(57)【要約】  高々１本の遅延カーブによって生成させることによって生じる超音波診断装置の画像生成における制約を排除し、より高解像度かつ、高速に撮像ができる超音波診断装置を実現する。  受信信号処理部１２は、受信チャンネルごとに配置された遅延部１３、１４−１，１４−２と、合成部６０とを含む。第１遅延部１３は、送信ビーム３１から生じた受信信号を所定の受信焦点について整相するための第１遅延時間により、受信信号を遅延させる。第２遅延部１４−１は、送信ビーム３１の位相と異なる所定の位相の音波から生じた受信信号を同一の受信焦点について整相するための第２遅延時間により、受信信号を遅延させる。合成部６０は、第１遅延部が生成した第１整相信号と、第２遅延部１４−１が生成した第２整相信号とを加算する。
2016125509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の送信焦点に集束するように所定の位相遅延が施された送信ビームが送信された被検体からの音波を、複数の受信チャンネルで受信した受信信号を処理して整相信号を得る受信信号処理部を有し、
前記受信信号処理部は、前記受信チャンネルごとに２以上配置された遅延部と、合成部とを含み、
前記２以上の遅延部のうち第１遅延部は、前記送信ビームから生じた受信信号を所定の受信焦点について整相するための第１遅延時間により前記受信信号を遅延させ、第２遅延部は、前記送信ビームの位相と異なる所定の位相の音波から生じた受信信号を同一の前記受信焦点について整相するための第２遅延時間により前記受信信号を遅延させ、
前記合成部は、前記第１遅延部が前記遅延により生成した第１整相信号と、前記第２遅延部が前記遅延により生成した第２整相信号とを加算することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信信号処理部は、１回の前記送信ビームの送信に対して、前記被検体の前記送信ビームの送信領域の内側および外側に複数の受信走査線を設定し、前記受信走査線上に前記受信焦点を複数設定されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部は、前記第１整相信号と第２受信信号とを合成する際に、重み付けを行うことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、前記重み付けに用いる重みは、前記受信焦点と、前記送信ビームの送信領域との位置関係により設定されていることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信信号処理部は、前記合成部が前記第１整相信号および前記第２整相信号を加算すべき被検体領域を設定する合成エリア設定部をさらに有し、前記合成部は、前記合成エリア設定部の設定した領域内の前記受信焦点について前記第１整相信号と前記第２整相信号を加算すること特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記送信ビームの形状と送信焦点と、前記受信焦点との位置関係を用いて、前記第１遅延時間と前記第２遅延時間を演算により求める遅延量演算部をさらに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１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信信号処理部は、前記受信チャンネルごとに前記第１遅延部が遅延させた前記第１整相信号を前記受信チャンネル間で加算する第１加算部と、前記受信チャンネルごとに前記第２遅延部が遅延させた前記第２整相信号を前記受信チャンネル間で加算する第２加算部とを有し、前記合成部は、前記第１加算部が加算後の前記第１整相信号と前記第２加算部が加算後の前記第２整相信号とを合成することを備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部は、所定の前記受信チャンネルに配置された、前記第１遅延部の出力する前記第１整相信号と、前記第２遅延部の出力する前記第２整相信号とを加算するものであり、
前記受信信号処理部は、前記合成部が加算した整相信号を前記受信チャンネル間でさらに加算する加算部を備え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であって、前記受信信号処理部は、前記合成部の前段および後段の一方に信号の包絡線検波を行う包絡線検波部を備え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であって、前記受信信号処理部は、前記合成部の前段および後段の一方に前記整相信号の包絡線検波を行う包絡線検波部を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
所定の送信焦点に集束するように所定の位相遅延が施された送信ビームを被検体に送信し、
被検体からの音波を、複数の受信チャンネルで受信し、
前記受信チャンネルで受信した受信信号を、前記送信ビームから生じた受信信号を所定の受信焦点について整相するための第１遅延時間により遅延させるとともに、前記受信信号を、前記送信ビームの位相と異なる所定の位相の音波から生じた受信信号を同一の前記受信焦点について整相するための第２遅延時間により遅延させ、
前記第１遅延時間による遅延で得た第１整相信号と、前記第２遅延時間による遅延で得た第２整相信号とを加算することを特徴とする超音波信号の処理方法。
【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散型送信と、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】
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。【００１０】
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、探触子の両端からそれぞれ放射された球面波の進行方向が交差するため、探触子の左端からの球面波および右端からの球面波の一方から他方へ、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。【００１１】
超音波診断装置においては、特許文献１の技術を含め、一般的には受信走査線ごとに高々１つの遅延カーブを用いて遅延加算処理を行っている。集束型送信の場合、遅延カーブは焦点深さ付近で不連続になる。結果として、生成される超音波画像の画素値が送信焦点付近での不連続となり、送信焦点深さ付近でアーチファクトを生じさせることがある。【００１２】
発明の目的は、高々１本の遅延カーブによって生成させることによって生じる超音波診断装置の画像生成における制約を排除し、より高解像度かつ、高速に撮像ができる超音波診断装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超音波撮像装置は、所定の送信焦点に集束するように所定の位相遅延が施された送信ビームが送信された被検体からの音波を、複数の受信チャンネルで受信した受信信号を処理して整相信号を得る受信信号処理部を有する。受信信号処理部は、受信チャンネルごとに２以上配置された遅延部と、合成部とを含む。２以上の遅延部のうち第１遅延部は、送信ビームから生じた受信信号を所定の受信焦点について整相するための第１遅延時間により、受信信号を遅延させる。第２遅延部は、送信ビームの位相と異なる所定の位相の音波から生じた受信信号を同一の受信焦点について整相するための第２遅延時間により、受信信号を遅延させる。合成部は、第１遅延部が遅延により生成した第１整相信号と、第２遅延部が遅延により生成した第２整相信号とを加算する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、送信ビームのみならず、送信ビームとは位相の異なる音波による受信信号についても整相信号を得て、両者を用いて画像を生成できるため、画質が高解像度化する。また送信ビームの外側についても、整相信号を得られるため、高速撮像を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】送信ビーム（直接波）３１と非直接波３３−１，３３−２を説明する説明図。
【図２】（ａ）送信ビーム３１と音軸３６ａを示す説明図、（ｂ）音軸３６ａの深さ方向の各位置に到達する波形を時間ごとに示すグラフ。
【図３】第１の実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。
【図４】送信ビーム３１の形状と、複数の受信走査線とを示す説明図。
【図５】第２の実施形態の超音波撮像装置の受信信号処理部の構成を示すブロック図。
【図６】（ａ）第２の実施形態の直接波用および非直接波用のマスクの例を示す説明図、（ｂ）直接波用および非直接波用の重み分布を示す説明図。
【図７】（ａ）第２の実施形態のＲＦ信号処理部１５の後段に包絡線検波部とＬＯＧ圧縮部を配置した構成を示すブロック図、（ｂ）ＲＦ信号処理部１５の前段に包絡線検波部を、後段にＬＯＧ圧縮部を配置した構成を示すブロック図、（ｃ）ＲＦ信号処理部１５の前段に包絡線検波部とＬＯＧ圧縮部を配置した構成を示すブロック図。
【図８】（ａ）および（ｂ）第２の実施形態の直接波による整相信号と非直接波による整相信号とを重畳させる領域を示す説明図。
【図９】第１の実施形態の超音波診断装置の動作を示すフローチャート。
【図１０】第２の実施形態の超音波診断装置の動作を示す説明図。
【図１１】第２の実施形態の超音波診断装置の動作をハードウエアで実現する場合の装置構成を示すブロック図。
【図１２】第２の実施形態の超音波診断装置の動作をソフトウエアで実現する場合の装置構成を示すブロック図。
【図１３】（ａ）送信ビーム３１と受信走査線３６を示す説明図、（ｂ）音軸に一致した受信走査線上の各位置に直接波と非直接波が届く時間（伝搬距離）を示すグラフ、（ｃ）および（ｄ）音軸から離れた受信走査線上の各位置に直接波と非直接波が届く時間と、仮想音源法による遅延時間を示すグラフ。
【図１４】第３の実施形態の合成部６０の位置を示すブロック図。
【図１５】（ａ）第３の実施形態で合成エリア設定部５８を配置する場合のブロック図、（ｂ）第３の実施形態で重み付け部５９を配置する場合のブロック図。
【図１６】比較例のパラレルビーム処理で複数の受信走査線について整相信号（ＬＲＩ）を得る構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（本発明の原理）
まず、本発明の原理について説明する。図１のように、超音波撮像装置は、超音波素子アレイ１０１の複数の送信チャンネル１０５から、所定の送信焦点３０に集束するように所定の遅延量ずつ位相を遅延させた超音波を送信する。これにより、複数の送信チャンネル１０１から送信された超音波が干渉して干渉波（送信ビーム３１）が形成される。送信ビーム３１の波面は、波面３２である。また、被検体内には、送信ビーム３１とは位相の異なる回折波（球面波）３３−１，３３−２も伝搬している。回折波３３−１、３３−２は、ここではそれぞれ超音波素子アレイの両端の送信チャンネル１０５−１、１０５−２から送信された音波を、一例として以下の説明に用いる。なお、送信焦点３０への集束のために位相遅延をさせた超音波（送信ビーム）３１を、「直接波」とも呼ぶ。また、送信ビーム（直接波）３１とは位相の異なる回折波（球面波）３３−１，３３−２を、「非直接波」とも呼ぶ。また、非直接波３３−１，３３−２の両方またはいずれか一方を、非直接波３３と呼ぶ。
【００１８】
図２（ａ）は、それぞれ超音波素子アレイ１０１から送信された送信ビーム（直接波）３１と、その中心軸（音軸）３６ａを示す。図２（ｂ）は、送信ビーム３１の音軸３６ａの各深さに、送信後の所定時刻（３２，４０，４８，５５．６，および６４μｓ）後に到達する直接波３１と非直接波３３の波形をシミュレーションにより求めた結果を示している。送信焦点３０の深さは、８０ｍｍである。図２（ｂ）から、同一時刻に、異なる深さに２つの波形が組になって存在することが分かる。同一時刻の波形の組のうち、送信焦点３０に近い方の波が直接波３１で、送信焦点３０から遠い方の波が非直接波３３である。送信焦点３０（時刻５５．６μｓ）においては、直接波３１と非直接波３３は同一時刻に到達し、１つの音圧波形を形成している。図２（ｂ）の非直接波３３は、音軸３６ａ上で図１の非直接波３３−１，３３−２が重畳した波形である。
【００１９】
図２（ｂ）より、音軸３６ａ上では送信焦点３０を除いた各深さで、２つの波（直接波３１と非直接波３３）が実際に伝搬しており、それらの音圧は、同程度のオーダであることが確認できる。なお、図２（ｂ）は、音軸３６ａ上の波形であるため、非直接波３３−１，３３−２が重畳して非直接波３３となっているが、音軸３６ａから離れた位置では、直接波３１と、非直接波３３−１と、非直接波３３−２の３種類が伝搬している。
【００２０】
従来の超音波撮像装置では、直接波３１のみが整相される遅延時間を用いてビームフォーミングを行うため、直接波３１の情報のみを用いて画像が生成され、非直接波３３−１，３３−２の情報は画像生成には用いられていない。本発明では、直接波３１のみならず、非直接波３３−１、３３−２の少なくとも一方の情報を用いて画像生成を行うことにより、画像の解像度を向上させ、かつ、高速な画像生成を可能にする。
【００２１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の超音波診断装置は、図３に示すように、受信チャンネルごとに２以上の遅延部１３，１４を含む受信信号処理部１２を用いる。２以上の遅延部１３、１４のうち第１遅延部１３は、所定の第１遅延時間により受信信号を遅延させることにより、送信ビーム（直接波）３１から生じた受信信号を所定の受信焦点３５について整相する。第１遅延時間は、直接波３１の被検体による反射波の受信信号を整相するように設定されている。第２遅延部１４は、受信信号を第２遅延時間により遅延させることにより、送信ビーム３１の位相とは異なる所定の位相の音波（非直接波）３３から生じた受信信号を受信焦点３５について整相する。第２遅延時間は、非直接波３３−１、３３−２のうちの一方の反射波の受信信号を整相するように設定されている。
【００２２】
さらに、超音波撮像装置は、第１遅延部１３が遅延により生成した第１整相信号と、第２遅延部１４が遅延により生成した第２整相信号とを合成部により加算する。加算後の整相信号を用いて画像を生成することにより、直接波３１のみならず、非直接波３３の情報を用いて画像を生成することができる。
【００２３】
このように、本実施形態の超音波撮像装置は、受信信号から直接波３１による情報と非直接波３３による情報を抽出するために、受信焦点３５に対して受信信号を整相する処理を利用する。直接波３１（波面３２）に対して非直接波３３−１、３３−２は、図１のように波面３４−１，３４−２が異なるため、位相が異なる。そのため、超音波アレイ１０１の受信チャンネルで受信した受信信号に含まれる直接波３１による受信信号と、非直接波３３−１、３３−２による受信信号とは、位相が異なる。すなわち、ある受信焦点３５について、直接波３１の反射波の受信信号を整相するための第１遅延時間は、非直接波３３−１、３３−２の反射波の受信信号を整相するための第２遅延時間と異なる値となる。よって、受信チャンネルごとに２つもしくそれ以上の遅延部１４，１５を配置し、第１遅延部１４においては、直接波３１の反射波の受信信号を整相するための第１遅延時間を用いて遅延処理を行うことにより、直接波３１による受信信号を抽出できる。また、第２遅延部１５では、非直接波３３−１および３３−２のうちの一方の反射波の受信信号を整相するための第２遅延時間を用いて遅延処理を行うことにより、非直接波３３−１または３３−２による受信信号を抽出することができる。
【００２４】
本実施形態では、直接波３１による受信焦点の情報と非直接波３３による受信焦点の情報の両方を用いることができるため、高解像度かつ、高速に撮像ができる。また、直接波３１のみを用いた場合に、遅延時間の深さ方向についての変化が、送信焦点付近の不連続になることに起因するアーチファクトを、直接波３１および非直接波３３の両方を用いることで抑制することができる。
【００２５】
新たに非直接波３１を用いることで、直接波３１のみでは画像化することの出来なかった領域の画像化が出来るため、一度の音波送信によって得られる画像化領域が広くなるため、単位時間あたりの画像描画量を上げることができる。即ち超音波画像の高速撮像が可能になる。また、従来直接波３１だけで画像化していた撮像点（受信焦点）を非直接波３３をもちいて同時に撮像することができるため、高々１波の送信でありながら、複数の方向から到来する音波を用いてある一つの撮像点を描出する、というマルチルック撮像が可能となる。そのため、高解像度の画像を得ることができる。後段の開口合成処理はマルチルック撮像の一つであるが、本方式を用いることで、２段階のマルチルック撮像が可能となり、より高解像度の画像を得ることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態の超音波撮像装置では、直接波３１および非直接波３３−１，３３−２のいずれかが到達する領域であれば整相信号を生成することができる。よって、図４のように、直接波（送信ビーム）３１が送信される領域の内側のみならず外側にも受信走査線３６を設定して受信走査線３６上の受信焦点の整相信号を得ることができる。これにより、受信信号処理部１２は、１回の送信ビーム３１の送信に対して、複数の受信走査線を設定して、複数の受信走査線上の複数の受信焦点について整相信号を生成できるため、高速に画像を生成できる。
【００２７】
図１および図２には、上記説明した以外の構成も含まれるが、第１の実施形態の超音波撮像装置はこれらの構成を備えていなくてもよい。上記説明した以外の構成については、第２の実施形態の超音波撮像装置の構成として説明する。
【００２８】
（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以下説明する。第２の実施形態の超音波撮像装置は、図５のように、３つの遅延部１３，１４−１，１４−２を備え、直接波３１、非直接波３３−１，３３−２についてそれぞれ整相処理を行う。第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成は、同一の符号を付している。
【００２９】
図３に示すように、第２の実施形態の超音波撮像装置は、超音波探触子１１６と、送信ビームフォーマ１０４と、受信信号処理部１２と、整相パラメータ演算部１６と、画像処理部１０９と、制御部１１１と、コンソール１１０と、画像表示部１０３とを備えている。超音波探触子１１６には、超音波素子を配列した超音波素子アレイ１０１が備えられている。超音波探触子１１６と、送信ビームフォーマ１０４および受信信号処理部１２との間には、送受信分離回路（Ｔ／Ｒ）１０７が配置されている。送受信分離回路１０７と受信信号処理部１２との間には、アナログ／デジタルコンバータ１１が配置されている。
【００３０】
コンソール１１０は、送信焦点３０の位置、送信周波数、送信回数、撮像範囲等の入力を操作者から受け付ける。また、コンソールでは操作者は撮像モードや撮像部位設定、アプリケーション設定などの具体的な操作者目的と連動した設定を受け付けるようになっていて、コンソール１１０からの撮像モードや撮像部位設定、アプリケーション設定の入力に従って、制御部１１１で具体的な送信周波数、送信回数、撮像範囲がそれぞれの入力設定に対応して決定されるような形態でも良い。すなわち、送信周波数、送信回数、撮像範囲は操作者に対しては暗黙的に設定される形態でも良い。
【００３１】
送信ビームフォーマ１０４は、制御部１１１から受け取った送信焦点３０の位置に超音波が集束するように、送信チャンネルごとに位相を遅延させた送信信号を生成し、超音波素子アレイ１０１の各送信チャンネル１０５に受け渡す。これにより、超音波素子アレイ１０１の複数の送信チャンネル１０５からそれぞれ超音波が送信され、干渉して送信ビーム（直接波）３１を形成し、この送信ビーム３１が被検体の撮像範囲を伝搬する。同時に、超音波素子アレイ１０１の両端の送信チャンネル１０５−１、１０５−２から送信された超音波のうち、送信ビーム３１の形成に寄与しない部分が回折波（非直接波）３３−１，３３−２として、被検体の撮像範囲を伝搬する。
【００３２】
受信信号処理部１２は、図３および図５のように、受信ビームフォーマ１０８と、ＲＦ信号処理部１５と、受信焦点メモリ５５と、ＬＲＩ（低解像度画像）メモリ５６と、合成用メモリ５７とを含む。
【００３３】
受信ビームフォーマ１０８は、第２の実施形態では、図５に示すように、第１遅延部１３と、２つの第２遅延部１４−１，１４−２を備えている。これら３つの遅延部１３，１４−１，１４−２は、遅延回路セット５１，５２−１、５２−２と、加算部５３，５４−１，５４−２をそれぞれ備えている。遅延回路セット５１，５２−１、５２−２は、超音波素子アレイ１０１の受信チャンネル１０６の数（Ｋ）と等しい数（Ｋ）の遅延回路をそれぞれ含む。Ｋ個の遅延回路は、Ｋ個の受信チャンネル１０６の出力する受信信号をそれぞれ受信焦点メモリ５５に受信焦点ごとに格納された遅延時間だけ遅延させる。加算部５３、５４−１，５４−２は、それぞれ遅延回路セット５１，５２−１、５２−２のＫ個の遅延回路の出力を加算する。
【００３４】
遅延回路セット５１，５２−１、５２−２および加算部５３、５４−１，５４−２は、遅延部１３，１４−１，１４−２に一つ備えられていれば足りるが、本実施形態では、複数（Ｎ本）の受信走査線について、並列に整相処理を行うために、Ｎ個の遅延回路セット５１，５２−１，５２−２とＮ個の加算部５３、５４−１，５４−２を遅延部１３、１４−１、１４−２内に備えている。
【００３５】
また、複数（Ｎ本）の受信走査線は、時間分割を用いて生成されてもよい。すなわち、Ｎ個より少ないＬ個の遅延回路セット５１，５２−１，５２−２とＬ個の加算部５３、５４−１，５４−２を遅延部１３、１４−１、１４−２内に備えており、一度ある受信走査線の演算が行われた遅延回路、および加算部は、次の受信データが受信されるまでにブランク時間がある限りにおいて繰り返して使用することができ、再度異なる受信走査線の遅延演算および加算演算を行っても良い。
【００３６】
受信焦点メモリ５５は、予め別途求めておいた遅延時間が予め格納されている構成とすることも可能であるが、本実施形態では、後述するマルチライン受信フォーカス演算部１７が演算により求めた遅延時間が、受信走査線の受信焦点ごとに格納される。
【００３７】
ＬＲＩメモリ５６は、遅延部１３、１４−１、１４−２ごとのＮ個の加算部５３、５４−１，５４−２が各受信焦点について順次出力する整相信号を、Ｎ本の受信走査線に対応させて順次格納する。これにより、遅延部１３、１４−１、１４−２ごとに、１回の送信について、Ｎ本の受信走査線上の所定数の受信焦点の整相信号が格納され、一つのＬＲＩ（低解像度画像）が格納される。すなわち、遅延部１３の出力する整相信号から直接波３１による低解像度画像６５が格納され、遅延部１４−１，１４−２のそれぞれ出力する整相信号から非直接波３３−１，３３−２による低解像度画像６６−１，６６−２が格納される。
【００３８】
１回の送信について、遅延部１３、１４−１、１４−２ごとに一つの低解像度画像６５、６６−１，６６−２がＬＲＩメモリ５６に格納されると、ＲＦ信号処理部１５は、直接波３１について整相信号と、直接波３３−１，３３−２についての整相信号とを加算することができる。本実施形態では、さらに送信間開口合成処理を行うため、図５のように、送信間開口合成に必要なＭ回の送信分の低解像度画像６５、６６−１，６６−２を格納するように構成している。
【００３９】
ＲＦ信号処理部１５は、合成エリア設定部５８と、重み付け部５９と、合成部６０と、送信間開口合成部６１とを含む。合成用メモリ５７は、整相信号（低解像度画像）を合成すべきエリアを定めるマスクを格納するマスクメモリ６２と、対応する受信焦点の整相信号（低解像度画像）を加算する際の重みを格納する重みメモリ６３と、送信間開口合成時の送信間の重みを格納する送信間開口合成メモリ６４とを含む。
【００４０】
マスクメモリ６２には、例えば図６（ａ）のように直接波用マスク６７および非直接波用マスク６８−１，６８−２が格納されている。重みメモリ６３には、例えば低解像度画像の位置に応じて異なる重みが、例えば図６（ｂ）のように直接波用重み分布７０および非直接波用重み分布７１−１，７１−２が格納されている。
【００４１】
合成エリア設定部５８は、マスクメモリ６２から読み出したマスク６７，６８−１，６８−２をそれぞれ対応する低解像度画像６５、６６−１，６６−２に設定する。重み付け部５９は、合成エリア設定部５８がマスク６７，６８−１，６８−２を設定した領域内の低解像度画像６５、６６−１，６６−２の整相信号を、重みメモリ５９に格納されている重み対応する位置の重み分布７０、７１−１，７１−２によって重み付けする。合成部６０は、重み付け部５９が重み付けした低解像度画像６５、６６−１，６６−２の整相信号を、対応する受信焦点同士でそれぞれ加算する。これによって、直接波３１による整相信号と非直接波３３−１，３３−２による整相信号とが合成された画像が生成される。合成後画像は、合成部６０内の内蔵するメモリに格納する。合成エリア設定部５８、重み付け部５９、および、合成部６０は、これらの処理をＭ回の送信分の低解像度画像についてそれぞれ行い、Ｍ回送信分のＭ個の合成後画像を得る。
【００４２】
また、合成エリア設定部５８によるマスク設定が終わった後にＬＲＩメモリ５６に一時的にマスク設定後データを格納しても良い。また同様に重み付け部５９で重み付けした後の低解像度画像を一時的にＬＲＩメモリに格納しても良い。これらのＬＲＩメモリに格納された中間データを都度読み出して、合成部６０においてＭ回の送信分のＭ個の低解像度画像の合成を行っても良い。また、合成部６０において合成されたＭ個の低解像度画像も、一時的にＬＲＩメモリに格納される形態をとっても良い。
【００４３】
送信間合成部６１は、送信間開口合成メモリ６４に格納されている送信ごとの重みを読み出し、合成部６０内のメモリもしくはＬＲＩメモリ５６に格納されているＭ回の送信分の合成後画像をそれぞれ重み付けし、加算することにより、送信間開口合成を行う。
【００４４】
また、送信間合成部６１においては、１回の送信ごとの合成後の低解像度画像を送信ごとに重み付け、加算し、加算した後の中間加算画像のみをメモリに保持する形をとってもよい。この中間画像に対して、次の送信の合成後の低解像度画像を重み付け、加算する処理をＭ回繰り返し、送信ごとに更新される部分だけの演算を行い、Ｍ個の合成後画像を合成する。このような処理を行うことで、あらかじめＭ個の合成後画像を蓄えておかねばならなかったメモリ領域を、高々１つの中間画像のみを保持しておけば良いことになり、当該箇所のメモリ量を１／Ｍに低減することができる。
【００４５】
ＲＦ信号処理部１５は、図５の構成以外に、さらに図７（ａ）のように、包絡線検波部６７と、ＬＯＧ圧縮部６８とを備えている。開口合成後の画像（整相信号）は、まだ送信時の周波数成分を含んでいるので、包絡線検波部６７で包絡線検波を行い、ＬＯＧ圧縮部６８においてＬＯＧ圧縮を行う。得られた画像（整相信号）は、画像処理部１０９に受け渡される。
【００４６】
画像処理部１０９は、制御部１１１の制御下で所定の画像処理を施し、画像表示部１０３に表示させる。
【００４７】
一方、整相パラメータ演算部１６は、マルチライン受信フォーカス演算部１７と、合成エリア演算部１８と、合成重み演算部１９とを備えている。
【００４８】
制御部１１１内には、送信焦点３０の位置、送信周波数、撮像範囲、送信回数等の送信条件を制御部１１１から受け取って、送信ビーム（直接波）３１の幾何学的形状および位置を演算により求める送信ビーム形状算出部２０を備えている。マルチライン受信フォーカス演算部１７は、送信ビーム形状算出部２０から送信ビーム形状を受け取って、送信ごとに複数の受信走査線を撮像範囲内に設定し（図４参照）、受信走査線上に所定の間隔で複数の受信焦点を設定する。そして、設定した受信走査線のそれぞれの受信焦点に対して受信信号を整相するための直接波３１用の遅延時間、非直接波３３−１用の遅延時間、非直接波３３−２用の遅延時間の３種類を演算により求める。具体的には、直接波３１用の遅延時間は、送信焦点３０を仮想的な音源として遅延時間を求める公知の仮想音源法など、幾何的な音波伝搬モデルに基づく近似計算方式により遅延時間を算出する。非直接波３３−１用の遅延時間は、超音波素子アレイ１０１の一方の端部の送信チャンネル１０５−１を音源として広がる球面波についての公知の遅延時間の算出方法により算出する。非直接波３３−２用の遅延時間は、超音波素子アレイ１０１の他方の端部の送信チャンネル１０５−２を音源として広がる球面波についての公知の遅延時間の算出方法により算出する。算出した遅延時間は、フォーカスメモリ５５に格納される。
【００４９】
合成エリア演算部１８は、送信ビーム形状算出部２０が算出した送信ビーム３１の幾何学的形状と、合成すべき領域とに基づいて、直接波用マスク６７および非直接波用マスク６８−１，６８−２を生成する。合成すべき領域は、直接波３１の整相信号と、非直接波３３−１，３３−２とを合成すべき領域であり、例えば、図８（ａ）、（ｂ）のように、予め定めておいた合成すべき領域８１，８２，８３のいずれかを選択して用いることができる。また、操作者から合成すべき領域８１，８２，８３の選択を受け付けることも可能であるし、任意の形状を合成すべき領域として操作者から受け付けて用いてもよい。
【００５０】
例えば、合成エリア演算部１８は、図８（ａ）の送信焦点３０の周囲の領域８１においては、直接波３１の整相信号と非直接波３３−１，３３−２とが合成され、領域８１の外であって送信ビーム３１の幾何学的形状の内側領域においては、直接波３１の整相信号のみが用いられ、領域８１の外であって送信ビーム３１の幾何学的形状の外側領域においては、非直接波３３−１，３３−２の整相信号が用いられるか、あるいはどの整相信号も用いられないように、直接波用マスク６７および非直接波用マスク６８−１，６８−２の形状を設定する。設定したマスク６７、６８−１，６８−２は、マスクメモリ６２に格納される。
【００５１】
また例えば、図８（ｂ）のように、送信ビーム３１の形状内でかつ送信焦点３０に近い領域８２では直接波３１の整相信号と非直接波３３−１，３３−２とが合成され、それ以外の領域では、図８（ａ）の場合と同様に、直接波３１または非直接波３３−１，３３−２の整相信号が用いられるように直接波用マスク６７および非直接波用マスク６８−１，６８−２の形状を設定することができる。さらに、図８（ｂ）の領域８３のように、送信ビーム３１の形状の外側で、かつ、送信焦点３０に近い領域では直接波３１の整相信号と非直接波３３−１，３３−２とが合成されるように直接波用マスク６７および非直接波用マスク６８−１，６８−２の形状を設定してもよい。
【００５２】
重み演算部１９は、送信ビーム３１の幾何学的形状や、送信焦点３０と受信焦点との距離に応じた重み付け関数等の予め定めておいた重み演算方法を用いて、重みの値と、その重み値を適用する領域との関係を示す直接波用重み分布７０および非直接波用重み分布７１−１，７１−２を設定する。求めた重み分布７０，７１−１，７１−２は、重みメモリ６３に格納する。
【００５３】
つぎに、本実施形態の超音波撮像装置の撮像時の動作について、図９および図１０を用いて説明する。
【００５４】
まず、制御部１１１は、コンソール１１０を介して送信焦点３０の位置、送信周波数、撮像範囲、送信回数等の送受信条件を受け付ける（ステップ１３１）。制御部１１１の送信ビーム形状算出部２０は、ステップ９１で受け付けた条件を元に送信ビーム３１の形状を算出する（ステップ１３２）。マルチライン受信フォーカス演算部１７と合成エリア演算部１８と合成重み演算部１９は、ステップ９２で算出した送信ビーム３１の形状等を用いて、所定数（Ｎ本）の受信走査線３６を設定し（図４参照）、各受信走査線３６上に複数の受信焦点を設定し、各受信焦点について３種類の遅延時間、３種類のマスク６７，６８−１，６８−２、合成重み分布７０，７１−１，７１−２を算出し、それぞれフォーカスメモリ５５、マスクメモリ６２、重みメモリ６３に格納する（ステップ１３３、１３４）。
【００５５】
制御部１１１は、送信焦点３０の位置、送信周波数、送信回数等の送信条件を送信ビームフォーマ１０４に受け渡し、超音波素子アレイ１０１の送信チャンネル１０５から超音波を送信させる（ステップ１３５）。
【００５６】
超音波素子アレイ１０１の受信チャンネル１０６は、ステップ１３５の送信により生じた被検体からの音波を受信し、受信信号を出力する（ステップ１３６）。
【００５７】
受信信号処理部１２の第１の遅延部１３のＮ個の遅延回路セット５１は、それぞれ内蔵するＫチャンネルの遅延回路で、受信チャンネル１０６ごとに受信信号を遅延させた後、加算部５３によりチャンネル間で加算することにより、直接波３１による整相信号（ＲＦデータ）を得る。このとき、遅延時間は、フォーカスメモリ５５に受信走査線ごとに格納されている直接波３１用の遅延時間を用いる。同様に、第２の遅延部１４−１、１４−２においても遅延及び加算が行われ、非直接波３３−１，３３−２による整相信号（ＲＦデータ）を得る（ステップ１３７）。求めた直接波３１による整相信号および非直接波３３−１，３３−２による整相信号はそれぞれ、受信走査線ごとにＬＲＩメモリ５６に格納される（ステップ５６）。これにより、直接波３１による低解像度画像６５、非直接波３３−１，３３−２による低解像度画像６６−１，６６−２が格納される。Ｍ回の送信のたびに、ステップ１３６〜１３８を繰り返す。
【００５８】
合成エリア設定部５８は、整相信号（低解像度画像６５，６６−１，６６−２）に対して、マスク６７、６８−１，６８−２をそれぞれ設定し、直接波３１による整相信号と、非直接波３３−１，３３−２による整相信号を加算してもよい領域を設定する（ステップ１３９）。マスク６７、６８−１，６８−２は、マスクメモリ６２から読み出して用いる。
【００５９】
重み付け部５９は、マスク後の整相信号３１，３３−１，３３−２を重み付けする（ステップ１４０）。重み値は、重みメモリ６３の重み分布７０、７１−１，７１−２の値を用いる。
【００６０】
また、送信間合成部６１においては、１回の送信ごとの合成後の低解像度画像を送信ごとに重み付け、加算し、加算した後の中間加算画像のみをメモリに保持する形をとってもよい。この中間画像に対して、次の送信の合成後の低解像度画像を重み付け、加算する処理をＭ回繰り返し、送信ごとに更新される部分だけの演算を行い、Ｍ個の合成後画像を合成する。この場合、ある送信の受信データにおいて、ステップ１３６からステップ１４２までが連続的に実施され、ステップ１３６〜ステップ１４２までをＭ回繰り返す（図９破線のループ）。このような処理を行うことで、あらかじめＭ個の合成後画像を蓄えておかねばならなかったメモリ領域を、高々１つの中間画像のみを保持しておけば良いことになり、当該箇所のメモリ量を１／Ｍに低減することができる。
【００６１】
合成部６１は、重み付け後の直接波３１による整相信号（低解像度画像６５）と、非直接波３３−１，３３−２による整相信号（低解像度画像６６−１、６６−２）とを加算して合成する（ステップ１４１）。ステップ１３９〜１４１をＭ回送信のすべての整相信号（低解像度画像）について繰り返す。
【００６２】
送信間開口合成部６１は、Ｍ回の送信ごとの合成後の整相信号（低解像度画像）を重みメモリ６４の重みで重み付けした後、加算することにより、送信間開口合成後の整相信号（画像）を得る（ステップ１４２）。得られた整相信号に包絡線検波およびＬＯＧ圧縮を行った後、画像処理部１４３に受け渡す（ステップ１４３）。画像処理部１４３は、所望の画像処理を行った後、画像表示部１０３に表示させる。
【００６３】
表示される画像は、直接波３１による情報と非直接波３３−１，３３−２による情報が合成部６０において合成されており、さらに、送信間開口合成も施されているため、高解像度である。また、受信走査線を１回の送信の複数本設定できるため、少ない送信回数で、高解像度画像を得ることができ、高速撮像が可能である。
【００６４】
上述してきた第２の実施形態の超音波診断装置を、ハードウエアで実現する場合の構成を図１１に示す。送信ビームフォーマは、集積回路（Ｔｘ−ＩＣ）により構成し、デジタルアナログコンバータ２１１を介して、超音波探触子１１６に接続する構成とする。遅延部１３、１４−１、１４−２は、１以上の集積回路２００（Ｒｘ−ＩＣ）により構成する。集積回路２００（Ｒｘ−ＩＣ）は、所定のチャンネル数の遅延回路セット５１と、遅延回路セット５１の出力を加算する加算部５３とを備えている。また、ＫチャンネルをＫよりも少ない数であるＪ個の集積回路２００（Ｒｘ−ＩＣ）の並列配置によって、遅延部１３、１４−１、１４−２を構成できる。遅延部１３−１，１４−１、１４−２はそれぞれの集積回路２００の内部のロジック回路（Ｒｘ−ＩＣ）により構成できる。集積回路２００（Ｒｘ−ＩＣ）の出力は、それぞれカスケードもしくはデイジーチェイン接続され、Ｋ個のチャンネルのＮ個の受信ビームとして、後段の集積回路１５(RF process IC)へ渡される。
【００６５】
集積回路１５(RF process IC)は、合成エリア設定部５８、重み付け部５９、合成部６０、送信間開口合成部６１として動作する回路を内蔵している。これら集積回路（Ｒｘ−ＩＣ）および集積回路(RF process IC)は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を用いることができる。
【００６６】
また、画像処理部１０９、整相パラメータ演算部１６、メモリ５５，５７の機能は、ＣＰＵ２１２とメモリ２１３と記憶部２１４により実現することができる。すなわち、ＣＰＵ２１２が記憶部２１４に予め格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、図９のステップ１３２〜１３４の動作を実現するように構成する。
【００６７】
また、第２の実施形態の超音波診断装置を、ソフトウエアで実現する場合の構成を図１２に示す。図１２のように、超音波診断装置は、探触子１１６と、ＣＰＵ（またはＧＰＵまたはＣＰＵとＧＰＵの双方）２２１と、メモリ５５，５６，５７と、記憶部２２３とを有し、ＣＰＵ２２１が記憶部２２３に格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、図９の各ステップを実現する。これにより、ソフトウエアによって、送信ビームフォーマ１０４と受信信号処理部１２と制御部１１１と整相パラメータ演算部１６を実現することができる。
【００６８】
本実施形態により、直接波３１による情報と非直接波３３−１，３３−２による情報を合成部６０で合成することができる効果について、図１３（ａ）〜（ｄ）を用いて詳しく説明する。図１３（ａ）は、送信ビーム（直接波）３１の形状と、送信焦点３０と、３本の受信走査線３６を示し、図１３（ｂ）〜（ｄ）は、送信ビーム３１を送信後の１００個程度の送信チャンネルからの直接波と非直接波の到達時刻を深さごとに示したグラフであり、縦軸は、到達時刻（＝伝搬距離）、横軸は超音波素子アレイ１０１からの深さを示す。
【００６９】
図１３（ｂ）は、音軸に一致した受信走査線３６上の各位置に、直接波と非直接波が到達する時刻を示している。図１３（ｂ）のように、超音波素子アレイ１０１に近い位置では、まず、直接波３１が到達し、非直接波３３は大きく遅れて到達している。しかし、位置が深くなるにつれて、直接波３１と非直接波３３の到達時刻の差が急激に小さくなり、送信焦点３０では、同一時刻に到達していることがわかる。しかしながら、送信焦点３０以外の位置では、送信チャンネル１０５の一つ一つから送信された音波の到達時間はばらついており、到達時間に幅があるため、直接波３１の到達時間に合わせた遅延時間では整相することができないが、本実施形態では、非直接波３３−１，３３−２に合わせた遅延時間で遅延部１４−１，１４−２が整相を行うため、非直接波３３−１，３３−２も整相することができる。
【００７０】
また、図１３（ｃ）、（ｄ）は、音軸から離れた位置の受信走査線３６上の各位置について、直接波と非直接波の到達時刻を示している。受信走査線３６が音軸から離れるほど、音波の到達時刻のばらつきは大きくなることがわかる。また、送信ビーム３１の外側の領域１４１においては、直接波３１は到達せず、仮想音源法で求めた遅延時間１４０は、送信焦点３０付近で不連続になっている。すなわち一般的にはこの領域は画像化に用いることができない。
【００７１】
図１３（ｃ），（ｄ）の両方を見ると、領域１４１においても、非直接波３３−１，３３−２は伝搬している。したがって、上述の実施形態のように、領域１４１においては、非直接波３３−１，３３−２をそれぞれの到達時刻に応じて定めた遅延時間で整相することにより受信ビームフォーミング（整相加算）を行うことができる。
【００７２】
また、超音波画像の焦点３０前後での連続性を担保するために、領域１４１では図１３（ｃ）、（ｄ）のように近似により求めた遅延時間１４２を送信ビーム３１の遅延時間の代替として用いてもよい。
【００７３】
上述の実施形態では、非直接波３３−１，３３−２を超音波素子アレイ１０１の両端に位置する送信チャンネル１０５−１、１０５−２により発せられた音波として代表させているが、音波は空間的なエネルギー密度をもっているので、エネルギーの大きい非直接波を求め、その到達時刻から遅延時間を定めてもよい。
【００７４】
また、エネルギー密度の大きい箇所は両端の素子を仮定した非直接波３３−１、３３−２からオフセットを持っているため、そのオフセットをあらかじめ求めておき、そのオフセット相当を素子（両端より少し内側、もしくは外側の素子）からの球面波を非直接波３３−１、３３−２としてもよい。このオフセットは関数化され装置内部で演算されても良いし、テーブル化されあらかじめ装置内のメモリに格納されていても良い。
【００７５】
上述した図７（ａ）の構成では、包絡線検波部６７とＬＯＧ圧縮部６８を、ＲＦ信号処理部１５の後段に配置したが、本実施形態は、図７（ａ）の配置に限定されるものではない。図７（ｂ）のように、包絡線検波部６７のみをＲＦ信号処理部１５の前段に配置してもよいし、図７（ｃ）のように、包絡線検波部６７とＬＯＧ圧縮部６８の両方をＲＦ信号処理部１５の前段に配置することも可能である。
【００７６】
（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態では、図５のように、直接波３１による整相信号と、非直接波３３−１，３３−２による整相信号とを、受信ビームフォーマ１０８のチャンネル間の整相信号の加算部５３，５４−１，５４−２よりも後段に配置した合成部６０により加算しているが、本発明はこの構成に限られるものではない。第３の実施形態では、図１４のように、受信ビームフォーマ１０８内にＫ個の合成部６０を配置し、直接波用の遅延回路セット５１および非直接波用の遅延回路セット５２−１，５２−２のそれぞれの対応するチャンネル番号の遅延回路の出力同士を加算させる。これにより、Ｋチャンネル分の合成後遅延信号が得られるため、その後段のチャンネル間加算部５３によりＫチャンネルの合成後遅延信号を加算する。
【００７７】
この構成の場合、合成エリア設定部５８を配置する場合には、図１５（ａ）のように遅延回路セット５１，５２−１、５２−２５２の後段に合成エリア設定部５８が配置される。ここでは、遅延後のデータ２０１に対して、合成マスク２０２が付与される。
また、重み付け部５９を配置する場合には、図１５（ｂ）のように、チャンネル間加算部５３と遅延回路セット５１，５２−１、５２−２との間に配置すればよい。
【００７８】
他の構成は、第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７９】
（比較例）
比較例として、図１６に従来のパラレルビーム処理で複数の受信ビームからＬＲＩ（低解像度画像）１６２を生成する構成を示す。図１６を第２の実施形態と図５と比較すると、比較例の図１６の遅延部１６１は、図５の直接波３１用の遅延部１３に対応していることがわかる。生成されるＬＲＩ１６２の数も、図５とは異なり１種類のみである。すなわち、本実施形態の図５の構成は、従来の装置には備えられていない、非直接波３３−１，３３−２用の遅延部１４−１，１４−２を、遅延部１３と並列に備え、同時に遅延処理を行う点で、比較例とは全く異なっていることがわかる。
【符号の説明】
【００８０】
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
【図１】
2016125509.tif 000003
【図２】
2016125509.tif 000004
【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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【図１５】
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【図１６】
2016125509.tif 000018
【国際調査報告】
2016125509.tif 000019
2016125509.tif 000020
2016125509.tif 000021
2016125509.tif 000022