(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元アレイの超音波振動子を有する超音波トランスデューサと、
所定の前記超音波振動子を用いて超音波を送波する３次元のスキャンを３次元領域に対して行う送波手段と、
前記超音波の送波で用いた前記超音波振動子と異なる前記超音波振動子を用いて、超音波のエコーを受波する３次元のスキャンを前記３次元領域に対して行う受波手段と、
前記受波手段が行った３次元のスキャンによるエコー受波信号を開口合成する合成手段と、
前記開口合成した受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段とを具備しており、
前記超音波トランスデューサは、前記２次元アレイの縦横にそれぞれ２以上の所定数ずつ並んだ複数の受波アパーチャを有することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮影装置において、
前記超音波トランスデューサは、前記２次元アレイの中央部に１つの送波アパーチャを有することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波撮影装置において、
前記送波手段は、前記送波アパーチャを通じ前記受波アパーチャの数に等しい回数の超音波送波を同一の方位において繰り返し行い、
前記受波手段は、前記超音波送波の１回ごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記同一の方位におけるエコー受波を繰り返し行い、
前記送波手段による超音波送波の方位および前記受波手段によるエコー受波の方位を変更する方位変更手段を具備しており、
前記合成手段は、前記複数の受波アパーチャを通じてそれぞれ受波した互いに同一な方位におけるエコー受波信号同士を加算して受信信号を合成することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波撮影装置において、
前記合成した受信信号が存在しない方位における受信信号を前記合成した受信信号に基づいて補間する補間手段を有し、
前記画像生成手段は前記合成した受信信号および前記補間した受信信号に基づいて画像を生成することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波撮影装置において、
前記補間手段は、
前記合成した受信信号が存在しない方位の受信信号として値が０の信号を代入する代入手段と、
前記信号が代入された受信信号を方位方向にローパスフィルタリングするフィルタリング手段とを有することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項６】
請求項２に記載の超音波撮影装置において、
前記送波手段は、前記送波アパーチャを通じ方位を逐次変更しながら超音波を送波して前記３次元領域を超音波で繰り返しスキャンし、
前記受波手段は、前記スキャンの繰り返しごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記方位およびその両側の予め定めた２つの方位におけるエコー受波を行い、
前記合成手段は、前記複数の受波アパーチャを通じてそれぞれ受波した互いに同一な方位におけるエコー受波信号同士を加算して受信信号を合成することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波撮影装置において、
前記受波手段は、
前記受波アパーチャにおける複数の超音波振動子がそれぞれ受波した複数のエコー受波信号を個々に遅延する主遅延手段と、
前記個々に遅延した複数のエコー受波信号を全加算する主加算手段と、
前記個々に遅延した複数のエコー受波信号を互いに対称的な関係で個々にさらに遅延する１対の副遅延手段と、
前記１対の副遅延手段でそれぞれ遅延した複数のエコー受波信号をそれぞれ全加算する１対の副加算手段とを有することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項８】
請求項２に記載の超音波撮影装置において、
前記送波手段は、前記送波アパーチャを通じて前記受波アパーチャの数に等しい回数の超音波送波を交互に逆位相で同一の方位において繰り返し行い、
前記受波手段は、前記超音波送波の１回ごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記同一の方位におけるエコー受波を繰り返し行い、
前記送波手段による超音波送波の方位および前記受波手段によるエコー受波の方位を逐次変更する方位変更手段と、
前記受波アパーチャごとの複数の方位のエコー受波信号についてそれら方位の中間の方位のエコー受波信号を補間する補間手段と、
前記補間が行われたエコー受波信号について、前記受波アパーチャ間で、方位が同一で位相が互いに逆な２つのエコー受波信号同士を加算する加算手段とを具備しており、
前記合成手段は、前記加算したエコー受波信号について方位が互いに同一なもの同士で加算して受信信号を合成することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波撮影装置において、
前記補間手段は、
前記エコー受信信号が存在しない方位の受信信号として値が０の信号を代入する代入手段と、
前記信号が代入された受信信号を方位方向にローパスフィルタリングするフィルタリング手段とを有することを特徴とする超音波撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮影装置に関し、特に、複数の方位に逐次に送波した超音波のエコー（ｅｃｈｏ）に基づいて画像を生成する超音波撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波撮影では、超音波を複数の方位に逐次に送波してそれぞれエコーを受信し、エコー受信信号に基づいて画像を生成する。超音波の送波および受波には、多数の超音波振動子をアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列した超音波トランスデューサアレイ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｒｒａｙ）が用いられる。この超音波トランスデューサアレイをフェーズドアレイ（ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙ）として動作させることにより、送波超音波のビーム（ｂｅａｍ）を形成し、また、受波エコーの音線を形成する。
【０００３】
フェーズドアレイを実現するために、ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）が用いられる。ビームフォーマは送波用のビームフォーマおよび受波用のビームフォーマがそれぞれ設けられる。ビームフォーマは、送波または受波のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波振動子に対応した複数の遅延エレメント（ｅｌｅｍｅｎｔ）を有する。また、それら遅延エレメントの遅延量を個々に変化させる制御部を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像の空間分解能を高めるためには、送波および受波のアパーチャを大きく、すなわち、アパーチャを構成する超音波振動子の数を増やす必要があるが、それに伴う遅延エレメント数の増加によりビームフォーマが大型化する。
【０００５】
特に、超音波トランスデューサアレイを２次元アレイとした場合には、アパーチャを構成する超音波振動子の数が１次元アレイの場合の２乗になるので、ビームフォーマは相乗的に大型化する。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、合理的なビームフォーミングを行う超音波撮影装置を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する１つの観点での発明は、複数の超音波振動子で構成される単一の送波アパーチャおよびそれぞれ複数の超音波振動子で構成される互いに重複しない複数の受波アパーチャを有する超音波トランスデューサアレイと、前記送波アパーチャを通じ前記受波アパーチャの数に等しい回数の超音波送波を同一の方位において繰り返し行う送波手段と、前記超音波送波の１回ごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記同一の方位におけるエコー受波を繰り返し行う受波手段と、前記送波手段による超音波送波の方位および前記受波手段によるエコー受波の方位を変更する方位変更手段と、前記複数の受波アパーチャを通じてそれぞれ受波した互いに同一な方位におけるエコー受波信号同士を加算して受信信号を合成する合成手段と、前記合成した受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段とを具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【０００８】
この観点での発明では、送波アパーチャおよび受波アパーチャをいずれも超音波トランスデューサアレイの一部分で構成するので、超音波送波の方位およびエコー受波の方位を決めるビームフォーマを、超音波トランスデューサアレイの規模に比して小規模なものとすることができる。
【０００９】
（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、前記合成した受信信号が存在しない方位における受信信号を前記合成した受信信号に基づいて補間する補間手段を有し、前記画像生成手段は前記合成した受信信号および前記補間した受信信号に基づいて画像を生成することを特徴とする（１）に記載の超音波撮影装置である。
【００１０】
この観点での発明では、（１）に加えて、合成した受信信号が存在しない方位における受信信号を合成した受信信号からの補間によって求めるので、撮影の音線密度を高めることができる。
【００１１】
（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、前記補間手段は、前記合成した受信信号が存在しない方位の受信信号として値が０の信号を代入する代入手段と、前記信号が代入された受信信号を方位方向にローパスフィルタリングするフィルタリング手段とを有することを特徴とする（２）に記載の超音波撮影装置である。
【００１２】
この観点での発明では、方位方向における０値代入と方位方向でのローパスフィルタリングにより補間を行うので、補間データを簡便に生成することができる。
【００１３】
（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、複数の超音波振動子で構成される単一の送波アパーチャおよびそれぞれ複数の超音波振動子で構成される互いに重複しない複数の受波アパーチャを有する超音波トランスデューサアレイと、前記送波アパーチャを通じ方位を逐次変更しながら超音波を送波して撮影範囲を超音波で繰り返し走査する送波手段と、前記スキャンの繰り返しごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記方位およびその両側の予め定めた２つの方位におけるエコー受波を行う受波手段と、前記複数の受波アパーチャを通じてそれぞれ受波した互いに同一な方位におけるエコー受波信号同士を加算して受信信号を合成する合成手段と、前記合成した受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【００１４】
この観点での発明では、送波アパーチャおよび受波アパーチャをいずれも超音波トランスデューサアレイの一部分で構成するので、超音波送波の方位およびエコー受波の方位を決めるビームフォーマを、超音波トランスデューサアレイの規模に比して小規模なものとすることができる。さらに、超音波送波の１回あたり３方位におけるエコーの同時受波を行うので、撮影の音線密度を高めることができる。
【００１５】
（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、複数の超音波振動子で構成される単一の送波アパーチャおよびそれぞれ複数の超音波振動子で構成される互いに重複しない偶数の受波アパーチャを有する超音波トランスデューサアレイと、前記送波アパーチャを通じて前記受波アパーチャの数に等しい回数の超音波送波を交互に逆位相で同一の方位において繰り返し行う送波手段と、前記超音波送波の１回ごとに前記受波アパーチャを変更しながら前記同一の方位におけるエコー受波を繰り返し行う受波手段と、前記送波手段による超音波送波の方位および前記受波手段によるエコー受波の方位を逐次変更する方位変更手段と、前記受波アパーチャごとの複数の方位のエコー受波信号についてそれら方位の中間の方位のエコー受波信号を補間する補間手段と、前記補間が行われたエコー受波信号について、前記受波アパーチャ間で、方位が同一で位相が互いに逆な２つのエコー受波信号同士を加算する加算手段と、前記加算したエコー受波信号について方位が互いに同一なもの同士で加算して受信信号を合成する合成手段と、前記合成した受波信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【００１６】
この観点での発明では、送波アパーチャおよび受波アパーチャをいずれも超音波トランスデューサアレイの一部分で構成するので、超音波送波の方位およびエコー受波の方位を決めるビームフォーマを、超音波トランスデューサアレイの規模に比して小規模なものとすることができる。さらに、互いに逆位相で送波した超音波のエコー受波信号を加算することによりハーモニックエコーを得ることができ、それに基づいてハーモニックイメージングを行うとができる。
【００１７】
【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に超音波撮影装置のブロック（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。
【００１８】
図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２（ｐｒｏｂｅ）を有する。超音波プローブ２は、操作者により撮影対象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に示すような超音波トランスデューサアレイ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｒｒａｙ）３００を有する。超音波トランスデューサアレイ３００は、本発明における超音波トランスデューサアレイの実施の形態の一例である。
【００１９】
超音波トランスデューサアレイ３００は、超音波振動子３０２を例えば９６個並べた１次元アレイとして構成される。超音波振動子３０２は例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。
【００２０】
超音波トランスデューサアレイ３００は、中央部に単一の送波アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）４０２を有する。送波アパーチャ４０２は例えば１６個の超音波振動子で構成される。なお、個数は１６に限るものではなく適宜で良い。送波アパーチャ４０２は、本発明における送波アパーチャの実施の形態の一例である。
【００２１】
超音波トランスデューサアレイ３００は、また、６つの受波アパーチャ５０２〜５１２を有する。受波アパーチャ５０２〜５１２は互いに重複しないものである。受波アパーチャ５０２〜５１２は、それぞれ例えば１６個の超音波振動子で構成される。なお、個数は１６に限るものではなく適宜で良い。また、送波アパーチャ４０２大きさと同じである必要はない。
【００２２】
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。
【００２３】
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６０４に入力する。
【００２４】
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。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差が付与された複数の駆動信号からなる。ビームフォーミングは後述の制御部１８によって制御される。制御部１８は、本発明における方位変更手段の実施の形態の一例である。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アパーチャ切換ユニット６０６に入力する。
【００２５】
送受アパーチャ切換ユニット６０６は、ビームフォーミング信号を超音波トランスデューサアレイ３００の送波アパーチャ４０２に入力する。送受アパーチャ切換ユニット６０６は後述の制御部１８によって制御される。
【００２６】
超音波トランスデューサアレイ３００において、送波アパーチャ４０２を構成する複数の超音波振動子は、駆動信号の時間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。
【００２７】
このような超音波送波が１方位につき６回行われる。送波の回数は受波アパーチャ５０２〜５１２の数に対応している。送波タイミング発生ユニット６０２、送波ビームフォーマ６０４および送受アパーチャ切換ユニット６０６からなる部分は、本発明における送波手段の実施の形態の一例である。
【００２８】
送受アパーチャ切換ユニット６０６には受波ビームフォーマ６１０が接続されている。送受アパーチャ切換ユニット６０６は、超音波トランスデューサアレイ３００中の受波アパーチャ５０２〜５１２のうちの１つを選び、個々の超音波振動子が受波したエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力する。
【００２９】
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、個々の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し、次いでそれらを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。受波のビームフォーミングは後述の制御部１８により制御される。制御部１８は、本発明における方位変更手段の実施の形態の一例である。
【００３０】
このようなエコー受信が、上記の超音波送波と連携して、受波アパーチャを順次切り換えながら同一の方位で行われる。送受アパーチャ切換ユニット６０６および受波ビームフォーマ６１０からなる部分は、本発明における受波手段の実施の形態の一例である。
【００３１】
受波ビームフォーマ６１０が形成した、各受波アパーチャごとのエコー受信信号は受波ビーム合成ユニット６１２により全加算される。これにより、１つの方位での１音線分のエコー受信信号が合成される。受波ビーム合成ユニット６１２は、本発明における合成手段の実施の形態の一例である。
【００３２】
合成されたエコー受信信号は、超音波トランスデューサアレイ３００全体を１つの受波アパーチャとしたときのエコー受信信号に相当するものとなる。すなわち、合成開口（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）によるエコー受信信号が得られる。合成開口によるエコー受信信号は、受波アパーチャ５０２〜５１２により個々に得られるエコー受信信号よりも指向性が鋭くなる。これによって方位分解能の良い受波ビームを得ることができる。
【００３３】
このような方位分解能の良い受波ビームを得るためのビームフォーマは、送波側および受波側ともに、それぞれ送波アパーチャおよび受波アパーチャを構成する例えば１６個の超音波振動子に対応するものであれば良く、従来のように超音波トランスデューサアレイ中の全部（例えば９６個）の超音波振動子に対応する必要がないので、構成を簡素化することができる。
【００３４】
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、そのつどエコー受信が行われる。超音波ビームの送受信を６回行うたびに、制御部１８による制御の下で、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、撮影対象４の内部が、音線によって順次に走査される。
【００３５】
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。
【００３６】
送受信部６はＢモード（ｍｏｄｅ）処理部１０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に入力される。
【００３７】
Ｂモード処理部１０はＢモード画像データ（ｄａｔａ）を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図５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。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。
【００３８】
Ｂモード処理部１０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から入力されるデータに基づいてＢモード画像を生成する。
画像処理部１４は、図６に示すように、バス（ｂｕｓ）１４０によって接続された入力データメモリ（ｄａｔａ  ｍｅｍｏｒｙ）１４２、ディジタル・スキャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｃａｎ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４４、画像メモリ１４６およびプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４８を備えている。
【００３９】
Ｂモード処理部１０から音線ごとに入力されたＢモード画像データは、入力データメモリ１４２に記憶される。入力データメモリ１４２のデータは、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換されて画像メモリ１４６に記憶される。プロセッサ１４８は、入力データメモリ１４２または画像メモリ１４６のデータについて次に述べるデータ処理を施す。
【００４０】
図７に、プロセッサ１４８のデータ処理機能のブロック図で示す。各ブロックで示す機能は、例えばコンピュータプログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｐｒｏｇｒａｍ）等により実現される。同図に示すように、プロセッサ１４８はデータ代入ユニット１５２およびローパスフィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）ユニット１５４を有する。
【００４１】
データ代入ユニット１５２は、本発明における代入手段の実施の形態の一例である。ローパスフィルタユニット１５４は、本発明におけるフィルタリング（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）手段の実施の形態の一例である。データ代入ユニット１５２およびローパスフィルタユニット１５４からなる部分は、本発明における補間手段の実施の形態の一例である。
【００４２】
データ代入ユニット１５２は、図８の（ａ）に概念的に示すように、例えば入力データメモリ１４２に記憶された音線データについて、各音線の間に設定した例えば各２本の補間音線に、値が全て０のデータを代入する。ローパスフィルタユニット１５４は、このように０が代入された音線データにつき、ｚ方向の位置が同一なものごとにθ方向すなわち方位方向にローパスフィルタリングを行う。ローパスフィルタリングの効果により、補間音線の位置にはその近傍の実測音線データに応じたデータが生成され、同図の（ｂ）に示すように音線密度を高めた音線データが得られる。
【００４３】
なお、補間音線データは、０データ代入とローパスフィルタの手法に限るものではなく、１次または２次以上の高次の補間演算により行うようにしても良く、また、スプライン（ｓｐｌｉｎｅ）補間等、高度の補間演算により行うようにしても良いのはいうまでもない。
【００４４】
また、このようなデータ補間は、入力データメモリ１４２のデータについて行う代わりに、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換された画像メモリ１４６のデータについて行うようにしても良い。
【００４５】
上記のような音線補間を行うので、実際にスキャンする音線数よりも多い音線で撮影範囲スキャンしたものに相当する画像を得ることができる。また、音線補間を後処理によって行うようにしたので、撮影範囲を実際にスキャンする音線を削減し、撮影のフレームレート（ｆｒａｍｅ  ｒａｔｅ）を高めることができる。
【００４６】
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、画像処理部１４から画像信号が与えられ、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、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６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。
【００４７】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、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。また、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。
【００４８】
制御部１８の制御の下で、Ｂモード動作が実行される。制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作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た操作パネル（ｐａｎｅｌ）で構成される。
【００４９】
本装置の動作を説明する。操作者は超音波プローブ２を撮影対象４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して、Ｂモードの撮影動作を行う。これによって、制御部１８による制御の下でＢモード撮影が行われる。
【００５０】
図９に、本装置の動作の概念図を示す。同図において、動作の進行を上から下に向かって示す。同図に示すように、超音波ビームにより撮影範囲をスキャンする。スキャンは１方位あたり６回の送受信で行われる。各回のエコー受信はそれぞれ異なる受波アパーチャを通じて行われる。
【００５１】
方位の同一なエコー受信信号同士で開口合成を行い、開口合成後の音線データで画像フレームを形成する。この画像フレームに音線データを補間して画像を完成させる。この画像が表示部１６に可視像として表示される。
【００５２】
図１０に、受波ビームフォーマ６１０の他の実施の形態の一例をブロック図によって示す。同図に示すように、受波ビームフォーマ６１０は主遅延ユニット７０２を有する。主遅延ユニット７０２は、受波アパーチャにおける１６個の超音波振動子が受波した個々の受波エコーに、受波の方位θに合わせた時間差を付与する。主遅延ユニット７０２は、本発明における主遅延手段の実施の形態の一例である。
【００５３】
時間差が付与された個々の受波エコーは加算ユニット７１２に入力される。加算ユニット７１２は入力信号を全加算し、受波の方位θにおける１音線分のエコー受波信号を形成する。加算ユニット７１２は、本発明における主加算手段の実施の形態の一例である。
【００５４】
時間差が付与された個々の受波エコーは、また、副遅延ユニット７０４，７０６にも入力される。副遅延ユニット７０４，７０６は、それぞれ、入力信号にさらに時間差を付与する。副遅延ユニット７０４，７０６は、本発明における１対の副遅延手段の実施の形態の一例である。
【００５５】
副遅延ユニット７０４は、受波の方位を−Δθ偏向させる時間差を入力信号に付与する。副遅延ユニット７０６は、受波の方位を＋Δθ偏向させる時間差を入力信号に付与する。
【００５６】
副遅延ユニット７０４で時間差が付与された個々の受波エコーは、加算ユニット７１４に入力される。加算ユニット７１４は入力信号を全加算し、受波の方位θ−Δθにおける１音線分のエコー受波信号を形成する。加算ユニット７１４は、本発明における副加算手段の実施の形態の一例である。
【００５７】
副遅延ユニット７０６で時間差が付与された個々の受波エコーは、加算ユニット７１６に入力される。加算ユニット７１６は入力信号を全加算し、受波の方位θ＋Δθにおける１音線分のエコー受波信号を形成する。加算ユニット７１６は、本発明における副加算手段の実施の形態の一例である。
【００５８】
このようにして、図１１に示すように、３つの方位におけるエコー受波信号、すなわち、方位θにおけるエコー受波信号、方位θ−Δθにおけるエコー受波信号および方位θ＋Δθにおけるエコー受波信号を一挙に得ることができ、いわゆるマルチビーム（ｍｕｌｔｉ  ｂｅａｍ）受信を行うことができる。以下、マルチビームの中心のビームを主ビームといい、実線で表す。また、主ビームの両側のビームを副ビームといい、破線で表す。
【００５９】
主遅延ユニット７０２は制御部１８によって制御され、主ビームの方位θが一定角度ずつ逐次変更される。副遅延ユニット７０４，７０６が与える時間差は固定になっており、したがって主ビームの両側の副ビームの偏向角度Δθは固定である。
【００６０】
これによって、例えば図１２に示すように、主ビームと副ビームによるセクタスキャンが行われる。主ビームの両側の副ビームの偏向角度Δθを主ビームの方位変更ステップ（ｓｔｅｐ）の１／３とすることにより、ビーム間隔が均一なセクタスキャンを行うことができる。
【００６１】
このようなセクタスキャンにおいて、受波ビームの総数は主ビーム数の３倍となる。主ビーム数は送波超音波のビーム数に等しい。したがって、受波ビーム数を送波ビーム数の３倍に増加させたセクタスキャンを行うことができる。
【００６２】
あるいは、逆にいえば、送波ビームの密度の３倍の密度の受波ビームによるセクタスキャンを行うことができる。したがって、エコー受波信号の方位分解能を送波ビームの密度によって定まる方位分解能の３倍に向上させることができる。
【００６３】
上記のようなマルチビーム受信を行うので、実際にスキャンする音線数よりも多い音線で撮影範囲スキャンしたものに相当する画像を得ることができる。これによって、撮影範囲を実際にスキャンする音線を削減し、撮影のフレームレートを高めることができる。
【００６４】
前述のように０値挿入とローパスフィルタリングによってビーム数を増やして方位分解能を上げる場合は、エコー受波信号は０値の挿入による信号レベル（ｌｅｖｅｌ）の低下が生じるが、マルチビーム受信によって得たエコー受波信号ではそのようなことはない。したがって、ＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）の良いエコー受波信号を得ることができる。
【００６５】
このようなセクタスキャンが６つの受波アパーチャ５０２〜５１２を順次切り換えてそれぞれ行われる。すなわち、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５０２を用いて１回目のセクタスキャンを行い、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５０４を用いて２回目のセクタスキャンを行い、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５０６を用いて３回目のセクタスキャンを行い、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５０８を用いて４回目のセクタスキャンを行い、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５１０を用いて５回目のセクタスキャンを行い、送波アパーチャ４０２と受波アパーチャ５１２を用いて６回目のセクタスキャンを行う。以下これを繰り返す。
【００６６】
なお、受波アパーチャ５０２〜５１２を順次切り換えてのセクタスキャンは、送波アパーチャ４０２による送波を同一方位において６回繰り返し、そのエコーを受波アパーチャ５０２〜５１２を順次切り換えて受信するという動作を、送波の方位を逐次変更しながら行うようにしても良い。
【００６７】
図１３に、マルチビーム受信に対応した受波ビーム合成ユニット６１２のブロック図を示す。同図に示すように、受波ビーム合成ユニット６１２はメモリ切換ユニット７２０、メモリ７２２〜７３２および加算ユニット７３４を有する。メモリ７２２〜７３２は受波アパーチャ５０２〜５１２にそれぞれ対応して設けられる。
【００６８】
メモリ切換ユニット７２０は、メモリ切り換えにより、受波ビームフォーマ６１０から入力されたマルチビームのエコー受波信号をメモリ７２２〜７３２のいずれかに記憶する。
【００６９】
メモリ切換ユニット７２０によるメモリ切り換えは、送受アパーチャ切換ユニット６０６による受波アパーチャ切り換えと連動している。これによって、メモリ７２２，７２４，７２６，７２８，７３０，７３２には、それぞれ、受波アパーチャ５０２，５０４，５０６，５０８，５１０，５１２で受波したエコー受波信号がマルチビームエコー受波信号として記憶される。
【００７０】
メモリ７２２〜７３２に記憶されたエコー受波信号は、ビームの方位が同一なもの同士が読み出され、加算ユニット７３４に入力される。加算ユニット７３４はそれら入力信号を全加算する。これによって、前述と同様に合成開口によるエコー受波信号が形成される。方位を順次変更しながらこれを行うことにより、セクタスキャンにおける全てのビームに関するエコー受波信号を形成する。
【００７１】
このようなエコー受波信号がＢモード処理部１０に入力される。以下、前述と同様なデータ処理が行われ、表示部１６にＢモード画像が表示される。エコー受波信号のＳＮＲが良いので、Ｂモード画像は品質の良いものを得ることができる。
【００７２】
超音波撮影では、送波超音波の高調波エコーすなわちハーモニックスエコー（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ  ｅｃｈｏ）に基づいて画像を生成することが行われる。このような超音波撮影をティシュー・ハーモニックス・イメージング（ＴＨＩ：Ｔｉｓｓｕｅ  Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ  Ｉｍａｇｉｎｇ）ともいう。ハーモニックスエコー像は、基本波エコー像とは異なる独自の臨床的価値を有する。
【００７３】
ティシュー・ハーモニックス・イメージングはパルスインバージョン・テクニック（ＰＩＴ：Ｐｕｌｓｅ  Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いて行われる。パルスインバージョン・テクニックでは、超音波トランスデューサのバイポーラ（ｂｉｐｏｌａｒ）駆動により、１回目と２回目で位相を１８０°異ならせて超音波を送波し、それら超音波のエコーの和を求めることにより基本波エコーを相殺し、ハーモニックスエコーを得る。
【００７４】
本装置における超音波送受波のアパーチャ構成は、パルスインバージョン・テクニックによるティシュー・ハーモニックス・イメージングを効果的に行うのに適する。以下、それについて説明する。
【００７５】
ティシュー・ハーモニックス・イメージングを行う場合は、送波アパーチャ４０２から同一方位に超音波を６回送波するにあたり、１回ごとに送波超音波の位相を１８０°異ならせる。そして、それらのエコーを、前述の場合と同様に、受波アパーチャ５０２〜５１２を順次切り換えながらそれぞれ受波する。
【００７６】
これによって、受波アパーチャ５０２で受波したエコー受波信号と受波アパーチャ５０４で受波したエコー受波信号は、基本波成分が１８０°の位相差を持つようになる。同様に、受波アパーチャ５０６で受波したエコー受波信号と受波アパーチャ５０８で受波したエコー受波信号の基本波成分も１８０°の位相差を持ち、受波アパーチャ５１０で受波したエコー受波信号と受波アパーチャ５１２で受波したエコー受波信号の基本波成分も１８０°の位相差を持つ。
【００７７】
なお、受波アパーチャ５０４で受波したエコー受波信号と受波アパーチャ５０６で受波したエコー受波信号の基本波成分の位相差も１８０°となり、受波アパーチャ５０８で受波したエコー受波信号と受波アパーチャ５１０で受波したエコー受波信号の基本波成分の位相差も１８０°となるのはいうまでもない。
【００７８】
図１４に、ティシュー・ハーモニックス・イメージングに対応した受波ビーム合成ユニット６１２のブロック図を示す。
同図に示すように、受波ビーム合成ユニット６１２は、 メモリ切換ユニット７２０、メモリ７２２〜７３２、補間ユニット７４２〜７５２、メモリ７６２〜７７２、および加算ユニット７８２〜７８８を有する。
【００７９】
補間ユニット７４２〜７５２は、本発明における補間手段の実施の形態の一例である。加算ユニット７８２〜７８６は、本発明における加算手段の実施の形態の一例である。加算ユニット７８８は、本発明における合成手段の実施の形態の一例である。
【００８０】
メモリ７２２、補間ユニット７４２およびメモリ７６２は、受波アパーチャ５０２に対応して設けられる。
メモリ７２４、補間ユニット７４４およびメモリ７６４は、受波アパーチャ５０４に対応して設けられる。
【００８１】
メモリ７２６、補間ユニット７４６およびメモリ７６６は、受波アパーチャ５０６に対応して設けられる。
メモリ７２８、補間ユニット７４８およびメモリ７６８は、受波アパーチャ５０８に対応して設けられる。
【００８２】
メモリ７３０、補間ユニット７５０およびメモリ７７０は、受波アパーチャ５１０に対応して設けられる。
メモリ７３２、補間ユニット７５２およびメモリ７７２は、受波アパーチャ５１２に対応して設けられる。
【００８３】
メモリ切換ユニット７２０は、メモリ切り換えにより、受波ビームフォーマ６１０から入力されたエコー受波信号をメモリ７２２〜７３２のいずれかに記憶する。
【００８４】
メモリ切換ユニット７２０によるメモリ切り換えは、送受アパーチャ切換ユニット６０６による受波アパーチャ切り換えと連動している。これによって、メモリ７２２〜７３２には、それぞれ、受波アパーチャ５０２〜５１２で受波したエコー受波信号が記憶される。
【００８５】
メモリ７２２〜７３２に記憶されたエコー受波信号は、補間ユニット７４２〜７５２でそれぞれ方位方向の補間が行われて、メモリ７６２〜７７２にそれぞれ記憶される。補間ユニット７４２〜７５２による方位方向の補間は、前述と同様に０値挿入とローパスフィルタリング等によって行われる。これによって、受波の音線数を増加させたエコー受波信号がメモリ７６２〜７７２に形成される。
【００８６】
メモリ７６２〜７７２に記憶されたエコー受波信号は、ビームの方位が同一なもの同士が読み出される。メモリ７６２，７６４から読み出されたエコー受波信号は、加算ユニット７８２で加算される。メモリ７６６，７６８から読み出されたエコー受波信号は、加算ユニット７８４で加算される。メモリ７７０，７７２から読み出されたエコー受波信号は、加算ユニット７８６で加算される。
【００８７】
メモリ７６２，７６４に記憶されたエコー受波信号は、基本波成分の位相が１８０°異なるので加算により基本波成分が相殺される。これに対して第２高調波成分等偶数次の高調波成分は位相が同じになるので加算によって倍加する。したがって、加算ユニット７８２からエコー受波信号の偶数次の高調波成分が出力される。メモリ７６６，７６８から読み出されたエコー受波信号の加算、および、メモリ７７０，７７２から読み出されたエコー受波信号の加算についても同じことがいえる。このようにして１つの方位におけるハーモニックスエコー受波信号を３つ得ることができる。
【００８８】
これらのハーモニックスエコーは加算ユニット７８８で全加算される。これによって、前述と同様に合成開口によるハーモニックスエコー受波信号が形成される。方位を順次変更しながら以上のことを行うことにより、セクタスキャンにおける全てのビームに関するハーモニックスエコー受波信号を形成する。
【００８９】
このようなエコー受波信号がＢモード処理部１０に入力される。以下、前述と同様なデータ処理が行われ、表示部１６にＢモード画像が表示され、ティシュー・ハーモニックス・イメージングが行われる。このようにして、合成開口に基づく超音波撮影を行う構成を巧みに利用したティシュー・ハーモニックス・イメージングを行うことができる。
【００９０】
また、エコー受波信号の音線補間を行うので、実際にスキャンする音線数よりも多い音線で撮影範囲スキャンしたものに相当する画像を得ることができる。このため、撮影範囲を実際にスキャンする音線を削減し、撮影のフレームレートを高めることができる。
【００９１】
以上は、超音波トランスデューサアレイ３００が１次元アレイの例であるがアレイは１次元アレイに限るものではなく、例えば図１５に示すような２次元アレイとしても良い。同図に示すように、２次元アレイ７００は中央部に送波アパーチャ８０２を有し、その周囲に複数の受波アパーチャ９０２を有する。送波アパーチャ８０２および受波アパーチャ９０２は、いずれも２次元アレイである。
【００９２】
このような２次元アレイ７００を用い、例えば図１６に示すように、互いに垂直なθ方向およびφ方向でスキャンを行う。スキャンの要領および開口合成の要領は１次元の場合に準じる。
【００９３】
そして、実スキャン音線のデータの間に設定した補間音線にデータを補間する。補間の要領も１次元の場合に準じる。補間後のデータによって３次元像を生成する。
【００９４】
３次元スキャンを行うためのビームフォーマは、送波側および受波側ともに、それぞれ送波アパーチャおよび受波アパーチャを構成する例えば１６個の超音波振動子に対応するものであれば良く、従来のように超音波トランスデューサアレイ中の全部（例えば１６ｘ６ｘ６＝５７６個）の超音波振動子に対応する必要がないので、構成を大幅に簡素化することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、合理的なビームフォーミングを行う超音波撮影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アレイの概念図である。
【図３】図１に示した装置における送受信部のブロック図である。
【図４】図１に示した装置による音線走査の模式図である。
【図５】図１に示した装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図６】図１に示した装置における画像処理部のブロック図である。
【図７】図６に示した画像処理部におけるプロセッサの機能を示すブロック図である。
【図８】音線データ補間の概念図である。
【図９】図１に示した装置の動作の概念図である。
【図１０】送受信部における受波ビームフォーマのブロック図である。
【図１１】マルチビームの概念図である。
【図１２】マルチビームによるセクタスキャンの概念図である。
【図１３】送受信部における受波ビーム合成ユニットのブロック図である。
【図１４】送受信部における受波ビーム合成ユニットのブロック図である。
【図１５】２次元アレイの概念図である。
【図１６】３次元スキャンの概念図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
４  撮影対象
６  送受信部
１０  Ｂモード処理部
１４  画像処理部
１６  表示部
１８  制御部
２０  操作部
１４２  入力データメモリ
１４４  ディジタル・スキャンコンバータ
１４６  画像メモリ
１４８  プロセッサ
１５２  データ代入ユニット
１５４  ローパスフィルタユニット
３００，７００  超音波トランスデューサアレイ
３０２  超音波振動子
４０２，８０２  送波アパーチャ
５０２〜５１２，９０２  受波アパーチャ
７０２  主遅延ユニット
７０４，７０６  副遅延ユニット
７１２，７１４，７１６，７３４  加算ユニット
７２０  メモリ切換ユニット
７２２〜７３２，７６２〜７７２  メモリ
７４２〜７５２  補間ユニット
７８２，７８４，７８６，７８８  加算ユニット
【図１】
0004610719.tif 000002
【図２】
0004610719.tif 000003
【図３】
0004610719.tif 000004
【図４】
0004610719.tif 000005
【図５】
0004610719.tif 000006
【図６】
0004610719.tif 000007
【図７】
0004610719.tif 000008
【図８】
0004610719.tif 000009
【図９】
0004610719.tif 000010
【図１０】
0004610719.tif 000011
【図１１】
0004610719.tif 000012
【図１２】
0004610719.tif 000013
【図１３】
0004610719.tif 000014
【図１４】
0004610719.tif 000015
【図１５】
0004610719.tif 000016
【図１６】
0004610719.tif 000017