(57)【要約】【課題】受信ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減し、当該処理の高速化を図ること。【解決手段】超音波を受信する複数のチャンネルを有するプローブと、前記チャンネル毎に受信した受信信号を演算処理する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理とするための信号合成用ウェイトである適応型ウェイトの算出を行うか否かを、前記受信信号に基づいて判定することと、前記算出を行うと判定した場合に、前記適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定する第１の決定を行うことと、前記算出を行わないと判定した場合に、所定のウェイトを前記信号合成用ウェイトとして決定する第２の決定を行うことと、前記信号合成用ウェイトを用いて前記受信信号を合成する前記受信ビームフォーミング処理を行い、超音波画像を生成することと、を実行する超音波測定装置である。【選択図】図３
2018108143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を受信する複数のチャンネルを有するプローブと、
前記チャンネル毎に受信した受信信号を演算処理する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理とするための信号合成用ウェイトである適応型ウェイトの算出を行うか否かを、前記受信信号に基づいて判定することと、
前記算出を行うと判定した場合に、前記適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定する第１の決定を行うことと、
前記算出を行わないと判定した場合に、所定のウェイトを前記信号合成用ウェイトとして決定する第２の決定を行うことと、
前記信号合成用ウェイトを用いて前記受信信号を合成する前記受信ビームフォーミング処理を行い、超音波画像を生成することと、
を実行する超音波測定装置。
【請求項２】
前記所定のウェイトは、予め各チャンネルに対応付けて定められたウェイトである、
請求項１に記載の超音波測定装置。
【請求項３】
前記所定のウェイトは、前記適応型ウェイトの取り得る値に応じて定められている、
請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
【請求項４】
前記判定することは、前記受信ビームフォーミング処理の処理対象点の深さに基づいて前記適応型ウェイトの算出を行うか否かを判定することを含む、
請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項５】
前記第１の決定は、前記適応型ウェイトと前記所定のウェイトとに基づいて前記信号合成用ウェイトを決定することを含む、
請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項６】
前記生成することは、前記信号合成用ウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理の代わりに、前記所定のウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理と、前記適応型ビームフォーミング処理とを段階的に行う多段信号処理を行って前記超音波画像を生成することを含み、
前記第１の決定は、前記多段信号処理における前記適応型ビームフォーミング処理での前記適応型ウェイトを算出することを含む、
請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項７】
前記多段信号処理は、前記チャンネル毎の受信信号をＮ組（Ｎ≧２）に分けた各組について前記所定のウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理を行い、その結果の信号を前記適応型ビームフォーミング処理することであり、
前記第１の決定は、前記Ｎ組を設定することを含む、
請求項６に記載の超音波測定装置。
【請求項８】
前記適応型ウェイトは、前記チャンネル毎の前記受信信号の振幅に応じた値が可変のウェイトであり、
前記適応型ビームフォーミング処理は、前記適応型ウェイトを用いて前記受信信号を重み付き加算する信号合成処理である、
請求項１〜７の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項９】
超音波を受信する複数のチャンネルを有するプローブを備えた超音波測定装置の制御方法であって、
受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理とするための信号合成用ウェイトである適応型ウェイトの算出を行うか否かを、前記チャンネル毎に受信した受信信号の振幅に基づいて判定することと、
前記算出を行うと判定した場合に、前記適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定することと、
前記算出を行わないと判定した場合に、所定のウェイトを前記信号合成用ウェイトとして決定することと、
前記信号合成用ウェイトを用いて前記受信信号を合成する前記受信ビームフォーミング処理を行い、超音波画像を生成することと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定を行う超音波測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の超音波素子（超音波振動子）が配列された超音波プローブを用いて超音波ビームを走査し、生体や構造体内部の様子を画像化して診断や検査に用いる超音波測定装置が知られている。画像化にあたっては、チャンネル毎（或いは超音波素子毎）に受信した受信信号を合成する受信ビームフォーミング（ＢＦ；Beam Forming）処理を行う。単純な受信ビームフォーミング処理では画像の分解能が低いため、より高分解能の画像を得るための技術が開発されている。例えば、特許文献１に記載の適応型ビームフォーミング処理（適応的加重値ビームフォーミング技法）がその１つである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７０８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受信ビームフォーミング処理は、チャンネル毎の受信信号を重み付き加算することで合成する処理であり、その際に用いる適応型ウェイトをその都度受信信号に基づき算出するのが適応型ビームフォーミング処理である。そのため、受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理として行うと、高い分解能が得られる一方で計算量が増え、処理時間が増大する問題があった。そこで本発明は、受信ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減し、当該処理の高速化を図ることができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための第１の発明は、超音波を受信する複数のチャンネルを有するプローブと、前記チャンネル毎に受信した受信信号を演算処理する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理とするための信号合成用ウェイトである適応型ウェイトの算出を行うか否かを、前記受信信号に基づいて判定することと、前記算出を行うと判定した場合に、前記適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定する第１の決定を行うことと、前記算出を行わないと判定した場合に、所定のウェイトを前記信号合成用ウェイトとして決定する第２の決定を行うことと、前記信号合成用ウェイトを用いて前記受信信号を合成する前記受信ビームフォーミング処理を行い、超音波画像を生成することと、を実行する超音波測定装置である。
【０００６】
また、第９の発明として、超音波を受信する複数のチャンネルを有するプローブを備えた超音波測定装置の制御方法であって、受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理とするための信号合成用ウェイトである適応型ウェイトの算出を行うか否かを、前記チャンネル毎に受信した受信信号の振幅に基づいて判定することと、前記算出を行うと判定した場合に、前記適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定することと、前記算出を行わないと判定した場合に、所定のウェイトを前記信号合成用ウェイトとして決定することと、前記信号合成用ウェイトを用いて前記受信信号を合成する前記受信ビームフォーミング処理を行い、超音波画像を生成することと、
を含む制御方法を構成してもよい。
【０００７】
第１又は第９の発明によれば、チャンネル毎に受信した受信信号に基づいて適応型ウェイトの算出を行うか否かを判定し、算出を行うと判定した場合にのみ適応型ウェイトを算出して信号合成用ウェイトを決定することができる。そして、この信号合成用ウェイトを用いることで、受信ビームフォーミング処理を適応型ビームフォーミング処理として行うことができる。一方、算出を行わないと判定した場合には、所定のウェイトを用いて受信ビームフォーミング処理を行うことができる。したがって、受信信号に応じて受信ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減し、当該処理の高速化が図れる。
【０００８】
また、第２の発明として、前記所定のウェイトは、予め各チャンネルに対応付けて定められたウェイトである、第１の発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【０００９】
第２の発明によれば、適応型ウェイトの算出を行わないと判定した場合に、予め各チャンネルに対応付けて定められたウェイトを信号合成用ウェイトとして用いて受信ビームフォーミング処理を行うことができる。
【００１０】
また、第３の発明として、前記所定のウェイトは、前記適応型ウェイトの取り得る値に応じて定められている、第１又は第２の発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００１１】
第３の発明によれば、適応型ウェイトの算出を行わないと判定した場合に、適応型ウェイトの取り得る値に応じて定められた所定のウェイトを信号合成用ウェイトとして用いて受信ビームフォーミング処理を行うことができる。
【００１２】
また、第４の発明として、前記判定することは、前記受信ビームフォーミング処理の処理対象点の深さに基づいて前記適応型ウェイトの算出を行うか否かを判定することを含む、第１〜第３の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００１３】
第４の発明によれば、受信ビームフォーミング処理の処理対象点の深さに基づいて、適応型ウェイトの算出を行うか否かを判定できる。
【００１４】
また、第５の発明として、前記第１の決定は、前記適応型ウェイトと前記所定のウェイトとに基づいて前記信号合成用ウェイトを決定することを含む、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００１５】
第５の発明によれば、適応型ウェイトの算出を行うと判定した場合に、算出した適応型ウェイトと、所定のウェイトとに基づいて信号合成用ウェイトを決定することができる。
【００１６】
また、第６の発明として、前記生成することは、前記信号合成用ウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理の代わりに、前記所定のウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理と、前記適応型ビームフォーミング処理とを段階的に行う多段信号処理を行って前記超音波画像を生成することを含み、前記第１の決定は、前記多段信号処理における前記適応型ビームフォーミング処理での前記適応型ウェイトを算出することを含む、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００１７】
第６の発明によれば、適応型ウェイトの算出を行うと判定した場合に、所定のウェイトを用いた受信ビームフォーミング処理と、適応型ビームフォーミング処理とを段階的に行うことができる。これによれば、適応型受信ビームフォーミングの実行に係る計算量を削減できる。
【００１８】
また、第７の発明として、前記多段信号処理は、前記チャンネル毎の受信信号をＮ組（Ｎ≧２）に分けた各組について前記所定のウェイトを用いた前記受信ビームフォーミング処理を行い、その結果の信号を前記適応型ビームフォーミング処理することであり、前記第１の決定は、前記Ｎ組を設定することを含む、第６の発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００１９】
第７の発明によれば、チャンネル毎の受信信号をＮ組に分けて先ず所定のウェイトを用いた受信ビームフォーミング処理を行い、対象とする信号本数を減らしてから適応型ビームフォーミング処理を行うことができる。
【００２０】
また、第８の発明として、前記適応型ウェイトは、前記チャンネル毎の前記受信信号の振幅に応じた値が可変のウェイトであり、前記適応型ビームフォーミング処理は、前記適応型ウェイトを用いて前記受信信号を重み付き加算する信号合成処理である、第１〜第７の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。
【００２１】
第８の発明の適応型ビームフォーミング処理を実行することによれば、分解能（特に方位分解能）を高めて超音波画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】超音波測定装置のシステム構成例を示す図。
【図２】超音波測定を簡略的に示す模式図。
【図３】超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。
【図４】超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャート。
【図５】変形例に係る信号合成用ウェイトの決定を説明する図。
【図６】多段信号処理部の機能構成例を示すブロック図。
【図７】第１の信号処理部の構成例を示す図
【図８】第２の信号処理部の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
【００２４】
図１は、本実施形態における超音波測定装置１０のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置１０は、超音波測定を利用して被検体２の生体情報を取得するためのものであり、測定結果や操作情報を画像表示するための手段および操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル１２と、操作入力をするためのキーボード１４と、超音波プローブ（探触子）１６と、処理装置３０とを備える。
【００２５】
処理装置３０には、制御基板３１が搭載されており、タッチパネル１２、キーボード１４、超音波プローブ１６等の装置各部と信号送受可能に接続されている。制御基板３１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の各種集積回路の他、ＩＣメモリーやハードディスク等による記憶媒体３３と、外部装置とのデータ通信を実現する通信ＩＣ３４とが搭載されている。超音波測定装置１０は、処理装置３０においてＣＰＵ３２等が記憶媒体３３に記憶されているプログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとする生体情報の取得に必要な処理を行う。
【００２６】
具体的には、超音波測定装置１０は、処理装置３０の制御のもと超音波プローブ１６から被検体２へ超音波ビームを送信し、その反射波を受信して超音波測定を行う。そして、反射波の受信信号を増幅・信号処理し、被検体２の生体内構造の位置情報や経時変化等の反射波データを生成する。超音波測定は、所定周期で繰り返し行われる。測定単位を「フレーム」と呼ぶ。
【００２７】
反射波データには、いわゆるＡモード、Ｂモード、Ｍモード、カラードップラーモードの各モードの画像が含まれる。Ａモードは、第１軸を超音波ビームの送受信方向（走査ラインの方向）に沿った受信信号のサンプリング点列とし、第２軸を各サンプリング点での反射波の受信信号強度として、反射波の振幅（Ａモード像）を表示するモードである。また、Ｂモードは、超音波ビームを所定の走査範囲内で走査させながら得た反射波振幅（Ａモード像）を輝度値に変換することで可視化した、生体内構造の二次元の超音波画像（Ｂモード像）を表示するモードである。
【００２８】
［原理］
図２は、超音波プローブ１６を被検体２の生体表面に当てて超音波測定している状態を簡略的に示す模式図である。超音波プローブ１６は、そのセンサー面側において列状に等間隔で配置された超音波素子（超音波振動子）を内蔵しており、隣接する複数の超音波素子群が１つのチャンネル１７を構成して超音波の送受信を行う。例えばリニア走査方式で超音波測定を行う場合であれば、図２に示すように、チャンネル１７の配列方向（スキャン方向）に超音波ビームの入射位置をずらしながら、互いに平行な複数の走査ラインＬに沿って超音波ビームを送受信する。この超音波プローブ１６は、センサー面を被検体２の生体表面（図１では頸部）に密着させて使用される。ただし、超音波プローブ１６が当てられる部位は頸部に限らず、手首、腕、腹部等、測定（診断）の目的に応じた被検体２の部位とされる。また、スキャン方式はリニア走査方式に限らず、例えばセクター走査方式等の他の走査方式を採用する場合にも本実施形態を同様に適用することが可能である。
【００２９】
この超音波測定の結果チャンネル１７毎に受信した受信信号（以下、「チャンネル信号」という）から反射波データを生成する際、処理装置３０は、サンプリング点毎に各チャンネル１７からのチャンネル信号を整相加算する処理を行う。素子単位で超音波を送受信する場合は、各チャンネル１７からの反射波の受信信号を整相加算する。なお、チャンネル単位ではなく、超音波素子毎に受信した受信信号を整相加算して超音波画像を生成する構成でもよい。
【００３０】
具体的には、整相加算処理は、全ての走査ラインＬを順次処理対象とし、処理対象の走査ライン（処理対象ライン）Ｌ上のサンプリング点毎に各チャンネル１７からのチャンネル信号を合成する信号合成処理であり、チャンネル１７毎のチャンネル信号に遅延をかけるディレイ処理の後、当該ディレイ処理後の各チャンネル信号を重み付き加算する受信ビームフォーミング処理（受信ＢＦ処理）を行う。これにより、位相が同じ所望の方向（走査ラインＬの方向）からの信号のみを増幅することができ、当該走査ラインＬの方向からの所望波を抽出できる。
【００３１】
ここで、従来から、受信ＢＦ処理として、チャンネル信号の加算に用いるウェイト（信号合成用ウェイト）を到来波に応じて動的に変える適応型ビームフォーミング処理（適応型ＢＦ処理）が知られている。この適応型ＢＦ処理では、サンプリング点毎に次の処理を行う。すなわち先ず、ディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号をもとに相関行列を算出する。続いて、走査ラインＬの方向に基づき規定したステアリングベクトルを用い、算出した相関行列から各チャンネル信号に乗じる適応型ウェイトＷｍｖを算出する。なお、適応型ウェイトＷｍｖの算出については、式（４）〜式（１１）を参照して後述する。その後は、算出した適応型ウェイトＷｍｖを信号合成用ウェイトＷとして用い、ディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号を重み付き加算する。適応型ＢＦ処理の具体例としては、ＭＶ（Minimum Variance）法や、ＡＰＥＳ（Amplitude and Phase Estimation）法等があり、適宜採用できる。この適応型ＢＦ処理によれば、処理対象ラインＬの方向からの所望波のみに感度を持ち、それ以外の方向からの不要波に対しては感度を持たないように方向に拘束を付けてチャンネル信号を重み付き加算することができるため、高い分解能が実現できる。
【００３２】
しかし、適応型ＢＦ処理は、チャンネル信号に乗じる適応型ウェイトＷｍｖを毎回算出する複雑な処理であるため、計算量が増えて処理時間が増大する問題がある。適応型ＢＦ処理の実行に係る計算量は、チャンネル数Ｍ（適応型ＢＦ処理の対象となる信号本数）と、適応型ウェイトを算出する算出式の次数によって決まる。
【００３３】
一方で、別の受信ＢＦ処理として、予め各チャンネル１７に対応付けて定められた所定のウェイト（以下、「固定ウェイト」という）Ｗｆを信号合成用ウェイトＷとして用いる非適応型の受信ＢＦ処理（以下、この非適応型の受信ＢＦ処理を単に「ＢＦ処理」と呼ぶ）がある。このＢＦ処理は、ウェイトの算出が不要であるため短時間で処理を行える。
【００３４】
そこで本実施形態では、受信ＢＦ処理に先立ち、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否か（つまり受信ＢＦ処理を適応型ＢＦ処理とするか否か）をサンプリング点毎に判定する。例えば、処理対象のサンプリング点（処理対象点）に係るチャンネル１７毎のチャンネル信号の振幅に基づいて、上記判定を行う。そして、算出を行うと判定したサンプリング点については、適応型ウェイトＷｍｖを算出して信号合成用ウェイトＷを決定する第１の決定を行う。一方、算出を行わないと判定した場合には、固定ウェイトＷｆを信号合成用ウェイトＷとして決定する第２の決定を行う。
【００３５】
そのために先ず、次式（１）に従い、処理対象点に係るディレイ処理後の各チャンネル信号ｘｍ［ｎ−Ｄｍ［ｎ］］を加算した振幅加算値ｘｓｕｍ［ｎ］を算出する。式（１）において、ｎはサンプリング総数であり、ｍ番目のチャンネル１７のサンプリング点ｎにおけるチャンネル信号は、ｘｍ［ｎ］で表される。そして、Ｄｍは、前段のディレイ処理でｍ番目のチャンネル１７に適用されるディレイ時間を表す。ディレイ処理後のチャンネル信号を加算するため、反射強度が高い位置ほど振幅加算値ｘｓｕｍの値は大きくなる。
【数１】
2018108143.tif 000003
【００３６】
処理対象点について振幅加算値ｘｓｕｍを算出したならば、振幅加算値ｘｓｕｍを閾値Ｔｈで閾値判定し、次式（２）に従いαを設定する。すなわち、振幅加算値ｘｓｕｍが閾値Ｔｈ以上の場合はα＝１、閾値Ｔｈ未満であればα＝０とする。閾値Ｔｈは、Ｓ／Ｎ比等を考慮して予め定めておけばよい。
【数２】
2018108143.tif 000004
【００３７】
αを設定したら、次式（３）に従って信号合成用ウェイトＷを決定する。すなわち、本例ではαは「１」か「０」の２値であるため、式（３）に従うと、α＝１であれば、信号合成用ウェイトＷは適応型ウェイトＷｍｖとなる。すなわち、α＝１の場合には適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うと判定し、適応型ウェイトＷｍｖを算出して信号合成用ウェイトＷを決定する。一方、α＝０の場合の信号合成用ウェイトＷは固定ウェイトＷｆとなり、適応型ウェイトの算出は行わないと判定して固定ウェイトＷｆを信号合成用ウェイトＷとして決定する。
【数３】
2018108143.tif 000005
【００３８】
［機能構成］
図３は、超音波測定装置１０の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置１０は、処理装置３０と、超音波プローブ１６とを備え、処理装置３０は、操作入力部３１０と、表示部３３０と、通信部３５０と、演算処理部３７０と、記憶部３９０とを備える。
【００３９】
超音波プローブ１６は、複数の超音波素子群で構成されるチャンネル１７を配列して備え、処理装置３０（より詳細には演算処理部３７０の超音波測定制御部３７１）からのパルス電圧に基づいて超音波を送信する。そして、送信した超音波の反射波を受信し、各チャンネル１７で受信したチャンネル信号を超音波測定制御部３７１へ出力する。
【００４０】
操作入力部３１０は、ユーザーによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を演算処理部３７０へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス等により実現できる。図１ではタッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。
【００４１】
表示部３３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現され、演算処理部３７０からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１ではタッチパネル１２がこれに該当する。
【００４２】
通信部３５０は、演算処理部３７０の制御のもと、外部との間でデータを送受するための通信装置である。この通信部３５０の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドル等と呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。図１では通信ＩＣ３４がこれに該当する。
【００４３】
演算処理部３７０は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現される。そして、演算処理部３７０は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部３１０からの操作入力信号、超音波プローブ１６からのチャンネル１７毎のチャンネル信号等に基づき各種の演算処理を実行して、被検体２の生体情報を算出する。図１ではＣＰＵ３２がこれに該当する。なお、演算処理部３７０を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。
【００４４】
この演算処理部３７０は、超音波測定制御部３７１と、画像生成部３７３とを含む。
【００４５】
超音波測定制御部３７１は、超音波プローブ１６とともに超音波測定部２０を構成し、この超音波測定部２０によって超音波測定が行われる。超音波測定制御部３７１は、公知技術を用いて実現できる。すなわち、超音波測定制御部３７１は、超音波プローブ１６による超音波パルスの送信タイミングを制御し、送信タイミングでパルス電圧を発生させて超音波プローブ１６へ出力する。その際、送信遅延処理を行って各超音波素子へのパルス電圧の出力タイミングの調整を行う。また、各チャンネル１７からのチャンネル信号の増幅やフィルター処理を行って、処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号（測定結果）を画像生成部３７３へ出力する。
【００４６】
画像生成部３７３は、超音波測定制御部３７１からのチャンネル１７毎のチャンネル信号に基づいて、超音波画像を生成する。この画像生成部３７３は、ディレイ処理部３７５と、ウェイト算出判定部３７７と、信号合成用ウェイト決定部３７９と、受信ＢＦ処理部３８３とを含む。
【００４７】
ディレイ処理部３７５は、処理対象の走査ライン（処理対象ライン）Ｌ上のサンプリング点毎に行う信号合成処理に際して、チャンネル１７毎のチャンネル信号に、予め各チャンネル１７に対応付けて定められたディレイ時間の遅延をかけるディレイ処理を行う。
【００４８】
ウェイト算出判定部３７７は、サンプリング点毎に適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定し、信号合成用ウェイト決定部３７９は、ウェイト算出判定部３７７の判定結果に応じて当該サンプリング点について信号合成用ウェイトＷを決定する。すなわち先ず、式（１）に従って処理対象点に係るディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号から振幅加算値ｘｓｕｍを算出する。そして、振幅加算値ｘｓｕｍを閾値Ｔｈで閾値判定することで、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定して信号合成用ウェイトＷを決定する（式（２），（３））。この信号合成用ウェイト決定部３７９は、適応型ウェイトＷｍｖを算出する適応型ウェイト算出部３８１を備える。
【００４９】
ここで、適応型ウェイト算出部３８１による適応型ウェイトＷｍｖの算出について説明する。各チャンネル１７に対応する信号合成用ウェイトをＷｍとすると、受信ＢＦ処理部３８３の出力ｚ［ｎ］は、ディレイ処理部３７５が出力するディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号ｘｍ［ｎ−Ｄｍ［ｎ］］に、該当するチャンネル１７の信号合成用ウェイトＷｍを乗算して足し合わせた結果であり、次式（４）で表される。すなわち、ここで用いる信号合成用ウェイトＷｍが各チャンネル１７について算出された適応型ウェイトＷｍｖ（Ｗｍｖｍ）であれば適応型ＢＦ処理が受信ＢＦ処理として行われることになるし、予め各チャンネル１７に対応付けて定められた固定ウェイトＷｆ（Ｗｆｍ）であればＢＦ処理が受信ＢＦ処理として行われることとなる。
【数４】
2018108143.tif 000006
【００５０】
さて、適応型ウェイトＷｍｖを算出して信号合成用ウェイトＷとする場合、Ｗｍを各チャンネル１７の適応型ウェイトＷｍｖｍに置き換えて式（４）の出力ｚ［ｎ］をベクトル表記で表すと、次式（５），（６）のようになる。Ｈは複素共役転置を表し、＊は複素共役を表す。
【数５】
2018108143.tif 000007
【００５１】
相関行列Ｒ［ｎ］は、次式（７），（８）で与えられる。
【数６】
2018108143.tif 000008
【００５２】
各チャンネル１７の適応型ウェイトＷｍｖｍは、上記式（７），（８）においてｚ［ｎ］の分散を最小化する値として、次式（９），（１０）に示す条件付き最小化問題を解くことで求める。ラグランジュ（Lagrange）の未定乗数法を用いると、各チャンネル１７の適応型ウェイトＷｍｖｍは、次式（１１）で表される。
【数７】
2018108143.tif 000009
【００５３】
ここで、ａはステアリングベクトルであり、Ｈは拘束応答ベクトルである。チャンネル信号は前段のディレイ処理で既に整相されているため、所望波の方向は０度である。したがって、ａの要素は全て１とすればよい。
【００５４】
図３の説明に戻る。受信ＢＦ処理部３８３は、信号合成用ウェイト決定部３７９が決定した信号合成用ウェイトＷを用い、式（４）に従ってディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号を重み付き加算する受信ＢＦ処理を行う。
【００５５】
記憶部３９０は、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。この記憶部３９０には、超音波測定装置１０を動作させ、超音波測定装置１０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。図１では、制御基板３１に搭載されている記憶媒体３３がこれに該当する。なお、演算処理部３７０と記憶部３９０との接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等の通信回線で実現してもよい。その場合、記憶部３９０は、超音波測定装置１０とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。
【００５６】
また、記憶部３９０には、超音波測定プログラム３９１と、受信信号データ３９３と、反射波データ３９５と、固定ウェイトデータ３９７とが格納される。
【００５７】
演算処理部３７０は、超音波測定プログラム３９１を読み出して実行することにより、超音波測定制御部３７１や画像生成部３７３等の機能を実現する。なお、超音波測定制御部３７１や画像生成部３７３等の機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。
【００５８】
受信信号データ３９３は、超音波測定の結果得られた各チャンネル１７からのチャンネル信号をフレーム毎に記憶する。
【００５９】
反射波データ３９５は、フレーム毎に繰り返される超音波測定で得た反射波データを記憶する。この反射波データ３９５は、超音波画像であるフレーム毎のＢモード像のデータを含む。
【００６０】
固定ウェイトデータ３９７は、固定ウェイトＷｆを記憶する。固定ウェイトＷｆは、例えば、方形窓（矩形窓）、ハニング窓、ハミング窓といった窓関数を用いて定めておくことができる。例えば方形窓を用いる場合であれば、固定ウェイトデータ３９７には、次式（１２）に示すように、各チャンネル１７の固定ウェイトＷｆｍを全て「１」とする固定ウェイトＷｆが設定される。
Ｗｆｍ＝{１，１，・・・，１}  ・・・（１２）
【００６１】
［処理の流れ］
図４は、本実施形態における超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャートである。ここで説明する処理は、例えば、ユーザーにより超音波プローブ１６が被検体２の生体表面に当てられ、所定の測定開始操作が為されると開始される。なお、本処理は、演算処理部３７０が記憶部３９０から超音波測定プログラム３９１を読み出して実行し、超音波測定装置１０の各部を動作させることで実現できる。
【００６２】
先ず、超音波測定部２０が、超音波測定を行う（ステップＳ１）。ここでの処理により、受信信号データ３９３へ測定結果が格納されていく。
【００６３】
その後は、画像生成部３７３が、受信信号データ３９３を参照しながら走査ラインＬ毎にループＡの処理を繰り返す（ステップＳ３〜ステップＳ２５）。そして、ループＡでは、ステップＳ１の超音波測定の測定結果を用いて処理対象ラインについて一定時間分のサンプリングを行い、各サンプリング点を順次処理対象点としてループＢの処理を行う（ステップＳ５〜ステップＳ２３）。
【００６４】
ループＢでは先ず、ディレイ処理部３７５が、各チャンネル１７からのチャンネル信号にディレイ時間の遅延をかけるディレイ処理を行う（ステップＳ７）。
【００６５】
続いて、ウェイト算出判定部３７７が、式（１）に従い、ディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号から振幅加算値ｘｓｕｍを算出する（ステップＳ９）。そして、ウェイト算出判定部３７７は、振幅加算値ｘｓｕｍを閾値Ｔｈで閾値判定して適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定し（ステップＳ１１）、判定結果によって処理を分岐する。
【００６６】
すなわち、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うと判定したならば（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、信号合成用ウェイト決定部３７９において適応型ウェイト算出部３８１が、ディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号に基づき上記の要領で適応型ウェイトＷｍｖを算出する（ステップＳ１５）。そして、信号合成用ウェイト決定部３７９は、算出した適応型ウェイトＷｍｖを信号合成用ウェイトＷとして決定する（ステップＳ１７）。一方、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行わないと判定した場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、信号合成用ウェイト決定部３７９は、固定ウェイトデータ３９７から固定ウェイトＷｆを読み出し、信号合成用ウェイトＷとして決定する（ステップＳ１９）。
【００６７】
その後、受信ＢＦ処理部３８３が、ステップＳ１７又はステップＳ１９で決定した信号合成用ウェイトＷを用いて受信ＢＦ処理を行い、上記式（４）に従ってディレイ処理後のチャンネル１７毎のチャンネル信号を重み付き加算する（ステップＳ２１）。
【００６８】
このループＢの処理を繰り返し、処理対象ラインのサンプリングを終えたならば、処理対象ラインについてのループＡの処理を終える。そして、全ての走査ラインＬを処理対象としてループＡの処理を行ったならば、得られた各サンプリング点の出力ｚ［ｎ］に対し必要な処理を行って超音波画像を生成し（ステップＳ２７）、本処理を終える。生成された超音波画像は、適宜表示部３３０に表示制御される。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、ディレイ処理後のチャンネル１７毎の受信信号から振幅加算値ｘｓｕｍを算出して用い、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定することができる。そして、適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うと判定した場合にはこれを算出して用い、適応型ＢＦ処理を行う一方、算出を行わないと判定した場合には、固定ウェイトＷｆを用いてＢＦ処理を行うことができる。したがって、受信信号に応じてその振幅が大きい場合に適応型ウェイトＷｍｖを算出し、信号合成用ウェイトＷとすることができる。したがって、画質の劣化を抑制しつつ受信ＢＦ処理の実行に係る計算量を削減し、当該処理の高速化を図ることができる。
【００７０】
［変形例１］
上記実施形態では、振幅加算値ｘｓｕｍを閾値Ｔｈで閾値判定してαを「１」か「０」の２値とし、α＝１の場合は適応型ウェイトＷｍｖを、α＝０の場合は固定ウェイトＷｆを信号合成用ウェイトＷとして決定することとした。これに対し、図５に示すように、振幅加算値ｘｓｕｍの閾値を第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２の２段階で設定しておき、第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満の間で「０」から「１」に漸次増加するようにαを設定してもよい。この場合には、ウェイト算出判定部３７７は、振幅加算値ｘｓｕｍが第１閾値Ｔｈ１以上の場合は適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うと判定する。そして、信号合成用ウェイト決定部３７９は、振幅加算値ｘｓｕｍが第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満のときには、適応型ウェイト算出部３８１が算出した適応型ウェイトＷｍｖと、予め定められる固定ウェイトＷｆとから、設定したαを用いて式（３）に従い信号合成用ウェイトＷを決定する。
【００７１】
上記実施形態のようにαを「１」か「０」の２値とすると、サンプリング点によって受信ＢＦ処理に用いる信号合成用ウェイトＷを適応型ウェイトＷｍｖとしたり固定ウェイトＷｆとしたりするために、輝度ムラが発生し得る。これに対して、変形例１によれば、振幅加算値ｘｓｕｍが第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満のときに振幅加算値ｘｓｕｍの値に応じた割合で固定ウェイトＷｆと適応型ウェイトＷｍｖとを混合し、信号合成用ウェイトＷを決定することができる。より詳細には、振幅加算値ｘｓｕｍが第２閾値Ｔｈ２に近づくほど適応型ウェイトＷｍｖの混合割合を増やして信号合成用ウェイトＷを決定できる。そして、このようにして決定した信号合成用ウェイトＷを用いて受信ＢＦ処理を行うことができるので、輝度ムラの発生を抑制できる。
【００７２】
［変形例２］
また、振幅加算値ｘｓｕｍが図５の第１閾値Ｔｈ１以上で第２閾値Ｔｈ２未満の場合に、受信ＢＦ処理として多段信号処理を行うとしてもよい。
【００７３】
多段信号処理は、ＢＦ処理と適応型ＢＦ処理とを段階的に行う処理である。多段信号処理の手順を説明すると、先ず、各チャンネル１７のチャンネル信号に対し、チャンネル１７の配列順に所定本数ずつ組数Ｎ（Ｎ≧２）の組にして各組についてＢＦ処理を行う。その上で、ＢＦ処理後の信号を対象に適応型ＢＦ処理を行う。これによれば、前段のＢＦ処理によって、チャンネル数Ｍの各チャンネル１７からのＭ本のチャンネル信号をＮ組の組毎に束ねることができ、適応型ＢＦ処理に渡す信号本数をＮ／Ｍ本に減らすことができる。したがって、全てのチャンネル信号を対象に適応型ＢＦ処理を行う場合と比べて当該処理に係る計算量を削減できる。
【００７４】
ここで、束ねる組数Ｎは固定でもよいが、Ｎの値が異なる多段信号処理によって適応型ＢＦ処理に渡す信号本数を増やしたり減らしたりすることができる。そのため、振幅加算値ｘｓｕｍが第２閾値Ｔｈ２に近いほど組数Ｎが多くなるように段階的に多段信号処理を行うとよい。
【００７５】
例えば、変形例２の超音波測定装置は、図３の演算処理部３７０において図６の多段信号処理部４００をさらに備えた構成で実現できる。図６に示すように、多段信号処理部４００は、第１の信号処理部４１０と、第２の信号処理部４２０とを備える。変形例２では、第１閾値Ｔｈ１と第２閾値Ｔｈ２との間に図５に示す第３閾値Ｔｈ３を定め、振幅加算値ｘｓｕｍが第１閾値Ｔｈ１以上第３閾値Ｔｈ３未満の場合は第１の信号処理部４１０が多段信号処理を行い、第３閾値Ｔｈ３以上第２閾値Ｔｈ２未満の場合は第２の信号処理部４２０が多段信号処理を行う。
【００７６】
なお、ここでは、第１の信号処理部４１０の組数Ｎを「２」、第２の信号処理部４２０の組数Ｎを「３」とするが、「２」と「３」に限らず適宜設定してよい。その際、第１の信号処理部４１０の組数Ｎより第２の信号処理部４２０の組数Ｎを多くする。また、第１閾値Ｔｈ１と第２閾値Ｔｈ２との間を３つ以上に区切って組数Ｎの異なる３段以上の多段信号処理を行うとしてもよく、その場合には、各々の組数Ｎに応じた信号処理部を追加して多段信号処理部４００を構成すればよい。
【００７７】
図７は、第１の信号処理部４１０の構成例を示す図であり、図８は、第２の信号処理部４２０の構成例を示す図である。図７に示すように、第１の信号処理部４１０は、ディレイ処理後のチャンネル信号ｘｍを２組に分けた各々をＢＦ処理する２つのＢＦ処理部４１１−１，２と、ＢＦ処理後のＮ本の信号（ここでは２本）ｙａ１，ｙａ２を適応型ＢＦ処理する適応型ＢＦ処理部４１３とを備える。適応型ＢＦ処理部４１３は、ＢＦ処理後の信号ｙａ１，ｙａ２に基づいて各信号ｙａ１，ｙａ２に対する適応型ウェイトＷｍｖを算出し、算出した適応型ウェイトＷｍｖを用いて信号ｙａ１，ｙａ２を重み付き加算して適応型ＢＦ処理を行う。
【００７８】
一方、図８に示すように、第２の信号処理部４２０は、ディレイ処理後のチャンネル信号ｘｍを４組に分けた各々をＢＦ処理する３つのＢＦ処理部４２１−１，２，３と、ＢＦ処理後のＮ本の信号（ここでは３本）ｙｂ１〜ｙｂ３を適応型ＢＦ処理する適応型ＢＦ処理部４２３とを備える。適応型ＢＦ処理部４２３は、適応型ＢＦ処理部４１３と同様の要領でＢＦ処理後の信号ｙｂ１〜ｙｂ３に基づき適応型ウェイトＷｍｖを算出し、適応型ＢＦ処理を行う。
【００７９】
［その他の変形例］
例えば、処理対象点の深さに応じて適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定してもよい。処理対象点に対応する位置の生体表面からの深さが深いほど受信信号の振幅は小さくなる。したがって、処理対象点の深さに応じて適応型ウェイトＷｍｖの算出を行うか否かを判定することで、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
また、固定ウェイトＷｆと適応型ウェイトＷｍｖとでは、取り得る値の範囲が異なる。そのため、固定ウェイトＷｆは、適応型ウェイトＷｍｖの取り得る値に応じて定めておくとしてもよい。例えば、上記実施形態では、Ｗｆｍが全て「１」である固定ウェイトＷｆを例示した（式（１２））。これに対し、適応型ウェイトＷｍｖの取り得る値に応じた係数ｋ１を用い、次式（１３）に示すように、式（１２）の各チャンネル１７の固定ウェイトＷｆｍに係数ｋ１を乗じて固定ウェイトＷｆを定めておくとしてもよく、輝度ムラの発生を抑制できる。
Ｗ＝ｋＷｆ・・・（１３）
【００８１】
また、上記実施形態では各チャンネル１７からのチャンネル信号を全て用いて受信ＢＦ処理を行うこととしたが、一部のチャンネル１７のチャンネル信号を用いた受信ＢＦ処理にも上記実施形態を同様に適用できる。受信ＢＦ処理の対象となるチャンネル数が変動する例としては、例えば、生体表面からの深さが深い処理対象点の場合は全てのチャンネル信号を用いて開口を最大とし、浅い処理対象点の場合には一部のチャンネル信号を用いて開口を狭めた動的開口制御を実施する場合や、皮下の広範囲に超音波を照射し、各チャンネルからのチャンネル信号を選択的に用いて受信ＢＦ処理を行う場合（パラレルビームフォーミング）等が挙げられる。
【００８２】
また、本発明の超音波測定装置は、上記した実施形態等のように超音波測定を利用して生体内の超音波画像を生成する場合に限らず、例えば、生体以外の構造体内部の超音波画像を生成し、その検査等に用いる場合にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０…超音波測定装置、１６…超音波プローブ、１７…チャンネル、３０…処理装置、２０…超音波測定部、３１０…操作入力部、３３０…表示部、３５０…通信部、３７０…演算処理部、３７１…超音波測定制御部、３７３…画像生成部、３７５…ディレイ処理部、３７７…ウェイト算出判定部、３７９…信号合成用ウェイト決定部、３８１…適応型ウェイト算出部、３８３…受信ＢＦ処理部、４００…多段信号処理部、４１０…第１の信号処理部、４１１…ＢＦ処理部、４１３−１，２…適応型ＢＦ処理部、４２０…第２の信号処理部、４２１…ＢＦ処理部、４２３−１〜４…適応型ＢＦ処理部、３９０…記憶部、３９１…超音波測定プログラム、３９３…受信信号データ、３９５…反射波データ、３９７…固定ウェイトデータ、２…被検体
【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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