多方向同時送信方式の超音波診断装置
【課題】複数の送信ビームを一度に形成する超音波診断装置において超音波画像の画質を改善する。
【解決手段】互いに異なる送信周波数に対応した２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂが一度に形成される。領域Ａ内において電子走査方向に沿って方向を変化させつつ送信ビーム６０ａと受信ビーム６２ａ，６２ａ´が形成されて超音波ビームが走査される。領域Ａにおける走査と並行して、領域Ｂ内において電子走査方向に沿って方向を変化させつつ送信ビーム６０ｂと受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´が形成されて超音波ビームが走査される。そして、一度に形成される２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させて、複数フレームに亘って超音波画像が形成される。
【解決手段】互いに異なる送信周波数に対応した２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂが一度に形成される。領域Ａ内において電子走査方向に沿って方向を変化させつつ送信ビーム６０ａと受信ビーム６２ａ，６２ａ´が形成されて超音波ビームが走査される。領域Ａにおける走査と並行して、領域Ｂ内において電子走査方向に沿って方向を変化させつつ送信ビーム６０ｂと受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´が形成されて超音波ビームが走査される。そして、一度に形成される２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させて、複数フレームに亘って超音波画像が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波の送受信処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置では、特に三次元の超音波画像の形成などにおいては、フレームレートの向上が要求される。フレームレートを向上させるために、１回の送信で複数の送信ビームを形成する多方向同時送信と呼ばれる技術が知られている。多方向同時送信では、例えば２方向に同時に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成する。そのため、一方の送信ビームに対応した受信ビームを形成する際に、その送信ビームに伴う受信信号（メインローブ）に加えて、他方の送信ビームに伴う受信信号（サブローブ）が含まれてしまう。
【０００３】
多方向同時送信において、サブローブを低減させるために、１回の送信で互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを形成する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。互いに異なる送信周波数を用いることにより、例えばバンドパスフィルタでメインローブを抽出してサブローブを低減させることが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６０８５０号公報
【特許文献２】特開平８−３８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、上記特許文献１に記載された画期的な技術の改良技術について研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明はその研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数の送信ビームを一度に形成する超音波診断装置において超音波画像の画質を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の超音波診断装置は、超音波を送受波する複数の振動素子を備えたアレイ振動子と、複数の振動素子を制御することにより互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを一度に形成する送信処理部と、複数の振動素子から得られる信号を処理することにより複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームを形成して受信信号を得る受信処理部と、受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、を有し、前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させる、ことを特徴とする。
【０００８】
上記態様によれば、複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させるため、例えば、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することなどが可能になる。なお、送信周波数は、所定の複数回のビーム形成タイミングごとに交代させてもよいし、各ビーム形成タイミングごとに交代させてもよい。
【０００９】
望ましい態様において、前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームを各送信ビームの担当領域内で走査し、当該複数の送信ビームを並行して走査することにより複数の担当領域からなる１つのフレームを形成する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記送信処理部は、各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数をフレーム単位で交代させる、ことを特徴とする。各フレームごとに送信周波数を交代させることが望ましいものの、所定の複数フレームごとに送信周波数を交代させるようにしてもよい。
【００１１】
望ましい態様において、前記画像形成部は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記画像形成部は、前記重み付け加算において超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いる、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記受信処理部は、複数の振動素子から得られる信号に基づいて複数の受信ビームを形成し、互いに異なる送信周波数の各々に対応したバンドパスフィルタを用いて、各受信ビームからその受信ビームに対応した送信ビームの送信周波数に対応した受信信号を抽出する、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい態様において、前記受信処理部は、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、複数の振動素子から得られる信号に重み付けを施して当該送信ビームに対応した受信ビームを形成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、複数の送信ビームを一度に形成する超音波診断装置において超音波画像の画質を改善することが可能になる。例えば本発明の好適な態様においては、複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させるため、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することなどが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１には本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す機能ブロック図である。
【００１８】
複数の振動素子１０は、アレイ振動子を形成しており、被検体に対して超音波を送受波する。アレイ振動子としては、コンベックスアレイ振動子などが好適であるものの、リニアアレイ振動子などを用いてもよい。複数の振動素子１０の各々に対応して、送信回路１２と受信回路１４が設けられている。
【００１９】
複数の送信回路１２は、対応する各振動素子１０に対して、超音波の送信信号を出力する。各送信回路１２は、選択部２０を介して入力される送信信号に対して増幅処理と遅延処理を施す。各振動素子１０に供給される送信信号に対してその振動素子１０に応じた遅延処理が施されることにより、アレイ振動子から所定方向に向けられた送信ビームが形成される。また、複数のアレイ振動子から構成される送信開口をアレイ方向にシフトするか、遅延処理における遅延量を適宜制御することにより、送信ビームが走査される。
【００２０】
選択部２０は、各送信回路１２へ供給する送信信号の送信周波数を選択する。選択部２０は、送信信号ｆ１出力部２１から出力される送信信号ｆ１と、送信信号ｆ２出力部２２から出力される送信信号ｆ２とからなる二つの送信信号のうちの一方を選択する。
【００２１】
送信信号ｆ１と送信信号ｆ２は、互いに周波数が異なる。例えば、送信信号ｆ１の中心周波数ｆ１は４．５ＭＨｚに設定され、送信信号ｆ２の中心周波数ｆ２は２．５ＭＨｚに設定される。アレイ振動子の種類や診断対象などに応じて、各送信信号の中心周波数が上記以外の周波数に設定されてもよい。本実施形態においては、互いに周波数が異なる送信信号ｆ１と送信信号ｆ２を用いて、一度に２本の送信ビームが形成される。
【００２２】
選択部２０は、複数の送信回路１２のうちの一方のグループに対して送信信号ｆ１を選択し、他方のグループに対して送信信号ｆ２を選択する。図１においては、図の上側のグループの送信回路１２へ送信信号ｆ１が出力され、図の下側のグループの送信回路１２へ送信信号ｆ２が出力されている。
【００２３】
複数の送信回路１２のうちの一方のグループ（例えば図１の上側のグループ）は、送信信号ｆ１を用いて当該一方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、送信周波数ｆ１に対応した送信ビームを形成する。また、複数の送信回路１２のうちの他方のグループ（例えば図１の下側のグループ）は、送信信号ｆ２を用いて当該他方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、送信周波数ｆ２に対応した送信ビームを形成する。
【００２４】
送信周波数ｆ１に対応した送信ビームと送信周波数ｆ２に対応した送信ビームは、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される。例えば、送信パルスの繰り返し周期ごとに、送信周波数ｆ１に対応した送信ビームと送信周波数ｆ２に対応した送信ビームが同時に形成される。なお、送信パルスの繰り返し周期との比較において同時とみなせる程度の短い時間差を伴って２本の送信ビームが形成されてもよい。
【００２５】
そして、一度に形成された２本の送信ビームは、各送信ビームの担当領域内において走査され、２本の送信ビームが並行して走査されて２つの担当領域からなる１つのフレームが形成される。さらに、本実施形態においては、選択部２０による周波数選択により、各フレームごとに２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を交代させる。
【００２６】
図２は、本実施形態における超音波の送受信処理を説明するための図である。複数の振動素子１０は、コンベックス型のアレイ振動子を形成している。また、図２の中央に引かれた一点鎖線を境として、電子走査の領域が一方側（図の左側）の領域Ａと他方側（図の右側）の領域Ｂに分割されている。
【００２７】
複数の送信回路１２のうちの一方のグループ（例えば図１の上側のグループ）は、当該一方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、図２に示す領域Ａ内においてａ方向に送信ビーム６０ａを形成する。また、ａ方向の送信ビーム６０ａに対応して２本の受信ビーム６２ａ，６２ａ´が形成される。そして領域Ａ内において電子走査方向に沿ってａ方向を変化させつつ送信ビーム６０ａと受信ビーム６２ａ，６２ａ´を形成することにより、超音波ビームが走査される。なお、送信ビーム６０ａは、送信開口ａ内の複数の振動素子１０を用いて形成される。受信ビーム６２ａ，６２ａ´は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０を用いて形成されることが望ましいものの、例えば領域Ａ内の複数の振動素子１０を主として、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０のうちの一部のみを用いて受信ビーム６２ａ，６２ａ´を形成してもよい。
【００２８】
複数の送信回路１２のうちの他方のグループ（例えば図１の下側のグループ）は、当該他方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、図２に示す領域Ｂ内においてｂ方向に送信ビーム６０ｂを形成する。また、ｂ方向の送信ビーム６０ｂに対応して２本の受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´が形成される。そして領域Ｂ内において電子走査方向に沿ってｂ方向を変化させつつ送信ビーム６０ｂと受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´を形成することにより、超音波ビームが走査される。なお、送信ビーム６０ｂは、送信開口ｂ内の複数の振動素子１０を用いて形成される。受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０を用いて形成されることが望ましいものの、例えば領域Ｂ内の複数の振動素子１０を主として、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０のうちの一部のみを用いて受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´を形成してもよい。
【００２９】
なお、一度に形成される２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂを互いに引き離して形成することにより、送信ビーム６０ａと送信ビーム６０ｂとの間の干渉や、受信ビーム６２ａ，６２ａ´と受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´との間の干渉を小さくすることができる。そのため、２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂは、例えば互いに一定距離だけ離して互いに略平行となるように走査してもよい。ちなみに、送信開口ａと送信開口ｂが互いに重なるように振動素子１０を制御してもよい。
【００３０】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させる。例えば、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ１を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ２を対応付け、送信ビーム６０ａと送信ビーム６０ｂを並行して走査することにより１つのフレームを形成した後に、次のフレームにおいて、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ２を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ１を対応付け、当該次のフレームを形成する。さらに次のフレームにおいては、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ１を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ２を対応付ける。受信系においては、各送信ビームの送信周波数に対応した周波数成分が抽出される。
【００３１】
図１に戻り、複数の受信回路１４は、対応する各振動素子１０から超音波の受波結果である受波信号を得る。各受信回路１４は、対応する振動素子１０から得られる受波信号に対して増幅処理とＡ／Ｄ変換処理（アナログデジタル変換処理）を施す。こうして、複数の振動素子１０から得られる受波信号（デジタル信号）が４つの受信ビームフォーマ３０に供給される。
【００３２】
４つの受信ビームフォーマ３０は、４本の受信ビーム（図２の受信ビーム６２ａ，６２ａ´，６２ｂ，６２ｂ´）に対応している。例えば、受信ビームフォーマ（１）は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０から得られる受波信号に基づいて、受信ビーム６２ａを形成する。つまり、複数の振動素子１０から得られる受波信号に対して、受信ビーム６２ａの方向に応じた整相加算処理を施し、受信ビーム６２ａに沿ってビーム信号（エコーデータ）を得る。また、受信ビームフォーマ（２）は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０から得られる受波信号に基づいて受信ビーム６２ａ´を形成する。同様に、受信ビームフォーマ（３）は受信ビーム６２ｂを形成し、受信ビームフォーマ（４）は受信ビーム６２ｂ´を形成する。
【００３３】
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）は、対応する受信ビームフォーマにおいて得られるビーム信号（エコーデータ）から、２つの送信周波数ｆ１，ｆ２のうちのいずれかに対応した周波数成分を抽出するバンドパスフィルタである。ＢＰＦ（１）により送信周波数ｆ１に対応した周波数成分が抽出され、ＢＰＦ（２）により送信周波数ｆ２に対応した周波数成分が抽出される。
【００３４】
例えば、受信ビームフォーマ（１）において形成される受信ビーム６２ａに対応する送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１の場合には、受信ビームフォーマ（１）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（１）が選択され、受信ビーム６２ａのビーム信号から周波数ｆ１の成分が抽出される。これにより、送信ビーム６０ｂの送信周波数ｆ２に対応した受波成分が取り除かれる。同様に、受信ビームフォーマ（２）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（１）が選択され、受信ビーム６２ａ´のビーム信号から周波数ｆ１の成分が抽出される。
【００３５】
また、送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１の場合には、送信ビーム６０ｂの送信周波数がｆ２であるため、受信ビームフォーマ（３）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（２）が選択され、受信ビーム６２ｂのビーム信号から周波数ｆ２の成分が抽出される。同様に、受信ビームフォーマ（４）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（２）が選択され、受信ビーム６２ｂ´のビーム信号から周波数ｆ２の成分が抽出される。
【００３６】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させている。そのため、各フレームごとに送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１またはｆ２に切り換えられ、それに応じて、受信ビームフォーマ（１）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、送信周波数ｆ１またはｆ２に対応したＢＰＦが選択される。同様に、受信ビームフォーマ（２）〜（３）の各受信ビームフォーマについても、各受信ビームフォーマに対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、送信周波数ｆ１またはｆ２に対応したＢＰＦが選択される。
【００３７】
図３は、ＢＰＦの周波数特性の一例を示す図であり、図３には、横軸を周波数として縦軸に信号の通過量を示した周波数特性が示されている。図１のＢＰＦ（１）として、例えば、図３に示す４．５ＭＨｚ用の特性が利用され、図１のＢＰＦ（２）として、例えば、図３に示す２．５ＭＨｚ用の特性が利用される。もちろん、ＢＰＦ（１）（２）の特性は図３のものに限定されない。
【００３８】
図１に戻り、各受信ビームフォーマにおいて受信ビームが形成され、ＢＰＦ（１）（２）において送信周波数に対応した信号成分が抽出されると、各受信ビームフォーマごとに設けられた検波器３２において対応する受信ビームフォーマから得られる信号に対して検波処理が実行される。こうして、４つの検波器３２から、４本の受信ビーム（図２の受信ビーム６２ａ，６２ａ´，６２ｂ，６２ｂ´）の各々に対応した受信信号が出力される。
【００３９】
画像形成部４０は、４本の受信ビームの受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する。画像形成部４０は、超音波画像の画像データとして、例えばＢモード画像の画像データを形成する。そして、画像形成部４０において形成された画像データに対応する超音波画像がモニタなどの表示部４２に表示される。なお、図１に示す超音波診断装置内の各部は、制御部５０によって制御される。制御部５０は、例えば図示しない操作パネルなどを利用して入力されるユーザ操作に応じて図１に示す各部を制御する。
【００４０】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させつつ各送信ビームごとに２本の受信ビームを形成し、複数フレームに亘って受信信号を得ている。画像形成部４０は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して、超音波画像の画像データを形成する。
【００４１】
図４は、本実施形態における超音波画像の形成処理を説明するための図である。本実施形態においては、２本の送信ビームを並行して走査することにより、図４に示すＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，・・・の順に複数のフレームが形成される。各フレームは、領域Ａと領域Ｂとによって形成される。つまり、２本の送信ビームのうちの一方の送信ビーム（例えば図２の送信ビーム６０ａ）が領域Ａを担当領域として走査され、２本の送信ビームのうちの他方の送信ビーム（例えば図２の送信ビーム６０ｂ）が領域Ｂを担当領域として走査され、領域Ａと領域Ｂとによって１枚のフレームが形成される。
【００４２】
２本の送信ビームの送信周波数は各フレームごとに交代する。図４において、フレームＦ１は、領域Ａを送信周波数ｆ１の送信ビームにより形成され、領域Ｂを送信周波数ｆ２の送信ビームにより形成されている。フレームＦ１の次の時刻のフレームＦ２は、領域Ａを送信周波数ｆ２の送信ビームにより形成され、領域Ｂを送信周波数ｆ１の送信ビームにより形成されている。そして、続くフレームＦ３，Ｆ４においても送信周波数が交代している。
【００４３】
画像形成部４０は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させた次の時刻のフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して、超音波画像の画像データを形成する。つまり、画像形成部４０は、まず、フレームＦ１の受信信号とフレームＦ２の受信信号とを重み付け加算して合成フレームＦｃ１を形成する。
【００４４】
画像形成部４０は、例えば、フレームＦ１とフレームＦ２の間において、互いに同じ位置に対応する画素位置の信号同士を重み付け加算する。これにより、領域Ａ内において、フレームＦ１の周波数ｆ１の信号とフレームＦ２の周波数ｆ２の信号とが重み付け加算され、領域Ｂ内においてもフレームＦ１の周波数ｆ２の信号とフレームＦ２の周波数ｆ１の信号とが重み付け加算される。こうして、合成フレームＦｃ１の全域に亘って、周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号が合成される。
【００４５】
画像形成部４０は、フレームＦ１とフレームＦ２との組み合わせの場合と同様に、フレームＦ２とフレームＦ３との組み合わせ、フレームＦ３とフレームＦ４との組み合わせについても受信信号の重み付け加算を行い、合成フレームＦｃ２，Ｆｃ３，・・・を形成する。合成フレームＦｃ２，Ｆｃ３，・・・の各合成フレームについても、全域に亘って周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号が合成されたものとなる。
【００４６】
なお、画像形成部４０は、２つのフレーム間の受信信号の重み付け加算において、超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いることが望ましい。図５は、深さに応じた重みを説明するための図であり、横軸を深さとして縦軸に重みの大きさを示している。縦軸の重みは、高周波数ｆ１（例えば４．５ＭＨｚ）の受信信号に対する重みと、低周波数ｆ２（例えば２．５ＭＨｚ）の受信信号に対する重みを示している。
【００４７】
例えば、深さ０（ゼロ）においては、低周波数ｆ２の受信信号の重みが０．２であり、高周波数ｆ１の受信信号の重みが０．８である。そして、深くなるにつれて、低周波数ｆ２の受信信号の重みを増加させ、深さｒmaxにおいて、低周波数ｆ２の受信信号の重みを０．８として高周波数ｆ１の受信信号の重みを０．２とする。これにより、比較的浅い領域において高周波数ｆ１の受信信号による高い分解能を優先させ、比較的深い領域において低周波数ｆ２の受信信号による高い感度を優先することができる。
【００４８】
このように、図１に示す本実施形態の超音波診断装置では、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成しているため、フレームを構成する領域Ａと領域Ｂにおいて送信周波数を交代させずに固定した場合に比べて、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することができる。ちなみに、本実施形態における２つのフレーム間の受信信号の重み付け加算は、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数コンパウンドに相当するため、超音波画像のスペックルの低減などにも寄与する。
【００４９】
なお、図１に示す本実施形態の超音波診断装置において、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、各振動素子１０に対して重み付けを行うようにしてもよい。つまり、受信側において、各振動素子１０から得られる受波信号に対して重み付けを施して整相加算処理を行うようにしてもよい。また、送信側において、複数の送信信号１２から出力される送信信号に対して、ビーム方向に応じた遅延処理に加えて重み付けを施して送信ビームを形成するようにしてもよい。受信側と送信側のいずれか一方のみで重み付けを行ってもよいし、受信側と送信側の両方で重み付けを行ってもよい。
【００５０】
図６は、各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の受信重み関数を示す図である。図６の（Ａ１）と（Ａ２）は、ａ方向の送信ビーム（図２の符号６０ａ）に対応した受信重み関数を示している。（Ａ１）と（Ａ２）の各々の横軸は受信開口であり、図２の電子走査方向に沿った振動素子１０の位置に対応している。また、（Ａ１）と（Ａ２）の各々の縦軸は各振動素子１０に対応した重みである。
【００５１】
ａ方向の送信ビームは、図２において左側の領域Ａを担当領域としていることから、図６の（Ａ１）と（Ａ２）の各々に示す重み関数は、全体的に左側の振動素子１０の重みを重視するように、左右非対称な形状となっている。また、（Ａ１）に示す関数形状を近距離用として（Ａ２）に示す関数形状を遠距離用とすることにより、超音波ビーム方向の深さに応じて関数形状を変化させている。
【００５２】
図６の（Ｂ１）と（Ｂ２）は、ｂ方向の送信ビーム（図２の符号６０ｂ）に対応した受信重み関数を示している。ｂ方向の送信ビームは、図２において右側の領域Ｂを担当領域としていることから、図６の（Ａ１）と（Ａ２）の各々に示す重み関数は、全体的に右側の振動素子１０の重みを重視するように、左右非対称な形状となっている。また、（Ｂ１）に示す関数形状を近距離用として（Ｂ２）に示す関数形状を遠距離用とすることにより、超音波ビーム方向の深さに応じて関数形状を変化させている。
【００５３】
図１および図２などを利用して説明した実施形態では、二次元領域内において電子走査を行っているが、その二次元領域内における電子走査に機械的な走査を加えて、三次元領域内を立体的に走査するようにしてよい。
【００５４】
図７は、三次元領域内における２方向の走査を説明するための図である。図７の縦軸に示す電子走査方向は、二次元領域内における電子走査の方向であり、例えば、図２に示す電子走査方向に対応している。図７の横軸に示す機械走査方向は、電子走査方向に沿って配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を機械的に移動させる方向である。
【００５５】
まず、図７に示すフレームＦ１の期間において、図２などを利用して説明したように、領域Ａ内で送信周波数ｆ１の送信ビームが走査され、領域Ｂ内で送信周波数ｆ２の送信ビームが走査される。図７においては、領域Ａと領域Ｂの各送信ビームが図の下側から上側に向かって走査されている。また、図７においては、アレイ振動子が機械的走査により機械走査方向に移動するため、フレームＦ１の期間において、領域Ａと領域Ｂが機械走査方向に斜めに傾くように三次元空間内に形成される。
【００５６】
次に、図７に示すフレームＦ２の期間において、図２などを利用して説明したように、送信周波数を交代させて、領域Ａ内で送信周波数ｆ２の送信ビームが走査され、領域Ｂ内で送信周波数ｆ１の送信ビームが走査される。図７に示すフレームＦ２の期間においても領域Ａと領域Ｂが機械走査方向に斜めに傾くように三次元空間内に形成される。さらに、フレームＦ３，フレームＦ４，・・・とフレームごとに送信周波数を交代させつつ例えばフレームＦ７０まで電子走査と機械走査を行う。こうして、フレームＦ１からフレームＦ７０までの複数フレームに亘って、二次元的に超音波ビームが走査される。
【００５７】
図７に示す走査態様では、互いに隣り合う２フレーム間において、同一の送信周波数に対応した電子的な走査領域が三次元空間内において幾何学的に連続している。例えば、フレームＦ１において送信周波数ｆ２によって形成される領域Ｂと、フレームＦ２において送信周波数ｆ２によって形成される領域Ａが、同一平面を形成するように接続される。そこで、例えば、フレームＦ１の領域ＢとフレームＦ２の領域Ａとを接続して１枚の合成フレームを形成してもよい。もちろん、図４を利用して説明したように、互いに異なる周波数に対応した領域同士を合成して１枚の合成フレームを形成してもよい。
【００５８】
なお、図７に示す走査態様では、横軸方向において機械走査を行っているが、複数の振動素子を図７の縦軸方向と横軸方向に二次元的に配列させ、横軸方向にも電子的走査を適用し、電子的走査のみによる三次元空間内の走査を実現してもよい。
【００５９】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、一度に形成される２方向の送信ビームの各々に対応して４本の受信ビームを形成して２方向同時送信による８方向同時受信を実現してもよいし、一度に形成される送信ビームの本数を３本以上にしてもよい。また、本発明に係る多方向同時送信による多方向同時受信をハーモニックイメージングやカラードプライメージングに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】超音波の送受信処理を説明するための図である。
【図３】ＢＰＦの周波数特性の一例を示す図である。
【図４】超音波画像の形成処理を説明するための図である。
【図５】深さに応じた重みを説明するための図である。
【図６】各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の受信重み関数を示す図である。
【図７】三次元領域内における２方向の走査を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 振動素子、１２ 送信回路、１４ 受信回路、２１ 送信信号ｆ１出力部、２２ 送信信号ｆ２出力部、３０ 受信ビームフォーマ、４０ 画像形成部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波の送受信処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置では、特に三次元の超音波画像の形成などにおいては、フレームレートの向上が要求される。フレームレートを向上させるために、１回の送信で複数の送信ビームを形成する多方向同時送信と呼ばれる技術が知られている。多方向同時送信では、例えば２方向に同時に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成する。そのため、一方の送信ビームに対応した受信ビームを形成する際に、その送信ビームに伴う受信信号（メインローブ）に加えて、他方の送信ビームに伴う受信信号（サブローブ）が含まれてしまう。
【０００３】
多方向同時送信において、サブローブを低減させるために、１回の送信で互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを形成する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。互いに異なる送信周波数を用いることにより、例えばバンドパスフィルタでメインローブを抽出してサブローブを低減させることが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６０８５０号公報
【特許文献２】特開平８−３８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、上記特許文献１に記載された画期的な技術の改良技術について研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明はその研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数の送信ビームを一度に形成する超音波診断装置において超音波画像の画質を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の超音波診断装置は、超音波を送受波する複数の振動素子を備えたアレイ振動子と、複数の振動素子を制御することにより互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを一度に形成する送信処理部と、複数の振動素子から得られる信号を処理することにより複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームを形成して受信信号を得る受信処理部と、受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、を有し、前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させる、ことを特徴とする。
【０００８】
上記態様によれば、複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させるため、例えば、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することなどが可能になる。なお、送信周波数は、所定の複数回のビーム形成タイミングごとに交代させてもよいし、各ビーム形成タイミングごとに交代させてもよい。
【０００９】
望ましい態様において、前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームを各送信ビームの担当領域内で走査し、当該複数の送信ビームを並行して走査することにより複数の担当領域からなる１つのフレームを形成する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記送信処理部は、各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数をフレーム単位で交代させる、ことを特徴とする。各フレームごとに送信周波数を交代させることが望ましいものの、所定の複数フレームごとに送信周波数を交代させるようにしてもよい。
【００１１】
望ましい態様において、前記画像形成部は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記画像形成部は、前記重み付け加算において超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いる、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記受信処理部は、複数の振動素子から得られる信号に基づいて複数の受信ビームを形成し、互いに異なる送信周波数の各々に対応したバンドパスフィルタを用いて、各受信ビームからその受信ビームに対応した送信ビームの送信周波数に対応した受信信号を抽出する、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい態様において、前記受信処理部は、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、複数の振動素子から得られる信号に重み付けを施して当該送信ビームに対応した受信ビームを形成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、複数の送信ビームを一度に形成する超音波診断装置において超音波画像の画質を改善することが可能になる。例えば本発明の好適な態様においては、複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させるため、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することなどが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１には本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す機能ブロック図である。
【００１８】
複数の振動素子１０は、アレイ振動子を形成しており、被検体に対して超音波を送受波する。アレイ振動子としては、コンベックスアレイ振動子などが好適であるものの、リニアアレイ振動子などを用いてもよい。複数の振動素子１０の各々に対応して、送信回路１２と受信回路１４が設けられている。
【００１９】
複数の送信回路１２は、対応する各振動素子１０に対して、超音波の送信信号を出力する。各送信回路１２は、選択部２０を介して入力される送信信号に対して増幅処理と遅延処理を施す。各振動素子１０に供給される送信信号に対してその振動素子１０に応じた遅延処理が施されることにより、アレイ振動子から所定方向に向けられた送信ビームが形成される。また、複数のアレイ振動子から構成される送信開口をアレイ方向にシフトするか、遅延処理における遅延量を適宜制御することにより、送信ビームが走査される。
【００２０】
選択部２０は、各送信回路１２へ供給する送信信号の送信周波数を選択する。選択部２０は、送信信号ｆ１出力部２１から出力される送信信号ｆ１と、送信信号ｆ２出力部２２から出力される送信信号ｆ２とからなる二つの送信信号のうちの一方を選択する。
【００２１】
送信信号ｆ１と送信信号ｆ２は、互いに周波数が異なる。例えば、送信信号ｆ１の中心周波数ｆ１は４．５ＭＨｚに設定され、送信信号ｆ２の中心周波数ｆ２は２．５ＭＨｚに設定される。アレイ振動子の種類や診断対象などに応じて、各送信信号の中心周波数が上記以外の周波数に設定されてもよい。本実施形態においては、互いに周波数が異なる送信信号ｆ１と送信信号ｆ２を用いて、一度に２本の送信ビームが形成される。
【００２２】
選択部２０は、複数の送信回路１２のうちの一方のグループに対して送信信号ｆ１を選択し、他方のグループに対して送信信号ｆ２を選択する。図１においては、図の上側のグループの送信回路１２へ送信信号ｆ１が出力され、図の下側のグループの送信回路１２へ送信信号ｆ２が出力されている。
【００２３】
複数の送信回路１２のうちの一方のグループ（例えば図１の上側のグループ）は、送信信号ｆ１を用いて当該一方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、送信周波数ｆ１に対応した送信ビームを形成する。また、複数の送信回路１２のうちの他方のグループ（例えば図１の下側のグループ）は、送信信号ｆ２を用いて当該他方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、送信周波数ｆ２に対応した送信ビームを形成する。
【００２４】
送信周波数ｆ１に対応した送信ビームと送信周波数ｆ２に対応した送信ビームは、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される。例えば、送信パルスの繰り返し周期ごとに、送信周波数ｆ１に対応した送信ビームと送信周波数ｆ２に対応した送信ビームが同時に形成される。なお、送信パルスの繰り返し周期との比較において同時とみなせる程度の短い時間差を伴って２本の送信ビームが形成されてもよい。
【００２５】
そして、一度に形成された２本の送信ビームは、各送信ビームの担当領域内において走査され、２本の送信ビームが並行して走査されて２つの担当領域からなる１つのフレームが形成される。さらに、本実施形態においては、選択部２０による周波数選択により、各フレームごとに２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を交代させる。
【００２６】
図２は、本実施形態における超音波の送受信処理を説明するための図である。複数の振動素子１０は、コンベックス型のアレイ振動子を形成している。また、図２の中央に引かれた一点鎖線を境として、電子走査の領域が一方側（図の左側）の領域Ａと他方側（図の右側）の領域Ｂに分割されている。
【００２７】
複数の送信回路１２のうちの一方のグループ（例えば図１の上側のグループ）は、当該一方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、図２に示す領域Ａ内においてａ方向に送信ビーム６０ａを形成する。また、ａ方向の送信ビーム６０ａに対応して２本の受信ビーム６２ａ，６２ａ´が形成される。そして領域Ａ内において電子走査方向に沿ってａ方向を変化させつつ送信ビーム６０ａと受信ビーム６２ａ，６２ａ´を形成することにより、超音波ビームが走査される。なお、送信ビーム６０ａは、送信開口ａ内の複数の振動素子１０を用いて形成される。受信ビーム６２ａ，６２ａ´は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０を用いて形成されることが望ましいものの、例えば領域Ａ内の複数の振動素子１０を主として、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０のうちの一部のみを用いて受信ビーム６２ａ，６２ａ´を形成してもよい。
【００２８】
複数の送信回路１２のうちの他方のグループ（例えば図１の下側のグループ）は、当該他方のグループに対応した複数の振動素子１０を制御し、図２に示す領域Ｂ内においてｂ方向に送信ビーム６０ｂを形成する。また、ｂ方向の送信ビーム６０ｂに対応して２本の受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´が形成される。そして領域Ｂ内において電子走査方向に沿ってｂ方向を変化させつつ送信ビーム６０ｂと受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´を形成することにより、超音波ビームが走査される。なお、送信ビーム６０ｂは、送信開口ｂ内の複数の振動素子１０を用いて形成される。受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０を用いて形成されることが望ましいものの、例えば領域Ｂ内の複数の振動素子１０を主として、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０のうちの一部のみを用いて受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´を形成してもよい。
【００２９】
なお、一度に形成される２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂを互いに引き離して形成することにより、送信ビーム６０ａと送信ビーム６０ｂとの間の干渉や、受信ビーム６２ａ，６２ａ´と受信ビーム６２ｂ，６２ｂ´との間の干渉を小さくすることができる。そのため、２本の送信ビーム６０ａ，６０ｂは、例えば互いに一定距離だけ離して互いに略平行となるように走査してもよい。ちなみに、送信開口ａと送信開口ｂが互いに重なるように振動素子１０を制御してもよい。
【００３０】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させる。例えば、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ１を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ２を対応付け、送信ビーム６０ａと送信ビーム６０ｂを並行して走査することにより１つのフレームを形成した後に、次のフレームにおいて、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ２を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ１を対応付け、当該次のフレームを形成する。さらに次のフレームにおいては、送信ビーム６０ａに送信周波数ｆ１を対応付けて送信ビーム６０ｂに送信周波数ｆ２を対応付ける。受信系においては、各送信ビームの送信周波数に対応した周波数成分が抽出される。
【００３１】
図１に戻り、複数の受信回路１４は、対応する各振動素子１０から超音波の受波結果である受波信号を得る。各受信回路１４は、対応する振動素子１０から得られる受波信号に対して増幅処理とＡ／Ｄ変換処理（アナログデジタル変換処理）を施す。こうして、複数の振動素子１０から得られる受波信号（デジタル信号）が４つの受信ビームフォーマ３０に供給される。
【００３２】
４つの受信ビームフォーマ３０は、４本の受信ビーム（図２の受信ビーム６２ａ，６２ａ´，６２ｂ，６２ｂ´）に対応している。例えば、受信ビームフォーマ（１）は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０から得られる受波信号に基づいて、受信ビーム６２ａを形成する。つまり、複数の振動素子１０から得られる受波信号に対して、受信ビーム６２ａの方向に応じた整相加算処理を施し、受信ビーム６２ａに沿ってビーム信号（エコーデータ）を得る。また、受信ビームフォーマ（２）は、アレイ振動子が備える全ての振動素子１０から得られる受波信号に基づいて受信ビーム６２ａ´を形成する。同様に、受信ビームフォーマ（３）は受信ビーム６２ｂを形成し、受信ビームフォーマ（４）は受信ビーム６２ｂ´を形成する。
【００３３】
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）は、対応する受信ビームフォーマにおいて得られるビーム信号（エコーデータ）から、２つの送信周波数ｆ１，ｆ２のうちのいずれかに対応した周波数成分を抽出するバンドパスフィルタである。ＢＰＦ（１）により送信周波数ｆ１に対応した周波数成分が抽出され、ＢＰＦ（２）により送信周波数ｆ２に対応した周波数成分が抽出される。
【００３４】
例えば、受信ビームフォーマ（１）において形成される受信ビーム６２ａに対応する送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１の場合には、受信ビームフォーマ（１）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（１）が選択され、受信ビーム６２ａのビーム信号から周波数ｆ１の成分が抽出される。これにより、送信ビーム６０ｂの送信周波数ｆ２に対応した受波成分が取り除かれる。同様に、受信ビームフォーマ（２）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（１）が選択され、受信ビーム６２ａ´のビーム信号から周波数ｆ１の成分が抽出される。
【００３５】
また、送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１の場合には、送信ビーム６０ｂの送信周波数がｆ２であるため、受信ビームフォーマ（３）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（２）が選択され、受信ビーム６２ｂのビーム信号から周波数ｆ２の成分が抽出される。同様に、受信ビームフォーマ（４）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、ＢＰＦ（２）が選択され、受信ビーム６２ｂ´のビーム信号から周波数ｆ２の成分が抽出される。
【００３６】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させている。そのため、各フレームごとに送信ビーム６０ａの送信周波数がｆ１またはｆ２に切り換えられ、それに応じて、受信ビームフォーマ（１）に対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、送信周波数ｆ１またはｆ２に対応したＢＰＦが選択される。同様に、受信ビームフォーマ（２）〜（３）の各受信ビームフォーマについても、各受信ビームフォーマに対応付けられたＢＰＦ（１）（２）のうち、送信周波数ｆ１またはｆ２に対応したＢＰＦが選択される。
【００３７】
図３は、ＢＰＦの周波数特性の一例を示す図であり、図３には、横軸を周波数として縦軸に信号の通過量を示した周波数特性が示されている。図１のＢＰＦ（１）として、例えば、図３に示す４．５ＭＨｚ用の特性が利用され、図１のＢＰＦ（２）として、例えば、図３に示す２．５ＭＨｚ用の特性が利用される。もちろん、ＢＰＦ（１）（２）の特性は図３のものに限定されない。
【００３８】
図１に戻り、各受信ビームフォーマにおいて受信ビームが形成され、ＢＰＦ（１）（２）において送信周波数に対応した信号成分が抽出されると、各受信ビームフォーマごとに設けられた検波器３２において対応する受信ビームフォーマから得られる信号に対して検波処理が実行される。こうして、４つの検波器３２から、４本の受信ビーム（図２の受信ビーム６２ａ，６２ａ´，６２ｂ，６２ｂ´）の各々に対応した受信信号が出力される。
【００３９】
画像形成部４０は、４本の受信ビームの受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する。画像形成部４０は、超音波画像の画像データとして、例えばＢモード画像の画像データを形成する。そして、画像形成部４０において形成された画像データに対応する超音波画像がモニタなどの表示部４２に表示される。なお、図１に示す超音波診断装置内の各部は、制御部５０によって制御される。制御部５０は、例えば図示しない操作パネルなどを利用して入力されるユーザ操作に応じて図１に示す各部を制御する。
【００４０】
本実施形態においては、一度に形成される２本の送信ビームに対応付ける送信周波数を各フレームごとに交代させつつ各送信ビームごとに２本の受信ビームを形成し、複数フレームに亘って受信信号を得ている。画像形成部４０は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して、超音波画像の画像データを形成する。
【００４１】
図４は、本実施形態における超音波画像の形成処理を説明するための図である。本実施形態においては、２本の送信ビームを並行して走査することにより、図４に示すＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，・・・の順に複数のフレームが形成される。各フレームは、領域Ａと領域Ｂとによって形成される。つまり、２本の送信ビームのうちの一方の送信ビーム（例えば図２の送信ビーム６０ａ）が領域Ａを担当領域として走査され、２本の送信ビームのうちの他方の送信ビーム（例えば図２の送信ビーム６０ｂ）が領域Ｂを担当領域として走査され、領域Ａと領域Ｂとによって１枚のフレームが形成される。
【００４２】
２本の送信ビームの送信周波数は各フレームごとに交代する。図４において、フレームＦ１は、領域Ａを送信周波数ｆ１の送信ビームにより形成され、領域Ｂを送信周波数ｆ２の送信ビームにより形成されている。フレームＦ１の次の時刻のフレームＦ２は、領域Ａを送信周波数ｆ２の送信ビームにより形成され、領域Ｂを送信周波数ｆ１の送信ビームにより形成されている。そして、続くフレームＦ３，Ｆ４においても送信周波数が交代している。
【００４３】
画像形成部４０は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させた次の時刻のフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して、超音波画像の画像データを形成する。つまり、画像形成部４０は、まず、フレームＦ１の受信信号とフレームＦ２の受信信号とを重み付け加算して合成フレームＦｃ１を形成する。
【００４４】
画像形成部４０は、例えば、フレームＦ１とフレームＦ２の間において、互いに同じ位置に対応する画素位置の信号同士を重み付け加算する。これにより、領域Ａ内において、フレームＦ１の周波数ｆ１の信号とフレームＦ２の周波数ｆ２の信号とが重み付け加算され、領域Ｂ内においてもフレームＦ１の周波数ｆ２の信号とフレームＦ２の周波数ｆ１の信号とが重み付け加算される。こうして、合成フレームＦｃ１の全域に亘って、周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号が合成される。
【００４５】
画像形成部４０は、フレームＦ１とフレームＦ２との組み合わせの場合と同様に、フレームＦ２とフレームＦ３との組み合わせ、フレームＦ３とフレームＦ４との組み合わせについても受信信号の重み付け加算を行い、合成フレームＦｃ２，Ｆｃ３，・・・を形成する。合成フレームＦｃ２，Ｆｃ３，・・・の各合成フレームについても、全域に亘って周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号が合成されたものとなる。
【００４６】
なお、画像形成部４０は、２つのフレーム間の受信信号の重み付け加算において、超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いることが望ましい。図５は、深さに応じた重みを説明するための図であり、横軸を深さとして縦軸に重みの大きさを示している。縦軸の重みは、高周波数ｆ１（例えば４．５ＭＨｚ）の受信信号に対する重みと、低周波数ｆ２（例えば２．５ＭＨｚ）の受信信号に対する重みを示している。
【００４７】
例えば、深さ０（ゼロ）においては、低周波数ｆ２の受信信号の重みが０．２であり、高周波数ｆ１の受信信号の重みが０．８である。そして、深くなるにつれて、低周波数ｆ２の受信信号の重みを増加させ、深さｒmaxにおいて、低周波数ｆ２の受信信号の重みを０．８として高周波数ｆ１の受信信号の重みを０．２とする。これにより、比較的浅い領域において高周波数ｆ１の受信信号による高い分解能を優先させ、比較的深い領域において低周波数ｆ２の受信信号による高い感度を優先することができる。
【００４８】
このように、図１に示す本実施形態の超音波診断装置では、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成しているため、フレームを構成する領域Ａと領域Ｂにおいて送信周波数を交代させずに固定した場合に比べて、送信周波数の相違に伴う分解能の差や感度差などの画像内における偏りが緩和されて超音波画像の画質を均一化することができる。ちなみに、本実施形態における２つのフレーム間の受信信号の重み付け加算は、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数コンパウンドに相当するため、超音波画像のスペックルの低減などにも寄与する。
【００４９】
なお、図１に示す本実施形態の超音波診断装置において、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、各振動素子１０に対して重み付けを行うようにしてもよい。つまり、受信側において、各振動素子１０から得られる受波信号に対して重み付けを施して整相加算処理を行うようにしてもよい。また、送信側において、複数の送信信号１２から出力される送信信号に対して、ビーム方向に応じた遅延処理に加えて重み付けを施して送信ビームを形成するようにしてもよい。受信側と送信側のいずれか一方のみで重み付けを行ってもよいし、受信側と送信側の両方で重み付けを行ってもよい。
【００５０】
図６は、各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の受信重み関数を示す図である。図６の（Ａ１）と（Ａ２）は、ａ方向の送信ビーム（図２の符号６０ａ）に対応した受信重み関数を示している。（Ａ１）と（Ａ２）の各々の横軸は受信開口であり、図２の電子走査方向に沿った振動素子１０の位置に対応している。また、（Ａ１）と（Ａ２）の各々の縦軸は各振動素子１０に対応した重みである。
【００５１】
ａ方向の送信ビームは、図２において左側の領域Ａを担当領域としていることから、図６の（Ａ１）と（Ａ２）の各々に示す重み関数は、全体的に左側の振動素子１０の重みを重視するように、左右非対称な形状となっている。また、（Ａ１）に示す関数形状を近距離用として（Ａ２）に示す関数形状を遠距離用とすることにより、超音波ビーム方向の深さに応じて関数形状を変化させている。
【００５２】
図６の（Ｂ１）と（Ｂ２）は、ｂ方向の送信ビーム（図２の符号６０ｂ）に対応した受信重み関数を示している。ｂ方向の送信ビームは、図２において右側の領域Ｂを担当領域としていることから、図６の（Ａ１）と（Ａ２）の各々に示す重み関数は、全体的に右側の振動素子１０の重みを重視するように、左右非対称な形状となっている。また、（Ｂ１）に示す関数形状を近距離用として（Ｂ２）に示す関数形状を遠距離用とすることにより、超音波ビーム方向の深さに応じて関数形状を変化させている。
【００５３】
図１および図２などを利用して説明した実施形態では、二次元領域内において電子走査を行っているが、その二次元領域内における電子走査に機械的な走査を加えて、三次元領域内を立体的に走査するようにしてよい。
【００５４】
図７は、三次元領域内における２方向の走査を説明するための図である。図７の縦軸に示す電子走査方向は、二次元領域内における電子走査の方向であり、例えば、図２に示す電子走査方向に対応している。図７の横軸に示す機械走査方向は、電子走査方向に沿って配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を機械的に移動させる方向である。
【００５５】
まず、図７に示すフレームＦ１の期間において、図２などを利用して説明したように、領域Ａ内で送信周波数ｆ１の送信ビームが走査され、領域Ｂ内で送信周波数ｆ２の送信ビームが走査される。図７においては、領域Ａと領域Ｂの各送信ビームが図の下側から上側に向かって走査されている。また、図７においては、アレイ振動子が機械的走査により機械走査方向に移動するため、フレームＦ１の期間において、領域Ａと領域Ｂが機械走査方向に斜めに傾くように三次元空間内に形成される。
【００５６】
次に、図７に示すフレームＦ２の期間において、図２などを利用して説明したように、送信周波数を交代させて、領域Ａ内で送信周波数ｆ２の送信ビームが走査され、領域Ｂ内で送信周波数ｆ１の送信ビームが走査される。図７に示すフレームＦ２の期間においても領域Ａと領域Ｂが機械走査方向に斜めに傾くように三次元空間内に形成される。さらに、フレームＦ３，フレームＦ４，・・・とフレームごとに送信周波数を交代させつつ例えばフレームＦ７０まで電子走査と機械走査を行う。こうして、フレームＦ１からフレームＦ７０までの複数フレームに亘って、二次元的に超音波ビームが走査される。
【００５７】
図７に示す走査態様では、互いに隣り合う２フレーム間において、同一の送信周波数に対応した電子的な走査領域が三次元空間内において幾何学的に連続している。例えば、フレームＦ１において送信周波数ｆ２によって形成される領域Ｂと、フレームＦ２において送信周波数ｆ２によって形成される領域Ａが、同一平面を形成するように接続される。そこで、例えば、フレームＦ１の領域ＢとフレームＦ２の領域Ａとを接続して１枚の合成フレームを形成してもよい。もちろん、図４を利用して説明したように、互いに異なる周波数に対応した領域同士を合成して１枚の合成フレームを形成してもよい。
【００５８】
なお、図７に示す走査態様では、横軸方向において機械走査を行っているが、複数の振動素子を図７の縦軸方向と横軸方向に二次元的に配列させ、横軸方向にも電子的走査を適用し、電子的走査のみによる三次元空間内の走査を実現してもよい。
【００５９】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、一度に形成される２方向の送信ビームの各々に対応して４本の受信ビームを形成して２方向同時送信による８方向同時受信を実現してもよいし、一度に形成される送信ビームの本数を３本以上にしてもよい。また、本発明に係る多方向同時送信による多方向同時受信をハーモニックイメージングやカラードプライメージングに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】超音波の送受信処理を説明するための図である。
【図３】ＢＰＦの周波数特性の一例を示す図である。
【図４】超音波画像の形成処理を説明するための図である。
【図５】深さに応じた重みを説明するための図である。
【図６】各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の受信重み関数を示す図である。
【図７】三次元領域内における２方向の走査を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 振動素子、１２ 送信回路、１４ 受信回路、２１ 送信信号ｆ１出力部、２２ 送信信号ｆ２出力部、３０ 受信ビームフォーマ、４０ 画像形成部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する複数の振動素子を備えたアレイ振動子と、
複数の振動素子を制御することにより互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを一度に形成する送信処理部と、
複数の振動素子から得られる信号を処理することにより複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームを形成して受信信号を得る受信処理部と、
受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、
を有し、
前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームを各送信ビームの担当領域内で走査し、当該複数の送信ビームを並行して走査することにより複数の担当領域からなる１つのフレームを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記送信処理部は、各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数をフレーム単位で交代させる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記画像形成部は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記画像形成部は、前記重み付け加算において超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記受信処理部は、複数の振動素子から得られる信号に基づいて複数の受信ビームを形成し、互いに異なる送信周波数の各々に対応したバンドパスフィルタを用いて、各受信ビームからその受信ビームに対応した送信ビームの送信周波数に対応した受信信号を抽出する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記受信処理部は、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、複数の振動素子から得られる信号に重み付けを施して当該送信ビームに対応した受信ビームを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項１】
超音波を送受波する複数の振動素子を備えたアレイ振動子と、
複数の振動素子を制御することにより互いに異なる送信周波数に対応した複数の送信ビームを一度に形成する送信処理部と、
複数の振動素子から得られる信号を処理することにより複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームを形成して受信信号を得る受信処理部と、
受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、
を有し、
前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数を複数回のうちに周期的に交代させる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信処理部は、複数回のビーム形成タイミングに亘って各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームを各送信ビームの担当領域内で走査し、当該複数の送信ビームを並行して走査することにより複数の担当領域からなる１つのフレームを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記送信処理部は、各回ごとに一度に形成される複数の送信ビームに対応付ける送信周波数をフレーム単位で交代させる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記画像形成部は、１つのフレームに対応した受信信号と当該フレームから送信周波数を交代させたフレームに対応した受信信号とを重み付け加算して画像データを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記画像形成部は、前記重み付け加算において超音波ビーム方向の深さに応じた重みを用いる、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記受信処理部は、複数の振動素子から得られる信号に基づいて複数の受信ビームを形成し、互いに異なる送信周波数の各々に対応したバンドパスフィルタを用いて、各受信ビームからその受信ビームに対応した送信ビームの送信周波数に対応した受信信号を抽出する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記受信処理部は、フレーム内における各送信ビームの担当領域の位置に応じた形状の重み関数を用いて、複数の振動素子から得られる信号に重み付けを施して当該送信ビームに対応した受信ビームを形成する、
ことを特徴とする多方向同時送信方式の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２２６５４（Ｐ２０１０−２２６５４Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８８３２（Ｐ２００８−１８８８３２）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「インテリジェント手術機器研究開発プロジェクト」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５０２１９６０５０）国立成育医療センター総長 (8)
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「インテリジェント手術機器研究開発プロジェクト」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（５０２１９６０５０）国立成育医療センター総長 (8)
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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