(57)【要約】  集束型送信ビームの照射領域の外側に受信走査線を配置した場合でも、送信焦点深さ付近で不連続が発生しない受信ビームフォーミングを行う。  複数の超音波素子１０５が受信した受信信号または整相信号の波面が不連続となる不連続度合いを不連続抽出部１１３が検出する。不連続度合いが予め定めた値より大きい領域がある場合、不連続解消用遅延時間生成部１１４が、不連続を生じた領域の遅延時間を変化させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波素子が受信した受信信号を、受信走査線上の所定の点ごとの遅延時間によってそれぞれ遅延させて整相した後加算して整相信号を得る受信ビームフォーマと、
前記前記整相信号の波面が不連続となる不連続度合いを検出する不連続抽出部と、
前記不連続度合いが予め定めた値より大きい領域がある場合、前記領域の前記遅延時間を変化させる不連続解消用遅延時間生成部と
を有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
所定の方向に沿って複数の超音波素子を配列した超音波素子アレイと、被検体の撮像領域に前記複数の超音波素子の少なくとも一部から集束型の送信ビームを送信させる送信ビームフォーマと、前記被検体からの超音波を受信した前記複数の超音波素子の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算した整相信号を出力する受信ビームフォーマとを有し、
前記受信ビームフォーマは、前記集束型の送信ビームの照射領域の内側のみならず外側にも受信走査線を設定する走査線設定部と、前記受信走査線上の所定の点の前記遅延時間を演算により求める遅延時間演算部とを含み、
前記遅延時間演算部は、前記照射領域の外側の前記受信走査線上の遅延時間を、前記送信ビームの送信焦点深さより浅い領域では、前記送信ビームを照射した複数の前記超音波素子の一側端部からの回折波の波形に基づいて求め、前記送信焦点深さにより深い領域では、他側端部からの回折波の波形に基づいて求め、
前記遅延時間演算部は、前記送信焦点深さ付近における前記浅い領域の遅延時間と前記深い領域の遅延時間の不連続を接続する遅延時間を生成する不連続解消用遅延時間生成部を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記不連続解消用遅延時間生成部は、前記浅い領域の前記遅延時間と、前記深い領域の前記遅延時間とを接続するために、深さ方向について曲線状に値が変化する遅延時間を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記不連続解消用遅延時間生成部は、前記浅い領域の前記遅延時間と、前記深い領域の前記遅延時間とを重み付けして加算することにより前記不連続を接続する遅延時間を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記重みは、前記送信焦点深さ付近の前記遅延時間が前記浅い領域の前記遅延時間の深さ方向の変化と前記深い領域の前記遅延時間の深さ方向の変化に漸近するように設定されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波撮像装置において、前記不連続解消用遅延時間生成部が生成する遅延時間の曲線は、前記浅い領域の前記遅延時間の変化を示す曲線と、平面波伝搬に基づいて定められる遅延時間の変化を示す直線とを接続する部分、および、前記平面波伝搬の前記直線と、前記深い領域の前記遅延時間の変化を示す前記曲線とを接続する部分とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記送信焦点の深さ付近における前記整相信号の波面の不連続度合いを検出する不連続抽出部をさらに有し、前記不連続解消用遅延時間生成部は、前記不連続度合いが予め定めた値より大きい場合、生成する遅延時間を変化させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記受信ビームフォーマの出力する前記整相出力を用いて画像を生成する画像生成部をさらに有し、
前記画像の前記送信焦点の深さ付近における前記画像の不連続度合いを検出する不連続抽出部をさらに有し、前記不連続用遅延時間生成部は、前記不連続度合いが予め定めた値より大きい場合、生成する遅延時間を変化させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記不連続抽出部は、前記不連続度合いとして、前記送信焦点深さの前後の前記整相信号の相関関数、または、前記送信焦点深さ近傍もしくは前記送信焦点深さ付近における前記整相信号の微分係数または分散値を用いることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波撮像装置において、前記不連続抽出部は、前記不連続度合いとして、前記送信焦点深さ付近の前記画像のエントロピーを用いることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の超音波撮像装置において、前記不連続抽出部は、検出する前記不連続度合いが予め定めた値以下になるまで、繰り返し前記遅延時間を変化させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記受信ビームフォーマは、開口合成処理を行うビームフォーマであり、前記整相信号を、送信ごとに格納するメモリと、前記メモリに格納された送信ごとの前記整相信号から、同一の点についての整相信号を選択して合成する送信間合成部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて被検体内の画像を撮像する超音波撮像技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像技術とは、超音波（聞くことを意図しない音波、一般的には２０ｋＨｚ以上の高周波数の音波）を用いて人体をはじめとする被検体の内部を非侵襲的に画像化する技術である。【０００３】
超音波探触子から被検体への超音波ビームの送信方法には、扇形に広がる超音波ビームを送信する拡大型送信と、被検体内に超音波ビームの送信焦点を配置して超音波ビームを収束させる集束型送信の２種類がある。【０００４】
超音波撮像装置による超音波の送受信は、有限の開口径を持つアレイによって行われるため、開口部のエッジによる超音波の回折の影響を受け、方位角方向の分解能を向上させることが難しい。この問題は、無限に長いアレイを用意できれば解決できるが、現実的には実現は困難である。そのため近年では、方位角方向の分解能向上のために、チャンネルドメイン整相技術の検討が盛んに行われており、適応ビームフォーマや、開口合成などの新しい整相方式が盛んに報告されている。【０００５】
開口合成を簡単に説明する。まず、超音波探触子を構成する複数素子の受信信号にそれぞれ遅延時間を与えることにより、仮想的にある点について焦点を合わせた後、加算して得た整相信号を得る。この整相信号と、同一点について他の１以上の送受信で得た整相信号とを合成し、重ね合わせることにより開口合成を行う。【０００６】
開口合成は、ある点に対して異なる方向から超音波探触子が送受信して得た整相信号を重ね合わせることができるため、点像の高解像度化、不均質に対する頑健性などを付与することが期待される。さらには、重ね合わせ処理により処理利得が向上するため、超音波の送信回数を通常よりも間引いた送信が可能となり、高速撮像にも応用できる。【０００７】
特許文献１には、超音波診断装置であって、集束型送信を行う超音波撮像において、仮想音源法を改良した方法を用いて、開口合成を行う技術が開示されている。具体的には、超音波ビームのエネルギが焦点に収束する領域（特許文献１の図２の領域A）では、焦点を仮想音源とみなして開口合成を行い、その周辺の超音波エネルギが拡散する領域（領域B,C）では探触子の端部から球面波が放射されたとみなして開口合成を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２７７０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
集束型送信は、拡大型送信と比較して、送信の広がり角が大きい場合でも、遅延時間の誤差が少ない。そのため、集束型送信は、送信超音波の広がり角を大きくできるため、拡散型送信よりも多くの受信走査線（整相信号を求める点の集合）を設定することができる。多くの受信走査線を設定することにより、少ない送信回数によって広い撮像領域を高速に撮像することができる。また、送信開口処理で多くの受信走査線を設定した場合、少ない受信走査線を設定した場合よりも、同じ送信回数で多くの整相信号を合成することができ、高解像度化等の効果が得られる。【００１０】
特許文献１のように、送信ビームの照射領域（超音波エネルギーが収束する領域）内では仮想音源法により遅延時間を求め、送信ビームの照射領域外（超音波エネルギーが拡散する領域）では、探触子の端部から球面波が放射されているとみなして、遅延時間を求めることにより、送信ビームの照射領域外の点についても整相信号を得ることができる。よって、送信ビームの照射領域外についても受信走査線を設定することができる。【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術により、送信ビームの照射領域外の受信走査線上の点の遅延時間を、探触子の端部から放射されたとみなした球面波の波形によって求める場合、送信焦点深さ付近において、探触子の左端からの球面波および右端からの球面波のうちの一方から他方へ、遅延時間の演算に用いる球面波の波形を切り替えなければならない。この切り替えのため、受信走査線上の深さ方向の遅延時間の変化を表す曲線は、送信焦点深さ付近で不連続になるという問題が生じる。送信焦点深さ付近における遅延時間変化の不連続は、生成される超音波画像の画素値の送信焦点付近での不連続を招き、送信焦点深さ付近でアーチファクトを生じさせる。【００１２】
本発明の目的は、集束型送信ビームの照射領域の外側に受信走査線を配置した場合でも、送信焦点深さ付近で不連続が発生しない受信ビームフォーミングを行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様では、複数の超音波素子が受信した受信信号または整相信号の波面が不連続となる不連続度合いを不連続抽出部が検出する。不連続度合いが予め定めた値より大きい領域がある場合、不連続解消用遅延時間生成部が、不連続を生じた領域の遅延時間を変化させる。【００１４】
また、本発明の第２の態様では、所定の方向に沿って複数の超音波素子を配列した超音波素子アレイと、被検体の撮像領域に複数の超音波素子の少なくとも一部から集束型の送信ビームを送信させる送信ビームフォーマと、被検体からの超音波を受信した複数の超音波素子の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算した整相信号を出力する受信ビームフォーマとを有する超音波撮像装置であって、受信ビームフォーマは、集束型の送信ビームの照射領域の内側のみならず外側にも受信走査線を設定する走査線設定部と、受信走査線上の所定の点の遅延時間を演算により求める遅延時間演算部とを含む。遅延時間演算部は、照射領域の外側の受信走査線上の遅延時間を、送信ビームの送信焦点深さより浅い領域では、送信ビームを照射した複数の超音波素子の一側端部からの回折波の波形に基づいて求め、送信焦点深さにより深い領域では、他側端部からの回折波の波形に基づいて求める。そして、遅延時間演算部は、送信焦点深さ付近における浅い領域の遅延時間と深い領域の遅延時間の不連続を接続する遅延時間を生成する不連続解消用遅延時間生成部を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、集束型送信ビームの照射領域の外側に受信走査線を配置した場合でも、送信焦点深さ付近で不連続が発生しない受信ビームフォーミングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の超音波撮像装置の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。
【図２】第２の実施形態の超音波撮像装置の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。
【図３】第２の実施形態の超音波撮像装置の（ａ）斜視図、（ｂ）ブロック図。
【図４】第２の実施形態の送信ビームの照射領域３２と受信走査線との関係を示す説明図。
【図５】（ａ）送信ビームの照射領域３２との位置関係によって受信走査線３１を領域Ａ〜Ｃに分けたことを示す説明図、（ｂ）各領域Ａ〜Ｃの波面から求めた遅延時間の曲線を示すグラフ。
【図６】波面から求めた遅延時間の曲線と、それを接続した近似曲線９１、９２の形状例を示すグラフ。
【図７】（ａ）拡大型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図、（ｂ）集束型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図。
【図８】集束型送信ビームの照射領域３２の内側と外側の波面の形状を示す説明図。
【図９】波面から求めた遅延時間の不連続な曲線８２と、これらを連続して接続する曲線８１を示すグラフ。
【図１０】第２の実施形態の不連続解消用遅延時間生成部１１４の動作を処理部３０１とメモリ３０２によりソフトウエアで実現する構成した例を示すブロック図。
【図１１】（ａ）第２の実施形態の不連続解消用遅延時間生成部１１４の動作をハードウエアで実現する場合のレジスタの構成を示すブロック図、（ｂ）レジスタと補間回路で不連続解消用遅延時間生成部１１４を構成する例を示すブロック図、（ｃ）複数のレジスタで不連続解消用遅延時間生成部１１４を構成する例を示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態の超音波撮像装置の受信ビームフォーマの構成を示すブロック図。
【図１３】（ａ）および（ｂ）第４の実施形態の不連続度合いを検出する検出部１１３ａの動作を示す説明図。
【図１４】第４の実施形態の最適係数設定部１１３ｂの動作を示すフローチャート。
【図１５】（ａ）第４の実施形態の最適係数設定部１１３Ｂを構成するレジスタ１５１を不連続解消用遅延量生成部１１４の中に配置した例を示す説明図、（ｂ）第４の実施形態の最適係数設定部１１３ｂを構成するレジスタ１５１の説明図。
【図１６】第５の実施形態で用いる画像データと送信焦点の深さ位置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の超音波撮像装置について、図１を用いて説明する。
【００１９】
第１の実施形態の超音波撮像装置は、複数の超音波素子１０５が受信した受信信号を受信走査線上の所定の点ごとの遅延時間によってそれぞれ遅延させて整相した後加算して整相信号１２を得る受信ビームフォーマ１０８と、不連続抽出部１１３と、不連続解消用遅延時間生成部１１４とを有する。不連続抽出部１１３は、整相信号１２の波面が不連続となる不連続度合いを検出する。不連続解消用遅延時間生成部１１４は、検出した不連続度合いが予め定めた値より大きい領域がある場合、不連続を生じた領域の遅延時間を変化させる。
【００２０】
このように、第１の実施形態では、遅延時間の不連続に起因して、整相信号に不連続が生じている領域があるかどうかを、整相信号の不連続度合いから検出する。不連続が生じている領域がある場合には、その領域の遅延時間を変化させることにより、整相信号の不連続を抑制することができる。よって、集束型送信ビームを送信し、その照射領域の外側に受信走査線を配置した場合でも、送信焦点深さ付近で不連続が発生しない受信ビームフォーミングを行うことができる。
【００２１】
なお、不連続抽出部１１３は、整相信号から生成された画像データを用いて画像データにおける不連続を検出することもできる。
【００２２】
図１には、上記説明した以外の構成も含まれるが、これらの構成は、第２実施形態の構成と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の超音波撮像装置について、図２、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図２は、装置の一部のブロック図、図３（ａ）は装置の斜視図、図３（ｂ）は装置全体の概略構成を示すブロック図である。
【００２４】
図２および図３（ａ），（ｂ）に示すように、第2の実施形態の超音波撮像装置は、所定の方向に沿って複数の超音波素子１０５を配列した超音波素子アレイ１０１と、被検体１００の撮像領域に複数の超音波素子１０５の少なくとも一部（２０１，２０２，２０３）から集束型の送信ビームを送信させる送信ビームフォーマ１０４と、被検体１００からの超音波を受信した複数の超音波素子１０５の出力する受信信号を遅延時間によって遅延させて整相加算した整相信号を出力する受信ビームフォーマ１０８とを有する。
【００２５】
受信ビームフォーマ１０８は、図４のように、集束型の送信ビームの照射領域３２の内側のみならず外側にも受信走査線３１を設定する走査線設定部１１６と、受信走査線３１上の所定の点の遅延時間を演算により求める遅延時間演算部１１２とを含む。
【００２６】
遅延時間演算部１１２は、照射領域３２の外側の受信走査線上の領域Ｂ（図４参照）の遅延時間を求める。具体的には、図５（ａ），（ｂ）のように、送信ビームの送信焦点３３の深さより浅い領域Ｂ１では、送信ビームを照射した複数の超音波素子１０５の一側端部１０５ａからの回折波の波形に基づいて遅延時間（曲線７２）を求める。送信焦点３３の深さにより深い領域Ｂ２では、他側端部１０５ｂからの回折波の波形に基づいて遅延時間（曲線７３）を求める。
【００２７】
領域Ｂ１の遅延時間（曲線７２）と、領域Ｂ２の遅延時間（曲線７３）は、図５のように不連続である。そこで、遅延時間演算部１１２は、図６のように、送信焦点３３の深さ付近における浅い領域Ｂ１の遅延時間（曲線７２）と深い領域Ｂ２の遅延時間（曲線７３）の不連続を接続する遅延時間（曲線９１または９２）を生成する不連続解消用遅延時間生成部１１４を備える。
【００２８】
このように、不連続解消用遅延時間生成部１１４が、回折波から求めた遅延時間の曲線７２と曲線７３が送信焦点３３の深さ付近で不連続になることを解消する。これにより、集束型送信ビームを送信し、その照射領域の外側に受信走査線を配置した場合でも、送信焦点深さ付近で不連続が発生しない受信ビームフォーミングを行うことができる。
【００２９】
以下、第２の実施形態の超音波撮像装置をさらに具体的に説明する。
【００３０】
図２および図３（ａ），（ｂ）を用いて超音波撮像装置の全体構成についてさらに説明する。
【００３１】
図３（ａ）のように、超音波撮像装置は、超音波探触子１０６と、装置本体１０２と、画像表示部１０３と、コンソール１１０を備えている。装置本体１０２内には、図３（ｂ）のように送信ビームフォーマ１０４と、送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）１０７と、受信ビームフォーマ１０８と、画像処理部１０９と、これらの動作を制御する制御部１１１が配置されている。
【００３２】
受信ビームフォーマ１０８は、図２のように、上述の走査線設定部１１６、遅延時間演算部１１２、不連続解消用遅延時間生成部１１４のほかに、遅延時間メモリ１２３、遅延加算整相部２０４、ビームメモリ２０６、送信間合成部２０５、フレームメモリ２０７を備えている。
【００３３】
図３（ｂ）の送信ビームフォーマ１０４は、超音波の送信ビームを生成するための送信ビーム用信号を生成する。送信ビーム用信号は、送受信分離回路１０７を経て、超音波探触子１０６に受け渡される。超音波探触子１０６は、超音波素子アレイ１０１の超音波素子１０５にそれぞれ送信ビーム用信号を受け渡す。超音波素子１０５は、超音波を被検体１００の体内に向けて送信する。体内で反射されたエコー信号は、超音波探触子１０６の超音波素子アレイ１０１により受信される。受信信号は、再び送受信分離回路１０７を経て受信ビームフォーマ１０８において整相加算演算処理等が施される。
【００３４】
受信ビームフォーマ１０８の各部の詳しい動作を説明する前に、一般的な拡大型送信ビームと集束型送信ビームにおけるビームフォーミングについて説明する。
【００３５】
図７（ａ）は、従来の拡大型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図である。拡大型送信ビームは、その広がり角θが小さい場合は、送信音軸方向に送信された超音波に対して、送信ビームの最も外側から送信された超音波の飛行行程に大きな誤差がない。しかしながら、送信ビームの広がり角θが大きい場合には、送信ビームの最も外側から送信された超音波の飛行行程は、送信音軸方向に沿って進む超音波に対して誤差が大きくなる。そのため、拡大型送信ビームは、広がり角θをあまり大きく設定することができないため、高速撮像や開口合成に必要な十分な数の走査線を設定することが難しい。
【００３６】
一方、図７（ｂ）は、集束型送信ビームにおけるビームフォーミングを説明する図である。集束型送信ビームの照射領域（超音波エネルギーが収束する領域）３２内では仮想音源法により遅延時間が求められる。図７（ｂ）を用いて仮想音源法による音波の飛行時間(TOF: time of flight)計算の手順を説明する。仮想音源法では送信焦点の位置を仮想的な音源(virtual source)として，その点から音波が球面拡散で再放射されると仮定する。たとえば，図７（ｂ）の場合は，仮想音源から深部方向に音波が進み，浅部方向に音波が時間を遡って超音波素子に戻る，と考える。ここで，飛行時間計算における時刻原点(ゼロ時刻)を、超音波素子アレイ１０１の送信口径（２０１）の中心位置（送信口径の素子数が偶数の場合は素子と素子の中心）から音波が送信された時刻とすると，ある超音波素子１０５に，撮像点（受信整相点５）で反射された音波が到達するまでの飛行時間 tofは、下式（１）で表わされる。ここで，d1は送信口径の中心から仮想音源までの距離（集束送信の場合は焦点距離），d2は仮想音源から受信整相点５までの距離，d3は受信整相点５と受信超音波素子１０５との距離，Cは媒質の音速である。式（１）において復号の−は、受信整相点５が仮想音源から見て超音波素子アレイ１０１側にある場合，+は、受信整相点５が仮想音源から見て超音波素子アレイ１０１とは反対側に存在する場合である。なお式（１）の距離dは全てスカラーである。
【００３７】
【数１】
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【００３８】
仮想音源法を用いることで，送信ビームの照射領域３２の全域にわたって受信整相点５を設定でき，受信超音波素子１０５ごとに飛行時間をそれぞれ計算することができる。求めた飛行時間を遅延時間として用いることにより、整相処理を行うことができる。よって、集束型送信ビームは、広がり角θを大きく設定することができ、送信音波が伝搬する領域の幅を広げることが出来る。
【００３９】
しかしながら、集束型送信ビームの照射領域３２の全体に図４（ａ）のように複数の受信走査線３１を配置すると、照射領域３２の外側を通過する領域Ｂが生じる。本発明では、図８のように、照射領域３２の外側については、送信ビームを送信した超音波素子アレイ１０１の送信口径２０１の端部の超音波素子１０５ａ、１０５ｂから球面波（回折波）が伝搬しているとみなして遅延時間を求める。
【００４０】
例えば、照射領域３２よりも左側の領域では、送信焦点３３よりも浅い領域では、左端の超音波素子１０５ａからの球面波（以下、回折波と呼ぶ）６２が伝搬しており、送信焦点３３よりも深い領域では、右端の超音波素子１０５ｂからの球面波（以下、回折波と呼ぶ）６３が伝搬していると見なせる。一方、照射領域３２よりも右側の領域では、送信焦点３３よりも浅い領域では、右端の超音波素子１０５ｂからの回折波６３が伝搬しており、送信焦点３３よりも深い領域では、左端の超音波素子１０５ａからの回折波６２が伝搬していると見なせる。
【００４１】
図８のように，回折波の形状は、幾何的に求めることができる。例えば送信焦点３３より浅く、かつ照射領域３２よりも左側の領域の場合は，回折波６２の形状は、左端の超音波素子１０５ａを中心とした半径ｒlの円弧になる。送信焦点３３より深く、かつ照射領域３２よりも左側の領域の場合は，回折波６２は、右端の超音波素子１０５ｂを中心とした半径ｒrの円弧の形状になる。そのため、照射領域３２よりも左側の領域では、送信焦点３３付近を境に、回折波の形状が、回折波６２から回折波６３に切り替わる。照射領域３２よりも右側の領域では、送信焦点３３付近を境に回折波６３から回折波６２に切り替わる。
【００４２】
このため、図４、図５（ａ）のように受信走査線３１を配置した場合には、送信ビームの照射領域３２内の領域（内側領域Ａ、Ｃ）については、仮想音源法による遅延時間が適用され、遅延時間の曲線は、図５（ｂ）のように、送信焦点３３よりも浅い（超音波素子アレイ１０１）側の内側領域Ａでは曲線７１により、深い側の内側領域Ｃでは曲線７４により表される。また、外側領域Ｂのうち、送信焦点３３よりも浅い領域Ｂ１では回折波６２による遅延時間は、曲線７２で表され、送信焦点３３よりも深い領域Ｂ２では回折波６３による遅延時間は、曲線７３で表される。
【００４３】
図５（ｂ）から明らかなように回折波６２による遅延時間の曲線７２と、回折波６３による遅延時間の曲線７３は、接しておらず、これらをそのまま適用すると、図９の実線８２に示すように、送信焦点３３において遅延時間は不連続になるという問題が生じる（ただし、図９では、実線８２の不連続を、送信焦点３３において直線で接続して示している）。遅延時間の不連続は、生成される整相信号１２や超音波画像の画素値の送信焦点３３の深さ付近における不連続を招き、アーチファクトを生じさせる。
【００４４】
不連続解消用遅延時間生成部１１４は、この不連続な遅延時間を連続的に接続する遅延時間を生成する。具体的には、図６の曲線９１、９２等のように、曲線７２や７３に漸近する曲線に沿った遅延時間を発生させる。これにより、図９の曲線８１のように、送信焦点３３付近の遅延時間の不連続を滑らかに接続することができ、アーチファクトを抑制することができる。
【００４５】
なお、図５（ｂ）および図６のグラフは、平面波伝搬による遅延時間のオフセット分を縦軸の遅延時間から差し引いている。図９のグラフでは、平面波伝搬の遅延時間のオフセット分を差し引いていない。
【００４６】
不連続解消用遅延時間生成部１１４の動作について具体的に説明する。ここでは、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、図６の曲線９１に示すように、領域Ｂ１における前方回折波６２による遅延時間（曲線７２）から領域Ｂ２における後方回折波６３による遅延時間（曲線７３）に順に漸近する遅延時間を生成する。
【００４７】
なお、図４、図５および図６では、領域ＡとＢの境界、および、領域ＢとＣの境界が、受信走査線３１と、送信ビームの照射領域３２の外形との交点３４になるように設定しているが、必ずしも交点３４と一致していなくてもよい。領域Ｂの回折波による遅延時間の領域を広くとることで、画像全体の均質なSN比を実現することが可能である。また、仮想音源法の領域Ａ、Ｃを広くとりすぎると、送信焦点３３の深さ近傍で遅延時間の変化の傾きが急峻となってしまうため、焦点３３の深さ近傍の画像の不連続が顕在化しやすくなる。そのため、領域Ｂの回折波による遅延時間の領域を広くとることが望ましい。
【００４８】
本実施形態では、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、下式（２）で表されるシグモイド関数を利用した式（３）を用いて前方回折波の遅延時間の曲線７２と後方回折波の遅延時間の曲線７３の間を，連続的につなぐ曲線９１の遅延時間を式（４）により生成する。
【００４９】
【数２】
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【数３】
2015166869.tif 000005
【数４】
2015166869.tif 000006
【００５０】
式（２）のシグモイド関数は、両端が漸近的な振る舞いをする関数である。式（３）は、式（２）を用いた超音波素子アレイ１０１からの深さｘについて、重み係数ｗを決定する関数である。ただし、式（３）において、ｘの範囲は、領域Ｂの範囲であり、ｘｆは、超音波素子アレイ１０１から送信焦点３３までの深さを表し、αは、係数である。式（３）により、送信焦点３３の深さを中心に、浅い側と深い側で値が対称に変化する重み関数ｗsingle（ｘ）が得られる。係数αを変化させることにより、重み関数ｗsingle（ｘ）の形状が変化する。本実施形態では、係数αは、予め定めた値または制御部１１１から指示された値を用いる。制御部１１１は、係数αの値をコンソール１１０を介して操作者から受け付ける構成にしてもよい。
【００５１】
不連続解消用遅延時間生成部１１４は、式（３）で得られた重み関数ｗsingle（ｘ）を用いて，式（４）のように、前方回折波による遅延時間（飛行時間）TOFedge_near（曲線７２の値）と、後方回折波による遅延時間（飛行時間）TOFedge_far（曲線７３の値）をそれぞれ重み付けして加算する。これにより、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、曲線９１のように、曲線７２と曲線７３に両側が漸近した遅延時間TOFapprox（曲線９１）を生成することができる。具体的には、図６の○点で表された遅延時間を生成することができる。なお、シグモイド型の関数は端部分でゼロにはならないため，領域Bの両端で、曲線７２と７３に一致させるために、若干の値の修正が必要である。
【００５２】
上記式（２）〜（４）では，曲線７２と曲線７３を連続的に接続するモデル関数としてシグモイド関数を用いたが、式（３）の代わりに、式（５）のような、係数αを用いた一般化コサイン型の関数（raised cosine）などの関数を用いてもよい。たとえば、その一つの関数の形としてハニング関数（式（６））やハミング関数（式（７））等の窓関数のような関数を用いてもよい。また、一般化コサイン型の関数のcosine関数部分の指数は、1であっても、それ以上のたとえば, 2や4などの高次の指数であってもよい。指数を変化させることにより、関数の係数変化による鋭敏さを変えることができる。
【００５３】
【数５】
2015166869.tif 000007
【数６】
2015166869.tif 000008
【数７】
2015166869.tif 000009
【００５４】
上記式（５）〜（７）の重み関数は、コサイン型の関数であるので、対象領域の端の部分で０もしくは１の値をとるため、端部分での修正の必要が無い。式（５）〜（７）の定義域を０≦ｘ≦０．５とすることで、０から１まで連続的に変化する関数を実現できる。すなわち、たとえば式（８）のようにすることで、領域Ｂの両端ｘedge1、ｘedge2の間を連続的に結ぶ曲線９１を実現することができる。式（８）において、ｘedge1、ｘedge2は図５、図６に示すように、ある走査線上の領域Ｂの両端点の深さである。
【００５５】
【数８】
2015166869.tif 000010
【００５６】
上記式（３）のシグモイド関数と、式（５）〜（８）のコサイン型の関数は、それぞれパラメータαのみでコントロールできるため、演算量が少なく、ハードウェアやソフトウェアの実装上のコスト削減・および簡略化の面でも優れている。
【００５７】
なお、上記関数に限らず、ブラックマン窓、カイザー窓等の他の窓関数を用いて重み関数ｗ(ｘ)を定義することも可能である。
【００５８】
以下、図２の受信ビームフォーマ１０８の各部の動作について、具体的に説明する。遅延時間演算部１１２および不連続解消用遅延時間生成部１１４は、ＣＰＵ等の処理部とメモリとを含んで構成される。メモリ内に予め格納されたプログラムを処理部が読み込んで実行することにより、ソフトウエア処理により動作する。また、遅延時間演算部１１２および不連続解消用遅延時間生成部１１４は、予め定めた動作をするハードウエアであるＡＳＩＣやＦＰＧＡとレジスタにより構成することも可能である。レジスタには、送信条件や深さｘや係数αごとに予め求めた出力値を格納しておく。ＡＳＩＣやＦＰＧＡが、レジスタから条件に対応する適切な値を読みだすことにより、遅延時間演算部１１２および不連続解消用遅延時間生成部１１４が動作する。また、遅延時間演算部１１２および不連続解消用遅延時間生成部１１４のうちの一部分をソフトウエア処理に、他の部分をハードウエアにより実現することも可能である。
【００５９】
受信ビームフォーマ１０８の走査線設定部１１６は、制御部１１１から送信条件および走査線３１の本数と位置情報を受け取り、送信ビームが照射された領域３２に図４のように、所定数の受信走査線３１を設定する。
【００６０】
遅延時間演算部１１２は、ソフトウエア処理によりその動作を実現する場合、制御部１１１から受け取った送信条件から照射領域３２の外形を算出し、照射領域３２の外形と受信走査線３１との交点３４の位置を演算により求め、その交点を境界とする内側領域Ａ，Ｃと外側領域Ｂを受信走査線３１に設定する。一方、遅延時間演算部１１２をハードウエアにより構成する場合は、照射領域３２の形状と受信走査線３１との位置関係から、送信条件ごとに内側領域Ａ，Ｃと外側領域Ｂの範囲を示すデータを予め求め、これを送信条件ごとにレジスタやメモリに格納しておく。制御部１１１から受け取った送信条件と設定された受信走査線３１に対応する領域Ａ、Ｂ、Ｃの範囲を、レジスタやメモリから読みだして出力させる。
【００６１】
さらに、遅延時間演算部１１２は、レジスタやメモリを備えている。レジスタやメモリには、送信条件ごと、受信走査線３１ごと、超音波素子１０５の位置ごとに、領域Ａ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃの遅延時間の曲線７１，７２，７３，７４上の値が予め格納されている。遅延時間演算部１１２は、受信走査線３１の領域Ａ，Ｃ内の複数の点（セグメント節点）について、送信条件、受信走査線３１および超音波素子１０５の位置に対応する遅延時間をレジスタやメモリから読みだす。
【００６２】
不連続解消用遅延時間生成部１１４は、領域Ｂ内の複数の点（セグメント節点）について、不連続解消用の曲線９１に沿った遅延時間を生成する。具体的には、不連続解消用遅延時間生成部１１４が、図１０のように処理部３０１とメモリ３０２を含む構成であり、ソフトウエア処理によりその動作を実現する場合は、以下のように動作して、不連続解消用の遅延時間を生成する。すなわち、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、制御部１１１および走査線設定部１１６から受け取った係数αと、領域Ｂの深さｘの範囲、および送信焦点３３の深さから、式（３）を演算し、深さｘごとの重み関数ｗsingle(x)を算出する。そして、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、遅延時間演算部１１２のレジスタやメモリから、領域B１、B２の曲線７２，７３上の遅延時間TOFedge_near、TOFedge_farを読みだす。重み関数ｗsingle(x)と遅延時間TOFedge_near、TOFedge_farとを用いて式（４）を演算し、不連続解消用の遅延時間TOFapproxを深さｘごとに求める。なお、上述したように式（３）に代えて、式（５）〜（７）のいずれかを用いてもよい。また、曲線９１は傾きが急峻であるので、領域Ｂのセグメント節点の間隔を、領域Ａ，Ｃのセグメント節点の間隔よりも狭く設定することが望ましい。
【００６３】
また、不連続解消用遅延時間生成部１１４を、図１１（ｃ）のようにハードウエアにより構成する場合には、係数αと、領域Ｂの深さｘの組み合わせについて、式（３）により予め求めておいた重み関数ｗsingle(x)の値を格納したレジスタ３０３（図１１（ａ）参照）を、送信焦点３３の深さごとに備えた構成とする。不連続解消用遅延時間生成部１１４は、制御部１１１および走査線設定部１１６から受け取った係数αと、領域Ｂの深さｘの範囲、および送信焦点３３の深さに対応する重み関数ｗsingle(x)を複数のレジスタ３０３から読み出す。そして、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、遅延時間演算部１１２のレジスタやメモリから、領域B１、B２の曲線７２，７３上の遅延時間TOFedge_near、TOFedge_farを読み出す。これらと重み関数ｗsingle(x)を用いて、式（４）を演算し、不連続解消用の遅延時間TOFapproxを、領域Ｂの予め定めたセグメント節点の深さｘごとに求める。なお、レジスタ３０３に予め格納する重み関数ｗsingle(x)の値は、式（３）に代えて、式（５）〜（７）のいずれかを求めた値であってもよい。
【００６４】
また、遅延係数演算部１１１の構成は、図１１（ｃ）のように、条件の組み合わせごとの値をすべて格納した複数のレジスタ３０３を備える構成に限られるものではなく、図１１（ｂ）のように、条件の組み合わせの数よりも少ない数の値を格納したレジスタ３０３と、そのレジスタ３０３に格納されている値から補間演算により、必要とする条件に対応する重み関数ｗsingle(x)を求める補間回路３０４とを備える構成にすることも可能である。例えば、補間回路３０４は、ＦＰＧＡ等のハードウエアにより実現することができる。これにより、図１１（ｃ）の回路規模を低減することができる。
【００６５】
遅延時間演算部１１２と不連続解消用遅延時間生成部１１４は、領域Ａ，Ｂ，Ｃの複数のセグメント節点について求めた遅延時間を、遅延時間メモリ１２３に受け渡す。遅延時間は、一つの受信走査線３１について、超音波素子１０５ごとに設定される。
【００６６】
遅延加算整相部２０４は、遅延時間メモリ１２３からセグメント節点ごとの遅延時間および位置情報を読み出し、区間線形補間演算により、受信走査線上のセグメント節点間の受信整相点の位置の遅延時間を求める。求めた遅延時間を用いて、超音波素子１０５ごとに受信信号を遅延させて整相したのち加算し、整相信号を得る。外側領域Ｂは、曲線９１により連続的に変化する遅延時間が設定されているため、整相信号も連続した値となる。
【００６７】
これを、すべての受信走査線３１について行う。各受信走査線３１の受信整相点について求められた整相信号は、ビームメモリ２０６に格納される。送信ビームの照射位置を変化させながら、上記動作を予め定めた回数繰り返す。
【００６８】
送信間合成部２０５は、同じ受信整相点についての複数の整相信号をビームメモリ２０６から読みだして合成することにより、開口合成を行う。そして、合成後の整相信号を用いて撮像領域の画像を生成する。生成した画像は、フレームメモリ２０７に格納されるとともに、画像処理部１０９に出力される。画像処理部１０９は、必要に応じて画像処理を施した画像を画像表示部１０３に表示させる。
【００６９】
表示される画像は、送信焦点付近においても不連続なアーチファクトが生じず、高精度な画像を表示することができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、下式（９−１）、（９−２）、（１０−１）、（１０−２）を用いて、前方回折波の遅延時間の曲線７２と後方回折波の遅延時間の曲線７３の間を，連続的につなぐ曲線９２（図６の△点を参照）を生成する。
【００７１】
曲線９２は、図６から明らかなように、浅い領域Ｂ１の遅延時間の変化を示す曲線７２と、平面波伝搬に基づいて定められる遅延時間の変化を示す直線７５とを接続する部分（Ｂ１）、および、平面波伝搬の直線７５と、深い領域Ｂ２の遅延時間の変化を示す曲線７３とを接続する部分（Ｂ２）とを有する２段型となっている。
【００７２】
式（９−１）、（９−２）は、いずれも式（３）と同様にシグモイド関数を用いて重み関数を決定する式である。本実施形態では、領域Ｂを送信焦点３３の深さを境に領域Ｂ１とＢ２に分け、それぞれ式（９−１）、（９−２）で重み関数を生成する。なお、式（９−１）、（９−２）において、ｘ１は、領域Ｂの領域Ａ側の端部の深さと、送信焦点３３の深さfocusとの中点の深さであり、ｘ２は、送信焦点３３の深さfocusと、領域Ｂの領域C側の端部の深さとの中点の深さである。なお、式（９−１）、（９−２）、（１０−１）、（１０−２）において、ｘの範囲は、領域Ｂの範囲である。
【００７３】
式（９−１）、（９−２）で求められた重み関数wdoube(x)を用いて，それぞれ式（１０−１）、（１０−２）を演算することにより、前方回折波による遅延時間（飛行時間）TOFedge_near（曲線７２の値）と、平面波伝搬による遅延時間TOFPW（直線７５の値）と、後方回折波による遅延時間（飛行時間）TOFedge_far（曲線７３の値）をそれぞれ重み付けして加算する。これにより、不連続解消用遅延時間生成部１１４は、曲線９２のように、曲線７２に漸近した後、平面波伝搬の直線７５に漸近して横切り、曲線７３に漸近した遅延時間TOFapprox（曲線９２）を生成することができる。
【００７４】
【数９】
2015166869.tif 000011
【００７５】
【数１０】
2015166869.tif 000012
【００７６】
また、ここでも式（１１−１）、（１１−２）のようにすることで、cosine型の関数を用いて、曲線９２のように、曲線７２に漸近した後、平面波伝搬の直線７５に漸近して横切り、曲線７３に漸近した遅延時間TOFapprox（曲線９２）を生成することができる。すなわち、領域Ｂの両端xedge1、xedge2の間を連続的に結ぶ曲線９２を実現することができる。式（１１−１）、（１１−２）において、xedge1、xedge2は図５、図６に示すように、ある走査線上の領域Ｂの両端点の深さ、xfは焦点の深さである。
【数１１】
2015166869.tif 000013
【００７７】
他の構成および作用・効果は、第２の実施形態と同様であるので説明を省略するが、遅延時間演算部１１２および不連続解消用遅延時間生成部１１４は、ソフトウエアにより動作を実現する構成にすることも可能である。また、ハードウエアにより実現する構成にすることも可能である。
【００７８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の超音波撮像装置について説明する。
【００７９】
図１２のように、第４の実施形態の超音波撮像装置は、不連続抽出部１１３を備えている。不連続抽出部１１３は、整相信号等に不連続が生じているかどうかを検出する検出部１１３ａと、不連続度合いが所定値以下になるまで不連続解消用遅延時間生成部１１４が生成する遅延値を変化させる最適係数設定部１１３ｂとを備えている。
【００８０】
不連続抽出部１１３の検出部１１３ａは、遅延加算整相部２０４から送信焦点３３の深さの前後の整相信号を受け取り、図１３（ａ）のように送信焦点３３を挟んだ二つの領域９６，９７を整相信号に設定する。領域９６、９７の深度の幅は、予め定めた値とする。そして、領域９６の整相信号と、領域９７の整相信号との不連続の度合いを示す指標として、両者の相関係数（たとえばpearsonの相関係数もしくは、領域９６、９７の深さ方向の幅のサンプル点数でたたみ込み演算により求めた相互相関関数の最大値などの係数）を算出する。求めた相関係数の数値が予め定めた値（例えば、相関係数の最大値を１．０としたときに０．９５、０．８などの値）以下である場合、検出部１１３ａは、不連続が生じていると判断し、最適係数設定部１１３ｂに最適係数を求める動作を行うように指示する。
【００８１】
また、検出部１１３ａは、相関関数の代わりに、図１３（ｂ）のように、送信焦点３３を含む所定の深度幅の領域９８を整相信号に設定し、領域９８内の整相信号の微分係数や統計量を求めてもよい。求めた微分係数が予め定めた値（例えば、あらかじめ計算しておいた領域ＡやＣなどなめらかな微分係数をもつ領域における微係数の平均値の１０倍の値）以上であれば、所定値より大きい度合いの不連続が生じていると検出部１１３ａは判定する。また、統計量としては、整相信号の分散値や、整相信号によって計算される相関行列のランクを用いることができる。統計量が所望の値に近ければ不連続の度合いが小さく、所望の値から所定値以上離れていれば不連続の度合いが所定値以上であると判定する。
【００８２】
上記検出部１１３ａの動作は、検出部１１３ａを処理部とメモリで構成し、処理部がメモリ内のプログラムを読み込んで実行するソフトウエア処理により実現することができる。
【００８３】
検出部１１３ａが検出した不連続の度合いが所定値よりも大きい場合、最適係数設定部１１３ｂは、図１４に示すフローチャートのように動作し、上記式（３）等で用いた係数αを適切な値に設定しなおす動作を行う。具体的には、まず、最適係数設定部１１３ｂは、係数αの下限値αminと上限値αmaxとを設定する（ステップ３１１）。上限値αmaxと下限値αminは、予め定めた値であってもよいし、制御部１１１がコンソール１１０を介して操作者から受け付けた値であってもよい。
【００８４】
そして、αに下限値αminを設定し、所定の送信条件および受信条件で、制御部１１の制御下で被検体１００またはファントムへ超音波の送受信を行わせる（ステップ３１２）。受信ビームフォーマ１０８は受信ビームフォーミングを行う。検出部１１３ａは、この送受信によって得られた整相信号について、不連続の度合いを検出し、その結果をメモリに格納する（ステップ３１４）。
【００８５】
つぎに、係数αを、α＝α＋δα（ただしδは、予め定めた係数）に設定して、送受信を行って（ステップ３１３）、整相信号の不連続の度合いを検出し、その結果をメモリに格納する（ステップ３１４）。そして、前回の係数αの時の不連続の度合いと、今回の係数α＋δαの時の不連続の度合いを比較し、今回の係数α＋δαの時の方が不連続の度合いが小さければ、α＋δαを暫定最適値としてメモリに格納し、今回の係数α＋δαの方が不連続の度合いが大きければ、前回のαを暫定最適値としてメモリに格納する（ステップ３１５〜３１８）。そして、ステップ３１３に戻り、現在の係数αにδαを加算して、上記ステップ３１４〜３１８を繰り返す。これを、α＋δαがαmax以上になるまで繰り返し行った後（ステップ３１９）、暫定最適値のαをαoptとすることにより、整相信号の不連続の度合いを最も小さくする最適値係数αoptを求めることができる（ステップ３２０）。求めた最適値係数αoptを不連続解消用遅延時間生成部１１４に設定する（ステップ３２１）。
【００８６】
以上により、不連続が生じているかどうかを検出し、さらに、実際の整相信号に不連続が生じない最適な係数αを設定することができるため、遅延値の不連続により整相信号に不連続が生じない条件で送受信を行って画像を生成することができる。
【００８７】
なお、上記最適係数設定部１１３ｂは、実際に送受信を繰り返すことにより最適な係数αoptを求めたが、送信条件（送信焦点３３等）および受信条件（受信走査線の位置等）ごとに予め最適な係数αの値を求め、これを格納したレジスタ１５１（図１５（ｂ）参照）を最適係数設定部１１３ｂとして用いることも可能である。この場合、最適係数設定部１１３ｂは、制御部１１１から受け取った送信条件および受信条件に応じて最適な係数αをレジスタ１５１から読み出して出力する。出力した係数αは、不連続解消用遅延時間生成部１１４に設定する。このとき、不連続解消用遅延時間生成部１１４が、図１１（ｃ）のように、αとｘとの関係を格納したレジスタ３０３を含む場合、図１５（ｂ）のレジスタ１５１と組み合わせて、レジスタ１５１を不連続解消用遅延時間生成部１１４内に配置することも可能である（図１５（ａ）参照）。
【００８８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の超音波撮像装置では、不連続抽出部１１３の検出部１１３ａが、受信ビームフォーマ１０８の生成する画像データを用いて、送信焦点３３の深さ近傍の不連続度合いを検出する。画像データとしては、第４の実施形態の図１２のフレームメモリ２０７に格納された開口合成後の画像データや、画像処理部１０９の画像処理後の画像データを用いる。また、開口合成せずに生成した画像データを用いることも可能である。
【００８９】
検出部１１３ａは、図１６のような画像データについて送信焦点３３近傍の統計量を抽出する。統計量としては例えば画像のエントロピーを用いる。送信焦点３３の近傍の画像のエントロピーが予め定めた値よりも小さい場合、不連続の度合いが予め定めた値以上であると判定する。最適係数設定部１１３ｂは、画像のエントロピーが最大になるように、係数αを設定する。
【００９０】
他の構成は、第４の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【符号の説明】
【００９１】
１００  被検体
１０１  超音波素子アレイ
１０２  超音波撮像装置本体
１０３  画像表示部
１０４  送信ビームフォーマ
１０６  超音波探触子
１０７  送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）
１０８  受信ビームフォーマ
１０９  画像処理部
１１０  コンソール
１１１  制御部
１１２  遅延時間演算部
１１３  不連続抽出部
１１４  不連続解消用遅延時間生成部
１１６  走査線設定部
１２３  遅延時間メモリ
【図１】
2015166869.tif 000014
【図２】
2015166869.tif 000015
【図３】
2015166869.tif 000016
【図４】
2015166869.tif 000017
【図５】
2015166869.tif 000018
【図６】
2015166869.tif 000019
【図７】
2015166869.tif 000020
【図８】
2015166869.tif 000021
【図９】
2015166869.tif 000022
【図１０】
2015166869.tif 000023
【図１１】
2015166869.tif 000024
【図１２】
2015166869.tif 000025
【図１３】
2015166869.tif 000026
【図１４】
2015166869.tif 000027
【図１５】
2015166869.tif 000028
【図１６】
2015166869.tif 000029
【国際調査報告】
2015166869.tif 000030
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