(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送信しその反射波を受信する複数の振動子を配列した配列振動子と、前記配列振動子により得られた受信信号に対して、遅延加算を行うことにより並列受信を行う遅延加算部と、前記遅延加算部が行う遅延加算の設定に基づき受信の偏向角を制御する偏向角制御部とを備えた超音波診断装置において、
前記偏向角制御部は、前記配列振動子から送波される送信ビームの偏向角が大きくなるに従い、並列受信における複数の受信の指向方向の数を変更することなく、受信の指向方向相互間のなす角度を狭くすることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記送信ビームの偏向角が大きくなることによる送受信の相対感度の低下を補償するように並列受信における複数の受信信号に対する感度補正量を変化する制御を行う補正部を有する請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記補正部は、並列受信の受信の指向方向が送信ビームの指向方向に対してなす角度が等しい前記複数の受信信号に対して、相対感度が等しくなる補正を行う請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記偏向角制御部は、前記送信ビームの偏向角が大きくなるに従い隣接する送信ビームの偏向角の差を小さくする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記複数の振動子が少なくとも２次元に配列され、複数の前記送信ビームが各々投影面と交差する点が２次元の等間隔の格子点をなす請求項４に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配列振動子を有し、被検体を走査する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置は、図８に示すようにトランスデューサ１０１を配列した２次元アレイ１０２と、列方向遅延加算回路１０３〜１０６と、行方向遅延加算回路１０７、１０８とで構成される。列方向遅延加算回路１０３〜１０６は、２次元アレイ１０２の列方向のトランスデューサ１０１で検出された信号の遅延加算を行う。行方向遅延加算回路１０７、１０８は、列方向遅延加算回路１０３〜１０６において遅延加算された信号群を遅延加算する。これにより、少ない回路規模で行方向及び列方向の並列受信を実現している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５４１２０号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の超音波診断装置は、送信ビームの偏向角により並列受信の相対感度が不均一となるという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、従来の課題を解決するために、超音波の送信ビームにおける偏向角によらず並列受信の相対感度を均一に保つことができる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信しその反射波を受信する複数の振動子を配列した配列振動子と、前記配列振動子により得られた受信信号に対して、遅延加算を行うことにより並列受信を行う遅延加算部と、前記遅延加算部が行う遅延加算の設定に基づき受信の偏向角を制御する偏向角制御部とを備えた超音波診断装置において、前記偏向角制御部は、前記配列振動子から送波される送信ビームの偏向角が大きくなるに従い、並列受信における複数の受信の指向方向の数を変更することなく、受信の指向方向相互間のなす角度を狭くすることを特徴とする。
【０００６】
この構成により、送信ビームの偏向角による並列受信の相対感度の不均一性を低減することができる。
【０００７】
また、前記送信ビームの偏向角が大きくなることによる送受信の相対感度の低下を補償するように並列受信における複数の受信信号に対する感度補正量を変化する制御を行う補正部を有する構成にしても良い。
【０００８】
また、前記補正部は、並列受信の受信の指向方向が送信ビームの指向方向に対してなす角度が等しい前記複数の受信信号に対して、相対感度が等しくなる補正を行う構成にすることもできる。
【０００９】
この構成により、感度補正を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記偏向角制御部は、前記送信ビームの偏向角が大きくなるに従い隣接する送信ビームの偏向角の差を小さくする構成にしても良い。
【００１１】
また、前記複数の振動子が少なくとも２次元に配列され、複数の前記送信ビームが各々投影面と交差する点が２次元の等間隔の格子点をなす構成にすることもできる。
【００１２】
この構成により、２次元に配列された複数の振動子を用いる場合に、送信ビームの偏向角が大きくなるに従い、隣り合う送信ビームにおける偏向角の間隔が狭くなり、偏向角によらず並列受信の相対感度を均一に保つことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波の送信ビームにおける偏向角によらず並列受信の相対感度を均一に保つ超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態における超音波診断装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態における超音波診断装置の受信フロントエンドの要部ブロック図を示す。配列振動子１は、複数のサブアレイ（ＳＡ）２を第１方向と第２方向に配列して構成される。図１においてサブアレイ（ＳＡ）２と後述のグループ内プロセッサ（ＩＰ）３を構成する素子は、それぞれ接続されている。ｉ番目のサブアレイ（ＳＡ）２ｉの出力は、グループ内プロセッサ（ＩＰ）３iに供給される。
【００１６】
グループ内プロセッサ（ＩＰ）３の出力は、第１方向遅延加算回路４〜７（第１方向遅延加算部）に供給される。第１方向遅延加算回路４の複数の並列受信出力は、第２方向遅延加算回路８、９（第２方向遅延加算部）に供給される。同様にして第１方向遅延加算回路５〜７の複数の出力は、第２方向遅延加算回路８、９に供給される。偏向角制御回路１４（偏向角制御部）は、並列受信の偏向角を補正するソフトを有しており、第１方向遅延加算回路４〜７と、第２方向遅延加算回路８、９とで遅延加算される遅延加算値を決定する。
【００１７】
第２方向遅延加算回路８の複数の並列受信出力Ｓ（１、１）とＳ（１、２）は、補正回路１０と補正回路１１に供給される。第２方向遅延加算回路９の複数の並列受信出力Ｓ（２、１）とＳ（２、２）は、補正回路１２と補正回路１３に供給される。補正回路１０〜１３（補正部）は、供給された並列受信感度補正信号に基づいて、並列受信出力に対して感度補正を行う。補正回路１０〜１３の出力は２次元遅延加算出力となる。
【００１８】
図２はサブアレイ（ＳＡ）２の構成を示す図である。サブアレイ（ＳＡ）２は送信用の振動子（Ｘ）と受信用の振動子（Ｒ）より構成され、各振動子は行方向と列方向に配列されている。行方向は第１方向と、列方向は第２方向と一致する。
【００１９】
図３は、並列受信の相対感度に関する方位角度依存性の一例を示す図である。図３の曲線２１、２２、２３は、送信ビームに対して各々異なる受信の指向方向に対する送受信の相対感度を示す。曲線２１は送信と受信の指向方向が一致する場合を示している。曲線２２は並列受信のため送信と受信の指向方向が１°ずれることによって、送受信の指向方向が０．５°ずれた場合、曲線２３は並列受信のため受信の指向方向が２°ずれることによって送受信の指向方向が１°ずれた場合を示す。つまり、曲線２２、２３は送信と受信の指向方向が一致していない場合を示している。また、送信と受信の指向方向の差が大きくなると、相対感度が低下する。
【００２０】
図４Ａは送信ビームの偏向角が０°の場合における相対感度の一例、図４Ｂは送信ビームの偏向角が３０°の場合における相対感度の一例を示す図である。図５Ａは、並列受信の指向方向のなす角を示す図、図５Ｂは送信ビームの偏向角の差を示す図である。Ｔ（ｍ）は偏向していない場合の送信ビームの指向方向、Ｌ１（ｍ）〜Ｌ４（ｍ）は送信ビームの指向方向Ｔ（ｍ）に対応する並列受信の指向方向を示している。Ｔ（ｎ）は偏向している場合の送信ビームの指向方向、Ｌ１（ｎ）〜Ｌ４（ｎ）はＴ（ｎ）に対応する並列受信の指向方向である。
【００２１】
以上のように構成された超音波診断装置の受信フロントエンドについて、図１〜図５Ｂを用いてその動作を説明する。
【００２２】
まず、サブアレイ（ＳＡ）２の送信用の振動子（Ｘ）からは送信超音波パルスが関心領域に送波される。サブアレイ（ＳＡ）２の受信用の振動子（Ｒ）からの受信信号は、グループ内プロセッサ（ＩＰ）３において整相される。第１方向に配列されたサブアレイ（ＳＡ）２に対応するグループ内プロセッサ（ＩＰ）３の出力は、ひとまとまりで第１方向遅延加算回路４〜７へ入力される。
【００２３】
第１方向遅延加算回路４〜７は関心領域の方向に指向し、かつ第１方向に関して複数の指向方向を有する並列受信信号を出力する。第２方向遅延加算回路８、９は、第２方向に関し微小角度毎に指向方向を変えるように受信遅延時間を発生し、第１方向遅延加算回路４〜７が出力する並列受信信号に対して遅延時間の補正を行い、並列受信信号を出力する。第２方向遅延加算回路８、９から出力された並列受信信号出力は、補正回路１０〜１３においてその信号強度が補正される。図３に示す様に、並列受信において送受信の相対感度は、送信ビームの指向方向と受信の指向方向の差により大きく変化する。したがって、送信の偏向角に応じて送信と受信の指向方向の差を変える場合には、補正回路１０〜１３において相対感度の変化を補正する必要がある。
【００２４】
図４Ａに示す様に、送信の指向方向の偏向角が０°の場合は相対感度のピークとサイドローブの差、すなわちダイナミックレンジは７０ｄＢ程度である。一方、図４Ｂに示す様に、送信の指向方向の偏向角が３０°の場合は相対感度のダイナミックレンジは６６ｄＢ程度である。
【００２５】
そこで、偏向角が３０°の場合の並列受信における送信と受信の指向方向の差を、０°の場合における差よりも小さくすることにより、図３に示したように送受信の相対感度を上げ、並列受信におけるメインローブの相対感度の減少を低減して、ダイナミックレンジの劣化を少なくすることができる。従って、送信ビームの偏向角が０°の場合と３０°の場合の各相対感度のダイナミックレンジの差を小さくすることができる。
【００２６】
図５Ａにおいて、角度φは、送信ビームの指向方向Ｔに対応する並列受信の複数の指向方向Ｌ１〜Ｌ４のなす角を示している。偏向角が０°の場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｍ）に対応する角度φ（ｍ）は、偏向された場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｎ）に対応する角度φ（ｎ）よりも大きい。このため、図５Ｂに示す様に、送信の偏向角が小さい場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｍ）とＴ（ｍ＋１）のなす角度Δθ（ｍ）は、送信の偏向角が大きい場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｎ）とＴ（ｎ＋１）のなす角度Δθ（ｎ）よりも大きくなるように設定される。
【００２７】
このような本実施の形態における超音波診断装置の受信フロントエンドにおいては、偏向角制御回路１４によって、送信の偏向角が大きくなるに従い、並列受信における複数の受信の指向方向がなす角を狭くするように制御することができる。そして、並列受信における受信の指向方向がなす角が異なることによる送受信の相対感度の差を補正回路１０〜１３で補正し、相対感度が均一な画像が得られる。
【００２８】
さらに、送信の偏向角が大きくなるに従い、複数の並列受信における指向方向がなす角を狭くすることにより、隣接する送信に対応する受信の指向方向の間隔が広がる問題を解消することができる。
【００２９】
なお、並列受信の偏向角を補正する方法としては、（１）補正値を演算により求める方法、（２）補正用のデータテーブルに補正値を保存しておき、適切な補正値を選択する方法、（３）（１）と（２）との組み合わせを用いる方法等がある。さらに、これらを偏向角制御回路１４に有する場合の他、第１方向遅延加算回路４〜７、第２方向遅延加算回路８、９に個々に有しても良い。
【００３０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態における超音波診断装置の送信ビームの間隔を図６Ａ、図６Ｂに示す。なお、図６において、第１の実施の形態で参照した図５Ｂと同じ構成及び機能を有する部分については、同一の符号または記号を付して説明を省略する。また、図６に示していない他の構成要素については、図１と同じである。
【００３１】
図６Ａは配列振動子１の側面図を示し、投影面は配列振動子１とほぼ平行に配置され、送信ビームと投影面が交差する格子点ｐを丸印で示す。図６Ｂは、図６Ａを上側から見た図である。なお、投影面を走査の中心のビームに垂直な平面としても良い。
【００３２】
以上のように構成された超音波診断装置における送信ビームの間隔について、図６を用いてその動作を説明する。
【００３３】
まず、図６Ｂにおいて、格子点ｐは第１方向に関してΔｘ、第２方向に関してΔｙの間隔で２次元に配置される。図６Ａにおいて、送信の偏向角が小さい場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｋ）とＴ（ｋ＋１）のなす角度Δθ（ｋ）は、送信ビームの偏向角が大きい場合の送信ビームの指向方向Ｔ（ｊ）とＴ（ｊ＋１）のなす角度Δθ（ｊ）よりも大きくなるように設定される。さらに、Ｔ（ｋ）に対応する並列受信の指向方向がなす角は、Ｔ（ｊ）に対応する並列受信の指向方向がなす角よりも大きくする。
【００３４】
以上のように第２の実施の形態における超音波診断装置は、送信ビームと投影面との交点である格子点ｐを第１方向に関してΔｘで、第２方向に関してΔｙで、等間隔に２次元に配列した。そのため、送信ビームの偏向角が大きくなるに従い、並列受信の指向方向がなす角を小さくし、相対感度が一様な良好な画像が得られる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態における超音波診断装置の送信ビームの中心と並列受信の受信感度の中心を図７に示す。なお、図７において、第１の実施の形態で参照した図１と同じ構成及び機能を有する部分については同一の符号または記号を付して説明を省略する。また、図７に示していない他の構成要素は、図１と同じである。
【００３６】
図７において□印は送信ビームの中心を示し、○印は並列受信の受信感度の中心を示す。並列受信の受信感度の中心に対応する並列受信信号の符号Ｓ（ｘ、ｙ）（１≦ｘ≦４、１≦ｙ≦４）が付けられる。
【００３７】
以上のように構成された超音波診断装置における送信ビームと並列受信ビームについて、図７を用いてその動作を説明する。
【００３８】
並列受信信号を３つのグループに分類する。図７において、第１のグループは、Ｓ（１、１）、Ｓ（１、４）、Ｓ（４、１）、Ｓ（４、４）で構成され、それぞれの信号は、送信ビーム中心から等しい距離にあり、送信ビームの指向方向と並列受信による指向方向とのなす角度が等しい状態で受信された受信信号である。そのため、補正回路１０〜１３において等しい並列受信感度補正信号を用いて補正が行われる。
【００３９】
同様にして、第２のグループは、Ｓ（２、２）、Ｓ（２、３）、Ｓ（３、２）、Ｓ（３、３）で構成され、それぞれの信号は、送信ビームの中心から等しい距離にあり、送信ビームの指向方向と並列受信による指向方向との角度が等しい状態で受信された受信信号である。そのため、補正回路１０〜１３において等しい並列受信感度補正信号を用いて補正が行われる。さらに、第３のグループは、Ｓ（１、２）、Ｓ（１、３）、Ｓ（２、１）、Ｓ（２、４）、Ｓ（３、１）、Ｓ（３、４）、Ｓ（４、２）、Ｓ（４、３）で構成され、それぞれの信号は、送信ビーム中心から等しい距離にあり、送信ビームの指向方向と並列受信による指向方向との角度が等しい状態で受信された受信信号である。そのため、補正回路１０〜１３において等しい並列受信感度補正信号を用いて補正が行われる。
【００４０】
以上のように第３の実施の形態における超音波診断装置の送信ビームと並列受信ビームによれば、１６個の並列受信信号Ｓ（ｘ、ｙ）を３個のグループに分けた。そのことにより、３種類の並列受信感度補正信号で感度補正を行うことができるので制御が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の超音波診断装置は、相対感度が一様な画像が得られるという効果を有し、被検体を走査する配列振動子を備えた超音波診断装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、第１の実施の形態における超音波診断装置の受信フロントエンドの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態におけるサブアレイの構成を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態における並列受信の相対感度に関する方位角度依存を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施の形態における送信ビームの偏向角が０°の場合における受信の相対感度を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１の実施の形態における送信ビームの偏向角が３０°の場合における受信の相対感度を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の実施の形態における並列受信の指向方向のなす角を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１の実施の形態における送信ビームの偏向角の差を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第２の実施の形態における配列振動子から送波される超音波ビームを示す側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２の実施の形態における超音波ビームを示す上面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態における超音波診断装置の送信ビームと並列受信の受光感度の中心を示す図である。
【図８】図８は、従来の超音波診断装置の受信フロントエンドの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  配列振動子
２  サブアレイ（ＳＡ）
３  グループ内プロセッサ（ＩＰ）
４〜７  第１方向遅延加算回路
８〜９  第２方向遅延加算回路
１０〜１３  補正回路
１４  偏向角制御回路
１０１  トランスデューサ
１０２  ２次元アレイ
１０３〜１０６  列方向遅延加算回路
１０７、１０８  行方向遅延加算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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