(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された振動子と、前記振動子からの受信信号を、実時間モードの走査において合成開口率がＮ（Ｎ≧１）となるように合成し、フリーズモードに対応する走査において合成開口率がＮ＋Ｍ（Ｍ≧１）となるように合成する合成開口手段と、前記フリーズモードに対応する走査において、前記受信信号の遅延加算の自由度を高める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２】
前記フリーズモードに対応する走査において、画像の相関係数を変化させる手段を備えたことを特徴とする請求項１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、超音波診断装置に関し、特に、合成開口技術を用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置においては、プローブから生体に対して超音波ビームを発射するとともに、生体内からの反射エコーをプローブで受信し、この受信信号を超音波診断装置本体で処理した後、表示器に断層データ等を表示するようにしている。このような超音波診断装置では、超音波ビームの方向や位置を変更するために、あるいは所定の位置にフォーカスを設定するために、電子走査が行われる。
【０００３】
電子走査には、リニア（コンベクスを含む）走査、セクタ走査等がある。電子走査を行うためのプローブは、複数の微小振動子から構成されている。そして、たとえばリニア走査を行う場合には、プローブを構成する微小振動子のうちの何個かの振動子を同時に送受波させ、そのグループを順次移動させるようにしている。このような電子リニア走査において、水平分解能を高めるためには走査線密度を高めることが必要である。従来、走査線密皮を高めるために微小角セクタ方式を行うことが考えられたが、この微小角セクタ方式では超音波ビームが交差してしまうという欠点がある。そこで、最近では振動子のピッチを小さくして走査線密度を高めるようにしている。
【０００４】
走査線密度を高くすると、画像のフレームレートが低下してしまうという問題がある。そこで、画像を縮小表示しているときには低い走査線密度で走査を行い、拡大表示したとさに高い走査線密度で走査する方法が用いられている。拡大すると視野幅が狭くなるので、走査線密度を高くしてもフレームレートの劣化が抑えられるという利点がある。
【０００５】
しかし最近では、画像の拡大率をさらに上げることが要望されてきており、このため走査線密度もさらに高くする必要が出てきている。ところが、1本の超音波ビームを送受するためには適当なビーム口径を設定する必要があり、走査線密度を上がるために振動子のピッチを小さくしていくと、1本のビームあたりの振動子の送受信系の数、すなわちチャンネル数が増加し、このため回路規模が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
超音波診断装置は、特開平4-84943号公報に記載されたものが知られている。従来の超音波診断装置は、超音波プローブを構成する複数の振動子を順次選択して電子走査を行う際に、選択された振動子群を、それぞれ所定の個数からなる複数のブロックに分けるとともに、各ブロックを１チャンネル分の送受信回路に接続する。このようにすれば、少ないチャンネル数の送受信回路でも、高密度の走査が可能になる。
【０００７】
この電子走査型超音波診断装置の目的は、回路規模を大きくすることなく、電子走査時の走査線密度を高くすることであり、特に、拡大表示時に高密度走査を行って水平分解能を高めることである。この電子走査型超音波診断装置は、超音波プローブを構成する複数の振動子を順次駆動して電子走査を行うものであり、第1選択回路と第2選択回路とを備えている。第1選択回路は、複数の振動子から所望の口径分の振動子群を選択するための回路である。第2選択回路は、第1選択回路で選択された振動子群を、それぞれ所定の個数の振動子からなる複数のブロックに分けるとともに、各ブロックを1チャンネル分の送受信回路に接続する回路である。
【０００８】
最大に拡大した際に、高い走査線密度が得られるように、細かい振動子ピッチでプローブが構成されている。第1選択回路では、希望の超音波ビームを形成するために、全振動子から所定数の振動子を選択する。この第1選択回路で振動子群の選択を切り換えることにより、超音波の電子走査を行うことができる。第2選択回路では、先に選択された振動子群のうちの振動子を、複数個ずつブロック化するとともに、各ブロックを1チャンネルとするように結線し、これらをチャンネルごとの送受信回路に選択する。これにより、装置のチャンネル数の制限を超えて1ビームあたりの駆動振動子数を増やすことができ、回路規模を増やすことなく走査線密度を高くすることができる。
【０００９】
グレーティングローブの増大に留意すべきであることが、実開昭58-70208号公報に記されている。実開昭58-70208号公報に開示された「超音波撮像装置」は、遅延機構の個数を節約し、この部分のコストを低下させながら、受信または送信ビームを良好に保つことを目的とするものである。この装置では、互いに隣接するエレメントの信号に共通の遅延時間を与えることによって、必要とする遅延機構の個数を節約し、送信ビームまたは受信ビームの劣化を最小にとどめながら、遅延機構全体のコスト低減をはかる。共通遅延時間を与えるエレメント群の感度・指向特性は、それを構成するエレメント数によって変化する。すなわち、エレメント数が大きいと正面方向に対する感度は大きくなるが、主ローブの幅が小さくなり、エレメント数が小さいとその逆となる。使用口径中の全エレメントに独立の遅延機構を与える場合に比べ、受信または送信ビームの劣化を防ぎながら、遅延機構の個数を節約し、この部分のコストを大巾に低下させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波診断装置においては、選択された振動子群を、それぞれ所定の個数からなる複数のブロックに分けて、各ブロックを１チャンネル分の送受信回路に接続しているので、画質が劣化するという問題があった。
【００１１】
本発明は、従来の問題を解決して、少ないチャンネル数の送受信回路でありながら、高品位の画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、超音波診断装置を、配列された振動子と、振動子からの受信信号を、実時間モードの走査において合成開口率がＮ（Ｎ≧１）となるように合成し、フリーズモードに対応する走査において合成開口率がＮ＋Ｍ（Ｍ≧１）となるように合成する合成開口手段とを具備する構成とした。このように構成したことにより、フリーズモードにおいて、少ないチャンネル数の送受信回路でありながら、高品位の画像を得ることができる。
【００１３】
また、フリーズモードに対応する走査において、受信信号の遅延加算の自由度を高める手段を備えた構成とした。このように構成したことにより、フリーズモードにおいて、少ないチャンネル数の送受信回路でありながら、高品位の画像を得ることができる。
【００１４】
さらに、フリーズモードに対応する走査において、画像の相関係数を変化させる手段を備えた構成とした。このように構成したことにより、フリーズモードにおいて、少ないチャンネル数の送受信回路でありながら、高品位の画像を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する。
【００１６】
（実施の形態）
本発明の実施の形態は、配列振動子からの受信信号を合成開口手段で合成する場合に、実時間モードの走査における合成開口率がＮであり、フリーズモードに対応する走査における合成開口率がＮ＋Ｍである超音波診断装置である。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態における超音波診断装置の機能ブロック図である。図１において、プローブ１は、超音波を受信する振動子Ｐ１〜Ｐ16で構成されている超音波発信器兼センサである。マルチプレクサ２は、振動子Ｐ１〜Ｐ16のうちの８個を選択して、信号Ｘ１〜Ｘ８とする手段である。クロスポイントスイッチ３は、信号Ｘ１〜Ｘ８を選択合成して、信号Ｙ１,Ｙ２を生成する手段である。遅延合成回路４は、信号Ｙ１,Ｙ２を遅延合成して、信号Ｚ１を生成する手段である。ラインメモリ５は、信号Ｚ１を遅延させて信号Ｚ２を生成する手段である。加算器６は、信号Ｚ１と信号Ｚ２を加算する手段である。ラインメモリ５と加算器６で、合成開口手段を構成している。信号処理部７は、加算結果の信号を検波する手段である。画像相関部８は、信号処理部７の出力である画像信号の相関を求める手段である。表示部９は、画像を表示する手段である。制御部10は、マルチプレクサ２と、クロスポイントスイッチ３と、遅延合成回路４と、ラインメモリ５と、加算器６と、信号処理部７と、画像相関部８を制御する手段である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態における超音波診断装置の画像相関部８の詳細な機能ブロック図である。図２において、乗算器81は、信号処理部７からの信号をｋ倍する手段である。乗算器82は、フレームメモリからの信号を（１−ｋ）倍する手段である。加算器83は、乗算器81の出力と乗算器82の出力を加算する手段である。フレームメモリ84は、加算器83の出力信号を１フレームだけ遅延させる手段である。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態における超音波診断装置の別の接続状態を示す機能ブロック図である。図４は、超音波診断装置のクロスポイントスイッチの接続状態を示す図である。図５は、超音波診断装置のクロスポイントスイッチの別の接続状態を示す図である。
【００２０】
上記のように構成された本発明の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、超音波診断装置の概略的な機能を説明する。振動子Ｐ１〜Ｐ16で構成されているプローブ１で、超音波を送信し、その反射波を受信する。マルチプレクサ２で、振動子Ｐ１〜Ｐ16のうちの８個を選択して、それらの受信信号を信号Ｘ１〜Ｘ８とする。クロスポイントスイッチ３で、信号Ｘ１〜Ｘ８を選択合成して、信号Ｙ１,Ｙ２を生成する。遅延合成回路４で、信号Ｙ１,Ｙ２を遅延合成して、信号Ｚ１を生成する。遅延合成回路４の信号Ｚ１を、ラインメモリ５と加算器６に入力する。ラインメモリ５で、信号Ｚ１を遅延させて、信号Ｚ２を生成する。ラインメモリ５の出力Ｚ２を加算器６に入力する。加算器６で、信号Ｚ１と信号Ｚ２を加算する。ラインメモリ５と加算器６で、合成開口手段を構成している。加算器６の出力を信号処理部７で検波して、画像相関部８で相関演算をする。画像相関部８の出力を表示部９で表示する。
【００２１】
遅延合成回路４の前段にクロスポイントスイッチ３を設け、遅延合成回路４の後段にラインメモリ５と加算器６を設け、実時間モードにおいては合成開口率を小さくし、遅延時間の自由度を小さくし、フレームレートを高め、フリーズモードにおいては合成開口率を大きくし、遅延時間の自由度を大きくし、更にフリーズモードにおいて実時間モードに比べ画像相関部において相関係数を大きくする。
【００２２】
図１に示す実時間モードの走査の第１回目の受信において、振動子Ｐ１〜Ｐ８が、マルチプレクサ２により選択される。振動子Ｐ１〜Ｐ８に対応する信号Ｘ１〜Ｘ８は、振動子Ｐ１〜Ｐ８により形成される開口を中心対称とするため、クロスポイントスイッチ３において、信号Ｘ１とＸ８、信号Ｘ２とＸ７、信号Ｘ３とＸ６、信号Ｘ４とＸ５、がそれぞれ加算される。更に、クロスポイントスイッチ３が出力する信号が、信号Ｙ１、Ｙ２の２チャンネルであることに対応して、信号Ｘ１とＸ８とＸ２とＸ７が加算され、信号Ｙ１が得られ、信号Ｘ３とＸ６とＸ４とＸ５が加算され、信号Ｙ２が得られる。
【００２３】
このようにして、８チャンネルの信号Ｘ１〜Ｘ８は、２チャンネルの遅延合成回路４において遅延合成される。この場合、遅延合成回路４における遅延時間は、２種類が設定可能であるから、遅延の自由度は２である。なお、遅延の自由度とは、受信信号に与えられる遅延時間の種類に相当する。また、１回の受信で受信信号が得られ、合成開口は行われていないから、合成開口率Ｎ＝１である。合成開口率とは、信号処理部７への受信信号を構成するのに要する送受信の回数に対応する。遅延合成回路４が出力する信号Ｚ１は、加算器６を通過し、信号処理部７で検波され、画像データＦ（ｉ）となる。
【００２４】
図３に示す実時間モードの走査の第２回目の受信において、振動子Ｐ２〜Ｐ９が、マルチプレクサ２により選択される。振動子Ｐ２〜Ｐ９に対応する信号Ｘ１〜Ｘ８は、振動子Ｐ２〜Ｐ９により形成される開口を中心対称とするため、クロスポイントスイッチ３において、信号Ｘ１とＸ２、信号Ｘ３とＸ８、信号Ｘ４とＸ７、信号Ｘ５とＸ６、がそれぞれ加算される。更に、クロスポイントスイッチ３が出力する信号が、信号Ｙ１、Ｙ２の２チャンネルであることに対応して、信号Ｘ１とＸ２とＸ３とＸ８が加算され、信号Ｙ１が得られ、信号Ｘ４とＸ７と信号Ｘ５とＸ６が加算され、信号Ｙ２が得られる。このようにして、８チャンネルの信号Ｘ１〜Ｘ８は、２チャンネルの遅延合成回路４において遅延合成される。
【００２５】
実時間モードの第ｎ回目（図１の場合にはｎ＝９）の受信の後、１回の走査は完了し、画像データＦ(ｉ)（ｉはフレーム番号）が完成する。画像データＦ(ｉ)は、乗算器81において、相関係数ｋ（但し、０＜ｋ≦１）が乗ぜられる。また、画像データＦＰ(ｉ−１)には、乗算器82において、係数（１−ｋ）が乗ぜられる。乗算器81の出力と乗算器82の出力は、加算器83で加算され、画像データＦＰ(ｉ)が得られる。画像データＦＰ(ｉ)は、表示されると共にフレームメモリ84に記憶される。上記のように、実時間モードにおいては、走査が連続して行われ、画像データＦＰ(ｉ)が次々と更新される。実時間モードの走査においては、合成開口率が低いので、走査に要する時間が短く、画像データＦ(ｉ)のフレームレートは高いという特徴がある。
【００２６】
一方、フリーズモードに対応する走査の第１回目の受信において、振動子Ｐ１〜Ｐ８が、マルチプレクサ２により選択される。図４に示すように、振動子Ｐ１〜Ｐ８に対応する信号Ｘ１〜Ｘ８は、振動子Ｐ１〜Ｐ８により形成される開口を中心対称とするため、クロスポイントスイッチ３において、信号Ｘ４とＸ５が加算され、信号Ｙ１が得られ、信号Ｘ３とＸ６が加算され、信号Ｙ２が得られる。信号Ｙ１とＹ２は、遅延合成回路４において遅延合成され、信号Ｚ１は、ラインメモリ５に書き込まれる。この受信の場合の遅延の自由度は２である。
【００２７】
次に、フリーズモードに対応する走査の第２回目の受信において、振動子Ｐ１〜Ｐ８が、マルチプレクサ２により選択される。図５に示すように、振動子Ｐ１〜Ｐ８に対応する信号Ｘ１〜Ｘ８は、振動子Ｐ１〜Ｐ８により形成される開口を中心対称とするため、クロスポイントスイッチ３において、信号Ｘ２とＸ７が加算され、信号Ｙ１が得られ、信号Ｘ１とＸ８が加算され、信号Ｙ２が得られる。信号Ｙ１とＹ２は、遅延合成回路４において遅延合成される。この受信の場合の遅延の自由度は２である。遅延合成回路４の出力である信号Ｚ１は、加算器６においてラインメモリ５の出力である信号Ｚ２と加算される。このようにして、８チャンネルの信号Ｘ１〜Ｘ８は、ラインメモリ５と加算器６において合成開口される。合成開口により、遅延の自由度は合計４となる。また、２回の受信で、信号処理部７に対して一つの受信信号を構成しているので、合成開口率Ｎ＋Ｍ＝２である。実時間モードにおいてＮ＝１であるから、Ｍ＝１である。実時間モードの走査における遅延の自由度が２の場合に比べ、遅延の自由度が４と高いため、遅延合成の精度が良く、受信の分解能が高い。加算器６の出力は、信号処理部７で検波される。
【００２８】
第２ｎ回目（図１の場合にはｎ＝９）の受信の後、フリーズモードの走査は完了し、画像データＦ（ｊ）が完成する。画像データＦ（ｊ）は、乗算器81において、相関係数ｋ’（但し、０＜ｋ’≦１）が乗ぜられる。また、画像データＦＰ（ｊ−１）には、乗算器82において、係数（１−ｋ’）が乗ぜられる。乗算器81の出力と乗算器82の出力は、加算器83で加算される。画像データＦＰ（ｊ−１）は、遅延の自由度２の画像であり、相関係数ｋ’＞ｋとすることにより、画像データＦＰ（ｊ）における遅延の自由度４の画像の割合を高くし、高品位の画像を得ることが出来る。フリーズモードでは、この状態で走査を停止し、画像を静止させ表示する。
【００２９】
上記のように、本発明の実施の形態では、超音波診断装置を、配列振動子からの受信信号を合成開口手段で合成する場合に、実時間モードの走査における合成開口率がＮであり、フリーズモードに対応する走査における合成開口率がＮ＋Ｍであるように構成したので、高品位の画像を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、超音波診断装置を、配列された振動子と、振動子からの受信信号を、実時間モードの走査において合成開口率がＮ（Ｎ≧１）となるように合成し、フリーズモードに対応する走査において合成開口率がＮ＋Ｍ（Ｍ≧１）となるように合成する合成開口手段とを具備する構成としたので、フリーズモードにおいて、少ないチャンネル数の送受信回路でありながら、高品位の画像を得ることができるという効果が得られる。
【００３１】
すなわち、遅延合成回路の前段にクロスポイントスイッチを設け、遅延合成回路の後段にラインメモリと加算器を設け、実時間モードにおいては合成開口率を小さくし、遅延時間の自由度を小さくし、フリーズモードにおいては合成開口率を大きくし、遅延時間の自由度を大きくし、更にフリーズモードにおいて実時間モードに比べ画像相関部において相関係数を大きくすることにより、高品位の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における超音波診断装置の機能ブロック図、
【図２】本発明の実施の形態における画像相関部の詳細な機能ブロック図、
【図３】本発明の実施の形態における超音波診断装置の機能ブロック図、
【図４】本発明の実施の形態におけるクロスポイントスイッチの接続を示す図、
【図５】本発明の実施の形態におけるクロスポイントスイッチの接続を示す図である。
【符号の説明】
１  プローブ
２  マルチプレクサ
３  クロスポイントスイッチ
４  遅延合成回路
５  ラインメモリ
６  加算器
７  信号処理部
８  画像相関部
【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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