(57)【要約】【課題】適応型ビームフォーマーにおけるビーム形成性能の劣化を防止し、画質のよい超音波診断画像を生成できる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供する。【解決手段】被検体からの反射超音波を受信する複数の振動子１が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する構造体抽出部４３と、複数の受信信号における特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の受信信号毎の時間的なずれに基づいて、受信信号毎の時間的な第２遅延データを生成する制御データ生成部４４と、第２遅延データを用いて補正された複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成する適応整相加算部４６と、音線データに基づき超音波診断画像を生成する信号処理部５と、を有する。【選択図】図３
2019180629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの反射超音波を受信する複数の超音波振動子が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する抽出部と、
前記複数の受信信号における前記特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の前記受信信号毎の時間的なずれに基づいて、前記受信信号毎に時間または位相の補正量を生成する補正量生成部と、
前記補正量を用いて補正された前記複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成する音線データ生成部と、
前記音線データに基づき超音波診断画像を生成する画像生成部と、
を有する超音波診断装置。
【請求項２】
前記補正量生成部は、前記複数の受信信号における前記対応部分の前記時間的なずれの分布に基づいて、当該時間的なずれを補正するか否かを選択する、
請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記補正量生成部は、前記対応部分の時間的なずれの分布が超音波のビーム軸に対して非対称であった場合には前記時間的なずれを補正しないことを選択する、
請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記抽出部は、前記受信信号から前記特徴組織信号を、機械学習を用いて抽出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記補正量生成部は、機械学習を用いて前記対応部分を抽出する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記補正量生成部は、前記超音波診断画像を生成する対象となる領域において、前記受信信号の全体に対する前記特徴組織信号の割合が所定値未満である場合には、前記補正量を生成しない、
請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記整相加算部は、前記特徴組織信号の割合が所定値未満である場合には、前記走査対象領域の近傍に存在する前記所定の特徴を有する組織から前記走査対象領域までの距離を加味したdiagonal loading法を用いて、前記複数の受信信号に基づいて整相加算を行うことで音線データを生成する、
請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
被検体からの反射超音波を受信する複数の超音波振動子が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出し、
前記複数の受信信号の前記特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の前記受信信号毎の時間的なずれに基づいて、前記受信信号毎に時間または位相の補正量を生成し、
前記補正量を用いて補正された前記複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成し、
前記音線データに基づき超音波診断画像を生成する、
超音波画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して被検体内の画像を生成する超音波診断装置および超音波画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を被検体内部に照射し、その反射波を受信して解析することにより被検体内部の検査を行う超音波診断装置が普及している。超音波診断装置は、被検体を非破壊、非侵襲で調べることができるので、医療目的の検査や建築構造物内部の検査、種々の用途に広く用いられている。
【０００３】
超音波診断装置では、電圧信号と超音波振動との間で変換を行う振動子（音響素子）が複数個、所定の方向（走査方向）に配列されており、これらの振動子が、駆動電圧の印加により超音波を出射する。そして、超音波診断装置は、超音波の反射波の入射による電圧変化を検出する音響素子を時間的に変化させる（走査する）ことにより、２次元的なデータをほぼリアルタイムで取得することができる。
【０００４】
従来、高品質な送受信信号を取得するため、複数の音響素子が、超音波を特定の方向に向けて集中的に送信、または特定の方向から集中的に受信する技術が普及している。このような技術は一般的にはビームフォーミングと呼ばれている。
【０００５】
ビームフォーミングの方法として、例えば以下のようなものがある。受信ビームフォーミングを行う装置である受信ビームフォーマーが、ビーム形成のため、配列された複数の振動子が受信した反射超音波に対して、反射した組織から各振動子までの距離（時間）を補正するための遅延時間を与える。これにより、各振動子から得られる受信信号の波形を揃えることができる（同相化）。同相化した受信信号を加算することで、特定の方向から受信した受信信号のみを強調することができる。このようなビームフォーマーはＤＡＳ（Delay And Sum：遅延加算）ビームフォーマーと呼ばれる。
【０００６】
しかしながら、ＤＡＳビームフォーマーでは、開口の幅が有限であり、得られる指向性に限りがある。これを改善するため、移動体通信の分野で用いられるＭＶＤＲ（Minimum Variance Distortionless Response）法（Ｃａｐｏｎ法）を用いた適応型ビームフォーミングが検討されている。ＭＶＤＲ法を用いた超音波撮像技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、遅延回路が複数の振動子の各受信信号に対して各振動子の位置に応じた遅延時間を与え、仮想的な焦点に対して各受信信号のフォーカスを合わせたのち、類似度演算部が相互相関関数等を用いて遅延回路からの各振動子の受信信号間の類似度を算出し、適応整相エンジンが類似度に基づいて決定されたパラメータを用いて受信信号毎に適応型整相加算を行う。これにより生成された音線データに基づいて超音波診断画像を生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３８８４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、超音波診断画像は、通常、比較的大きい反射体から直接反射されて得られる反射超音波（エコー）のエコー信号成分と、超音波波長より小さな組織によって散乱されて得られるエコー信号成分と、が区別無く表示される。本明細書の以下の説明において、組織の形状を反映した超音波反射信号を返す組織を、構造体と称する。また、本明細書の以下の説明において、反射体の大きさが超音波波長よりも小さく、複数の反射体からなる組織であって、超音波を散乱させるため超音波反射信号に組織形状が反映されない組織を、散乱体と称する。散乱体には、大きさが超音波波長よりも小さい組織の他、組織としては超音波波長よりも大きいが、内部に反射体を多数含む、例えば肝臓のような組織が含まれる。
【００１０】
構造体によるエコー信号は、その構造体の形態・構造に応じた信号となり、直接的にその形態として得られる。対して、散乱体によるエコー信号は、直接的にはその形態を反映していない。従って、複数の散乱体からのエコー信号同士には相関が少ないことが想定される。このため、類似度を用いて適応型整相加算を行う特許文献１の技術では、散乱体に対しては、整相加算のためのパラメータを適切に設定することが困難である。この場合、ビーム形成性能が劣化し、超音波診断画像の画質も劣化してしまう。
【００１１】
本発明は、適応型ビームフォーマーにおけるビーム形成性能の劣化を防止し、画質のよい超音波診断画像を生成できる超音波診断装置および超音波画像生成方法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】
【００１２】
本発明の超音波診断装置は、被検体からの反射超音波を受信する複数の超音波振動子が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する抽出部と、前記複数の受信信号における前記特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の前記受信信号毎の時間的なずれに基づいて、前記受信信号毎に時間または位相の補正量を生成する補正量生成部と、前記補正量を用いて補正された前記複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成する音線データ生成部と、前記音線データに基づき超音波診断画像を生成する画像生成部と、を有する。
【００１３】
本発明の超音波画像生成方法は、被検体からの反射超音波を受信する複数の超音波振動子が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出し、前記複数の受信信号の前記特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の前記受信信号毎の時間的なずれに基づいて、前記受信信号毎に時間または位相の補正量を生成し、前記補正量を用いて補正された前記複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成し、前記音線データに基づき超音波診断画像を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、適応型ビームフォーマーにおけるビーム形成性能の劣化を防止し、画質のよい超音波診断画像を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の外観構成を例示した図
【図２】超音波診断装置の機能ブロックを示すブロック図
【図３】受信部の構成例を示すブロック図
【図４】制御データ生成部による対応部分抽出処理について説明するための図
【図５】対応部分のタイミングのずれについて説明するための概念図
【図６】受信部の動作例を説明するためのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波探触子ユニットについて、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示した例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
＜超音波診断装置１００の構成例＞
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１００の外観構成を例示した図である。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波診断装置本体１１と、操作部１２と、表示部１３と、超音波探触子１１０と、ケーブル１２０と、を備えている。なお、本実施の形態では、操作部１２および表示部１３は、図１のように超音波診断装置本体１１と独立した構成として示されているが、本発明はこれに限定されず、操作部および表示部が超音波診断装置本体と一体に構成されていてもよい。
【００１８】
超音波探触子１１０は、図示しない生体等の被検体に対して超音波（送信超音波）を送信するとともに、被検体により反射された超音波の反射波（反射超音波：エコー）を受信する。
【００１９】
超音波診断装置本体１１は、ケーブル１２０によって超音波探触子１１０と接続されている。なお、図１に示す例では、超音波探触子１１０がケーブル１２０を介して超音波診断装置本体１１と有線通信を行う場合を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波探触子１１０が、電磁波、赤外線等を介して超音波診断装置本体１１と無線通信を行う構成であってもよい。
【００２０】
図２は、超音波診断装置１００の機能ブロックを示すブロック図である。図２に示すように、超音波診断装置１００は、振動子１と、高耐圧スイッチ２と、送信部３と、受信部４と、信号処理部５と、走査変換部６と、制御部７と、操作部１２と、表示部１３と、を有する。振動子１は、超音波探触子１１０に配置される。また、高耐圧スイッチ２と、送信部３と、受信部４と、信号処理部５と、走査変換部６と、制御部７とは、超音波診断装置本体１１に配置される。
【００２１】
これらの機能ブロックのうち、送信部３、受信部４、信号処理部５、走査変換部６、および制御部７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、およびＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されるハードウェアプロセッサの機能として実現される。ＣＰＵ、ＨＤＤ、およびＲＡＭについては図示を省略する。ＣＰＵは、ＨＤＤに記憶されている各種プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って以下説明する各機能ブロックの機能を実行する。ＨＤＤは、各機能ブロックを動作させる制御プログラムおよび各種処理プログラム、各種設定データ、超音波診断装置１で生成された超音波診断画像データ等を記憶する。これらのプログラムや設定データは、ＨＤＤの他、例えば、フラッシュメモリー等の不揮発性メモリーを用いた補助記憶装置に読み書き更新可能に記憶させることとしてもよい。ＲＡＭは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等の揮発性メモリーであり、ＣＰＵに作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。
【００２２】
なお、上記説明において、各機能ブロックがＣＰＵ、ＨＤＤ、およびＲＡＭ等で構成される１つのハードウェアプロセッサの機能としてソフトウェア的に実現されるとしたが、本発明はこれに限定されない。本発明では、各機能ブロックがそれぞれ異なるハードウェアプロセッサの機能として実現されてもよいし、各機能ブロックの機能が例えばそれぞれ専用の回路を用いてハードウェア的に実現されてもよい。
【００２３】
図２に示すように、振動子１は、複数の振動子１ａ〜１ｌを含む。複数の振動子１ａ〜１ｌは、送信部３の出力する送信信号（電気パルス）に基づいて、被検体に対して超音波を送信し、反射超音波を受信して受信信号を生成する。図２に示す例では、振動子１が１２個である場合を示したが、本発明はこれに限定されない。振動子１の数はより多くてもよい。
【００２４】
高耐圧スイッチ２は、複数の高耐圧スイッチ２ａ〜２ｆを含む。複数の高耐圧スイッチ２ａ〜２ｆは、制御部７の制御に応じて動作し、複数の振動子１ａ〜１ｌのうちの一部を選択する。図２に示す例では、６個の高耐圧スイッチ２ａ〜２ｆのそれぞれが１２個の振動子１ａ〜１ｌのいずれかを選択するように配線されている。高耐圧スイッチ２に含まれる複数の高耐圧スイッチの数は、複数の振動子の数によって決まる。
【００２５】
送信部３は、制御部７により制御されたタイミングで高圧の電気パルスを発生させる。送信部３が生成した電気パルスが高耐圧スイッチ２により選択された振動子１のいずれかに入力されると、振動子１から被検体（図示せず）に対して超音波が照射される。
【００２６】
振動子１が被検体で反射された超音波を受信すると、振動子１は受信した超音波の強度に対応した受信信号を受信部４に対して出力する。受信部４は複数の受信信号に対して適応型受信ビームフォーミングを行って音線データを生成する。受信部４の詳細については後述する。
【００２７】
信号処理部５は、制御部７の制御に従って、受信部４から入力された音線データに対して包絡線検波処理を行い、包絡線データを取り出す。そして、信号処理部５は、取り出した包絡線データにログ圧縮処理を行ってゲイン調整し、画像の輝度値を示す画像データを生成して出力する。
【００２８】
走査変換部６は、信号処理部５から出力された画像データを走査変換し、表示部１３に出力する。
【００２９】
制御部７は、超音波診断装置１００の各構成の制御を行う。
【００３０】
操作部１２は、超音波診断装置１００に対するユーザーの操作入力を受け付ける。操作部１２は、例えば、各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード、タッチパネル等であり、操作信号を超音波診断装置本体１１に出力する。操作部１２は、例えば超音波診断装置１００の走査モードや信号処理モードに関するユーザーの操作入力を受け付ける。
【００３１】
表示部１３は、超音波診断装置本体１１によって生成された超音波画像や、超音波診断装置１００を操作するための操作画面等の表示を行う。表示部１３は、例えば液晶、ＣＲＴ、有機ＥＬ等を用いたディスプレイ装置である。
【００３２】
＜受信部４の詳細な説明＞
次に、受信部４について詳細に説明する。図３は、受信部４の構成例を示すブロック図である。図３に示す例では、受信部４は、第１遅延部４１と、加算部４２と、構造体抽出部４３と、制御データ生成部４４と、第２遅延部４５と、適応整相加算部４６と、を有する。
【００３３】
第１遅延部４１は、複数の第１遅延部４１ａ〜４１ｆを含む。複数の第１遅延部４１のそれぞれは、複数の振動子１からの受信信号を取得する。図３に示す例では、図２のように１２個の振動子１ａ〜１ｌが生成した受信信号のうち６個の高耐圧スイッチ２ａ〜２ｆによって選択された６つの受信信号を遅延させるための６個の第１遅延部４１ａ〜４１ｆが設けられている。第１遅延部４１の数は６個に限定されず、振動子１の数に応じて適宜決定されればよい。第１遅延部４１ａ〜４１ｆは、あらかじめ設定された第１遅延時間を用いて受信信号に対する第１遅延処理を行う。
【００３４】
第１遅延部４１の出力信号は２つに分岐し、一方は加算部４２によって加算され構造体抽出部４３に入力される。他方は第２遅延部４５に入力される。
【００３５】
加算部４２は、複数の第１遅延部４１の出力信号を加算した加算信号を構造体抽出部４３に出力する。
【００３６】
構造体抽出部４３は、加算信号の中から、構造体からの反射超音波に基づく信号（特徴組織信号）を抽出する。本明細書において、構造体とは、上記したように、組織の形状を反映した超音波反射信号を返す組織である。被検体における構造体以外の組織は、上記したように、反射体の大きさが超音波波長よりも小さく、複数の反射体からなる組織であって、超音波を散乱させるため超音波反射信号に組織形状が反映されない散乱体である。このため、散乱体からの反射超音波は、構造体からの反射超音波と比較して弱くなる傾向がある。構造体抽出部４３は、本発明の抽出部の一例である。
【００３７】
構造体抽出部４３が、構造体からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する方法として、例えば以下のような方法が挙げられる。
【００３８】
上記したように、構造体からの反射超音波は散乱体からの反射超音波と比較して強いため、例えば、受信信号（加算信号）のうち、単純に強度がしきい値や周囲より高い部分を抽出して、当該部分を特徴組織信号とする方法がある。
【００３９】
あるいは、例えばディープラーニング等の機械学習を用いて構造体からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する方法を採用してもよい。すなわち、あらかじめ様々な被検体からの受信信号のサンプルと特徴組織信号のサンプルを大量に用意して構造体抽出部４３に学習させておくことで、構造体抽出部４３が受信信号（加算信号）の中から特徴組織信号を好適に抽出できるようにしてもよい。機械学習を用いる方法は、単純に信号強度がしきい値より高い部分を抽出する方法と比較して、特徴組織信号の抽出精度が向上するため、より好適である。
【００４０】
なお、上記説明では受信信号から特徴組織信号を抽出する例について説明したが、受信信号を用いて生成された超音波診断画像の中から構造体に対応する領域を抽出し、その領域に対応する信号を特徴組織信号としてもよい。超音波診断画像から構造体に対応する領域を抽出する際にも機械学習を用いれば、演算負荷が軽く、かつ抽出結果が正確になりやすいため、より好適である。
【００４１】
構造体抽出部４３が抽出した特徴組織信号は制御データ生成部４４に入力される。制御データ生成部４４は、特徴組織信号と、複数の第１遅延部４１の出力信号と、に基づいて、第１遅延部４１の出力信号をさらに遅延させて、複数の出力信号のタイミングを揃える（位相を合わせる：同相化）ための第２遅延データを生成する。制御データ生成部４４は、本発明の補正量生成部の一例である。第２遅延データは、本発明の補正量の一例である。
【００４２】
より具体的には、まず、制御データ生成部４４は、異なる振動子１が出力した受信信号（異なる第１遅延部４１が出力した出力信号）から抽出された特徴組織信号同士を比較して、互いに対応する対応部分を抽出する。図４は、制御データ生成部４４による対応部分抽出処理について説明するための図である。図４Ａから図４Ｃは、それぞれ異なる第１遅延部４１の出力信号から抽出された特徴組織信号を概念的に示した図である。図４Ａから図４Ｃにおいて、点線で囲んだ部分が対応部分である。
【００４３】
図４に示す例では、他の部分よりも信号の振幅が大きく、かつ波形が同じような形状をとる部分を対応部分としている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。振幅の大きさや波形の形状による対応部分抽出は、各振動子１の受信信号の波形に差異があった場合に誤差が生じやすいので、この誤差を低減するために、ディープラーニング等の機械学習を用いることが望ましい。すなわち、あらかじめ大量の対応部分の波形を制御データ生成部４４に学習させておくことで、機械学習により制御データ生成部４４が好適に対応部分を抽出できるようにしてもよい。機械学習を用いることにより、演算負荷が軽く、かつ抽出結果が正確になりやすいため、より好適である。
【００４４】
次に、制御データ生成部４４は、複数の第１遅延部４１が出力した複数の出力信号（複数の受信信号）間で、このように抽出した対応部分同士を時間方向において比較する。複数の出力信号間において、対応部分に時間的なずれがある場合、制御データ生成部４４は、この時間的なずれに基づいて、第２遅延データを生成する。
【００４５】
図５は、複数の出力信号間における対応部分の時間的なずれについて説明するための概念図である。図５では、第１遅延部４１の各出力信号における対応部分が図形Ｗで表されている。図５では、第１遅延部４１の出力線の左右方向が時間方向を示しており、複数の第１遅延部４１の出力信号の時間的なずれが図形Ｗの左右方向の位置関係のずれに対応して図示されている。すなわち、図５では、対応部分を示す図形Ｗが縦一列に並んでいない場合、複数の出力信号の間で、対応部分に時間的なずれが生じていることを示している。なお、図５では、振動子１および第１遅延部４１以外の超音波診断装置１００の構成については図示を省略している。
【００４６】
そして、制御データ生成部４４は、対応部分の時間的なずれの分布に基づいて、当該時間的なずれを補正すべきか否かを選択する。時間的なずれの分布とは、例えば以下に説明するような概念である。
【００４７】
複数の振動子１の出力する受信信号の間で、対応部分に時間的なずれが生じる理由として、以下の２つの理由が挙げられる。１つめの理由は、被検体内で超音波が通過する媒質の音速が超音波診断装置１００における設定値と異なっていることである。図５Ａには、媒質の音速が超音波診断装置１００における設定値と異なっている場合の各出力信号における対応部分の時間的なずれが示されている。
【００４８】
被検体内に存在する反射体と振動子１との間の組織、すなわち超音波が通過する組織によって音速が異なる場合がある。なお、本明細書において、反射体とは、単に被検体内の組織であって超音波を反射する組織を意味する。超音波診断装置１００において設定された設定値（仮定音速）と実際の媒質の音速との間に差異が生じると、振動子１毎に時間的なずれが生じる。このような場合、図５Ａに示すように、各出力信号における対応部分の時間的なずれは、複数の振動子１により形成される超音波のビーム軸に対して対称の円弧を描くような分布となる。
【００４９】
次に、２つめの理由は、ビーム軸から外れたところに、超音波を強く反射する反射体が存在することである。図５Ｂには、ビーム軸から少し外れた位置に強い反射体が存在した場合の各出力信号における対応部分の時間的なずれが示されている。
【００５０】
反射体がビーム軸から外れた位置に存在した場合、図５Ｂに示すように、反射体からの距離が遠い振動子１の受信信号における対応部分の方が、反射体からの距離が近い振動子１の受信信号における対応部分よりも早くなる。このような場合、図５Ｂに示すように、各出力信号における対応部分の時間的なずれは、ビーム軸に対して斜めに傾いたような分布となる。
【００５１】
図５Ｂに示すような、各出力信号における対応部分の時間的なずれがビーム軸に対して斜めに傾いたような分布となる場合、このずれを補正することは、本来のビーム軸から外れた、反射体が存在する方向にビーム軸が補正されてしまうことを意味する。従って、図５Ｂに示すような、対応部分の時間的なずれがビーム軸に対して斜めに傾いたような分布をとる場合、このずれを補正することは望ましくない。
【００５２】
以上のことから、制御データ生成部４４は、各出力信号における対応部分の時間的なずれが、図５Ａに示すようにビーム軸に対して対称で円弧状の分布である場合、当該ずれを補正することを選択する。一方、制御データ生成部４４は、各出力信号における対応部分の時間的なずれが、図５Ｂに示すようにビーム軸に対して非対称で斜めに傾いたような分布である場合、当該ずれを補正しないことを選択する。
【００５３】
なお、実際には、第１遅延部４１の出力信号には、図５Ａに示すようなビーム軸に対して対称で円弧状の分布のずれと、図５Ｂに示すようなビーム軸に対して非対称で斜めに傾いたような分布のずれと、の両方が含まれる場合がある。図５Ｃには、これら両方のずれが含まれる場合について例示している。
【００５４】
すなわち、制御データ生成部４４は、まずビーム軸に対して非対称で斜めに傾いたような分布のずれの影響を排除するため、最小二乗法等を用いて対応部分同士を結ぶ直線のビーム軸に対する傾き成分を算出する。ここでは、ビーム軸に対して斜めに傾いたような分布のずれは、ビーム軸に対して非対称な直線誤差と見なされている。
【００５５】
傾き成分が除去されることで、ビーム軸に対して対称で円弧状の分布のずれのみが残るため、制御データ生成部４４はそのずれ量に基づいて各出力信号のずれを補正する（解消する）ための第２遅延データを生成する。このような方法により、制御データ生成部４４は、ビーム軸を誤った方向に補正してしまうことなく、適切な第２遅延データを生成することができる。
【００５６】
以上のように制御データ生成部４４が生成した第２遅延データは、第２遅延部４５に入力される。第２遅延部４５は、第１遅延部４１と同じ数だけ設けられており、複数の第２遅延部４５ａ〜４５ｆに、第１遅延部４１ａ〜４１ｆの出力信号がそれぞれ入力される。第２遅延部４５は、入力された第１遅延部４１の出力信号に対して、第２遅延データに基づいて時間的な補正を行う（遅延させる）第２遅延処理を行う。
【００５７】
複数の第２遅延部４５は、第２遅延処理を行った補正信号を適応整相加算部４６に入力する。適応整相加算部４６は、補正信号を入力信号として以下のような適応整相加算処理を行う。
【００５８】
適応整相加算部４６は、入力信号ｙ（ｔ）に対する統計的共分散行列Ｒ（ｔ）を以下の式（１）により算出する。
【数１】
2019180629.tif 000003
【００５９】
式（１）において、ｙ（ｔ）は信号の遅延時間を位相に変換し複素数で表した複素成分と実部の信号成分とを含む。Ｈはエルミート行列である。
【００６０】
次に、適応整相加算部４６は、統計的共分散行列Ｒ（ｔ）を用いて、重み付け配列（ベクトル）ｗ（ｔ）を以下の式（２）により算出する。
【数２】
2019180629.tif 000004
【００６１】
ベクトルａはアレイ・マニフォールド・ベクトルと呼ばれ、音源から各振動子１までの伝達関数である。減衰等を考慮せず、第１遅延部４１による第１遅延処理が行われた状態において、ベクトルａは以下の数式（３）のようになる。
【数３】
2019180629.tif 000005
ここで、Ｔは転置行列である。
【００６２】
適応整相加算部４６は、以下の式（４）により、このように算出した重み付け配列ｗ（ｔ）を用いて入力信号ｙ（ｔ）の整相加算を行い、音線データｚ（ｔ）を出力する。
【数４】
2019180629.tif 000006
【００６３】
適応整相加算部４６の出力信号である音線データｚ（ｔ）は、第１遅延部４１の出力信号における対応部分の時間的なずれが好適に補正された信号である。このような音線データに基づいて、図２に示す信号処理部５が画像データを生成することで、画質のよい超音波診断画像が生成される。
【００６４】
なお、超音波診断画像を生成する領域によっては、領域内に構造体が含まれず、散乱体しかない場合がある。このような場合、構造体抽出部４３は、構造体に対応する特徴組織信号を抽出することができず、制御データ生成部４４は第２遅延データを生成することができない。これに対処するため、受信部４では以下のような代替方法を用いる。
【００６５】
その代替方法とは、共分散行列が正則でない場合に対角項に同じ値を加えることにより共分散行列を正則化するＤｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇを用いる方法である。具体的には、適応整相加算部４６は、第１遅延部４１の出力信号を入力信号ｙ（ｔ）として、上記式（１）を用いて統計的共分散行列Ｒ（ｔ）を算出した後、下記式（５）を用いた共分散行列ＲＡＬを算出する。
【数５】
2019180629.tif 000007
【００６６】
Ｉは単位行列である。係数ｄは、以下の式（６）のように、超音波診断画像を生成する領域（構造体が含まれない）から、その最も近くに存在する構造体までの距離ｆを用いて定義される。
【数６】
2019180629.tif 000008
【００６７】
ａおよびｂは、あらかじめ経験的に決定された、０以外の値である。適応整相加算部４６は、上記説明した適応整相加算処理を行う際に、式（１）により算出された共分散行列Ｒの代わりに式（５）により算出された共分散行列ＲＡＬを用いる。このようにすることで、構造体が存在しない領域においても好適に適応整相加算処理を行うことができる。
【００６８】
［受信部４の動作例］
図６は、上記説明した受信部４の動作例を説明するためのフローチャートである。
【００６９】
ステップＳ１において、受信部４の第１遅延部４１は、複数の振動子１からの複数の受信信号のそれぞれに対して、あらかじめ設定された所定の第１遅延時間だけ遅延させる第１遅延処理を行う。
【００７０】
ステップＳ２において、加算部４２は、複数の第１遅延部４１の出力信号を加算した加算信号を生成する。
【００７１】
ステップＳ３において、構造体抽出部４３は、加算信号から構造体に対応する特徴組織信号を抽出する。
【００７２】
ステップＳ４において、制御データ生成部４４は、特徴組織信号を抽出できたか否かを判定する。抽出できたと判定した場合、処理はステップＳ５に進み、そうでない場合、処理はステップＳ８に進む。
【００７３】
ステップＳ５において、制御データ生成部４４は、複数の出力信号において、互いに対応する対応部分を抽出する。
【００７４】
ステップＳ６において、制御データ生成部４４は、複数の出力信号における対応部分の時間的なずれに基づいて、信号毎にずれを補正するための第２遅延データを生成する。
【００７５】
ステップＳ７において、適応整相加算部４６は、第２遅延データを用いて補正された補正信号を用いて、複数の第１遅延部４１の出力信号に対する適応整相加算処理を行い、音線データを生成する。
【００７６】
ステップＳ８において、適応整相加算部４６は、Ｄｉａｇｏｎａｌ  Ｌｏａｄｉｎｇを用いて適応整相加算処理を行い、音線データを生成する。
【００７７】
＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１００は、被検体からの反射超音波を受信する複数の振動子１が生成する複数の受信信号のそれぞれにおいて、組織の形状を反映した反射超音波を返す組織からの反射超音波に基づく特徴組織信号を抽出する構造体抽出部４３（抽出部）と、複数の受信信号における特徴組織信号の間で互いに対応する対応部分の受信信号毎の時間的なずれに基づいて、受信信号毎に第２遅延データ（補正量）を生成する制御データ生成部４４（補正量生成部）と、第２遅延データ（補正量）を用いて補正された複数の受信信号に基づいて整相加算を行って音線データを生成する適応整相加算部４６（音線データ生成部）と、音線データに基づき超音波診断画像を生成する信号処理部５（画像生成部）と、を有する。
【００７８】
このような構成により、複数の振動子１の受信信号毎の時間的なずれを精度よく補正することができるため、超音波診断画像の画質を向上させることができる。また、時間的なずれを補正するための第２遅延データを生成する際に、あらかじめ抽出した、構造体に対応する特徴組織信号を用いて対応部分を抽出しているので、演算負荷が少なくて済む。
【００７９】
また、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１００によれば、制御データ生成部４４は、複数の受信信号における対応部分の時間的なずれの分布に基づいて、当該時間的なずれを補正するか否かを選択する。より詳細には、制御データ生成部４４は、対応部分の時間的なずれの分布が超音波のビーム軸に対して非対称であった場合には時間的なずれを補正しないことを選択する。
【００８０】
このような構成により、各出力信号における対応部分の時間的なずれがビーム軸に対して斜めに傾いたような分布となる場合には、このずれを補正しないことを選択するので、本来のビーム軸から外れた、反射体が存在する方向にビーム軸が補正されてしまう事態を回避することができる。これにより、適切でない時間補正によって超音波診断画像の画質が劣化してしまう事態を回避することができる。一方、各出力信号における対応部分の時間的なずれがビーム軸に対して対称な分布となる場合には、そのずれを補正するような第２遅延データを生成するので、時間ずれを好適に補正することができる。これにより、超音波診断画像の画質が向上する。
【００８１】
＜変形例＞
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲の記載範囲内において、当業者が想到できる各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【００８２】
上記実施の形態において、制御データ生成部４４が生成した第２遅延データを用いて第２遅延部４５が時間補正を行い、適応整相加算部４６に対して補正信号を出力していたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば第２遅延部４５を有しない構成としてもよく、その場合、制御データ生成部４４は第２遅延データを生成する代わりに、信号毎の時間的なずれを補正するためのアレイ・マニフォールド・ベクトルａを直接生成する。この場合、適応整相加算部４６は、制御データ生成部４４が生成したアレイ・マニフォールド・ベクトルａを用いて上記説明した適応整相加算処理を行うことにより、好適に信号毎の時間ずれを補正した音線データを生成することができる。この場合、アレイ・マニフォールド・ベクトルａは本発明の補正量の一例であり、位相の補正量に該当する。
【００８３】
上記実施の形態では、振動子１から得られた受信信号に対して、第１遅延部４１が所定の第１遅延時間の遅延を行い、加算部４２が第１遅延部４１の出力信号を加算してから構造体抽出部４３が構造体に対応する特徴組織信号を抽出していたが、本発明はこれに限定されない。第１遅延部４１による第１遅延処理は省略してもよい。また、加算部４２による加算を省略し、構造体抽出部４３は、複数の受信信号のそれぞれから特徴組織信号を抽出してもよい。
【００８４】
上記実施の形態では、制御データ生成部４４が構造体に対応する特徴組織信号を抽出できたか否かに基づいてその後の処理が変化していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御データ生成部４４は、構造体抽出部４３が出力した特徴組織信号に基づいて、超音波画像を生成する領域における構造体の割合を算出し、割合が設定値以上である場合に第２遅延データを生成することを選択してもよい。すなわち、特徴組織信号を抽出できたとしてもその割合が低い場合には、その特徴組織信号を用いた処理の信頼性が低いとして、Ｄｉａｇｏｎａｌ  Ｌｏａｄｉｎｇを用いた適応整相加算処理に移行してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、超音波を利用した超音波診断装置に好適である。
【符号の説明】
【００８６】
１００  超音波診断装置
１，１ａ−１ｌ  振動子
２，２ａ−２ｆ  高耐圧スイッチ
３  送信部
４  受信部
４１，４１ａ−４１ｆ  第１遅延部
４２  加算部
４３  構造体抽出部
４４  制御データ生成部
４５，４５ａ−４５ｆ  第２遅延部
４６  適応整相加算部
５  信号処理部
６  走査変換部
７  制御部
１１  超音波診断装置本体
１２  操作部
１３  表示部
１１０  超音波探触子
１２０  ケーブル
【図１】
2019180629.tif 000009
【図２】
2019180629.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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