(57)【要約】【課題】口径を構成する複数の振動子の駆動信号の時間軸方向の重み付けを変えることにより、送波ビーム形状の最適な生成を可能とする。【解決手段】被検体に超音波を送波する超音波探触子の口径を構成する複数の振動子にそれぞれ対応する複数の駆動信号生成部を有し、各駆動信号生成部は、送信開始信号に応答して動作する遅延部１１と、遅延部から出力される駆動開始信号に応答して、可変設定される波形の駆動信号を生成する波形生成部１２と、波形生成部から出力される駆動信号の振幅に重み付けをして対応する振動子に出力する重み付け部１３とを有し、重み付け部は、駆動信号の振幅の重み付けが、時間軸方向に異ならせて可変設定可能に形成されてなるものとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送波する超音波探触子の駆動信号を生成する送信手段を備え、該送信手段は口径を構成する複数の振動子にそれぞれ対応する複数の駆動信号生成部を有し、前記各駆動信号生成部は、送信開始信号に応答して動作する遅延部と、該遅延部から出力される駆動開始信号に応答して、可変設定される波形の駆動信号を生成する波形生成部と、該波形生成部から出力される駆動信号の振幅に重み付けをして対応する振動子に出力する重み付け部とを有してなる超音波診断装置において、
前記重み付け部は、前記駆動信号の振幅の重み付けが、時間軸方向に異ならせて可変設定可能に形成されてなることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記送信手段は、前記複数の駆動信号生成部の前記各遅延部と前記各波形生成部と前記各重み付け部とを制御する駆動信号生成制御部を備え、該駆動信号生成制御部は、各駆動信号生成部の各駆動信号の遅延時間と、波形の波数及び周波数成分と、時間軸方向に異ならせて可変設定される振幅の重み係数とをそれぞれ個別に制御す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、超音波診断装置に係り、特に、断層像撮像モードや血流計測モードなどの計測モードに対応した解像度の画像を生成するのに適した超音波の送波ビームを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、複数の超音波振動子を配列した探触子を用いて被検体内に超音波を送受信し、複数の超音波振動子で受信した被検体内からの反射エコー信号を信号処理し、断層像や血流情報などの画像情報を生成して診断に資するものである。画像情報としては、反射エコー信号に所定の信号処理を施してドプラ信号を抽出して血流の速度と方向など求めて画像化することも行われている。一般に、血流計測モードの場合、断層像を見ながら血管の観察部位を位置決めして血流情報を計測していることから、断層像撮像モードと血流計測モードで同一の探触子を用いている。
【０００３】
また、断層像撮像モードでは画像の分解能を上げて観察しやすくするために、超音波の送波ビームをできるだけ細くすることが要求される。しかし、送波ビームを細くするとサイドローブが発生し、アーチファクトを発生させたり、断層像のＳ／Ｎを低下させて画質劣化の原因となる。一方、血流計測モードではドプラ信号を得る血球からの反射エコー信号の強度が極めて弱いため、アーチファクトが血球からの反射エコー信号に混入するとドプラ信号を得ることが困難となるため、血管壁や心臓壁のアーチファクトを低減する必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献1には、複数の超音波振動子をそれぞれ駆動する複数の駆動信号の振幅を変える重み付け関数を、撮像モードや計測モード毎に設定しておき、それぞれの計測モードに適した送波ビームを生成することが提案されている。つまり、口径と称される複数の超音波振動子を同一時に駆動し、それらの超音波振動子から放射される超音波を合成して1つの送波ビームを生成する。このとき、超音波振動子を駆動する駆動信号に時間差（遅延時間）を持たせて、送波ビームの焦点位置を制御するとともに、各駆動信号の振幅を重み付け関数で制御することを提案している。これによれば、重み付け関数を切り換えることにより、各計測モードに適した超音波の送波ビーム形状が得られ、各モードにおける画質を向上することができるとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５５７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献1に記載の従来技術は、いわゆる口径を構成する複数の超音波振動子の配列方向に沿って、各超音波振動子の駆動信号ごとに振幅の重み付けを変えることにより、各計測モードに適した超音波の送波ビーム形状を得ているが、深度に応じた送波ビーム形状の調整については配慮されていない。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、深度に応じて送波ビーム形状の最適な生成を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、被検体に超音波を送波する超音波探触子の駆動信号を生成する送信手段を備え、該送信手段は口径を構成する複数の振動子にそれぞれ対応する複数の駆動信号生成部を有し、前記各駆動信号生成部は、送信開始信号に応答して動作する遅延部と、該遅延部から出力される駆動開始信号に応答して、可変設定される波形の駆動信号を生成する波形生成部と、該波形生成部から出力される駆動信号の振幅に重み付けをして対応する振動子に出力する重み付け部とを有してなる超音波診断装置において、前記重み付け部は、前記駆動信号の振幅の重み付けが、時間軸方向に異ならせて可変設定可能に形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、駆動信号に乗算する重み係数を時間軸方向に変えて、口径を構成する振動子の駆動信号に乗算する重み係数を、口径の中心部で大きく、中心部から離れるに従って小さくなる分布を持たせることができる。また、焦点が浅部のときは重み係数の分布を急峻にし、焦点が深部のときは重み係数の分布を平坦に近づけることができる。これにより、焦点深度応じて、送波ビーム形状を自由に生成できることから、計測モードに合わせて最適な送波ビーム形状を生成することができる。
【００１０】
また、口径を構成する振動子の駆動信号の周波数を、口径の中心部で高く、中心部から離れるに従って低く設定することと組み合わせれば、各振動子から放射される超音波の送信波面の位置ごとに、深度に応じて精度良く周波数成分を調整できる。例えば、探触子１の近傍の浅部の撮像にはあまり寄与しない波面中心の振動子よりも遠い振動子では、時間とともに低周波成分を増加させる重み係数にすると、深度部分の感度改善に貢献する。一方、口径中心近くの振動子は、低周波成分を逆の配分にすることで、合成された送波ビームの周波数帯域を一定に保つことができ、深度が深くなると画質が劣化することを防止できる。
【００１１】
例えば、ある特定の深度に強い反射体が存在する場合、従来技術では、その反射体より深い位置に送波ビームを透過させる工夫はされていないため、深部がうまく描出されないという不具合がある。この点、本実施形態によれば、口径の内側振動子の低周波成分比を深度に対応して減らし、外側振動子の低周波成分比を深度に対応して増やす処理が可能になる。そのため、反射体よりも深い位置に超音波送信信号を到達させることが可能となり、画質、感度の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、口径を構成する複数の振動子の駆動信号の時間軸方向の重み付けを変えることにより、深度に応じて送波ビーム形状を最適に生成を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、一実施形態の超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、超音波の探触子１は、送受分離部２を介してディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換部３とアナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換部４に接続されている。Ｄ／Ａ変換部３は送信回路５から出力される探触子１の口径を構成する複数の振動子に対するディジタルの駆動信号をアナログに変換し、送受分離部２を介して対応する複数の振動子に出力するようになっている。A／D変換部４は、探触子１の口径を構成する複数の振動子で受信した反射エコー信号をディジタル信号に変換し、受信回路６に出力するようになっている。受信回路６は、入力される複数の振動子からの反射エコー信号を予め設定された時間の遅延処理をして整相して加算することにより受波ビームを生成する。生成された受波ビームの反射エコー信号は信号処理部７に入力され、ここにおいて断層像や血流情報の演算処理により画像情報が生成される。信号処理部７で生成された画像情報は、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）８において画像データに変換されて表示部９に画像を表示するようになっている。メモリ１０には、駆動信号の波数、サンプリング点数等に応じた様々な波形データ、及び遅延時間などのデータが格納されている。
つまり、計測モードなどの計測条件に対応して、口径（駆動する振動子の数）、駆動信号の周波数、波形及び波数、各振動子の駆動開始時間を遅延させる遅延時間を変えて、送信ビームを最適な形状に制御する送波データを設定するようにしている。したがって、メモリ１０には、例えば、断層像撮像モードあるいは血流計測モードなどの計測モードごとに、口径、駆動信号の最適な周波数、波形及び波数が定められ、さらに口径を構成する各振動子の遅延時間などの送波データが定められて格納されている。なお、各振動子の遅延時間は、口径を構成する各振動子から放射される超音波の波面を焦点位置に収束させるように、各振動子の駆動タイミングに時間差を与えるものである。
【００１４】
送信回路５は、メモリ１０に格納された計測モードごとの送波データを読み出し、口径を構成する振動子ごとに異なる駆動信号を生成し、Ｄ／Ａ変換部３でアナログ信号に変換し、送波分離部２を介して駆動信号を出力して口径を構成する各振動子を駆動するようになっている。各振動子からそれぞれ異なる送波データの超音波が被検体内に放射され、それらの超音波が合成されて所望形状の送波ビームが生成されるようになっている。すなわち、送信回路５は、口径を構成する複数の振動子にそれぞれ対応する複数の駆動信号生成部を有して構成されている。各駆動信号生成部は、周知のように、送信開始信号に応答して動作する遅延部と、この遅延部から出力される駆動開始信号に応答して、可変設定される波形の駆動信号を生成する波形生成部とを有して構成されている。また、駆動信号生成部は、本実施形態の特徴である重み付け部を有し、この重み付け部は、波形生成部から出力される駆動信号の振幅に重み付けをして対応する振動子に出力するようになっている
図２は、図１の送信回路５の本実施形態の特徴構成に係る口径重み付けの機能を実現する詳細構成を示す。図示のように、口径重み係数発生回路１８は、口径を構成する複数の振動子１〜ｎに対応させて設けられた重み係数発生部２０−１〜ｎを有して形成されている。各重み係数発生部２０−１〜ｎは同一のハードウエア構成であり、制御部２１と、アドレス発生回路２２と、データバッファ２３と、重みメモリ２４と、アドレス切換器２５と、アドレスバッファ２６と、アドレスカウンタ２７と、制御信号・クロック発生回路２８を備えて形成されている。各重み係数発生部２０−１〜ｎは口径重み係数Ａ１〜Ａｎを生成し、振動子１〜ｎを駆動する駆動信号に乗算する図示していない乗算器に出力するようになっている。
【００１５】
各重み係数発生部２０−１〜ｎは、駆動信号生成制御部１４から出力される重み制御クロック信号２９に基づいて動作するようになっている。重み制御クロック信号２９は、波形生成部から出力される駆動信号の振幅に重み係数Ａ１〜Ａｎを乗算して、時間軸方向（経時的）に重み係数を変化させて各振動子に加えるようになっている。
【００１６】
すなわち、重みメモリ２４には、データバッファ２３を介して重み係数データが格納される。重み係数データが格納されるアドレスは、アドレス発生回路２２で発生され、アドレスバッファ２６を介してアドレス切換器２５に与えられる。アドレス切換え器２５は、書き込み及び読み出しアドレスを切り換えるものであり、重みメモリ２４に重み係数データを書き込むときは、書き込みアドレスに切り換えられる。また、制御信号・クロック発生回路２８によって書き込み制御が行われる。重みメモリ２４に重み係数データを書き込む動作は、駆動信号の送信毎に行うようにする。また、これに代えて、計測モードに対応させて、予め複数の重み係数データを格納しておき、実行する計測モードに対応する重み係数データを重みメモリ２４から読み出して、駆動信号に乗算する乗算器に出力するようにすることができる。また、重みメモリ２４は一般的な単一のデータ入出端子を有するメモリであるが、これに代えて、ＦＩＦＯメモリなどを用いることも可能である。
【００１７】
また、制御信号・クロック発生回路２８は、制御部２１の指令に応じて、アドレス切換器２５をアドエスカウンタ２７に接続して読み出しに切り換え、重みメモリ２４に格納された重み係数データを読み出して、クロック毎に異なる重み係数を出力して駆動信号に乗算する。
【００１８】
これにより、重み係数発生部２０−１〜ｎからは、図３に示すように、時間軸方向（経時的）に変化する重み係数Ａ１〜Ａｎ（図示例は、ｎ＝５）が出力される。そして、乗算器１３−１〜ｎにおいて駆動信号に経時的に変化する重み係数Ａ１〜Ａｎが乗算されて各振動子に出力される。図３に示すグラフは、縦軸が重み係数の値、横軸が送波開始からの時間を示す。また、重み係数Ａ１は口径中心の振動子の重み係数であり、重み係数Ａｎは口径の両端の振動子の重み係数であり、口径中心を基準に対称な重み係数に設定されている。
【００１９】
また、重みメモリ２４は、送信時間幅に対応したアドレスを有するものであるが、波形生成部のデータ変更時間幅よりも短い時間で重みの値を変えることも可能である。これにより、送信周波数の帯域幅を制御することも可能である。つまり、波形生成部において各振動子１〜ｎごとに異なる周波数成分ｆ1〜ｆｎが記録され、かつ重み係数Ａ１〜Ａｎがそれぞれ異なる関数形の場合、口径を構成する複数の振動子から放射される周波数成分ｆ1〜ｆｎの超音波を合成して送波ビームを形成することにより、合成された送波ビームの周波数成分の比率を微妙に変えることができる。
【００２０】
このように、本実施形態によれば、振動子ごとに、駆動信号の振幅に加える重み係数Ａ１〜Ａｎを経時的に変化させていることから、次に述べるような効果が得られる。
【００２１】
本実施形態により形成された駆動信号によってｎ個の振動子を駆動すると、各振動子から放射される超音波の送信波面の位置ごとに、深度に応じて精度良く周波数成分を調整できる。例えば、探触子１の近傍の浅部の撮像にはあまり寄与しない波面中心の振動子よりも遠い振動子では、時間とともに低周波成分を増加させる重み係数にすると、深度部分の感度改善に貢献する。一方、口径中心近くの振動子は、低周波成分を逆の配分にすることで、合成された送波ビームの周波数帯域を一定に保つことができる。送波ビームの周波数帯域を一定に保つことで、深度が深くなることにより画質が劣化することを防止できる。
【００２２】
例えば、ある特定の深度に強い反射体が存在する場合、従来技術では、その反射体より深い位置に送波ビームを透過させる工夫はされていないため、深部がうまく描出されないという不具合がある。この点、本実施形態によれば、口径の内側振動子の低周波成分比を深度に対応して減らし、外側振動子の低周波成分比を深度に対応して増やす処理が可能になる。そのため、反射体よりも深い位置に超音波送信信号を到達させることが可能となり、画質、感度の改善を図ることができる。
【００２３】
また、振動子ごとに、深度に対する周波数成分の混合比を変えると、画質向上に有効であるが、周波数成分の混合比を診断部位に応じて予めプログラミングされたデータを使用して、図４に示した重み係数の配分を調整することが好ましい。重み係数の配分の方法として、撮像した画像を最適化するように、リアルタイムで変更することも可能である。この場合は、口径対、周波数混合比を深度毎に変えたデータ群を複数準備しておき、画像を観察しながらそのデータ群を切り換えて、最も観察に適した画像を得ることができる。このデータ群の切り替えは、パネルなどに設置したダイアルやキースイッチ、その他の用手的入力手段で連続的に可変できるように仕組むことができる。これにより、簡便に再試行が可能となり、最適な重みデータが、ダイアルの送り、戻しで非常に効率よく選定可能となる。ひいては、診断効率の向上につながり診断コストの削減に供するものである。
【００２４】
さらに、これを自動化し最適画像を自動的に判定する手法も可能である。この場合は各データで得られた画像を、予め記憶してある教師画像と比較し、もっとも診断に適した組み合わせを判定する手法などが可能である。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、１回の送信に対する全ての焦点に対して、高精度、高Ｓ／Ｎの送信ビームを生成することができる。
【００２６】
図２の実施形態において、制御信号・クロック発生回路２８は、送波波形メモリ１２−１〜ｎと異なるクロックで、重みメモリ２４のアドレスを切り換えるようにすることができる。さらに、駆動信号の送信状況に応じてクロック周波数を可変にすることもできる。また、例えば、重みメモリ２４の書き込みアドレスを共用し、書き込み制御を同一タイミングで実施することも可能である。さらに、アドレスは各メモリ共通の例を説明したが、個別に制御し、またクロック速度を変えることも可能である。この場合は、より詳細な重み制御が可能になる。また、重みメモリ２４に記録する重み関数は送信毎に書き換えることも、また予め複数の係数を記憶し、メモリの上位アドレスを制御する等の方式で送信毎に切り替えて出力することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の超音波診断装置の全体構成図である。
【図２】図１の送信回路の口径重み係数発生回路の詳細構成図である。
【図３】口径重み係数の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１  探触子
５  送信回路
６  受信回路
１４  駆動信号生成制御部
１８  口径重み係数発生回路
２０  重み係数発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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