JP4316700B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【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、被検体内が不均一媒質であることに起因する探触子受波信号の遅延時間分布の補正に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置は、複数の超音波振動子（素子）を配列した超音波探触子から被検体に超音波を送波し、その反射波を受波し受波信号として遅延時間分布を与え、所定方向に指向性を持つ超音波ビームを生成することによって、当該被検体の断層像を構成していた。このように、超音波診断装置は他の診断装置のような放射線被曝がなく、また造影剤等を使用することもなく手軽に軟部組織を鮮明に描写できるということから、広範な領域で欠かすことのできない診断装置になっている。しかしながら、超音波診断装置の分解能は、Ｘ線装置等と比較した場合にはまだ低く、更なる分解能の向上が期待されている。超音波診断装置の分解能を向上させる技術としては、たとえば、被検体内の不均一媒質によって生じた位相ズレ量を計測し、この位相ズレ量に基づいて受波信号に与える遅延時間分布を補正した後に、各超音波振動子の対応する受波信号を加算するいう技術がある。
【０００３】
まず、図９に不均一媒質である人体において、高分解能の超音波ビームを形成するための遅延時間分布を説明するための図を示し、不均一媒質におけるパルス波面の補正について説明する。ただし、以下の説明においては、簡単のために受波時の動作についてのみ説明する。
【０００４】
媒質が音速既知で均一の場合には、反射体９０６からの反射パルス波面（受波信号波面）は理想波面９０９として振動子９０１〜９０５に到達する。このとき、反射体９０６と振動子９０１〜９０５の位置関係により振動子９０３には最も早く、振動子９０１，９０５には最も遅く反射パルスが到達する。そのため、全ての反射パルスの到達時間をそろえるために、振動子９０２〜９０４が受信するパルスに適当な遅延を与える。これにより、全反射パルスの到達時間をあわせ、その後加算することにより、目的方向からの受波パルスのみを増幅し、高分解能の断層像を構成していた。ここで、音速既知の均一媒質ならば、以下に示すように、与えるべき遅延は解析的に求めることができた。
【０００５】
振動子９０１〜９０５と反射体９０６との距離をＬｉ（ただし、１≦ｉ≦５）、超音波診断装置の設定音速をｃ、振動子９０１〜９０５の受波信号に与える遅延時間をτｉ（ただし、１≦ｉ≦５）、Ｌｉ（ただし、１≦ｉ≦５）の中で最大のものをＬｍａｘとおくと、τｉは下記の数１で表せる。
【０００６】
【数１】
τｉ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｉ）／ｃ
しかしながら、実際には振動子９０１〜９０５と反射体９０６との間に不均一媒質９０７が存在するために、パルス波面は歪み波面９０８に示すようになる。このため、τｉは各振動子受波信号に与える初期遅延時間としては最適であるが、高分解能の断層像を得るためには、初期遅延時間に対して、さらに歪み波面９０８を考慮した遅延時間の補正量を与える必要があった。
【０００７】
この補正量を計測する技術として、たとえば、「IEEE Transactions on Ultrasonic,Ferroelectrics,and Frequency Control,Vol.39 No.6 pp.700-707(1992)」（以下、「文献１」と記す）、あるいは「IEEE 1991 Ultrasonics Symposium Proceeding pp.1189-1193(1991)」（以下、「文献２」と記す）に記載の遅延時間の補正技術があった。これらの文献に記載の技術は、超音波を送受波する振動子と該超音波を反射する反射体との間に音速が異なる物体すなわち不均一媒質が存在する場合における、不均一媒質のパルス波面に及ぼす影響を補正する技術に関するものである。この補正技術によれば、まず、全隣接振動子間の相関演算によって、不均一媒質による超音波の伝搬速度のズレに伴う反射パルスの位相ズレ量を計算する。次に、該計算結果に基づいて、遅延手段の遅延時間を補正することによって、不均一媒質を超音波が伝搬することによるパルス波面の歪みを補正し、超音波画像の分解能を向上するというものであった。
【０００８】
位相ズレ量は、たとえば、振動子の受波信号に遅延を与える遅延手段の出力の内で、隣接する出力をそれぞれ相関器で検出していた。この相関器を用いた位相ズレ量の計測法として、たとえば、特開平１−１３５３３３号公報（以下、「文献３」と記す）に記載の計測技術があった。この文献３に記載の技術では、まず、遅延時間分布を与える遅延手段の初期値として、生体を音速既知の均一媒質とみなした遅延時間（初期遅延時間）を設定し、受波信号の遅延処理すなわち受波整相を行う。次に、遅延処理後の受波信号の内で隣接する信号間すなわち遅延手段の出力信号の間の位相ズレ量を相関器を用いて演算し、その演算出力に基づいて初期遅延時間に対する位相ズレ量を補正することによって、生体内の不均一媒質によって生じる位相ズレを補正し、超音波画像の分解能を向上させていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の超音波診断装置では、前述するように、遅延手段の全隣接出力間の相関を演算を行うために遅延手段の出力数すなわち超音波振動子数から１を引いた数の相関器が必要となり、信号処理に要する回路規模が大きくなってしなうという問題があった。
【００１０】
この問題を解決する技術として、たとえば、同一出願人による特開平９−１０３４２９号公報（以下、「文献４」と記す）に記載の超音波診断装置があった。この文献４に記載の超音波診断装置では、各超音波振動子から出力される受波信号にそれぞれ異なる遅延時間分布を与える遅延手段と、該遅延手段から出力される受波信号すなわち受波整相後の受波信号を束ねて信号数を減少させる第１の加算手段と、該第１の加算手段から出力される受波信号を束ねて１本の超音波ビームを生成する第２の加算手段と、第１の加算手段から出力される受波信号から隣接出力信号（隣接受波信号）に対する相関演算を行い、隣接出力信号間の位相ズレ量を計測する相関手段とから構成されていた。この超音波診断装置では、たとえば、遅延手段はＮａ個の超音波振動子に対応するためにＮａ個の遅延手段が設けられており、第１の加算手段はＮａ個の入力を隣接する２以上ずつを束ねることによって、出力数Ｎｂを減少させる構成であった。したがって、文献４に記載の超音波診断装置では、第１の加算手段に対応するＮｂ−１個の相関器で相関手段を構成することを可能とし、小さい回路規模での初期遅延時間の補正量すなわち位相ズレ量の計測を可能としていた。
【００１１】
この文献４に記載の超音波診断装置では、各相関器で演算された位相ズレ量と遅延手段との数が一致していないので、相関手段で検出された位相ズレ量から各遅延手段に与える補正量を設定するための手段が必要となる。しかしながら、文献４には各遅延手段に与える補正量の演算方法については何等の記載もされておらず、当然ながらそれを解決するための構成も記載されていなかったので、各相関器で検出された位相ズレ量を各遅延手段に反映させることができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、小さい回路規模で精度よく生体内不均一に伴う受波信号の歪みを小さくすることが可能な技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、超音波像の解像度を向上することが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明のその他の目的は、検者の診断効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１７】
（１）被検体内に超音波パルスを送受信する配列素子からなる探触子と、該探触子の各素子からの受波信号に遅延を与える遅延手段と、該遅延手段の出力に直列に複数個接続され、前段の出力信号を加算し超音波ビームを形成する加算手段とを有する超音波診断装置において、出力信号数が２以上である何れかの前記加算手段の出力信号の相関演算を行う相関手段と、該相関手段から出力された隣接信号間の時間差から前記遅延手段への入力信号数と同数の遅延補正量を推定し、受波信号に与える遅延時間を補正する遅延補正手段とを具備する。
【００１８】
（２）前述した（１）に記載の超音波診断装置において、前記遅延補正手段は、線形演算手段からなる。
【００１９】
（３）前述した（１）もしくは（２）に記載の超音波診断装置において、前記遅延手段の入力信号数が前記相関手段の入力信号の２のベキ乗倍である。
【００２０】
（４）前述した（１）乃至（３）の内の何れか１項に記載の超音波診断装置において、前記遅延補正手段は、最も外側に配列される素子の内の何れか一方の側の素子に対する遅延時間を基準として他の素子の遅延補正量を推定する。
【００２１】
前述した（１）〜（４）の手段によれば、相関手段が２以上の出力信号数である加算手段の出力信号の相関演算により隣接信号間の時間差を演算し、遅延補正手段がこの時間差に基づいて遅延手段への入力信号数と同数の遅延補正量を推定し、遅延手段が遅延補正量に基づいて受波信号に与える遅延時間を補正することによって、相関手段が演算する時間差数すなわち相関手段に入力される隣接信号数を減少させることができるので、相関手段の回路規模を小さくすることができる。このとき、遅延補正手段が加算後の隣接信号間時間差から各超音波振動子毎の遅延補正量を推定することによって、加算に伴い失われた各超音波振動子毎の音速情報を復元させることができるので、小さい回路規模で精度よく生体内不均一に起因する受波信号の歪みすなわち受波信号の位相ズレを除去することができる。したがって、加算手段から出力される超音波ビームの歪みを小さくすることができ、超音波像の解像度を向上することができる。この結果、超音波像のＳ／Ｎを向上することができる。よって、検者の診断効率を向上させることができる。
【００２２】
このとき、遅延補正手段を線形演算で構成することによって回路構成を簡単化させることができるので、高速演算が可能となる。また、遅延補正手段の回路規模も小さくすることができるので、超音波診断装置を小型化するができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するためのブロック図であり、１０１は探触子、１０２は遅延部、１０３は第１の加算部、１０４は第２の加算部、１０５は相関部、１０６は拡張部を示す。なお、図１に示す本実施の形態の超音波診断装置においては、その説明を簡単にするために要部の構成のみを図示し、他の周知の構成要素である増幅部、検波部および表示部等を省略するものとする。また、送波時の動作は従来の超音波診断装置と同様となるので、以下の説明においては受波時についてのみ説明する。さらには、本実施の形態１では、第１の加算部１０３と第２の加算部１０４と加算手段を構成する。
【００２６】
図１において、探触子１０１はＮａ個の超音波振動子（配列素子）を有する周知の探触子であり、各超音波振動子は遅延部１０２に接続される。なお、超音波振動子数Ｎａとしては、たとえば、６４あるいは１２８が一般的ではあるが、これ以外の振動子数であっても本願発明を適用可能なことはいうまでもない。
【００２７】
遅延部１０２は、探触子１０１の各超音波振動子から入力されたアナログ信号である受波信号をデジタル信号（受波デジタル信号）に変換した後に、初期遅延時間あるいは拡張部１０６から出力される補正された遅延時間（以下、「補正遅延時間」と記す）での遅延処理を行う手段であり、遅延処理後の受波デジタル信号を第１の加算部１０３に出力する。
【００２８】
第１の加算部１０３は遅延部１０２から入力された遅延処理後の受波デジタル信号を順次加算する周知の加算手段であり、本実施の形態においては、たとえば、遅延部１０２のＮａ本の出力の内で隣接する奇数番目と偶数番目との２つ受波デジタル信号を加算しＮｂ＝Ｎａ／２個の加算器でこうせいされる。したがって、第１の加算部１０３の入力数はＮａ本分であり、出力数はＮｂ＝Ｎａ／２本分となる。なお、第１の加算部１０３の詳細については後述する。
【００２９】
第２の加算部１０４は第１の加算部１０３から入力された第１の加算後の受波デジタル信号を１本に加算し超音波ビームを形成するための周知の加算手段である。
【００３０】
相関部１０５は第１の加算部１０３から出力されたＮｂ本の受波デジタル信号の内、隣接する受波デジタル信号間の相関演算によって信号間の位相ズレ量の演算を行う周知の相関手段であり、隣接する受波デジタル信号間の位相ズレ量の演算を行うＮｂ−１個の相関器からなり、その演算結果は拡張部１０６に出力する。ただし、相関部１０５の入力端子数はＮｂ本であり、出力端子数はＮｂ−１本である。なお、相関器による位相ズレ量の演算法の詳細は、たとえば、文献３の特開平１−１３５３３３号公報に開示されているので、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
拡張部１０６は相関部１０５によって演算されたＮｂ−１個の位相ズレ量に基づいて、Ｎａ個の各超音波振動子に対応する遅延時間を演算し該遅延時間を遅延部１０２に設定する手段であり、たとえば、周知の情報処理装置上で動作する内挿演算手段と外挿演算手段とによって構成可能である。なお、詳細については後述する。
【００３２】
図２は本実施の形態１の遅延部の概略構成を説明するためのブロック図であり、２０１はＡＤＣ、２０２は遅延手段を示す。
【００３３】
図２に示すように、本実施の形態の遅延部は、Ｎａ個の各超音波振動子に１対１で対応するＡＤＣ２０１と遅延手段２０２とからなる。
【００３４】
ＡＤＣ２０１は、探触子１０１を構成する各超音波振動子が受波した反射波に対応するアナログ電気信号である受波信号をデジタル信号である受波デジタル信号に変換する周知のＡ／Ｄ変換器である。
【００３５】
遅延手段２０２は、たとえば、ＳＲＡＭ等からなる周知のデジタル遅延手段であり、ＳＲＡＭに格納した受波デジタル信号の読み出しアドレスを遅延制御手段２０３が制御することによって、所定時間の遅延を行う。
【００３６】
遅延制御手段２０３は、たとえば、超音波計測開始直後の遅延処理に対しては図示しない磁気ディスク装置等の格納手段に格納された初期遅延時間に基づいて各遅延手段における受波デジタル信号の読み出しアドレスを設定する手段である。また、以降の遅延処理に対しては、たとえば、初期遅延時間に拡張部１０６から入力された補正量を加算して得られた時間を遅延時間とし、該遅延時間に基づいて各遅延手段における受波デジタル信号の読み出しアドレスを設定する手段である。ただし、本実施の形態における初期遅延時間は、生体を音速既知の均一媒質とみなした遅延時間である。
【００３７】
次に、図１および図２に基づいて、本実施の形態の超音波診断装置の受波時の動作を説明する。なお、本動作説明においては、まず、計測開始直後の受波動作について説明した後に、それ以降の受波動作について説明する。
【００３８】
探触子１０１で受波された反射波は、各超音波振動子で受波信号に変換され遅延部１０２に入力され、それぞれの超音波振動子に対応する各ＡＤＣ２０１が受波信号を受波デジタル信号に変換した後に、各ＡＤＣ２０１に接続される遅延手段２０２に出力し、各遅延手段２０２に受波デジタル信号を順番に書き込む。
【００３９】
各遅延手段２０２のＳＲＡＭに書き込まれた受波デジタル信号は、予め設定された所定の時間経過後に、遅延制御手段２０３の読み出し指示に基づいて、全ての遅延手段２０２からの読み出しが開始され、第１の加算部１０３に出力される。ただし、このときの読み出し開始アドレスは、図示しない格納手段から読み出された初期遅延時間に基づいて、遅延制御手段２０３が決定したアドレス値となる。また、このときの読み出しアドレスは、本実施の形態においては、たとえば、送波の中心に一番近い超音波振動子を基準とする。
【００４０】
各遅延手段２０２から読み出された受波デジタル信号は、第１の加算部１０３により遅延部１０２のＮａ本の出力の内で奇数番目と偶数番目との２つの出力が順次加算されＮｂ本の受波デジタル信号に束ねられた後に、第２の加算部１０４で一本に束ねられ超音波ビームが形成される。このとき、相関部１０５は第１の加算部１０３が出力したＮｂ本の受波デジタル信号の内、隣接する受波データ信号間の位相ズレ量を演算する。
【００４１】
拡張部１０６は次の受波信号に対する遅延時間として、この位相ズレ量に基づいて各超音波振動子に対応するＮａ本分の補正量を演算し遅延部１０２に出力し、遅延部１０２がこの補正量に基づいて次の受波デジタル信号の読み出しアドレスを補正し読み出す。
【００４２】
このように、本実施の形態の超音波診断装置では、第１の加算部１０３の出力から演算された隣接受波デジタル信号間の位相ズレ量に基づいて、拡張部１０６が各超音波振動子毎の補正量を計算し、遅延制御手段２０３が順次この補正量に基づいて遅延手段から受波デジタル信号を読み出すときのアドレスを順次変更していくので、相関器数を低減させることが可能となり回路規模を低減させることができる。また、本願発明では、束ねた後の受波デジタル信号に対して、相関部１０５が位相ズレ量を演算する構成となっているので、信号線の断線等に伴う特定振動子からの応答すなわち信号入力が失われた場合であっても、演算精度を低下させることなく位相ズレ量を求めることができる。したがって、拡張部１０６による補正精度の低下を防止でき、超音波像の画質が低下してしまうことを防止できる。
【００４３】
《拡張動作》
図３に本実施の形態の第１の加算部の概略構成を説明するためのブロック図を、図４に本実施の形態１の拡張部の概略構成を説明するための図を示し、以下、図３および図４に基づいて本実施の形態の拡張部の補正動作を説明する。なお、以下の説明では、探触子１０１の超音波振動子数が４の場合についてのみ説明するが、これに限定されるものではない。
【００４４】
図３および図４において、Ｓａは第１番目の超音波振動子からの遅延処理後の受波デジタル信号、Ｓｂは第２番目の超音波振動子からの遅延処理後の受波デジタル信号、Ｓｃは第３番目の超音波振動子からの遅延処理後の受波デジタル信号、Ｓｄは第４番目の超音波振動子からの遅延処理後の受波デジタル信号、Ｓａｂは第１番目の受波デジタル信号Ｓａと第２番目の受波デジタル信号Ｓｂとを加算して得られた第１の加算信号、Ｓｃｄは第３番目の受波デジタル信号Ｓｃと第４番目の受波デジタル信号Ｓｄとを加算して得られた第２の加算信号、Ｄａは第１番目の超音波振動子に対応する補正量、Ｄｂは第２番目の超音波振動子に対応する補正量、Ｄｃは第３番目の超音波振動子に対応する補正量、Ｄｄは第４番目の超音波振動子に対応する補正量、４０１は補正量演算手段、４０２は分配手段を示す。
【００４５】
まず、本実施の形態の拡張部による拡張動作説明の前に、遅延部１０２の出力に基づいて、隣接信号間の位相ズレ量を演算し該演算結果に基づいて遅延時間を補正する場合について説明する。
【００４６】
第１の加算部１０３による束ねがない場合、すなわち、遅延部１０２の出力に基づいて相関部１０５に位相ズレ量を検出させる場合では、相関部１０５は図３における第１番目の受波デジタル信号Ｓａと第２番目の受波デジタル信号Ｓｂとの隣接相関演算、第２番目の受波デジタル信号Ｓｂと第３番目の受波デジタル信号Ｓｃとの隣接相関演算、および、第３番目の受波デジタル信号Ｓｃと第４番目の受波デジタル信号Ｓｄとの隣接相関演算を実行する。これにより第１番目の受波デジタル信号Ｓａと第２番目の受波デジタルＳｂとの時間差（位相ズレ量）Ｔａｂ、第２番目の受波デジタル信号Ｓｂと第３番目の受波デジタル信号Ｓｃとの時間差Ｔｂｃ、および、第３番目の受波デジタル信号Ｓｃと第４番目の受波デジタル信号Ｓｄの時間差Ｔｃｄが求められる。ここで、各時間差Ｔａｂ，Ｔｂｃ，Ｔｃｄは隣接信号間の時間差であるから、遅延の補正量として用いるときには特定の信号を基準とした時間差に換算する必要がある。よって、従来では第１番目の受波デジタル信号Ｓａを基準とし、第１番目の受波デジタル信号Ｓａの補正量として０（ゼロ）、第２番目の受波デジタル信号Ｓｂの補正量としてＴａｂ、第３番目の受波デジタル信号Ｓｃの補正量としてＴａｂ＋Ｔｂｃ、第４番目の受波デジタル信号Ｓｄの補正量としてＴａｂ＋Ｔｂｃ＋Ｔｃｄが求められる。このとき、第１〜４番目の各受波デジタル信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、遅延部１０２の入力信号に１対１で対応していたので、遅延部１０２の４つの入力信号全てが独立に補正できていた。
【００４７】
本実施の形態１の超音波診断装置すなわち加算部１０３により束ねを行う場合では、相関部１０５は第１の加算部３０１から出力される第１の加算信号Ｓａｂと第２の加算信号Ｓｃｄとの隣接相関演算を実行する。このときに得られる位相ズレ量すなわち時間差をＴｓｕｍとすると、この時間差Ｔｓｕｍは隣接信号間の時間差であるから、遅延の補正量として用いるときには特定の信号を基準とした時間差に換算する必要がある。よって、本実施の形態では、補正量演算手段４０１が第１の加算信号Ｓａｂを基準とし、第１の加算信号Ｓａｂの補正量を０（ゼロ）に、第２の加算信号Ｓｃｄの補正量をＴｓｕｍにそれぞれ設定する。しかしながら、第１および第２の加算信号Ｓａｂ，Ｓｃｄは遅延部１０２の入力信号に１対１で対応しないので、相関演算から求めた遅延補正量０，Ｔｓｕｍを第１〜４の受波デジタル信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの補正量に拡張（変換）する必要が生じる。
【００４８】
次に、図４に基づいて、本実施の形態の超音波診断装置における補正量の拡張について説明する。
【００４９】
図４において、分配手段４０２は、たとえば入力された受波デジタル信号Ｓａｂを同値の２つに分配し出力する周知の分配器からなる手段である。
【００５０】
したがって、本実施の形態の超音波診断装置では、分配手段４０２が第１の加算信号Ｓａｂの補正量である０を第１および第２番目の超音波振動子に対応する補正量Ｄａ，Ｄｂとし、第２の加算信号Ｓｃｄの補正量であるＴｓｕｍを第３および第４番目の超音波振動子に対応する補正量Ｄｃ，Ｄｄとし、遅延部１０２の遅延制御手段２０３に出力する。すなわち、本実施の形態の拡張部１０６では、まず、補正量演算手段４０１が第１の加算信号Ｓａｂを基準として、第１の加算信号Ｓａｂの補正量（第１の補正量）として０（ゼロ）、第２の加算信号Ｓｃｄの補正量（第２の補正量）としてＴｓｕｍを求める。次に、分配手段４０２が補正量０（ゼロ）を第１の加算信号Ｓａｂに係わる第１および第２の超音波振動子に対応する補正量とし、補正量Ｔｓｕｍを第２の加算信号Ｓｃｄに係わる第３および第４の超音波振動子に対応する補正量とすることにより、各超音波振動子に次の受波信号に対する遅延時間を設定する。
【００５１】
この補正後の遅延時間と遅延部の入力端子との関係では、隣接する超音波振動子に２つずつ同じ補正量を与えた場合であっても、初期遅延時間が異なる場合には補正後の遅延時間も異なる値となるので、第２の加算部１０４から出力される超音波ビームの精度を向上することができる。したがって、超音波像の画像歪みを高精度に補正することができ、解像度を向上させることができる。このとき、画像歪みの改善に伴い、超音波像のＳ／Ｎも向上できる。
【００５２】
以上の説明では束ね後の信号数を２としたため、隣接信号間の時間差Ｔｓｕｍがそのまま拡張演算の対象となった。しかしながら、拡張演算の対象は相関演算で求められる隣接信号間の時間差ではなく、あくまでも特定の信号を基準とした時間差である。よって、例えば束ね後の信号数を４とし、束ね後信号に対する相関演算でＴ１，Ｔ２，Ｔ３の３つの時間差が検知された場合、拡張演算の対象は（０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）ではなく、特定の信号を基準とした時間差である（０，Ｔ１，Ｔ１＋Ｔ２，Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）である。これは、以下に説明する実施の形態２および３においても同様である。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態１の超音波診断装置では、相関部１０５がＮｂ本の出力数となる第１の加算部１０３の出力信号の相関演算により隣接する加算信号間の時間差を演算し、拡張部１０６の補正量演算手段４０１がこの時間差に基づいて、まず、隣接する加算信号間の補正量を演算する。次に、拡張部１０６の分配手段４０２が加算信号間の補正量を各超音波振動子毎の補正量に分配し、遅延手段１０２の遅延制御手段２０３がこの補正量に従い次に受波する受波信号に与える遅延時間を設定することによって、相関手段１０５から出力される信号数すなわち相関器数をＮｂ−１個に減少させることができるので、相関手段１０５の回路規模を小さくすることができる。このとき、拡張部１０６が加算後の加算信号間時間差から各超音波振動子毎の補正量を推定することによって、受波信号の加算に伴い失われた各超音波振動子毎の音速情報を復元させることができるので、小さい回路規模で精度よく生体内不均一に起因する受波信号の歪み、すなわち受波信号の位相ズレを除去することができる。したがって、第２の加算部１０４から出力される超音波ビームの歪みを小さくすることができ、超音波像の解像度を向上することができる。この結果、超音波像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００５４】
このとき、本実施の形態１では、加算信号から得た補正量を各加算信号の対応する超音波振動子に分配するのみの構成となるので、拡張部１０６の構成を簡単化させることができるので、高速演算が可能となる。また、拡張部１０６の回路規模も小さくすることができるので、超音波診断装置を小型化することができる。
【００５５】
ただし、本願発明は、ハードウェアの構成上Ｎａ／Ｎｂは２のベキ乗数になることが望ましい。これは、図１に示す超音波診断装置をデジタル信号処理で実現する場合、入出力信号数を２のベキ乗数でそろえることによって、回路設計が容易になるからである。さらには、補正精度および回路規模を総合的に考えると、Ｎａ／Ｎｂは２が最適である。なお、第１の加算部１０３を複数個の直列接続された加算部で構成してもよいことは言うまでもない。また、第２の加算部１０４が複数個の直列接続された加算部で構成してもよいことは言うまでもない。
【００５６】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図であり、５０１は補間演算手段を示す。ただし、本実施の形態の超音波診断装置は、拡張部１０６の構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態１の超音波診断装置と同様となるので、本実施の形態においては、構成が異なる拡張部１０６についてのみ詳細に説明する。なお、以下の説明では、探触子１０１の超音波振動子数が４の場合についてするが、４以上の場合にも適用可能なことはいうまでもない。
【００５７】
図５において、補間手段５０１は、たとえば、周知の線形補間手段であり、補正量演算手段４０１から入力された第１の位相ズレ量に対応する第１の補正量と、第２の位相ズレ量に対応する第２の補正量とから線形補間によって第１〜４の超音波振動子に対応する各補正量Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄを計算する。
【００５８】
たとえば、前述の実施の形態１と同様に、相関部１０５が第１の受波デジタル信号Ｓａｂと第２の受波デジタル信号Ｓｃｄとの隣接相関演算を実行し、第１の受波デジタル信号Ｓａｂと第２の受波デジタル信号Ｓｃｄとの時間差Ｔｓｕｍが求められた場合について説明する。
【００５９】
この場合には、前述の実施の形態１と同様に、この時間差Ｔｓｕｍは隣接信号間の時間差であるから、遅延の補正量として用いるときには特定の信号を基準とした時間差に換算する必要がある。よって、本実施の形態では補正量演算手段４０１が第１の受波デジタル信号Ｓａｂを基準とし、第１の受波デジタル信号Ｓａｂの補正量として０（ゼロ）を、第２の受波デジタル信号Ｓｃｄの補正量としてＴｓｕｍをそれぞれ設定する。
【００６０】
次に、本実施の形態２の補間演算手段５０１は、第１の受波デジタル信号Ｓａｂの補正量である０（ゼロ）を第１の超音波振動子に対応する補正量Ｄａとし、第２の受波デジタル信号Ｓｃｄの補正量であるＴｓｕｍを第３の超音波振動子に対応する補正量Ｄｃとし、この補正量に基づいて線形補間演算によって、第２および第４の超音波振動子に対応する補正量Ｄｂ，Ｄｄを計算する。この場合には、補正量Ｄｂに対応する値としてＴｓｕｍ／２が、補正量Ｄｄに対応する値として３Ｔｓｕｍ／２がそれぞれ計算され、補間演算手段５０１は第１〜４の超音波振動子に対応する第１〜第４の補正量Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄとして０（ゼロ），Ｔｓｕｍ／２，Ｔｓｕｍ，３Ｔｓｕｍ／２を出力する。このとき、本実施の形態の遅延部１０２にはそれぞれ異なる遅延時間が設定されることとなるので、グレーティングローブ強度を小さくすることができる。その結果、前述する実施の形態１の超音波診断装置よりもさらに超音波像の解像度を向上することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態の超音波診断装置では、補間演算手段５０１における補間演算として線形補間演算としたが、これに限定されることはなく、たとえば、放物線補間、スプライン補間、ニュートン補間およびベッセル補間等の他の補間法でも良いことはいうまでもない。
【００６２】
また、図６に示すように、横軸に遅延部１０２の各受波信号を、縦軸に補正後の遅延時間をとり、束ねた信号に同じ補正量を使用した場合には、遅延部１０２が各信号に与える補正後の遅延時間は階段状になり、階段の隔は束ねた信号の超音波振動子幅に等しくなる。ここで超音波の波長をλ、階段の隔をｄ、グレーティングローブが出現するメインビーム方向からの角度をθとおくと、ｓｉｎθ＝λ／ｄが成立する。すなわち、束ねる信号の数が増え階段の隔ｄが大きくなるほど、メインビームのより近傍にグレーティングローブが出現する。よって、拡張を行う際に同じ補正量を並べる方法は、演算速度が高速であるが、グレーティングローブの出現位置、並びにその強度に注意を払う必要がある。
【００６３】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図であり、７０１は内挿演算手段、７０２は外挿手段を示す。ただし、本実施の形態３の超音波診断装置は、拡張部１０６の構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態１の超音波診断装置と同様となるので、本実施の形態においては、構成が異なる拡張部１０６についてのみ詳細に説明する。なお、以下の説明では、探触子１０１の超音波振動子数が４の場合についてするが、これに限定されるものではない。
【００６４】
図７に示すように、本実施の形態３の超音波診断装置の拡張部では、時間差Ｔｓｕｍに基づいて、補正量演算手段４０１が第１の加算信号を基準とした補正量Ｄａを算出する。このときの奇数番目の超音波振動子に対応する補正量すなわち基準となる第１番目の超音波振動子に対応する第１の補正量Ｄａは０であり、第３番目超音波振動子に対応する第３の補正量ＤｃはＴｓｕｍである。
【００６５】
一方、偶数番目である第２番目の超音波振動子に対応する補正量Ｄｂは、周知の内挿演算器からなる内挿演算手段７０１が隣接する第１の補正量Ｄａと第３の補正量Ｄｃとの平均すなわちＴｓｕｍ／２を第２の補正量Ｄｂとする。また、第４番目の超音波振動子に対応する補正量Ｄｄは、周知の外挿演算器からなる外挿演算手段７０２が隣接する第３の補正量Ｄｃと次に近い奇数番目の補正量である第１番目の補正量Ｄａとから３Ｔｓｕｍ／２を第４の補正量Ｄｄとする。
【００６６】
このように、本実施の形態３においても、探触子１０１の各超音波振動子毎に異なる値を設定することができるので、前述する実施の形態２と同様に、グレーティンググローブ強度を小さくできると共に、束ね信号に対する相関演算から求めた位相ズレ量から全受波信号の初期遅延時間補正量を演算することができる。したがって、小さい回路規模で精度よく生体内不均一の影響を除去することができる。また、その結果として超音波像の解像度を向上することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態３では、内挿演算手段７０１は２つの隣接データの平均値をその間の補正量とする構成としたが、これに限定されることはなく、たとえば、周知の加重平均等でも良いことはいうまでもない。
【００６８】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図であり、８０１はＦＦＴ手段、８０２はＩＦＦＴ手段を示す。ただし、本実施の形態の超音波診断装置は、拡張部１０６の構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態１の超音波診断装置と同様となるので、本実施の形態においては、構成が異なる拡張部１０６についてのみ詳細に説明する。なお、以下の説明では、探触子１０１の超音波振動子数が８の場合すなわち第１の加算部１０３の出力が４の場合について説明するが、それ以上の場合にも適用可能なことはいうまでもない。
【００６９】
図８において、ＦＦＴ手段８０１は４入力４出力の周知のＦＦＴ演算器（高速フーリエ変換器）であり、ＩＦＦＴ手段８０２は８入力８出力の周知のＩＦＦＴ演算器（逆高速フーリエ変換器）である。
【００７０】
次に、図８に基づいて、本実施の形態の超音波診断装置における拡張部１０６の動作すなわち相関器１０５からの位相ズレ量がｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４の４データの場合において、これらを８データすなわち８個分の超音波振動子の補正量に拡張するときの動作を説明する。
【００７１】
まず、位相ズレ量ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４に対し、ＦＦＴ手段８０１がＦＦＴ演算を実行する。その結果すなわち演算値をｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４とする。ここでＦＦＴの結果をゼロづめで（ｆ１，ｆ２，０，０，０，０，ｆ３，ｆ４）に拡張する。（ｆ１，ｆ２，０，０，０，０，ｆ３，ｆ４）に対しＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を実行し、演算結果の実部を２倍した値が位相ズレ量ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４を８データに拡張した補正量Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆ，Ｄｇ，Ｄｈとなる。ただし、ＩＦＦＴ後に乗ずる定数は、ＦＦＴの定義より、補正後データ数と補正前データ数の比から決まる。
【００７２】
このように、本実施の形態４の超音波診断装置では、拡張部１０６をＦＦＴ手段８０１とＩＦＦＴ手段８０２とで構成することによって、各超音波振動子毎の補正量を正確に求めることができるので、さらに精度よく生体内不均一に起因する受波信号の歪み、すなわち受波信号の位相ズレを除去することができる。したがって、第２の加算部１０４から出力される超音波ビームの歪みを小さくすることができ、超音波像の解像度をさらに向上することができる。この結果、超音波像のＳ／Ｎをさらに向上することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態１〜４の超音波診断層においては、拡張部１０６において遅延部１０２に設定する遅延時間を計算される構成としたが、これに限定されることはなく、たとえば、拡張部１０６が演算した補正量に基づいて、遅延部１０２に設けた制御手段が初期遅延時間に補正量を加算し、各遅延素子に遅延時間を設定する構成としてもよいことはいうまでもない。
【００７４】
また、本実施の形態１〜４の超音波診断装置においては、拡張部１０６は直前に受波した受波データ信号に基づいて次の受波データ信号に対する補正量を演算する構成としたが、これに限定されることはなく、たとえば、２以上前の受波データ信号あるいはそれらの組み合わせでも良いことはいうまでもない。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００７７】
（１）小さい回路規模で精度よく生体内不均一に伴う受波信号の歪みを小さくすることができる。
【００７８】
（２）超音波像の解像度を向上することができる。
【００７９】
（３）検者の診断効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施の形態１の遅延部の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態１の第１の加算部の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図４】本実施の形態１の拡張部の概略構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図である。
【図６】各受波信号と補正後の遅延時間との関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態４の超音波診断装置における拡張部の概略構成を説明するための図である。
【図９】不均一媒質である人体において、高分解能の超音波ビームを形成するための遅延時間分布を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…探触子、１０２…遅延部、１０３，３０１…第１の加算部、１０４…第２の加算部、１０５…相関部、１０６…拡張部、２０１…ＡＤＣ、２０２…遅延手段、４０１…補正量演算手段、４０２…分配手段、５０１…補間演算手段、６０１…信号の遅延量を表すグラフ、７０１…内挿演算手段、７０２…外挿手段、８０１…ＦＦＴ手段、８０２…ＩＦＦＴ手段、９０１〜９０５…振動子（超音波振動子）、９０６…反射体、９０７…不均一媒質、９０８…歪み波面、９０９…理想波面。

Claims (1)

1. 被検体内に超音波パルスを送受信する複数の配列素子を有する探触子と、
   前記探触子の各素子からの受波信号に対し、初期遅延時間での遅延を与える遅延手段と、
   前記初期遅延時間が与えられた受波信号を順次加算する第１の加算手段と、
   前記第１の加算手段によって加算された受波信号を更に加算し、超音波ビームを形成する第２の加算手段と、
   前記第１の加算手段によって出力された受波信号の内、隣接する受波信号間の相関演算によって信号間の位相ズレ量の演算を行う相関手段と、
   前記相関手段によって演算された位置ズレ量に基づいて、前記探触子の各素子に対応する遅延時間を演算し、前記遅延手段の初期遅延時間を補正する拡張手段とを備えた超音波診断装置であって、前記遅延を与えられた前記受波信号の中で、隣接するそれぞれの受波信号を、受波信号１、受波信号２、受波信号３、受波信号４とし、受波信号１をＳａ，受波信号２をＳｂ，受波信号３をＳｃ，受波信号４をＳｄとした場合に、
   前記相関手段は、ＳａとＳｂの加算信号Ｓａｂと、ＳｃとＳｄの加算信号Ｓｃｄとの位相ズレ量Ｔｓｕｍを算出し、前記ＳａおよびＳｂに対応する第１及び第２の配列素子の補正量をゼロとし、前記ＳｃおよびＳｄに対応する第３および第４の配列素子の補正量をＴｓｕｍとすることを特徴とする超音波診断装置。

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