(57)【要約】【課題】並列的に複数方向に形成される超音波ビームを弁別する新しい原理を提供する。【解決手段】並列的に複数の方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、複数の方向の各々について複数回に亘って送信ビームと受信ビームを形成する。その際に、各方向ごとに且つ各回ごとに設定されたシフト量だけ位相をずらした送信信号に基づいて、各方向ごとに且つ各回ごとに送信ビームを形成する。また、各方向ごとに且つ各回ごとに受信ビームを形成して得られる受信信号について、各方向ごとに且つ各回ごとに設定された前記シフト量だけ位相を戻す。そして、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号に基づいてその方向に対応した受信信号を形成する。【選択図】図１
2011004924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波するプローブと、
送信信号に基づいてプローブを制御することにより送信ビームを形成する送信部と、
プローブから得られる信号に基づいて受信ビームを形成して受信信号を得る受信部と、
受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
を有し、
前記送信部と前記受信部は、並列的に複数の方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、複数の方向の各々について複数回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、
前記送信部は、各方向ごとに且つ各回ごとに設定されたシフト量だけ位相をずらした送信信号に基づいて、各方向ごとに且つ各回ごとに送信ビームを形成し、
前記受信部は、各方向ごとに且つ各回ごとに受信ビームを形成して得られる受信信号について、各方向ごとに且つ各回ごとに設定された前記シフト量だけ位相を戻す、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記受信部は、各方向ごとに、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号に基づいてその方向に対応した受信信号を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記受信部は、各方向ごとに、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号を合成することにより、当該複数の受信信号に含まれる別方向の送信ビームから得られる受信信号成分を低減する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信部と前記受信部は、並列的に互いに異なる２方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、２方向の各々について２回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、
前記受信部は、各方向ごとに、２回に亘って得られる位相を戻された２つの受信信号を加算することにより、当該２つの受信信号に含まれる別方向の送信ビームから得られる受信信号成分同士を相殺する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信部と前記受信部は、並列的に互いに異なる３方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、３方向の各々について２回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、
前記受信部は、各方向ごとに、２回に亘って得られる位相を戻された２つの受信信号を加算することにより、当該２つの受信信号に含まれる別の２方向の送信ビームから得られる受信信号成分を低減する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、並列的に複数の方向に超音波ビームを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、超音波ビームのビーム密度を高めると超音波画像の解像度を高めることができ、一方、超音波ビームを走査する際のフレームレートを高めると組織などの動きに対する追従性を高めることができる。ところが、ビーム密度とフレームレートは、互いにトレードオフの関係にあるため、高いビーム密度と高いフレームレートを両立させることは容易ではない。
【０００３】
高いビーム密度と高いフレームレートを両立させる技術として、並列的に複数の方向に超音波ビームを形成する多方向同時送受信の技術が知られており、例えば下記特許文献などに記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１３６９４号公報
【特許文献２】特開２００４−９７６８１号公報
【特許文献３】特開２００５−１５２６２８号公報
【特許文献４】特開２００５−１３１４０７号公報
【特許文献５】特開２００５−１１０９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多方向同時送受信においては、複数の方向に対してほぼ同時に超音波ビームを形成して各方向ごとに受信信号を得るため、互いに異なる方向同士のクロストークが問題となる。このクロストークを低減するためには、並列的に（ほぼ同時に）形成される複数の超音波ビーム間におけるビームの弁別が必要となる。本願の発明者は、そのビームの弁別について研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、並列的に複数の方向に形成される超音波ビームを弁別する新しい原理を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的にかなう本発明の好適な態様の超音波診断装置は、超音波を送受波するプローブと、送信信号に基づいてプローブを制御することにより送信ビームを形成する送信部と、プローブから得られる信号に基づいて受信ビームを形成して受信信号を得る受信部と、受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記送信部と前記受信部は、並列的に複数の方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、複数の方向の各々について複数回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、前記送信部は、各方向ごとに且つ各回ごとに設定されたシフト量だけ位相をずらした送信信号に基づいて、各方向ごとに且つ各回ごとに送信ビームを形成し、前記受信部は、各方向ごとに且つ各回ごとに受信ビームを形成して得られる受信信号について、各方向ごとに且つ各回ごとに設定された前記シフト量だけ位相を戻すことを特徴とする。
【０００８】
望ましい態様において、前記受信部は、各方向ごとに、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号に基づいてその方向に対応した受信信号を形成する、ことを特徴とする。
【０００９】
望ましい態様において、前記受信部は、各方向ごとに、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号を合成することにより、当該複数の受信信号に含まれる別方向の送信ビームから得られる受信信号成分を低減する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記送信部と前記受信部は、並列的に互いに異なる２方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、２方向の各々について２回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、前記受信部は、各方向ごとに、２回に亘って得られる位相を戻された２つの受信信号を加算することにより、当該２つの受信信号に含まれる別方向の送信ビームから得られる受信信号成分同士を相殺する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい態様において、前記送信部と前記受信部は、並列的に互いに異なる３方向に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成し、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、３方向の各々について２回に亘って送信ビームと受信ビームを形成し、前記受信部は、各方向ごとに、２回に亘って得られる位相を戻された２つの受信信号を加算することにより、当該２つの受信信号に含まれる別の２方向の送信ビームから得られる受信信号成分を低減する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、並列的に複数の方向に形成される超音波ビームを弁別する新しい原理が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示す図である。
【図２】超音波ビームの形成処理を説明するための図である。
【図３】２方向２回送受信の場合における位相シフト量の一例を示す図である。
【図４】１回目の送信と２回目の送信における信号の位相を示す図である。
【図５】１回目の受信と２回目の受信における信号の位相を示す図である。
【図６】２回の受信信号の加算を示す図である。
【図７】２方向２回送受信の場合における位相シフト量の他の例を示す図である。
【図８】３方向２回送受信の場合における位相シフト量の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１は、その全体構成を示す機能ブロック図である。
【００１５】
プローブ１０は、超音波を送受波する超音波探触子である。プローブ１０は、複数の振動素子を備えており、それら複数の振動素子が電子的に走査制御されて診断領域内で超音波を送受波する。プローブ１０は、二次元空間内で超音波を送受波してもよいし、三次元空間内に亘って超音波を送受波してもよい。
【００１６】
本実施形態においては、送信信号に基づいてプローブ１０が制御されることにより送信ビームが形成され、また、プローブ１０から得られる信号に基づいて受信ビームが形成される。この送信ビームと受信ビームの形成において、並列的に複数の方向に超音波ビームを形成する多方向同時送受信が行われる。つまり、並列的に複数の方向に送信ビームが形成され、各方向ごとに受信ビームが形成される。さらに、その並列的な形成処理を繰り返すことにより、複数の方向の各々について複数回に亘って送信ビームと受信ビームが形成される。
【００１７】
図２は、図１の超音波診断装置による超音波ビームの形成処理を説明するための図である。図２には、Ａ方向とＢ方向の２方向に対して並列的に超音波ビームを形成する例が示されている。
【００１８】
まず、１回目の形成処理において、Ａ方向とＢ方向の２方向に対して並列的に送信ビームが形成され、Ａ方向とＢ方向の各方向ごとに受信ビームが形成される。Ａ方向とＢ方向の送信ビームは同時に形成される。なお、Ａ方向とＢ方向の送信ビームは、同時とみなせる程度の時差だけずれて形成されてもよい。
【００１９】
次に、２回目の形成処理において、１回目と同じＡ方向とＢ方向の２方向に対して並列的に送信ビームが形成され、Ａ方向とＢ方向の各方向ごとに受信ビームが形成される。さらに、次々に、１回目と同じＡ方向とＢ方向の２方向に対して並列的に送信ビームが形成されて各方向ごとに受信ビームが形成され、例えば、Ｎ回目まで繰り返される。
【００２０】
Ｎ回目までの繰り返し処理が終了すると、Ａ方向とＢ方向の間の角度（例えば２０°〜３０°程度）を維持しつつ、超音波ビームが走査され、新しく設定されたＡ方向とＢ方向において、さらにＮ回目までの繰り返し処理が実行される。こうして、例えば図２に示す扇形の走査領域の全域に亘って超音波ビームが走査される。
【００２１】
図１に戻り、本実施形態における超音波の送受信について詳述する。複数の信号出力部２２は、並列的に超音波ビームが形成される複数の方向（１〜Ｍ）の各々に対応した送信信号を出力する。各信号出力部２２から出力された送信信号は、各位相調整部２４において位相を調整されてから、各送信ＢＦ２６へ送られる。
【００２２】
複数の送信ＢＦ２６は、並列的に超音波ビームが形成される複数の方向（１〜Ｍ）の各々に対応した送信ビームフォーマである。各送信ＢＦ２６は、信号出力部２２から位相調整部２４を介して送られる送信信号に基づいて送信ビームを形成する。例えば、Ａ方向とＢ方向の２方向（図２参照）による多方向同時送受信の場合には、送信ＢＦ２６として送信ＢＦ（１）と送信ＢＦ（２）のみが存在し、または、送信ＢＦ（１）と送信ＢＦ（２）のみが機能し、送信ＢＦ（１）がＡ方向に送信ビームを形成して送信ＢＦ（２）がＢ方向に送信ビームを形成する。
【００２３】
複数の送信ＢＦ２６において形成された複数の送信ビームは、ビーム合成部２８において合成される。ビーム合成部２８は、複数の送信ビームを並列的に形成するように、プローブ１０が備える複数の振動素子を駆動する。
【００２４】
複数の受信ＢＦ３２は、並列的に超音波ビームが形成される複数の方向（１〜Ｍ）の各々に対応した受信ビームフォーマである。各受信ＢＦ３２は、プローブ１０が備える複数の振動素子から得られる複数の信号に基づいて受信ビームを形成する。例えば、Ａ方向とＢ方向の２方向（図２参照）による多方向同時送受信の場合には、受信ＢＦ３２として受信ＢＦ（１）と受信ＢＦ（２）のみが存在し、または、受信ＢＦ（１）と受信ＢＦ（２）のみが機能し、受信ＢＦ（１）がＡ方向の受信ビームを形成して受信ＢＦ（２）がＢ方向の受信ビームを形成する。
【００２５】
各受信ＢＦ３２において受信ビームが形成されると、その受信ビームに沿った受信ＲＦ信号が各検波器３４において検波されてベースバンドの受信信号が形成される。さらに、検波された受信信号は、各位相調整部３６において位相を調整されてから、各信号弁別部３８へ送られる。後に詳述するように、各信号弁別部３８において、各方向に対応した受信信号に含まれる、別方向の送信ビームから得られる受信信号成分が、低減もしくは完全に除去される。画像形成部４０は、受信信号に基づいて、例えばＢモード画像やカラードプラ画像などの超音波画像を形成する。
【００２６】
本実施形態においては、各方向ごとに且つ各回ごとに設定されたシフト量だけ位相をずらした送信信号に基づいて、各方向ごとに且つ各回ごとに送信ビームが形成される。また、各方向ごとに且つ各回ごとに受信ビームを形成して得られる受信信号について、各方向ごとに且つ各回ごとに設定された前記シフト量だけ位相が戻される。そして、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号に基づいて、各方向に対応した受信信号が形成される。
【００２７】
例えばＡ方向とＢ方向の２方向（図２参照）による多方向同時送受信の場合において、Ａ方向の送信信号Ａ（ｔ）とＢ方向の送信信号Ｂ（ｔ）は、それぞれのエンベロープをａ（ｔ），ｂ（ｔ）として送信信号の各周波数をωＣとすると次式のように表現できる。例えば、図１の信号出力部（１）から送信信号Ａ（ｔ）が出力されて信号出力部（２）から送信信号Ｂ（ｔ）が出力される。
【００２８】
【数１】
2011004924.tif 000003
【００２９】
各方向ごとに且つ各回ごとに設定される位相のシフト量をθＡ（ｎ），θＢ（ｎ）とする。ｎは送受信の回数である。これらのシフト量だけ位相をずらした送信信号は次式のように表現できる。例えば、図１の位相調整部（１）から送信信号Ａ´ｎ（ｔ）が出力されて位相調整部（２）から送信信号Ｂ´ｎ（ｔ）が出力される。
【００３０】
【数２】
2011004924.tif 000004
【００３１】
送信信号Ａ´ｎ（ｔ）と送信信号Ｂ´ｎ（ｔ）に基づいて２方向に送信ビームが形成され、各方向ごとに受信ビームが形成される。２方向に同時に送信ビームが形成されるため、各方向ごとに得られる受信ビームには別方向の送信ビームに対応した受信成分も含まれる。そのため、各方向の受信ビームに対応した受信ＲＦ信号は次式のように表現できる。
【００３２】
【数３】
2011004924.tif 000005
【００３３】
ここで、Ｒｅはリアルパート（同相信号成分）を示しており、α，βは振幅の係数である。例えば、図１の受信ＢＦ（１）においては、Ａ方向に対応した受信ビームが形成されるため、その受信ビームから得られる受信ＲＦ信号についてはα＞βとなる。なお、αとβの大きさは、以下の議論の本質に影響を与えるものではないため、α＝β＝１として数式内で省略する。
【００３４】
受信ＲＦ信号を検波すると、次式で表現されるベースバンドの受信信号（解析信号）が得られる。例えば、図１の検波器（１）において次式の処理が行われる。なお、次式中のＬＰＦはローパスフィルタから抽出される成分を示している。
【００３５】
【数４】
2011004924.tif 000006
【００３６】
上記（６）式は、ｎ回目の受信信号の一般式である。１回目と２回目の受信信号（解析信号）は次のように表現できる。
【００３７】
【数５】
2011004924.tif 000007
【００３８】
受信系では、各方向ごとに且つ各回ごとに設定されたシフト量θＡ（ｎ），θＢ（ｎ）だけ位相が戻される。例えば、図１の検波器（１）の後段の位相調整部（１）において位相が戻されて次式の信号が得られる。
【００３９】
【数６】
2011004924.tif 000008
【００４０】
そして、複数回に亘って得られる位相を戻された複数の受信信号（解析信号）に基づいて、各方向に対応した受信信号が形成される。例えば、図１の信号弁別部（１）において、上記（９）式と（１０）式で表される２回の受信信号（解析信号）が次式のように加算される。
【００４１】
【数７】
2011004924.tif 000009
【００４２】
図３は、２方向２回送受信の場合における位相シフト量の一例を示す図である。図３の例では、Ａ方向の１回目のシフト量θＡ（１）がπ／４であり、Ｂ方向の１回目のシフト量θＢ（１）が−π／４であり、Ａ方向の２回目のシフト量θＡ（２）が−π／４であり、Ｂ方向の２回目のシフト量θＢ（２）がπ／４となっている。
【００４３】
図３に示すシフト量を上記（１１）式に適用すると、θＢ（１）−θＡ（１）＝−π／２となり、θＢ（２）−θＡ（２）＝π／２となる。つまり、ｂ（ｔ）に関する二つの成分の位相が互いに反転関係にあり互いに相殺され、Ａ方向の関するａ（ｔ）のみを抽出することができる。
【００４４】
図４から図６には、本実施形態における送信から受信までの各信号の位相が図示されている。
【００４５】
図４は、１回目の送信と２回目の送信における信号の位相を示す図である。１回目の送信では、Ａ（ｔ）の位相がθＡ（１）＝π／４だけシフトされてＡ´１（ｔ）が形成されＢ（ｔ）の位相がθＢ（１）＝−π／４だけシフトされてＢ´１（ｔ）が形成される。２回目の送信では、Ａ（ｔ）の位相がθＡ（２）＝−π／４だけシフトされてＡ´２（ｔ）が形成され、Ｂ（ｔ）の位相がθＢ（２）＝π／４だけシフトされてＢ´２（ｔ）が形成されている。
【００４６】
図５は、Ａ方向に関する１回目の受信と２回目の受信における信号の位相を示す図である。１回目の受信では、ＩＱ１（ｔ）の位相が−θＡ（１）＝−π／４だけシフトされてＩＱ´１（ｔ）が形成され、２回目の受信では、ＩＱ２（ｔ）の位相が−θＡ（２）＝π／４だけシフトされてＩＱ´２（ｔ）が形成されている。
【００４７】
図６は、２回の受信信号の加算を示す図である。例えば、図１の信号弁別部（１）において、図５のＩＱ´１（ｔ）とＩＱ´２（ｔ）が加算され、図６に示すように、Ｂ方向の送信ビームから得られる受信信号成分であるｂ（ｔ）については、位相が互いに反転関係にあり互いに相殺され、Ａ方向の送信ビームから得られる受信信号成分である２ａ（ｔ）のみが抽出される。つまり、目的とする方向の受信信号成分のみが弁別される。
【００４８】
図７は、２方向２回送受信の場合における位相シフト量の他の例を示す図である。図７に示す例２から例４のシフト量を上記（１１）式に適用することにより、図３の例の場合と同様に、目的とする方向の受信信号成分のみを弁別することができる。
【００４９】
また、例えばＡ方向とＢ方向とＣ方向の３方向に関する２回の多方向同時送受信にすると、上記（７）式と（８）式が次式のように拡張される。次式においてｃ（ｔ）はＣ方向の送信信号に関するエンベロープであり、θＣ（１），θＣ（２）は、Ｃ方向の送信信号に関する位相のシフト量である。
【００５０】
【数８】
2011004924.tif 000010
【００５１】
さらに、上記（９）式と（１０）式に対応した次式が得られる。
【００５２】
【数９】
2011004924.tif 000011
【００５３】
そして、上記（９´）式と（１０´）式で表される２回の受信信号（解析信号）が加算されて次式が得られる。
【００５４】
【数１０】
2011004924.tif 000012
【００５５】
図８は、３方向２回送受信の場合における位相シフト量の一例を示す図である。図８の例では、１回目のシフト量が、θＡ（１）＝０，θＢ（１）＝２π／３，θＣ（１）＝４π／３であり、２回目のシフト量が、θＡ（２）＝０，θＢ（２）＝４π／３，θＣ（２）＝２π／３となっている。
【００５６】
さらに、並列的に超音波ビームが形成される複数の方向数をＬとし、送信方向の信号成分をＦｌ（ｔ）とし、目的とする受信方向をｌ０（１≦ｌ０≦Ｌ）とし、送信回数をＮとすると、上記（１１）式や（１１´）式が次のように一般化される。
【００５７】
【数１１】
2011004924.tif 000013
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５９】
１０  プローブ、２２  信号出力部、２４  位相調整部、２６  送信ＢＦ、２８  ビーム合成部、３２  受信ＢＦ、３６  位相調整部、３８  信号弁別部、４０  画像形成部。
【図１】
2011004924.tif 000014
【図２】
2011004924.tif 000015
【図３】
2011004924.tif 000016
【図４】
2011004924.tif 000017
【図５】
2011004924.tif 000018
【図６】
2011004924.tif 000019
【図７】
2011004924.tif 000020
【図８】
2011004924.tif 000021