(57)【要約】【課題】実用上数値データで提供される時間を含む多次元のビームフォーマデータを効率よく記憶手段に格納して演算する。【解決手段】ビームフォーマの演算手段に、時間２次及びｎ個の任意パラメタＰ1〜Ｐnと時間の２次、Ｐ1〜Ｐnの１次及び定数項の線形結合関数で遅延及び重みの演算を実行するビームフォーマデータ演算手段を用い、記憶格納効率が良く時間連続でパラメタに対する調整を可能とする。【選択図】図１
2008212492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波送受信素子に異なる遅延時間と感度重みを与えて生体に超音波を送受信する超音波ビームフォーマを備える超音波診断装置において、
前記超音波ビームフォーマは、時間区分された時間区間内において、時間２次関数項と複数変数群との１次線形結合項を有した関数を用いて前記遅延時間と感度重みからなるビームフォーマデータを演算する処理を逐次反復する数値演算手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記数値演算手段は、時間区分された時間区間内において、前記時間２次関数項と時間１次と前記複数変数群１次のなす２次関数項群と前記複数変数群の１次線形結合項を有した関数を用いて前記遅延時間と感度重みからなるビームフォーマデータを演算する処理を逐次反復することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記ビームフォーマデータの遅延時間と感度重みの時間区間を共通とすることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の超音波診断装置において、少なくとも演算処理順序が最初の時間区間において定数項を付与し、以降続く時間区間においては一つ前の時間区間の最終演算値を保持して前記続く区間の初期値とする演算を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記関数の有する係数又は初期値を記憶手段に保持し、それらを各時間区間の演算開始以前に記憶手段より逐次読み出して演算に用いることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の超音波診断装置において、初期値と時間のみの１次関数の係数以外の係数の読み出し動作を省いた動作が選択可能であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記ビームフォーマの所定のチャネル時分割処理数ごとあるいは所定のビーム時分割処理条件ごとに、上記時間区間を共通とすることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１記載の超音波診断装置において、時間区間長を所定のチャネル時分割処理数あるいはビーム時分割処理数の公倍数とすることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項４記載の超音波診断装置において、時間区分内において所定のチャネル処理数ごとあるいは所定のビーム処理条件ごとに各区間の時間関数演算に付与する時間変数の増分値を変更し、区間の最終演算において同じ時間変数値を用いて演算を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項４記載の超音波診断装置において、時間区分内において所定のチャネル処理数ごとあるいは所定のビーム処理条件ごとに各区間の時間関数演算に付与する時間変数の初期値を変更し、区間の最終演算において同じ時間変数値を用いて演算を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１記載の超音波診断装置において、時間区分を不等間隔に区分して用いることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１記載の超音波診断装置において、時間のみの２次項と１次項と時間以外の変数項を少なくとも１つ備え、超音波の送受信方向又は送受信口径位置に依存してビームフォーマデータを演算することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１記載の超音波診断装置において、時間区間で複数に分割した制約条件不等式群からなる線形計画法によりビームフォーマの演算係数を求める演算手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項７記載の超音波診断装置において、ビーム時分割処理の少なくとも一部が信号帯域を分割した周波数帯域群に各々対応させて演算係数を与えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
請求項１記載の超音波診断装置において、更に、時刻カウンタによるビームフォーマデータ演算結果の無効化処理を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】
請求項１記載の超音波診断装置において、少なくとも時間関数の時間値を与える手段を備え、送信と受信のビームフォーマデータ演算手段の共用を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１７】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記ビームフォーマの所定のチャネル時分割処理数ごとあるいは所定のビーム時分割処理条件ごとに、前記時間区間における時間関数での時間変数の変化量を変更することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１８】
請求項２記載の超音波診断装置において、前記複数変数群は、前記ビームフォーマの送受信方向を指定する関数に対応することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の超音波診断装置において、前記複数変数群を、前記ビームフォーマの送受信方向を指定する関数の偏微分係数とすることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記超音波ビームフォーマは、時間一次偏微分係数を前記時間区間の接続点で実質的に一致させることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２１】
請求項１記載の超音波診断装置において、前記複数の超音波送受信素子は探触子を構成するものであり、前記探触子の口径の両端の近傍に位置する少なくとも１つには感度重みとして０が割り当てられ、前記口径の中心付近に位置する少なくとも１つには感度重みとして０以外の重みが割り当てられることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な走査を可能にするビームフォーマを備えた超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の医用超音波診断装置での送信、受信遅延時間の生成技術においては、遅延時間を実時間で装置内部で計算発生する方法が知られている。これらの技術においては、被検査体の内部で、探触子の受信素子アレイの空間位置の基準点、送信の焦点位置や時間的に変動する受信焦点位置、素子の空間的位置の間の距離関係式を元に、音速を仮定して音波伝播時間の関数関係から逐次更新される漸化式関係を見出し、順次演算を行う方法が知られている。例えば米国特許5,522,391号では、音速Vｃ、焦点とアレイの中心基準との距離Ｒ、焦点とi番目の送受信素子の距離ｒi、付与すべき遅延時間τiに関して、
【０００３】
【数１】
2008212492.tif 000003
となる関係から、距離Rを区間に分けて漸化式を定めて必要精度への近似算出を実現している。また、米国特許4,949,259号では、上述と同様の関係から定める遅延時間の関係式になる関数を、Maclaulin展開式をもとに距離Ｒに応じた複数の領域区間に分け累積演算器で演算している。
【０００４】
【特許文献１】米国特許5,522,391号公報
【特許文献２】米国特許4,949,259号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術が開示された当時に比べ、集積回路技術は飛躍的に進歩したため、より複雑な機能を実現する演算が求められるようになった。受信信号の焦点を逐次距離方向に更新してゆく受信ダイナミックフォーカスにおいては、特に近距離音場で、遅延時間は複雑な数値計算で最適化されており、上記文献に開示されたような解析関数関係で表現し得ない遅延時間変化の設定がなされる場合がある。それらは遅延時間のみでなく、口径重み付けと同時に設定がなされるのが常である。以下、遅延時間データと正負任意係数のパラメタとして設定される口径重み付けデータを合わせて「ビームフォーマデータ」と呼称する。ビームフォーマデータはチャネルやビーム処理条件ごとに設定される。
【０００６】
例えば、ビームの方位方向の分解能を口径と距離で決定される回折幅に従わせるのではなく、目的のレンジ範囲内でビームの主極の幅を一定化して送受信パルスの分解能の変動を抑える要請を実現する場合や、目的の方向以外の方位に対する不要感度応答感度を要求に応じた配分を行って所定のレベル以下に抑えるようなビームフォーマ動作の実現が求められる場合がある。こうした場合には、所定の指向性関数の制約条件に沿わせるべく、ビームフォーマデータを例えば多数の線形計画法による最適条件探索の結果で決定する場合がある。最適条件に従ったビームフォーマデータを実時間生成で行う場合には、米国特許5,522,391号、米国特許4,949,259号にあるような解析関数表現での求解では制約条件式数が非常に多く設定されるため、演算量が多く実現が困難になる。
【０００７】
また、最新のビームフォーマ技術においては、高い精度を実現するために受信信号をアナログディジタル変換器（以下ADCとする）を用いてディジタル信号に変換して数値演算で実現する。ADCで標本化した受信波形は一旦ビームフォーマを構成する一部であるメモリに記憶され、メモリの書き込みアドレスと読み出しアドレスの違いを利用して遅延機能の一部を実現している。現在の半導体技術ではADCの標本化周波数（15MHz〜80MHz程度）に比べてビームフォーマを実装するLSIデバイスの演算動作周波数は少なくとも30MHz〜500MHz程度で動作可能になっており、複数チャネルのADCの標本化信号を同時に扱った上に、複数ビーム処理も同時に行える回路が実現できる。これらは時分割処理により実現されるが、例えば大きく角度が異なる方向からの受信を時分割で行う場合では、メモリでの遅延のアドレス指定に連続的な関係が無く、遅延データは時分割で跳躍的になる。このような状況では、米国特許5,522,391号に開示されるようにADCの標本化した信号を格納するメモリへの連続的な読み出しアドレスの増減では時分割処理を実現することは困難である。また、ビームフォーマデータも上述の時分割処理を考えたとき、目的の演算精度の範囲内において、演算関数の係数を共通の時間区間で更新する制御を取る方が効率が良いが、こうしたことは従来技術では知られていない。
【０００８】
こうしたことから、高精度あるいは高機能を実現するためのビームフォーマデータは、メモリなどの記憶手段を用いてテーブル参照形式となるのが通常である。ビームフォーマデータは特に2次元のセクタ走査、台形走査において種々のビーム方向において通常128〜512通り程度の異なるデータを用意する必要がある。歪の少ない高いダイナミックレンジを実現するためには距離方向に多くの分割区間を設けて滑らかに接続するビームフォーマデータを用意する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、少ない項数の解析関数で表現し得ず、数値的に設定される、複数の変数に依存した多変量の非線形関数であるビームフォーマデータを、予め定めた近似精度内で総データ量を圧縮して格納し、時間に依存するデータを時間的に滑らかに生成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波診断装置は、複数の超音波送受信素子に異なる遅延時間と感度重みを与えて生体に超音波を送受信する超音波ビームフォーマを備え、超音波ビームフォーマは、時間区分された時間区間内において、時間２次関数項と複数変数群との１次線形結合項を有した関数を用いて遅延時間と感度重みからなるビームフォーマデータを演算する処理を逐次反復する数値演算手段を備える。数値演算手段は、時間区分された時間区間内において、時間２次関数と時間１次と複数変数群１次のなす２次関数項群と複数変数群の１次線形結合項を有した関数を用いて遅延時間と感度重みを演算する処理を逐次反復しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ビームフォーマデータの時間方向の区間接続点で位相、振幅の不連続による出力信号の歪を低減でき、データの総量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では、送信又は受信のビームフォーマデータの演算に、時間が複数に区分された時間の２次関数と時間以外の任意の変数の１次関数群の線形結合項を有する関数を用いて演算する積和演算手段が付与される。
【００１３】
上記演算手段はビームフォーマデータの時間区分を共通とするように、時間項の発生手段の制御を共通とした演算を行えば、効率の良いデータ生成ができる。また、上記演算で処理順序が最初の時間区間において定数加算項を付与し、続く区間においては前区間の最終値に累積する演算を行えば、時間区間ごとの定数項更新を省くことができる。
【００１４】
また、時間区分の演算において各区間の関数の有する係数又は初期値を記憶手段に保持し、それらを各区間の演算開始以前に記憶手段より読み出すことにより、同じ構成ながら記憶手段から演算手段への転送量を最適なものにできる。
【００１５】
また、演算手段へのデータ多重化手段を用いて、例えば初期値と時間１次関数の係数以外の係数の読み出し動作を省いた読み出し動作も選択可能であり、ビームフォーマデータを最小の構成で実現することができる。
【００１６】
また、ビームフォーマの所定のチャネル処理数ごとや所定のビーム処理条件ごとに、上記時間区間を共通とすることにより、個々の時間区間長情報を個別に取得して制御を行う必要は無く、手段を簡便にできる。
【００１７】
また、ビームフォーマの所定のチャネル処理数ごとや所定のビーム処理条件ごとに、上記時間区間を共通とすることにより、個々の時間区間長情報を個別に取得して制御を行う必要は無く、関数を当てはめる制御手段を簡便にできる。
【００１８】
また、時間区分内において所定のチャネル処理数ごとあるいは所定のビーム処理条件ごとに各区間の時間関数の演算に付与する時間変数の変化量（増分値など）を変更するので、区間の最終演算において同じ時間変数値を用いて演算を行うことができ、ビームフォーマデータを複数準備する必要がなく効率がよい。
【００１９】
また、時間区分内において所定のチャネル処理数ごとあるいは所定のビーム処理条件ごとに各区間の時間関数演算に付与する時間変数の初期値を変更し、区間の最終演算において同じ時間変数値を用いて演算を行うことができるので、ビームフォーマデータを複数準備する必要がなく効率が良い。
【００２０】
また、時間区分は不等間隔に区分して用いるのでビームフォーマデータが急激に変化する時間位置と緩慢に変化する時間位置に合わせ前者では短い時間区間を、後者では長い時間区間を取るので、時間区間の区間総数を効率よく低減することができ、ビームフォーマデータ量を低減できる。
【００２１】
また、演算の非時間複数１次関数項をビームフォーマデータの送受信方向を指定する変数の関数に対応させ、その変化の偏微分係数として扱えば効率よくビームフォーマデータを扱うことができる。
【００２２】
また、関数演算係数項は時間区間ごとに線形計画法により所望の誤差範囲内で決定することができ、種々の独立なパラメタを取り込んだ場合の精度条件を簡便に定義することができる。
【００２３】
また、時間１次微分係数を時間区間の接続点で実質的に一致させることにより、ビームフォーマ出力の時間区間接続部分での出力変動を実用上問題がない水準まで低減できる。
【００２４】
また、時分割処理を分割した信号帯域に割り当て、信号帯域ごとに独立にビームフォーマの演算係数を与えることにより周波数に依存したビームフォーマ出力を得ることができる。
【００２５】
また、時間区間とは別の時刻カウンタと時間長の比較によりビームフォーマデータ出力の無効化処理を行い、時間区間に最適化したビームフォーマデータの設定とは独立して入力チャネルデータのビームフォーマへの関与開始時刻を設定できる。
【００２６】
また、送信で単一時刻での焦点位置に対応した区間内時刻で固定値時刻値を与える手段を付与すると、送信と受信のビームフォーマデータの共用を行うことができる。
【００２７】
本発明を適用した超音波診断装置の構成例を図11に示す。超音波を送信・受信する探触子400はe個の電気音響変換を行う送受信素子4001，4002〜400eよりなる送受信素子群410を内蔵する。送受信素子4001，4002〜400eは多くの場合、超音波の送信時には電圧により圧力を発生し、受信時には超音波の圧力により電圧を発生する強誘電体材料などの圧電体を用いて構成される。広く知られるように、超音波診断装置での撮像は送受信素子群410に対して異なる電圧波形を与えて被検体である生体内に送信音波ＴＷを放射し、生体内の想定点から反射してくる受信音波（エコー）ＲＷの到達時間差や位相差を補償して加算することにより生体内の像を再生している。想定点からの反射信号は互いに正しく位相が補償されて積算して強め合い、不要方向からの反射信号は加算により干渉して抑圧されることにより音響的なビームが形成され、生体内の情報を走査して映像化している。送信あるいは受信において到達時間差を補償する手段はビームフォーマ（整相器）と呼ばれている。
【００２８】
超音波の送信は、ビームフォーマデータ演算部100の出力する送信時間と振幅強度の出力情報に従って、送信回路200がパルス、バースト、周波数掃引波形を持つ送信電圧を送受分離回路300を経由して探触子400内部の送受信素子群410に供給して行われる。送受信素子群410は電圧を圧力に変換して超音波が送信される。探触子400から送信された超音波は被検体内部より反射して反射波となり、再び探触子400の送受信素子群410で受信され、圧力から電圧に変換されて送受分離回路300を経由して受信回路210の入力となる。受信回路210では増幅や帯域制限を行い、受信ビームフォーマ120に複数チャネルの信号を供給する。受信ビームフォーマ120は、ビームフォーマデータ演算部100の出力する遅延時間と振幅重みの出力情報に従って、時間と振幅が合成されて指向性が実現されたビーム出力信号121が形成される。ビーム出力信号121はスキャンコンバーター130の入力となり、映像信号131に変換されて、表示手段140に実時間断層像や立体像などを表示する。プロセッサTCPUは装置全体を制御するほか、ビームフォーマデータ演算部100を介して付属する記憶手段EXTRAMに対してビームフォーマデータの書き込みを行う。記憶手段EXTRMは例えばStatic Random Accesss Memory（以下SRAM）を用いて実現できる。
【００２９】
次に、ビームフォーマデータの例について、探触子400がセクタ走査型である場合を例に図12及び図13を用いて説明する。
【００３０】
遅延データτの具体的な求め方の一例を図12を用いて説明する。探触子400と被検体との接触面（例えば人体の体表）が直交座標O-ｘｙｚのｘ軸を含み、被検体内部の深さ方向がｚ軸となるように座標系を定める。ｙ軸は図の面に垂直な方向とする。一般にｘ軸はアジマス（セクタ角）方向、ｚはレンジ（深度）方向になる。座標原点Oは探触子400の送受信素子群410の中心に設定する。セクタ走査では、超音波の送受信を行って反射信号情報を獲得するラスタＮＣを放射状に仮定し、ｚ軸とのなす偏向角度であるアジマス角度θを順次変更しながら反復して扇型の走査画像を形成する。超音波の送信時には、予めＮＣ上の点が含まれる焦点あるいは焦域が形成されるようにパルスが送信される。反射信号の受信では、受信焦点がＮＣ上をｘ軸近傍から、走査する最大深度まで順次動的に移動するよう仮定される。受信時の焦点あるいは焦域が時間変化しなが継続的に変更される動作は、受信ダイナミックフォーカスとして広く知られている。
【００３１】
ＮＣ上で座標原点Oを基準に距離ＲＮ、ＲＦで定められる受信焦点ＦN，ＦFを考える。送受信素子4001，4002〜400eの中の特定の素子400hに与えるべき時間で変化する遅延データτの計算をｘ軸上の点Ｈを基準に算出することを考える。素子400hの受信信号の時系列において、遅延データτだけ相対的に異なる時刻点の波形データをビームフォーマで演算する。受信焦点ＦNに対して設定されるＲＮを半径とする弧ARCNが直線ＦNＨと交わる点をＨNとすると、線分ＦNＨNの長さはＲＮに等しいので、素子400hの受信信号に与える時間遅れ量である遅延データτ1は、行程差ＦNＨ−ＲＮと被検体の音速VCからτ1＝（ＦNＨ−ＲＮ）／VＣで求められる。時間に依存して変化する受信ダイナミックフォーカスにおいて、座標原点Oにおける送信波の仮想的送信時刻を０とした、「受信時間TA」を定めることができる。
【００３２】
なお、すべての送受信素子4001，4002〜400eの受信信号の獲得はTA＜０となる適切な時刻で開始されるとする。素子400hに遅延データτ1が与えられるべき受信時間TAは、受信開始からのＮＣ上の音波の往復時間を基準にTA1＝２ＲＮ／VCとする。同様に受信焦点ＦFに対して設定されるＲＦを半径とする弧が線分ＦFＨと交わる点をＨFとすると、その時刻での遅延データτ2は、τ2＝（ＦFＨ−ＲＦ）／VCとなる。素子400hに遅延データτ2が与えられるべき受信時間TAは、ＮＣ上の音波の往復時間を基準にTA2＝２ＲＮ／VCとなる。受信ダイナミックフォーカスにおいては遅延データτは連続的に与えられるので、受信時間TAに対する遅延データτの関数曲線である理想遅延データ関数MDT(TA)が計算される。理想遅延データ関数MDT(TA)は送受信素子4001，4002〜400eのそれぞれで異なり、また、セクタ走査の場合、ラスタＮＣのアジマス角度θが走査で変更されるごとにも理想遅延データ関数MDT(TA)は異なるのが通常である。
【００３３】
次に、遅延データτとともに設定される重みデータｗ（アポダイズ係数データ）の具体的な設定の一例について図13で示す。ｘ軸は図12の場合と同様とする。送信焦点あるいは受信ダイナミックフォーカスの焦点位置ごとに、送受信素子4001，4002〜400eのそれぞれに与えるべき素子位置ｘに依存した重みデータｗの関数群を予め決定しておく。これらの関数群は通常、形成されるビームの指向性特性、感度、焦点距離に対する有効口径幅を考慮して目的に応じた望ましい特性を満たすように予め計算される。一般に典型的なＢモード撮像においては、焦点距離が探触子の表面の極く近傍にある場合では、口径の中心付近の一部の素子に絶対値が０でない重みが割り当てられ、多くの場合、口径両端に近い素子には重み０が割り当てられる。また、焦点距離が大きくなるにつれ０以外の重みが割り当てられる素子の幅を広げる。焦点距離に対して有効とする口径が大きすぎると、目的の焦点近傍以外からの不要な送信・受信応答がビーム形成に含まれる割合が増してしまうため、有効な口径寸法を制限することが行われる。この制限は重みデータｗを０にすることや、時間的に最初に有意な重みデータｗを与えるべき時間情報を別途準備して、遅延データτや重みデータｗの無効区間を設定することで実現できる。
【００３４】
また、これらの各素子に与えられる重みは、受信時間TAに関して滑らかに連続した関数とするのが一般的である。これは、著しい不連続があれば、全素子の重みを調整して特別な配慮をしない限り、ビームフォーマ出力の利得や指向性において時間的な不連続がもたらされる場合があるからである。図13では受信時間TAの特定の時刻ta1，TA1，ta2，TA2での口径位置ｘに依存する口径方向の重みの関数wapf1(x)，wapfn(x)，wapff(x)，wapf2(x)を図示している。これら口径方向の重みの関数はガウス窓、Hamming窓、Hanning窓、矩形窓、その他の窓関数が目的に応じて設定される。図13の例では、時刻ta1，TA1，ta2，TA2においてx=xgの位置にある送受信素子400gに与えるべき重みデータｗはwa1=wapf1(xg)，wan=wapfn(xg)，waf=wapff(xg)，wa2=wapf2(xg)である。受信ダイナミックフォーカスにおいて重みデータｗは時間連続的に与えられるので、受信時間TAに対する重みデータｗの理想重みデータ関数MDW(TA)が計算される。理想重みデータ関数MDW(TA)は理想遅延データ関数MDT(TA)と同じく、送受信素子4001，4002〜400eのそれぞれに対して異なり、ラスタＮＣのアジマス角度θが走査で変更されるごとにも異なるのが一般的である。
【００３５】
以上のように、遅延データτと重みデータｗが超音波の送受信を行うチャネルごと、ラスタＮＣの位置に対応して形成されるビームごとに生成される。
【００３６】
上記の演算関数では、送信又は受信のビームフォーマデータの演算関数を、時間区分された時間２次及び１次項と、時間と時間以外の変数との積が作る２次項と、時間と時間以外の変数とが作る１次項と定数項を線形結合した関数とすることにより、複数の変数に依存した非線形関数であるビームフォーマデータを少ない項数の冪関数の線形和で効率よくあらかじめ定めた近似精度内で総データ量を圧縮しながら格納し、時間に依存するデータを時間的に滑らかに発生することができる。時間区分の先頭を０として、演算クロック周期を単位に計数したものを区間内時間TSとする。
【００３７】
遅延データτの近似関数をｖτ、重みデータｗの近似関数をｖwとする。これらの近似関数は、時間区間の内部での区間内時間TS、パラメタ変数P１〜Pnを変数とし、区間内時間TSの２次係数Aτ1，Aw1、区間内時間TSの１次係数Aτ2，Aw2、区間内時間TSとパラメタ変数P1〜Pnの２次積群の係数群Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn、パラメタ変数P1〜Pnの１次係数群Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期定数項Dτ，Dwを用いて、以下の演算関数によって生成される。
【００３８】
【数２】
2008212492.tif 000004
【００３９】
係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期定数項Dτ，Dwは、ｋ個の時間区間ごと、チャネル番号CHごと、ビーム番号BMごとに記憶手段EXTRMに格納されている。なお、初期定数項Dτ，Dwは最初の時間区間のみに限る場合もある。
【００４０】
遅延データτの近似関数ｖτを例に、近似関数を少なくとも時間に関して２次形式とすることの優位性について、計算例によって示す。
【００４１】
上記近似式で分割された時間区間の内部での区間内時間TSを、図12における受信時間TAの特定の時刻TAJで終了あるいは開始する前後２つの時間区間の始点からの経過時間とする。時間１次係数Aτ2、初期定数項Dτ以外の係数は全ては０とし（Aτ1＝０、Bτ1〜Bτn＝０、Cτ1〜Cτn＝０）、時間だけに依存する区分的な１次関数を以下、区分１次関数演算式PWLE(Ts)と呼称する。
【００４２】
PWLE(Ts) ＝ Aτ2TS＋Dτ
これは複数の区間に分けて一次直線関数で区分することからPiece-Wise Linear（ＰＷＬ）関数と呼ばれ、広く一般的に知られている。ＰＷＬ関数による近似は最も簡単で、１区間あたりに必要な演算係数の数が最も少ない近似関数と考えられる。また、区間内時間TSの２次係数Aτ1、１次係数Aτ2、初期定数項Dτ以外は０とした（Bτ1〜Bτn＝０、Cτ1〜Cτn＝０）を用いた、時間だけに依存する区分的２次関数を以下、区分２次関数演算式PWQE(TS)と呼称する。
【００４３】
PWLE(Ts) ＝ Aτ1TS2＋Aτ2TS＋Dτ
Aτ1，Aτ2，Dτは時間区間ごとに逐次異なる値が設定される。
【００４４】
具体的計算の例として、図12での遅延データの計算方法で、送信波の周波数を５ＭＨｚ、音速Vc＝1540m/s、アジマス角度θ＝０ラジアン、素子400hの位置を代表する点Hのx座標値xh=2.464mmとする。ラスタＮＣ上で受信時間TAが2.12μｓとなる時刻TAJで、連続する２つの区分１次関数演算式又は区分２次関数演算式の時間区間が接続される場合を検討した。十分な数値精度の数値計算により、遅延データτのTAに対する理想遅延データ関数MDT(TA)を最初に計算した。理想遅延データ関数MDT(TA)は図12で上述したように、時間的に動的に想定されるNC上の受信焦点の位置（TA=TA1におけるＦN，TA=TA2におけるＦFなど）と点Ｈを代表する素子位置xhから幾何的に計算できる音波の行程上の距離差と音速Vcから計算する。得られた理想遅延データ関数MDT(TA)に対する近似を行う場合の許容誤差として、遅延時間精度ετを５ＭＨｚの周期の512分の１に設定した。
【００４５】
ετ＞０として±ετの誤差を理想遅延データ関数MDＴ(TA)に対して許容する。これにより遅延データτの上限許容関数ETU(TA)、下限許容関数ETL(TA)を定義する。
【００４６】
ETU(TA) = MDT(TA) ＋ετ
ETL(TA) = MDT(TA) −ετ
TAJ=2.12μｓを区間の接続点とする２区間の区分１次関数演算式、区分２次関数演算式の近似値がETL(TA)とETU(TA)の間に含まれるように係数を探索した。
【００４７】
より具体的には、受信時間TAの時間区間TAS1≦Ｔ11≦TAJについて時間変数Ｔ11＝TA−TAS1で定義されるPWLE1(Ｔ11)、時間区間TAJ≦Ｔ12≦TAE1について時間変数Ｔ12＝TA−TAJで定義されるPWLE2(Ｔ12)、時間区間TAS2≦Ｔ21≦TAJについて時間変数Ｔ21＝TA−TAS２で定義されるPWQE1(Ｔ21)、時間区間TAJ≦Ｔ22≦TAE2について時間変数Ｔ22＝TA−TAJで定義されるPWQE2(Ｔ22)を設定し、
ETL(TA) ≦PWLE1(Ｔ11)、PWLE2(Ｔ11) ≦ETU(TA)
ETL(TA) ≦PWQE1(Ｔ21)、PWQE2(Ｔ22) ≦ETU(TA)
となる制限条件のもと、TAS1，TAS2が最小、TAE1，TAE2が最大の時間区間になるように係数を探索した。連続した２つの区間の近似関数PWLE1(Ｔ11)とPWLE2(Ｔ11)、あるいはPWQE1(Ｔ21)とPWQE2(Ｔ22)が、ETU(TAJ)を接続点として数値計算探索を行った。
【００４８】
PWLE1(Ｔ11)は、TAS1＝1.652μｓとなる長さ0.468μｓの区間、PWLE2(Ｔ12)は、TAE1＝2.612μｓとなる長さ0.492μｓの区間が得られた。PWQE1(Ｔ21)はTAS2 ＝0.045μｓとなる長さ2.075μｓの区間、PWQE2(Ｔ22)はTAE2＝4.966となる長さ2.846μｓの区間が得られた。連続した２区間の長さの和は区分１次関数演算式で0.96μｓ、区分２次関数演算式で4.92μｓとなっており、区分２次関数演算式は、区分１次関数演算式の４倍以上の時間区間長を近似できている。このようなことから、時間区間数は区分２次関数演算式で半分以下にすることも状況によって可能である。なお、実際にはＴ11，Ｔ12，Ｔ21，Ｔ21をビームフォーマデータ演算周期で規格化した区間内時間Tsと遅延時間の必要精度で規格化した区分２次関数演算式、区分１次関数演算式の係数が内部演算に必要な精度で求められる。
【００４９】
区分２次関数演算式と区分１次関数演算式で用いられるDτは、隣接した１つ前の時間区間の最終値演算値を続く時間区間の初期値定数項Dτとなるように逐次累積して演算することができる。内部演算精度においては、係数Aτ1，Aτ2，Dτの仮数部ビット精度は具体例として23bitあれば実際上十分である。各係数に同じIEEE  32bit単精度浮動小数点形式のデータ量を割り当てるならば、時間区間の増加あたり、区分２次関数演算式はAτ1，Aτ2で32+32=64bit必要、区分１次関数演算式でAτ2で32bit必要であるから、区間数が適切に多ければ、凡そ、最初の時間区間演算でのみ用いられるであろうDτのデータ量は考慮しなくて良く、各区分２次関数演算式のデータ量は区分１次関数演算式のデータ量に比べて２倍増加するるものの、上述のように時間区間数が半分以下に減少できるため、それらの積であるデータ総量の減少が可能になる。
【００５０】
図12の理想遅延データ関数MDT(TA)のようなTAの増加に対し単調な変化をもつ関数では、ある接続点に着目して区分２次関数演算式の方が区分１次関数演算式よりも広いTAの時間範囲を所望の遅延時間精度ετ以内で近似できることは上記の例からも明白である。仮に単調でなく極や変曲点をもつ関数であったとしても、そうした特異点を区間接続点や２次に選べば、従来から知られる区分１次関数演算式よりも区分２次関数演算式を用いる方が、図１の記憶手段EXTRMの必要記憶容量を低減できるために有利である。
【００５１】
図12の遅延データτに関する理想遅延データ関数MDT(TA)の効率的な区分近似は、図13の重みデータｗに関する理想重みデータ関数MDW(TA)の区分近似に関しても実現できることは同様である。
【００５２】
さらに、より高度な実施形態の例として、時間以外のパラメタ変数P１〜Pnに対する依存を反映して係数Bτ1〜Bτn，Cτ１〜Cτnを用いた近似式とした場合でも、所定の近似誤差の許容を認めれば、効率的に係数データ量を低減できることは同じである。第一のパラメタP１として、P１をアジマス角度θ(ビーム偏向角度)に対応させ、第二のパラメタP2を音速Vcに対応させた場合を説明する。まず、アジマス角度θの角度域を複数区間に分割する。分割した一区間の開始角度θa、終了角度θbの間にある任意角度θi (θa≦θi≦θb)に対応する指数として、パラメタ変数P１= (θi−θa)/(θb−θa)を定義する。また、音速Vcの特定の設定域[Vca，Vcb]の間にある任意の音速(Vca≦Vci≦Vcb)に対応する指数として、パラメタ変数P2=(Vci−Vca)/(Vcb−Vca)を定義する。
【００５３】
区間[θa，θb]，[Vca，Vcb]内でアジマス角度θ、音速Vc、受信時間TAに関する誤差のない理想遅延データ関数MDT(θ，Vc，TA)、理想重みデータ関数MDW(θ，Vc，TA)を計算する。遅延時間精度ετを用いて遅延データの上限許容関数ETU(θ，Vc，TA)=MDT(θ，Vc，TA)+ετ、下限許容関数ETL(θ，Vc，TA)=MDT(θ，Vc，TA)−ετを計算する。重み精度ετを用いて重みデータの上限許容関数EWU(θ、Vc、TA)=MDW(θ，Vc，TA)＋εw、下限許容関数EWL(θ，Vc，TA)=MDW(θ，Vc，TA)−εwを計算する。Bτ1，Cτ１，Bτ2，Cτ2，Bｗ1，Cｗ１，Bｗ2，Cｗ2を用いた次の近似関数VTAU(P1，P2，TS)、VWEI(P1，P2，TS)
VTAU(P1，P2，TS)＝Aτ1TS2＋Aτ2TS＋Bτ1P1TS＋Bτ2P2TS+Cτ１P1＋Cτ2P2＋Dτ
VWEI(P1，P2，TS)＝Aｗ1TS2＋Aｗ2TS＋Bｗ1P1TS＋Bｗ2P2TS+Cｗ１P1＋Cｗ2P2＋Dｗ
がETL(θ，Vc，TA)≦VTAU(P1，P2，TS)≦ETU(θ，Vc，TA)、EWL(θ，Vc，TA)≦VWEI(P1，P2，TS)≦EWU(θ，Vc，TA)となるようにBτ1，Cτ１，Bτ2，Cτ2，Bｗ1，Cｗ１，Bｗ2，Cｗ2を定めることができる。
【００５４】
これにより、従来、アジマス角度θ、仮定する音速Vcが変更されるたびに独立に遅延データ、重みデータを用意する必要があったものを、パラメタ変数P１，P2による補間演算でフォーカスデータ供給を行うことが可能になる一方で、記憶手段EXTRMの必要記憶容量を劇的に低減できる利点は明白である。パラメタ変数P１，P2のみよる演算項Cτ1P1，Cτ2P2，Cｗ1P1，Cｗ2P2だけの近似関数に加えて、パラメタと時間の両者に関わる演算項Bτ1P1TS，Bτ2P2TS，Bw1P1TS，Bw2P2TSによる関数を追加することにより、同じ誤差の許容で比較した場合、近似を行う区間[θa，θb]，[Vca，Vcb]の大きさをより広げることができ、結果として記憶手段EXTRMの必要記憶容量を低減可能である。このように数値的に設定される、複数の変数に依存した多変量の非線形関数であるビームフォーマデータをあらかじめ定めた近似精度以内でデータ量を圧縮して格納でき、時間に依存するデータを滑らかな関数として生成することができる。一般的な多変数の非線形関数の区分近似としては多変数Taylor展開として最大２階までの全微分を用いることができることは、容易に類推されるが、通常のビームフォーマデータの遅延データτと重みデータｗをビームフォーマ演算内部での演算順序を考えるとき、医用超音波診断装置の撮像が複数回の送受信を反復して達成されることに鑑み、時間以外の変数の区分区間を予め定め、全ての時間変数以外の変数の区分区間で共通の誤差許容を同時に設けて最終的に時間区間の区分長を伸張することにより、所望の近似関数を時間区分で独立に定めることでビームフォーマデータ総量の低減を図り記憶手段EXTRMの必要記憶容量を圧縮することに特徴がある。
【００５５】
また、区間ごとのDτ，Dｗは、隣接した１つ前の時間区間の最終値演算値が続く時間区間の初期値定数項Dτ，Dｗとなるように逐次累積して近似演算することができる。これによりパラメタ変数を含む場合でも、初期の時間区間を除いて、TAの時間区間ごとにDτ，Dｗとを演算に使用する必要がなく、記憶手段EXTRMの必要記憶容量を低減可能である。パラメタ変数は上述のアジマス角度θ、仮定する音速Vcに対応するP１，P2に限ることなくそのほかの任意のパラメタ項を含めて、記憶手段EXTRMの必要記憶容量を低減可能できることは明白である。また、時間区間を不等間隔長に区分して用いることにより、効率よく時間区間の分割総数を低減でき、時間以外のパラメタ変数P１〜Pnに対して共通に分割する動作とする構成により、受信ダイナミックフォーカスに適合した演算が行える。また、関数演算で所定の精度の維持を行う場合に、時間に対してビームフォーマデータが急峻に変化する場合には、当該部分のみで効率的に短い時間区間を設定できる。
【００５６】
次に、図１を用いて本発明のビームフォーマデータ演算部100の一実施形態を説明する。遅延データτの近似関数ｖτ、重みデータｗの近似関数ｖｗの係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ１〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期定数項Dτ，Dwは、ｋ個の時間区間ごと、チャネル番号CHごと、ビーム番号BMごとに記憶手段EXTRMに格納されている。
【００５７】
ｖτ，ｖwは受信時間TAを分割した時間区間内部での区間内時間TSにより変化する関数であり、受信時間TAは時間区間S1〜Skの総計ｋ個の区間に分割されている。時間区間S1〜Skの長さは、演算クロック周期を単位に計数されており、それぞれｋ個の区間長spn1〜spnkデータとして、プロセッサTCPUにより区間長レジスタRSPNに格納される。ビームフォーマデータ演算開始からの受信時間TAと、それそれの時間区間の先頭を０として、演算クロック周期を単位に計数する区間内時間TSは、時分割シーケンサSQGNで計算されて出力される。
【００５８】
時分割シーケンサSQGNは区間参照番号Ispnを出力し、区間長レジスタRSPNより区間長をspn1からspnkまで順次参照する。区間参照番号Ispnは係数シーケンサSQLDにも供給される。
【００５９】
ビームフォーマデータ演算部100の処理は、演算クロック周期がチャネル数CHだけ続いたチャネル時分割処理フレームが、さらにビーム数BMだけ反復する時分割処理フレームが一つの時間点に対するビームフォーマデータの発生単位になる。ビーム数BMの最大値をBMmaxとすると、これが時分割処理フレーム最大長mとなる。これによりm=CH×BMmaxである。区間長spn1〜spnkは、時分割処理フレーム最大長mの整数倍で設定される。
【００６０】
パラメタ変数レジスタRP1，RP2，…，RPnには、時分割処理フレーム最大長mに対応したパラメタ値p11〜p1m，p21〜p2m，pn1〜pnmが、プロセッサTCPUによりバスPAを経て格納される。同様に、口径マスク時間レジスタRAPには、ビームフォーマデータ演算結果を無効にする時間長の格納値ap1〜apmがバスPAを経て格納される。
【００６１】
ビーム・チャネル指定レジスタRADRは、時分割処理フレーム最大長mに対応してチャネルとビームを参照する指標値adr1〜adrmを格納する。係数シーケンサSQLDは、記憶手段EXTRMより、係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ１〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期定数項Dτ，Dwを読み出すために、指標値adr1〜adrmと区間参照番号Ispnを用いて、記憶手段EXTRMへの参照番地LAを演算出力する。記憶手段EXTRMからの読み出しデータ出力CDは、記憶手段EXTRMでのデータ格納形式を変換して並列出力とし、累積レジスタRACM、係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnに格納番地を指定するとともに、ビームフォーマデータ演算のための参照番地も指定する。累積レジスタRACM、係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnは2ポートメモリやレジスタファイルを用いて実現できる。
【００６２】
係数シーケンサSQLDは、最初の時間区間S1の開始以前に、格納長ｍの累積レジスタRACMに対してｍ個の初期定数項Dを転送し、格納長ｍの係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnに対しては、時間区間S1で参照する係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnを転送する。時間区間S1の最後の時分割フレーム期間で、係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnに対し、ｍ個の最初の係数データの参照終了後から順次、時間区間S２で参照する係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnを並列同時に転送して更新する。転送の周期はビームデータ演算周期と同一とする。このように順次それぞれの時間区間の最後の時分割フレームの先頭参照直後に次の時間区間での参照データを格納すれば、時分割処理中に係数が欠落することなく時間区間ごとの更新が可能である。また、更新後から最後の時分割フレーム期間以前は同じ参照データが巡回して用いられる。このように、演算に用いる係数群を時間区間ごとに逐次読み出す構成とすると、外部の記憶手段EXTRMでのみ格納可能な大量のデータを時間区間ごとに逐次転送するため、ビームフォーマデータ演算部100の内部に大きな記憶空間を設ける必要がなく、高速なデータ参照が可能になる。さらに、ビームフォーマデータの時間方向の区間接続点を遅延データと重みデータで共通とすることで、区間の接続点位置情報の低減と、記憶手段EXTRMからのデータ演算の係数群の参照操作を簡素な回路で構成できる。
【００６３】
演算処理は、時分割処理フレーム長M=(チャネル数CH)×(ビーム数BM)が、所定の回数だけ異なる時間値TSに対応して反復される。演算処理は時分割で行われるため、最大の時分割処理フレーム長に合わせて、係数シーケンサSQLDがｍ個の初期定数項Dや係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnのレジスタ値を格納する。M<mの場合には、短い時分割処理フレーム数Mに対応した係数群を複数反復してｍ個の係数レジスタに格納する。
【００６４】
係数レジスタRA1，RA2には係数A1，A2のチャネル及びビームごとに異なる格納値a11〜a1m，a21〜a2mが格納される。係数レジスタRB1〜RBnには、係数B1〜Bnの格納値b11〜b1m，b21〜b2m，…，bn1〜bnmが、係数レジスタRC1〜RCnには係数C1〜Cnの格納値c11〜c1m，c21〜c2m，…，cn1〜cnmが格納される。
【００６５】
時分割シーケンサSQGNで演算される時間区間の内部での区間内時間TSは、乗算手段MPYTTによりTS2が演算される。乗算手段MPYTTの出力は、後続する乗算手段MPYA1により係数レジスタRA1の参照出力（a11〜a1mのいずれか）との積が演算されA1・TS2演算項であるA1TTが出力される。乗算手段MPYA2では、係数レジスタRA2の参照出力とTSの積が演算されA2・TS演算項であるA2Tが出力される。
【００６６】
さらに区間内時間TSは、乗算手段MPYP1〜MPYPnによりP1〜Pnのパラメタ変数レジスタRP1，RP2，…，RPnの格納値p11〜p1m，p21〜p2m，…，pn1〜pnmからそれぞれ参照された値との積が演算され、P1・TS，P2・TS，…，Pn・TS演算項が演算される。乗算手段MPYP1〜MPYPnの出力は、乗算手段MPYB1〜MPYBnにより係数レジスタRB１〜RBnの参照出力との積が演算され、B1・P1・TS，B2・P2・TS，…，Bn・Pn・TS演算項の出力BP1，BP2，…，BPnが出力される。
【００６７】
乗算手段MPYC1〜MPYCnでは、係数レジスタRC1〜RCnの格納値c11〜c1m，c21〜c2m，…，cn1〜cnmの参照出力と、パラメタ変数レジスタRP1，RP2，…，RPnからそれぞれ参照された値の積が演算され、C1・P1，C2・P2・TS，…，Cn・Pn演算項の出力CP1，CP2，…，CPnが出力される。
【００６８】
演算出力A1TTA2T，BP1〜BPn，CP1〜CPnは加算器SUMで加算され、累積器ACUMの入力となる。時間区間S1以降の時間区間において最後の時分割フレーム期間では、加算器SUMの出力が累積器ACUMの入力となり、引き続く時間区間の初期値として参照できるよう更新される。選択器SEL1による初期値データの選択は、時分割シーケンサSQGNの指令出力LDにより行われる。
【００６９】
時分割シーケンサSQGNで計算されるビームフォーマデータ演算開始からの受信時間TAは、口径マスク時間レジスタRAPからの参照値ap1〜apmと比較器CMPで順次比較され、指令DGが出力される。選択器SEL2において、受信時間TAがビームフォーマデータ演算出力を無効にする時間長のap1〜apm以下であれば、ビームフォーマデータ演算出力DATは無効値０であり、超過すると累積器ACUMの出力がビームフォーマデータ演算出力DATの出力となる。このように、参照値ap1〜apmを格納する口径マスク時間レジスタRAP及び、参照値ap1〜apmに従ってビームフォーマデータの演算結果を無効値０とする選択器SEL2を備えることにより、ビームフォーマデータ演算の最初の時間区間において時間区間の途中時刻から０以外の値の出力を精度高く得ることができる。もしこのような手段がなければ、時間区間の途中時刻から時間関数として不連続に開始されるビームフォーマデータ演算出力が必要な場合、高々時間に２次程度の関数で近似しなければならず、最初の近似演算精度が十分に達成できなくなる場合がある。この構成により、途中時刻以前のデータに関しては、時間区分近似において制約条件を考える必要ががなくなり、最初の時間区間を長く取れ、データ量が低減される。
【００７０】
区間長レジスタRSPN、時間レジスタRAP、ビーム・チャネル指定レジスタRADR、パラメタ変数レジスタRP1〜RPnは、プロセッサTCPUによりバスPAから書き込まれて設定され、時分割演算時に時分割シーケンサSQGNの参照アドレスバスRAにより参照される。係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCn、累積レジスタRACMは、係数シーケンサSQLDにバスSAより書き込まれて設定され、時分割シーケンサSQGNの参照アドレスバスRAにより参照される。
【００７１】
乗算手段MPYTT，MPYA1，MPYA2，MPYP1〜MPYPn，MPYB1〜MPYBn，MPYC1〜MPYCn、加算器SUM、累積器ACUMの演算データ形式、係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCn、累積レジスタRACMの格納データ形式は整数形式でも浮動小数形式でもよい。また、これらの乗算、加算、累積の演算は、ｖτ，ｖw独立に並列同時で行われる。
【００７２】
次に、図２及び図３を用いて、図１のビームフォーマデータ演算部100の処理の時分割処理を説明する。図２の送信基準信号Txは、送信動作の基準時刻を決定する制御信号である。送信間隔TxPの間に、ビームフォーマデータ演算部100の時分割動作が反復される。
【００７３】
ビームフォーマデータである遅延データτと重みデータｗは、時間により連続的に変化する関数であり、時間区間が、区間ロード信号LDSに従って時間区間S1〜Skの区間に分割されている時間区間ごとの近似関数ｖτ，ｖwで演算される。区間ロード信号LDSは、図１の時分割シーケンサSQGNの内部指令であり、区間長レジスタRSPNの参照内容に従って時間区分位置を生成する。
【００７４】
初期定数項Dは、送信基準信号Txから同期して別途派生する信号によって、累積レジスタRACM入力から初期値を格納する。また、最初の区間S1での演算係数に必要な係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnも同じく送信基準信号Txに依存してロードされる。累積レジスタRACMからは、参照読み出しが行われ、初期値Dと最初の区間S1での演算係数に必要な係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnとを同時に用いた演算が行われる。時間区間S1の最後の時分割フレーム期間FR1で累積器ACUMの出力が累積レジスタRACMの入力となり、内容が更新される。以降、時間区間S2〜S(k-1)の最後の時分割フレーム区間FR2〜FRkで累積器ACUMの出力が累積レジスタRACMの更新入力となる。
【００７５】
ｈ番目の時間区間Sｈでの時分割フレームについて、図3(1)、図3(2)、図3(3)で説明する。図は、最大ビーム数BMmax=4、チャネル数CH=4、時分割処理フレーム最大長m=16の場合である。図3(1)ではBM=1、時分割処理フレーム長M=4であるから、m/M=4であり、係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnは同一並びのものが4回反復されて格納される。チャネル番号NCH、ビーム番号NBMを用いて、これらは｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0｝を４回反復したものになる。この間、区間内時間TSは、｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0｝の間は一定で、反復が繰り返されるごとにTS=１，２，３，４，５，…となる。図3(2)ではBM=2、時分割処理フレーム長M=8であるから、m/M=2であり、係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnは同一並びのものが2回反復されて格納される。チャネル番号NCH、ビーム番号NBMを用いて、これらは｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0，CH0BM1，CH1BM1，CH2BM1，CH3BM1｝を2回反復したものになる。この間、区間内時間TSは、｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0，CH0BM1，CH1BM1，CH2BM1，CH3BM1｝の間は一定で、図3(1)の場合と比べ時間が２倍で、反復が繰り返されるごとにTS=２，４，６，…となる。図3(3)ではBM=4、時分割処理フレーム長M=16であるから、m=Mであり、係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnは全長mのものが格納される。チャネル番号NCH、ビーム番号NBMを用いて、これらは｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0，CH0BM1，CH1BM1，CH2BM1，CH3BM1，CH0BM2，CH1BM2，CH2BM2，CH3BM2，CH0BM3，CH1BM3，CH2BM3，CH3BM3｝になる。この間、区間内時間TSは一定で、図3(1)の場合と比べ時間が４倍で、反復が繰り返されるごとにTS=4，8，12，…となる。
【００７６】
図3から明らかなように、整数Jと区間ｈの長さspnh=128を用いて、TS=J×BM、(J=1，2，3，…，spnh/CH/BM)で計算される。区間ｈの最終でTsが同じになるため、累積レジスタRACMの格納値はBMの値が変化しても同じになる。このため、例えばNBM=0のビームフォーマデータは、BM=1，2，4のように変化した場合でも、TSの時間増分及び初期値が変化し、｛CH0BM0，CH1BM0，CH2BM0，CH3BM0｝を共通のデータとして用いることができる。
【００７７】
このように、ビームフォーマの所定のチャネル処理数ごと、あるいは所定のビーム処理条件ごとに、処理する時間区間を共通とすることにより、効率の良い時分割処理で演算を進める事ができる。現在の技術においては、外部の記憶手段EXTRMの実現デバイスの読み出し動作周波数より、ビームフォーマデータ演算部100の演算周波数を高めることが可能であり、時分割処理により高い実装密度を得ることができる。
【００７８】
また、上記の時間区間長を所定のチャネル処理数あるいはビーム処理数の公倍数で共通とすることにより、無駄な処理待機時間のない演算が行える。また、時間区間内において所定のチャネル処理数ごと、あるいは所定のビーム処理条件ごとに、各区間の時間関数Tsの発生演算に与える「初期値」、「変化量（増分値など）」を変更し、区間の最終演算において時間変数TSの同じ値となるような時間変数TSの発生を行って演算を行うことにより、異なる時分割動作により、チャネル及びビーム処理の出力周期が異なっても、同じビームフォーマ出力が得られる。これにより、時分割動作状態ごとに異なるビームフォーマデータを外部の記憶手段EXTRMに格納する必要がなくなるため、記憶容量を小さくできる。また、記憶手段EXTRMに一部のみ記憶して、チャネル及びビーム処理設定を変更した場合に記憶手段EXTRMの記憶内容を転送により更新する場合には、転送時間による撮像開始までの待機時間を短縮できる。
【００７９】
次に、図１の記憶手段EXTRMに格納するビームフォーマデータ形式の可変的な構成例を図４のFMT1，FMT2で説明する。FMT1，FMT2はチャネル番号NCH=i〜i+3の４チャネル、ビーム番号NBM=j〜j+3の4ビーム分の時間区間ｈでのデータ形式を示す。FMT1は最も長い形式、FMT2は係数種類を最小にした構成を示す。この他にも、初期値D等もビームフォーマデータ演算部の入力となるが、それらは通常、データ量が少ないため記憶手段EXTRMの容量や転送速度を大きく変えるものではない。
【００８０】
これらのデータ形式では、図２の係数シーケンサSQLDは、複数のビームフォーマデータ形式に対応して係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwnの係数レジスタRA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCnへの格納を行う。ビームフォーマデータ形式に含まれない係数は格納値が０になるように係数シーケンサSQLDが出力し、時間区間内での積和演算では対応する積和演算項は無視される。なお、FMT1，FMT2のデータは、記憶手段EXTRMのデータバスのビット幅などに合わせて適切に詰めて転送され、各係数の形式が同じビット幅に限定されるものではない。係数は整数形式でも、浮動小数形式でもよい。初期値と時間１次関数の係数以外の係数の読み出し動作を省いた読み出し動作が選択可能である構成とすることにより、記憶手段EXTRMからのデータ転送時間を低減することができ、短い時間区間においても多くのビーム数、チャネル数に対応したデータを転送することができる。
【００８１】
次に、３次元空間の撮像を目的として、ビームフォーマデータ演算部100の処理において、パラメタP1〜PnのうちパラメタP1〜P5が、ビーム偏向角ψ及びφ、ビーム音軸の基準点座標s(sx，sy，sz)にそれぞれ対応付けられた場合の例を図5に示す。超音波の送受信を行う全体を図示しない探触子の送受信素子群410は、所望の指向性特性を実現するために、空間的に少なくとも２次元に分離して配置されている。送受信素子群410の全素子が同形であるとは限らず、また、格子状に配列されない場合もあってよい。送受信素子群410の個々の素子を独立に、あるいは、その複数を何らかの信号処理を行って１つの入力信号とし、受信ビームフォーマ120の複数の入力チャネル信号が形成される。探触子400の音響出力面に座標s(sx，sy，sz)での法線方向になるように、基準軸NAが座標系O(x，y，z)で定められる。音響ビームの形成方向NBは、基準軸NAをｚ’軸とする座標系(x’，y’，z’)で偏向角（ψ，φ）によって一意に定められる。ビームフォーマデータ演算部100でのパラメタP1〜P5は、適切な関数f1〜f5を用いてP1=f1(ψ)，P2=f2(φ)，P3=f3(sx)，P4=f4(sy)，P5=f5(sz)で一意に定められる。
【００８２】
これらの条件のもと、s(sx，sy，sz)を原点として、ビーム軸NB上の点R1，R2…，Rkが作る距離間隔と音速Vcから定まる時間区間S1，S2，S3，…、Skが設定される。ビーム偏向角(ψ，φ)は、原点s(sx，sy，sz)からの直線NLU，NLL，NUU，NULが囲む立体角区間であるψU≦ψ≦ψLかつ、φU≦φ≦φLで、s(sx，sy，sz)のSXU≦sx≦SXLかつ、SYU≦sy≦SYLかつ、SZU≦sz≦SZLにおいて、遅延データτあるいは重みデータｗの理想ビームフォーマデータ関数v’(Ts，P1，P2，P3，P4，P5)を定義し、これを時間区間S1〜Skに分割して所望の精度でビームフォーマデータの近似関数を定めて係数群を求め、近似演算を行うことができる。このように、時間以外に５元変数となる３次元撮像のためのビームフォーマデータを、区間内時間Ts及びパラメタP1〜P5で近似関数表現する区間群に複数分割し、所望の精度の制約のもとで近似計算することが可能である。なお、音響ビームの形成方向NBの定め方は、図５の角度の基準の定め方に限らず、様々に規定できるが、２つの角度と口径位置の３座標で一意に指定することができることには変わりがない。このような近似により記憶手段EXTRMの必要記憶容量を大幅に低減できる。
【００８３】
次に、本発明のビームフォーマデータ演算部100に供する係数群Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期値Dτ，Dwについて線形計画法計算を用いた最適化方法について、図6及び図7を用いて説明する。
【００８４】
まず、ビームフォーマの設計要請に従って、受信時間TA、チャネル番号NCH、ビーム番号NBM、パラメタP1〜Pnのパラメタ値NP1〜NPnに対する区分を行う。受信時間TAに関しては個数ｋの時間区分S1〜Sk、チャネル番号NCHについては個数kcのチャネル区分CHS１〜CHSkc、ビーム番号NBMについては個数kbのビーム区分BMS１〜BMSkb、パラメタP1〜Pnについては個数がそれぞれk1〜knのビーム区分群P1S１〜P1Sk1，P2S１〜P2Sk2，…，PnS１〜PnSknを定める。ビームフォーマデータ演算部100の動作に合わせて、ビーム区分BMS１〜BMSkbは少なくとも最大時分割ビーム数であるBMmaxごとに纏められる。また、全てのビームについて同じ時間区分を共用する場合には、単一区分となりkb=1である。チャネル区分CHS１〜CHSkcはチャネル時分割数CHごとに纏めるのが最も効率が良い。パラメタP1〜Pnについてもビームフォーマデータに係わるパラメタとして、例えばビームの偏向方向に関する１又は２個の角度、送受信口径の位置指定に関する１〜３個の座標、音速、送受信周波数、温度、撮像部位、適応ビームフォーマとしての制御入力パラメタとして割り当てが可能で、パラメタの水準値の範囲内で区分が可能である。
【００８５】
次に、チャネル区分CHS１〜CHSkcの中からチャネル区分CHSkcs、ビーム区分BMS１〜BMSkbの中からビーム区分BMSkbs、パラメタ区分群P1S１〜P1Sk1，P2S１〜P2Sk2，…，PnS１〜PnSknの中からパラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsを選択する。チャネル区分CHSkcsの中にはCH個のチャネル番号値、ビーム区分BMSkbsの中にはBMmax個のビーム番号値、パラメタ区分P1Sk1s〜P1SknsにはそれぞれP1SNk1s〜P1SNkns個のパラメタ水準値が含まれている。チャネル区分CHSkcsの中からチャネル番号値NCH、ビーム区分BMSkbsの中からビーム番号値NBM、パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中からパラメタ水準値NP1Sk1s〜NP1Sknsを選択し、十分な精度の数値計算により、基準のビームフォーマデータの時間関数を作成し、図６の遅延時間τの理想遅延データ関数MDT(TA)、図７の重みｗの理想重みデータ関数MDW(TA)を計算する。実際のビームフォーマ演算では遅延時間τの理想遅延データ関数MDT(TA)に対してετ＞０なる±ετの誤差、重みｗの理想重みデータ関数MDW(TA)に対してεw＞０なる±εwの許容を設定する。これにより遅延時間τの上限許容関数ETU(TA)、下限許容関数ETL(TA)、重みｗの上限許容関数EWU(TA)、下限許容関数EWL(TA)が定義できる。
【００８６】
ETU(TA) = MDT(TA) +ετ
ETL(TA) = MDT(TA)−ετ
EWU(TA) = MDW(TA) +εw
EWL(TA)= MDW(TA)−εw
【００８７】
これらの時間関数は、ビームフォーマデータ演算部100の時分割シーケンサSQGNにより離散的に発生される区間内時間Tsの周期で計算される。図６、図７を用い最初の時間区間S1について線形計画法の境界条件の設定について図示する。時間区間S１内の時間点TS1，TS2，…，TSspn1について境界上限値ETU(TS1)，ETU(TS2)，ETU(TSspn1)，EWU(TS1)，EWU(TS2)，EWU(TSspn1)、境界下限値ETL(TS1)，ETL(TS2)，ETL(TSspn1)，EWL(TS1)，EWL(TS2)，EWL(TSspn1)が設定される。こうした境界制約関係をチャネル区分CHSkcs、ビーム区分BMSkbs、パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中の全ての値の組み合わせについて連立させた、以下の線形計画問題LP1を設定する。
線形計画問題LP1：
1)チャネル区分CHSkcsの中の全てのチャネル番号値
2)ビーム区分BMSkbsの中の全てのビーム番号値
3)パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中の全てのパラメタ水準値
について、aτ1，aτ2は遅延時間τの係数Aτ1，Aτ2に対応する未知数、bτ1〜bτn，cτ1〜cτnは係数Bτ1〜Bτn，Cτ1〜Cτn。に対応する未知数、dτは初期値Dτに対応する未知数として不等式を連立する。
【００８８】
【数３】
2008212492.tif 000005
【００８９】
不等式の連立数は、２×spn1×CHSkcs×BMSkbs×P1Sk1s×P1Sk2s×〜×P1Skns＋１となり、改訂Simplex法などの計算アルゴリズムで目的関数Qτを最小化する最適化を行う。
【００９０】
線形計画問題LP1が解を持たない場合は、ετを再設定するか、S1の区間長spn1を縮めて求解を反復する。線形計画問題LP1が解けた場合は、引き続き重みに関する同様の線形計画問題LP2を求める。
線形計画問題LP2：
1)チャネル区分CHSkcsの中の全てのチャネル番号値
2)ビーム区分BMSkbsの中の全てのビーム番号値
3)パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中の全てのパラメタ水準値
について、aw1，aw2は重みｗの係数Aw1，Aw2に対応する未知数、bw1〜bwn，cw1〜cwnは係数Bw1〜Bwn，Cw1〜Cwnに対応する未知数、dwは初期値Dwに対応する未知数として、以下の不等式群を連立する。
【００９１】
【数４】
2008212492.tif 000006
【００９２】
線形計画問題LP２が解を持たない場合は、εwを再設定するか、S1の区間長spn1を縮めて線形計画問題LP１に戻って求解を反復する。線形計画問題LP1，LP2が同時に解けるまで反復する。S1の区間長spn1が短く設定された場合は、引き続くS2の区間の開始点を変更する。
【００９３】
以上の線形計画問題LP1，LP2の求解を全ての時間区間Skについて反復し、区間Skの終点が時間区間で分割した範囲の最後の時間点まで含まれるように順次繰り返して未知数である係数を決定してゆく。このようにして区間内で最適な関数曲線群511〜51k，521〜52kが求まり、所望の精度内でのビームフォーマデータが得られる。
【００９４】
さらに、チャネル区分CHS1〜CHSkc、ビーム区分BMS1〜BMSkb、パラメタ区分群P1S1〜P1Sk1，P2S1〜P2Sk2，…，PnS1〜PnSknから新たに区分を選択して線形計画問題LP1，LP2を反復して未知数である係数を決定してゆき、ビームフォーマデータ全体を計算する。
【００９５】
次に、時間区間の接続点での演算値の連続制約条件及び時間一次偏微分係数の連続制約条件を付加した線形計画法による求解を図8、図9を用いて説明する。図8、図9は、図6の遅延時間τの理想遅延データ関数MDT(TA)、図7の重みｗの理想重みデータ関数MDW(TA)を偏差の許容制限に加え、時間区間の接続点での連続条件の制約下で最適化したものである。図6、図7の場合と同様に受信時間TAは、時間区間S'1〜S'kで分割する。時間区間S'1〜S'kの区間長をspn'1〜spn'kとする。区間の接続時刻点TA12〜TA(k-1)kについて、関数値及び時間一次偏微分係数の連続制約条件を付加する。関数値の連続制約条件は、遅延時間τの理想遅延データ関数MDT(TA)、重みｗの理想重みデータ関数MDW(TA)の誤差が区間の接続点時刻で０≦εJτ≦ετ，０≦εJw≦εwなる誤差で±εJτ，±εJwの範囲に制約される条件とする。
【００９６】
また、時間一次微分係数の連続制約条件も、以下の式で定める時間一次偏微分関数uτ(Ts，P1，P2，…，Pn)，uw(Ts，P1，P2，…，Pn)について、区間接続点での制約条件を求める。
【００９７】
【数５】
2008212492.tif 000007
【００９８】
h番目の時間区間S'hの区間長をspn'hとし、区間内時刻TSの終点の時刻点TS＝TSspn'hでの時間一次偏微分関数値UEτh = uτ(Tsspn'h，P1，P2，…，Pn)，UEｗh = uｗ(Tsspn'h，P1，P2，…，Pn)の値を計算する。h≧1なるh+1番目の時間区間S'(h+1)での線形計画問題の求解では、S'(h+1)区間内の先頭時刻TS1より以前のTS＝０となる時刻点が、h番目の時間区間S'hの終点の時刻点TS＝TSspn'hと一致するように設定する。
【００９９】
時間区間S'(h+1)においてTS＝０での時間一次微分係数USτh+1 = uτ(0，P1，P2，…，Pn)，USwh+1 = uｗ(0，P1，P2，…，Pn)を求め、差の絶対値に対してεDτ，εDw＞０なる許容を定義し、制約条件｜USτh+1−UEτh+1｜≦εDτ、｜USwh+1−UEwτh+1｜≦εDwを与えて求解する。なお、図８、図９では、h=2、接続点時刻がTA23の位置ついて±εJτ、±εJwの許容誤差を図示している。また、接続点時刻がTA12の位置ついて、時間一次偏微分関数の連続性について図示している。
【０１００】
新たな制約条件の元で、以下の線形計画問題LP1dを設定する。
線形計画問題LP1d：
1)チャネル区分CHSkcsの中の全てのチャネル番号値
2)ビーム区分BMSkbsの中の全てのビーム番号値
3)パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中の全てのパラメタ水準値
について、aτ1，aτ2を遅延時間τの係数Aτ1，Aτ2に対応する未知数、bτ1〜bτn，cτ1〜cτnは係数Bτ1〜Bτn，Cτ1〜Cτnに対応する未知数、dτは初期値Dτに対応する未知数に対応する未知数として、以下の不等式群を連立する。
【０１０１】
【数６】
2008212492.tif 000008
【０１０２】
改訂Simplex法などの計算アルゴリズムで目的関数Qτを最小化する最適化を行う。線形計画問題LP1dが解を持たない場合は、ετ，εJτ，εDτを再設定するか、S'hの区間長spn'hを縮めて求解を反復する。線形計画問題LP1dが解けた場合は、引き続き重みwに関する同様の線形計画問題LP2dを求める。
線形計画問題LP2：
1)チャネル区分CHSkcsの中の全てのチャネル番号値
2)ビーム区分BMSkbsの中の全てのビーム番号値
3)パラメタ区分P1Sk1s〜P1Sknsの中の全てのパラメタ水準値
について、aw1，aw2を重みｗの係数Aw1，Aw2に対応する未知数、bw1〜bwn，cw1〜cwnは係数Bw1〜Bwn，Cw1〜Cwnに対応する未知数、dwは初期値Dwに対応する未知数に対応する未知数として、以下の不等式群を連立する。
【０１０３】
【数７】
2008212492.tif 000009
【０１０４】
線形計画問題LP2dが解を持たない場合はεw，εJw，εDwを再設定するか、S'hの区間長spn'hを縮めて線形計画問題LP1dに戻って求解を反復する。線形計画問題LP1d，LP2d同時に解けるまで反復する。S'hの区間長spn'hが短く設定された場合は、引き続くS'(h+1)の区間の開始点を変更する。
【０１０５】
以上の線形計画問題LP1d，LP2dの求解を全ての時間区間S'1〜S'kについて反復し、区間Skの終点が時間区間で分割した範囲の最後の時間点まで含まれるように順次繰り返して未知数である係数を決定してゆく。このようにして区間内で最適な関数曲線群611〜61k，621〜62kが求まり、所望の精度内で連続性が高められたビームフォーマデータが得られる。
【０１０６】
さらに、チャネル区分CHS１〜CHSkc、ビーム区分BMS1〜BMSkb、パラメタ区分群P1S1〜P1Sk1，P2S１〜P2Sk2，…，PnS1〜PnSknから新たに区分を選択して線形計画問題LP1d，LP2dを反復して未知数である係数を決定してゆき、ビームフォーマデータ全体を計算する。この実施例では誤差の制約条件を時間区間の接続点以外は一定としたが、時間区間内の時刻点ごとや、時間区間ごとに異なる制約条件を与えても良いことは言うまでもない。線形計画法の計算アルゴリズムや制約条件は、上記実施例に限るものではないが、少なくとも、複数時間区間で分割した複数の制限条件不等式より近似関数演算係数を線形計画法により求めることに特徴がある。具体的な実装形態としては、図11のTCPUのための演算プログラムとしてこの線形計画法アルゴリズムを実装しておき、関数演算係数項としての結果を記憶手段EXTRMに格納することで実現できる。近似関数演算係数項を線形計画法により求めることにより、必ずしも連続でないパラメタや複数パラメタに対してビームフォーマデータを所望の精度内で最適化することができ、ビームフォーマデータを非常に効率よく実装することができる。
【０１０７】
次に、信号周波数を帯域ごとに分割した場合のビームフォーマデータについて説明する。図10(1)は、横軸に周波数、縦軸に信号利得を取り、全帯域BNDは仮想的に探触子の表面で考え、距離や生体減衰の依存を考えない場合の送受信を含めた信号周波数の利得である。全帯域BNDを周波数が低い側から部分帯域BD0〜BD3に分割し、それぞれ個別のビームフォーマ処理を行う。
【０１０８】
図10(2)は、縦軸に信号減衰量、横軸に(1)と同じく周波数をとり、生体内の異なる深さDP1，DP２（DP２＞DP１）における信号減衰量ATT１，ATT２を概念的に示したものである。一般に、深さが増すほどエコーの信号減衰量(dB)は大きくなる。拡散による距離依存減衰の他に生体の音波吸収、散乱による周波数依存性減衰が知れらており、周波数が高まるほど減衰が増加することが広く知られている。このことから減衰の度合いが周波数により異なるため、これらを送信波形の変更や受信時のダイナミックな利得調整で補償しようとすれば、周波数に応じた補償が必要となる。このため、図10(1)の例のように全帯域BNDを周波数が低い側から所定数の部分帯域BD0〜BD3に分割し、それぞれ個別のビームフォーマ処理を行うことで改善が得られる。即ち、帯域ごとにそれぞれ個別の補償を行い、それらの補償量の配分を時間的に変動させる。また、生体内の組織、臓器での音速の違いにより遅延時間の変化を補償する場合に、それらが周波数に依存すると考える場合には遅延時間データを周波数に分けて与えることになる。これらのことからも、部分帯域BD0〜BD3にそれぞれ個別のビームフォーマデータを用いて処理を行うことで改善が得られる。
【０１０９】
図10(3)は、図3(3)の４ビーム同時、時分割処理において、各ビームの処理の代わりに、４帯域処理を割り当てた同時時分割処理を行うものである。ビーム番号NBMを帯域番号０，１，２，３に置き換えて処理を行うことができる。このように、同一の受信信号に対して、複数の部分帯域に分けて、ビーム番号NBMと同様としたビームフォーマデータ演算を行い、周波数を時間以外の変数として被検体に周波数依存性減衰の補償や音速の分散による遅延時間の補正を行い、時分割ビーム処理を信号帯域分割した別周波数帯に最適化した遅延や重みのデータを用意して独立に別ビーム同様に扱うことにより、周波数に依存したビームフォーマ動作を実現できる。
【０１１０】
次に、送信ビームフォーマデータを受信ビームフォーマデータから参照して共用する場合について説明する。多くの異なるビーム偏向方向へ走査を行う場合には送信ビームフォーマデータも多くなり、受信ビームフォーマデータを参照して生成し、それらにパラメタによる変更をかけて使用すれば調整の効率が良い。図12において、NC上の送信焦点ＦFに対する距離RFと音速Vcから、適切な定数TACを用いて
TA'=2RF/Vc＋TAC
により、該当する受信時間TA'を算出する。TA'の値と各時間区間S1〜Skの値を累積しながら比較することにより、図6、図７に示す例のように、該当する時間区間がS3、時間区間S3の先頭からの区間内時間位置がTTXであることが算出できる。これらの演算は、図１のプロセッサTCPUがバスPAを介して時分割シーケンサSQGNに設定を行なう。係数シーケンサSQLDは、記憶手段EXTRMより、係数Aτ1，Aw1，Aτ2，Aw2，Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn，Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwn、初期定数項Dτ，Dwを読み出す。初期定数項Dτ，Dwは、区間S2までの累積の最終値を用いる。時分割シーケンサSQGNはTTXに従うS3区間内の時刻位置でのTSを出力する。出力DATは、送信回路手段に転送される。時刻カウンタ固定値時刻値TSを与える手段により、送信データを受信データと同じ演算手段で実現できると同時に、区間内時間Ts及び種々のパラメタP1〜Pnに依存した変化分を与えて調整する手段を提供できる。例えば、送信の焦点距離の変更、送信ビームの偏向角（ψ、φ）微小な変更や送信口径位置の微小な移動などが、送信焦点ごとに個別送信データを記憶手段EXTRMに格納することなく演算で発生できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明を医用超音波診断装置の送信・受信ビームフォーマー（整相回路）に適用することにより、効率が良く調整柔軟性に富んだ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】ビームフォーマデータ演算部の構成を示した説明図である。
【図２】演算の時分割フレーム処理の依存関係の説明図である。
【図３】演算の時分割フレームの説明図である。
【図４】ビームフォーマデータ演算部のデータ形式の説明図である。
【図５】３次元ビームフォーマデータ演算への適用例の説明図である。
【図６】遅延データの線形計画法による求解法の説明図である。
【図７】重みデータの線形計画法による求解法の説明図である。
【図８】遅延データの連続条件を含めた線形計画法求解の説明図である。
【図９】重みデータの連続条件を含めた線形計画法求解の説明図である。
【図１０】周波数帯域分割ビームフォーミング演算の説明図である。
【図１１】本発明のビームフォーマデータ演算部を搭載した医用超音波診断装置の構成の説明図である。
【図１２】遅延データの説明図である。
【図１３】重みデータの説明図である。
【符号の説明】
【０１１３】
400  探触子
410  送受信素子群
100  ビームフォーマデータ演算部
200  送信回路
300  送受分離回路
210  受信回路
120  受信ビームフォーマ
121  ビーム出力信号
130  スキャンコンバーター
131  映像信号
140  表示手段
TCPU  プロセッサ
EXTRAM  記憶手段
TW  送信音波
RW  受信音波
τ  遅延データ
ｗ  重みデータ
S1〜Sk  時間区間
spn1〜spnk  区間長
RSPN  区間長レジスタ
TA  ビームフォーマデータ演算開始からの累積時間
TS  区間内の時間計数値
SQGN  時分割シーケンサ
Ispn  区間参照番号
SQLD  係数シーケンサ
CH  チャネル数
BM  ビーム数
BMmax  ビーム数BMの最大値
M  時分割処理フレーム最大長
RP1，RP2，…，RPn  パラメタ変数レジスタ
p11〜p1m，p21〜p2m，pn1〜pnm  パラメタ値
PA  プロセッサのバス
RAP  口径マスク時間レジスタ
ap1〜apm  口径マスク時間レジスタ格納値
ｖτ  遅延データ関数
ｖw  重みデータ関数
P1〜Pn  パラメタ変数
Aτ1，Aw1  区間内時間TSの２次係数
Aτ2，Aw2  区間内時間TSの１次係数
Bτ1〜Bτn，Bw1〜Bwn  区間内時間TSとパラメタ変数P１〜Pnの２次積群の係数群
Cτ1〜Cτn，Cw1〜Cwn  パラメタ変数P１〜Pnの１次係数群
Dτ，Dw  初期定数項
RADR  ビーム・チャネル指定レジスタ
adr1〜adrm  ビーム・チャネル指定レジスタ格納の指標値
SQLD  係数シーケンサ
CD  記憶手段EXTRMからの読み出しデータ出力
RACM  累積レジスタ
RA1，RA2，RB1〜RBn，RC1〜RCn  係数レジスタ
M  時分割処理フレーム長
a11〜a1m  係数レジスタRA１格納値
a21〜a2m  係数レジスタRA2格納値
b11〜b1m，b21〜b2m，…，bn1〜bnm  B1〜Bnの係数レジスタRB1〜RBn格納値
c11〜c1m，c21〜c2m，…，cn1〜cnm  C1〜Cnの係数レジスタRC1〜RCn格納値
SQGN  時分割シーケンサ
MPYTT，MPYA1，MPYA2，MPYP1〜MPYPn，MPYC1〜MPYCn  乗算手段
A1TT  A1・TS2演算項
A2T  A2・TS演算項
BP1，BP2，…，BPn  B1・P1・TS，B2・P2・TS，…，Bn・Pn・TS演算項出力
CP1，CP2，…，CPn  C1・P1，C2・P2・TS，…，Cn・Pn演算項出力
SUM  加算器
ACUM  累積器
SEL1，SEL2  選択器
LD  時分割シーケンサSQGNの指令出力
CMP  比較器
DG  比較器のマスク指令出力
DAT  ビームフォーマデータ演算出力
RA  SQGNの参照アドレスバス
Tx  送信基準信号
TxP  送信間隔
LDS  区間ロード信号
FR1  時間区間S1の最後の時分割フレーム期間
NCH  チャネル番号
NBM  ビーム番号
FMT１，FMT２  ビームフォーマデータ形式
ψ，φ  ビーム偏向角
s(sx，sy，sz)  ビーム音軸の基準点座標
NA  基準軸
O(x，y，z)  座標系
NB  音響ビームの形成方向
NLU，NUU，NUL，NLL  ビームデータの補間演算区間の角度区間端
NB  音響ビームの形成方向
R1，R2，R3  音軸上の距離
(x’，y’，z’)  基準軸NAをｚ’軸とする座標系
f1〜f5  関数
MDT(TA)  理想遅延データ関数
MDW(TA)  理想重みデータ関数
ετ  MDT(TA)に対する許容誤差
εw  MDW(TA)に対する許容誤差
ETU(TA)  遅延時間τの上限許容関数
ETL(TA)  遅延時間τの下限許容関数
EWU(TA)  重みｗの上限許容関数
EWL(TA)  重みｗの下限許容関数
511〜51k，521〜52k  区間内で最適な関数曲線群
εJτ，εJw  区間の接続点時刻での許容誤差
UEτh，UEwh  区間の接続点時刻での時間一次偏微分関数値
εDτ，εDw  区間の接続点時刻での時間一次偏微分関数値の差の許容
BND  送受信を含めた信号の全帯域
BD０〜BD３  部分帯域
DP１，DP２  生体内の深さ
ATT１，ATT２  減衰量
【図１】
2008212492.tif 000010
【図２】
2008212492.tif 000011
【図３】
2008212492.tif 000012
【図４】
2008212492.tif 000013
【図５】
2008212492.tif 000014
【図６】
2008212492.tif 000015
【図７】
2008212492.tif 000016
【図８】
2008212492.tif 000017
【図９】
2008212492.tif 000018
【図１０】
2008212492.tif 000019
【図１１】
2008212492.tif 000020
【図１２】
2008212492.tif 000021
【図１３】
2008212492.tif 000022