め合うようにするとともに、フォーカス点で反射された超音波が各素子で受信されてその受信信号がデジタルビームフォーマ５に送られてくると、デジタルビームフォーマ５において各受信信号に対し各素子の位置に応じて遅延させる時間の制御を行うことで、受信信号の位相を一致させて合成させるようにする役割を果たす。
【００１７】
本実施形態の超音波診断装置１００は、このプローブ１に電子セクタ方式が採用された超音波診断装置であるが、本発明の超音波診断装置は、他の方式を採用した超音波診断装置であってもよい。
【００１８】
以上の構成において、本実施形態の超音波診断装置１００の特徴は、チャンネル選択部２が６４個の素子のうちの限られた数の素子を選択的に用いることで、超音波診断装置１００が、６４個の素子全てを用いて超音波による走査を行ったときと比べ、ビーム形成の遅延精度を落とさずにユーザの目的に見合う走査を行う点にある。具体的には、この超音波診断装置１００では、使用される素子から発せられる超音波のビームが、ユーザの目的に見合う走査を実行する上で、６４個の素子全てを用いたときのビームと比べて同等以上の好ましい形状になるように素子の選択を行うことができる。以下では、このような素子の選択について説明する。
【００１９】
ここでは例として、これら６４個の素子をそれぞれ表す６４チャンネル（以下ｃｈと略す）のうち４８ｃｈだけを用いて、超音波のビームのうち走査においてメインビームとなるメインローブの幅が、６４ｃｈを用いた場合のメインローブの幅と同等のビームであって、かつこのメインローブと、副次的に生じるサイドローブとの差が、６４ｃｈを用いた場合のメインローブとサイドローブとの差以下となっているビームを実現することを目標とする。このようなビームを実現することにより、超音波の走査に主要な役割を担うメインローブが、６４ｃｈを用いた場合と同等以上の鋭さのピークを持ち、かつサイドローブ
の強度も弱められ、低コストで精度の高い走査を行うことができる。
【００２０】
図２は、図１に示すプローブ中の６４個の素子（６４チャンネル）を全て用いた状況を表す図、図３は、４８個の素子（４８チャンネル）を選択的に用いた状況を表す図である。
【００２１】
図２および図３では、斜線で示す素子（例えば、図３に示す素子１＿１）が超音波の発生および受信のために使用されている素子を表しており、白抜きで示す素子（例えば、図３に示す素子１＿１２）が、使用されていない素子を表している。
【００２２】
図３に示す状態では、両端部分の素子群である、素子１＿１から素子１＿１２までの素子群Ａ1および素子１＿５３から素子１＿６４までの素子群Ａ2では、使用する素子と使用しない素子とが１つ置きに配置されている。また、これらの素子群Ａ1，Ａ2よりも内（中央）側の素子群である、素子１＿１３から素子１＿１８までの素子群Ｂ1および素子１＿４７から素子１＿５２までの素子群Ｂ2では、使用する素子と使用しない素子とが２対１の割合で配置され、中央部の素子群である素子１＿１９から素子１＿４６までの素子群Ｃでは、残りの２８個の素子全てが使用される構成となっている。このような配置をとることにより、プローブ１の中央付近に鋭いピークを持つメインローブを形成することができる。また、図２のように規則的に並んだ素子を使用して超音波を発生させた場合には、これら等間隔に並んだ素子の間の距離に対応して各素子からの超音波が干渉して強め合う方向が現れ、メインローブのピークとは別に、サイドローブまたはグレーティングローブのピークが生じることがある。このようなサイドローブとグレーティングローブの存在は、画像上にアーチファクトが現れやすい原因となるが、本実施形態のように使用する素子の間の距離を不規則にすることで各素子からの超音波がの位相干渉が阻害され、にアーチファクトが現れることを抑えることができる。
【００２３】
次にこのような４８個の素子（４８ｃｈ）を用いて超音波を発生させたときのビームについて説明する。
【００２４】
図４は、４８個の素子（４８ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１１８ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図、図５は、深さ約１５６ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図である。
【００２５】
図４においては、ビームにおいて主要なピークを与えるメインローブ４０の幅として、超音波の強度が−６［ｄＢ］になったときのメインローブ４０の幅が両矢印Ａで示されており、同様に図５においても、超音波の強度が−６［ｄＢ］になったときのメインローブ５０の幅が両矢印Ｂで示されている。図４および図５において、メインローブ４０，５０以外にも強度のピークが見られるが、これらはサイドローブのピークであり、各図には、それらのサイドローブのうち、メインローブの右隣にあるサイドローブ４１，５１
とメインローブ４０，５０との高さの差が両矢印Ｃ1，Ｃ2で示されている。これら図４および図５においては、使用する素子の間の距離が不規則であるため、サイドローブの強度が弱められ、アーチファクトによる影響は小さくなっている。
【００２６】
一般に、超音波の合成波によるビーム形成では、サイドローブやグレーティングローブを抑えるため、アポダイズと呼ばれる重みつけ（ゲイン）を、プローブの両端付近のチャンネルから得られる信号に対し、中心付近のチャンネルから得られる信号に比べて相対的に小さくかける方法が採用されることが多い。この結果、メインローブを強調する（メインローブの強度とサイドローブやグレーティングローブの強度との差を大きくする）ことができるが、その代償としてメインローブの幅が広くなることが知られている。上記の図４および図５の結果は、このようなアポダイズを全くかけない（すなわち、すべてのチャンネルについて重みが１となっている）設定において得られたビームであるが、次に説明するように、６４ｃｈすべて使用して、さらに受信した信号に対してアポダイズを調整して得られるビームと同等以上の鋭さを持つメインローブが実現できる。
【００２７】
以下では、以上説明した、図３に示す４８ｃｈを用いたシミュレーションの結果を、６４ｃｈ全て用いて行われたシミュレーションの結果と比較する。
【００２８】
図６は、６４個の素子（６４ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１１８ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図、図７は、深さ約１５６ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図、図８および図９は、それぞれの深さの場合のアポダイズを表した図である。
【００２９】
図６および図７に示すビームは、それぞれ図８および図９に示すように、プローブ１の中央部付近のチャンネルには重み１となり、両端のチャンネルに向かうにつれて小さくなるアポダイズをかけることで、サイドローブやグレーティングローブを抑えてメインローブを強調する工夫がなされている。
【００３０】
また、図６においては、超音波の強度が−６［ｄＢ］になったときのメインローブ６０の幅が両矢印Ｄで示されており、同様に図７においても、超音波の強度が−６［ｄＢ］になったときのメインローブ７０の幅が両矢印Ｅで示されている。さらに、図６および図７において、メインローブ６０，７０とその右隣にあるサイドローブとの強度の差が両矢印Ｆ1，Ｆ2で表されている。
【００３１】
これらの結果を、４８個の素子（４８ｃｈ）を用いた場合とを比べてみると、図６の両矢印Ｄおよび図７の両矢印Ｅそれぞれで示される幅は、４８個の素子（４８ｃｈ）を用いた場合のメインローブにおける、図４の両矢印Ａおよび図５の両矢印Ｂそれぞれで示される幅とほぼ同じ幅となっていることがわかる。一方、サイドローブとメインローブとの強度の差に関しては、図６の両矢印Ｆ1が示す差は、図４の両矢印Ｃ1が示す差と同じ程度であるが、図７の両矢印Ｆ2が示す差は、図５の両矢印Ｃ2が示す差よりも小さくなっている。
【００３２】
以上のことから、深さ約１１８ｍｍの点で形成されるビームについては、図３に示す配置で４８個の素子（４８ｃｈ）を用いることにより、６４個の素子（６４ｃｈ）全てを用いたときのメインローブと同等の鋭さのメインローブを持つビームを実現でき、また、深さ約１５６ｍｍの点で形成されるビームについては、図３に示す配置で４８個の素子（４８ｃｈ）を用いることにより、６４個の素子（６４ｃｈ）全てを用いたときのメインローブと同等のメインローブで、かつサイドローブを抑えたビームを実現できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の超音波診断装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【図２】図１に示すプローブ中の６４個の素子（６４チャンネル）を全て用いた状況を表す図である。
【図３】図１に示すプローブ中の４８個の素子（４８チャンネル）を選択的に用いた状況を表す図である。
【図４】４８個の素子（４８ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１１８ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図である。
【図５】４８個の素子（４８ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１５６ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図である。
【図６】６４個の素子（６４ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１１８ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図である。
【図７】６４個の素子（６４ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１５６ｍｍの点にフォーカスして得られたビームを表す図である。
【図８】６４個の素子（６４ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１１８ｍｍの場合のアポダイズを表した図である。
【図９】６４個の素子（６４ｃｈ）を用いて人体内に超音波を送波し、反射した超音波を各素子で受信して得られた信号を合成するシミュレーションにおいて、深さ約１５６ｍｍの場合のアポダイズを表した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  プローブ
１＿１，１＿２，…，１＿６４  素子
２  チャンネル選択部
３  アナログ信号処理部
４  Ａ／Ｄ変換部
５  デジタルビームフォーマ
６  デジタル信号処理部
７  デジタル信号処理部
８  制御部
９  操作部
１０  送信信号発生部
１００  超音波診断装置
Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2，Ｃ  素子群
【図１】
2006304930.tif 000003
【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】
2006304930.tif 000008
【図７】
2006304930.tif 000009
【図８】
2006304930.tif 000010
【図９】
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