(57)【要約】【課題】ビーム形状の劣化を防止し、優れた画質の画像を得ることが可能な超音波診断装置の開口決定方法を提供する。【解決手段】振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を含む、探触子の信号処理条件に関するパラメータに基づいて、形成される超音波ビームの形状のシミュレーションを行うビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２と、ビーム形成シミュレーション工程により得られたビーム形状が、サイドローブレベルの最大値や加算及び間引き無しの場合に対する感度低下の許容量などを含む所定の判定基準を満たすか否かを判定する加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波ビームの送受信を行う複数の配列振動子を含む探触子と、前記配列振動子を駆動する複数の送信パルスを発生する送信パルス発生部と、前記配列振動子で受信した信号を遅延加算するビームフォーマと、前記配列振動子で受信した信号を前記ビームフォーマの複数の入力端子のいずれかに振り分けるクロスポイントスイッチとを有し、開口の端部側よりも中心側の方でより多くの振動子からの受信信号が前記ビームフォーマの１つの入力端子に入力されるよう、前記クロスポイントスイッチにおける受信信号の加算方法および間引き方法が設定される超音波診断装置の開口決定方法であって、
前記加算方法および間引き方法を含む、前記探触子の信号処理条件に関するパラメータに基づいて、形成される超音波ビームの形状のシミュレーションを行うビーム形成シミュレーション工程と、
前記ビーム形成シミュレーション工程により得られたビーム形状が所定の判定基準を満たすか否かを判定する加算及び間引き形状判定工程とを含むことを特徴とする超音波診断装置の開口決定方法。
【請求項２】
前記超音波診断装置の開口決定方法はさらに、前記加算及び間引き形状判定工程において前記所定の判定基準を満たさないと判定された場合、加算及び間引き形状を変更するビーム形状形成工程を含むことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置の開口決定方法。
【請求項３】
前記探触子の信号処理条件に関するパラメータが、前記振動子の間隔を含む請求項１記載の超音波診断装置の開口決定方法。
【請求項４】
前記探触子の信号処理条件に関するパラメータが、前記振動子および前記送信パルスの波形から得られる中心周波数を含む請求項１記載の超音波診断装置の開口決定方法。
【請求項５】
前記探触子の信号処理条件に関するパラメータが、受信信号の反射深さに応じた開口の開き度合いを含む請求項１記載の超音波診断装置の開口決定方法。
【請求項６】
前記所定の判定基準は、サイドローブレベルの最大値、および前記加算及び間引きが無い場合に対する感度低下の許容量を含む請求項１記載の超音波診断装置の開口決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配列振動子を用いて超音波を送受信して生体等の状態を観察および診断する超音波診断装置に関し、特に超音波診断装置の開口を最適に決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配列振動子を構成する複数の振動子を同時に用いて、超音波ビームの収束を行うフォーカシング技術は現在では公知のものとなっている。
【０００３】
図４は、従来例１としてリニア走査型の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。図４において、探触子１は、配列された振動子２−１〜２−１２８を含む。振動子２−１〜２−１２８のうち使用する振動子（開口部分とも称する）は、高耐圧スイッチ３−１〜３−６４により選択される。高耐圧スイッチ３−１〜３−６４により選択された振動子は、送信パルス発生部４で発生した送信パルスにより駆動される。選択された振動子から送出され図示されない体内で反射した超音波ビームは、振動子２−１〜２−１２８のうち高耐圧スイッチ３−１〜３−６４により選択された振動子で受信される。選択された受信信号は、電圧／電流変換アンプ５−１〜５−６４を介して、クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）６で並び替えられ、電流／電圧変換アンプ７−１〜７−６４、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器８−１〜８−６４を介して、ディジタル信号に変換され、ビームフォーマ９により遅延加算される。ビームフォーマ９からの出力信号は、Ｂモード表示のための信号処理を行うＢモード信号処理部１０、ドプラ血流計のための信号処理を行うドプラ信号処理部１１、カラーフローのための信号処理を行うカラーフロー信号処理部１２のいずれかにより所望の信号処理が施され、画像合成部１３により、Ｂモード信号処理部１０、ドプラ信号処理部１１、カラーフロー信号処理部１２からの信号が合成されて表示画像が構成され、表示部１４に表示される。全体の制御は制御部１５により、操作者の操作は操作部１６で行なわれる。
【０００４】
以上の構成による超音波診断装置の動作については既に公知であり、説明は省くことにする。
【０００５】
このような配列振動子を用いた超音波診断装置は、複数の振動子の信号を同時に処理する必要があるため、同時に使用する振動子数だけのＡ／Ｄ変換器や、それを入力し、遅延加算処理をおこなうビームフォーマが必要となり、物量の多さが課題であった。これに対して、特許文献１（従来例２）に記載されるような解決策が考案されている。
【０００６】
この従来例２について、図５および図６を用いて説明する。
【０００７】
図５は、従来例２の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。従来例１では、クロスポイントスイッチ６が６４個の信号を出力し、それに対応して、６４個の電流／電圧変換アンプ７−１〜７−６４、６４個のＡ／Ｄ変換器８−１〜８−６４が設けられていたのに対して、従来例２では、クロスポイントスイッチ６が３２個の信号を出力し、それに対応して、３２個の電流／電圧変換アンプ７−１〜７−３２、３２個のＡ／Ｄ変換器８−１〜８−３２が設けられている。
【０００８】
図６Ａおよび図６Ｂは、図５に示すクロスポイントスイッチ６内の接続関係を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、受信開口の端の信号から１、２、…と番号付けをしてある。クロスポイントスイッチ６においては、複数の信号が１つの出力端子に接続されている（加算あるいは束ね）。あるいは、接続されない信号もある（間引き）。クロスポイントスイッチ６の前段で受信信号は電流に変換されており、２つの信号を１つの出力端子に接続することで、出力端子から２つの信号の電流が加算された出力信号を取り出すことができる。
【０００９】
このクロスポイントスイッチ６の接続関係は、図６Ｂのように表わすこともできる。図６Ｂにおいて、クロスポイントスイッチ６の入力信号１、３、５、７、８、９、１０、３１、３２は、それぞれ、出力端子１、２、３、４、５、６、７に接続され、入力信号２、４、６、６１、６３は出力端子に接続されず、２つの入力信号１１と１２、１３と１４、１５と１６、１７と１８、１９と２０は、それぞれ、１つの出力端子８、９、１０、１１、１２に接続され、３つの入力信号２１と２２と２３、２４と２５と２６、２７と２８と２９、３０と３１と３２は、それぞれ、１つの出力端子１３、１４、１５、１６に接続されている。
【００１０】
このようにして、複数の振動子からの受信信号を１つにまとめたり、使用しないチャンネルを設ける、すなわち振動子からの受信信号の加算および間引きを行うことで、Ａ／Ｄ変換器およびビームフォーマへの入力信号の数を減らすことができ、物量の低減が可能になるとともに、ビーム形状の劣化を最小限に抑えることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１５７５３９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例２においても、どの振動子からの受信信号を加算するか、あるいはどの振動子からの受信信号を間引くかによって、診断を行う際の画質に与える影響が変化する。したがって、振動子からの受信信号の加算方法または間引き方法を最適に決定することが、得られる画質に対して重要となる。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動子からの受信信号の加算方法または間引き方法を最適に決定することで、ビーム形状の劣化を防止し、優れた画質の画像を得ることが可能な超音波診断装置の開口決定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の開口決定方法は、被検体に対して超音波ビームの送受信を行う複数の配列振動子を含む探触子と、配列振動子を駆動する複数の送信パルスを発生する送信パルス発生部と、配列振動子で受信した信号を遅延加算するビームフォーマと、配列振動子で受信した信号をビームフォーマの複数の入力端子のいずれかに振り分けるクロスポイントスイッチとを有し、開口の端部側よりも中心側の方でより多くの振動子からの受信信号がビームフォーマの１つの入力端子に入力されるよう、クロスポイントスイッチにおける受信信号の加算方法および間引き方法が設定される超音波診断装置の開口決定方法であって、加算方法および間引き方法を含む、探触子の信号処理条件に関するパラメータに基づいて、形成される超音波ビームの形状のシミュレーションを行うビーム形成シミュレーション工程と、ビーム形成シミュレーション工程により得られたビーム形状が所定の判定基準を満たすか否かを判定する加算及び間引き形状判定工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る超音波診断装置の開口決定方法はさらに、加算及び間引き形状判定工程において所定の判定基準を満たさないと判定された場合、加算及び間引き形状を変更するビーム形状形成工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、ビーム形成シミュレーション工程と、ビーム形状の判定基準に基づく加算及び間引き形状判定工程とを設けることで、感度の低下を最小限に抑えつつ、良好なビーム形状を得るための振動子からの受信信号の最適な加算方法及び間引き方法を算出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る超音波診断装置の開口決定方法において、探触子の信号処理条件に関するパラメータは、振動子の間隔、振動子および送信パルスの波形から得られる中心周波数、受信信号の反射深さに応じた開口の開き度合いを含む。
【００１８】
また、本発明に係る超音波診断装置の開口決定方法において、所定の判定基準は、サイドローブレベルの最大値、および加算及び間引き無しの場合に対する感度低下の許容量を含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【００２１】
図１において、パラメータ入力工程Ｓ１０１では、パラメータとして、振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法や、振動子の間隔の寸法データを含む探触子形状などのデータが入力される。次に、ビーム形状シミュレーション工程Ｓ１０２において、パラメータ入力工程Ｓ１０１で入力されたパラメータに基づいて、ビーム形成のシミュレーションが行なわれる。ビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２は、例えば次のような方法で実施される。各振動子から超音波照射を行なう媒体中の測定点までの距離を算出し、さらに距離を時間に換算したものと、その振動子に本来与えられている遅延時間との差を取り、他の探触子から同様にして到達した信号と時間のずれを加味して加算することにより、合成波形を求める。媒体中の測定点を順次、同一の深さで水平方向にずらし、音圧分布をグラフ化する。なお、媒体中の減衰を考慮に入れると、さらに正確な音圧分布が算出できる。
【００２２】
次に、加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、サイドローブレベルの最大値や、加算及び間引き無しの場合に対する感度低下の許容量などを含む判定基準に基づいて、加算及び間引きの形状の判定を行なう。
【００２３】
加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、判定基準を満たす場合（ＯＫ）、フローは終了するが、判定基準を満たさない場合（ＮＧ）には、パラメータ入力工程Ｓ１０１に戻って、振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法に関するパラメータを変更して入力する。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、ビーム形成シミュレーション工程と、ビーム形状の判定基準に基づく加算及び間引き形状判定工程とを設けることで、感度の低下を最小限に抑えつつ、良好なビーム形状を得るための振動子からの受信信号の最適な加算方法および間引き方法を算出することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
図２において、固定パラメータ設定工程Ｓ２０１では、振動子の配列形状、振動子および送信パルス波形の中心周波数に相当する送信周波数の値、開口径、ビームフォーマの入力数などの固定パラメータが設定される。次に、ビーム形状形成工程Ｓ２０２において、１回目のパスでは暫定的な加算及び間引き形状のパターンが形成および出力され、ビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２でビーム形状が求められる。求められたビーム形状は、加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、判定基準と照らし合わせて判定結果が出力される。判定基準は実施の形態１と同様である。
【００２７】
加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、判定基準を満たさない場合（ＮＧ）には、ビーム形状形成工程Ｓ２０２に戻って、２回目のパス以降では加算及び間引き形状を変更する。例えば、サイドローブが高い場合には、加算を少なくし、間引きを多くするような形状パターンが形成される。形状パターンは再びビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２にかけられ、加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３における判定基準を満たすまで処理が繰り返される。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、振動子の配列形状、送信周波数の値、開口径、ビームフォーマの入力数などの固定パラメータに基づいて、ビーム形状形成工程において、最初に、暫定的な加算及び間引き形状のパターンが形成され、判定基準を満たすまでビーム形状の修正が行われるので、実施の形態１と比較して、操作者自らが加算及び間引き形状に関するパラメータを変更する手間が省かれるという利点がある。
【００２９】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【００３０】
図３において、固定パラメータ設定工程Ｓ２０１では、振動子の配列形状、振動子および送信パルス波形の中心周波数に相当する送信周波数の値、開口径、ビームフォーマの入力数などの固定パラメータが設定される。次に、第１のビーム形状形成工程Ｓ２０２において１回目のパスでは暫定的な加算及び間引き形状のパターンが形成および出力され、第１の可変パラメータ設定工程Ｓ３０１において第１の可変パラメータが設定および出力され、第１のビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２で、暫定的な加算及び間引き形状のパターンと第１の可変パラメータに基づいてビーム形状が求められる。
【００３１】
ここで、第１の可変パラメータ設定工程Ｓ３０１において設定および出力される第１の可変パラメータとしては、例えば、受信信号の反射深さに応じた開口の開き度合いから得られる、開口が最大になる深さデータがある。
【００３２】
第１のビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２で求められたビーム形状は、第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、第１の判定基準と照らし合わせて判定結果が出力される。第１の判定基準は実施の形態１の判定基準と同様である。
【００３３】
第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３において、第１の判定基準を満たさない場合（ＮＧ）には、第１のビーム形状形成工程Ｓ２０２に戻って、２回目のパス以降では加算及び間引き形状を変更する。例えば、サイドローブが高い場合には、加算を少なくし、間引きを多くするような形状パターンが形成される。形状パターンは再び第１のビーム形成シミュレーション工程Ｓ１０２にかけられ、第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３における第１の判定基準を満たすまで処理が繰り返される。
【００３４】
第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３で第１の判定基準を満たした場合（ＯＫ）、第２のビーム形状形成工程Ｓ３０２において、１回目のパスでは、第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３で第１の判定基準を満たした加算及び間引き形状のパターンが出力され、第２の可変パラメータ設定工程Ｓ３０３において第２の可変パラメータが設定および出力され、第２のビーム形成シミュレーション工程Ｓ３０４で、第１の加算及び間引き形状判定工程Ｓ１０３で第１の判定基準を満たした加算及び間引き形状のパターンと第２の可変パラメータに基づいてビーム形状が求められる。
【００３５】
ここで、第２の可変パラメータ設定工程Ｓ３０３において設定および出力される第２の可変パラメータとしては、例えば、受信信号の反射深さに応じた開口の開き度合いから得られる、比較的浅い部位での開口径およびそのときの深さのデータがある。
【００３６】
第２の加算及び間引き形状判定工程Ｓ３０５において、第２の判定基準を満たさない場合（ＮＧ）には、第２のビーム形状形成工程Ｓ３０２に戻って、２回目のパス以降では加算及び間引き形状が変更され、また第２の可変パラメータ設定工程Ｓ３０３において第２の可変パラメータの設定が変更される。形状パターンは再び第２のビーム形成シミュレーション工程Ｓ３０４にかけられ、第２の加算及び間引き形状判定工程Ｓ３０５における第２の判定基準を満たすまで処理が繰り返される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、２つの深度におけるビーム形状を判定することができ、深度方向における画像の均一性を維持することができる利点がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信において複数の振動子の信号を加算および間引く遅延加算方式において、ビーム形状を最適にする加算および間引き形状を算出することができ、画質の良好な超音波診断画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャート
【図２】本発明の実施の形態２による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態３による超音波診断装置の開口決定方法における複数の振動子からの受信信号の加算方法および間引き方法を決定する処理手順を示すフローチャート
【図４】従来例１としての超音波診断装置の構成例を示すブロック図
【図５】従来例２としての超音波診断装置の構成例を示すブロック図
【図６Ａ】図５に示すクロスポイントスイッチ６の接続関係の一例を示す図
【図６Ｂ】図６Ａに示すクロスポイントスイッチ６の接続関係の場合における振動子からの受信信号の束ね方および間引き方を示す模式図
【符号の説明】
１  探触子
２−１〜２−１２８  振動子
３−１〜３−６４  高耐圧スイッチ
４  送信パルス発生部
５−１〜５−６４  電圧／電流変換アンプ
６  クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）
７−１〜７−６４  電流／電圧変換アンプ
８−１〜８−６４  Ａ／Ｄ変換器
９  ビームフォーマ
１０  Ｂモード信号処理部
１１  ドプラ血流計信号処理部
１２  カラーフロー信号処理部
１３  画像合成部
１４  表示部
１５  制御部
１６  操作部
Ｓ１０１  パラメータ入力工程
Ｓ１０２  （第１の）ビーム形成シミュレーション工程
Ｓ１０３  （第１の）加算及び間引き形状判定工程
Ｓ２０１  固定パラメータ設定工程
Ｓ２０２  （第１の）ビーム形状形成工程
Ｓ３０１  第１の可変パラメータ設定工程
Ｓ３０２  第２のビーム形状形成工程
Ｓ３０３  第２の可変パラメータ設定工程
Ｓ３０４  第２のビーム形成シミュレーション工程
Ｓ３０５  第２の加算及び間引き形状判定工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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