(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波トランスデューサのアレイが送波する超音波ビームを調整する方法であって、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で繰り返し駆動し、
前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信し、
前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出し、
前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出し、
前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とし、
前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとする、
ことを特徴とする超音波ビーム調整方法。
【請求項２】
複数の超音波トランスデューサのアレイが送波する超音波ビームを調整する装置であって、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で繰り返し駆動する駆動手段と、
前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、
前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、
前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、
前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、
を具備することを特徴とする超音波ビーム調整装置。
【請求項３】
複数の超音波トランスデューサのアレイと、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で駆動して前記アレイに超音波ビームを送波させる駆動手段と、
前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、
前記受信したエコーに基づいて画像を生成する画像生成手段と、
前記超音波ビームを調整する調整手段と、
を有する超音波診断装置であって、
前記調整手段は、
前記駆動手段に前記駆動を予め定めた回数にわたり繰り返して行わせる制御手段と、
前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、
前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、
前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記画像はＢモード画像である、
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記画像はカラードップラ画像である、
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記カラードップラ画像はカラーフローマッピング画像である、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記カラードップラ画像はパワードップラ画像である、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記画像を表示する表示手段、
を具備することを特徴とする請求項３ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の超音波診断装置。
【請求項９】
複数の超音波トランスデューサのアレイと、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で駆動して前記アレイに超音波ビームを送波させる駆動手段と、
前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、
前記受信したエコーのドップラシフトを計測する計測手段と、
前記超音波ビームを調整する調整手段と、
を有する超音波診断装置であって、
前記調整手段は、
前記駆動手段に前記駆動を予め定めた回数にわたり繰り返して行わせる制御手段と、
前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、
前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、
前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
前記計測結果を表示する表示手段、
を具備することを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波ビーム調整方法および装置並びに超音波診断装置に関し、特に、超音波のビームを収束させるための超音波ビーム調整方法および装置、並びに、そのような超音波ビーム調整装置を備えた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、対象の内部を超音波ビームで走査してエコーを受信し、エコーの強度に対応した画像データ（ｄａｔａ）を求め、それによっていわゆるＢモード（ｍｏｄｅ）画像を生成する。これはＢモード撮影とも呼ばれる。
【０００３】
また、エコーのドップラシフトを求め、それに基づいて血流等の動態を表すカラー（ｃｏｌｏｒ）画像すなわちいわゆるカラードップラ画像を生成する。カラードップラ画像としては、血流等の速度の２次元分布を表すカラーフローマッピング画像およびドップラ信号のパワー（ｐｏｗｅｒ）の２次元分布を表すパワードップラ画像の２種類がある。これはカラードップラ撮影とも呼ばれる。
【０００４】
また、対象の内部に設定したサンプルボリューム（ｓａｍｐｌｅ  ｖｏｌｕｍｅ）からのエコーのドップラシフトの周波数スペクトル（ｓｐｅｃｔｒａ）を求めることも行われる。これはポイントドップラ（ｐｏｉｎｔ  Ｄｏｐｐｌｅｒ）計測とも呼ばれる。
【０００５】
超音波ビームは、アレイ（ａｒｒａｙ）をなす複数の超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）がそれぞれ送波する複数の超音波の波面合成によって形成される。その際、複数の超音波には超音波ビームが予め定めた焦点距離を持つ収束ビームとなるように位相差が付与される。
【０００６】
実際には、複数の超音波は体内の音速分布の不均一により正しく一点に収束しないため、十分に鮮鋭な超音波ビームが得られない。そこで、特に鮮鋭な超音波ビームを必要とするときは、ＰＡＣ（Ｐｈａｓｅ  Ａｂｅｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）処理が行われる。
【０００７】
ＰＡＣ処理の概要は次の通りである。すなわち、まず、複数の超音波に超音波ビームを一点に収束させるための理論的位相差を付与して送波し、そのエコーを複数の超音波トランスデューサで受信し、エコー受信信号について、エコーが一点から帰投した球面波であると仮定したときの位相からの誤差を求める。そして、この誤差によって複数の超音波の送波の位相差を修正し、この修正済みの位相差を以後の駆動信号の位相差とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＰＡＣ処理は体内に点反射体が存在する場合には有効であるが、一般的には体内のエコー源は点反射体でないのが普通であるから、点反射源を前提とする上記のようなＰＡＣ処理はほとんど効果がない。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、ＰＡＣを効果的に行う超音波ビーム調整方法および装置、並びに、そのような超音波ビーム調整装置を備えた超音波診断装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するひとつの観点での発明は、複数の超音波トランスデューサのアレイが送波する超音波ビームを調整する方法であって、前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で繰り返し駆動し、前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信し、前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出し、前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出し、前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とし、前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとする、ことを特徴とする超音波ビーム調整方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、複数の超音波トランスデューサのアレイが送波する超音波ビームを調整する装置であって、前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で繰り返し駆動する駆動手段と、前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、を具備することを特徴とする超音波ビーム調整装置である。
【００１２】
（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、複数の超音波トランスデューサのアレイと、前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で駆動して前記アレイに超音波ビームを送波させる駆動手段と、前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、前記受信したエコーに基づいて画像を生成する画像生成手段と、前記超音波ビームを調整する調整手段と、を有する超音波診断装置であって、前記調整手段は、前記駆動手段に前記駆動を予め定めた回数にわたり繰り返して行わせる制御手段と、前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１３】
（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、複数の超音波トランスデューサのアレイと、前記複数の超音波トランスデューサを駆動信号で駆動して前記アレイに超音波ビームを送波させる駆動手段と、前記複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信する受信手段と、前記受信したエコーのドップラシフトを計測する計測手段と、前記超音波ビームを調整する調整手段と、を有する超音波診断装置であって、前記調整手段は、前記駆動手段に前記駆動を予め定めた回数にわたり繰り返して行わせる制御手段と、前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記受信手段により複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出するプロファイル誤差検出手段と、前記複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた前記位相誤差で前記理論的位相差を修正した位相差とする位相調節手段と、前記複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、前記繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られた前記プロファイル誤差で前記予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとするプロファイル調節手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１４】
（１）〜（４）に記載の各観点での発明では、複数の超音波トランスデューサを駆動信号で繰り返し駆動して超音波ビームを送波し、複数の超音波トランスデューサを通じて超音波のエコーを受信し、複数の超音波トランスデューサを通じてそれぞれ受信した複数のエコーの位相について、それらエコーが予め定めた一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合の位相との誤差を検出し、複数のエコーの信号強度のプロファイルについて、それらエコーが前記一点から帰投した球面波エコーであると仮定した場合のプロファイルとの誤差を検出し、複数の駆動信号の位相差を、前記繰り返しの初回は前記複数の超音波トランスデューサが送波する複数の超音波を前記一点に収束させるための理論的位相差とし、次回以降はその前の回に得られた位相誤差で理論的位相差を修正した位相差とし、複数の駆動信号の信号強度のプロファイルを、繰り返しの初回は予め定めたプロファイルとし、次回以降はその前の回に得られたプロファイル誤差で予め定めたプロファイルを修正したプロファイルとする、ので、ＰＡＣを効果的に行って鮮鋭な超音波ビームを得ることができる。
【００１５】
前記画像はＢモード画像であることが、鮮鋭な超音波ビームによって空間分解能の良い断層像を得る点で好ましい。
前記画像はカラードップラ画像であることが、鮮鋭な超音波ビームによって空間分解能の良い動態画像を得る点で好ましい。
【００１６】
前記カラードップラ画像はカラーフローマッピング画像であることが、速度の２次元分布像を得る点で好ましい。
前記カラードップラ画像はパワードップラ画像であることが、ドップラ信号のパワーの２次元分布像を得る点で好ましい。
【００１７】
前記画像を表示する表示手段を具備することが、画像を可視化する点で好ましい。
前記計測結果を表示する表示手段を具備することが、計測結果を可視化する点で好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に超音波診断装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１９】
図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２を有する。超音波プローブ２は、使用者により対象４に当接して使用される。超音波プローブ２は、例えば図２に示すように、複数の超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）３０２のアレイ（ａｒｒａｙ）３００を有する。アレイ３００は本発明におけるアレイの実施の形態の一例である。
【００２０】
アレイ３００は１次元のアレイである。個々の超音波トランスデューサ３０２は例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛（Ｐｂ））セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。
【００２１】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波を送波させる。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。
【００２２】
送受信部６のブロック図を図３に示す。同図に示すように、送受信部６は送波タイミング（ｔｉｍｉｎｇ）発生ユニット（ｕｎｉｔ）６０２を有する。送波タイミング発生ユニット６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）６０４に入力する。
【００２３】
送波ビームフォーマ６０４は、送波のビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うもので、送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波ビームを形成するためのビームフォーミング信号を生じる。送波ビームフォーマ６０４は、本発明における駆動手段の実施の形態の一例である。
【００２４】
ビームフォーミング信号は、方位に対応した位相差が付与された複数の駆動信号からなる。方位は後述の制御部１８によって制御される。送波ビームフォーマ６０４は、送波ビームフォーミング信号を送受切換ユニット６０６に入力する。
【００２５】
送受切換ユニット６０６は、ビームフォーミング信号をアレイ３００に入力する。アレイ３００において、送波アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波トランスデューサは、駆動信号の位相差に対応した位相差を持つ超音波をそれぞれ発生する。それら超音波の波面合成により、所定方位の音線に沿った超音波ビームが形成される。
【００２６】
送受切換ユニット６０６には切換器６０８を介して受波ビームフォーマ６１０が接続されている。切換器６０８が破線で示すように受波ビームフォーマ６１０側に切り換えられているときは、送受切換ユニット６０６は、アレイ３００中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力する。
【００２７】
受波ビームフォーマ６１０は、送波の音線に対応した受波のビームフォーミングを行うもので、複数の受波エコーに位相差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算して所定方位の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。受波の方位は後述の制御部１８により制御される。受波ビームフォーマ６１０は、本発明における受信手段の実施の形態の一例である。
【００２８】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生ユニット６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。それに合わせて、送波ビームフォーマ６０４および受波ビームフォーマ６１０により、音線の方位が所定量ずつ変更される。それによって、対象４の内部が、音線によって順次に走査される。
【００２９】
このような構成の送受信部６は、例えば図４に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる音線２０２で扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ  ｓｃａｎ）を行う。
【００３０】
送波および受波のアパーチャをアレイ３００の一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図５に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることにより、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査し、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ  ｓｃａｎ）を行う。
【００３１】
なお、アレイ３００が、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘ  ａｒｒａｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線走査により、例えば図６に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベックススキャンが行えるのはいうまでもない。
【００３２】
図３に戻って、送受切換ユニット６０６には、切換器６０８を介して位相誤差検出ユニット６１２およびプロファイル誤差検出ユニット６１４が接続されている。位相誤差検出ユニット６１２およびプロファイル誤差検出ユニット６１４は、それぞれ、位相調節ユニット６１６およびプロファイル調節ユニット６１８に接続されている。
【００３３】
位相誤差検出ユニット６１２は、本発明における位相誤差検出手段の実施の形態の一例である。プロファイル誤差検出ユニット６１４は、本発明におけるプロファイル誤差検出手段の実施の形態の一例である。位相調節ユニット６１６は、本発明における位相調節手段の実施の形態の一例である。プロファイル調節ユニット６１８は、本発明におけるプロファイル調節手段の実施の形態の一例である。
【００３４】
切換器６０８、位相誤差検出ユニット６１２、プロファイル誤差検出ユニット６１４、位相調節ユニット６１６、プロファイル調節ユニット６１８および後述の制御部１８からなる部分は、本発明における調整手段の実施の形態の一例である。
【００３５】
切換器６０８が実線で示すように位相誤差検出ユニット６１２およびプロファイル誤差検出ユニット６１４側に切り換えられているときは、送受切換ユニット６０６は、アレイ３００中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を位相誤差検出ユニット６１２およびプロファイル誤差検出ユニット６１４に入力する。切換器６０８の切り換えは後述の制御部１８によって制御される。制御部１８は、本発明における制御手段の実施の形態の一例である。
【００３６】
位相誤差検出ユニット６１２は複数のエコー信号の位相誤差を検出するものである。位相誤差の概念を図７および図８によって説明する。図７は、均質な媒体中の点反射源Ｐからのエコーがアレイ３００の各超音波トランスデューサ３０２に帰投した状態を示している。エコーは破線で示すような球面波としてアレイ３００に到達するので、各超音波トランスデューサ３０２のエコー受信信号には位相差が生じる。
【００３７】
この位相差について、アレイ３００の超音波トランスデューサ３０２の配列方向におけるプロファイルを示せば、図８に破線で示すように円弧状になる。以下、このようなプロファイルを持つ位相差を理論的位相差ともいう。
【００３８】
現実には対象４の内部は均質ではなくそれに伴う音速の不均一があるので、現実的位相差は例えば実線で示すようになり、理論的位相差に対して誤差を持つ。位相誤差検出ユニット６１２はこのような誤差を検出して、位相調節ユニット６１６に入力する。
【００３９】
位相調節ユニット６１６は、入力された位相誤差に応じて、送波ビームフォーマ６０４のビームフォーミング信号の位相を調節する。位相調節の概念を図９および図１０によって説明する。図９は、均質な媒体中の一点すなわち焦点Ｐに収束する超音波ビームを送波した状態を示している。
【００４０】
超音波ビームを焦点Ｐに収束させるために、各超音波トランスデューサ３０２を駆動する信号には破線で示すような位相差が付与される。この位相差について、アレイ３００の超音波トランスデューサ３０２の配列方向におけるプロファイルを示せば、図１０に破線で示すように円弧状になる。以下、この位相差を理論的位相差ともいう。
【００４１】
現実には、対象４の内部は均一でなくそれに伴う音速の不均一があるので、理論的位相差を付与しても超音波ビームは焦点に収束しない。そこで、位相調節ユニット６１６により、理論的位相差をエコー受信信号の位相誤差を用いて修正して、例えば実線で示すような位相プロファイルとする。修正は理論的位相差に位相誤差の符号を反転して加えることによって行う。以下、修正した位相差を現実的位相差ともいう。このような現実的位相差が、送波ビームフォーマ６０４の方位設定用の位相差に重畳される。
【００４２】
位相誤差検出ユニット６１２および位相調節ユニット６１６の機能は例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって実現される。なお、コンピュータに限らず専用のディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ）処理回路で実現してもよいのはいうまでもない。
【００４３】
以上のようなエコー受信信号の位相誤差の検出とそれに応じた駆動信号の位相差の修正は、通常のＰＡＣ処理と共通である。本装置では、それに加えて、プロファイル誤差検出ユニット６１４で検出したエコー受信信号の信号強度のプロファイル誤差に基づいて、プロファイル調節ユニット６１８により送波ビームフォーマ６０４の駆動信号の信号強度のプロファイルを調節する。以下、信号強度を単位強度ともいう。
【００４４】
プロファイル誤差の概念を説明する。図９に示したように均質な媒体中の一点Ｐの収束する超音波ビームを送波する場合、複数の超音波トランスデューサ３０２の駆動信号は例えば一様な強度を持つものとされる。
【００４５】
駆動信号の相対強度について、アレイ３００の超音波トランスデューサ３０２の配列方向におけるプロファイルを示せば、図１１に示すように平坦なプロファイルになる。以下、このプロファイルを駆動信号の理論的プロファイルともいう。
【００４６】
このような駆動信号によって送波された超音波に対応する点Ｐからの球面波エコーを、図７に示したように、アレイ３００の各超音波トランスデューサ３０２で受信したとすると、各超音波トランスデューサのエコー受信信号の強度は一様になる。
【００４７】
エコー受信信号の相対強度について、アレイ３００の超音波トランスデューサ３０２の配列方向におけるプロファイルを示せば、図１２に破線で示すように平坦なプロファイルになる。以下、このプロファイルをエコー受信信号の理論的プロファイルともいう。
【００４８】
現実には、対象４の内部は均質でなくそれに伴う音速の不均一があるので、理論的プロファイルを持つ駆動信号によって超音波を送波しても、エコー受信信号のプロファイルは、例えば同図に実線で示すようになり、理論的プロファイルからの誤差を持つものとなる。これは、対象４の内部の音速の不均一により、超音波ビームが例えば図１３に示すようにサイドローブ（ｓｉｄｅｌｏｂｅ）を持つようになるためである。
【００４９】
そこで、プロファイル誤差検出ユニット６１４でエコー受信信号のプロファイル誤差を検出し、位相調節ユニット６１６により、駆動信号のプロファイルをエコー受信信号のプロファイル誤差を用いて修正する。
【００５０】
プロファイルの修正は、図１４に示すように、理論的プロファイルにエコー受信信号のプロファイル誤差を加算することによって行う。以下、修正したプロファイルを現実的プロファイルともいう。このような現実的プロファイルを持つ駆動信号を、送波ビームフォーマ６０４の次回の駆動信号とする。
【００５１】
駆動信号のプロファイルを修正することにより複数の駆動信号に対する重み付けすなわちいわゆるアポダイゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）が変わる。アポダイゼーションの変更をエコー受信信号のプロファイル誤差に応じて行ったので、理論的プロファイルすなわち均一なアポダイゼーションによる超音波ビームが、例えば図１３示したように、相対強度がメインローブ（ｍａｉｎ  ｌｏｂｅ）１／２のサイドローブを含むとしたとき、図１４に示したように変更したアポダイゼーションによる超音波ビームは、例えば図１５に示すように、サイドローブの信号強度が図１３に示したものから半減したものとなる。
【００５２】
このような超音波に対応するエコー受信信号のプロファイルは例えば図１６に示すようになる。このプロファイルはサイドローブが半減した超音波ビームに対応したものとなる。
【００５３】
このプロファイルについて、プロファイル誤差検出ユニット６１４で理論的プロファイルからの誤差を検出し、そのプロファイル誤差で図１７に示すように駆動信号のアポダイゼーションを修正して超音波を送波する。アポダイゼーションの修正により、超音波ビームは図１８に示すようにサイドローブの信号強度がさらに半減したものとなる。
【００５４】
以下、同様の処理を繰り返すことにより、サイドローブが順次に半減する。したがって、これを数回繰り返すことによって超音波ビームは実質的にメインローブだけのものとなり、極めて収束性の良い超音波ビームを得ることができる。
【００５５】
プロファイル誤差検出ユニット６１４およびプロファイル調節ユニット６１８の機能は例えばコンピュータ等によって実現される。なお、コンピュータに限らず専用のディジタルデータ処理回路で実現してもよいのはいうまでもない。
【００５６】
このように、駆動信号の位相差プロファイルに加えて強度プロファイルをも調節することにより、対象４の内部の音速の不均一に影響されることなく収束性に優れた超音波ビームを得ることができる。
【００５７】
このような超音波ビームの調整を撮影を開始する前に行う。調整が済んだ後に切換器６０８を受波ビームフォーマ６１０側に切り換え、この状態で撮影を行う。
【００５８】
以上のような送受信部６はＢモード（ｍｏｄｅ）処理部１０およびドップラ（Ｄｏｐｐｌｅｒ）処理部１２に接続されている。送受信部６から出力される音線ごとのエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２に入力される。
【００５９】
Ｂモード処理部１０はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図１９に示すように、対数増幅ユニット１０２と包絡線検波ユニット１０４を備えている。
【００６０】
Ｂモード処理部１０は、対数増幅ユニット１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ（ｓｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成する。
【００６１】
ドップラ処理部１２はドップラ画像データおよびドップラ周波数データを形成するものである。ドップラ画像データには、後述する流速データ、分散データおよびパワーデータが含まれる。
【００６２】
ドップラ処理部１２は、図２０に示すように、直交検波ユニット１２０、ＭＴＩフィルタ（ｍｏｖｉｎｇ  ｔａｒｇｅｔ  ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ）１２２、自己相関演算ユニット１２４、平均流速演算ユニット１２６、分散演算ユニット１２８およびパワー（ｐｏｗｅｒ）演算ユニット１３０を備えている。また、サンプルホールドユニット（ｓａｍｐｌｅ  ｈｏｌｄ  ｕｎｉｔ）１３２、ローパスフィルタリングユニット（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｕｎｉｔ）１３４および周波数分析ユニット１３６を備えている。
【００６３】
ドップラ処理部１２は、直交検波ユニット１２０でエコー受信信号を直交検波する。直交検波したエコーをＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理してドップラシフトを求める。ＭＴＩ処理は１音線当たり複数回の超音波送受信によって得た複数のエコーを用いて行われる。１音線当たりの送受信回数は例えば８回である。
【００６４】
自己相関演算ユニット１２４でＭＴＩフィルタ１２２の出力信号について自己相関演算を行い、平均流速演算ユニット１２６で自己相関演算結果から平均流速Ｖを求め、分散演算ユニット１２８で自己相関演算結果から流速の分散Ｔを求め、パワー演算ユニット１３０で自己相関演算結果からドップラ信号のパワーＰＷを求める。以下、平均流速を単に流速ともいう。また、流速の分散を単に分散ともいい、ドップラ信号のパワーを単にパワーともいう。
【００６５】
このような信号処理によって、対象４内で移動するエコー源の流速Ｖ、分散ＴおよびパワーＰＷを表すそれぞれのデータが音線ごとに得られる。これらデータは、音線上の各点（ピクセル：ｐｉｘｅｌ）の流速、分散およびパワーを示す。なお、流速は音線方向の成分として得られる。また、超音波プローブ２に近づく方向と遠ざかる方向とが区別される。
【００６６】
サンプルホールドユニット１３２は、エコーについて、対象４内の予め定められたサンプルボリュームからのエコーに相当する部分をサンプルホールドする。このようなサンプルホールドはレンジゲートサンプリング（ｒａｎｇｅ  ｇａｔｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ）とも呼ばれる。
【００６７】
サンプルホールドは、同一音線上の複数回の超音波送受信によって得られた複数のエコーについて逐一行われる。送受信回数は例えば１２８回である。これによって例えば１２８個のサンプリングデータが得られる。これらのデータ列はドップラ信号を表す。
【００６８】
ドップラ信号はローパスフィルタリングユニット１３４でローパスフィルタリングされた後に周波数分析ユニット１３６で周波数分析され、周波数スペクトルＦが求められる。周波数分析ユニット１３６は、本発明における計測手段の実施の形態の一例である。
【００６９】
Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２からそれぞれ入力されるデータに基づいて、それぞれＢモード画像、ドップラ画像および周波数スペクトル画像を生成する。Ｂモード処理部１０、ドップラ処理部１２および画像処理部１４からなる部分は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００７０】
画像処理部１４は、図２１に示すように、セントラル・プロセシング・ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１４０を有する。ＣＰＵ１４０には、バス（ｂｕｓ）１４２によって、メインメモリ（ｍａｉｎ  ｍｅｍｏｒｙ）１４４、外部メモリ１４６、制御部インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１４８、入力データメモリ（ｄａｔａ  ｍｅｍｏｒｙ）１５２、ディジタル・スキャンコンバータ（ＤＳＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５４、画像メモリ１５６、および、ディスプレーメモリ（ｄｉｓｐｌａｙ  ｍｅｍｏｒｙ）１５８が接続されている。
【００７１】
外部メモリ１４６には、ＣＰＵ１４０が実行するプログラムが記憶されている。外部メモリ１４６には、また、ＣＰＵ１４０がプログラムを実行するにあたって使用する種々のデータも記憶されている。
【００７２】
ＣＰＵ１４０は、外部メモリ１４６からプログラムをメインメモリ１４４にロード（ｌｏａｄ）して実行することにより、所定の画像処理を遂行する。ＣＰＵ１４０は、プログラム実行の過程で、制御部インターフェース１４８を通じて後述の制御部１８と制御信号の授受を行う。
【００７３】
Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２から音線ごとに入力されたＢモード画像データおよびドップラ画像データな並びに周波数スペクトルデータは、入力データメモリ１５２にそれぞれ記憶される。入力データメモリ１５２のデータは、ＤＳＣ１５４で走査変換されて画像メモリ１５６に記憶される。画像メモリ１５６のデータはディスプレーメモリ１５８を通じて表示部１６に出力される。
【００７４】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、本発明における表示手段の実施の形態の一例である。表示部１６は、画像処理部１４から画像データが与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。なお、表示部１６は、カラー（ｃｏｌｏｒ）画像が表示可能なＣＲＴを用いたグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。
【００７５】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、ドップラ処理部１２、画像処理部１４および表示部１６には制御部１８が接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。制御部１８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。制御部１８の制御の下で、超音波ビーム調整、Ｂモード動作およびドップラモード動作が実行される。
【００７６】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は使用者によって操作され、制御部１８に適宜の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）およびその他の操作具を備えている。
【００７７】
本装置の撮影動作を説明する。使用者は超音波プローブ２を対象４の所望の箇所に当接し、操作部２０を操作して、まず前述のような超音波ビームの調整を行う。
【００７８】
超音波ビームの調整が済んだら、例えばＢモードとドップラモードを併用した撮影動作を行う。これによって、制御部１８による制御の下で、Ｂモード撮影とドップラモード撮影が時分割で行われる。すなわち、例えばドップラモードのスキャンを所定回数行うたびにＢモードのスキャンを１回行う割合で、Ｂモードとドップラモードの混合スキャンが行われる。
【００７９】
Ｂモードにおいては、送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増幅ユニット１０２で対数増幅し包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線ごとのＢモード画像データを形成する。
【００８０】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される音線ごとのＢモード画像データを入力データメモリ１５２に記憶する。これによって、入力データメモリ１５２内に、Ｂモード画像データについての音線データ空間が形成される。
【００８１】
ドップラモードにおいては、送受信部６は超音波プローブ２を通じて音線順次で対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。その際、１音線当たり複数回の超音波の送波とエコーの受信が行われる。また、予め設定したサンプルボリュームを通る音線に所定回数の超音波送受信を行う。
【００８２】
ドップラ処理部１２は、エコー受信信号を直交検波ユニット１２０で直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理し、自己相関演算ユニット１２４で自己相関を求め、自己相関結果から、流速演算ユニット１２６で流速Ｖを求め、分散演算ユニット１２８で分散Ｔを求め、パワー演算ユニット１３０でパワーＰＷを求める。これらの算出値は、それぞれ、エコー源の速度、分散およびパワーを、音線ごとかつピクセルごとに表すデータとなる。
【００８３】
ドップラ処理部１２は、また、直交検波ユニット１２０を出力信号をサンプルホールドユニット１３２でサンプルホールドし、ローパスフィルタリングユニット１３４でローパスフィルタリングし、周波数分析ユニット１３６で周波数分析する。
【００８４】
画像処理部１４は、ドップラ処理部１２から入力される音線ごとかつピクセルごとの各ドップラ画像データを入力データメモリ１５２に記憶する。また、ドップラ処理部１２から入力される周波数スペクトルデータを入力データメモリ１５２に記憶する。これによって、入力データメモリ１５２内に、各ドップラ画像データについての音線データ空間および周波数スペクトルデータ空間がそれぞれ形成される。
【００８５】
ＣＰＵ１４０は、入力データメモリ１５２のＢモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータをＤＳＣ１５４でそれぞれ走査変換して画像メモリ１５６に書き込む。
【００８６】
その際、ドップラ画像データは、流速Ｖと分散Ｔを組み合わせた流速分布画像データ、パワーＰＷを用いたパワードップラ画像データまたはパワーＰＷと分散Ｔを組み合わせた分散付パワードップラ画像データ、および、分散Ｔを用いた分散画像データとしてそれぞれ書き込まれる。
【００８７】
ＣＰＵ１４０は、Ｂモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータを別々な領域に書き込む。これらＢモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータに基づく画像がディスプレーメモリ１５８を通じて表示部１６に表示される。
【００８８】
Ｂモード画像は、音線走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。カラードップラ画像のうち、流速分布画像はエコー源の流速の２次元分布を示す画像となる。この画像はカラーフローマッピング画像とも呼ばれる。この画像では流れの方向に応じて表示色を異ならせ、流速に応じて表示色の輝度を異ならせ、分散に応じて所定の色の混色量を高めて表示色の純度を変える。
【００８９】
パワードップラ画像はドップラ信号のパワーの２次元分布を示す画像となる。この画像によって運動するエコー源の所在が示される。画像の表示色の輝度がパワーに対応する。それに分散を組み合わせた場合は、分散に応じて所定の色の混色量を高めて表示色の純度を変える。分散画像は分散値の２次元分布を示す画像となる。この画像も運動するエコー源の所在を示す。表示色の輝度が分散の大小に対応する。
【００９０】
これらの画像を表示部１６に表示させる場合には、ディスプレーメモリ１５８においてＢモード画像と合成し、この合成画像を表示部１６で表示することにより、体内組織との位置関係が明確なカラードップラ画像を観察することができる。超音波ビームの収束性が極めて良いことにより、Ｂモード画像およびカラードップラ画像は空間分解能の良い画像となる。
【００９１】
周波数スペクトル画像は表示画面における所定の区画に表示される。周波数スペクトル画像は、ドップラ信号の周波数スペクトルを示す画像となる。超音波ビームの収束性が極めて良いことにより、小さなサンプルボリュームにおけるポイントドップラ計測を行うことができ、周波数スペクトルの計測を空間分解良く行うことができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＰＡＣを効果的に行う超音波ビーム調整方法および装置、並びに、そのような超音波ビーム調整装置を備えた超音波診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】超音波トランスデューサのアレイの模式図である。
【図３】図１に示した装置の送受信部のブロック図である。
【図４】図３に示した送受信部による走査の概念図である。
【図５】図３に示した送受信部による走査の概念図である。
【図６】図３に示した送受信部による走査の概念図である。
【図７】エコー受信の概念図である。
【図８】エコーの位相差プロファイルの概念図である。
【図９】超音波送波の概念図である。
【図１０】駆動信号の位相差プロファイルの概念図である。
【図１１】駆動信号の強度プロファイルの概念図である。
【図１２】エコーの強度プロファイルの概念図である。
【図１３】超音波ビームのプロファイルの概念図である。
【図１４】駆動信号の強度プロファイルの概念図である。
【図１５】超音波ビームのプロファイルの概念図である。
【図１６】エコーの強度プロファイルの概念図である。
【図１７】駆動信号の強度プロファイルの概念図である。
【図１８】超音波ビームのプロファイルの概念図である。
【図１９】図１に示した装置のＢモード処理部のブロック図である。
【図２０】図１に示した装置のドップラ処理部のブロック図である。
【図２１】図１に示した装置の画像処理部のブロック図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
３００  アレイ
３０２  超音波トランスデューサ
４  対象
６  送受信部
６０２  送波タイミング発生ユニット
６０４  送波ビームフォーマ
６０６  送受切換ユニット
６０８  切換器
６１０  受波ビームフォーマ
６１２  位相誤差検出ユニット
６１４  プロファイル誤差検出ユニット
６１６  位相調節ユニット
６１８  プロファイル調節ユニット
１０  Ｂモード処理部
１２  ドップラ処理部
１４  画像処理部
１６  表示部
１８  制御部
２０  操作部
【図１】
0004610781.tif 000002
【図２】
0004610781.tif 000003
【図３】
0004610781.tif 000004
【図４】
0004610781.tif 000005
【図５】
0004610781.tif 000006
【図６】
0004610781.tif 000007
【図７】
0004610781.tif 000008
【図８】
0004610781.tif 000009
【図９】
0004610781.tif 000010
【図１０】
0004610781.tif 000011
【図１１】
0004610781.tif 000012
【図１２】
0004610781.tif 000013
【図１３】
0004610781.tif 000014
【図１４】
0004610781.tif 000015
【図１５】
0004610781.tif 000016
【図１６】
0004610781.tif 000017
【図１７】
0004610781.tif 000018
【図１８】
0004610781.tif 000019
【図１９】
0004610781.tif 000020
【図２０】
0004610781.tif 000021
【図２１】
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