(57)【要約】【課題】受信ビームフォーミングにおいて、補正値データによらず、精度の高い音響レンズ補正を行うことのできる超音波信号処理装置を提供する。【解決手段】超音波プローブを用いて送信超音波を被検体内に送信する送信部と、超音波プローブが受信した被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成する受信部と、被検体内の複数の観測点について、受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する整相加算部とを備える超音波信号処理装置において、超音波プローブは、振動子と被検体との間に音響レンズを備え、整相加算部は、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、反射超音波が観測点から振動子に到達するまでの受信時間を算出する受信時間算出部を含み、受信時間算出部は、音響レンズと被検体との界面である屈折面上における振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、受信時間を算出する。【選択図】図６
2019033822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子と音響レンズとを備えた超音波プローブを被検体に接合することで超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて音響線信号を生成する超音波信号処理装置であって、
前記超音波プローブを用いて送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、
前記超音波プローブが受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成する受信部と、
前記被検体内の複数の観測点について、前記受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する整相加算部とを備え、
前記整相加算部は、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、前記反射超音波が前記観測点から前記振動子に到達するまでの受信時間を算出する受信時間算出部を含み、
前記音響レンズ内における超音波速度は、前記被検体のうち前記音響レンズと接する領域における超音波速度より遅く、
前記受信時間算出部は、前記音響レンズと前記被検体との境界面である屈折面上における前記振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、前記観測点から前記振動子まで超音波が伝搬する前記受信時間を算出する
ことを特徴とする超音波信号処理装置。
【請求項２】
前記受信時間算出部は、前記屈折面上に、前記最大屈折点を含む複数の経由候補点を設定し、
それぞれの経由候補点について、前記観測点から前記経由候補点を経由して前記振動子に到達する経路における、前記屈折面に対する超音波の入射角と出射角とを算出し、
前記屈折面より前記観測点側と前記屈折面より前記観測点側との間の超音波の伝播速度比から満たされるべき入射角と出射角との関係に近い、前記入射角と前記出射角との関係とに対応する経由観測点を特定し、当該経由観測点を経由する前記観測点から前記振動子までの経路に基づいて、前記受信時間を算出する
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】
前記受信時間算出部は、前記最大屈折点を第１の経由候補点としたとき、前記最大屈折点から前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線側に所定距離離れた前記屈折面上の点を第２の経由候補点とし、
第ｎの経由候補点（ｎは２以上の整数）を経由する経路における前記入射角が過大である場合には第ｎの経由候補点から、第ｎの経由候補点を経由する経路における前記入射角が過小である場合には第（ｎ−１）番目の経由候補点から、前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線側に、第ｎの経由候補点と第（ｎ−１）の経由候補点との距離の１／２だけ離れた前記屈折面上の点を第（ｎ＋１）の経由候補点とする
請求項２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項４】
前記受信時間算出部は、前記屈折面上に、前記最大屈折点を含む複数の経由候補点を設定し、
それぞれの経由候補点について、前記観測点から前記経由候補点を経由して前記振動子に到達する経路における超音波の伝搬所要時間を算出し、
前記複数の伝搬所要時間のうち、最も小さい値を、前記受信時間として算出する
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５】
前記受信時間算出部は、前記屈折面と、前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線との交点を経路算出点として特定し、
前記観測点から、前記最大屈折点と前記経路算出点との少なくとも一方までの経路を用いて第１時間を算出し、
最大屈折点と前記経路算出点との少なくとも一方から、前記振動子までの経路を用いて第２時間を算出し、
前記第１時間と前記第２時間とを用いて前記受信時間を算出する
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６】
前記受信時間算出部は、
前記観測点から前記最大屈折点までの経路を超音波が通過する時間と、前記観測点から前記経路算出点の経路を超音波が通過する時間との一次結合により、前記第１時間を算出する
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】
前記受信時間算出部は、
前記最大屈折点から前記振動子までの経路を超音波が通過する時間と、前記経路算出点から前記振動子の経路を超音波が通過する時間との一次結合により、前記第２時間を算出する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の超音波信号処理装置。
【請求項８】
音響レンズを備える超音波プローブと、
請求項１から７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９】
複数の振動子と音響レンズとを備えた超音波プローブを被検体に接合することで超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて音響線信号を生成する超音波信号処理方法であって、
前記超音波プローブを用いて送信超音波を前記被検体内に送信し、
前記超音波プローブが受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成し、
前記被検体内の複数の観測点について、前記受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する
方法であり、
前記整相加算において、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、前記反射超音波が前記観測点から前記振動子に到達するまでの受信時間を算出し、
前記音響レンズ内における超音波速度は、前記被検体のうち前記音響レンズと接する領域における超音波速度より遅く、
前記受信時間の算出において、前記音響レンズと前記被検体との境界面である屈折面上における前記振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、前記観測点から前記振動子まで超音波が伝搬するのに必要な時間の最小値である前記受信時間を算出する
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、および、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、モニタ（以後、「表示部」とする）上に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】
超音波診断装置では、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）。より具体的には、複数の振動子によって反射超音波を受信し、反射超音波の伝搬経路を加味した遅延処理により受信ビームフォーミングを行うというものである。これにより、得られる音響線信号の空間分解能及び信号Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【０００４】
一方、超音波プローブには、各振動子と被検体との間に音響レンズが設けられている。この音響レンズは被検体とは音速が異なるため、音響レンズと被検体との界面で超音波の屈折が生じる。そのため、音響レンズの存在を考慮した上で、反射超音波の伝搬経路を特定して受信ビームフォーミングを行う必要がある。反射超音波の伝搬経路はピタゴラスの定理、スネルの法則を用いることで特定は可能であるが、演算量が大きいため、従来は事前計算による補正値を適用する手法が使用されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−５４７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）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、音響レンズが存在しない前提の遅延量に、事前計算による補正値を適用する手法では、補正値データの量に受信ビームフォーミングの精度が依存することとなる。これは、音響レンズによる影響の程度は観測点と受信振動子の相対的位置関係によって異なるため、全ての観測点、全ての受信振動子に対して１つの補正値を適用することができないためである。つまり、観測点の密度を向上させたり補正値の精度を向上させたりするためには、より多くの観測点と受信振動子との相対的な位置関係に対応した、より多くの補正値データが必要となる。したがって、補正値データの量が少ない場合には受信ビームフォーミングの精度が向上しない一方で、受信ビームフォーミングの精度を向上させるには多くの補正値データが必要となる。つまり、補正値データの量と受信ビームフォーミングの精度は、互いにトレードオフの関係を有する。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より精度の高い音響レンズ補正を行うことのできる受信ビームフォーミングを行う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、複数の振動子と音響レンズとを備えた超音波プローブを被検体に接合することで超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて音響線信号を生成する超音波信号処理装置であって、前記超音波プローブを用いて送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、前記超音波プローブが受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成する受信部と、前記被検体内の複数の観測点について、前記受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する整相加算部とを備え、前記整相加算部は、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、前記反射超音波が前記観測点から前記振動子に到達するまでの受信時間を算出する受信時間算出部を含み、前記音響レンズ内における超音波速度は、前記被検体のうち前記音響レンズと接する領域における超音波速度より遅く、前記受信時間算出部は、前記音響レンズと前記被検体との境界面である屈折面上における前記振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、前記観測点から前記振動子まで超音波が伝搬する前記受信時間を算出することを特徴とする。
【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、補正値データに依存することなく各観測点および各振動子について受信時間の算出精度を向上できるため、受信ビームフォーミングにおいて、得られる音響線信号のＳ／Ｎ比および空間解像度を向上させることができる。
【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に係るプローブ１０１の概略図である。
【図３】（ａ）は整相加算の処理を示す概略断面図であり、（ｂ）は音響レンズによる影響を示す概略断面図である。
【図４】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５】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６】実施の形態１に係る反射超音波の伝搬経路を示す模式図である。
【図７】実施の形態１に係る屈折点Ｑｔを検索する処理を説明する模式図である。
【図８】実施の形態１に係る受信ビームフォーマ部１０４の音響線信号生成動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態１に係る受信時間算出部１０４５の受信時間算出動作を示すフローチャートである。
【図１０】変形例１に係る反射超音波の伝搬経路を示す模式図である。
【図１１】実施の形態２に係る屈折点Ｑｔを検索する処理を説明する模式図である。
【図１２】実施の形態２に係る受信時間算出部の受信時間算出動作を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態３に係る反射超音波の伝搬経路を示す模式図である。
【図１４】実施例および比較例に係る超音波画像である。
【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、演算量を大きく増加させることなく、受信ビームフォーミングの精度を向上するために各種の検討を行った。
整相加算法では、観測点Ｐからの反射超音波を複数の受信振動子で受信して受信信号列を生成し、観測点Ｐからの反射超音波に基づく信号の位相が合うように遅延処理を行って合成を行うことで、Ｓ／Ｎ比の向上を行う。図３（ａ）は、整相加算の原理を示す概略断面図である。図３（ａ）に示すように、観測点Ｐからの反射超音波は、複数の受信振動子で受信される。そして、遅延部により遅延処理を行ってから加算を行い、音響線信号が生成される。ここで、遅延処理では、観測点と受信振動子との距離に基づく処理が行われる。例えば、観測点Ｐと受信振動子Ｃとの距離をｄc、観測点Ｐと受信振動子Ｍとの距離をｄm、被検体内の超音波速度をｖとしたとき、観測点Ｐからの反射波が受信振動子Ｍに届く時刻は、観測点Ｐからの反射波が受信振動子Ｃに届く時刻と比べて（ｄm−ｄc）／ｖだけ遅い。したがって、同一の観測点Ｐからの反射波に対する受信振動子間の到達時刻の差を打ち消すような遅延処理を行うことで、観測点Ｐからの反射波に基づく音響線信号を生成することができる。
【００１３】
一方、上述したように、音響レンズは被検体とは音速が異なるため、反射超音波の伝搬経路に影響を与える。典型的には、音響レンズは、振動子の並ぶ向きを軸方向とする円柱レンズであり、レンズとして機能するため被検体に対して屈折率が高い（音速が遅い）。この音響レンズは、振動子の並ぶ向きにおいては厚みが一定の板となるため、超音波の伝搬する向きが音響レンズの表面に対して直交しない場合、屈折によって、音響レンズと被検体との界面で超音波の伝搬する向きが変化する。図３（ｂ）は、音響レンズが存在する場合の超音波の伝搬経路を示す概略断面図である。図３（ｂ）に示すように、観測点Ｐと受信振動子ｍを結ぶ直線に沿った経路ｄmfが音響レンズの表面に対して直交しない場合、実際の超音波の伝搬経路は経路ｄmtに沿って進むこととなる。一般に、音響レンズ内の音速は被検体内の音速より遅いため、超音波が被検体における超音波速度で経路ｄmfに沿って進むのに必要な時間と比べ、実際に超音波が経路ｄmtに沿って進む時間の方が遅い。したがって、音響レンズを考慮せずに整相加算を行った場合、計算上の遅延時間と、実際の受信振動子間の超音波の到達時刻の差とが一致しなくなる。そのため、観測点Ｐからの反射超音波に基づく複数の信号に遅延処理を行っても受信時刻や信号の位相が十分に揃わず、Ｓ／Ｎ比が低下していわゆる「フォーカスが甘い」状態を引き起こすこととなる。
【００１４】
一方、音響レンズを考慮した受信時間の算出は、観測点ごと、かつ、振動子ごとに行う必要があるため、演算量が大きいという既知の課題がある。そこで、特許文献１では、音響レンズが存在しない前提の遅延量に、事前計算による補正値を適用する手法を用いている。しかしながら、音響レンズによる影響は、観測点と受信振動子との相対的位置関係により異なるため、全ての観測点、かつ、全ての振動子に対して正確な補正値を適用するためには、膨大な補正値のデータベースが必要となる。すなわち、音響レンズ補正の精度とデータベース容量との間にトレードオフの関係が存在することとなる。
【００１５】
そこで、発明者は、演算量を大きく増加させることなく、受信ビームフォーミングの精度を向上する方法について模索し、低負荷な演算により観測点ごと、かつ、振動子ごとの受信時間を算出する方法について検討し、本開示の態様に至ったものである。
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。
【００１６】
≪実施の形態１≫
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。
図１は、実施の形態１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。
【００１７】
＜超音波診断装置１００の構成＞
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と、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。
【００１８】
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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  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。
【００１９】
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。
【００２０】
＜プローブ１０１の構成＞
図２（ａ）は、プローブ１０１の外観図である。プローブ１０１は、１次元方向（図中のｘ方向）に配列された複数の振動子１０１ａと、音響レンズ１０１ｂとを備える。つまり、プローブ１０１は、複数の振動子１０１ａが直線状に配されたリニアプローブである。
【００２１】
振動子１０１ａのそれぞれは、送信ビームフォーマ部１０３からマルチプレクサ部１０２を介して供給される駆動信号を超音波に変換し、また、受信した超音波を電気信号に変換しマルチプレクサ部１０２を介して受信ビームフォーマ部１０４に出力する機能を有する圧電素子である。
音響レンズ１０１ｂは、振動子１０１ａの並ぶ向きと直交する向き（図中のｚ方向）の送受信ビームフォーミングを行うためのレンズである。具体的には、被検体表面より音速の小さい素材（すなわち、被検体表面に対する比屈折率の高い素材）からなり、ｘ軸を軸方向とする円柱レンズである。これにより、図２（ｂ）に示すように、振動子１０１ａから送出された超音波は、ｙｚ平面において、拡散せずある程度集束したビームとなる。なお、図２（ｂ）には示していないが、受信ビームフォーミングにおいても、ｙｚ平面において、超音波の照射領域内の観測点からの反射超音波を受信することができる。
【００２２】
＜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。
【００２３】
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信開口Ｔｘ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。
【００２４】
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ることで所望の形状の波面を形成することにより超音波ビームの送信ビームフォーミングを行うための回路である。送信開口Ｔｘを構成する振動子の数としては、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、２０〜１００を選択することができる。
【００２５】
送信ビームフォーマ部１０３において、送信開口Ｔｘ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、送信開口Ｔｘ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、送信開口Ｔｘ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搬する。すなわち、送信開口Ｔｘで放射された超音波は、次第にその空間上での幅（ｘ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（ｙ方向）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、伝搬することとなる。この砂時計型の領域が超音波主照射領域である。
【００２６】
または、例えば、送信ビームフォーマ部１０３において、送信開口Ｔｘ内の全ての振動子の送信タイミングを一致させるように各振動子の送信タイミングを制御してもよい。または、例えば、送信ビームフォーマ部１０３において、隣接する振動子の送信タイミングの差が一定となるように各振動子の送信タイミングを制御してもよい。これにより、送信開口Ｔｘ内の振動子から送信された超音波送信波は、波面がｘ方向に対して一定の傾斜角（０であってもよい）を持つ直線である平面波となる。そのため、超音波主照射領域は、送信開口Ｔｘを一つの辺とする長方形または平行四辺形の領域となる
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４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４に示すように、受信ビームフォーマ部１０４は、受信部１０４０と整相加算部１０４１とを備える。
【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。
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、送信開口Ｔｘ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、超音波ビームの送信に同期してプローブ１０１に存する複数の振動子１０１ａの一部又は全部にあたる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。受波振動子の数は、送信開口Ｔｘに含まれる振動子の数よりも多いことが好ましい。また、受波振動子の数はプローブ１０１に存する振動子１０１ａの全数としてもよい。
【００２９】
（２）整相加算部１０４１
整相加算部１０４１は、超音波ビームの送信に同期して、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複数の観測点Ｐｉｊを設定する。次に、観測点Ｐｉｊのそれぞれについて、観測点から各受信振動子Ｒｋが受信した受信信号列を整相加算する。そして、各観測点における音響線信号を生成する回路である。図５は、整相加算部１０４１の構成を示す機能ブロック図である。図５に示すように、整相加算部１０４１は、観測点設定部１０４２、受信開口設定部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、及び加算部１０４９を備える。
【００３０】
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）観測点設定部１０４２
観測点設定部１０４２は、被検体内において音響線信号の生成を行う対象である複数の観測点Ｐｉｊを設定する。観測点Ｐｉｊは、音響線信号の生成が行われる観測対象点として、超音波ビームの送信に同期して計算の便宜上設定される。
【００３１】
ここで、「音響線信号群」とは、超音波ビームの送信に同期して設定される全ての観測点Ｐｉｊに対する音響線信号の集合である。すなわち、音響線信号群は、１回の超音波ビームの送信とそれに伴う受信処理により得られる、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。なお、超音波診断装置１００の１フレーム分の音響線信号は、１の音響線信号群からなってもよいし、複数の音響線信号群からなってもよい。
【００３２】
観測点設定部１０４２は、超音波ビームの送信に同期して、送信ビームフォーマ部１０３から取得する送信開口Ｔｘの位置を示す情報に基づき複数の観測点Ｐｉｊを設定する。より具体的には、観測点設定部１０４２は、送信開口Ｔｘの位置から特定される超音波主照射領域内に、複数の観測点Ｐｉｊを設定する。
設定された観測点Ｐｉｊは送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延処理部１０４７に出力される。
【００３３】
ｉｉ）受信開口設定部１０４３
受信開口設定部１０４３は、制御部１０８からの制御信号と、送信ビームフォーマ部１０３からの送信開口Ｔｘの位置を示す情報とに基づき、プローブ１０１に存する複数の振動子の一部または全部の振動子列（受信振動子列）を受信振動子として設定して受信開口Ｒｘを設定する回路である。
【００３４】
受信開口Ｒｘは、例えば、列中心が観測点Ｐｉｊに最も空間的に近接する振動子と合致するように選択することができる（観測点同期型）。この場合、観測点Ｐｉｊごとに受信開口Ｒｘが設定される。または、例えば、送信開口Ｔｘの列中心と受信開口Ｒｘの列中心とが一致するように受信開口Ｒｘを設定してもよい（送信開口同期型）。この場合、超音波ビームの送信に同期して、受信開口Ｒｘが設定される。
【００３５】
いずれの場合においても、超音波主照射領域全体からの反射波を受信するために、受信開口Ｒｘに含まれる振動子の数は、対応する送信イベントにおける送信開口Ｔｘに含まれる振動子の数以上に設定することが好ましい。受信開口Ｒｘを構成する振動子列の数は、例えば３２、６４、９６、１２８、１９２等としてもよい。
選択された受信開口Ｒｘ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。
【００３６】
データ格納部１０７は、受信開口Ｒｘの位置を示す情報と受信振動子に対応する受信信号とを、送信時間算出部１０４４、受信時間算出部１０４５、遅延処理部１０４７、重み算出部１０４８に出力する。
ｉｉｉ）送信時間算出部１０４４
送信時間算出部１０４４は、送信された超音波が被検体中の観測点Ｐｉｊのそれぞれに到達する送信時間を算出する回路である。送信時間算出部１０４４は、データ格納部１０７から取得した送信開口Ｔｘに含まれる振動子の位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報とに基づき、各観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検体中の観測点Ｐｉｊに到達する送信時間を算出する。送信時間算出部１０４４は、例えば、幾何学的に算出される送信開口Ｔｘと観測点Ｐｉｊとの距離に基づき、送信時間を算出する。
【００３７】
送信時間算出部１０４４は、超音波ビームの送信に同期して、全ての観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検体中の観測点Ｐｉｊに到達する送信時間を算出して遅延量算出部１０４６に出力する。
ｉｖ）受信時間算出部１０４５
受信時間算出部１０４５は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信開口Ｒｘに含まれる受信振動子Ｒｋの各々に到達する受信時間を算出する回路である。受信時間算出部１０４５は、超音波ビームの送信に同期して、データ格納部１０７から取得した受信振動子Ｒｋの位置を示す情報と、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報に基づき、送信された超音波が被検体中の観測点Ｐｉｊで反射され受信開口Ｒｘの各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出する。詳細は後述する。
【００３８】
受信時間算出部１０４５は、超音波ビームの送信に同期して、全ての観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が観測点Ｐｉｊで反射して各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出して遅延量算出部１０４６に出力する。
ｖ）遅延量算出部１０４６
遅延量算出部１０４６は、送信時間と受信時間とから受信開口Ｒｘ内の各受信振動子Ｒｉ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Ｒｋ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１０４６は、送信時間算出部１０４４から送信された超音波が観測点Ｐｉｊに到達する送信時間と、観測点Ｐｉｊで反射して各受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を取得する。そして、送信された超音波が各受信振動子Ｒｋへ到達するまでの総伝播時間を算出し、各受信振動子Ｒｋに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を算出する。遅延量算出部１０４６は、全ての観測点Ｐｉｊについて、各受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列に適用する遅延量を算出して遅延処理部１０４７に出力する。
【００３９】
ｖｉ）遅延処理部１０４７
遅延処理部１０４７は、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋに対する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量に相当する受信信号を、観測点Ｐｉｊからの反射超音波に基づく各受信振動子Ｒｋ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１０４７は、超音波ビームの送信に同期して、受信開口設定部１０４３から受信振動子Ｒｋの位置を示す情報、データ格納部１０７から受信振動子Ｒｋに対応する受信信号、観測点設定部１０４２から取得した観測点Ｐｉｊの位置を示す情報、遅延量算出部１０４６から各受信振動子Ｒｋ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Ｒｋに対応する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Ｐｉｊからの反射波に基づく受信信号として同定し、加算部１０４９に出力する。
【００４０】
ｖｉｉ）重み算出部１０４８
重み算出部１０４８は、受信開口Ｒｘ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各受信振動子Ｒｋ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。重み数列は受信開口Ｒｘ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。重み数列の分布の形状は、ハミング窓、ハニング窓、矩形窓などを用いることができ、分布の形状は特に限定されない。重み数列は、受信開口Ｒｘ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、受信開口中心軸Ｒｘｏと一致する。重み算出部１０４８は、受信開口設定部１０４３から出力される受信振動子Ｒｋの位置を示す情報を入力として、各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を算出し加算部１０４９に出力する。
【００４１】
ｖｉｉｉ）加算部１０４９
加算部１０４９は、遅延処理部１０４７から出力される各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号を入力として、それらを加算して、観測点Ｐｉｊに対する整相加算された音響線信号を生成する回路である。あるいは、さらに、重み算出部１０４８から出力される各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を入力として、各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｋに対する重みを乗じて加算して、観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を生成する構成としてもよい。遅延処理部１０４７において受信開口Ｒｘ内に位置する各受信振動子Ｒｋが検出した受信信号の位相を整えて加算部１０４９にて加算処理をすることにより、観測点Ｐｉｊからの反射波に基づいて各受信振動子Ｒｋ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、観測点Ｐｉｊからの受信信号を抽出することができる。
【００４２】
１回の超音波ビームの送信とそれに伴う処理から、全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成することができる。
＜受信時間の算出＞
以下、受信時間算出部１０４５における、受信時間の算出処理について、より詳細に説明する。
【００４３】
図６（ａ）は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信振動子Ｒｋに到達する経路を示す模式図である。ここで、被検体と音響レンズ１０１ｂとの境界面である屈折面２１０と、反射超音波の伝搬経路との交点を経由点Ｑとする。このとき、観測点Ｐｉｊから経由点Ｑに至る被検体内の超音波経路２０１の屈折面２１０に対する入射角をθ2、経由点Ｑから受信振動子Ｒｋに至る音響レンズ１０１ｂ内の超音波経路２０２に対する出射角をθ1としたとき、スネルの法則から以下の式（１）が成立する。
【００４４】
【数１】
2019033822.tif 000003
ここで、ｖ1は音響レンズ内の音速、ｖ2は被検体内の音速、ｎ21は音響レンズに対する被検体の比屈折率である。
上記式（１）から、当然に以下の式（２）が成立する。
【００４５】
【数２】
2019033822.tif 000004
ここで、音響レンズ１０１ｂの厚さをｄとし、ｘ軸（素子列方向）、ｙ軸（深さ方向）について、Ｒｋを原点（０，０）、Ｐｉｊを（Ｐx，Ｐy）、Ｑを（Ｑx，ｄ）とする（ここで、Ｐx＞０、Ｐy＞０である）。このとき、ｓｉｎθ1、ｓｉｎθ2は、それぞれ、以下の式（３）、（４）を満たす。
【００４６】
【数３】
2019033822.tif 000005
【００４７】
【数４】
2019033822.tif 000006
上述の式（３）、（４）を式（２）に代入し、分母を整理すると以下の式（５）となる。
【００４８】
【数５】
2019033822.tif 000007
ここで、下記の式（６）のように評価関数Ｊ（Ｑx）を定義する。
【００４９】
【数６】
2019033822.tif 000008
Ｊ（Ｑx）は式（５）の左辺であるから、経由点Ｑ（Ｑx，ｄ）がスネルの法則を満たす屈折点Ｑｔ（Ｑt，ｄ）である場合には、Ｊ（Ｑx）＝０となる。一方で、Ｊ（Ｑx）＞０であるということは、式（２）から、θ1がスネルの法則により定まる値より大きい（θ2がスネルの法則により定まる値より小さい）ことを示すから、Ｑx＞Ｑtであることを示す。逆に、一方で、Ｊ（Ｑx）＜０であるということは、式（２）から、θ1がスネルの法則により定まる値より小さい（θ2がスネルの法則により定まる値より大きい）ことを示すから、Ｑx＜Ｑtであることを示す。
【００５０】
図６（ｂ）は、以上の関係を模式的に示した図である。スネルの法則を満たす屈折点Ｑｔ（Ｑt，ｄ）に対してｘ座標が大きい経由点ＱではＪ＞０となり、屈折点Ｑｔ（Ｑt，ｄ）に対してｘ座標が小さい経由点ＱではＪ＜０となる。さらに、式（１）より、入射角θ2と出射角θ1の符号は同一であるから、屈折点Ｑｔは、受信振動子Ｒｋに最近接する屈折面２１０上の点である最大屈折点Ｍ（０，ｄ）よりｘ座標が大きい。これは、最大屈折点Ｍではθ1＝０となり、最大屈折点Ｍより左側（ｘ座標が小さい）では入射角θ2と出射角θ1の符号が異なることとなるからである。また、音響レンズ１０１ｂの音速は被検体内の音速よりも小さい（比屈折率ｎ21＜１である）から、式（１）より、θ2＞θ1である。したがって、観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとを結ぶ直線と、屈折面２１０との交点である無屈折点Ｓ（Ｓx，ｄ）より屈折点Ｑｔは左側にある（ｘ座標が小さい）こととなる。したがって、屈折点Ｑｔは、線分ＭＳ上に存在している、ということができる。
【００５１】
以上のことを鑑みて、屈折点Ｑｔを検索する方法について説明する。
図７は、実施の形態１に係る屈折点Ｑｔの検出方法を説明する模式図である。最初に、図７（ａ）に示すように、最大屈折点Ｍを経由候補点Ｑ0とし、評価関数Ｊの値を算出し、０であるか否かを検出する。具体的には、Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δを下回るか否かを検出する。Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δを下回った場合は、経由候補点Ｑ0を屈折点Ｑｔとして検出する。一方で、Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δより大きい場合、Ｊの符号を評価する。最大屈折点Ｍでは必ずＪ≦０であるので、Ｊの符号は負である。したがって、屈折点Ｑｔのｘ座標は、経由候補点Ｑ0のｘ座標より大きい。したがって、次の経由候補点Ｑ1を、ｘ軸の正の方向にＳ0だけ離れたＱ1（Ｓ0，ｔ）とする。次に、同様に、経由候補点Ｑ1の評価関数Ｊの値を算出し、０であるか否かを検出する。Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δを下回った場合は、経由候補点Ｑ1を屈折点Ｑｔとして検出する。一方で、Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δより大きい場合、Ｊの符号を評価する。Ｊの符号が負である場合、屈折点Ｑｔのｘ座標は、経由候補点Ｑ1のｘ座標より大きい。したがって、図７（ｂ）に示すように、次の経由候補点Ｑ2を、ｘ軸の正の方向にＳ1だけ離れたＱ2（Ｓ0＋Ｓ1，ｔ）とする。ここで、Ｓ1＝Ｓ0／２である。一方で、Ｊの符号が正である場合、屈折点Ｑｔのｘ座標は、経由候補点Ｑ1のｘ座標より小さい。したがって、図７（ｃ）に示すように、次の経由候補点Ｑ2を、経由候補点Ｑ0からｘ軸の正の方向にＳ1だけ離れたＱ2（Ｓ1，ｔ）とする。以下、同様の処理を繰り返す。つまり、図７（ｄ）に示すように、経由候補点Ｑm（ｍは１以上の整数）について評価関数Ｊの値を算出し、Ｊ＝０とみなせる場合は経由候補点Ｑmを屈折点Ｑｔとして検出する。一方、Ｊ＜０である場合は経由候補点Ｑmからｘ軸の正の方向にＳm（Ｓm＝Ｓm-1／２）だけ離れたＱm+1とし、Ｊ＞０である場合は経由候補点Ｑm-1からｘ軸の正の方向にＳmだけ離れたＱm+1とする。この処理を繰り返し行うことで、試行回数ｍを過大とせずに屈折点Ｑｔを特定することができる。
【００５２】
なお、線分ＭＳの長さをＤとしたとき、Ｓ0≧Ｄ／２であり、Ｓ0＝Ｄ／２であることがより好ましい。また、Ｓm＝Ｓm-1／２（ｍは１以上の整数）に限らず、Ｓm-1＞Ｓm＞Ｓm-1／２であってもよい。
＜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。
【００５３】
図８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Ｓ１において、観測点設定部１０４２は、送信部１０３１から送信開口Ｔｘの位置を示す情報を取得し、複数の観測点Ｐｉｊを設定する。
次に、ステップＳ２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し、被検体内に超音波ビームを送信させる。
【００５４】
次に、ステップＳ３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てデータ格納部１０７に出力し、データ格納部１０７に受信信号を保存する。
次に、ステップＳ４において、受信開口設定部１０４３は、受信開口Ｒｘを設定する。ここでは、受信開口Ｒｘは、送信開口Ｔｘの列中心と受信開口Ｒｘの列中心が一致するように選択される。
【００５５】
次に、観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成する。まず、ステップＳ５、Ｓ６において変数ｉ、ｊを初期化する。
次に、ステップＳ７において、送信時間算出部１０４４は、観測点Ｐｉｊについて、送信された超音波が被検体内の観測点Ｐｉｊに到達する時間を算出する。送信時間は、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの経路長を超音波の音速で除することにより算出される。ここでは、経路長は、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの直線距離であるとする。なお、送信開口Ｔｘから観測点Ｐｉｊまでの直線距離は経路長の例示の１つであり、経路長をこれに限定するものではなく、送信ビームフォーミング方法および受信ビームフォーミング方法に適した経路を選択してよい。
【００５６】
次に、ステップＳ８において、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋの位置を示す座標ｋを受信開口Ｒｘ内の最小値に初期化し、ステップＳ９において、超音波が観測点Ｐｉｊで反射され受信開口Ｒｘの受信振動子Ｒｋに到達する受信時間を算出する。
ここで、ステップＳ９における、受信時間を算出する動作についてより詳細に説明する。図９は、受信時間算出部１０４５における、受信時間を算出する動作を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、ステップＳ１０１において、変数ｍを最小値０に初期化する。次に、ステップＳ１０２において、屈折面２１０上において振動子Ｒｋに最近接する点を経由候補点Ｑmとする。これにより、経由候補点Ｑ0として、屈折面２１０上において振動子Ｒｋに最近接する最大屈折点Ｍが設定される。
次に、ステップＳ１０３において、経由候補点Ｑmについて評価関数Ｊの値を算出する。これにより、最大屈折点Ｍに対応する評価関数Ｊ（Ｍ）が算出される。
【００５８】
次に、ステップＳ１０４において、評価関数Ｊの値が０とみなせるか否かを判定する。具体的には、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が、所定の閾値δを下回るか否かを判定する。
評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が閾値δを下回った場合には、ステップＳ１０９に進む。一方、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が閾値δ以上である場合には、ステップＳ１０５において、評価関数Ｊの符号を判定する。評価関数Ｊの符号が負である場合は、屈折点Ｑｔのｘ座標は経由候補点Ｑmのｘ座標より大きいので、ステップＳ１０６において、経由候補点Ｑmよりｘ方向にＳmだけ移動した点を、次の経由候補点Ｑm+1とし、ステップＳ１０８でｍをインクリメントして、ステップＳ１０３を再試行する。経由候補点Ｑ0については、評価関数Ｊは必ずＪ≦０となるので、ステップＳ１０９に進まない場合は必ずステップＳ１０６に進むこととなる。
【００５９】
次に、再試行のステップＳ１０３において、経由候補点Ｑmについて評価関数Ｊの値を算出する。これにより、経由候補点Ｑ1に対応する評価関数Ｊが算出される。そして、ステップＳ１０４において、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が閾値δを下回った場合には、ステップＳ１０９に進む。一方、評価関数の絶対値｜Ｊ｜が閾値δ以上である場合には、ステップＳ１０５において、評価関数Ｊの符号を判定する。評価関数Ｊの符号が負である場合は、屈折点Ｑｔのｘ座標は経由候補点Ｑmのｘ座標より大きいので、ステップＳ１０６において、経由候補点Ｑmよりｘ方向にＳmだけ移動した点を、次の経由候補点Ｑm+1とし、ステップＳ１０８でｍをインクリメントして、ステップＳ１０３を再試行する。一方、評価関数Ｊの符号が正である場合は、屈折点Ｑｔのｘ座標は経由候補点Ｑmのｘ座標より小さいので、ステップＳ１０７において、ひとつ前の経由候補点Ｑm-1よりｘ方向にＳmだけ移動した点を、次の経由候補点Ｑm+1とし、ステップＳ１０８でｍをインクリメントして、ステップＳ１０３を再試行する。これにより、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が閾値δを下回る経由候補点Ｑmが特定される。
【００６０】
ステップＳ１０９では、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が閾値δを下回る経由候補点Ｑmを屈折点Ｑｔとして特定する。次に、ステップＳ１１０において、超音波が被検体内を観測点Ｐｉｊから屈折点Ｑｔに至るまでの時間ｔ1を算出する。時間ｔ1は、観測点Ｐｉｊから屈折点Ｑｔに至るまでの幾何学的な直線距離を被検体内の音速で除することにより算出できる。さらに、ステップＳ１１１において、超音波が音響レンズ内を屈折点Ｑｔから受信振動子Ｒｋに至るまでの時間ｔ2を算出する。時間ｔ2は、屈折点Ｑｔから受信振動子Ｒｋに至るまでの幾何学的な直線距離を音響レンズ内の音速で除することにより算出できる。そして、ステップＳ１１２において、時間ｔ1と時間ｔ2との和を、受信時間として算出する。
【００６１】
図８に戻って説明を続ける。ステップＳ１０において、受信開口Ｒｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｋについて受信時間を算出したか否かを判定し、完了していない場合はステップＳ１１でｋをインクリメントしてステップＳ９をさらに行い、完了している場合はステップＳ１１に進む。これにより、受信開口Ｒｘ内に存在する全ての受信振動子Ｒｋについて受信時間が算出されている。
【００６２】
次に、ステップＳ１２において、送信時間と受信時間の和を用いて、観測点Ｐｉｊからの反射超音波に基づく受信信号を同定する。まず、遅延量算出部１０４６が、ステップＳ７で算出した送信時間と、ステップＳ８〜Ｓ１１で算出した受信振動子Ｒｋごとの受信時間とを用いて、受信振動子Ｒｋごとの総伝搬時間を算出し、受信開口Ｒｘ内の各受信振動子Ｒｋに対する総伝播時間の差異により、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を算出する。次に、遅延処理部１０４７は、受信開口Ｒｘ内の受信振動子Ｒｋに対応する受信信号の列から、各受信振動子Ｒｋに対する遅延量を差引いた時間に対応する受信信号を観測点Ｐｉｊからの反射波に基づく受信信号として同定する。
【００６３】
次に、ステップＳ１３において、同定した受信信号を加算してＰｉｊの音響線信号を生成する。まず、重み算出部１０４８は、受信開口Ｒｘ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各受信振動子Ｒｋに対する重み数列を算出する。加算部１０４９は、各受信振動子Ｒｋに対応して同定された受信信号に、各受信振動子Ｒｋに対する重みを乗じて加算して、観測点Ｐｉｊに対する音響線信号を生成する。生成された観測点Ｐｉｊの音響線信号はデータ格納部１０７に出力され保存される。
【００６４】
次に、座標ｉｊをインクリメントしてＳ７〜Ｓ１３を繰り返すことにより、全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号が生成される。全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号の生成を完了したか否かを判定し（ステップＳ１４、Ｓ１６）、完了していない場合は座標ｉｊをインクリメントして（ステップＳ１５、Ｓ１７）、観測点Ｐｉｊについて音響線信号を生成する。全ての観測点Ｐｉｊについて音響線信号が生成されることで、ステップＳ２の超音波ビームの送信に対応した音響線信号群の生成が終了する。
【００６５】
＜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、音響レンズによる影響を考慮した高精度な受信時間に基づき、観測点Ｐｉｊについての音響線信号を生成する。これにより、全ての観測点Ｐｉｊについて、受信ビームフォーミングの精度を向上し、空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００６６】
また、超音波診断装置１００では、屈折点Ｑｔを検索する際、屈折面上において最も受信振動子に近接する点である最大屈折点Ｍを開始点とし、評価関数Ｊを用いた二分法（または類似する方法）を用いる。これにより、屈折点Ｑｔの検索試行数を削減することができる。そのため、受信時間の算出に要する演算量が大きくない。したがって、従来の整相加算法と比較して、整相加算の演算量を大きく増加させずに受信ビームフォーミングの精度を向上させることができる。
【００６７】
また、超音波診断装置１００では、観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋの全ての組み合わせについて、音響レンズによる影響を考慮した高精度な受信時間の算出を行う。そのため、事前計算の結果を大容量のメモリに保持せずとも、いずれの観測点Ｐｉｊについても受信ビームフォーミングの精度を向上させることができる。したがって、事前に算出した補正値をメモリに保持する方法と比較して、大容量の補正値データなしに、全ての観測点Ｐｉｊについて受信ビームフォーミングの精度を向上させることが可能となる。
【００６８】
≪変形例１≫
実施の形態１に係る超音波診断装置１００では、プローブ１０１は、複数の振動子１０１ａが直線状に配置されたリニアプローブであるとした。しかしながら、超音波プローブの形態は、上述の配置に限られず、他の形状であってもよい。
変形例１では、超音波プローブは、複数の振動子が同心円状に配置されたコンベックスプローブである点で実施の形態１と相違する。超音波プローブ以外の構成については、実施の形態１に示した各要素と同じであり、同じ部分については説明を省略する。
【００６９】
図１０（ａ）は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信振動子Ｒｋに到達する経路を示す模式図である。ここで、振動子は点Ｏを中心とする半径ｒdの円弧上に存在しており、屈折面（音響レンズの外周）は、点Ｏを中心とする半径ｒd＋ｄの円弧であるとする。すなわち、音響レンズの厚みはｄである。このとき、観測点Ｐｉｊから経由点Ｑに至る被検体内の超音波経路の屈折面に対する入射角をθ2、経由点Ｑから受信振動子Ｒｋに至る音響レンズ内の超音波経路に対する出射角をθ1としたとき、スネルの法則から、上述の式（１）および（２）が成立する。
【００７０】
ここで、受信振動子Ｒｋ、経由点Ｑ、観測点Ｐｉｊについて、点Ｏを基準とした円座標ｒθで位置を示す。θについては、受信振動子Ｒｋの位置をθ＝０とし、Ｐｉｊ側を正の値とする。ｒθ座標における受信振動子Ｒｋの座標を（ｒd，０）、経由点Ｑの座標を（ｒd＋ｄ，θ）、観測点Ｐｉｊの座標を（Ｐr，Ｐθ）とする。このとき、受信振動子Ｒｋ、経由点Ｑ、観測点Ｐｉｊの座標をｘｙ座標に変換すると、それぞれ、Ｒｋ（０，ｒd）、Ｑ（（ｒd＋ｄ）ｓｉｎθ，（ｒd＋ｄ）ｃｏｓθ）、Ｐｉｊ（ＰrｓｉｎＰθ，ＰrｃｏｓＰθ）となる。したがって、ｓｉｎθ1、ｓｉｎθ2は、それぞれ、以下の式（７）、（８）を満たす。
【００７１】
【数７】
2019033822.tif 000009
【００７２】
【数８】
2019033822.tif 000010
ここで、上述の式（７）、（８）の分母をそれぞれ整理すると、以下の式（９）、（１０）となる。
【００７３】
【数９】
2019033822.tif 000011
【００７４】
【数１０】
2019033822.tif 000012
したがって、実施の形態１と同様に評価関数Ｊを定義すると、以下の式（１１）により評価関数を定義することができる。
【００７５】
【数１１】
2019033822.tif 000013
受信時間算出部は、実施の形態１と同様、屈折面上において最も受信振動子に近接する点である最大屈折点Ｍを開始点とし、評価関数Ｊを用いた二分法（または類似する方法）により屈折点Ｑｔを検索する。このとき、経由候補点Ｑm（ｒd＋ｄ，θm）について評価関数Ｊの値が０とみなせない場合に、経由候補点Ｑm+1は以下のように決定を行う。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、Ｊ＜０である場合には、屈折点Ｑｔ（ｒd＋ｄ，θt）に対して、θm＜θｔであるから、θ方向にＳmだけ移動した経由候補点Ｑm+1（ｒd＋ｄ，θm＋Ｓm）を設ける。これに対し、Ｊ＞０である場合は、θm＞θｔであるから、経由候補点Ｑm-1からθ方向にＳtだけ移動した経由候補点Ｑm+1（ｒd＋ｄ，θm-1＋Ｓm）を設ける。その他の処理は実施の形態１と同様であるので省略する。
【００７６】
＜まとめ＞
以上、説明したように変形例１に係る超音波診断装置によれば、複数の振動子が同心円状に配置され、音響レンズを有するコンベックスプローブを用いた場合に、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
≪実施の形態２≫
実施の形態１では、反射超音波が観測点Ｐｉｊから受信振動子Ｒｋに至るまでの受信時間について、反射超音波の伝搬経路が被検体と音響レンズとの界面を通過するときの点である屈折点Ｑｔの位置を特定することで算出する場合について説明した。しかしながら、受信時間が直接算出できる方法があれば、屈折点Ｑｔを特定する必要はない。
【００７７】
実施の形態２では、受信時間算出部が直接的に受信時間を算出する点で実施の形態１と相違する。受信時間算出部以外の構成については、実施の形態１に示した各要素と同じであり、同じ部分については説明を省略する。
＜計算原理＞
反射超音波が、図６（ａ）に示す観測点Ｐｉｊから経由点Ｑを経由し、受信振動子Ｒｋに至るまでの受信時間ｔは、経由点Ｑの座標（Ｑx，ｄ）と、音響レンズ内の音速ｖ1と、被検体内の音速ｖ2とを用いて、次の式（１２）のように示すことができる。
【００７８】
【数１２】
2019033822.tif 000014
ここで、受信時間ｔを経由点Ｑのｘ座標Ｑxで微分すると、以下の式（１３）となる。
【００７９】
【数１３】
2019033822.tif 000015
上記式（１３）を式（２）、（３）、（４）を用いて整理すると、以下の式（１４）となる。
【００８０】
【数１４】
2019033822.tif 000016
ここで、スネルの法則である式（１）から、屈折点Ｑｔ（Ｑｔ，ｄ）に対してＱx＝Ｑｔであるとき、ｄｔ／ｄＱx＝０であることが分かる。また、Ｑx＜Ｑｔであるときｄｔ／ｄＱx＜０であり、Ｑx＞Ｑｔであるとき、ｄｔ／ｄＱx＞０である。
【００８１】
したがって、受信時間ｔ（Ｑx）は、Ｑx＝Ｑｔであるときに極小値を取る。言い換えれば、図６（ｂ）で示す線分ＭＳ上にＱ（Ｑx，ｄ）を設定した場合、受信時間ｔ（Ｑx）が最小となるＱ（Ｑx，ｄ）が屈折点Ｑｔ（Ｑｔ，ｄ）である。
以上の観点から、図１１に示すように、線分ＭＳ上に点Ｍと点Ｓを含む経由候補点Ｑm（Ｑm，ｄ）を複数設け、経由候補点Ｑmのそれぞれについて受信時間ｔ（Ｑm）を算出し、その最小値をそのまま受信時間として用いる。
【００８２】
＜動作＞
実施の形態２に係る受信時間算出部における受信時間の算出方法について説明する。図１２は、実施の形態２に係る受信時間の算出方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１において、受信時間算出部は、屈折面上において受信振動子Ｒｋに最近接する点を最大屈折点Ｍとして特定する。
【００８３】
次に、ステップＳ２０２において、受信時間算出部は、受信振動子Ｒｋと観測点Ｐｉｊとを結ぶ直線と、屈折面との交点を無屈折点Ｓとして特定する。
次に、ステップＳ２０３において、受信時間算出部は、線分ＭＳ上に、点Ｍと点Ｓを含む経由候補点Ｑm（Ｑm，ｄ）をｎ個（ｎは３以上の整数）設ける。経由候補点Ｑmは、例えば、図１１に示すように、最大屈折点Ｍを経由候補点Ｑ1、無屈折点Ｓを経由候補点Ｑnとする。Ｑ2〜Ｑn-1については、例えば、Ｑ1〜Ｑnが等間隔となるように設定することができる。
【００８４】
次に、ステップＳ１０１において変数ｍを初期化し、ステップＳ２０４において、超音波が被検体内を観測点Ｐｉｊから経由候補点Ｑmに至るまでの時間ｔ1を算出する。時間ｔ1は、観測点Ｐｉｊから経由候補点Ｑmに至るまでの幾何学的な直線距離を被検体内の音速で除することにより算出できる。さらに、ステップＳ２０５において、超音波が音響レンズ内を経由候補点Ｑmから受信振動子Ｒｋに至るまでの時間ｔ2を算出する。時間ｔ2は、経由候補点Ｑmから受信振動子Ｒｋに至るまでの幾何学的な直線距離を音響レンズ内の音速で除することにより算出できる。そして、ステップＳ２０６において、時間ｔ1と時間ｔ2との和を、受信時間候補ｔ（ｍ）として算出する。
【００８５】
ステップＳ２０７において、全ての経由候補点Ｑmに対する受信時間候補ｔ（ｍ）を算出したか否かを判定し、完了していない場合はステップＳ１０８でｍをインクリメントしてステップＳ２０４〜２０６をさらに行い、完了している場合はステップＳ２０８に進む。これにより、全ての経由候補点Ｑmについて受信時間候補ｔ（ｍ）が算出されている。なお、ここでは、経由候補点Ｑmごとの受信時間候補ｔ（ｍ）の算出を逐次的に行うとしたが、受信時間候補ｔ（ｍ）の算出処理はｍごとに独立しているので、算出処理を、ｍごとに、または、複数のｍの集合ごとに、並列処理で行ってもよい。このようにすることで、算出時間を短縮することができる。
【００８６】
次に、ステップＳ２０８において、受信時間候補ｔ（ｍ）のうち、最小の値を受信時間として出力し、処理を終了する。
＜まとめ＞
以上、説明したように実施の形態２に係る超音波診断装置では、実施の形態１において示した効果のうち、屈折点Ｑｔの特定に関する部分を除いた効果に替えて、以下の効果を有する。すなわち、実施の形態２に係る超音波診断装置では、複数の反射超音波経路候補に基づく受信時間を算出し、その最小値を採用する。これにより、屈折点Ｑｔを特定することなく、直接的に受信時間を算出することができる。したがって、受信時間の算出処理を簡略化することができる。さらに、受信時間の算出処理は並列処理で行うことも可能であり、このような手法をとった場合、受信時間の算出に要する時間を増加させることなく、受信ビームフォーミングの精度を向上し、空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００８７】
≪変形例２≫
実施の形態２に係る超音波診断装置１００では、プローブ１０１は、複数の振動子１０１ａが直線状に配置されたリニアプローブであるとした。しかしながら、超音波プローブの形態は、上述の配置に限られず、他の形状であってもよい。
変形例２では、超音波プローブは、複数の振動子が同心円状に配置されたコンベックスプローブである点で実施の形態２と相違する。超音波プローブ以外の構成については、実施の形態２に示した各要素と同じであり、同じ部分については説明を省略する。
【００８８】
＜計算原理＞
反射超音波が、図１０（ａ）に示す観測点Ｐｉｊから経由点Ｑを経由し、受信振動子Ｒｋに至るまでの受信時間ｔは、経由点Ｑの座標（ｒd＋ｄ，θ）と、音響レンズ内の音速ｖ1と、被検体内の音速ｖ2とを用いて、次の式（１５）のように示すことができる。
【００８９】
【数１５】
2019033822.tif 000017
ここで、受信時間ｔを経由点Ｑのθ座標θで微分すると、以下の式（１６）となる。
【００９０】
【数１６】
2019033822.tif 000018
上記式（１６）を式（２）、（７）、（８）を用いて整理すると、以下の式（１７）となる。
【００９１】
【数１７】
2019033822.tif 000019
ここで、スネルの法則である式（１）から、屈折点Ｑｔ（ｒd＋ｄ，θt）に対してθ＝θtであるとき、ｄｔ／ｄθ＝０であることが分かる。また、θ＜θtであるときｄｔ／ｄθ＜０であり、θ＞θtであるとき、ｄｔ／ｄθ＞０である。
【００９２】
したがって、受信時間ｔ（θ）は、θ＝θtであるときに極小値を取る。
以上の観点から、実施の形態２と同様、円弧ＭＳ上に点Ｍと点Ｓを含む経由候補点Ｑm（ｒd＋ｄ，θm）を複数設け、経由候補点Ｑmのそれぞれについて受信時間ｔ（Ｑm）を算出し、その最小値をそのまま受信時間として用いる。
＜まとめ＞
以上、説明したように変形例２に係る超音波診断装置によれば、複数の振動子が同心円状に配置され、音響レンズを有するコンベックスプローブを用いた場合に、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
≪実施の形態３≫
実施の形態１および実施の形態２では、反射超音波が観測点Ｐｉｊから受信振動子Ｒｋに至るまでの受信時間について、屈折点Ｑｔを経由する経路による値を算出する場合について説明した。
これに対し、実施の形態３では、簡易的に受信時間を算出する点で実施の形態１および２と相違する。受信時間算出部以外の構成については、実施の形態１および２に示した各要素と同じであり、同じ部分については説明を省略する。
【００９４】
＜計算方法＞
図１３（ａ）は、観測点Ｐｉｊからの反射波が、受信振動子Ｒｋに到達する経路を示す模式図である。ここで、受信振動子Ｒｋと屈折点Ｑｔとの距離をｌq、屈折点Ｑｔと観測点Ｐｉｊとの距離をｒqとしたとき、受信時間ｔtは次の式（１８）で示すことができる。
【００９５】
【数１８】
2019033822.tif 000020
ここで、音響レンズの厚さをｄ、無屈折点Ｓと観測点Ｐｉｊとの距離をｒsとしたとき、反射波が、被検体内では観測点Ｐｉｊから無屈折点Ｓに到達し、音響レンズ内では最大屈折点Ｍから受信振動子に到達したと仮定した場合の受信時間ｔ1は次の式（１９）で示すことができる。
【００９６】
【数１９】
2019033822.tif 000021
ここで仮定した受信時間ｔ1は、音響レンズ内、被検体内ともに最短ルートを経由し、かつ、不連続なルートであるので、短すぎて実際にはあり得ない。すなわち、ｔ1＜ｔtである。
【００９７】
また、受信振動子Ｒｋと無屈折点Ｓとの距離をｌsとしたとき、音響レンズを考量しない場合の受信時間ｔ2は次の式（２０）で示すことができる。
【００９８】
【数２０】
2019033822.tif 000022
ここで仮定した受信時間ｔ2は、音響レンズ内における音速を被検体内の音速と同等であると仮定した値であるので、実際の受信時間より短くなる。すなわち、ｔ2＜ｔtである。
【００９９】
一方、最大屈折点Ｍと受信振動子Ｐｉｊとの距離をｒmとしたとき、反射波が、被検体内では観測点Ｐｉｊから最大屈折点Ｍに到達し、音響レンズ内では最大屈折点Ｍから受信振動子に到達したと仮定した場合の受信時間ｔ3は、次の式（２１）で示すことができる。
【０１００】
【数２１】
2019033822.tif 000023
ここで仮定した受信時間ｔ3は、所要時間が最短となる屈折点Ｑｔを経由するルートより長くなるので、ｔt＜ｔ3である。
また、反射波が、被検体内では観測点Ｐｉｊから最大屈折点Ｍに到達し、音響レンズ内では無屈折点Ｓから受信振動子に到達したと仮定した場合の受信時間ｔ4は次の式（２２）で示すことができる。
【０１０１】
【数２２】
2019033822.tif 000024
ここで仮定した受信時間ｔ4は、音響レンズ内、被検体内ともに屈折点Ｑｔを経由するルートより長いルートを経由しており、明らかに所要時間が最短となる屈折点Ｑｔを経由するルートより長い。すなわち、ｔt＜ｔ4である。
【０１０２】
図１３（ｂ）のグラフにも示すように、上述したｔ1、ｔ2は、算出すべきｔtより短く、ｔ3、ｔ4は、算出すべきｔtより長い。言い換えれば、ｔtは、ｔ1とｔ2の代表値と、ｔ3とｔ4の代表値との間の値であると言える。したがって、ｔtは、ｔ1とｔ2のうち少なくとも一方と、ｔ3とｔ4のうち少なくとも一方の相加平均や重みづけ平均で近似することができる。
【０１０３】
そこで、例えば、次の式（２３）に示すような重みづけ平均により、ｔtを算出する。
【０１０４】
【数２３】
2019033822.tif 000025
ここで、αは重みづけ係数であり、０＜α＜１である。また、β、γも重みづけ係数ではあるが、上述したように、ｔtの算出には、ｔ1とｔ2のうち少なくとも一方と、ｔ3とｔ4のうち少なくとも一方を用いればよいので、０≦β≦１であり、また、０≦γ≦１である。α、β、γの値は、あらゆる観測点Ｐｉｊおよび受信振動子Ｒｋに対して一定であるとしてもよいし、観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとの相対的な位置関係により変動するとしてもよい。
【０１０５】
または、例えば、同様の考え方により、音響レンズ内、被検体内でそれぞれ重みづけ平均を行ってもよい。
まず、音響レンズ内について着目する。音響レンズ内における真の到達時間である、屈折点Ｑｔから受信振動子Ｒｋに至る時間ｌq／ｖ1は、最大屈折点Ｍから受信振動子Ｒｋに至る時間ｄ／ｖ1や無屈折点Ｓから受信振動子Ｒｋに被検体内速度で至る時間ｌs／ｖ2よりは長い。一方で、時間ｌq／ｖ1は、無屈折点Ｓから受信振動子Ｒｋに至る時間ｌs／ｖ1より短い。したがって、時間ｌq／ｖ1は、時間ｄ／ｖ1と時間ｌs／ｖ2とのうち少なくとも一方と、時間ｌs／ｖ1との相加平均または重みづけ平均で近似することができる。
【０１０６】
同様に、被検体内について着目する。被検体内における真の到達時間である、観測点Ｐｉｊから屈折点Ｑｔに至る時間ｒq／ｖ2は、観測点Ｐｉｊから無屈折点Ｓに至る時間ｒs／ｖ2よりは長く、観測点Ｐｉｊから最大屈折点Ｍに至る時間ｒm／ｖ2より短い。したがって、時間ｒq／ｖ2は、時間ｒs／ｖ2と、時間ｒm／ｖ2との相加平均または重みづけ平均で近似することができる。
【０１０７】
そこで、例えば、次の式（２４）に示すような重みづけ平均により、ｔtを算出する。
【０１０８】
【数２４】
2019033822.tif 000026
ここで、α、βは重みづけ係数であり、０＜α＜１、０＜β＜０である。また、γも重みづけ係数ではあるが、上述したように、ｔtの算出には、時間ｄ／ｖ1と時間ｌs／ｖ2とのうち少なくとも一方を用いればよいので、０≦γ≦１である。α、β、γの値は、あらゆる観測点Ｐｉｊおよび受信振動子Ｒｋに対して一定であるとしてもよいし、観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとの相対的な位置関係により変動するとしてもよい。例えば、γ＝０として、以下の式（２５）のような重みづけ平均により、ｔtを算出するとしてもよい。
【０１０９】
【数２５】
2019033822.tif 000027
なお、上述の式（２４）および（２５）では、０＜α＜１であるとした。しかしながら、観測点Ｐｉｊの深さが音響レンズの厚さｄに対して十分大きい場合、観測点Ｐｉｊから無屈折点Ｓまでの距離ｒsと、観測点Ｐｉｊから最大屈折点Ｍまでの距離ｒmの差は無視できる程度に小さく、ｒm−ｒq≫ｄとなる。したがって、このような観測点Ｐｉｊに対しては、ｔtの値に対してαが及ぼす影響が極めて小さいため、α＝０またはα＝１としてもよい。
【０１１０】
なお、ここではプローブがリニアプローブである場合について説明したが、プローブがコンベックスプローブであっても、同様の処理を行うことができる。
＜まとめ＞
以上、説明したように実施の形態３に係る超音波診断装置では、実施の形態１において示した効果のうち、屈折点Ｑｔの特定に関する部分を除いた効果に替えて、以下の効果を有する。すなわち、実施の形態３に係る超音波診断装置では、最大屈折点Ｍを経由する経路における到達時間と、無屈折点Ｓを経由する経路における到達時間との間で重みづけ加算を行って受信時間を近似的に算出する。したがって、受信時間の算出処理を簡略化するとともに、その演算時間を大きく削減することができる。したがって、演算量を増加させることなく、受信ビームフォーミングの精度を向上し、空間分解能と信号Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【０１１１】
≪音響レンズ補正による効果≫
以下、実施の形態１に係る受信ビームフォーミングと、比較例となる音響レンズ補正を行わない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１４に、実施例および比較例１〜３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。図１４（ａ）は実施の形態１に係る実施例であり、図１４（ｂ）は比較例に対応する。実施例では、上述した実施の形態１に係る受信ビームフォーミングを行っている。これに対し、比較例では、受信ビームフォーミングにおいて、観測点Ｐｉｊと受信振動子Ｒｋとの幾何学的な直線距離を被検体内の音速で除する、音響レンズを考慮しない受信時間を用いている（すなわち、実施の形態３におけるｔ2を受信時間として用いている）。
【０１１２】
図１４（ｂ）に示すように、比較例では、特に、浅部（Ｙ座標の小さい領域、紙面上側）において、円形となるべき輝点が振動子の並ぶ方向に滲みが発生している。これに対し、図１４（ａ）に示すように、実施例では、浅部における滲みの程度が低い。これは、受信開口Ｒｘの両端に位置する受信振動子Ｒｋと観測点Ｐｉｊとの間の経路を考えた場合、観測点Ｐｉｊが浅いほど屈折面（音響レンズ表面）に対する出射角θ1、入射角θ2が大きくなるため、音響レンズを考慮しないことによる受信時間のずれが大きくなることが考えられる。すなわち、観測点Ｐｉｊが浅く、かつ、受信開口Ｒｘが広いほど、音響レンズを考慮しないと受信フォーカスが甘くなるため、解像度およびＳ／Ｎ比への影響が大きい。これに対し、実施例では、このような音響レンズによる悪影響を排除することが可能である。
【０１１３】
≪実施の形態に係るその他の変形例≫
（１）実施の形態１および２では、経由候補点Ｑmの検索範囲として、最大屈折点Ｍと無屈折点Ｓとを基準に線分ＭＳ上、変形例１、２では、円弧ＭＳ上を設定した。しかしながら、経由候補点Ｑmの検索範囲は、少なくとも最大屈折点Ｍを基準としていればよく、例えば、実施の形態１または２において、線分ＭＳを含む任意の線分ＭＴ（点Ｔは半直線ＭＳ上の点）を経由候補点Ｑmの検索範囲としてもよい。このようにすることで、無屈折点Ｓを特定する必要がなくなる。
【０１１４】
また、実施の形態１および変形例１では、評価関数Ｊの符号が正の場合において、経由候補点Ｑm-1からＳmだけ無屈折点Ｓ側（ｘまたはθが正の方向）に離れた点を経由候補点Ｑm+1としたが、経由候補点ＱmからＳmだけ最大屈折点Ｍ側（ｘまたはθが負の方向）に離れた点を経由候補点Ｑm+1としてもよい。
（２）実施の形態１および変形例１では、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δを下回る屈折点Ｑｔを特定するまで経由候補点Ｑmの検索を繰り返すとしたが、例えば、屈折点Ｑｔの検索回数ｍにあらかじめ上限を定め、評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が所定の閾値δを下回らない場合には評価関数Ｊの絶対値｜Ｊ｜が最小となる点を屈折点Ｑｔとしてもよい。例えば、最大屈折点Ｍと無屈折点Ｓとを基準として経由候補点Ｑmを検索する場合、ｍの上限を５とすれば、線分ＭＳ（または円弧ＭＳ）の長さの１／３２の精度において屈折点Ｑｔとみなせる点を特定することができる。
【０１１５】
（３）各実施の形態および各変形例では、受信ビームフォーミングについて音響レンズを考慮した受信時間を算出するとしたが、同様の演算により、送信ビームフォーミングにおいて音響レンズを考慮した送信時間を算出してもよいし、また、算出した送信時間に基づいて送信ビームフォーミングを行ってもよい。
（４）各実施の形態および各変形例では、受信ビームフォーミング処理を超音波の送信に同期させて行うとしたが、本発明はこの場合に限られない。例えば、合成開口法において本発明を適用し、１フレーム分の複数回の超音波送受信が完了してから整相加算を行うとしてもよい。また、受信時間の算出以外の各動作についても、上述の場合に限らず任意の制御を行ってよい。また、各実施の形態および各変形例では、超音波画像生成部１０５が音響線信号からＢモード画像を生成するとしたが、例えば、超音波画像生成部１０５は、カラーフローマッピングまたはせん断波解析を行ってもよい。
【０１１６】
（５）各実施の形態および各変形例では、超音波プローブはリニアプローブまたは振動子が同心円状に配置されたコンベックスプローブであるとしたが、振動子の配置形態に応じた適宜の変更を行うことにより、任意の形状の超音波プローブについて本開示の内容を適用してもよい。
（６）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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
≪まとめ≫
（１）実施の形態に係る超音波信号処理装置は、複数の振動子と音響レンズとを備えた超音波プローブを被検体に接合することで超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて音響線信号を生成する超音波信号処理装置であって、前記超音波プローブを用いて送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、前記超音波プローブが受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成する受信部と、前記被検体内の複数の観測点について、前記受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する整相加算部とを備え、前記整相加算部は、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、前記反射超音波が前記観測点から前記振動子に到達するまでの受信時間を算出する受信時間算出部を含み、前記音響レンズ内における超音波速度は、前記被検体のうち前記音響レンズと接する領域における超音波速度より遅く、前記受信時間算出部は、前記音響レンズと前記被検体との境界面である屈折面上における前記振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、前記観測点から前記振動子まで超音波が伝搬する前記受信時間を算出することを特徴とする。
【０１２８】
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と音響レンズとを備えた超音波プローブを被検体に接合することで超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて音響線信号を生成する超音波信号処理方法であって、前記超音波プローブを用いて送信超音波を前記被検体内に送信し、前記超音波プローブが受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて、各振動子に対応する受信信号列を生成し、前記被検体内の複数の観測点について、前記受信信号列を整相加算し音響線信号を生成する方法であり、前記整相加算において、観測点ごと、かつ、振動子ごとに、前記反射超音波が前記観測点から前記振動子に到達するまでの受信時間を算出し、前記音響レンズ内における超音波速度は、前記被検体のうち前記音響レンズと接する領域における超音波速度より遅く、前記受信時間の算出において、前記音響レンズと前記被検体との境界面である屈折面上における前記振動子から最も近接した最大屈折点を用いて、前記観測点から前記振動子まで超音波が伝搬するのに必要な時間の最小値である前記受信時間を算出することを特徴とする。
【０１２９】
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、補正値データに依存することなく各観測点および各振動子について受信時間の算出精度を向上できるため、受信ビームフォーミングにおいて、得られる音響線信号のＳ／Ｎ比および空間解像度を向上させることができる。
（２）また、上記（１）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記屈折面上に、前記最大屈折点を含む複数の経由候補点を設定し、それぞれの経由候補点について、前記観測点から前記経由候補点を経由して前記振動子に到達する経路における、前記屈折面に対する超音波の入射角と出射角とを算出し、前記屈折面より前記観測点側と前記屈折面より前記観測点側との間の超音波の伝播速度比から満たされるべき入射角と出射角との関係に近い、前記入射角と前記出射角との関係とに対応する経由観測点を特定し、当該経由観測点を経由する前記観測点から前記振動子までの経路に基づいて、前記受信時間を算出する、としてもよい。
【０１３０】
上記構成により、スネルの法則を満たす経路に基づく受信時間を高精度に算出することができる。
（３）また、上記（２）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記最大屈折点を第１の経由候補点としたとき、前記最大屈折点から前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線側に所定距離離れた前記屈折面上の点を第２の経由候補点とし、第ｎの経由候補点（ｎは２以上の整数）を経由する経路における前記入射角が過大である場合には第ｎの経由候補点から、第ｎの経由候補点を経由する経路における前記入射角が過小である場合には第（ｎ−１）番目の経由候補点から、前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線側に、第ｎの経由候補点と第（ｎ−１）の経由候補点との距離の１／２だけ離れた前記屈折面上の点を第（ｎ＋１）の経由候補点とする、としてもよい。
【０１３１】
上記構成により、観測点から振動子までの反射超音波の伝搬経路を少ない試行回数で特定することができるため、小規模な演算で高精度に受信時間を算出することができる。
（４）また、上記（１）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記屈折面上に、前記最大屈折点を含む複数の経由候補点を設定し、それぞれの経由候補点について、前記観測点から前記経由候補点を経由して前記振動子に到達する経路における超音波の伝搬所要時間を算出し、前記複数の伝搬所要時間のうち、最も小さい値を、前記受信時間として算出する、としてもよい。
【０１３２】
上記構成により、観測点から振動子までの反射超音波の伝搬経路を特定することなく受信時間を直接算出することができる。
（５）また、上記（１）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記屈折面と、前記観測点と前記振動子とを結ぶ直線との交点を経路算出点として特定し、前記観測点から、前記最大屈折点と前記経路算出点との少なくとも一方までの経路を用いて第１時間を算出し、最大屈折点と前記経路算出点との少なくとも一方から、前記振動子までの経路を用いて第２時間を算出し、前記第１時間と前記第２時間とを用いて前記受信時間を算出する、としてもよい。
【０１３３】
上記構成により、観測点から振動子までの反射超音波の伝搬経路を特定することなく、演算量の小さい近似計算により受信時間を算出することができる。
（６）また、上記（５）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記観測点から前記最大屈折点までの経路を超音波が通過する時間と、前記観測点から前記経路算出点の経路を超音波が通過する時間との一次結合により、前記第１時間を算出する、としてもよい。
【０１３４】
（７）また、上記（５）または（６）の超音波信号処理装置は、前記受信時間算出部は、前記最大屈折点から前記振動子までの経路を超音波が通過する時間と、前記経路算出点から前記振動子の経路を超音波が通過する時間との一次結合により、前記第２時間を算出する、としてもよい。
これら上記構成により、被検体内と音響レンズ内のそれぞれについて近似計算を行うことで、より近似の精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
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、音響レンズを備える超音波プローブを用いる場合における性能向上、特に、解像度およびＳ／Ｎ比の向上に有用である。
【符号の説明】
【０１３６】
１００  超音波診断装置
１０１  プローブ
１０１ａ  振動子
１０１ｂ  音響レンズ
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  観測点設定部
１０４３  受信開口設定部
１０４４  送信時間算出部
１０４５  受信時間算出部
１０４６  遅延量算出部
１０４７  遅延処理部
１０４８  重み算出部
１０４９  加算部
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
１０００  超音波診断システム
【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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