(57)【要約】【課題】送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方が変更されたとしても、被検体内において形成されるビーム方向が変化しない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】設定音速変更部１０により送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方が変更された際に、被検体内において形成されるビーム方向が変化しないようにフォーカス処理補正部７により変更後の設定音速に基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正する。【選択図】図１
2015047252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
所望のステア方向に対して、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行う送受信部と、
前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方を変更する設定音速変更部と、
前記設定音速変更部において前記設定音速が変更された際に、前記設定音速に基づいて前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正するフォーカス処理補正部とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記フォーカス処理補正部は、以下の（Ａ）式で算出される補正角度に基づいて前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ０）・ｖ／Ｖ０）…（Ａ）；
θ：補正角度，θ０：ステア方向の角度，ｖ：設定音速，Ｖ０：別途設定した基準音速。
【請求項３】
前記フォーカス処理補正部は、補正テーブルを更に有し、前記補正テーブルに基づいて前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記補正テーブルは、前記被検体内の所定位置から前記超音波探触子の各素子までの距離をそれぞれ記載したものであることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記補正テーブルは、前記被検体内の所定位置から前記超音波探触子の各素子までの距離と別途設定した基準音速および前記設定音速とから算出される前記所定位置から各素子までの到着時間、または前記到着時間と前記超音波探触子の特定素子における到着時間との差分である遅延をそれぞれ記載したものであることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
画像生成部を更に備え、
前記画像生成部は、複数の超音波画像を画像データとしてそれぞれ記憶する画像メモリと、
前記画像メモリに記憶された前記画像データに基づく複数の前記超音波画像を合成する画像処理部とを更に有し、
前記画像処理部は、前記ステア方向のそれぞれ異なる複数の超音波画像を合成することで合成超音波画像を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
所望のステア方向に対して、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行い、
前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方を変更し、
前記設定音速が変更された際に、前記設定音速に基づいて前記送信フォーカス処理および前記受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することを特徴とする超音波画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、送信ビームおよび受信ビームの少なくとも一方をステアして超音波画像の撮像を行う超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。超音波診断装置は、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信することで、受信信号に基づく超音波画像を生成する。
【０００３】
超音波画像の生成において、広い範囲を観察するためにセクタ走査をする場合や、スペックル低減などの目的で空間コンパウンドをする場合、針のような正反射を呈する対象に垂直にビームを合わせないと描出困難な場合などに送信または受信フォーカスをステアリングして実施する場合がある。そして、ステアリングして送信または受信フォーカスを実施して超音波画像を生成する際に生ずる種々の問題に対して対応策が提案されている。
例えば、特許文献１には、超音波プローブの各振動子に所定の遅延時間を与えることによって超音波ビームをステアする際に、遅延回路の周囲の温度変化によって生ずる遅延誤差によってステア角度に誤差を生ずる問題に対して、装置内に設けられた温度センサの信号に基づいて遅延時間を補正することにより正確にステア角度を制御する旨が開示されている。また、特許文献２には、超音波ビームをステアする際にサイドローブを抑制するために各振動子に付与する重み（送信出力または受信ゲイン）を、開口における振動子配列の対称軸に対する減衰値の非対称性を相殺するように非対称に付与することによって、焦点から見た各振動子の重みを対称にして所期の超音波ビームを形成できるようにする旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３２７６７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
送信または受信フォーカスをステアするためには、被検体の音速を仮定して各振動子に所定の遅延時間を与えることとなる。具体的には図５に示すように、送受信開口の中心から角度θ方向に深さｄ離れた焦点Ｆに送信または受信フォーカスするためには（２２）式によって各振動子と焦点Ｆとの距離を算出し、その距離を設定音速値ｖで除算することで各振動子の遅延時間を算出して与えることとなる。しかしながら、このようにして送信または受信フォーカスを実施する際に、設定音速値ｖが被検体の音速と異なると送信ビームまたは受信ビームの方向が所望のステア方向θとずれてしまう。例えば、図１１に示すように角度θ０方向に送信または受信フォーカスするために設定音速値ｖで各振動子の遅延時間を算出し、算出された遅延時間に基いて送信または受信フォーカスを実施する場合、設定音速値ｖが被検体の音速Ｖ０と一致すれば、送信ビームまたは受信ビームの方向は、所望のステア方向θ０と一致するが、設定音速ｖが被検体の音速Ｖ０よりも小さい場合には、送信ビームまたは受信ビームの方向はθａ方向となってしまう。そして設定音速ｖが被検体の音速Ｖ０よりも更に小さい場合には、送信ビームまたは受信ビームの方向は、θｂ方向となってしまう。
このように設定音速ｖによって被検体内に実際に形成される送信ビームまたは受信ビームの方向が変わってしまうことによって種々の問題が生じる。具体的には送信フォーカスと受信フォーカスの設定音速が異なる場合、各々のビーム方向がずれてしまうために画質劣化してしまったり、送信または受信フォーカスの設定音速を変更する場合、被検体内の画像上の位置が変更されてしまうため設定音速の異なる超音波画像を正確に比較できない問題が生ずる。このような問題に対する対応策は未だ提案されていない。
【０００６】
本発明の目的は、所望のステア方向に対して送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行って超音波診断を行う場合において、送信フォーカス処理または受信フォーカス処理に用いられる設定音速が変更されたとしても、ステア方向（被検体内に実際に形成されるビーム方向）が変化しない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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、所望のステア方向に対して、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行う送受信部と、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方を変更する設定音速変更部と、設定音速変更部において設定音速が変更された際に、設定音速に基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正するフォーカス処理補正部とを備えることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【０００８】
また、フォーカス処理補正部は、以下の（Ａ）式で算出される補正角度に基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することが好ましい。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ０）・ｖ／Ｖ０）…（Ａ）；
θ：補正角度，θ０：ステア方向の角度，ｖ：設定音速，Ｖ０：別途設定した基準音速。
【０００９】
また、フォーカス処理補正部は、補正テーブルを更に有し、補正テーブルに基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することが好ましい。
【００１０】
さらに、補正テーブルは、被検体内の所定位置から超音波探触子の各素子までの距離をそれぞれ記載したものであってもよい。
【００１１】
また、補正テーブルは、被検体内の所定位置から超音波探触子の各素子までの距離と別途設定した基準音速および設定音速とから算出される所定位置から各素子までの到着時間、または到着時間と超音波探触子の特定素子における到着時間との差分である遅延をそれぞれ記載したものであってもよい。
【００１２】
また、画像生成部を更に備え、画像生成部は、複数の超音波画像を画像データとしてそれぞれ記憶する画像メモリと、画像メモリに記憶された画像データに基づく複数の超音波画像を合成する画像処理部とを更に有し、画像処理部は、ステア方向のそれぞれ異なる複数の超音波画像を合成することで合成超音波画像を生成することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、所望のステア方向に対して、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行い、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方を変更し、設定音速が変更された際に、設定音速に基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方の遅延を補正することを特徴とする超音波画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方が変更されたとしても、ステア方向（被検体内に実際に形成されるビーム方向）が変化せず、これによって、送信ビームと受信ビームの方向のずれによる画質劣化を解消でき、また被検体内の画像上の位置が変更しないため設定音速の変更前の超音波画像と変更後の超音波画像との正確な対比を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の超音波診断装置において、セクタ走査を行って超音波画像を生成する動作を示すフローチャートである。
【図３】セクタ走査における走査線と走査線のステア角度とを説明する説明図である。
【図４】被検体内の所定の反射点と超音波探触子の送受信開口との距離の関係を説明する説明図である。
【図５】送受信開口の各素子から被検体内の所定の焦点までの距離を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る超音波画像生成方法として、ステア方向のそれぞれ異なる複数の超音波画像を合成して、合成超音波画像を生成する場合の動作を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は、法線方向の超音波画像を生成する場合の説明図であり、（Ｂ）は、第１のステア方向の超音波画像を生成する場合の説明図であり、（Ｃ）は、第２のステア方向の超音波画像を生成する場合の説明図である。
【図８】図６のステップＳ１２の詳細なフローを示す部分フローチャートである。
【図９】図６のステップＳ１３の詳細なフローを示す部分フローチャートである。
【図１０】図６のステップＳ１４の詳細なフローを示す部分フローチャートである。
【図１１】送信フォーカス処理または受信フォーカス処理に用いる設定音速および被検体の音速値とステア方向との関係を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る超音波診断装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
【００１７】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の全体構成を表すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１に係る超音波診断装置は、超音波探触子１を有し、超音波探触子１には送信回路２および受信回路３が接続される。受信回路３には、画像生成部４、表示制御部５、および表示部６が順次接続される。また、送信回路２および画像生成部３には、フォーカス処理補正部７が接続され、受信回路３には受信信号メモリ８が接続される。
【００１８】
また、送信回路２、受信回路３、画像生成部４、表示制御部５、フォーカス処理補正部７および受信信号メモリ８には、制御部９が接続され、制御部９には、設定音速変更部１０、操作部１１および格納部１２が接続される。
また、画像生成部４は、受信回路３から表示制御部５にかけて順次接続される整相加算部１３、検波処理部１４、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５および画像処理部１６と、ＤＳＣ１５に接続される画像メモリ１７とを備える。
【００１９】
超音波探触子１は、１次元または２次元のアレイ状に配列された複数の素子からなり、送信回路２より供給された送信信号に基づいて超音波ビーム（送信ビーム）を送信すると共に、被検体から超音波エコーを受信して受信信号を出力する。超音波探触子１を構成する素子としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウム・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状または連続波の送信信号電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により送信ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２０】
送信回路２は、例えば、複数のパルサを含んでおり、制御部９から出力された送信遅延パターンに基づいて、超音波探触子１の複数の素子から送信される超音波が上述の送信ビームを形成するように、それぞれの送信信号の遅延量を調節して複数の素子に供給すること送信フォーカス処理を行う。送信回路２において、それぞれの送信信号の遅延量を調節することで、所望のステア方向に送信ビームを形成することができる。
【００２１】
受信回路３は、超音波探触子１の複数の素子から出力されるアナログの受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、デジタルの受信信号として、制御部９の指示に基づいて、画像生成部４の整相加算部１３へ出力し、また、制御部９の指示に基づいて、受信信号メモリ８へ出力する。
【００２２】
画像生成部４の整相加算部１３は、制御部９からの指示に基づいて受信回路３からのデジタルの受信信号を取得し、制御部９からの受信遅延パターンに基づいて、それぞれの受信信号に遅延を与えて加算することで受信フォーカス処理を行う。整相加算部１３において、それぞれの受信信号に遅延を与えることで、所望のステア方向に受信ビームが形成され、受信ビームに基づく受信データ（音線信号）が生成される。また、整相加算部１３は、受信信号メモリ８に記憶された受信信号を取得し、上述と同様に受信データを生成してもよい。
【００２３】
検波処理部１４は、受信データに対して超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包落線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００２４】
ＤＳＣ１５は、検波処理部１４で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。ＤＳＣ１５においてＢモード画像信号を変換することで、Ｂモード画像上で、被検体に対応した距離や方向を把握することができる。
【００２５】
画像処理部１６は、ＤＳＣ１５から入力されたＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施し、表示用のＢモード画像信号を生成する。
画像メモリ１７は、ＤＳＣ１５で変換される前の受信データに対応したＢモード画像信号を記憶する。
【００２６】
表示制御部５は、制御部９の指示に基づいて画像生成部４の画像処理部１６から表示用のＢモード画像信号を取得し、制御部９の指示に基づいて表示用のＢモード画像信号を表示部６へ出力する。
表示部６は、表示制御部５から表示用のＢモード画像信号を取得し、表示制御部５からの指示に基づいて表示用のＢモード画像を表示する。
【００２７】
フォーカス処理補正部７は、送信フォーカス処理に用いられる設定音速が変更された場合に、所望のステア方向と送信ビームのステア方向とがずれることのないように、変更後の設定音速に基づいて送信フォーカス処理に用いられる送信遅延パターンを補正して送信回路２に出力し、また、同様に、受信フォーカス処理に用いられる設定音速が変更された場合に、所望のステア方向と受信ビームのステア方向とがずれることのないように、受信フォーカス処理に用いられる受信遅延パターンを補正して画像生成部４へ出力する。
【００２８】
受信信号メモリ８は、制御部９の指示に基づいて受信回路３より出力されるデジタルの受信信号を記憶する。
【００２９】
制御部９は、ユーザにより操作部１１から入力された指示に基づいて、上述のとおり各部の制御を行う。また、制御部９は、予め設定された設定音速により、送信回路３での送信フォーカス処理に用いる送信遅延パターンを算出して送信回路２へ出力し、予め設定された設定音速により、整相加算部１３での受信フォーカス処理に用いる受信遅延パターンを算出して整相加算部１３へ出力する。さらに、制御部９は、設定音速変更部１０により、上述の設定音速が変更された場合には、変更された設定音速をフォーカス処理補正部７へ出力する。
【００３０】
設定音速変更部１０は、予め設定された設定音速をユーザの指示により変更する。設定音速変更部１０は、送信フォーカス処理に用いられる設定音速のみを変更してもよく、また、受信フォーカス処理に用いられる設定音速のみを変更してもよく、また、送信フォーカス処理に用いられる設定音速および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の両方を変更してもよい。
【００３１】
操作部１１は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボールおよびタッチパネル等から構成される。
【００３２】
格納部１２は、操作部１１から入力された各種の情報、上述の送信遅延パターンや受信遅延パターンに基づく情報、被検体内の音速値である基準音速、送信フォーカス処理、受信フォーカス処理および減衰補正処理等に用いられる音速値である設定音速、超音波探触子１の送信開口および受信開口等に関する情報、各部の制御に必要な動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いることができる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置において、セクタ走査を行うことで超音波画像を生成する場合の動作を説明する。
図２は、上述の動作を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、ステップＳ１で、図３に示す超音波探触子１の超音波送受信面Ｓの法線方向に対して所定角度θ０＿ｉステアした所定方向の走査線Ｌｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、ｉ＝１とする。ここでｉは、セクタ走査を行った場合の超音波探触子１の走査線の並び順であり、超音波探触子１は、それぞれの走査線に対応して送信ビームを送信し、それぞれの走査線に対応した受信信号を取得する。
【００３５】
次に、ステップＳ２で、上述の走査線Ｌ１のステア角度θ０＿１を算出する。ステア角度θ０＿１は、例えば、セクタ走査における走査線Ｌｉの振り幅から算出される。走査線Ｌ１のステア角度θ０＿１および走査線Ｌｎのステア角度θ０＿ｎが求まると、走査線Ｌ１から走査線Ｌｎまでの角度を走査線Ｌｉの本数ｎ−１で除算することで、隣接する走査線間の角度θｐが算出でき、隣接する走査線間の角度θｐに基づいて一般的な走査線Ｌｉのステア角度θ０＿ｉを算出することができる。
【００３６】
走査線Ｌ１のステア角度θ０＿１が算出されると、続くステップＳ３において、被検体内での音速値である基準音速Ｖ０、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理における設定音速ｖおよび所定の走査線Ｌ１のステア角度θ０＿１に基づいて、補正ステア角度θ１を算出する。補正ステア角度θ１は、以下の（１）式で与えられる。
【００３７】
θｉ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ０＿ｉ）・ｖ／Ｖ０）…（１）
【００３８】
なお、上述の（１）式は、図４に基づいて導出される。
図４に示すように、被検体内での音速をｖとし、超音波探触子１の送受信開口の中心から超音波送受信面Ｓの法線方向に対して所定角度θ方向、深さｄの反射点Ｒを考える。反射点Ｒからの超音波エコーは、送受信開口の中心の素子、送受信開口の右端の素子および送受信開口の左端の素子のそれぞれに到着する。ここで中心の素子、右端の素子および左端の素子のそれぞれに到着する時間は、以下の（２）式〜（４）式で表される。
中心の素子：ｄ／ｖ…（２）
右端の素子（経路１）：ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））／ｖ…（３）
左端の素子（経路２）：ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））／ｖ…（４）
ただし、ｘは送受信開口の中心の素子から右端の素子および左端の素子までの距離を示す。
【００３９】
上述の（２）式〜（４）式により、送受信開口の中心の素子に対する送受信開口の右端の素子における到着時間の遅延および送受信開口の左端の素子における到着時間の遅延は、以下の（５）式、（６）式で表される。
右端の素子（経路１）：（ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−ｄ）／ｖ…（５）
左端の素子（経路２）：（ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−ｄ）／ｖ…（６）
【００４０】
（５）式で表される経路１の遅延をｙ１、（６）式で表される経路２の遅延をｙ２とし、送受信開口の中心の素子から右端の素子および左端の素子までの距離ｘを固定値と考えると、ｙ１およびｙ２は、ｖ、ｄ、θの３変数の式となる。
ここでｖ、ｄ、θの微小変化をｄｖ、ｄｄ、ｄθとすると、ｖ、ｄ、θが微小変化した場合のｙ１およびｙ２の変化量は、偏微分記号∂を用いて以下の（７）式、（８）式で表される。
ｄｙ１＝（∂ｙ１／∂ｖ）・ｄｖ＋（∂ｙ１／∂ｄ）・ｄｄ＋（∂ｙ１／∂θ）・ｄθ…（７）
ｄｙ２＝（∂ｙ２／∂ｖ）・ｄｖ＋（∂ｙ２／∂ｄ）・ｄｄ＋（∂ｙ２／∂θ）・ｄθ…（８）
【００４１】
次に、上述の（７）式、（８）式から、被検体内での音速ｖがｄｖだけ変化しても遅延ｙ１およびｙ２が変化しない条件、つまり、ｄｙ１＝ｄｙ２＝０となるための音速ｖと所定角度θとの関係を導出する。上述の（７）式、（８）式から、ｄｄを消去すると以下の（９）式が導出される。
（（∂ｙ２／∂ｄ）・（∂ｙ１／∂ｖ）−（∂ｙ１／∂ｄ）・（∂ｙ２／∂ｖ））・ｄｖ＝−（（∂ｙ２／∂ｄ）・（∂ｙ１／∂θ）−（∂ｙ１／∂ｄ）・（∂ｙ２／∂θ））・ｄθ…（９）
【００４２】
また、各偏微分を（５）式、（６）式から求めると、以下の（１０）式〜（１５）式となる。
∂ｙ１／∂ｖ＝−（ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−ｄ）／ｖ２…（１０）
∂ｙ２／∂ｖ＝−（ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−ｄ）／ｖ２…（１１）
∂ｙ１／∂θ＝−ｘ・ｄ・ｃｏｓ（θ）／ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））／ｖ…（１２）
∂ｙ２／∂θ＝ｘ・ｄ・ｃｏｓ（θ）／ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））／ｖ…（１３）
∂ｙ１／∂ｄ＝（（ｄ−ｘ・ｓｉｎ（θ））／ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−１）／ｖ…（１４）
∂ｙ２／∂ｄ＝（（ｄ＋ｘ・ｓｉｎ（θ））／ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））−１）／ｖ…（１５）
【００４３】
上述の（１０）式〜（１５）式を上述の（９）式に代入し、ｄ２≫ｘ２±２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ）であることから（１６）式、（１７）式の近似をして整理する。
ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２−２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））≒ｄ＋ｘ２／ｄ／２−ｘ・ｓｉｎ（θ）…（１６）
ｓｑｒｔ（ｄ２＋ｘ２＋２・ｘ・ｄ・ｓｉｎ（θ））≒ｄ＋ｘ２／ｄ／２＋ｘ・ｓｉｎ（θ）…（１７）
【００４４】
すると、以下の（１８）式のとおりとなる。
（１／ｖ）・ｄｖ＝（１／ｔａｎ（θ））・ｄθ…（１８）
そして、上述の（１８）式を積分すると、以下の（１９）式となる。
ｌｏｇ（ｓｉｎ（θ）／ｖ）＝Ｃ（定数）…（１９）
【００４５】
ここで、（１９）式において、被検体内の音速値である基準音速をＶ０とし、所定角度θ＝θ０とすると、以下の（２０）式のように記載できる。
Ｃ＝ｌｏｇ（ｓｉｎ（θ０）／Ｖ０）…（２０）
よって、（１９）式と（２０）式とから、以下の（２１）式の関係が導き出せる。
ｓｉｎ（θ）／ｖ＝ｓｉｎ（θ０）／Ｖ０…（２１）
（２１）式を、θについて解くと上述の（１´）式が以下のように得られる。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ０）・ｖ／Ｖ０）…（１´）
（１´）式より、上述のθは、焦点の深さｄや、開口の大きさｘに依らずＶ０、θ０およびｖにより一意に決定されることが分かる。
【００４６】
ステップＳ４では、図５に示すように、送受信開口の中心から角度θ１方向（図５ではθと表示）に深さｄ離れた焦点Ｆに向けて送信フォーカス処理を行い、送信ビームを送信する。
ここでｊは、送受信開口の中心からｊ番目の素子であることを示し、隣接素子間の距離をＥＰとすると、ｊ番目の素子から焦点Ｆまでの距離ｄ＿ｊは、以下の（２２）式で表される。
ｄ＿ｊ＝ｓｑｒｔ（（ｄ・ｃｏｓ（θ））２＋（ｄ・ｓｉｎ（θ）−ＥＰ・ｊ）２）
＝ｓｑｒｔ（ｄ２＋（ＥＰ・ｊ）２−２・ＥＰ・ｊ・ｄ・ｓｉｎ（θ））…（２２）
【００４７】
上述の（２２）式より各素子ｊと焦点Ｆとの距離ｄ＿ｊを算出し、距離ｄ＿ｊを音速値ｖで除算することで、各素子ｊから焦点Ｆまでの到着時間が算出され、更に送受信開口の中心素子における到着時間との差分をとって各素子ｊの遅延時間が算出され、送信フォーカス処理に用いられる送信遅延パターンが算出される。
算出された送信遅延パターンに基づいて送信フォーカス処理し、超音波探触子１より上述の焦点位置に送信ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を取得する。
【００４８】
ステップＳ５では、画像生成部４の整相加算部１３において、受信回路３で取得した受信信号に対して、上述の送信フォーカスの場合と同様に、（２２）式により走査線Ｌ１に対応した各素子の受信遅延時間を算出することで受信遅延パターンを算出し（受信フォーカス時には送受信開口の中心素子から各受信焦点までの往復の到着時間も付加する）、受信フォーカス処理を行う。整相加算部１３で受信フォーカス処理を行うことで、θ０＿１方向の走査線Ｌ１に対応した受信データが生成され、θ０＿１方向の走査線Ｌ１に対応したＢモード画像信号が生成され、画像メモリ１７へ格納される。
【００４９】
こうして、θ０＿１方向の走査線Ｌ１に対応するＢモード画像信号が画像メモリ１７に格納されると、ステップＳ６においてｉ＝ｎか否かを判定し、ｉ＝１であるので、ステップＳ７としてｉを１増やしてｉ＝２とし、再度ステップＳ２〜ステップＳ６を繰り返す。
こうして、ｉ＝ｎとなるまでステップＳ２〜ステップＳ６を繰り返すことで、セクタ走査に対応した全ての走査線においてＢモード画像信号が生成され、画像メモリ１７へ格納される。
【００５０】
ｉ＝ｎとなった場合、つまり、セクタ走査によって全ての走査線に対応するＢモード画像信号が生成されると、ステップＳ８に進み、ＤＳＣ１５において、画像メモリ１７に格納された走査線１〜ｎに対応するＢモード画像信号をスキャンコンバートすることで実空間に対応した１枚のセクタ画像を生成する。ここでスキャンコンバートの際に用いるステア角度および音速は、補正ステア角度θ１〜θｎおよび設定音速ｖではなく、ステア角度θ０＿１〜θ０＿ｎおよび基準音速Ｖ０、または別途設定したステア角度および音速とする。生成されたセクタ画像は、画像処理部１６において所定の階調処理等が行われ、表示制御部５を通じて表示部６に表示される。
【００５１】
実施の形態１に係る超音波診断装置において、上述のとおり生成されるセクタ画像は、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速を変更しても画像上の位置が変わることがなく、設定音速の異なる複数の画像間において正確な比較観察を行うことができる。
【００５２】
実施の形態２
また、本発明の実施の形態２に係る超音波画像生成方法として、実施の形態１に係る超音波診断装置を用いて、それぞれ異なる方向に送信フォーカス処理および受信フォーカス処理の少なくとも一方を行った複数の超音波画像を生成し、それらを合成することで合成画像を生成することもできる。
図６は、法線方向、第１の方向および第２の方向の３方向にそれぞれ送信フォーカス処理および受信フォーカス処理した３枚の超音波画像を生成し、それらを合成することで合成画像を生成する場合の動作を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、ステップＳ１１で、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す超音波探触子１の所定位置に対応した走査線Ｌ０＿ｉ、Ｌ１＿ｉおよびＬ２＿ｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、ｉ＝１とする。ここでｉは、３方向に送信フォーカス処理および受信フォーカス処理を行った場合の超音波探触子１の走査線の並び順であり、超音波探触子１は、それぞれの走査線に対応する受信信号を取得する。
【００５４】
次に、ステップＳ１２で、図７（Ａ）に示す法線方向の走査線Ｌ０＿１に対応する通常画像のＢモード画像信号を生成する。
具体的には、図８のステップＳ２１に示すように、法線方向の所定位置に向けて送信フォーカス処理して超音波探触子１から送信ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を取得する。そして、ステップＳ２２に示すように、画像生成部４の整相加算部１３において法線方向に対して受信フォーカス処理し、法線方向の走査線Ｌ０＿１の受信データを取得する。法線方向の走査線Ｌ０＿１の受信データは、検波処理部１４において包落線検波処理され、法線方向の走査線Ｌ０＿１のＢモード画像信号として画像メモリ１７に保存される。
【００５５】
法線方向の走査線Ｌ０＿１のＢモード画像信号が画像メモリ１７に保存されると、ステップＳ１３に進んで、図７（Ｂ）に示す第１方向θ０＿１の走査線Ｌ１＿１に対応する第１ステア画像のＢモード画像信号を生成する。
具体的には、図９のステップＳ３１に示すように、被検体内の音速値である基準音速Ｖ０、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理等に用いる設定音速ｖ、第１方向（第１ステア角度）θ０＿１を上述の（１）式に代入することで、送信フォーカス処理に用いる送信遅延パターンおよび受信フォーカス処理に用いる受信遅延パターンを補正するための第１補正角度θ１を算出する。
【００５６】
次に、ステップＳ３２において、第１の補正角度θ１に基づいて送信フォーカス処理して超音波探触子１から送信ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を取得する。そして、ステップＳ３３に示すように、画像生成部４の整相加算部１３において第１補正角度θ１に基づいて受信フォーカス処理し、第１方向θ０＿１の走査線Ｌ１＿１の受信データを取得する。第１方向θ０＿１の走査線Ｌ１＿１の受信データは、検波処理部１４において包落線検波処理され、第１方向θ０＿１の走査線Ｌ１＿１のＢモード画像信号として画像メモリ１７に保存される。
【００５７】
第１方向θ０＿１の走査線Ｌ１＿１のＢモード画像信号が画像メモリ１７に保存されると、ステップＳ１４に進んで、図７（Ｃ）に示す第２方向θ０＿２の走査線Ｌ２＿１に対応する第２ステア画像のＢモード画像信号を生成する。
具体的には、上述の第１方向θ０＿１の場合と同様に、図１０のステップＳ４１に示すように、被検体内の音速値である基準音速Ｖ０、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理等に用いる設定音速ｖ、第２方向（第２ステア角度）θ０＿２を上述の（１）式に代入することで、送信フォーカス処理に用いる送信遅延パターンおよび受信フォーカス処理に用いる受信遅延パターンを補正するための第２補正角度θ２を算出する。
【００５８】
次に、ステップＳ４２において、第２の補正角度θ２に基づいて送信フォーカス処理して超音波探触子１から送信ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を取得する。そして、ステップＳ４３に示すように、画像生成部４の整相加算部１３において第２補正角度θ２に基づいて受信フォーカス処理し、第２方向θ０＿２の走査線Ｌ２＿１の受信データを取得する。第２方向θ０＿２の走査線Ｌ２＿１の受信データは、検波処理部１４において包落線検波処理され、第２方向θ０＿２の走査線Ｌ２＿１のＢモード画像信号として画像メモリ１７に保存される。
【００５９】
こうして、法線方向、第１方向θ０＿１および第２方向θ０＿２のそれぞれの走査線Ｌ０＿１、Ｌ１＿１およびＬ２＿１に対応するそれぞれのＢモード画像信号が画像メモリ１７に格納されると、ステップＳ１５においてｉ＝ｎか否かを判定し、ｉ＝１であるので、ステップＳ１６に進んでｉを１増やしてｉ＝２とし、再度ステップＳ１２〜ステップＳ１５を繰り返す。
こうして、ｉ＝ｎとなるまでステップＳ１２〜ステップＳ１５を繰り返すことで、法線方向の全ての走査線に対応するＢモード画像信号、第１方向θ０＿１の全ての走査線に対応するＢモード画像信号および第２方向θ０＿２の全ての走査線に対応するＢモード画像信号が生成され、画像メモリ１７へ格納される。
【００６０】
ｉ＝ｎとなった場合、つまり、法線方向、第１の方向および第２の方向の全ての走査線に対応するＢモード画像信号が生成されると、ステップＳ１７に進み、それぞれの方向に対してＤＳＣ１５において、画像メモリ１７に格納された全ての走査線に対応するＢモード画像信号をスキャンコンバートすることで実空間に対応した１枚の超音波画像データを生成する。ここでは、法線方向の通常画像データ、第１方向θ０＿１の第１ステア画像データおよび第２方向θ０＿２の第２ステア画像データがそれぞれ生成される。
ここで第１の方向および第２の方向のＢモード画像信号をスキャンコンバートする際のそれぞれの走査線方向は、補正角度θ１およびθ２ではなく、ステア角度θ０＿１およびθ０＿２または別途設定したステア角度とし、音速は設定音速ｖではなく基準音速Ｖ０または別途設定した音速とする。
【００６１】
通常画像データ、第１ステア画像データおよび第２ステア画像データがそれぞれ生成されると、続くステップＳ１８において、画像処理部１６は、これら３方向の画像データを空間コンパウンドし、１枚の合成画像データを生成する。合成画像データは、上述と同様に画像処理部１６において所定の階調処理等が行われ、表示制御部５を通じて表示部６に表示される。
【００６２】
実施の形態２に係る超音波画像生成方法では、送信フォーカス処理および受信フォーカス処理に用いられる設定音速の少なくとも一方を変更しても、ステア方向のそれぞれ異なる複数の超音波画像を、画像の位置をずらすことなく正確に合成（空間コンパウンド）することができる。
【００６３】
実施の形態１および実施の形態２では、設定音速を変更した場合に、送信フォーカス処理に用いる補正ステア角度および受信フォーカス処理に用いる補正ステア角度を算出し直しているが、いずれか一方のみを算出し直すだけでもよい。
例えば、受信信号メモリ８に記憶された受信データに対して、設定音速を変更して補正ステア角度を算出し直して、受信フォーカス処理を行い、画像生成を行うことで、受信フォーカス処理に用いる設定音速のそれぞれ異なる複数の超音波画像を生成することができ、画像上の位置を変えることなく設定音速による画質変化を観察することができる。そして、このように送信フォーカス処理に用いる補正ステア角度および受信フォーカス処理に用いる補正ステア角度のいずれか一方のみを算出し直す場合でも、被検体内に実際に形成される送信ビームおよび受信ビームの方向はずれないため、これによる画質劣化は無い。
【００６４】
なお、上述のとおり、設定音速を変更し、変更された設定音速に基づく超音波画像のシャープネスを確認することで、被検体内の音速Ｖ０の真値を判定すること、つまり、最もシャープな超音波画像が得られる設定音速ｖを被検体内の音速Ｖ０の真値と判定することができる。そして、このようにして得られた被検体内の音速Ｖ０の真値に基づいて被検体内の正しい方向に送信ビームおよび受信ビームを形成することができるため、正しい走査線方向に基づく歪みの無いセクタ画像や、各ステア方向の位置ずれの無い高画質な合成画像（空間コンパウンド画像）を得ることができる。
【００６５】
また、実施の形態１のステップＳ２では、セクタ走査に対応した全ての走査線のステア角度θ０＿ｉを算出し、全ての走査線に対する補正ステア角度θｉを算出していたが、特定の走査線についてのみステア角度θ０＿ｉを算出し、補正ステア角度θｉを算出し、それら以外の走査線については、特定の走査線の補正ステア角度θｉに基づいて補間演算することで各走査線に対応する補正ステア角度θｉを算出してもよい。
【００６６】
また、実施の形態２では、法線方向を含む３方向に送信フォーカス処理および受信フォーカス処理した超音波画像を合成したが、本発明は３方向に限られず、例えば、５方向や７方向に送信フォーカス処理および受信フォーカス処理した超音波画像を合成してもよい。
【００６７】
また、実施の形態１および実施の形態２では、上述の（１）式に基づいて補正ステア角度を算出し、補正ステア角度に基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理を行っていたが、例えば、（２２）式で与えられる被検体内の所定位置から超音波探触子１の送受信開口を構成する各素子までの距離を予め記載した補正テーブル、または、（２２）式で与えられる被検体内の所定位置から超音波探触子１の送受信開口を構成する各素子までの距離と所定の基準音速および所定設定音速とから算出される被検体内の所定位置から各素子までの到着時間、または、送受信開口の中心の素子における到着時間との差分（遅延時間）を予め記載した補正テーブルを有し、上述の補正テーブルに基づいて送信フォーカス処理および受信フォーカス処理を補正してもよい。
【００６８】
具体的には、まず、所定の基準音速において所定の送信または受信ビームの方向の各所在位置から各素子までの遅延時間を算出する。または、補正テーブルから取得する。次に、所定の設定音速において、上述のとおり算出または取得した基準音速における各々の所在位置から各素子までの遅延時間に最も近い遅延時間となる所在位置の軌跡を求める。この軌跡が所定の基準音速における所定の送信または受信ビーム方向に対応する所定の設定音速における補正ビーム方向となる。なお、補正ビーム方向は、被検体内の浅部においては直線にならない。所定の設定音速においては、この補正ビーム方向に沿って送信フォーカス処理または受信フォーカス処理を実施すればよい。
【００６９】
（１）式に基づく送信フォーカス処理および受信フォーカス処理は、近似の影響のため、被検体内浅部では比較的誤差が大きくなるが、被検体内浅部での送信フォーカス処理または受信フォーカス処理について（２２）式に基づく補正テーブルで計算することで、（１）式よりも正確に送信遅延パターンおよび受信遅延パターンを算出することができ、より正確に被検体内浅部に形成される送信ビームまたは受信ビームの方向を設定音速に依らずに一致させることができる。
【００７０】
以上、本発明の超音波診断装置および超音波画像生成方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  超音波探触子、  ２  送信回路、  ３  受信回路、  ４  画像生成部、  ５  画像表示部、  ６  表示部、  ７  フォーカス処理補正部、  ８  受信信号メモリ、  ９  制御部、  １０  設定音速変更部、  １１  操作部、  １２  格納部。
【図１】
2015047252.tif 000003
【図２】
2015047252.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015047252.tif 000006
【図５】
2015047252.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015047252.tif 000009
【図８】
2015047252.tif 000010
【図９】
2015047252.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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