(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数方向に対し同時にパルス型超音波を送信して反射体からの反射波を受信する一連の処理を複数回繰り返し、各方向について複数回分の受信信号を取得する取得手段と、
受信信号間の位相解析に基づいて、各方向についての反射体速度の空間分布を算出する算出手段と、
を備え、
取得手段において複数方向に同時に送信されるパルス型超音波は、中心周波数が互いに等しく設定されており、
取得手段における超音波送信は、各方向に対し互いに異なる焦点距離で行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
取得手段は、設定された走査領域を走査するようにパルス型超音波の送信方向を変更しながら受信信号の取得を繰り返し、
算出手段は、走査領域における反射体速度の空間分布を求める、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
算出手段での位相関係の解析においては、各方向について同じ折り返し周波数設定でエリアジング処理が行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
取得手段における超音波送信は、各方向に対し焦点距離に応じた互いに異なるエネルギ強度で行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
取得手段における各方向の複数回の超音波送信では、少なくとも一度焦点距離の変更が行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波診断装置において、
算出手段での位相関係の解析は、各方向についての複数回分の受信信号の内で焦点距離の設定が等しい受信信号間で行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波診断装置において、
算出手段での位相関係の解析は、焦点距離の変更が行われても各方向についての複数回分の受信信号間で行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
取得手段における超音波送信は、各方向に対し同じ送信波形で行われる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
取得手段における超音波送受信では、パルス圧縮の手法が用いられる、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、同一方向に繰り返し超音波送受信を行って、ドプラ情報の空間分布を求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断においては、しばしば測定対象内の血流等の速度空間分布を求める計測が行われる。この計測においては、同一方向に複数回の超音波送受信を行い、受信信号間の位相関係に基づいて速度を算出する処理を各方向について繰り返すことで、空間的な速度分布を求めている。そして、計測の結果は、通常表示画面にリアルタイムで表示され、その表示態様などから、カラードプラ、パワードプラ、白黒ドプラ、組織ドプラなどと呼ばれる。
【０００３】
例えば、カラードプラ画像では、通常、白黒の断層画像（Ｂモード画像や白黒画像とも呼ばれる）の上に、血流又は組織の運動速度や、血流又は運動する組織からの受信信号パワーの情報がカラー表示される。白黒の断層画像は、一般に各方向について一度だけ送受信を行う超音波走査に基づいて作成される画像であり、診断対象内部の（静的な）構造を示すものである。
【０００４】
この方式ではカラードプラ画像のフレームレートｆRは次式で表される：                    ｆR＝ｃ／｛（ＮBWB＋ＮCFB＊ＮP）＊２＊ＬD｝｝
ここで、ＮBWBは１フレーム当たりの断層画像用のビーム方向数、ＮCFBは１フレーム当たりのカラードプラ診断に用いられるビーム方向数、ＮPはカラードプラ診断の一方向における送信繰り返し数（１方向に対する一連の送信をパケットとみなせば、１パケット当たりの送信繰り返し数と解釈できる）、ＬDは診断距離、ｃは測定対象中の平均的な音速（一般的には水中における音速）を表す。
【０００５】
カラードプラで心臓のように動きの速い臓器内の血流を診断するためには、高い時間分解能を必要とする。一例としては、小児の心臓の診断例が挙げられる。このような場合、従来は、診断距離ＬDを短くして送信繰り返し周波数を高めたり、方位方向の診断エリアを狭めたりしていた他、送信ビームの密度（１画像当たりの送信方向数）を下げることも行われていた。
【０００６】
しかし、診断距離を短くすると深部の情報を検出できなくなる。また、診断エリアを狭めると方位方向の情報が欠落してしまう。さらに、送信ビームの密度を下げると方位方向の空間分解能が低下することとなる。以下に、こうした問題を踏まえ、フレームレートの向上等を目的としてなされた技術改良に関する文献について簡単に説明する。
【０００７】
下記特許文献１の技術は、リニア電子走査でリアルタイム性を高めることを目的とするものであり、振動子アレイの偶数番目素子と奇数番目素子とで互いに異なる方向に同時にパルスを送波し、各々の受信信号を同時に受信することで、２倍のフレームレートを実現している。また、下記特許文献２には、振動子アレイの偶数番目素子と奇数番目素子とで、互いに異なる周波数帯域の送信波形を異なる方向に同時に送波する技術が開示されている。
【０００８】
下記特許文献３には、２つの異なる周波数変調波を異なる方向へ同時に送波して時間分解能を改善する技術が開示されている。また、下記特許文献４では、２つの異なる周波数帯域の送信波形を異なる方向へ同時送波し時間分解能を改善する態様が記されている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１，２の技術では、同一方向の送波に用いられる素子ピッチが粗くなるため、超音波ビームをステアリングした場合に高い周波数成分が低下して、方位方向の空間分解能低下と検出感度低下を招くこととなる。また、開口サイズが従来と同じ場合、送信素子数が半減するため、一方向当たりの送信音圧が低下する。しかし、音圧の低下を送信振幅の増大により補おうとすると、プローブの発熱を引き起こすおそれがある。
【００１０】
ドプラシフト周波数は送信中心周波数に依存して定まる。このため、上記特許文献２乃至３の技術においては、血流速度が等しい場合であっても、中心周波数の高い送波に対する受信結果において、エリアジングによる周波数の折り返しが先に発生することとなる。エリアジングの補正は、一般に複雑な手順を要するため、このような場合に各方向について個別の補正処理を行うことは好ましくない。また、上記特許文献２乃至４の技術には、生体等の測定対象内における超音波減衰が周波数に依存することに起因して、各方向において検出感度に差が発生してしまう問題がある。このように、上記従来技術では、血流等の速度空間分布を求めるにあたり、フレームレート及び空間均一性の向上を図ることは困難であった。
【００１１】
なお、下記特許文献５にも同時に異なる方向へ超音波送波を行う技術が開示されている。ここでは、送波した各超音波ビームについて、複数の受信焦点を設定して近接する複数の方向に対する受信信号を取得することで、フレームレートの向上を図っている。ただし、この技術は断層画像を得るためになされたものであり、カラードプラについての言及はなされていない。
【００１２】
【特許文献１】特許第２７６０５５８号公報
【特許文献２】特許第３３５６９９６号公報
【特許文献３】特表２００２−５３９８７７号公報
【特許文献４】特開平８−３８４７３号公報
【特許文献５】特開２００２−３３６２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、超音波診断により血流や運動する組織の速度空間分布を求めるにあたり、フレームレートの向上を図る新たな技術を確立することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、超音波診断により血流や運動する組織の速度空間分布を求めるにあたり、プローブ投入電力の増加を抑制する一方で、診断エリアを狭めることなく空間的均一性の向上を達成する技術を開発することにある。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、超音波の多方向同時送信により血流や運動する組織の速度空間分布を求めるにあたり、受信信号処理の簡易化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の超音波診断装置は、複数方向に対し同時にパルス型超音波を送信して反射体からの反射波を受信する一連の処理を複数回繰り返し、各方向について複数回分の受信信号を取得する取得手段と、受信信号間の位相解析に基づいて、各方向についての反射体速度の空間分布を算出する算出手段と、を備え、取得手段において複数方向に同時に送信されるパルス型超音波は、中心周波数が互いに等しく設定されている。
【００１７】
取得手段は、典型的には多数の超音波振動子がアレイ配置された超音波プローブを制御して、測定対象（例えば人等の生体）に対する超音波送受信を行う。送信においては複数方向に対し同時にパルス型超音波が送波され、受信においては各方向で反射体に反射した反射超音波が受信される。取得手段は、この処理を複数回繰り返すことで、各方向について複数回の送信に対応した受信信号を取得する。なお、取得手段において複数方向に同時に送信されるパルス型超音波は、中心周波数が互いに等しく設定されている。
【００１８】
算出手段は、各方向について得た複数の受信信号を解析することで、それらの方向における反射体の速度分布を得る。速度の算出は、受信信号間の位相関係の解析によって行われる。
【００１９】
この構成によれば、複数方向に同時に超音波送信が行われるため、高いフレームレートを確保して、速度の空間分布を求めることが可能となる。しかも、複数方向に送波する超音波の中心周波数は等しい値に設定されているため、反射体の速度に応じたドプラシフト周波数は、各方向とも同じ尺度で速度と対応づけられることとなる。したがって、方向毎に特別な処理を行うことなく、同様の信号処理を行って速度分布を求めることが可能となる。これにより、信号処理の時間が軽減されるため、診断エリアを狭めることなく、超音波診断におけるフレームレートを向上させることが可能となる。
【００２０】
なお、セクタ走査の場合、異なる複数方向は、典型的には、互いの方向間における送信波形の干渉を低減するように角度差がつけられる（例えば２０度以上）。また、求めた速度の空間分布は、典型的には適当な色づけを行って、表示装置（内蔵でも別途設けられたものでもよい）に表示される。表示は、通常は、上記処理の合間になされる超音波送受信により得られる白黒断層画像データに重ねて行われる。
【００２１】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段は、設定された走査領域を走査するようにパルス型超音波の送信方向を変更しながら受信信号の取得を繰り返し、算出手段は、走査領域における反射体速度の空間分布を求める。これにより、走査領域についての二次元又は三次元の速度分布を求めることが可能となる。
【００２２】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、算出手段での位相関係の解析においては、各方向について同じ折り返し周波数設定を前提にして処理が行われる。一般に、ドプラシフトは送信の中心周波数に依存して変化し、ドプラシフトがパルス繰り返し周波数の半分を超えるとエリアジングが発生する。そのため、各方向ごとに送信中心周波数やパルス繰り返し周波数が異なるとエリアジング条件が異なる。これを処理側で補正するには複雑な処理を必要とする。しかし、ここでは、各方向の送信波の中心周波数を等しく設定することで、ドプラシフト周波数特性が共通化されるため、エリアジング処理における折り返し周波数設定も共通化することが可能となる。
【００２３】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段における超音波送信は、各方向に対し互いに異なる焦点距離で行われる。また、本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段における超音波送信は、各方向に対し焦点距離に応じた互いに異なるエネルギ強度で行われる。すなわち、通常は、焦点距離が深い場合には高いエネルギ強度で超音波送信を行い、焦点距離が浅い場合には低いエネルギ強度で超音波送信を行う。これにより、深い位置からの反射波を十分な大きさで受信できるようになり受信感度が増加することとなる。また、その一方で浅い位置への超音波送信には過度に大きなエネルギを投入しないことで、全エネルギを抑制しプローブの発熱を低減することができるようになる。
【００２４】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段における各方向の複数回の超音波送信では、少なくとも一度焦点距離の変更が行われる。これにより相対的に浅い領域及び相対的に深い領域の両方について高精度の速度分布を求めることが可能となる。
【００２５】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段における超音波送信は、各方向に対し同じ送信波形で行われる。送信波形が同じ場合、中心周波数は一致し、さらに、周波数の帯域幅も一致する。したがって、各方向におけるドプラシフト特性の共通性が高まることとなる。
【００２６】
本発明の超音波診断装置の一態様においては、取得手段における超音波送受信では、パルス圧縮の手法が用いられる。パルス圧縮は、様々な態様により行うことが可能である。具体的には、線形あるいは非線形のＦＭ信号を用いる例を挙げることができる。また、送信波形は振幅方向の分解能を粗くしてもよく、極端には２値の波形であってもよい。また、２値化コードを用いてキャリア周波数を位相変調したものを送信波形として用いることも可能である。２値化コードの例としては、Ｍ系列、Ｂａｋｅｒ系列、Ｇｏｌｄ系列、Ｇｏｌａｙ系列などが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本実施の形態にかかる超音波診断装置１０の装置構成を概略的に示したブロック図である。超音波診断装置１０は、２方向同時送信を行うものであり、各送信波形（送信ビーム）はＴｘＤＢＦ（送信デジタルビームフォーマ）１２，１４によって生成される。生成される波形は、同一の波形である。すなわち、両者の位相パターンが一致し、また、その振幅が一致または相似する波形が生成される。これにより両送信信号における中心周波数が一致することとなる。なお、送信波形は、受信時に行われるパルス圧縮に対応したパルス伸張を行って生成される。生成された波形は、加算器１６によって加算され、Ｄ／Ａ（デジタルアナログコンバータ）１８によってアナログ信号に変換される。そして、送信アンプ２０で適当な大きさに増幅された後、圧電素子アレイ２２に出力される。送信波形の生成及び対応する超音波の送信は、規則的な間隔で繰り返し行われる。
【００２８】
圧電素子アレイ２２は、超音波プローブ内に設けられ、リニアやコンベックス等の形状に複数の圧電素子が一次元あるいは二次元状に配置された装置である。各圧電素子は、入力された電気信号に応じて振動を行い、超音波を発生させる。そして、診断対象から反射した超音波によって振動させられる際に、振動に対応した電気信号を出力する。
【００２９】
受信アンプ２４は、圧電素子アレイ２２が出力した受信信号を入力して増幅し、Ａ／Ｄ（アナログデジタルコンバータ）２６は、その信号をデジタル変換する。デジタル変換された各超音波振動子からの受信信号は、ＲｘＤＢＦ（受信デジタルビームフォーマ）２８，４２に入力されて合成される。ＲｘＤＢＦ２８はＴｘＤＢＦ１２の送信信号に対応した受信信号（受信ビーム）を生成し、ＲｘＤＢＦ４２はＴｘＤＢＦ１４の送信信号に対応した受信信号を取り出す。
【００３０】
ＲｘＤＢＦ２８で整相加算された受信信号は、ＰＣ（パルス圧縮フィルタ）３０でパルス圧縮されて検波器３２に出力され、検波器３２では受信信号の検波処理を行う。検波器３２で検波された信号は、白黒エコー処理部３４及びカラードプラ処理部３６に出力される。白黒エコー処理部３４は、次々と入力される受信信号に基づいて、走査面についての白黒断層画像（Ｂモード画像）を生成する。また、カラードプラ処理部３６は、一方向における複数の受信信号の位相変化の解析に基づいてその方向についての血流分布を求め、さらにその処理を走査面について繰り返すことで血流の二次元分布画像を生成する。同様にして、ＲｘＤＢＦ４２に入力された受信信号は、ＰＣ４４、検波器４６、白黒エコー処理部４８、カラードプラ処理部５０によって処理される。なお、ＰＣ３０，４４は、それぞれＲｘＤＢＦ２８，４２の前に配置することも可能である。
【００３１】
白黒エコー処理部３４，４８及びカラードプラ処理部３６，５０で生成された各画像データは、ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）４０に入力される。ＤＳＣ４０は、表示器５２の表示形式に合わせたデータ変換を行って、表示器５２にデータを出力する。これにより、表示器５２には、白黒の断層画像上にカラーの血流画像が重ねられたカラードプラ画像が表示される。
【００３２】
図１に示した超音波診断装置１０の構成は、様々に変形することができる。図２には、一例として、受信信号の処理を一系統の装置構成で実現する態様例を示した。図２においては図１と同一または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略化乃至は簡略化している。
【００３３】
図２に示した超音波診断装置６０では、ＴｘＤＢＦ１２，１４により同時に異なる方向に送信される送信信号が生成される点は、図１の超音波診断装置１０と同様である。しかし、対応する受信信号は、ＲｘＤＢＦ６２、ＰＣ６４、検波器６６、白黒エコー処理部６８及びカラードプラ処理部７０のみによって処理され、ＤＳＣ４０に出力される。これは、ＲｘＤＢＦ６２の処理能力を高めることにより、２方向の受信信号を時分割処理していることによる。すなわち、Ａ／Ｄ２６の出力に対し、ＴｘＤＢＦ１２に対応した受信信号処理を行うと同時に別途メモリにも記憶しておき、その信号処理が終わった時点でメモリに記憶した信号を入力してＴｘＤＢＦ１４に対応した受信信号処理を行うことにより、２方向の受信信号を一系統の受信装置で処理している。なお、メモリは圧電素子アレイ２２の直後に設置することも可能であるし、受信アンプ２４の直後に設置することも可能である。また、従来の複数方向同時受信の技術を適用して、さらに受信ビーム数を増やすことも可能である。
【００３４】
図３は、図１に示した超音波診断装置１０によって行われる送信ビームの走査例を示す図である。ここでは、２方向同時に行う一連の複数の送信ビーム（このまとまりをパケットと呼ぶ）の送信を、扇型の走査面８０を網羅するように送信方向を変えながらＮ回繰り返す。図３に示した（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）の各図は、第１，２，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，Ｎ（ここでｎ＝Ｎ／２）パケットの送信方向を説明するものである。走査面８０の扇形はその開き角度８２が９０度に設定されており、第１，２，．．．，ｎパケットにおいては中心線８４よりも左側の領域の走査が行われ、第ｎ＋１，ｎ＋２，．．．，Ｎパケットにおいては中心線８４よりも右側の領域の走査が行われる。
【００３５】
図３（ａ）は第１パケットの送信を説明する図である。ここでは、走査面８０の左端側に対し送信ビーム８６が送信され、それとのなす角８５が２２．５度に設定された方向に送信ビーム８８が送信されている。各送信ビームは所定の時間間隔で複数回繰り返して送信され、対応する受信ビームの受信が行われる。
【００３６】
続く図３（ｂ）の第２パケットの送信では、送信ビーム９０，９２が送信される。この送信ビーム９０，９２は、それぞれ第１パケットの送信ビーム８６，８８よりも約２２．５／ｎ度だけ右側に方向を変えて送信されている。各パケットにおいては、同様にして、約２２．５／ｎ度づつ右側に回転して複数回送信ビームが送信される。そして、図３（ｃ）に示した第ｎパケットでは、送信ビーム９４，９６は、第１パケットの送信ビーム８６，８８よりも２２．５度程度だけ右回転した方向に送信されている。これにより、走査面８０の左半分の領域の走査が完了する。
【００３７】
図３（ｄ）に示した第ｎ＋１パケットでは、送信ビーム９８は走査面８０の中心線８４に沿って送信され、送信ビーム１００はそれよりも２２．５度だけ右回転させた方向に送信されている。続く第ｎ＋２パケットでは、図３（ｅ）に示すように送信ビーム１０２，１０４は若干右回転した方向に送信される。このようにして走査面８０の右半分の領域の走査が繰り返される。そして、最後の第Ｎパケットでは、送信ビーム１０６，１０８は走査面８０の右半分の領域における中央方向及び右端方向に送信されている。
【００３８】
この一連の走査によって、送信ビームは走査面８０の全域に打たれることとなる。なお、走査において、２方向の送信ビームを２２．５度だけ離したのは、両者の方向が近すぎると両者の干渉が無視できなくなることによる。また、まず左半分の領域の走査を完了し、次に右半分の領域の走査を完了したのは、図３（ｃ）の第ｎパケットにおける送信ビーム９４と図３（ａ）の第１パケットにおける送信ビーム８８との送信時間差を短くし、両者の接続が滑らかになるように配慮したことによる。
【００３９】
次に図４の模式図を用いて、超音波送信における送信エネルギについて説明する。図４（ａ）は、一方向についてのみ送信を行う場合の送信エネルギの設定を説明する参考図であり、図４（ｂ）（ｃ）は、同時送信される２方向における送信エネルギの設定を説明する図である。横軸は、時間であり、縦軸は送信電圧の大きさを示している。
【００４０】
図４（ａ）では送信ビームの送出は電圧Ｖで時間Ｔにわたって行われており、送信のエネルギＰはＶ2Ｔに比例している。これに対し、図４（ｂ）（ｃ）に示した二つの送信ビームでは、Ｖ’＝Ｖ／２の電圧で、Ｔ’＝２＊Ｔにわたって送信が行われる。それぞれの送信エネルギは（Ｖ／２）2＊２＊Ｔ＝Ｐ／２であり、合計ではＰのエネルギが送信される。つまり、各方向について従来と半分の送信エネルギで送信を行うことで、全体の送信エネルギは従来と同程度に制限する。これにより、超音波プローブの温度上昇を従来と同程度に維持することが可能となる。
【００４１】
図５は、検出感度をパルス圧縮の手法によって高めるための態様を説明する図である。図４を用いて説明したように、全エネルギを維持したまま、複数方向に同時に超音波送信を行うと、各方向についてはエネルギの低下分だけ検出感度が下がってしまう。これを補うために、ここでは、周波数変調波を用いたパルス圧縮の技術を導入している。
【００４２】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、横軸を時間、縦軸を周波数とするグラフであり、それぞれ送信信号に対して施す周波数変調の例を示している。図５（ａ）は、時間がｔ１からｔ２に進行するにつれ、周波数がｆ１からｆ２に線形的に増加する周波数変調の例を表している。また、図５（ｂ）は、時間がｔ１からｔ２に進行するにつれ、周波数がｆ２からｆ１に線形的に減少する周波数変調の例を表している。周波数変調は時間に対して非線形に行われてもよく、図５（ｃ）は、時間がｔ１からｔ２に進行するにつれ、周波数がｆ１からｆ２に非線形的に増加する例を表し、図５（ｄ）は、周波数がｆ２からｆ１に非線形的に減少する例を表している。
【００４３】
周波数変調された信号を送波して得た反射信号を受信した場合には、図１に示したＰＣ３０，４４において参照信号との相関処理又は整合フィルタ処理を施すことで、短い時間帯にエネルギが集中したパルス型の信号を得ることができる。これにより、エネルギ低下分を補って検出することが可能となる。なお、周波数変調は、方向毎に異なるものを用いることができる。これにより、各方向間の送受信信号の干渉の影響を抑制することが可能となる。
【００４４】
続いて、図６を用いて、各方向の送信波形を等しくした場合の利点について説明する。図６は、横軸を深さ方向（時間方向）、縦軸を周波数とするグラフであり、受信により得られる二つの模式的なドプラシフト周波数パターン１１０，１１２を示している。ドプラシフト周波数パターン１１０は、血流の速度が比較的遅い場合である。この場合には、送信信号のパルス送出間隔ＰＲＴによって規定される周波数帯−１／２ＰＲＴ〜１／２ＰＲＴによって検出することができる。
【００４５】
これに対し、ドプラシフト周波数パターン１１２は、血流の速度が比較的速くなった場合を示している。ここでは、深さｄ１〜ｄ２までの間で１／２ＰＲＴを超えてしまっており、エリアジングによって−１／２ＰＲＴの側に折り返しパターン１１２ａが発生してしまっている。このような場合には、この折り返しパターン１１２ａを本来の速度を表すものとしてエリアジング補正を行うことが望ましい。
【００４６】
ドプラシフト周波数の大きさは、一般に、送信波形の中心周波数に依存する。したがって、中心周波数が異なる波形では、折り返し周波数に対応する周波数が異なることとなる。このため、折り返し周波数の値を各方向について個別に補正する必要が生じてしまい、処理が煩雑化する。そこで、ここでは、中心周波数を同一とした同じ送信波形をもつ超音波ビームを送信することにより、ドプラシフト特性は共通となり、エリアジング補正処理を簡略化できる。また、各方向については異なる周波数変調処理を施してもよい。この場合、変調周波数帯の中心周波数（図５（ａ）〜（ｄ）におけるｆ１とｆ２の中心周波数）を等しくすれば、ドプラシフト特性を共通にできる。
【００４７】
次に、図７，８を用いて、同時送信する各方向の焦点距離を互いに異ならせる態様について説明する。図７，８は、共に、２方向同時送信を行う場合における１パケット中の送信ビームの焦点設定を模式的に示した図である。図７は送信焦点が２の例を示しており、図８は送信焦点が３の例を示している。
【００４８】
図７（ａ）は、２方向同時送信を行う場合の焦点設定の一例を示す模式図である。ここでは、１パケット中に第１送信〜第６送信までの６回の送信が行われるものとして、各送信における送信焦点設定を示している。送信焦点の設定は、相対的に浅い第１送信焦点と相対的に深い第２送信焦点のいずれかに対して行われる。
【００４９】
第１送信〜第３送信まで、即ち全送信のうちの前半分の送信では、一方向については第１送信焦点に固定され、もう一方向については第２送信焦点に固定されている。そして、この後に送信焦点の変更が行われ、第４送信〜第６送信まで、即ち全送信のうちの後半分の送信では、前記一方向については第２送信焦点に固定され、もう一方向については第１送信焦点に固定されている。すなわち、二つの送信ビームの送信焦点の組み合わせは、（１，２），（１，２），（１，２），（２，１），（２，１），（２，１）のように行われる。
【００５０】
焦点距離の設定は、これ以外にも様々に行うことができる。図７（ｂ）は、２方向同時送信を行う場合の焦点設定の別の一例を示す模式図である。ここでは、二つの送信ビームの送信焦点を順次入れ替えている。すなわち、１パケット中の第１送信〜第６送信までの６回の送信においては、同時送信される互いに異なる２方向の送信ビームの送信焦点の組み合わせは、（１，２），（２，１），（１，２），（２，１），（１，２），（２，１）のように設定されている。
【００５１】
このようにして、焦点設定を１パケット中で変更することにより、浅い部分を高精度に検出した複数の受信信号と深い部分を高精度に検出した複数の受信信号との組み合わせが得られる。速度分布を求めるための処理、例えば自己相関処理は、焦点設定が等しい受信信号間で行うことができる。また、焦点設定が異なる受信信号間でも行ってもよい。いずれにせよ、焦点設定が異なる複数の受信信号に基づいて速度分布を求めることで、走査領域全体の空間分解能や検出感度を向上させ、また、空間的均一性を向上させたカラードプラ画像を得ることができるようになる。
【００５２】
送信焦点数は、３以上であっても実施することができる。図８（ａ）は、送信焦点を相対的に浅い第１送信焦点、中程度の第２送信焦点、相対的に深い第３送信焦点のいずれかに設定して、２方向同時送信を行う場合の一態様を説明する図である。ここでは、第１送信〜第６送信までの６回の送信においては、同時送信される互いに異なる２方向の送信ビームの送信焦点の組み合わせは、（１，２），（１，２），（２，３），（２，３），（３，１），（３，１）となっている。すなわち、全送信回数である６回を送信焦点数の３で分割した２回の送信毎に、各送信焦点を順次変更している。
【００５３】
また、図８（ｂ）は、同じく三つの送信焦点を設定する場合の別の例を説明する図である。ここでは、第１送信〜第６送信までの６回の送信においては、同時送信される互いに異なる２方向の送信ビームの送信焦点の組み合わせは、（１，２），（２，３），（３，１），（１，２），（２，３），（３，１）となっている。すなわち、１回の送信毎に各送信焦点を順次変更している。このようにして送信焦点数を増やすことにより、二つの場合よりも一層走査領域全体の空間的均一性を向上させることが可能となる。
【００５４】
図９は、送信焦点を変更する場合の超音波振動子の遅延時間設定について説明する図である。図の縦軸は深さ方向であり、プローブ表面１２０の下方側の相対的に浅い位置に第１送信焦点１２２が設定され、相対的に深い位置に第２送信焦点１２４が設定されている。そして、プローブ表面１２０の上側には、プローブ中央の超音波振動子における送信波形１２６が示されている。
【００５５】
第１送信焦点１２２に焦点を設定する場合には、第１送信焦点への到達時刻が等しくなるように、各超音波振動子からの超音波の送波遅延時間が設定される。したがって、第１送信焦点用の等位相面１２８は、第１送信焦点１２２を中心とした円弧状に形成される。同様にして、第２送信焦点用の等位相面１３０は、第２送信焦点１２４を中心とした円弧状に形成される。これにより、各送信焦点においては、伝播時間に伴う位相誤差の発生が抑えられ、精度の高い検出が可能となる。
【００５６】
ここで、複数方向同時送信を行う場合における送信エネルギの設定について、図１０，１１を用いて説明する。図１０は、２方向同時送信をするにあたり、両方向ともに同じ深さに送信焦点を設定した場合の例であり、図１１は、２方向同時送信をするにあたり、互いに異なる深さに送信焦点を設定した場合の例である。
【００５７】
図１０においては、プローブ１４０から、送信ビーム１４２，１４４が互いに異なる方向に向けて同時送信されている。この送信ビーム１４２の送信焦点１４６と送信ビーム１４４の送信焦点１４８は互いに等しい深さに設定されている。そして、送信ビーム１４２，１４４は共にＥ／２のエネルギで送信が行われている。すなわち、プローブ１４０に対して投入されている全エネルギＥを折半して送信ビーム１４２，１４４の送信に用いている。これは、送信ビームに必要なエネルギは一般に送信焦点が深いほど大きくなるため、送信焦点１４６，１４８の深さが等しい送信ビーム１４２，１４４に対しては、投入可能な最大エネルギＥを等しい大きさに分割していることによる。
【００５８】
これに対し、図１１においては、プローブ１４０から、互いに異なる方向に向けて送信される送信ビーム１５０，１５２においては、その送信焦点の深さが異なっている。すなわち、送信ビーム１５０は相対的に深い送信焦点１５４に設定され、送信ビーム１５２は相対的に浅い送信焦点１５６に設定されている。このため、投入可能な全エネルギＥのうち、例えば、３／５を送信ビーム１５０に投入し、２／５を送信ビーム１５２に投入している。これにより、深い位置における詳細な測定を主たる目的としてなされる送信ビーム１５０からは、ビームの拡がり及び減衰にもかかわらず比較的大きな受信信号を得ることが可能となる。
【００５９】
なお、図７と図８に示した例においては、同時に送信する２方向の送信ビームの焦点は、互いに異なるように設定した。これは、図１１のように、深い送信焦点をもつ送信ビームに対して相対的に高いエネルギを投入することが可能となるためである。
【００６０】
図１２には、図７（ｂ）に示した送信焦点設定の下、図１１に示した例に従って送信を行う場合のエネルギ投入態様を示す図である。図の形式は、図４と同様であり、横軸は時間、縦軸は送信電圧の大きさを表している。そして、図４（ａ）は、従来の一般的な送信態様を表し、図４（ｂ）（ｃ）は、２方向同時送信を行う例を示している。
【００６１】
図４（ａ）においては、パルス送信時間ＰＲＴ毎に、短い時間Ｔ0の間、電圧Ｖ0の大きさでエネルギＰ0の超音波送信が行われる。これに対し、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、２方向同時送信が行われる各方向においては、パルス送信時間ＰＲＴ毎に、それぞれ電圧Ｖ1（Ｖ1＜Ｖ2）で超音波送信が行われる。送信時間は、送信焦点が浅い場合にはＴ1であり、送信焦点が深い場合にはＴ2（Ｔ1＜Ｔ2）である。そして、１パケット内において、毎回の送信毎に送信焦点が入れ替えられることに対応して、Ｔ1とＴ2の送信時間も入れ替えられる。この結果、送信エネルギの大きさは、Ｐ1とＰ2（Ｐ1＜Ｐ2）を交互に繰り返している。全エネルギの大きさがＰ0である場合には、Ｐ1＋Ｐ2＝Ｐ0の条件の下で、Ｐ1とＰ2の大きさを決めればよい。
【００６２】
以上の説明では、具体的に２方向の場合を例に挙げて、複数方向同時送信について説明した。しかし、当然ながら、３方向以上の場合にも適用可能である。
【００６３】
また、カラードプラの診断においては、走査領域を減らすために、測定対象となるＲＯＩ（関心領域）を設定する場合がある。この場合には、送信焦点をＲＯＩの形状に連動して設定するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、本技術は二次元的な診断に限らず三次元的な診断にも広く拡張可能である。すなわち、同時に多方向に行う複数回送受信過程を、所定の三次元的な走査領域を網羅するように繰り返すことで、三次元的な速度分布を求めることができる。三次元の場合には、一般に走査に時間を要するが、本技術を用いることでフレームレートを高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】超音波診断装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図３】２方向同時送信による走査例を示す図である。
【図４】送信エネルギについて説明する模式図である。
【図５】周波数変調の変調周波数特性を示す図である。
【図６】エリアジング処理について説明する図である。
【図７】二つの送信焦点を切り替える態様例を示す図である。
【図８】三つの送信焦点を切り替える態様例を示す図である。
【図９】送信焦点と遅延時間との関係を示す図である。
【図１０】２方向の送信焦点距離を等しくする例を示す図である。
【図１１】２方向の送信焦点距離を異ならせる例を示す図である。
【図１２】焦点切替に対応した送信エネルギ切替を説明する図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  超音波診断装置、１２，１４  ＴｘＤＢＦ、１６  加算器、１８  Ｄ／Ａ、２０  送信アンプ、２２  圧電素子アレイ、２４  受信アンプ、２６  Ａ／Ｄ、２８，４２  ＲｘＤＢＦ、３０，４４  ＰＣ、３２  検波器、３４，４８  白黒エコー処理部、３６，５０  カラードプラ処理部、４０  ＤＳＣ、５２  表示器。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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