(57)【要約】【課題】集束型の送信ビームフォーミングを用いた合成開口法において、空間分解能及びＳ／Ｎ比の低下を抑制しながら整相加算の演算量を削減することのできる超音波信号処理装置を提供する。【解決手段】フォーカス点を送信イベントごとに変更しながら被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させる送信部と、送信イベントごとに、フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点とフォーカス点、フォーカス点と振動子の距離に基づく遅延処理を含む重みづけ整相加算をして線領域音響線信号を生成する整相加算部と、線領域音響線信号からサブフレーム音響線信号を生成し、サブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する合成部とを備える超音波信号処理装置において、重みづけ処理の少なくとも一方で、フォーカス点より深い観測点に対する重み数列は、フォーカス点より浅い観測点に対する重み数列より、分散が大きい。【選択図】図８
2018082835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を備えた超音波プローブを用いて被検体に集束型の超音波ビームを送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、各送信イベントに同期して被検体から反射超音波を受波して受信信号列を生成し、受波した反射超音波に基づいて生成される複数のサブフレーム音響線信号を合成して音響線信号を得る超音波信号処理装置であって、
超音波ビームが集束する位置を規定するフォーカス点を送信イベントごとに変更しながら、送信イベントごとに、前記超音波プローブに列設された複数の振動子から送受信振動子列を選択して当該送受信振動子列から被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させる送信部と、
各送信イベントに同期して、前記超音波プローブが前記対象領域から受波した反射超音波に基づいて、前記送受信振動子列に含まれる振動子各々に対する受信信号列を生成する受信部と、
前記送信イベントごとに、前記フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点と前記フォーカス点との距離および前記フォーカス点と振動子との距離に基づく遅延処理と第１重みづけプロファイルに基づく重みづけ処理とを含む重みづけ整相加算により、前記受信信号列から線領域音響線信号を生成する整相加算部と、
前記送信イベントごとに、前記対象領域内の各観測点について、前記フォーカス点との距離が当該観測点と同一であり前記直線上に存在する観測点の前記線領域音響線信号を割り当てて当該観測点の音響線信号とすることでサブフレーム音響線信号を生成する音響線信号展開部と、
第２重みづけプロファイルを用いて、観測点の位置を基準に複数の送信イベントに係る複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する合成部と
を備え、
前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対する第１重み数列は、前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対する第２重み数列より、分散が大きい
ことを特徴とする超音波信号処理装置。
【請求項２】
前記第２重み数列における、素子列方向における中心の重み付け係数に対する素子列方向における端部の重み付け係数の比は、前記第１重み数列における、素子列方向における中心の重み付け係数に対する素子列方向における端部の重み付け係数の比よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項３】
前記第１重み数列は、素子列方向における中心から遠ざかるほど重み付け係数が小さくなる
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項４】
前記第１重み数列は、ハミング窓である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波信号処理装置。
【請求項５】
前記第２重み数列は、重み付け係数の値が素子列方向に変化しない矩形窓である
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項６】
前記第１重みづけプロファイルは、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対してはハミング窓であって前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対しては矩形窓であり、
前記第２重みづけプロファイルは、矩形窓である
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波信号処理装置。
【請求項７】
前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点近傍の第３の観測点に対し、素子列方向における中心からの距離に依存して重み付け係数が小さくなる第３重み数列を用いる
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項８】
前記第３重み数列は、重み付け係数の値が、素子列方向における中心で最大となり端部で０となる三角窓である
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波信号処理装置。
【請求項９】
前記整相加算部は、送信された超音波が各観測点に到達する送信時間を、前記観測点の深さが前記被検体内で超音波が集束するフォーカス深さ以上である場合には、送信された超音波が前記送信振動子列から前記フォーカス点に到達するまでの第１時間と、前記基準点から前記観測点に到達する第２時間との合計を送信時間として算出し、前記観測点の深さが前記被検体内で超音波が集束するフォーカス深さ未満である場合には、前記第１時間から前記第２時間を減算した結果を送信時間として算出する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１０】
前記整相加算部は、各観測点からの反射波が各振動子に到達する受信時間を、前記観測点から前記観測点に最近接する振動子に到達するまでの時間を、前記観測点に最近接する振動子に対応する受信時間として算出し、超音波が前記フォーカス点から振動子に到達するまでの時間と前記フォーカス点から前記観測点に最近接する振動子に到達するまでの時間との差を、前記観測点に最近接する振動子に対応する受信時間に加算することで、当該振動子に対応する受信時間として算出する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１１】
超音波プローブと、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の超音波信号処理装置と
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
複数の振動子を備えた超音波プローブを用いて被検体に集束型の超音波ビームを送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、各送信イベントに同期して被検体から反射超音波を受波して受信信号列を生成し、受波した反射超音波に基づいて生成される複数のサブフレーム音響線信号を合成して音響線信号を得る超音波信号処理方法であって、
超音波ビームが集束する位置を規定するフォーカス点を送信イベントごとに変更しながら、送信イベントごとに、前記超音波プローブに列設された複数の振動子から送受信振動子列を選択して当該送受信振動子列から被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させ、
各送信イベントに同期して、前記超音波プローブが前記対象領域から受波した反射超音波に基づいて、前記送受信振動子列に含まれる振動子各々に対する受信信号列を生成し、
前記送信イベントごとに、前記フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点と前記フォーカス点との距離および前記フォーカス点と振動子との距離に基づく遅延処理と第１重みづけプロファイルに基づく重みづけ処理とを含む重みづけ整相加算により、前記受信信号列から線領域音響線信号を生成し、
前記送信イベントごとに、前記対象領域内の各観測点について、前記フォーカス点との距離が当該観測点と同一であり前記直線上に存在する観測点の前記線領域音響線信号を割り当てて当該観測点の音響線信号とすることでサブフレーム音響線信号を生成し、
第２重みづけプロファイルを用いて、観測点の位置を基準に複数の送信イベントに係る複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する
方法であり、
前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対する第１重み数列は、前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対する第２重み数列より、分散が大きい
ことを特徴とする超音波信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波信号処理装置、及び、それを備えた超音波診断装置に関し、特に、超音波信号処理装置における送受信ビームフォーミング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブ（以後、「プローブ」とする）により被検体内部に超音波を送信し、被検体組織の音響インピーダンスの差異により生じる超音波反射波（エコー）を受信する。さらに、この受信から得た電気信号に基づいて、被検体の内部組織の構造を示す超音波断層画像を生成して表示するものである。超音波診断装置は、被検体への侵襲が少なく、リアルタイムに体内組織の状態を断層画像などで観察できるため、生体の形態診断に広く用いられている。
【０００３】
従来、受信した反射超音波に基づく信号の受信ビームフォーミング方法として、一般的に整相加算法と呼ばれる方法が使用されている（例えば、非特許文献１）。この方法では、一般に、被検体への超音波送信が行われる際、被検体のある深さで超音波ビームがフォーカスを結ぶよう送信ビームフォーミングがなされる。また、送信超音波ビームの中心軸上またはその近傍に観測点を設定する。そのため、超音波主照射領域の面積に比べて観測点数が少なく超音波の利用効率が悪い。また、観測点が送信フォーカス点近傍から離れた位置にある場合には、得られる音響線信号の空間分解能及び信号Ｓ／Ｎ比が低くなる課題も有している。なお、超音波主照射領域とは、超音波ビームが伝播する領域を指す。
【０００４】
これに対して、合成開口法(Synthetic Aperture Method)により、送信フォーカス点近傍以外の領域においても空間分解能の高い、高画質な画像を得る受信ビームフォーミング方法が考案されている（例えば、非特許文献２）。この方法によれば、超音波送信波の伝播経路と、その伝播経路による反射波の振動子への到達時間の両方を加味した遅延制御を行うことで、送信フォーカス点近傍以外に位置する超音波主照射領域からの反射超音波も反映した受信ビームフォーミングを行うことができる。その結果、送信超音波ビームの中心軸のみならず超音波主照射領域全体に対して音響線信号（受信ビームフォーミングにより生成される、観測点からの反射超音波に基づく信号）を生成することができる。また、合成開口法では、複数の送信イベントから得た同一観測点に対する複数の受信信号をもとに仮想的に送信フォーカスを合わせることで、非特許文献１記載の受信ビームフォーミング方法と比較して、空間分解能及びＳ／Ｎ比の高い超音波画像を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５３６５７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】伊東正安、望月剛共著「超音波診断装置」コロナ社出版、２００２年８月２６日（Ｐ４２−Ｐ４５）
【非特許文献２】"Virtual ultrasound sources in high resolution ultrasound imaging", S.I.Nikolov and J.A.Jensen, in Proc, SPIE − Progress in biomedical optics and imaging, vol. 3, 2002, P. 395−405
【非特許文献３】"Synthetic Aperture Sequential Beamforming", Jacob Kortbek, et.al., IEEE Ultrasonics Symposium, 2−5 Nov. 2008 pp 966−969
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方で、合成開口法においては、超音波利用効率と解像度向上の観点から、１回の超音波送信イベントで音響線信号を生成する領域（以下、「対象領域」と呼ぶ）の面積が大きいことが好ましく、超音波主照射領域全域を対象領域とすることがより好ましい。しかしながら、対象領域の面積が大きくなると、その内部に存在する観測点（受信ビームフォーミングの演算対象となる場所）の数が対象領域の面積に比例して増加するため、送信と受信の遅延を考慮した整相加算の演算量が増加する。そのため、超音波主照射領域の面積が大きくなると、整相加算の演算処理を高速に行うため演算処理能力の高いハードウエアが必要となり、超音波診断装置のコストが増加する課題が発生する。しかしながら、演算量の削減のため観測点数を削減すると、超音波画像の解像度やＳ／Ｎ比が低下する。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、集束型の送信ビームフォーミングを用いた合成開口法において、空間分解能及びＳ／Ｎ比の向上という合成開口法の効果を享受しつつ、演算量を大きく削減することのできる超音波信号処理装置、及び、それを用い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】
【０００９】
本発明の一態様に係る超音波信号処理装置は、複数の振動子を備えた超音波プローブを用いて被検体に集束型の超音波ビームを送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、各送信イベントに同期して被検体から反射超音波を受波して受信信号列を生成し、受波した反射超音波に基づいて生成される複数のサブフレーム音響線信号を合成して音響線信号を得る超音波信号処理装置であって、超音波ビームが集束する位置を規定するフォーカス点を送信イベントごとに変更しながら、送信イベントごとに、前記超音波プローブに列設された複数の振動子から送受信振動子列を選択して当該送受信振動子列から被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させる送信部と、各送信イベントに同期して、前記超音波プローブが前記対象領域から受波した反射超音波に基づいて、前記送受信振動子列に含まれる振動子各々に対する受信信号列を生成する受信部と、前記送信イベントごとに、前記フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点と前記フォーカス点との距離に基づく遅延処理と第１重みづけプロファイルに基づく重みづけ処理とを含む重みづけ整相加算により、前記受信信号列から線領域音響線信号を生成する整相加算部と、前記送信イベントごとに、前記対象領域内の各観測点について、前記フォーカス点との距離が当該観測点と同一であり前記直線上に存在する観測点の前記線領域音響線信号を当該観測点のサブフレーム音響線信号とすることでサブフレーム音響線信号を生成する音響線信号展開部と、第２重みづけプロファイルを用いて、観測点を指標として複数の送信イベントに係る複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する合成部とを備え、前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対する第１重み数列は、前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対する第２重み数列より、分散が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る超音波信号処理装置、及び、それを用いた超音波診断装置によれば、合成開口法により仮想的に送信フォーカスを行った効果による空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比との向上の効果を享受しながら、観測点の一部である代表点でのみ整相加算を行うことで演算量を大きく削減することができる。また、整相加算および音響線信号展開における重み付けを本願の構成で適切に制御することで、空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比のバランスを調整でき、結果、高画質な超音波断層画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る超音波診断装置１００の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る送信ビームフォーマ部１０３による超音波送信波の伝播経路を示す模式図である。
【図３】実施の形態１に係る受信ビームフォーマ部１０４の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】実施の形態１に係る整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１に係る対象領域Ｂｘと観測線ＢＬ、観測点Ｐｉｊと代表点Ｑｋを示す模式図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はいずれも、実施の形態１に係る、送受信開口ＴＲｘから代表点Ｑｋを経由して受信振動子Ｒｍに到達する超音波の伝播経路を示す模式図である。
【図７】受信振動子Ｒｍごとの遅延時間の関係を示す模式図である。
【図８】実施の形態１に係る、代表点Ｑｋの位置と重み算出部１０４７が算出する重み数列との関係を示す模式図である。
【図９】実施の形態１に係る、合成部１１４０の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】実施の形態１に係る、音響線信号展開部１１４０１におけるサブフレーム音響線信号生成処理を示す模式図である。
【図１１】実施の形態１に係る、重みづけ合成部１１４０２における重みづけ合成処理と重み数列を示す模式図である。
【図１２】実施の形態１に係る、音響線信号における最大重畳数と、重みづけ合成部１１４０２における増幅処理の概要を示す模式図である。
【図１３】実施の形態１に係る受信ビームフォーマ部１０４のビームフォーミング処理を示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態１に係る受信ビームフォーマ部１０４における線領域音響線信号の生成動作を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態１に係る受信ビームフォーマ部１０４における代表点Ｑｋについての音響線信号生成動作を説明するための模式図である。
【図１６】変形例１に係る、代表点Ｑｋの位置と重み算出部が算出する重み数列との関係を示す模式図である。
【図１７】実施の形態２に係る、重みづけ加算部における重みづけ合成処理と重み数列を示す模式図である。
【図１８】実施の形態２に係る、重みづけ加算部における他の重み数列の例を示す模式図である。
【図１９】実施の形態３に係る、重み算出部が算出する重み数列を示す模式図である。
【図２０】実施の形態３に係る、重みづけ加算部における重み数列を示す模式図である。
【図２１】比較例１〜４に係る受信ビームフォーミングにより得た超音波画像である。
【図２２】実施の形態１および比較例２、３に係る受信ビームフォーミングにより得た超音波画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
≪発明を実施するための形態に至った経緯≫
発明者は、合成開口法を用いる超音波診断装置において、音響線信号の空間分解能及びＳ／Ｎ比（以下、「音響線信号の品質」と呼ぶ）の低下を抑止しながら演算量を削減するために各種の検討を行った。
一般に、集束型の送信ビームフォーミングでは、被検体のある深さ（以下、「送信フォーカス深さ」と呼ぶ）で超音波ビームがフォーカスを結ぶよう波面を集束させる。そのため、１度の超音波の送信（送信イベント）によって、超音波送信に用いられる複数の振動子（以下、「送信振動子列」とする）から、超音波主照射領域に主として超音波が照射される。送信フォーカス点が１点である場合には、超音波主照射領域は、送信振動子列を底辺とし、底辺の両端のそれぞれから送信フォーカス点を通る２つの直線で囲まれる砂時計形状の領域となり、波面は、送信フォーカス点を中心とした円弧状となる。なお、必ずしも超音波ビームが１点でフォーカスを結ぶとは限らず、例えば、振動子１．５個分から数個分程度にフォーカスした領域に集束するだけの場合もあるが、この場合、超音波主照射領域は送信フォーカス深さまでは列方向の幅が狭まり、送信フォーカス深さでフォーカス領域の列方向の幅となり、送信フォーカス深さより深い領域では再び列方向が広がる形状となる。なお、この場合においては、送信フォーカス深さにおける、フォーカス領域の中心点を便宜上「送信フォーカス点」と規定する。すなわち、超音波主照射領域は、１点フォーカスであるか否かにかかわらず、送信フォーカス深さでは送信フォーカス点またはその近傍に集束し、それ以外の深さでは、送信フォーカス深さまでの距離が遠いほど列方向（素子の並び方向）の幅が広がる形状となる。
【００１３】
合成開口法では、１回の送信イベントにおいて、超音波主照射領域の全域に対して観測点を設定できるため、超音波主照射領域全域を、対象領域とするのが好ましい。１つの送信イベントでは超音波画像を生成する領域（以下、「着目領域」と呼ぶ）全体を対象領域とすることができないために、１フレームの超音波画像を生成するためには、対象領域の異なる複数の送信イベントを行う。そのため、超音波の利用効率の観点から、１つの送信イベントにおける対象領域は超音波主照射領域内における面積を大きくすることが好ましい。また、一般的には連続する２つの送信イベントの対象領域の重複面積が大きいほうが、対象領域が移動しない静的な条件下においては、空間解像度や信号Ｓ／Ｎ比の向上のために好ましい。
【００１４】
しかしながら、対象領域に含まれる観測点の数、つまり、受信ビームフォーミングの演算対象の点数は対象領域の面積に比例するため、必然的に、整相加算の演算量および整相加算後の音響線信号を格納するために必要なメモリ量は、対象領域の面積に比例することとなる。したがって、対象領域の面積の増大は、そのまま、超音波診断装置が必要とする演算量とメモリ量の増大に直結することとなる。また、整相加算の演算量に対して超音波診断装置の演算能力が不足すると、演算能力に見合ったフレームレートを超えることができないことから、超音波画像のフレームレートの低下による、時間解像度の低下と、それに伴うユーザビリティの低下が起こりうる。したがって、時間解像度の低下やユーザビリティの低下を抑制するためには、整相加算の演算を高速に行えるような処理能力の高いプロセッサ、例えば高性能のＧＰＵなどが必要となり、超音波診断装置のコスト増加を招くこととなる。
【００１５】
演算量を削減するには、対象領域に含まれる観測点の数を削減することが考えられる。しかしながら、演算量の削減のためむやみに観測点数を削減すると、超音波画像の解像度やＳ／Ｎ比が演算量に連動して低下する。さらに、観測点の数を削減するだけでは、抜本的な演算量の削減が困難な場合がある。そこで、発明者は、合成開口法の利点を享受しつつ演算量の削減を図るため、一部の観測点でのみ整相加算を行い、その結果を用いて着目領域全体の音響線信号を生成する方法を検討した。この手順によれば、例えば、非特許文献３に開示されているように、整相加算の演算量を抜本的に削減することができる。さらに、その上で、音響線信号の品質のバランスを最適化する方法を模索し、観測点が送信フォーカス深さより深いか否かで、整相加算において受信素子列に対する重み数列を変更する、および／または、音響線合成において音響線信号に対する重み数列を変更する、という着想を得た。より具体的には、観測点が送信フォーカス深さより深い場合には重みの変化が大きい重み数列を用い、観測点が送信フォーカス深さより浅い場合には平坦な重み数列を用いる。このようにすることで、送信フォーカス深さより浅い領域についてはＳ／Ｎ比の低下を抑止することで超音波画像のスペックルの粗さによる品質が低い印象をユーザが抱くことを抑止し、送信フォーカス深さより深い領域については空間解像度を高く保つことができる。
【００１６】
以下、実施の形態に係る超音波画像処理方法及びそれを用いた超音波診断装置について図面を用いて詳細に説明する。
≪実施の形態１≫
＜全体構成＞
以下、実施の形態１に係る超音波診断装置１００について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る超音波診断システム１０００の機能ブロック図である。図１に示すように、超音波診断システム１０００は、被検体に向けて超音波を送信しその反射波の受信する複数の振動子１０１ａを有するプローブ１０１、プローブ１０１に超音波の送受信を行わせプローブ１０１からの出力信号に基づき超音波画像を生成する超音波診断装置１００、超音波画像を画面上に表示する表示部１０６を有する。プローブ１０１、表示部１０６は、それぞれ、超音波診断装置１００に各々接続可能に構成されている。図１は超音波診断装置１００に、プローブ１０１、表示部１０６が接続された状態を示している。なお、プローブ１０１と、表示部１０６とは、超音波診断装置１００の内部にあってもよい。
【００１８】
超音波診断装置１００は、プローブ１０１の複数ある振動子１０１ａのうち、送信又は受信の際に用いる振動子を各々に選択し、選択された振動子に対する入出力を確保するマルチプレクサ部１０２、超音波の送信を行うためにプローブ１０１の各振動子１０１ａに対する高電圧印加のタイミングを制御する送信ビームフォーマ部１０３と、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、受信ビームフォーミングして音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部１０４を有する。また、受信ビームフォーマ部１０４からの出力信号に基づいて超音波画像（Ｂモード画像）を生成する超音波画像生成部１０５、受信ビームフォーマ部１０４が出力する音響線信号及び超音波画像生成部１０５が出力する超音波画像を保存するデータ格納部１０７と、各構成要素を制御する制御部１０８を備える。
【００１９】
このうち、マルチプレクサ部１０２、送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５は、超音波信号処理装置１５０を構成する。
超音波診断装置１００を構成する各要素、例えば、マルチプレクサ部１０２、送信ビームフォーマ部１０３、受信ビームフォーマ部１０４、超音波画像生成部１０５、制御部１０８は、それぞれ、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｇｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハードウエア回路により実現される。あるいは、プロセッサなどのプログラマブルデバイスとソフトウェアにより実現される構成であってもよい。プロセッサとしてはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＧＰＵを用いることができ、ＧＰＵを用いる構成はＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ−Ｐｕｒｐｏｓｅ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と呼ばれる。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。
【００２０】
データ格納部１０７は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ、半導体メモリ等を用いることができる。また、データ格納部１０７は、超音波診断装置１００に外部から接続された記憶装置であってもよい。
なお、本実施の形態に係る超音波診断装置１００は、図１で示した構成の超音波診断装置に限定されない。例えば、マルチプレクサ部１０２がなく、送信ビームフォーマ部１０３と受信ビームフォーマ部１０４とが直接、プローブ１０１の各振動子１０１ａに接続されていてもよい。また、プローブ１０１に送信ビームフォーマ部１０３や受信ビームフォーマ部１０４、またその一部などが内蔵される構成であってもよい。これは、本実施の形態に係る超音波診断装置１００に限られず、後に説明する他の実施の形態や変形例に係る超音波診断装置でも同様である。
【００２１】
＜超音波診断装置１００の主要部の構成＞
実施の形態１に係る超音波診断装置１００は、プローブ１０１の各振動子１０１ａから超音波送信を行わせる送信ビームフォーマ部１０３と、プローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号を演算して超音波画像を生成するための音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部１０４に特徴を有する。そのため、本明細書では、主に、送信ビームフォーマ部１０３及び受信ビームフォーマ部１０４について、その構成及び機能を説明する。なお、送信ビームフォーマ部１０３及び受信ビームフォーマ部１０４以外の構成については、公知の超音波診断装置に使われるものと同じ構成を適用可能であり、公知の超音波診断装置のビームフォーマ部に本実施の形態に係るビームフォーマ部を置き換えて使用することが可能である。
【００２２】
以下、送信ビームフォーマ部１０３と、受信ビームフォーマ部１０４の構成について説明する。
１．送信ビームフォーマ部１０３
送信ビームフォーマ部１０３は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、プローブ１０１から超音波の送信を行うためにプローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａの全てもしくは一部に当たる送信振動子列からなる送受信開口ＴＲｘに含まれる複数の振動子の各々に対する高電圧印加のタイミングを制御する。送信ビームフォーマ部１０３は送信部１０３１から構成される。
【００２３】
送信部１０３１は、制御部１０８からの送信制御信号に基づき、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中、送受信開口ＴＲｘに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるためのパルス状の送信信号を供給する送信処理を行う。具体的には、送信部１０３１は、例えば、クロック発生回路、パルス発生回路、遅延回路を備えている。クロック発生回路は、超音波ビームの送信タイミングを決定するクロック信号を発生させる回路である。パルス発生回路は、各振動子を駆動するパルス信号を発生させるための回路である。遅延回路は、超音波ビームの送信タイミングを振動子毎に遅延時間を設定し、遅延時間だけ超音波ビームの送信を遅延させて超音波ビームのフォーカシングを行うための回路である。
【００２４】
送信部１０３１は、超音波送信ごとに送受信開口ＴＲｘを列方向に固定長の送信ピッチＭｐずつ移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ１０１に存する全ての振動子１０１ａから超音波送信を行う。本実施の形態では、送信ピッチＭｐは振動子１つ分である。すなわち、本実施の形態では、超音波送信ごとに、送受信開口ＴＲｘが振動子１つ分ずつ移動していく。なお、送信ピッチＭｐは上述の例に限らず、例えば、振動子０．５個分であってもよい。送受信開口ＴＲｘに含まれる振動子の位置を示す情報は制御部１０８を介してデータ格納部１０７に出力される。例えば、プローブ１０１に存する振動子１０１ａ全数を１９２としたとき、送受信開口ＴＲｘを構成する振動子列の数として、例えば２０〜１００を選択してもよく、送信ピッチＭｐを振動子１つ分としてもよい。以後、送信部１０３１により同一の送受信開口ＴＲｘから行われる超音波送信を「送信イベント」と称呼する。
【００２５】
図２は、送信ビームフォーマ部１０３による超音波送信波の伝播経路を示す模式図である。ある送信イベントにおいて、超音波送信に寄与するアレイ状に配列された振動子１０１ａの列（送信振動子列）を送受信開口ＴＲｘとして図示している。また、送受信開口ＴＲｘを送受信開口長と呼ぶ。
送信ビームフォーマ部１０３において、送受信開口ＴＲｘの中心に位置する振動子ほど送信タイミングを遅らせるように各振動子の送信タイミングを制御する。これにより、送受信開口ＴＲｘ内の振動子列から送信された超音波送信波は、被検体のある深度（Ｆｏｃａｌ  ｄｅｐｔｈ）において、波面がある一点、すなわち送信フォーカス点Ｆ（Ｆｏｃａｌ  ｐｏｉｎｔ）で、フォーカスがあう（集束する）状態となる。送信フォーカス点Ｆの深さ（Ｆｏｃａｌ  ｄｅｐｔｈ）は、任意に設定することができる。送信フォーカス点Ｆで合焦した波面は、再び拡散し、送受信開口ＴＲｘを底とし送信フォーカス点Ｆを節とする交差する２つの直線で区切られた砂時計型の空間内を超音波送信波が伝播する。すなわち、送受信開口ＴＲｘで放射された超音波は、次第にその空間上での幅（図中の横軸方向）を小さくし、送信フォーカス点Ｆでその幅を最小化し、それよりも深部（図中では上部）に進行するにしたがって、再び、その幅を大きくしながら拡散し、伝播することとなる。この砂時計型の領域が超音波主照射領域Ａｘである。なお、上述したように、超音波主照射領域Ａｘは、１点の送信フォーカス点Ｆの近傍に集束するように超音波送信波を送信してもよい。
【００２６】
２．受信ビームフォーマ部１０４の構成
受信ビームフォーマ部１０４は、プローブ１０１で受信した超音波の反射波に基づき、複数の振動子１０１ａで得られた電気信号から音響線信号を生成する。なお、「音響線信号」とは、ある観測点に対する、整相加算処理がされた後の信号である。整相加算処理については後述する。図３は、受信ビームフォーマ部１０４の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、受信ビームフォーマ部１０４は、受信部１０４０、整相加算部１０４１、合成部１１４０を備える。
【００２７】
以下、受信ビームフォーマ部１０４を構成する各部の構成について説明する。
（１）受信部１０４０
受信部１０４０は、マルチプレクサ部１０２を介してプローブ１０１と接続され、送信イベントに同期してプローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号を増幅した後ＡＤ変換した受信信号（ＲＦ信号）を生成する回路である。送信イベントの順に時系列に受信信号を生成しデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。
【００２８】
ここで、受信信号（ＲＦ信号）とは、各振動子にて受信された反射超音波から変換された電気信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号であり、各振動子にて受信された超音波の送信方向（被検体の深さ方向）に連なった信号の列を形成している。
送信イベントでは、上述のとおり、送信部１０３１は、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中、送受信開口ＴＲｘに含まれる複数の振動子の各々に超音波ビームを送信させる。これに対し、受信部１０４０は、送信イベントに同期して送受信開口ＴＲｘに含まれる複数の振動子の各々が得た反射超音波に基づいて、各振動子に対する受信信号の列を生成する。ここで、反射超音波を受波する振動子を「受波振動子」と称呼する。本実施の形態では、送信振動子列に含まれる全ての振動子を受波振動子として用いる。したがって、受波振動子の数は、送信開口Ｔｘに含まれる振動子の数と同じになる。
【００２９】
送信部１０３１は、送信イベントに同期して送受信開口ＴＲｘを列方向に送信ピッチＭＰだけ移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ全体から超音波送信を行う。受信部１０４０は、送信イベントに同期して各受波振動子に対する受信信号の列を生成し、生成された受信信号はデータ格納部１０７に保存される。
【００３０】
（２）整相加算部１０４１
整相加算部１０４１は、送信イベントに同期して、被検体内においてサブフレーム音響線信号の生成を行う対象領域Ｂｘを設定する。次に、対象領域Ｂｘ内に、送信フォーカス点Ｆを通過する観測線ＢＬを設定する。本実施の形態では、観測線ＢＬは送信フォーカス点Ｆと送受信開口ＴＲｘの中心線とを通過する直線であり、振動子列に直交している。なお、観測線ＢＬは送信フォーカス点Ｆと送受信開口ＴＲｘ内の任意の点を通過していればよく、上述の場合に限られない。次に、観測線ＢＬ上に存在する複数の代表点Ｑｋの各々について、代表点Ｑｋから各受信振動子Ｒｍが受信した受信信号列を整相加算する。そして、各代表点Ｑｋにおける音響線信号の列を算出することにより線領域音響線信号を生成する回路である。図４は、整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、整相加算部１０４１は、対象領域設定部１０４２、送信時間算出部１０４３、受信時間算出部１０４４、遅延量算出部１０４５、遅延処理部１０４６、重み算出部１０４７、及び加算部１０４８を備える。
【００３１】
以下、整相加算部１０４１を構成する各部の構成について説明する。
ｉ）対象領域設定部１０４２
対象領域設定部１０４２は、被検体内においてサブフレーム音響線信号の生成を行う対象領域Ｂｘを設定する。「対象領域」とは、送信イベントに同期して被検体内においてサブフレーム音響線信号の生成が行われるべき信号上の領域であり、対象領域Ｂｘ内の観測点Ｐｉｊについて音響線信号が生成される。対象領域Ｂｘは、音響線信号の生成が行われる観測対象点の集合として、１回の送信イベントに同期して計算の便宜上設定される。
【００３２】
ここで、「サブフレーム音響線信号」とは、１回の送信イベントから生成される対象領域Ｂｘ内に存在する全ての観測点Ｐｉｊに対する音響線信号の集合である。なお、「サブフレーム」とは、１回の送信イベントで得られ、対象領域Ｂｘ内に存在する全ての観測点Ｐｉｊに対応するまとまった信号を形成する単位をさす。取得時間の異なる複数のサブフレームを合成したものがフレームとなる。
【００３３】
対象領域設定部１０４２は、送信イベントに同期して、送信ビームフォーマ部１０３から取得する送受信開口ＴＲｘの位置を示す情報に基づき対象領域Ｂｘを設定する。
図５は、対象領域Ｂｘを示す模式図である。図５に示すように、対象領域Ｂｘは、超音波主照射領域Ａｘ内に存在する任意の領域であり、本実施の形態では、超音波主照射領域Ａｘの全域である。
【００３４】
さらに、対象領域設定部１０４２は、対象領域Ｂｘの内部に、線領域音響線信号の生成を行う対象線ＢＬを設定する。対象線ＢＬは、フォーカス点Ｆまたはその近傍を通過する直線である。なお、本実施の形態では、対象線ＢＬは送受信開口ＴＲｘの中心を通過するものとしたが、対象線ＢＬはフォーカス点Ｆまたはその近傍と、送受信開口ＴＲｘ上の任意の点とを通過する直線上の領域であればよい。そして、この対象線ＢＬ上に設定される代表点Ｑｋに対し、線領域音響線信号が生成される。
【００３５】
設定された対象領域Ｂｘおよび対象線ＢＬ、および、送信ビームフォーマ部１０３から取得した送受信開口ＴＲｘは、送信時間算出部１０４３、受信時間算出部１０４４、遅延処理部１０４６、重み算出部１０４７に出力される。
ｉｉ）送信時間算出部１０４３
送信時間算出部１０４３は、送信された超音波が被検体中の観測点Ｐに到達する送信時間を算出する回路である。送信イベントに対応して、対象領域設定部１０４２から取得した、送受信開口ＴＲｘに含まれる振動子の位置を示す情報と、対象線ＢＬの位置を示す情報とに基づき対象線ＢＬ上に存在する任意の代表点Ｑｋについて、送信された超音波が被検体中の代表点Ｑｋに到達する送信時間を算出する。
【００３６】
図６は、送受信開口ＴＲｘから放射され対象線ＢＬ上の任意の位置にある代表点Ｑｋにおいて反射され送受信開口ＴＲｘ内に位置する受信振動子Ｒｍに到達する超音波の伝播経路を説明するための模式図である。なお、図６（ａ）は代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さ以上の場合、図６（ｂ）は代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合を示している。
【００３７】
送受信開口ＴＲｘから放射された送信波は、経路４０１を通って送信フォーカス点Ｆにて波面が集束し、再び、拡散する。送信波が集束または拡散する途中で代表点Ｑｋに到達し、代表点Ｑｋで音響インピーダンスに変化があれば反射波を生成し、その反射波がプローブ１０１における送受信開口ＴＲｘ内の受信振動子Ｒｍに戻っていく。送信フォーカス点Ｆは送信ビームフォーマ部１０３の設計値として規定されているので、送信フォーカス点Ｆと任意の代表点Ｑｋとの間の経路４０２の長さは幾何学的に算出することができる。
【００３８】
送信時間の算出方法を、以下、さらに詳細に説明する。
まず、代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さ以上の場合について、図６（ａ）を用いて説明する。代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さ以上の場合は、送受信開口ＴＲｘから放射された送信波が、経路４０１を通って送信フォーカス点Ｆに到達し、送信フォーカス点Ｆから経路４０２を通って代表点Ｑｋに到達したものとして算出する。したがって、送信波が経路４０１を通過する時間と、経路４０２を通過する時間を合算した値が、送信時間となる。具体的な算出方法としては、例えば、経路４０１の長さと経路４０２の長さとを加算した全経路長を、被検体内における超音波の伝搬速度で除算することで求められる。
【００３９】
一方、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合について、図６（ｂ）を用いて説明する。代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合は、送受信開口Ｒｘから放射された送信波が、経路４０１を通って送信フォーカス点Ｆに到達する時刻と、経路４０４を通って代表点Ｑｋに到達した後、代表点Ｑｋから経路４０５を通って送信フォーカス点Ｆに到達する時刻とが同一であるものとして算出する。つまり、送信波が経路４０１を通過する時間から、経路４０５を通過する時間を差し引いた値が、送信時間となる。具体的な算出方法としては、例えば、経路４０１の長さから経路４０５の長さを減算した経路長差を、被検体内における超音波の伝搬速度で除算することで求められる。
【００４０】
なお、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さである場合の送信時間は、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより深い場合と同じ算出方法、すなわち、送信波が経路４０１を通過する時間と、経路４０２を通過する時間を合算する計算方法を用いるとした。しかしながら、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合と同じ算出方法、すなわち、送信波が経路４０１を通過する時間から、経路４０５を通過する時間を差し引く計算方法を用いるとしてもよい。経路４０２の長さと経路４０５の長さがいずれも０となるため、いずれで算出しても経路４０１を通過する時間と一致するためである。
【００４１】
送信時間算出部１０４３は、１回の送信イベントに対し、対象線ＢＬ上の全ての代表点Ｑｋについて、送信された超音波が被検体中の観測点Ｑｋに到達する送信時間を算出して遅延量算出部１０４５に出力する。また、送信時間算出部１０４３は、１回の送信イベントに対し、対象線ＢＬ上の全ての代表点Ｑｋについて、経路４０２または経路４０５の長さを、受信時間算出部１０４４に出力する。
【００４２】
ｉｉｉ）受信時間算出部１０４４
受信時間算出部１０４４は、代表点Ｑからの反射波が、送受信開口ＴＲｘに含まれる受信振動子Ｒｍの各々に到達する受信時間を算出する回路である。送信イベントに対応して、対象領域設定部１０４２から取得した受信振動子Ｒｋの位置を示す情報と、対象線ＢＬの位置を示す情報とに基づき対象線ＢＬ上に存在する任意の代表点Ｑｋについて、送信された超音波が被検体中の代表点Ｑｋで反射され送受信開口ＴＲｘの各受信振動子Ｒｍに到達する受信時間を算出する。
【００４３】
上述のとおり、代表点Ｑｋに到達した送信波は、代表点Ｑｋで音響インピーダンスに変化があれば反射波を生成し、その反射波がプローブ１０１における送受信開口ＴＲｘ内の各受信振動子Ｒｍに戻っていく。このとき、受信時間算出部１０４４は、送信超音波ビームと同様、送信フォーカス点Ｆを基準として代表点Ｑｋから受信振動子Ｒｍまでの経路を算出する。
【００４４】
受信時間の算出方法について、まず、図６を用いて概念を説明する。但し、算出に当たっては、後述するように、単純化を行うことができる。
まず、代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さ以上の場合について、図６（ａ）を用いて説明する。代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さ以上の場合は、代表点Ｑｋが反射した反射波が、経路４０２を通って送信フォーカス点Ｆに到達し、送信フォーカス点Ｆから経路４０３を通って受信振動子Ｒｍに到達したものとして算出する。したがって、経路４０２を通過する時間と、経路４０３を通過する時間を合算した値が、受信時間となる。
【００４５】
一方、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合について、図６（ｂ）を用いて説明する。代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより浅い場合は、送信フォーカス点Ｆが反射した反射波が、経路４０５を通って代表点Ｑｋに到達した後経路４０６を通って受信振動子Ｒｍに到達する時刻と、経路４０３を通って直接受信振動子Ｒｍに到達する時刻とが同一であるものとして算出する。言い換えると、代表点Ｑｋが反射した反射波が受信振動子Ｒｍに到達する時間は、送信フォーカス点Ｆが反射した反射波が経路４０３を通って受信振動子Ｒｍに到達する時間より、経路４０５の通過に必要な時間だけ短い、とする。したがって、経路４０３を通過する時間から経路４０５を通過する時間を差し引いた値が、受信時間となる。
【００４６】
ここで、代表点Ｑｋごとの経路４０２または経路４０５の長さは、送信時間算出部１０４３が送信時間の一部として算出する代表点Ｑｋごとの経路４０２または経路４０５の長さと同一となる。そのため、本実施の形態では、送信時間算出部１０４３が算出した代表点Ｑｋごとの経路４０２または経路４０５の長さを取得し、受信時間の算出に用いる。また、経路４０３の長さは送信フォーカス点Ｆと受信振動子Ｒｍとの位置関係のみに依存する。言い換えると、２つの受信振動子Ｒｍ1、Ｒｍ2における受信時間の差は、代表点Ｑｋ1に対しても、代表点Ｑｋ2に対しても、代表点Ｑｋ3に対しても、一定となる。
【００４７】
以下、図７を用いてより詳細に説明する。経路４０３の長さは、受信振動子Ｒｍと送信フォーカス点Ｆとの位置関係によって定まる。受信振動子Ｒｍの受信時間と送受信開口Ｔｘの中心に位置する受信振動子Ｒｃの受信時間との差は、送信フォーカス点Ｆを中心として受信振動子Ｒｃに接する円弧４１０と、受信振動子Ｒｍとの距離４１２を超音波が伝播するのに要する時間である。
【００４８】
したがって、受信時間算出部１０４４は、受信振動子Ｒｃの経路４０３の長さに対応する経路４０１の長さと、送信時間算出部１０４３が算出した代表点Ｑｋごとの経路４０２または経路４０５の長さとを用いて、受信振動子Ｒｃに対する代表点Ｑｋごとの受信時間を算出する。さらに、受信振動子Ｒｍごとの距離４１２を超音波の伝播速度で除することで、受信振動子Ｒｍごとの受信振動子Ｒｃに対する受信時間差を算出する。そして、受信振動子Ｒｃに対する代表点Ｑｋごとの受信時間と、受信振動子Ｒｍごとの受信振動子Ｒｃに対する受信時間差を、遅延量算出部１０４５に出力する。
【００４９】
ｉｖ）遅延量算出部１０４５
遅延量算出部１０４５は、送信時間と受信時間とから送受信開口ＴＲｘ内の各受信振動子Ｒｍへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受信振動子Ｒｍに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出する回路である。遅延量算出部１０４５は、送信された超音波が代表点Ｑｋに到達する送信時間と、代表点Ｑｋで反射して受信振動子Ｒｃに到達する受信時間と、受信振動子Ｒｃと各受信振動子Ｒｍとの受信時間差とを取得する。そして、送信された超音波が各受信振動子Ｒｍへ到達するまでの総伝播時間を算出し、各受信振動子Ｒｍに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｍに対する遅延量を算出する。代表点Ｑｋごとの受信振動子Ｒｃに対する総伝播時間は、代表点Ｑｋに対する送信時間と、受信振動子Ｒｃに対する受信時間との合計として得ることができる。また、各受信振動子Ｒｍに対する総伝播時間は、同一の代表点Ｑｋに対する受信振動子Ｒｃの総伝播時間に、受信振動子Ｒｃと各受信振動子Ｒｍとの受信時間差を加算することで得ることができる。遅延量算出部１０４５は、対象線ＢＬ上に存在する全ての代表点Ｑｋについて、受信振動子Ｒｃに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出し、受信振動子Ｒｃと各受信振動子Ｒｍとの受信時間差と併せて遅延処理部１０４６に出力する。
【００５０】
ｖ）遅延処理部１０４６
遅延処理部１０４６は、送受信開口ＴＲｘ内の受信振動子Ｒｍに対する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｍに対する遅延量に相当する受信信号を、代表点Ｑｋからの反射超音波に基づく各受信振動子Ｒｍに対応する受信信号として同定する回路である。
遅延処理部１０４６は、送信イベントに対応して、対象領域設定部１０４２から受信振動子Ｒｍの位置および対象線ＢＬの位置を示す情報、データ格納部１０７から受信振動子Ｒｍに対応する受信信号、遅延量算出部１０４５から各受信振動子Ｒｍに対する受信信号の列に適用する遅延量を入力として取得する。そして、各受信振動子Ｒｍに対応する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｍに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号として同定し、加算部１０４８に出力する。
【００５１】
より具体的には、遅延処理部１０４６は、各受信振動子Ｒｍに対する受信信号の列に対し、受信振動子Ｒｃと各受信振動子Ｒｍとの受信時間差を打ち消すように遅延処理を行う。遅延処理後の受信信号の列から同一の時刻に対応する受信信号を取り出すことで、同一の代表点Ｑｋからの反射超音波に基づく受信信号の集合を取り出すことができる。
ｖｉ）重み算出部１０４７
重み算出部１０４７は、各受信振動子Ｒｍに対する重み数列（受信アポダイゼーション）を算出する回路である。
【００５２】
図８に示すように、重み数列は送受信開口ＴＲｘ内の各振動子に対応する受信信号に適用される重み係数の数列である。重み数列は、送信フォーカス点Ｆを中心として対称な分布をなす。重み数列は、送受信開口ＴＲｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるように設定され、重みの分布の中心軸は、送受信開口中心軸ＴＲｏと一致する。
【００５３】
重み数列は、代表点Ｑの深さが送信フォーカス深さ以上である場合と、代表点Ｑの深さが送信フォーカス深さ未満である場合とで異なる。より具体的には、深さが送信フォーカス深さ以上である代表点Ｑａに対しては、分布形状がハミング窓である、重み数列５０１を用いる。一方で、深さが送信フォーカス深さ未満である代表点Ｑｂに対しては、分布形状が矩形窓である、重み数列５０２を用いる。
【００５４】
これは、以下の理由による。代表点の深さが送信フォーカス深さ以上である場合、空間解像度を向上させることが好ましい。したがって、代表点Ｑと最も近い受信振動子、すなわち、送受信開口ＴＲｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるように設定し、代表点Ｑから遠い受信振動子ほど重みが小さくなるように、すなわち、送受信開口ＴＲｘの端に近づくほど重みが小さくなるように設定する。重み数列の各重みは、送受信開口中心軸ＴＲｏからの距離に依存して減少することが好ましい。重み数列の形状としては、例えば、ハミング窓、ハニング窓が好ましい。
【００５５】
一方、代表点Ｑの深さが送信フォーカス深さ未満である場合、信号のＳ／Ｎ比を向上させることが好ましい。超音波診断装置のユーザは深さが浅いほど超音波画像（Ｂモード画像）のＳ／Ｎ比が高いことを期待するため、空間解像度が高いか低いかにかかわらず、Ｓ／Ｎ比が小さいとユーザが直ちに超音波画像の品質が低いと誤認しがちであるからである。したがって、送受信開口ＴＲｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みと、送受信開口ＴＲｘの端に位置する振動子に対する重みとの比が小さくなるように、すなわち、重み数列の形状が平坦となるように設定する。重み数列の各重みは、送受信開口中心軸ＴＲｏからの距離に依存しない形状であることが好ましい。重み数列の形状としては、例えば、矩形窓が好ましい。
【００５６】
重み算出部１０４７は、対象領域設定部１０４２から出力される送受信開口ＴＲｘの位置を示す情報を入力として各受信振動子Ｒｍに対する重み数列を算出し、算出した代表点Ｑｋごとの重み数列（以下、深さごとの重み数列の集合を「重みづけプロファイル」と呼ぶ）を加算部１０４８に出力する。
ｖｉｉ）加算部１０４８
加算部１０４８は、遅延処理部１０４６から出力される各受信振動子Ｒｍに対応して同定された受信信号と、重み算出部１０４７から出力される重みづけプロファイルを入力として、各受信振動子Ｒｍに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｍに対する重みを乗じて加算して、代表点Ｑｋに対する音響線信号を生成する。遅延処理部１０４６において送受信開口ＴＲｘ内に位置する各受信振動子Ｒｍが検出した受信信号の位相を整えて加算部１０４８にて加算処理をすることにより、代表点Ｑｋからの反射波に基づいて各受信振動子Ｒｍで受信した受信信号を重ね合わせてその信号Ｓ／Ｎ比を増加し、代表点Ｑｋからの受信信号を抽出することができる。
【００５７】
以上の処理をまとめると以下のようになる。受信振動子Ｒｍに対する受信信号列をＲｆ（ｍ，ｔ）とする。ここで、ｍは受信振動子を指す識別子であり、ｔは代表点Ｑｋからの反射超音波を受信振動子Ｒｃが受信した時刻である。また、受信振動子Ｒｍに対する重み係数をＡ（ｍ）とする。さらに、受信振動子Ｒｍと受信振動子Ｒｃとの受信時間差をｄ（ｍ）とする。このとき、代表点Ｑｋに対する音響線信号Ｄａｓ（ｋ）は、以下の式で与えられることとなる。
【００５８】
【数１】
2018082835.tif 000003
以上の処理により、１回の送信イベントに係る対象線ＢＬ上の全ての代表点Ｑｋについて音響線信号を生成することができる。そして、代表点Ｑｋに対する音響線信号に基づいて対象領域Ｂｘ内の全ての観測点Ｐｉｊについて、音響線信号を生成する（詳細は後述する）。そして、送信イベントに同期して送信開口Ｔｘを列方向に順次移動させながら超音波送信を繰り返し、プローブ１０１に存する全ての振動子１０１ａから超音波送信を行うことにより１フレームの合成された音響線信号であるフレーム音響線信号を生成する。
【００５９】
また、フレーム音響線信号を構成する観測点ごとの合成された音響線信号を、以後、「合成音響線信号」と称呼する。
加算部１０４８により、送信イベントに同期して対象線ＢＬ上に存在する全ての代表点Ｑｋに対する線領域の音響線信号が生成される。生成された線領域の音響線信号は、データ格納部１０７に出力され保存される。
【００６０】
（３）合成部１１４０
合成部１１４０は、送信イベントに同期して生成される線領域音響線信号からサブフレーム音響線信号を生成し、生成したサブフレーム音響線信号からフレーム音響線信号を合成する回路である。図９は、合成部１１４０の構成を示す機能ブロック図である。図９に示すように、合成部１１４０は、音響線信号展開部１１４０１、重みづけ合成部１１４０２を備える。
【００６１】
以下、合成部１１４０を構成する各部の構成について説明する。
ｉ）音響線信号展開部１１４０１
音響線信号展開部１１４０１は、フレーム音響線信号を合成するための一連の線領域音響線信号の生成が終了したのち、データ格納部１０７に保持されている複数の線領域音響線信号を読み出す。そして、線領域音響線信号のそれぞれについて、観測点Ｐｉｊと代表点Ｑｋとの位置関係に基づいて、線領域音響線信号からフレーム音響線信号を生成する。
【００６２】
図１０は、音響線信号展開部１１４０１におけるフレーム音響線信号を生成する処理を示す模式図である。まず、代表点Ｑｋの深さと、観測点Ｐｉｊの深さがいずれも送信フォーカス深さより深い場合を想定する。上述の通り、代表点Ｑｋの送信時間は、送受信開口ＴＲｘから送信フォーカス点Ｆまでの距離と、送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋまでの距離との合算値に依存する。すなわち、送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋと観測点Ｐｉｊとが等距離に存在した場合、代表点Ｑｋの送信時間と、観測点Ｐｉｊの送信時間とは等しい。同様に、代表点Ｑｋの受信時間は、観測点Ｑｋから送信フォーカス点Ｆまでの距離と、送信フォーカス点Ｆから受信振動子Ｒｍまでの距離との合算値に依存する。すなわち、送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋと観測点Ｐｉｊとが等距離に存在した場合、代表点Ｑｋの受信時間と、観測点Ｐｉｊの受信時間とは等しい。したがって、代表点Ｑｋに対する音響線信号は、送信フォーカス点Ｆまでの距離が等しい複数の観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を含んでいる。言い換えれば、送信フォーカス点Ｆまでの距離が等しい複数の観測点Ｐｉｊに対する音響線信号の総和を、代表点Ｑｋに対する音響線信号として取得している。この関係は、代表点Ｑｋの深さと、観測点Ｐｉｊの深さがいずれも送信フォーカス深さより浅い場合であっても成立する。
【００６３】
したがって、音響線信号展開部１１４０１は、代表点Ｑｋの音響線信号を、（１）送信フォーカス深さに対し、代表点Ｑｋの深さと観測点Ｐｉｊの深さは、いずれも深い、または、いずれも浅い、（２）代表点Ｑｋと送信フォーカス点Ｆとの距離と、観測点Ｐｉｊと送信フォーカス点Ｆとの距離とは等しい、の２条件を満たす観測点Ｐｉｊの音響線信号の値として適用する。具体的には、対象領域Ｂｘ内に、送信フォーカス点Ｆを中心として代表点Ｑｋを通過する円弧を設定し、円弧上に存在する全ての観測点Ｐｉｊに対し、当該観測点Ｐｉｊに対応する音響線信号の値として、当該円弧上に存在する代表点Ｑｋの音響線信号の値を適用する。例えば、円弧５１４上の全ての観測点Ｐｉｊに対し、当該当該観測点Ｐｉｊに対応する音響線信号の値として、円弧５１４に存在する代表点Ｑｋの音響線信号の値を適用する。このような処理により、音響線信号展開部１１４０１は、線領域音響線信号からフレーム音響線信号を生成する。
【００６４】
音響線信号展開部１１４０１は、生成したフレーム音響線信号を、重みづけ合成部１１４０２に出力する。
ｉｉ）重みづけ合成部１１４０２
図１１は、重みづけ合成部１１４０２における合成音響線信号を合成する処理を示す模式図である。上述のとおり、送信イベントに同期して送信振動子列（送受信開口ＴＲｘ）に用いる振動子を振動子列方向に移動ピッチＭｐだけ異ならせて超音波送受信が順次行われる。そのため、異なる送信イベントに基づく対象領域Ｂｘも送信イベントごとに同一方向に移動ピッチＭｐだけ位置が異なる。複数のサブフレーム音響線信号を、各サブフレーム音響線信号に含まれる音響線信号と対応する観測点Ｐｉｊの位置を指標として加算することにより、全ての対象領域Ｂｘを網羅したフレーム音響線信号が合成される。
【００６５】
このとき、重みづけ合成部１１４０２は、観測点Ｐｉｊの位置を指標としてサブフレーム音響線信号に対する重みづけを行う。重み数列は、観測点Ｐｉｊに対応する各サブフレーム音響線信号に適用される重み係数の数列である。重み数列は、サブフレーム音響線信号に対応する送信イベントにおける送信フォーカス点Ｆの位置によって規定される。重み数列は、観測点Ｐｉｊを中心として対称な分布をなす。重み数列は、観測点Ｐｉｊと同じＸ座標（振動子の並び方向における位置）に送信フォーカス点Ｆが設定される送信イベントにおけるサブフレーム音響線信号に対する重みが最大となるように設定される。重みの分布の中心軸は、観測点Ｐｉｊを通り振動子列に直交する直線Ｐｉｊｏと一致する。重み数列の形状としては、例えば、ハミング窓、ハニング窓が好ましい。本実施の形態では、重み数列は、観測点Ｐｉｊの深さに関わらず、分布形状がハミング窓である、重み数列５１１を用いる。すなわち、重みづけプロファイルは１つだけの重み数列からなる。なお、重み数列の形状は、例えば、重みの分布を有さない矩形窓であってもよい。
【００６６】
重みづけ合成部１１４０２は、各観測点Ｐｉｊについて、観測点Ｐｉｊに対応する各サブフレーム音響線信号を重みづけ加算することで、フレーム音響線信号を合成する。
また、位置の異なる複数の対象領域Ｂｘにまたがって存在する観測点Ｐｉｊについては、各サブフレーム音響線信号における音響線信号の値が加算されるので、合成音響線信号は、跨りの程度に応じて大きな値を示す。以後、観測点Ｐｉｊが異なる対象領域Ｂｘに含まれる回数を「重畳数」、振動子列方向における重畳数の最大値を「最大重畳数」と称する。
【００６７】
また、本実施の形態では、対象領域Ｂｘは砂時計形状の領域内に存在する。そのため、図１２（ａ）に示すように、重畳数及び最大重畳数は被検体の深さ方向において変化するので、合成音響線信号の値も同様に深さ方向において変化する。これを補うため、重みづけ合成部１１４０２は、フレーム音響線信号に含まれる合成音響線信号の合成において、加算が行われた回数に応じて決定した増幅率を各合成音響線信号に乗じる増幅処理を行う。
【００６８】
図１２（ｂ）は、重みづけ合成部１１４０２における増幅処理の概要を示す模式図である。図１２（ｂ）に示すように、最大重畳数は被検体の深さ方向において変化するので、この変化を補うように、最大重畳数に応じて決定された被検体深さ方向において変化する増幅率が合成音響線信号に乗じられる。これにより、深さ方向における重畳数の変化に伴う合成音響線信号の変動要因は解消され、増幅処理後の合成音響線信号の値は深さ方向において均一化が図られる。
【００６９】
また、重畳数に応じて決定された振動子列方向において変化する増幅率を合成音響線信号に乗じる処理を行ってもよい。振動子列方向において重畳数が変化する場合に、その変動要因を解消し、振動子列方向において増幅処理後の合成音響線信号の値の均一化が図られる。
なお、生成した各観測点に対する合成音響線信号に増幅処理を施した信号をフレーム音響線信号としてもよい。
【００７０】
＜動作＞
以上の構成からなる超音波診断装置１００の動作について説明する。
図１３は、受信ビームフォーマ部１０４のビームフォーミング処理動作を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１０１において、送信部１０３１は、プローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａ中送信開口Ｔｘに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるための送信信号を供給する送信処理（送信イベント）を行う。
【００７１】
次に、ステップＳ１０２において、受信部１０４０は、プローブ１０１での超音波反射波の受信から得た電気信号に基づき受信信号を生成しデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。プローブ１０１に存する全ての振動子１０１ａから超音波送信が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、完了していない場合にはステップＳ１０１に戻り、送受信開口ＴＲｘを列方向に移動ピッチＭｐだけ移動させながら送信イベントを行い、完了している場合にはステップＳ２０１に進む。
【００７２】
次に、ステップＳ２０１において、対象領域設定部１０４２は、送信イベントに同期して、送受信開口ＴＲｘの位置を示す情報に基づき対象領域Ｂｘを設定する。１回目のループでは初回の送信イベントにおける送受信開口ＴＲｘから求められる対象領域Ｂｘが設定される。
次に、ステップＳ２０２において、対象領域設定部１０４２は、設定した対象領域Ｂｘ内に、対象線ＢＬを設定する。対象線ＢＬは対象領域Ｂｘ内部に存在し、かつ、送信フォーカス点Ｆを通過する直線状の領域である。
【００７３】
次に、ステップＳ２１０において、代表点Ｑｋについて音響線信号を生成する。
ここで、ステップＳ２１０における、代表点Ｑｋについて音響線信号を生成する動作について説明する。図１４は、受信ビームフォーマ部１０４における代表点Ｑｋについての音響線信号生成動作を示すフローチャートである。図１５は、受信ビームフォーマ部１０４における代表点Ｑｋについての音響線信号生成動作を説明するための模式図である。
【００７４】
まず、ステップＳ２１１１において、送信時間算出部１０４３は、送信された超音波が送信フォーカス点Ｆに到達する第１時間を算出する。第１時間は、幾何学的に定まる送受信開口ＴＲｘから送信フォーカス点Ｆに至る経路（４０１）の長さを超音波の音速ｃｓで除することにより、算出できる。
次に、ステップＳ２１１２において、送信時間算出部１０４３は、送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋに到達する第２時間を算出する。第２時間は、幾何学的に定まる送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋに至る経路（４０２または４０５）の長さを超音波の音速ｃｓで除することにより、算出できる。なお、代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さより浅い場合には、算出した値を絶対値とする負の値を、第２時間とする。すなわち、送信フォーカス点から等距離の２つの代表点Ｑｘ、Ｑｙに対し、深さが送信フォーカス深さより深い代表点Ｑｘの第２時間を１．５μｓと仮定すると、深さが送信フォーカス深さより浅い代表点Ｑｙの第２時間を−１．５μｓとする。
【００７５】
送信時間算出部１０４３は、第１時間と第２時間の和を代表点Ｑｋに対する送信時間として遅延量算出部１０４５に出力し、第２時間を受信時間算出部１０４４に出力する。
次に、送受信開口ＴＲｘから求められる受信振動子Ｒｍの位置を示す座標ｍを送受信開口ＴＲｘ内の最小値に初期化し（ステップＳ２１１３）、送信された超音波が被検体中の代表点Ｑｋで反射され送受信開口ＴＲｘの受信振動子Ｒｍに到達する受信時間を算出する。ここで、代表点Ｑｋで反射された超音波が送信フォーカス点Ｆまでに到達する時間はすでに第２時間としてステップＳ２１１２で算出されている。そこで、受信時間算出部１０４４は、反射された超音波が送信フォーカス点Ｆから送受信開口ＴＲｘの受信振動子Ｒｍに到達する第３時間を算出する（ステップＳ２１１４）。第３時間は、幾何学的に定まる送信フォーカス点Ｆから受信振動子Ｒｍまでの経路４０３の長さを超音波の音速ｃｓで除することにより算出できる。そして、受信時間算出部１０４４は、第２時間と第３時間との和を、受信時間として遅延量算出部１０４５に出力する。さらに、遅延量算出部１０４５は、送信時間と受信時間の合計から、送受信開口ＴＲｘから送信された超音波が代表点Ｑｋで反射して受信振動子Ｒｍに到達するまでの総伝播時間を算出し（ステップＳ２１１５）、送受信開口ＴＲｘ内の各受信振動子Ｒｍに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｍに対する遅延量を算出する（ステップＳ２１１６）。
【００７６】
送受信開口ＴＲｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｍについて遅延量の算出を完了したか否かを判定し（ステップＳ２１１７）、完了していない場合には座標ｍをインクリメント（ステップＳ２１１８）して、更に受信振動子Ｒｍについて遅延量の算出を行い（ステップＳ２１１４）、完了している場合にはステップＳ２１２１に進む。この段階では、送受信開口ＴＲｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｍについて代表点Ｑｋからの反射波到達の遅延量が算出されている。
【００７７】
ステップＳ２１２１において、遅延処理部１０４６は、送受信開口ＴＲｘ内の受信振動子Ｒｍに対応する受信信号の列に対し、各受信振動子Ｒｍに対する遅延量に基づいた遅延処理を行い、代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号の時刻（タイミング）を同期させる。上述したように、総伝播時間のうち、第１時間は送信フォーカス点Ｆと送受信開口ＴＲｘとの位置関係によって一意に決まり、第２時間は送信フォーカス点Ｆと代表点Ｑｋとの位置関係によって一意に決まり、第３時間は送信フォーカス点Ｆと受信振動子Ｒｍとの位置関係によって一意に決まる。ここで、１つの送信イベントにおいて送信フォーカス点Ｆの位置と送受信開口ＴＲｘの位置とはいずれも一定であるから、第１時間は全ての代表点Ｑｋ、全ての受信振動子Ｒｍに対して一定である。また、第２時間は受信振動子Ｒｍの位置に依存しないから、１つの受信振動子Ｒｍにおいて代表点Ｑｋと代表点Ｑ（ｋ＋１）との総伝播時間の差は、座標ｍに依存しない。すなわち、同一の受信振動子に対応する受信信号の列において、代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号と代表点Ｑ（ｋ＋１）からの反射波に基づく受信信号との時差は代表点Ｑｋと代表点Ｑ（ｋ＋１）との間の距離のみに依存し、受信振動子Ｒｍに対応する信号と受信振動子Ｒ（ｍ＋１）に対応する信号との間で差はない。一方、第３時間は代表点Ｑｋの位置には依存しないから、受信振動子Ｒｍに対応する受信信号の列における代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号と、受信振動子Ｒ（ｍ＋１）に対応する受信信号の列における代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号との時差は受信振動子Ｒｍ、受信振動子Ｒ（ｍ＋１）、送信フォーカス点Ｆの３つの位置関係のみに依存し、代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号と代表点Ｑ（ｋ＋１）からの反射波に基づく受信信号との間で差はない。したがって、各受信振動子Ｒｍに対応する受信信号の列のそれぞれに対して第３時間の差を打ち消す遅延処理を行うと、受信信号の列の間で、代表点Ｑｋからの反射波に基づく受信信号の時刻が揃うだけでなく、代表点Ｑ（ｋ＋１）からの反射波に基づく受信信号の時刻も、代表点Ｑ（ｋ−１）からの反射波に基づく受信信号の時刻も、それぞれ揃うことになる。したがって、代表点Ｑｋごとに総伝播時間に基づいて受信信号を同定する必要はなく、各受信信号の列に対して第３時間に基づいた遅延処理を行うことで、第１時間と第２時間に基づいて代表点Ｑｋごとの受信信号を振動子列方向の受信信号列として同定することができる。
【００７８】
次に、重み算出部１０４７は、各受信振動子Ｒｍに対する重み数列を算出する（ステップＳ２１２２）。上述したように、重み算出部１０４７は、深さが送信フォーカス深さ以上である代表点Ｑｋに対しては、送受信開口ＴＲｘの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるハミング窓を適用し、深さが送信フォーカス深さ未満である代表点Ｑｋに対しては、矩形窓を適用する。加算部１０４８は、各受信振動子Ｒｍに対応して同定された受信信号列に、各受信振動子Ｒｍに対する重みを乗じて加算して、代表点Ｑｋに対する音響線信号を生成し（ステップＳ２１２３）、生成された代表点Ｑｋに対応する音響線信号はデータ格納部１０７に出力され保存される（ステップＳ２１２４）。
【００７９】
次に、図１３に戻り、ステップＳ２２０において、音響線信号展開部１１４０１は、代表点Ｑｋに対する音響線信号に基づいて、対象領域Ｂｘ内の観測点Ｐｉｊ（図１５中の「・」）について音響線信号を生成する。上述したように、音響線信号展開部１１４０１は、観測点Ｐｉｊについて、送信フォーカス点Ｆとの距離が同一である代表点Ｑｋのうち、観測点Ｐｉｊが送信フォーカス深さより深い場合は送信フォーカス深さより深い代表点Ｑｋ、観測点Ｐｉｊが送信フォーカス深さより浅い場合は送信フォーカス深さより浅い代表点Ｑｋを特定し、特定した代表点Ｑｋに対する音響線信号を当該観測点Ｐｉｊに対する音響線信号とする。この段階では、１回の送信イベントに伴う対象領域Ｂｘ内に存在する全ての観測点Ｐｉｊについてのサブフレームの音響線信号が生成されている。
【００８０】
次に、全ての送信イベントについて、サブフレームの音響線信号の生成が終了したか否かを判定し（ステップＳ２３０）、終了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、送受信開口ＴＲｘに基づいて対象領域Ｂｘを設定し（ステップＳ２０１）、終了している場合にはステップＳ３０１に進む。
次に、ステップＳ３０１において、重みづけ合成部１１４０２は、観測点Ｐｉｊの深さと、観測点Ｐｉｊに対するサブフレーム音響線信号に対応する送信イベントにおける送信フォーカス点Ｆの位置とに基づいて、サブフレーム音響線信号に対する重みづけ数列を設定する。上述したように、重みづけ合成部１１４０２は、送信フォーカス点Ｆの位置と観測点Ｐｉｊとが振動子列に直交する同一直線状に存在する送信イベントに対応するサブフレーム音響線信号に対する重みが最大となるハミング窓を適用する。
【００８１】
次に、ステップＳ３０２において、重みづけ合成部１１４０２は、重み数列を用いて、観測点Ｐｉｊの位置を指標として複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ加算して各観測点Ｐｉｊに対する合成音響線信号を生成してフレーム音響線信号を合成する。次に、重みづけ合成部１１４０２は、フレーム音響線信号を、超音波画像生成部１０５及びデータ格納部１０７に出力し（ステップＳ３０３）処理を終了する。
【００８２】
＜まとめ＞
以上、説明したように本実施の形態に係る超音波診断装置１００によれば、合成開口法により、異なる送信イベントにより生成された同一位置にある観測点Ｐについての音響線信号を重ね合わせて合成する。これにより、複数の送信イベントに対して送信フォーカス点Ｆ以外の深度にある観測点Ｐにおいても、仮想的に送信フォーカスを行った効果が得られ空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００８３】
また、超音波診断装置１００では、サブフレーム音響線信号を生成する際に、全ての観測点Ｐｉｊについて整相加算を行うのではなく、送信フォーカス点Ｆを中心とする円弧状の領域のそれぞれに代表点Ｑｋを１つずつ設け、代表点Ｑｋに対してのみ整相加算を行う。これにより、整相加算の対象となる代表点Ｑｋの数は対象領域Ｂｘの面積ではなく対象領域Ｂｘの深さ方向の長さに依存するため、整相加算の演算量を大きく削減することができる。さらに、送信時間のみならず受信時間も送信フォーカス点Ｆを基準とすることで、受信振動子Ｒｍごとの受信時間算出処理を代表点Ｑｋごとに繰り返す必要がなくなる。したがって、総伝播時間の算出処理も整相加算処理も単純化することができ、この点においても整相加算の演算量を大きく削減することができる。一方で、同一の観測点について異なるサブフレーム音響線信号を合成することによる空間解像度、信号Ｓ／Ｎ比の向上効果を得ることができるため、演算量の低下度合いに対して空間解像度、信号Ｓ／Ｎ比の低下を抑えることができる。
【００８４】
また、超音波診断装置１００では、代表点Ｑｋの深さが送信フォーカス深さより深いか浅いかで適用する重み数列が異なる重みづけプロファイルを用いる。重みづけプロファイルにおいて、送信フォーカス深さより浅い領域では、重み数列の形状を、矩形窓など、平坦な、係数の変化に乏しいか全く変化しない重み数列とする。このようにすることで、送信フォーカス深さより浅い領域では、受信信号列の合成における信号Ｓ／Ｎ比の向上効果を十分に享受する。したがって、信号Ｓ／Ｎ比が高いことをユーザが期待する送信フォーカス深さより浅い領域において信号Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ、ユーザの期待を裏切ることによる超音波画像の品質の過小評価を避けることができる。一方で、送信フォーカス深さより深い領域では、重み数列の形状を、ハミング窓など、中心の重みが最大となるような重み数列とする。これにより、観測点Ｐｉｊからの反射波を最も感度よく受信できる振動子、すなわち、送信フォーカス点Ｆに最近接する振動子に対して大きな重み数列が適用される。その結果、送信フォーカス深さより深い領域では、高い空間解像度を実現することができる。
【００８５】
≪変形例１≫
実施の形態１に係る超音波診断装置１００では、重み算出部１０４７が、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑｋに対してはハミング窓形状、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑｋに対しては矩形窓形状の重み数列を用いる重みづけプロファイルを使用した。しかしながら、重みづけプロファイルは、以下の条件を満たしていればよく、実施の形態１の例に限定されない。
【００８６】
整相加算の際の重みづけの方法としては、（Ａ）送信フォーカス点Ｆに近づくほど重みを大きくする、という方針と、（Ｂ）どの振動子に対しても同じ重みづけをする、という方針が考えられる。（Ａ）の方針によれば、送信フォーカス点Ｆに近い振動子が得た受信信号と、送信フォーカス点Ｆから遠い振動子が得た受信信号とに差があれば、送信フォーカス点Ｆに近い振動子が得た受信信号に近い結果を得ることになる。これにより、音響線信号は、主に被検体内の伝播劣化の影響が小さい受信信号で構成されることになるので、被検体内の伝播劣化の影響を小さくすることができ、音響線信号の空間解像度を向上させることができる。一方で、送受信開口ＴＲｘの両端または両端に近い振動子に対応する受信信号は音響線信号に対して寄与しなくなるため、特に送受信開口ＴＲｘ内の受信振動子の数が少ない場合には、ノイズ成分の打ち消しによるＳ／Ｎ比向上の効果が十分でなくなる可能性がある。逆に、（Ｂ）の方針によれば、全ての振動子に対応する受信信号が音響線信号に対して寄与するため、ノイズ成分の打ち消しによるＳ／Ｎ比向上の効果を最大化することができる。反面、被検体内の伝播劣化の影響が小さい受信信号と大きい受信信号との間で重みづけを行わないため、伝播劣化した受信信号の影響を受け、音響線信号の空間解像度が十分に向上しないことがある。
【００８７】
したがって、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑ１に対する重み数列Ｗｄと、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑ２に対する重み数列Ｗｓとの間において、重み数列Ｗｓより重み数列Ｗｄが（Ａ）の傾向を有しており、重み数列Ｗｄより重み数列Ｗｓが（Ｂ）の傾向を有している重みづけプロファイルを用いれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、重み数列Ｗｓに対して重み数列Ｗｄの方が、中央に位置する振動子に対する重みに対して周辺部に位置する振動子に対する重みが小さく、重みの分散が大きい傾向であればよい。例えば、図１６に示すように、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑ１に対する重み数列がハミング窓５０３であり、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑ２に対する重み数列が重み数列５０４であってもよい。または、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑ１に対する重み数列が重み数列５０４であり、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑ２に対する重み数列が矩形窓５０２であってもよい。
【００８８】
なお、実施の形態１および変形例では、深さが送信フォーカス深さである代表点Ｑｋに対しては、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑに対する重み数列と同じ重み数列を用いるとした。しかしながら、深さが送信フォーカス深さである代表点Ｑｋに対しては、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑに対する重み数列と同じ重み数列を用いるとしてもよい。すなわち、代表点の深さが送信フォーカス深さより大きいか、送信フォーカス深さ以下であるかで重み数列を変更してもよい。
【００８９】
≪実施の形態２≫
実施の形態１及び変形例１では、重み算出部１０４７が、深さが送信フォーカス深さ以上の代表点Ｑｋに対し、深さが送信フォーカス深さ未満の代表点Ｑｋよりも、送信フォーカス点Ｆに近づくほど重みを大きくする重みづけプロファイルを用い、重みづけ合成部１１４０２では観測点Ｐｉｊの深さに関わらず一定の重みづけを行うとした。しかしながら、深さに応じて重み数列を変更する処理は、サブフレーム音響線信号の生成の際に行う必要はなく、サブフレーム音響線信号の合成時に行ってもよい。
【００９０】
実施の形態２に係る超音波診断装置では、重み算出部では、代表点Ｑｋの深さに関わらず一定の重みづけを行い、重みづけ加算部において、深さが送信フォーカス深さ以上の観測点Ｐｉｊに対し、深さが送信フォーカス深さ未満の観測点Ｐｉｊよりも、観測点Ｐｉｊに送信フォーカス点Ｆが近づくほどサブフレーム音響線信号に対する重みを大きくする重みづけプロファイルを用いる。
【００９１】
実施の形態２に係る超音波診断装置では、重み算出部では、代表点Ｑｋの深さに関わらず一定の重みづけを行う。したがって、実施の形態１とは異なり、重み算出部では、代表点Ｑｋが送信フォーカス深さより深いか浅いかに関係なく、所定の重み数列を用いる。所定の重み数列は、送受信開口ＴＲｘの中心に位置する振動子に対する重みが最大であり、ハミング窓、ハニング窓など任意の形状でよい。または、所定の重み数列は、矩形窓であってもよい。
【００９２】
一方、重みづけ加算部において、深さが送信フォーカス深さ以上の観測点Ｐｉｊに対し、深さが送信フォーカス深さ未満の観測点Ｐｉｊよりも、観測点Ｐｉｊに送信フォーカス点Ｆが近づくほどサブフレーム音響線信号に対する重みを大きくする重み数列を用いる。具体的には、図１７の模式図に示すように、深さが送信フォーカス深さ以上である観測点Ｐ１に対しては、分布形状がハミング窓である、重み数列６０１を用いる。一方で、深さが送信フォーカス深さ未満である観測点Ｐ２に対しては、分布形状が矩形窓である、重み数列６０２を用いる。
【００９３】
なお、重みづけプロファイルは上述の例に限られない。観測点Ｐｉｊの深さが送信フォーカス深さ以上である場合、観測点Ｐｉｊと、サブフレーム音響線信号に対応する送信イベントにおける送信フォーカス点Ｆとの距離に依存して減少することが好ましい。重み数列の形状としては、例えば、ハミング窓、ハニング窓が好ましい。また、観測点Ｐｉｊの深さが送信フォーカス深さ未満である場合、サブフレーム音響線信号に対応する送信イベントにおける送信フォーカス点Ｆとの距離に依存しない、平坦な形状が好ましい。重み数列の形状としては、例えば、矩形窓が好ましい。なお、変形例１同様、観測点Ｐｉｊの深さが送信フォーカス深さ未満である場合に対する重み数列が矩形窓でない場合、図１８に示すように、深さが送信フォーカス深さ以上の観測点Ｐ１に対する重み数列がハミング窓６０３であり、深さが送信フォーカス深さ未満の観測点Ｐ２に対する重み数列が重み数列６０４であってもよい。
【００９４】
＜まとめ＞
以上、説明したように本実施の形態に係る超音波診断装置によれば、実施の形態１と同様、複数の送信イベントに対して送信フォーカス点Ｆ以外の深度にある観測点Ｐにおいても、仮想的に送信フォーカスを行った効果が得られ空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比を向上することができる。さらに、整相加算の演算量を大きく削減することができ、演算量の低下度合いに対して空間解像度、信号Ｓ／Ｎ比の低下を抑えることができる。
【００９５】
また、本実施の形態に係る超音波診断装置では、観測点Ｐｉｊの深さが送信フォーカス深さ以上であるか未満であるかで、サブフレーム音響線信号に対する重み数列を変更する。送信フォーカス深さより浅い領域では、重み数列の形状を、矩形窓など、平坦な、係数の変化に乏しいか全く変化しない重み数列とする。これにより、サブフレーム音響線信号の合成における信号Ｓ／Ｎ比の向上効果を向上させる。これにより、信号Ｓ／Ｎ比が高いことをユーザが期待する送信フォーカス深さより浅い領域において信号Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ、ユーザの期待を裏切ることによる超音波画像の品質の過小評価を避けることができる。一方で、送信フォーカス深さより深い領域では、重み数列の形状を、ハミング窓など、中心の重みが最大となるような重み数列とする。これにより、観測点Ｐｉｊからの反射波が最も大きい状況、すなわち、観測点Ｐｉｊと送信フォーカス点Ｆが最近接する送信イベントにおけるサブフレーム音響線信号、に対して大きな重み数列が適用される。その結果、高い空間解像度を実現することができる。
【００９６】
≪本開示による効果≫
以下、実施例に係る受信ビームフォーミングと、比較例となる受信ビームフォーミングとの間で超音波画像の品質を比較し、実施の形態に係る効果を説明する。
図２１は、比較例に係る受信ビームフォーミングにおける超音波画像を比較したものである。図２１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、比較例１〜４の受信ビームフォーミングにより、同一の擬似被検体（ファントム）を撮像した超音波画像（Ｂモード断層画像）を示す。超音波ビームの進行方向は、図の上から下に向かう方向である。
【００９７】
比較例１〜４は、重み算出部が用いる重み数列、重みづけ加算部が用いる重み数列を除き、実施の形態１、２、および各変形例と同じ受信ビームフォーミング処理を行っている。一方、各比較例では、重み算出部が用いる重み数列、重みづけ加算部が用いる重み数列のいずれも、代表点Ｑｋおよび観測点Ｐｉｊの深さに関わらず、それぞれ所定の１種類のみを用いている。具体的には、重み算出部が整相加算時に用いる重み数列は、比較例１、２では矩形窓であり、比較例３、４ではハミング窓である。一方、重みづけ加算部がサブフレーム合成時に用いる重み数列は、比較例１、３では矩形窓であり、比較例２、４ではハミング窓である。
【００９８】
上述したように、分散が大きい重み数列を用いて、周辺部に対して中央部の重みが大きくなる強い重みづけを行うと、空間解像度の向上が図れる半面、Ｓ／Ｎ比の向上が十分でないことがある。一方で、平坦な重み数列を用いたり重みづけを行わなかったりすると、Ｓ／Ｎ比の向上が大きくなる半面、空間解像度の向上が十分でないことがある。したがって、図２１に示しているように、空間解像度は図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に高くなるが、Ｓ／Ｎ比は、図２１（ｄ）、（ｃ）、（ｂ）、（ａ）の順に高くなる。したがって、送信フォーカス深さより浅い領域では、強い重み付けがなされている比較例４ではＳ／Ｎ比が十分でなく、図２１（ｄ）に示すようにスペックルが荒くなり、図２１（ａ）〜（ｃ）と比べてＸ方向（素子列方向）に強い滲みが発生している。一般に、ユーザは浅い領域ほど高い空間解像度と高いＳ／Ｎ比を期待し、また、Ｓ／Ｎ比の低い画像については空間解像度等の他の精度についても低いと感じがちである。そのため、浅い領域においてＳ／Ｎ比が低い図２１（ｄ）のような画像に接したユーザは、空間解像度までも低いと誤認識しがちで、品質の過小評価が発生する。一方、重み付けがなされていない比較例１では全域にわたってＳ／Ｎ比が高いものの空間解像度が低く、特にフォーカス点より深い領域についてはＸ方向（素子列方向）に滲みが発生している。したがって、全体の画質としては、送信フォーカス深さより浅い領域では重みづけを弱く、送信フォーカス深さより深い領域では重みづけを強くすることが好ましい。
【００９９】
図２２は、実施の形態１と比較例１、比較例３を比較したものであり、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）がそれぞれ比較例１、実施の形態１、比較例３に相当する。但し、図２２（ｂ）では、重みづけ加算部が用いる重み数列を比較例１、比較例３と同じく矩形窓に設定している。実施の形態１では、図２２（ｂ）に示すように、浅い領域では比較例１の高いＳ／Ｎ比を、深い領域では比較例３の高い空間解像度をそれぞれ選択的に抽出することができ、いずれの比較例よりもＳ／Ｎ比と空間解像度のバランスをよくすることができる。
【０１００】
≪実施の形態３≫
実施の形態１では、重み算出部が整相加算時に用いる重み数列について、実施の形態２では、重みづけ加算部がサブフレーム合成時用いる重み数列について、送信フォーカス深さより浅いか深いかに応じてその窓形状を変更する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、送信フォーカス深さ近傍においてのみさらに重み数列の窓形状を変更する場合について説明する。
【０１０１】
実施の形態３に係る超音波診断装置では、重み算出部および／または重みづけ加算部において、深さが送信フォーカス深さと同程度の代表点Ｑｋまたは観測点Ｐｉｊに対し、他の形状の重み数列を用いることに特徴がある。
重み算出部において重み数列を変更する場合について、図１９を用いて説明する。図１９に示すように、深さが送信フォーカス深さと同程度である代表点Ｑｃに対し、重み算出部は重み数列として、三角窓（バートレット窓）５０５を適用する。三角窓はハミング窓やハニング窓と同様に中央の振動子に対する重みが端部の振動子に対する重みより大きいが、中央の振動子と中央付近の振動子との重みの差がハミング窓やハニング窓より大きい。したがって、三角窓を使用することで、送受信開口ＲＴｘの中央の振動子の重みがより大きくなる。
【０１０２】
代表点Ｑｃの深さが送信フォーカス深さと同程度であるということは、代表点Ｑｃおよび音響線信号を共有する観測点Ｐｉｊは送信フォーカス点Ｆの近傍に位置している。したがって、送信される超音波ビームは代表点Ｑｃの近傍でフォーカスされており、代表点Ｑｃに超音波の反射源があれば強い反射波が反射される。また、送受信開口ＴＲｘの中央に位置する振動子は代表点Ｑｃに最近接する振動子である。したがって、送受信開口ＴＲｘの中央に位置する振動子が代表点Ｑｃについて得た受信信号の品質は非常に高いことが想定されるので、重みづけを大きくすることで空間解像度を最大化することができる。これにより、送信フォーカス深さ付近の信号品質を高くすることができる。
【０１０３】
なお、図２０に示すように、重みづけ加算部において、深さが送信フォーカス深さと同程度の観測点Ｐｉｊに対し、三角窓（バートレット窓）６０５を適用する、としてもよい。このようにすることで、観測点Ｐｉｊと送信フォーカス点Ｆとが最近接する送信イベントにおけるサブフレーム音響線信号の重みが最大となる。したがって、最も品質の高いサブフレーム音響線信号の重みを最大化し、送信フォーカス深さ付近の信号品質を高くすることができる。
【０１０４】
≪実施の形態に係るその他の変形例≫
（１）各実施の形態及び各変形例では、送信時間算出部１０４３が送受信開口ＴＲｘから送信フォーカス点Ｆまでの到達時間である第１時間と送信フォーカス点Ｆから代表点Ｑｋまでの到達時間である第２時間とを加算し、受信時間算出部１０４４が送信フォーカス点Ｆから受信振動子Ｒｍまでの到達時間である第３時間と第２時間とを加算し、遅延量算出部１０４５が送信時間と受信時間とを加算する、とした。しかしながら、例えば、送信時間算出部は第１時間と第２時間とをそれぞれ遅延量算出部に算出し、受信時間算出部は第３時間の算出のみを行って遅延量算出部に算出し、遅延量算出部が第１時間、第２時間、第３時間に基づいて総伝播時間を算出するとしてもよい。
【０１０５】
（２）各実施の形態及び各変形例では、整相加算部１０４１が送信イベントごとに線領域音響線信号を生成してデータ格納部１０７に保存し、合成部１１４０が送信イベントごとの線領域音響線信号を送信イベントごとのサブフレーム音響線信号に変換した後重みづけ合成を行う場合について説明した。しかしながら、例えば、音響線信号展開部は生成したサブフレーム音響線信号をデータ格納部に保存し、重みづけ加算部がデータ格納部からサブフレーム音響線信号を読み出すとしてもよい。または、例えば、音響線信号展開部を合成部ではなく整相加算部内に備え、整相加算部が送信イベントごとにサブフレーム音響線信号をデータ格納部に保存し、合成部がデータ格納部からサブフレーム音響線信号を読み出すとしてもよい。このような構成により、整相加算、サブフレーム音響線信号生成、音響線信号合成を異なるプロセッサを用いて並列処理で行うことが容易となり、演算速度を向上させるための構成の実現が容易になる。
【０１０６】
また、整相加算部１０４１は１フレームに係る複数の送信イベントの終了後に線領域音響線信号の生成を開始するとしたが、例えば、整相加算部１０４１は、送信イベントに係る受信処理の完了ごとに線領域音響線信号の生成を行ってもよいし、さらに、音響線信号展開部は線領域音響線信号が生成された直後にサブフレーム音響線信号を生成するとしてもよい。このような構成により、整相加算と音響線信号合成を異なるプロセッサを用いて並列処理で行う際に超音波送信開始から超音波画像生成までの応答時間を短縮することができる。
【０１０７】
（３）実施の形態１では重み算出部１０４７において、実施の形態２では重みづけ合成部において、それぞれフォーカス深さの前後で重み数列を変更するような重みづけプロファイルを作成する一方、実施の形態１では重みづけ合成部１１４０２において、実施の形態２では重み算出部において、単一の重み数列を用いる構成とした。しかしながら、重み算出部と重みづけ合成部の両方において、フォーカス深さの前後で重み数列を変更するような重みづけプロファイルを作成するとしてもよい。このような構成により、フォーカス深さより浅い領域、フォーカス深さより深い領域のそれぞれについて、空間解像度とＳ／Ｎ比のバランスを最適化することが可能である。なお、重み算出部と重みづけ合成部の一方において単一の重み数列を用いる場合において、重み数列の係数は空間解像度とＳ／Ｎ比のバランスを所望の状態とするためにハミング窓、ハニング窓、矩形窓のほか任意の窓関数を用いてよいのは言うまでもない。
【０１０８】
（４）各実施の形態および各変形例では、送信部１０３１が設定する送信開口と受信部１０４０が設定する送受信開口を送受信開口ＴＲｘとして完全一致させる場合について説明した。しかしながら、受信開口は必ずしも送信開口と完全一致しなくてもよい。例えば、受信開口は送信開口の一部であるとしてもよいし、逆に、受信開口は送信開口より幅が広くてもよい。但し、送信開口の中心軸と受信開口の中心軸が一致していることが好ましい。
【０１０９】
（５）なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本発明に含まれる。
例えば、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。例えば、本発明の超音波信号処理方法のコンピュータプログラムを有しており、このプログラムに従って動作する（又は接続された各部位に動作を指示する）コンピュータシステムであってもよい。
【０１１０】
また、上記超音波診断装置の全部、もしくは一部、また超音波信号処理装置の全部又は一部を、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録媒体、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムで構成した場合も本発明に含まれる。上記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置はその機能を達成する。
【０１１１】
また、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１つのシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（大規模集積回路））から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。なお、ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。上記ＲＡＭには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。例えば、本発明のビームフォーミング方法がＬＳＩのプログラムとして格納されており、このＬＳＩがコンピュータ内に挿入され、所定のプログラム（ビームフォーミング方法）を実施する場合も本発明に含まれる。
【０１１２】
なお、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサー（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を利用してもよい。
【０１１３】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
また、各実施の形態に係る、超音波診断装置の機能の一部又は全てを、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。上記超音波診断装置の診断方法や、ビームフォーミング方法を実施させるプログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。プログラムや信号を記録媒体に記録して移送することにより、プログラムを独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい、また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【０１１４】
上記実施形態に係る超音波診断装置では、記憶装置であるデータ格納部を超音波診断装置内に含む構成としたが、記憶装置はこれに限定されず、半導体メモリ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気記憶装置、等が、超音波診断装置に外部から接続される構成であってもよい。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウエア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【０１１５】
また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
また、超音波診断装置には、プローブ及び表示部が外部から接続される構成としたが、これらは、超音波診断装置内に一体的に具備されている構成としてもよい。
【０１１６】
また、上記実施の形態においては、プローブは、複数の圧電素子が一次元方向に配列されたプローブ構成を示した。しかしながら、プローブの構成は、これに限定されるものではなく、例えば、複数の圧電変換素子を二次元方向に配列した二次元配列振動子や、一次元方向に配列された複数の振動子を機械的に揺動させて三次元の断層画像を取得する揺動型プローブを用いてもよく、測定に応じて適宜使い分けることができる。例えば、２次元に配列されたプローブを用いた場合、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングや電圧の値を個々に変化させることによって、送信する超音波ビームの照射位置や方向を制御することができる。
【０１１７】
また、プローブは、送受信部の一部の機能をプローブに含んでいてもよい。例えば、送受信部から出力された送信電気信号を生成するための制御信号に基づき、プローブ内で送信電気信号を生成し、この送信電気信号を超音波に変換する。併せて、受信した反射超音波を受信電気信号に変換し、プローブ内で受信電気信号に基づき受信信号を生成する構成を採ることができる。
【０１１８】
また、各実施の形態に係る超音波診断装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。更に上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【０１１９】
≪まとめ≫
（１）実施の形態に係る超音波信号処理装置は、複数の振動子を備えた超音波プローブを用いて被検体に集束型の超音波ビームを送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、各送信イベントに同期して被検体から反射超音波を受波して受信信号列を生成し、受波した反射超音波に基づいて生成される複数のサブフレーム音響線信号を合成して音響線信号を得る超音波信号処理装置であって、超音波ビームが集束する位置を規定するフォーカス点を送信イベントごとに変更しながら、送信イベントごとに、前記超音波プローブに列設された複数の振動子から送受信振動子列を選択して当該送受信振動子列から被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させる送信部と、各送信イベントに同期して、前記超音波プローブが前記対象領域から受波した反射超音波に基づいて、前記送受信振動子列に含まれる振動子各々に対する受信信号列を生成する受信部と、前記送信イベントごとに、前記フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点と前記フォーカス点との距離および前記フォーカス点と振動子との距離に基づく遅延処理と第１重みづけプロファイルに基づく重みづけ処理とを含む重みづけ整相加算により、前記受信信号列から線領域音響線信号を生成する整相加算部と、前記送信イベントごとに、前記対象領域内の各観測点について、前記フォーカス点との距離が当該観測点と同一であり前記直線上に存在する観測点の前記線領域音響線信号を割り当てて当該観測点の音響線信号とすることでサブフレーム音響線信号を生成する音響線信号展開部と、第２重みづけプロファイルを用いて、観測点の位置を基準に複数の送信イベントに係る複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する合成部とを備え、前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対する第１重み数列は、前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対する第２重み数列より、分散が大きいことを特徴とする。
【０１２０】
また、実施の形態に係る超音波信号処理方法は、複数の振動子を備えた超音波プローブを用いて被検体に集束型の超音波ビームを送信する送信イベントを複数回繰り返すとともに、各送信イベントに同期して被検体から反射超音波を受波して受信信号列を生成し、受波した反射超音波に基づいて生成される複数のサブフレーム音響線信号を合成して音響線信号を得る超音波信号処理方法であって、超音波ビームが集束する位置を規定するフォーカス点を送信イベントごとに変更しながら、送信イベントごとに、前記超音波プローブに列設された複数の振動子から送受信振動子列を選択して当該送受信振動子列から被検体内の対象領域に超音波ビームを送信させ、各送信イベントに同期して、前記超音波プローブが前記対象領域から受波した反射超音波に基づいて、前記送受信振動子列に含まれる振動子各々に対する受信信号列を生成し、前記送信イベントごとに、前記フォーカス点を通る直線上に存在する複数の観測点について、観測点と前記フォーカス点との距離および前記フォーカス点と振動子との距離に基づく遅延処理と第１重みづけプロファイルに基づく重みづけ処理とを含む重みづけ整相加算により、前記受信信号列から線領域音響線信号を生成し、前記送信イベントごとに、前記対象領域内の各観測点について、前記フォーカス点との距離が当該観測点と同一であり前記直線上に存在する観測点の前記線領域音響線信号を割り当てて当該観測点の音響線信号とすることでサブフレーム音響線信号を生成し、第２重みづけプロファイルを用いて、観測点の位置を基準に複数の送信イベントに係る複数のサブフレーム音響線信号を重みづけ合成しフレーム音響線信号を合成する方法であり、前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対する第１重み数列は、前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対する第２重み数列より、分散が大きいことを特徴とする。
【０１２１】
上記構成又は方法によれば、合成開口法により仮想的に送信フォーカスを行った効果による空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比との向上の効果を享受しながら、観測点の一部である代表点でのみ整相加算を行うことで演算量を大きく削減することができる。また、整相加算および音響線信号展開における重み付けを本願の構成で適切に制御することで、空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比のバランスを調整でき、結果、高画質な超音波断層画像を得ることができる。
【０１２２】
（２）また、上記（１）の超音波信号処理装置は、前記第２重み数列における、素子列方向における中心の重み付け係数に対する素子列方向における端部の重み付け係数の比は、前記第１重み数列における、素子列方向における中心の重み付け係数に対する素子列方向における端部の重み付け係数の比よりも小さい、としてもよい。
上記構成により、フォーカス点より浅い領域においては主に信号Ｓ／Ｎ比向上の効果を享受するとともに、フォーカス点より深い領域においては主に空間分解能向上の効果を享受することができる。
【０１２３】
（３）また、上記（２）の超音波信号処理装置は、前記第１重み数列は、素子列方向における中心から遠ざかるほど重み付け係数が小さくなる、としてもよい。
（４）また、上記（３）の超音波信号処理装置は、前記第１重み数列は、ハミング窓である、としてもよい。
これら上記構成により、フォーカス点より深い領域においては空間分解能を向上することができる。
【０１２４】
（５）また、上記（２）〜（４）の超音波信号処理装置は、前記第２重み数列は、重み付け係数の値が素子列方向に変化しない矩形窓である、としてもよい。
（６）また、上記（５）の超音波信号処理装置は、前記第１重みづけプロファイルは、前記フォーカス点より深い第１の観測点に対してはハミング窓であって前記フォーカス点より浅い第２の観測点に対しては矩形窓であり、前記第２重みづけプロファイルは、矩形窓である、としてもよい。
【０１２５】
これら上記構成により、フォーカス点より浅い領域では信号Ｓ／Ｎ比向上の効果を最大化し、超音波画像の品質が低いとユーザが誤認識することを抑止することができる。
（７）また、上記（１）〜（６）の超音波信号処理装置は、前記第１重みづけプロファイルと前記第２重みづけプロファイルの少なくとも一方において、前記フォーカス点近傍の第３の観測点に対し、素子列方向における中心からの距離に依存して重み付け係数が小さくなる第３重み数列を用いる、としてもよい。
【０１２６】
（８）また、上記（７）の超音波信号処理装置は、前記第３重み数列は、重み付け係数の値が、素子列方向における中心で最大となり端部で０となる三角窓である、としてもよい。
これら上記構成により、フォーカス点と同等の深さの領域について、空間分解能向上の効果を最大化することができる。
【０１２７】
（９）また、上記（１）〜（８）の超音波信号処理装置は、前記整相加算部は、送信された超音波が各観測点に到達する送信時間を、前記観測点の深さが前記被検体内で超音波が集束するフォーカス深さ以上である場合には、送信された超音波が前記送信振動子列から前記フォーカス点に到達するまでの第１時間と、前記基準点から前記観測点に到達する第２時間との合計を送信時間として算出し、前記観測点の深さが前記被検体内で超音波が集束するフォーカス深さ未満である場合には、前記第１時間から前記第２時間を減算した結果を送信時間として算出する、としてもよい。
【０１２８】
上記構成により、各観測点について、遅延時間をより精度よく算出することができる。
（１０）また、上記（１）〜（９）の超音波信号処理装置は、前記観測点から前記観測点に最近接する振動子に到達するまでの時間を、前記観測点に最近接する振動子に対応する受信時間として算出し、超音波が前記フォーカス点から振動子に到達するまでの時間と前記フォーカス点から前記観測点に最近接する振動子に到達するまでの時間との差を、前記観測点に最近接する振動子に対応する受信時間に加算することで、当該振動子に対応する受信時間として算出する、としてもよい。
【０１２９】
上記構成により、各観測点について、遅延時間の算出をより単純にすることができ、演算量の削減に奏功する。また、上記（９）との組み合わせにより、整相加算演算をより単純化することが可能となり、演算量の削減にさらに奏功する。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本開示にかかる超音波信号処理装置、超音波診断装置、超音波信号処理方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体は、従来の超音波診断装置の性能向上、特に、演算装置のコスト削減や演算負荷軽減によるフレームレート向上に有用である。また本開示は超音波への適用のみならず、複数のアレイ素子を用いたセンサ等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１３１】
１０００  超音波診断システム
１００  超音波診断装置
１０１  プローブ
１０１ａ  振動子
１０２  マルチプレクサ部
１０３  送信ビームフォーマ部
１０３１  送信部
１０４  受信ビームフォーマ部
１０４０  受信部
１０４１  整相加算部
１０４２  対象領域設定部
１０４３  送信時間算出部
１０４４  受信時間算出部
１０４５  遅延量算出部
１０４６  遅延処理部
１０４７  重み算出部
１０４８  加算部
１１４０  合成部
１１４０１  音響線信号展開部
１１４０２  重みづけ合成部
１０５  超音波画像生成部
１０６  表示部
１０７  データ格納部
１０８  制御部
１５０  超音波信号処理装置
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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