JP4772338B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、複数方向からの超音波反射波を略同時に受信する機能を有した超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動素子から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記超音波振動素子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像データが容易に得られるため、臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。

被検体の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波診断において不可欠なものとなっている。

今日、最も普及している電子走査方式の超音波診断装置では、一般に複数個の超音波振動素子を一次元に配列し、これらの超音波振動素子の夫々に対する駆動を高速制御することによって２次元画像データのリアルタイム表示を行なっている。

カラードプラ法は、超音波パルスにより生体内の所定断面を走査し、血液（血球）などの移動する反射体に対して超音波が照射された場合に、上記反射体の速度（血流速度）に対応して生ずるドプラ周波数偏移を捉えて画像化を行なうものである。このカラードプラ法は、当初、血流速度の速い心腔内血流情報の画像化に用いられたが、今日では、腹部臓器の組織血流など極めて遅い血流の画像化に対しても適用が可能となってきている。

カラードプラ法における診断能を高めるためには、優れた計測精度（低流速検出能及び高流速検出能）や時間分解能、更には、空間分解能が要求される。移動している反射体に対して超音波パルスを照射し、その反射波のドプラ周波数偏移から反射体の移動速度を計測する場合、従来は、この反射体に対して超音波による送受信を所定の送受信間隔Ｔｒで複数回（Ｌ回）繰り返して行ない、観測時間Ｔobs（Ｔobs＝Ｔｒ・Ｌ）で得られた一連の反射波に基づいてその移動速度を計測してきた。

この場合、低流速の反射体に対する検出能（低流速検出能：測定可能な流速の下限値）Ｖminは、上記Ｌ回の超音波送受信（以下、送受信と呼ぶ。）によって得られる一連の反射波の中からドプラ成分を検出するために用いられるフィルタ（例えば、ＭＴＩフィルタ）の特性、即ち、フィルタのカットオフ周波数と肩特性で決定され、このときのＶminは、送受信繰り返し周波数（レート周波数）をｆｒ（ｆｒ＝１／Ｔｒ）とすれば、次式（１）で示される。

一方、測定可能な流速の上限値（高流速検出能）Ｖmaxは、送受信繰り返し周波数（レート周波数）ｆｒの１／２で定義されるナイキスト周波数によって決定され、次式（２）によって示される。但し、Ｃは被検体内の音速値、ｆ０は受信超音波の中心周波数、ξは超音波送受信方向と血流方向のなす角度である。そして、ドプラ周波数偏移が上記ナイキスト周波数を超えた場合には、ドプラ信号の周波数スペクトラムに折り返り現象が発生するため正確な血流速度の計測が不可能となる。

即ち、カラードプラ法における第１の要求項目である低流速検出能Ｖminを向上させるためにはレート周波数ｆｒを低く設定するか、所定方向に対して繰り返し行なう送受信回数Ｌを増加させる必要があり、高流速検出能Ｖmaxを向上させるためには、レート周波数ｆｒを高く設定しなくてはならない。しかしながら、レート周波数ｆｒを高くした場合には、深部からの反射波が受信されないうちに次の超音波が放射されるため、隣接したレート区間の反射波が混入して受信される、所謂残留エコーの問題が生ずる。

又、第２の要求項目であるリアルタイム性は、単位時間当たりの表示画像枚数（フレーム周波数）Ｆｎによって決定され、このフレーム周波数Ｆｎは次式（３）によって示される。但し、Ｎは、１枚のカラードプラ画像データの生成に必要な走査方向の総数であり、リアルタイム性を向上させるためには、送受信回数Ｌ、あるいは走査方向総数Ｎを小さく設定しなくてはならない。

更に、第３の要求項目である空間分解能を向上させるためには、上記走査方向総数Ｍを増加させる必要がある。即ち、フレーム周波数Ｆｎ、低流速検出能Ｖmin及び高流速検出能Ｖmax、空間分解能は相反する関係にあり、これらを同時に満足させることは困難であった。このため、循環器領域における血流計測の場合にはフレーム周波数Ｆｎと高流速検出能Ｖmaxを、又、腹部や末梢臓器における血流計測の場合にはフレーム周波数と低流速検出能Ｖminが重要視されてきた。

このような問題点を解決するために、被検体の所定方向に対して送信超音波を放射し、この送信超音波による反射波（受信超音波）を前記所定方向に隣接した複数方向から略同時に受信して単位時間当たりのデータ量を増大させる所謂並列同時受信法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

但し、並列同時受信において送信ビームの中心軸と受信ビームの中心軸が異なる場合には送受信感度が劣化し、更に、並列同時受信方向が３方向以上の場合には、方位方向（超音波送受信方向に対して垂直な方向）に対して均一な送受信感度を得ることができなかった。

このような問題点を改善するために、１回の超音波送信に用いる超音波振動子の素子数（開口）を低減する方法や、各振動素子の駆動信号振幅を配列方向に対して重み付けして送信音場のビーム幅を広げる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、異なる複数の方向に対して超音波の送受信を同時に行なう方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、配列された複数の超音波振動素子を所定の遅延時間を有した駆動信号によって駆動することにより所定方向に対して送信超音波を放射する際、複数の送信方向の各々に対応した遅延時間を有する駆動信号を合成して前記超音波振動素子に供給することにより複数方向に対する送信を略同時に行なっている。
河野俊彦他、循環器用超音波診断装置のハイフレームレート化の検討、日本超音波医学会論文集、５５，７２７（１９８９） 特開平３−１５５８４３号公報（第４−６頁、第１−９図） 米国特許第５８５６９５５号明細書

特許文献１の方法によれば、送信音場のビーム幅を広げることによって従来法（即ち、並列同時受信を行なわない場合と同程度の送信音場を用いた場合）より改善されるものの、収束された送信音場を用いているため受信音場に対応させてビーム幅を広げることは困難であり、このため、以下に述べる送受信音場の歪（以下では、ビーム曲がりと呼ぶ。）や送受信感度における不均一の問題が依然として残存する。

図１８は、従来法あるいは上記特許文献１の方法の第１の問題点であるビーム曲がりについて、又、図１９は、上述の方法の第２の問題点である受信感度の不均一について示している。

図１８（ａ）は、凸面上に超音波振動子が配列されたコンベックス走査用超音波プローブを用い、所定方向（送信音場の中心軸方向）に対して超音波送信を行なった場合の送信音場（実線）とこの送信音場と重複して形成される複数の受信音場（破線）による並列同時受信を示している。尚、この図では説明を簡単にするために送信音場Ｂｔの端部に対応した受信音場Ｂｒ−１及びＢｒ−３と送信音場Ｂｔの中央部に位置した受信音場Ｂｒ−２のみを示している。

従来の並列同時受信法における送信超音波は、非並列同時受信の場合と同様にして、被検体の所定位置（深さ）に収束されており、この領域に超音波エネルギーが集中する。一方、受信超音波は、受信タイミングに対応して収束点を順次深部方向に移動させる所謂ダイナミック収束法が適用され、深部方向に連続して収束された受信音場を形成することが可能となる。

ところで、このような場合に超音波受信感度は送信音場と受信音場の積（即ち、送受信音場）によって決定される。そして、図１８（ａ）に示した送信音場Ｂｔと、この送信音場Ｂｔの端部に位置する受信音場（例えば、受信音場Ｂｒ−１）によって形成される送受信音場では、収束領域における送信音場が送受信音場に特に大きな影響を及ぼす。その結果、図１８（ｂ）に示すように送信音場の中心方向にビーム曲りが発生し、このようなビーム曲がりを有した送受信音場Ｂｏ−１あるいは図示しない送受信音場Ｂｏ−３によって生成される超音波画像データにおいて画像歪が生ずる。

次に、図１９（ａ）は、上記並列同時受信の方位方向における送信音場パターン、受信音場パターン及び送受信音場パターンを模式的に示したものであり、送信音場の端部における送信音場の音圧は中央部より小さい。このため、同時受信方向が３方向以上設定された場合には送受信音場パターンの大きさ（即ち、送受信感度）は方位方向で不均一となり、この不均一な送受信音場によって生成される超音波画像データ上では濃淡の縞模様が発生して画質が劣化する。又、送信音場の端部における受信感度の著しい低下は、Ｂモード画像データの画質を劣化させるのみならずカラードプラ画像データの生成における流速値や分散値等の推定を困難にする。

又、上述の感度の不均一の改善を目的として図１９（ｂ）のように送信音場パターンを方位方向に広げた場合には、画像データの生成に関与しない領域に無駄な送信超音波のエネルギーが放射され、受信感度を低下させるのみならず、サイドローブや多重反射による虚像（アーチファクト）の発生頻度が増大する。

即ち、上述のビーム曲がりや受信感度の不均一、更には受信感度の劣化は超音波画像データの画質を劣化させ、その診断能を低下させる。

一方、心臓のように動きの激しい臓器に対して並列同時受信を行なう場合、臓器の動きの影響を低減し空間的な連続性に優れた画像データを得るためには隣接した超音波送受信方向に対して並列同時受信を行なう必要がある。このような並列同時受信に上述の特許文献２の方法を適用した場合送信超音波の干渉（合成）が生ずるため、並列同時受信における複数の受信方向の感度を均一に設定することが困難となる。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、並列同時受信における送受信音場のビーム曲りを排除すると共に、各並列受信方向における送受信感度の低下や不均一を低減させることによって、リアルタイム性と画質に優れた超音波画像データの生成が可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施例に係る超音波診断装置は、配列された複数の振動素
子を備えた超音波プローブと、前記複数の振動素子あるいは前記複数の振動素子の一部か
ら構成された送信用振動素子群に対し、第1の送信音場を形成する遅延時間が与えられた
第1の送信遅延信号と、前記送信音場の収束領域において前記第1の送信音場と端部が重な
る第2の送信音場を形成する遅延時間が与えられた第2の送信遅延信号を生成する素子制御
手段と、前記複数の振動素子の駆動を、前記第1の送信遅延信号に基づく駆動と前記第2の
送信遅延信号に基づく駆動とで順に行い、前記第1及び前記第2の送信音場とが合成され、
前記第1及び第2の送信音場より広い幅を有した合成送信音場を形成する超音波を送信する
送信手段と、所定の受信方向から得られた前記超音波の反射波に基づいて受信信号を生成
する受信手段と、前記受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを
有する。

本発明によれば、並列同時受信における送受信音場のビーム曲りあるいは各並列受信方向における送受信感度の低下と不均一を低減することが可能となる。このため、方位方向の感度が高く画質に優れた超音波画像データの生成が可能となり、診断能が大幅に向上する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の第１の実施例の第１の特徴は、凸面上に超音波振動素子（以下、振動素子と呼ぶ。）が１次元配列されたコンベックス走査用の超音波プローブを用いて並列同時受信を行なう際に、隣接した複数個の振動素子で構成された第１の送信用振動素子群とこの第１の送信用振動素子群に対して所定間隔離れた第２の送信用振動素子群を略同時に駆動し、各々の送信用振動素子群から放射された送信超音波を合成することによって広いビーム幅を有した送信音場を形成することにある。

又、本実施例の第２の特徴は、前記第１の送信用振動素子群及び前記第２の送信用振動素子群における各振動素子を駆動する際に、駆動信号の振幅を振動素子配列方向に対してＳｉｎｃ関数をベースとした重み付けを行なうことにより方位方向に均一な送信音場を得ることにある。

（装置の構成）
以下では、本発明の第１の実施例における超音波診断装置の構成と各ユニットの基本動作につき図１乃至図６を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図６は、この超音波診断装置を構成する送受信部及びデータ生成部を示すブロック図である。

図１に示す超音波診断装置１００は、凸面上に１次元配列された複数個（Ｍ１個）の振動素子を備え被検体に対して超音波の送受信を行なうコンベックス走査用の超音波プローブ３と、Ｍ１個の振動素子の中から選択された隣接するＭ２個の振動素子からなる第１の送信用振動素子群とこの第１の送信用振動素子群に対しＭ０素子シフトして選択された隣接するＭ２個の振動素子からなる第２の送信用振動素子群の各々に対して駆動信号を供給すると共に、前記Ｍ１個の振動素子の中から選択された隣接するＭ４個の振動素子からなる受信用振動素子群から得られた受信信号に対しＭ方向並列同時受信のための整相加算を行なう送受信部２を備えている。

又、超音波診断装置１００は、送受信部２から得られた受信信号を信号処理してＢモードデータ及びカラードプラデータを生成するデータ生成部４と、このデータ生成部４において生成された上記データを保存して２次元あるいは３次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する画像データ生成記憶部５と、得られた画像データを表示する表示部６を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、送受信部２及びデータ生成部４に対して送信超音波の中心周波数と略等しい周波数の連続波あるいは矩形波を供給する基準信号発生部１と、操作者によって被検体情報や装置の初期設定情報、更には各種コマンド信号等が入力される入力部７と、超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部８を備えている。

超音波プローブ３は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行なうものであり、被検体との接触面にはＭ１個の振動素子が凸状に１次元配列されている。この振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気的なパルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。

次に、図２に示した送受信部２は、後述する素子選択部２２により前記Ｍ１個の振動素子の中から選択された隣接するＭ２個の振動素子から構成される第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群に対し駆動信号を供給する送信部２１と、素子選択部２２によって選択された隣接するＭ４個の振動素子から構成される受信用振動素子群から得られた受信信号に対しＭ方向並列同時受信のための整相加算を行なう受信部２３と、第１の送信用振動素子群、第２の送信用振動素子群及び受信用振動素子群を選択して送信部２１及び受信部２３との接続を行なう素子選択部２２と、この素子選択部２２を制御する素子選択制御部２４を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信信号生成回路２１２と、送信振幅制御回路２１３と、送信遅延回路２１４と、送信信号合成回路２１５と、駆動回路２１６を備えている。

レートパルス発生器２１１は、基準信号発生部１から供給される連続波を分周することによって送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成する。又、送信信号生成回路２１２は、レートパルス発生器２１１から供給されるレートパルスのタイミングに同期して第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群におけるＭ２個の振動素子に対応した所定振幅の送信信号Ｐ_１乃至Ｐ_Ｍ２を生成する。尚、送信信号Ｐ_１乃至Ｐ_Ｍ２の振幅ａ_１乃至ａ_Ｍ２は、送信振幅制御回路２１３から供給される振幅分布情報に基づいて設定される。

一方、送信振幅制御回路２１３は、システム制御部８から供給される重み付け関数に基づいて第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群に対する送信信号の振幅分布を算出し、得られた振幅分布情報を送信信号生成回路２１２に供給する。

図３は、送信信号生成回路２１２によって生成される送信信号Ｐ_１乃至Ｐ_Ｍ２の信号振幅ａ_１乃至ａ_Ｍ２を示したものであり、信号振幅ａ_１乃至ａ_Ｍ２は、例えば、送信振幅制御回路２１３から供給されるＳｉｎｃ関数（Ｓｉｎｃ（ｙ）＝ｓｉｎｙ／ｙ）の振幅分布情報に基づいて設定される。

又、送信遅延回路２１４は、第１の送信用振動素子群の振動素子に対する送信信号の送信遅延時間を設定する送信遅延回路２１４ａと、第２の送信用振動素子群の振動素子に対する送信信号の送信遅延時間を設定する送信遅延回路２１４ｂから構成されている。そして、Ｍ２チャンネルから構成された送信遅延回路２１４ａ及び２１４ｂの各々は、送信信号生成回路２１２から供給される送信信号Ｐ_１乃至Ｐ_Ｍ２に対し送信超音波を所定距離に収束させるための遅延時間を与える。

一方、送信信号合成回路２１５は、送信遅延回路２１４ａにて上述の遅延時間が与えられた送信信号Ｐａ_１乃至Ｐａ_Ｍ２と送信遅延回路２１４ｂにて前記遅延時間が与えられた送信信号Ｐｂ_１乃至Ｐｂ_Ｍ２を後述の素子選択制御部２４から供給される素子選択情報に基づいて合成し、Ｍ３チャンネル（Ｍ２＜Ｍ３＜Ｍ１）の送信信号Ｐｃ_１乃至Ｐｃ_Ｍ３を生成する。尚、素子選択情報に基づく送信信号Ｐａ_１乃至Ｐａ_Ｍ２及び送信信号Ｐｂ_１乃至Ｐｂ_Ｍ２の合成の詳細については後述する。

そして、駆動回路２１６は、送信信号合成回路２１５における合成によって生成された送信信号Ｐｃ_１乃至Ｐｃ_Ｍ３を増幅し、素子選択部２２によって選択接続された第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群の振動素子を駆動するための駆動信号を生成する。

次に、受信部２３は、Ｍ４チャンネルから構成されるプリアンプ２３１及びＡ／Ｄ変換器２３２と、チャンネル選択回路２３３と、Ｍチャンネルのビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍを備えている。プリアンプ２３１は、素子選択部２２から供給されるＭ４チャンネルの受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には送信部２１の駆動回路２１６において発生する高電圧の駆動信号から保護するための図示しないリミッタ回路が設けられている。

プリアンプ２３１において所定の大きさに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２３２にてデジタル信号に変換されたＭ４チャンネルの受信信号に対して、チャンネル選択回路２３３は、Ｍ方向の並列同時受信を行うためにＭ４チャンネルの中の隣接するＭ５チャンネル（Ｍ５＜Ｍ４）をＭ箇所で選択し、Ｍ５チャンネルから構成される受信信号群の各々をビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍに供給する。

ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍの各々は、図示しない遅延回路と加算回路を有し、Ａ／Ｄ変換器２３２においてデジタル信号に変換されチャンネル選択回路２３３で選択されたＭ５チャンネルの受信信号群に対して、所定の深さからの超音波反射波を収束するための収束用遅延時間を与えた後加算合成（整相加算）する。この場合、受信タイミングに伴って焦点領域が深部に順次変更される所謂ダイナミックフォーカスを行なうことによって、深さによらずに略均一なビーム幅を有した受信音場が形成される。

次に、上述の素子選択部２２による第１の送信用振動素子群、第２の送信用振動素子群及び受信用振動素子群の選択と、チャンネル選択回路２３３によって生成されるＭ個の受信信号群につき図４を用いて説明する。

図４は、隣接したＭ方向に対して並列同時受信を行なう際の第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群と受信用振動素子群の選択方法を模式的に示したものであり、説明を簡単にするために第１及び第２の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ２を６、第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群のシフト素子数Ｍ０を２、受信用振動素子群における振動素子数Ｍ４を８、整相加算チャンネル数Ｍ５を５、並列同時受信の受信方向数Ｍを４としているが、これらに限定されるものではない。

この場合、第１の送信用振動素子群の中の４個の振動素子は第２の送信用振動素子群の振動素子として共通に使用され、従がって、１回の超音波送信において同時に使用される送信用振動素子群（以下、第３の送信用振動素子群と呼ぶ。）の素子数Ｍ３は８となる。

即ち、図４に示したコンベックス走査用の超音波プローブ３を用いて任意の隣接した４方向に対し並列同時受信を行なう場合、素子選択部２２は、超音波プローブ３において凸面状に配列された振動素子３２−１乃至３２−Ｍ１の中から振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋７）を第３の送信用振動素子群及び受信用振動素子群として選択する。尚、選択されたこれらの振動素子のうち振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋５）は第１の送信用振動素子群として、又、振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋７）は第２の送信用振動素子群として機能するが、その詳細は後述する。

上述の振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋７）から得られた８（Ｍ４＝８）チャンネルの受信信号は、チャンネル選択回路２３３において隣接した振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋４）、振動素子３２−（Ｘ＋１）乃至３２−（Ｘ＋５）、振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋６）、振動素子３２−（Ｘ＋３）乃至３２−（Ｘ＋７）から得られた５チャンネルの受信信号からなる４個（Ｍ＝４）の受信信号群に纏められ、これらの受信信号群の各々はビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍに供給される。

即ち、振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋４）の受信信号はビームフォーマ２３４−１に供給され、振動素子３２−（Ｘ＋１）乃至３２−（Ｘ＋５）、振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋６）、振動素子３２−（Ｘ＋３）乃至３２−（Ｘ＋７）の各受信信号は夫々ビームフォーマ２３４−２乃至ビームフォーマ２３４−４に供給される。そして、ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍの各々は、チャンネル選択回路２３３から供給されるＭ５チャンネルの受信信号に対してダイナミックフォーカスのための整相加算処理を行ない、振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋５）を中心とした４つの受信音場を形成する。

以上述べた送受信方法により、第１及び第２の送信用振動素子群によって形成された均一な合成送信音場の中に振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋５）を中心とした４つの受信音場が形成され、４方向の並列同時受信が行なわれる。この場合の超音波の送信方向及び受信方向は振動素子の配列面に対して垂直な方向に設定されるが、送信遅延回路２１４あるいはビームフォーマ２３４にて偏向用遅延時間を与えることにより送信音場及び受信音場を任意の方向に設定することも可能である。しかしながら、何れの場合においても、本実施例の並列同時受信では第１及び第２の送信用振動素子群による合成送信音場の中に複数個の受信音場が形成される。

次に、送信部２１の送信信号合成回路２１５における送信信号の合成方法につき図５を用いて説明する。尚、この場合も図４と同様にして第１及び第２の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ２を６、第３の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ３を８、第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群のシフト素子数Ｍ０を２としている。

図５（ａ）は、図２に示した送信部２１における送信信号生成回路２１２によって生成される６チャンネルの送信信号Ｐ_１乃至Ｐ_６であり、各々の送信信号の振幅は送信振幅制御回路２１３から供給される振幅分布情報に基づいて設定される。尚、この図では、端部ほど振幅が小さくなる振幅分布の送信信号を示しているが、実際には、図３のＳｉｎｃ関数をベースとした振幅分布が設定される。

又、図５（ｂ）は、送信遅延回路２１４ａあるいは送信遅延回路２１４ｂにおいて収束用遅延時間が与えられた第１の送信信号Ｐａ_１乃至Ｐａ_６あるいは第２のＰｂ_１乃至Ｐｂ_６を示す。一方、図５（ｃ）は、送信遅延回路２１４ａ及び送信遅延回路２１４ｂの出力信号が素子選択制御部２４から供給される素子選択情報に基づいて合成された合成送信信号Ｐｃ_１乃至Ｐｃ_８と、この合成送信信号Ｐｃ_１乃至Ｐｃ_８が駆動回路２１６を介して供給される振動素子３２−Ｘ乃至３２−（Ｘ＋７）を対応させて示している。

即ち、この場合、図４に示すように第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群は２素子分離れて選択されているため、図５（ｂ）に示した６チャンネルの第１の送信信号Ｐａ_１乃至Ｐａ_６と第２の送信信号Ｐｂ_１乃至Ｐｂ_６は２素子分シフトさせて合成される。従がって、第１及び第２の送信用振動素子群として使用される振動素子３２−（Ｘ＋２）には送信信号Ｐａ_３とＰｂ_１が、振動素子３２−（Ｘ＋３）には送信信号Ｐａ_４とＰｂ_２が、振動素子３２−（Ｘ＋４）には送信信号Ｐａ_５とＰｂ_３が、振動素子３２−（Ｘ＋５）には送信信号Ｐａ_６とＰｂ_４が合成された合成送信信号が駆動回路２１６及び素子選択部２２を介して与えられる。

図１に戻って、データ生成部４は、上述の受信部２３のビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍから出力されたＭチャンネルの受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号を信号処理してカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４２を備えている。

図６に示したデータ生成部４のＢモードデータ生成部４１は、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２を備えている。この包絡線検波器４１１は、送受信部２の受信部２３におけるビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍから出力されたＭチャンネルの受信信号に対して包絡線検波を行ない、対数変換器４１２は、この包絡線検波後の受信信号に対する対数変換処理によって小さな信号振幅を相対的に強調してＭ個の並列同時受信方向に対するＢモードデータを生成する。

一方、データ生成部４のカラードプラデータ生成部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備えており、送受信部２の受信部２３から供給されたＭチャンネルの受信信号に対して直交位相検波を行なって複素信号（Ｉ信号とＱ信号）を生成する。

更に、カラードプラデータ生成部４２は、ドプラ信号記憶部４２４、ＭＴＩフィルタ４２５及び自己相関演算器４２６を備えている。そして、直交位相検波によって得られた複素信号は、ドプラ信号記憶部４２４に一旦保存され、次いで、高域通過用のデジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ４２５は、ドプラ信号記憶部４２４に保存された前記複素信号を読み出し、この複素信号に対して臓器の固定反射体あるいは臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分（クラッタ成分）の除去を行なう。又、自己相関演算器４２６は、ＭＴＩフィルタ４２５によって抽出された血流情報のドプラ信号に対して自己相関値を算出し、更に、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値、分散値及びパワー値を算出してＭ個の並列同時受信方向に対するカラードプラデータを生成する。

再び図１に戻って、画像データ生成記憶部５は、データ生成部４においてＭ個のラスタ単位で生成されるＢモードデータ及びカラードプラデータを順次保存して、２次元あるいは３次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する。

表示部６は、図示しない表示データ生成回路、変換回路及びモニタを備えており、表示データ生成回路は、画像データ生成記憶部５において生成されたＢモード画像データやカラードプラ画像データに対し所定の表示形態に対応した走査変換処理を行なって表示データを生成する。次いで、前記変換回路は、この表示データに対してＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行ない前記モニタに表示する。

一方、入力部７は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、患者情報の入力、データ収集条件、表示条件等の設定、更には、種々のコマンド信号の入力等を行なう。特に、本実施例では、並列同時受信の方向数Ｍ、第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ２、第３の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ３、更には、受信用振動素子群における振動素子数Ｍ４、整相加算における受信信号群のチャンネル数Ｍ５、更には駆動信号の重み付け関数等の設定を行なう。但し、上述の送信用及び受信用の振動素子数や重み付け関数等は、使用する超音波プローブ３の情報（例えば、プローブＩＤ）と並列同時受信の方向数Ｍの情報に基づいて自動設定してもよい。

システム制御部８は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部７から入力あるいは設定される上述の各種情報は前記記憶回路に保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて、送受信部２、データ生成部４、更には画像データ生成記憶部５の制御やシステム全体の制御を統括して行なう。又、システム制御部８は、送受信部２における素子選択制御部２４と受信部２３に対して制御信号を供給し、第１及び第２の送信用振動素子群によって形成された送信音場内のＭ方向に対して並列同時受信を行なうための制御と、第１及び第２の送信用振動素子群と受信用振動素子群を振動子配列方向に順次シフトすることによって被検体に対しコンベックス走査の制御を行なう。

（画像データの生成手順）
次に、本実施例における画像データの生成手順につき図７のフローチャートに沿って説明する。但し、説明を容易にするために第３の送信用振動素子群の振動素子数Ｍ３と受信用振動素子群の振動素子数Ｍ４は等しい場合について述べるが、これに限定されない。

超音波診断装置１００の操作者は、先ず、図１の入力部７において超音波プローブ３のプローブＩＤや画像データの収集に必要な諸条件を初期設定し、これらの入力情報は、システム制御部８の図示しない記憶回路に保存される。上記諸条件として、並列同時受信の方向数Ｍ、第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ２、第３の送信用振動素子群における振動素子数Ｍ３、受信用振動素子群における振動素子数Ｍ４（Ｍ４＝Ｍ３）、整相加算における受信信号群のチャンネル数Ｍ５、駆動信号の重み付け関数等がある（図７のステップＳ１）。

そして、上記の初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ３の先端（超音波送受信面）を被検体体表面上の所定位置に固定し、超音波の送受信を開始する。このとき、システム制御部８は、自己の記憶回路に一旦保存した第１及び第２の送信用振動素子群の振動素子数Ｍ２、第３の送信用振動素子群の振動素子数Ｍ３及び受信用振動素子群の振動素子数Ｍ３の情報を送受信部２の素子選択制御部２４に、整相加算における受信信号群のチャンネル数Ｍ５及び並列同時受信における受信方向数Ｍの情報を受信部２３のチャンネル選択回路２３３に，更には、駆動信号の重み付け関数に関する情報を送信部２１の送信振幅制御回路２１３に夫々供給する。

一方、送信部２１の送信振幅制御回路２１３は、システム制御部８から供給された駆動信号振幅の重み付け関数に基づいて例えばＳｉｎｃ関数による送信信号振幅値を算出し、この算出結果を送信信号生成回路２１２に供給する（図７のステップＳ２）。

次に、最初の走査方向に対する超音波送受信に際し、素子選択制御部２４は、システム制御部８から供給された上述の送信時における振動素子数Ｍ２及びＭ３の情報と受信時における振動素子数Ｍ３の情報に基づいて素子選択部２２の図示しないマルチプレクサに対し制御信号を供給し、素子選択部２２は、最初の走査方向の超音波送受信に用いる第１の送信用振動素子群の振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２と第２の送信用振動素子群の振動素子３２−（Ｍ０＋１）乃至３２−（Ｍ０＋Ｍ２）を選択する。但し、上記Ｍ０（Ｍ０素子）は、第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群のシフト素子数を示す（図７のステップＳ３）。

一方、図２のレートパルス発生器２１１は、基準信号発生部１から供給される基準信号を分周することによって超音波パルスの繰り返し周期Ｔｒを決定するレートパルスを生成し送信信号生成回路２１２に供給する。

送信信号生成回路２１２は、このレートパルスに同期したインパルスあるいは所定波形形状の送信信号をＭ２チャンネル分生成し、更に、送信振幅制御回路２１３から供給された送信信号振幅値に基づいて前記Ｍ２チャンネルの送信信号における振幅を設定する。次いで、送信遅延回路２１４ａ及び２１４ｂは、振幅が設定されたＭ２チャンネルの送信信号に対して送信超音波を収束するための遅延時間を与え、第１の送信信号と第２の送信信号を生成する（図７のステップＳ４）。

一方、送信信号合成回路２１５は、素子選択制御部２４から供給される振動素子数Ｍ２及びＭ３から算出される第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群のシフト量（シフト素子数）Ｍ０に基づき、送信遅延回路２１４ａ及び２１４ｂの各々から出力されるＭ２チャンネルの第１の送信信号と第２の送信信号を合成してＭ３チャンネルの合成送信信号を生成し駆動回路２１６に供給する（図７のステップＳ５）。

そして、駆動回路２１６は、Ｍ３チャンネルの合成送信信号を増幅して駆動信号を生成し、素子選択部２２を介して超音波プローブ３の振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３（Ｍ３＝Ｍ０＋Ｍ２）に供給し送信超音波を送信する（図７のステップＳ６）。

振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３の駆動によって被検体に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、既に素子選択部２２において選択されている受信用の振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３で受信されて電気信号（受信信号）に変換される。更に、この受信信号は、素子選択部２２を介して受信部２３に供給され、受信部２３のプリアンプ２３１にて所定の大きさに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２３２にてデジタル信号に変換される。

デジタル信号に変換されたＭ３チャンネルの受信信号は、チャンネル選択回路２３３に供給され、チャンネル選択回路２３３は、これらＭ３チャンネルの受信信号の中から隣接したＭ５チャンネル（Ｍ５＜Ｍ４）の受信信号群をＭ個選択し（図４参照）、これらＭ個の受信信号群をビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍに供給する。

即ち、振動素子３２−１乃至３２−Ｍ５によって得られたＭ５チャンネルの受信信号群はビームフォーマ２３４−１に、又、振動素子３２−２乃至３２−（Ｍ５＋１）によって得られたＭ５チャンネルの受信信号群はビームフォーマ２３４−２に夫々供給される。同様にして、振動素子３２−３乃至３２−（Ｍ５＋２）、振動素子３２−４乃至３２−（Ｍ５＋３）・・・によって得られた受信信号群はビームフォーマ２３４−３、ビームフォーマ２３４−４・・・に供給される。そして、ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍの各々は、Ｍ５チャンネルの受信信号を整相加算してダイナミックフォーカスを行なう。

ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍにおいて整相加算されたＭチャンネルの受信信号は、図６のデータ生成部４におけるＢモードデータ生成部４１に供給され、包絡線検波と対数変換がなされた後、図１の画像データ生成記憶５におけるＢモードデータ記憶領域に保存される。

一方、最初の走査方向に対するカラードプラデータの生成に際し、送信用振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３及び受信用振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３を用い、上述と同様な手順により前記走査方向に対し連続した複数回（Ｌ回）の超音波送受信を行ない、このとき得られた受信信号に対してドプラ信号を検出する。

即ち、システム制御部８は素子選択制御部２４を制御し、振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３を選択してカラードプラ用の超音波送受信を行なう。そして、得られたＭチャンネルの受信信号をカラードプラデータ生成部４２に供給し、ミキサ４２２−１、４２２−２及びＬＰＦ４２３−１、４２３−２による直交位相検波から複素信号を生成する。次いで、この複素信号の実数成分（Ｉ成分）及び虚数成分（Ｑ成分）の各々をドプラ信号記憶部４２４に一旦保存する。同様にして、同一の振動素子群を用いた２回目乃至Ｌ回目の超音波送受信によって得られた受信信号についても同様な手順によって複素信号を収集し、ドプラ信号記憶部４２４に保存する。

振動素子３２−１乃至３２−Ｍ３を用いたＬ回の超音波送受信によって得られたＭチャンネルの複素信号の保存が終了したならば、システム制御部８は、ドプラ信号記憶部４２４に保存されているＭチャンネルの複素信号の各々において所定位置（深さ）に対応したＬ個の複素信号成分を順次読み出し、ＭＴＩフィルタ４２５に供給する。そして、ＭＴＩフィルタ４２５は、供給された複素信号成分に対してフィルタ処理を行ない、例えば生体組織などの固定反射体からの反射波成分や心筋などの組織の運動によって生ずる組織ドプラ成分（クラッタ成分）を排除して血流の流れに起因する血流ドプラ成分を抽出する。

次いで、血流ドプラ成分の複素信号が前記ＭＴＩフィルタ４２５から供給された自己相関演算器４２６は、この複素信号を用いて自己相関処理を行ない、更に、自己相関処理結果に基づいて血流の平均速度値、分散値、パワー値などを算出する。このような演算を、他の位置（深さ）に対しても行ない、算出された血流の平均速度値、分散値、更にはパワー値などを図１の画像データ生成記憶部５におけるカラードプラデータ記憶領域に保存する。

即ち、画像データ生成記憶部５のＢモードデータ記憶領域及びカラードプラデータ記憶領域には、振動素子３２−１乃至３２−Ｍ５、振動素子３２−２乃至３２−（Ｍ５＋１）、・・・からの受信信号群の整相加算により、第１の走査方向に対応したＭ個の並列同時受信方向のＢモードデータ及びカラードプラデータが保存される（図７のステップＳ７）。

同様の手順によって、システム制御部８は素子選択制御部２４を制御して、振動素子３２−（Ｍ３＋１）乃至３２−２Ｍ３による第２の走査方向の超音波送受信、振動素子３２−（２Ｍ３＋１）乃至３２−３Ｍ３による第３の走査方向の超音波送受信、・・・を第Ｎの走査方向まで繰り返し、夫々の走査方向におけるＭ方向の並列同時受信によって得られたＢモードデータとカラードプラデータをデータ記憶部６のＢモードデータ記憶領域及びカラードプラデータ記憶領域に保存する（図７のステップＳ３乃至Ｓ７）。

上述の手順によって、第１の走査方向乃至第Ｎの走査方向の各々におけるＭ方向から得られたＢモードデータとカラードプラデータは画像データ生成記憶部５に順次保存され、２次元あるいは３次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データが生成される。そして、表示部６の表示データ生成回路は、画像データ生成記憶部５において生成されたＢモード画像データ及びカラードプラ画像データに対して所定の表示形態に対応した走査変換等の処理を行なって表示データを生成し、この表示データは、変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われモニタに表示される（図７のステップＳ８）。

（送信音場の均一性）
次に、本実施例における第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群によって形成される送信音場につき図８及び図９を用いて説明する。図８は、既に示した図４の場合と同様にして第１及び第２の送信用振動素子群における素子数Ｍ２を６、第３の送信用振動素子群における素子数Ｍ３を８とした場合に形成される送信音場について示したものであり、第１の送信用振動素子群を構成する振動素子３２−X乃至３２−（Ｘ＋５）によって形成される第１の送信音場Ｂｔ１を実線で、又、第２の送信用振動素子群を構成する振動素子３２−（Ｘ＋２）乃至３２−（Ｘ＋７）によって形成される第２の送信音場Ｂｔ２を破線で、更に第１の送信音場と第２の送信音場が合成されて形成された第３の送信音場（以下、合成音場と呼ぶ。）Ｂｔ３を一点鎖線で示している。

尚、第１の送信音場Ｂｔ１及び第２の送信音場Ｂｔ２の距離方向（図８のＺ方向）におけるＺ＝０の振動素子配列面からＺ＝Ｚｏまでの領域は近距離領域であり、Ｚ＝Ｚｏより遠方は収束領域である。そして、この収束領域において第１の送信音場Ｂｔ１の端部と第２の送信音場Ｂｔ２の端部は重なるようにして合成送信音場Ｂｔ３が形成される。尚、上述の近距離領域と収束領域の境界Ｚ＝Ｚｏは第１及び第２の送信用振動素子群の幅（開口幅）や焦点距離、更には超音波周波数等によって一義的に決定される。

一方、図９は、図８に示した第１の送信音場Ｂｔ１及び第２の送信音場Ｂｔ２のＺ＝Ｚｘ（Ｚｘ＞Ｚｏ）における方位方向の第１の送信音場パターンＣｔ１及び第２の送信音場パターンＣｔ２と合成送信音場パターンＣｔ３を示したものである。通常、収束領域における送信音場パターンは、送信用振動素子群の大きさと送信用振動素子群に対する駆動信号振幅分布によって決定される開口関数をフーリエ変換することによって求めることができる。

本実施例における送信信号生成回路２１２は、送信振幅制御回路２１３から供給されるＳｉｎｃ関数の情報に基づいて第１の送信用振動素子群及び第２の送信用振動素子群に対する駆動信号の振幅分布を設定しており、従がって、Ｚ＝ＺｘではＳｉｎｃ関数のフーリエ変換によって決定される矩形形状の第１の送信音場パターンＣｔ１及び第２の送信音場パターンＣｔ２が形成される。

即ち、第１及び第２の送信用振動素子群の駆動振幅分布をＳｉｎｃ関数に基づいて設定することにより、これら送信用振動素子群によって形成される送信音場Ｂｔ１及びＢｔ２の方位方向（図８のＸ方向）では、均一な強度のビーム幅ＢＷ１及びＢＷ２を有した第１の送信音場パターンＣｔ１及び第２の送信音場パターンＣｔ２が得られ、送信音場Ｂｔ１及び送信音場Ｂｔ２を合成して得られた合成送信音場Ｂｔ３では、約２倍のビーム幅ＷＢ３を有した均一でしかも端部が急峻に減衰した合成送信音場パターンＣｔ３を得ることができる。

但し、上述のようなＸ方向に均一な合成送信音場パターンＣｔ３を生成するためには第１の送信音場と第２の送信音場をその端部が重なるように合成することが重要であり、このような条件を満足するように、例えば、第１の送信用振動素子群と第２の送信用振動素子群とのシフト量Ｍ０が決定される。

図１０は、本実施例の並列同時受信における送信音場パターン、受信音場パターン及び送受信音場パターンを示したものであり、図１０（ａ）は、合成送信音場パターンＣｔ３と４方向の並列同時受信における受信音場パターンＣｒ−１乃至Ｃｒ−４を、又、図１０（ｂ）は、これらの合成送信音場パターンＣｔ３と受信音場パターンＣｒ−１乃至Ｃｒ−４によって形成される送受信音場パターンＣｏ−１乃至Ｃｏ−４を示している。この図からも明らかなように、Ｓｉｎｃ関数に基づく振幅分布の駆動信号を用いた場合には、方位方向（Ｘ方向）に対して略一様な大きさの送受信音場が得られる。

以上述べた本発明の第１の実施例によれば、コンベックス走査用超音波プローブを用い被検体の診断対象部位に対して並列同時受信を行なう際に、複数の送信用振動素子群の各々が形成する送信音場を合成することにより、広いビーム幅と均一な送信強度を有する合成送信音場を得ることができる。従がって方位方向に略一様でしかもビーム曲がりが大幅に低減された送受信音場が得られ、感度ムラや画像歪の無いＢモード画像データやカラードプラ画像データを生成することが可能となる。

又、本実施例によれば、送信用振動素子群を構成する振動素子に対してＳｉｎｃ関数をベースとした振幅分布の駆動を行なうことにより、均一性に優れしかも端部においては急峻な減衰特性を有した合成送信音場を得ることができる。従がって、並列同時受信が行なわれる領域以外に放射される送信超音波は微小となり送信エネルギーを有効に用いることができるため、サイドローブや多重反射によるアーチファクトが低減され感度に優れたＢモード画像データやカラードプラ画像データを生成することが可能となる。

即ち、本実施例の並列同時受信によれば、リアルタイム性と画質に優れた超音波画像データの生成が可能となり、診断能が大幅に向上する。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。この第２の実施例の特徴は、直線状に振動素子が１次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブを用いて並列同時受信を行なう際に、前記複数の振動素子の一部あるいは全てによって構成された送信用振動素子群に対して第１の方向に送信超音波を放射するための第１の送信信号群と前記第１の方向に隣接した第２の方向に送信超音波を放射するための第２の送信信号群を合成した合成送信信号群を生成し、この合成送信信号群を前記送信用振動素子群に供給することにより、広いビーム幅を有した送信音場を形成することにある。

又、本実施例の第２の特徴は、前記第１の送信信号群及び前記第２の送信信号群の振幅分布を、Ｓｉｎｃ関数をベースとして設定することにより方位方向において均一な送信音場を得ることにある。

（装置の構成）
本発明の第２の実施例における超音波診断装置と上述の第１の実施例における超音波診断装置は特に送受信部の構成と超音波プローブにおいて顕著な差異がある。本実施例における超音波診断装置の構成と動作につき図１１乃至図１３を用いて説明する。

図１１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図１２は、この超音波診断装置を構成する送受信部のブロック図である。尚、以下に述べる本実施例の超音波診断装置において、上述の第１の実施例のユニットと同一の動作及び機能を有したユニットは同一の符号を付加し、詳細な説明は省略する。

図１１に示す超音波診断装置２００は、Ｍ１個の振動素子が直線状に１次元配列され被検体に対して超音波送受信を行なうセクタ走査用の超音波プローブ３１と、前記振動素子に対して駆動信号を供給すると共に、これらの振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう送受信部２６を備え、更に、第１の実施例の超音波診断装置１００の場合と同様の機能を有するデータ生成部４、画像データ生成記憶部５、表示部６、基準信号発生部１、入力部７及びシステム制御部８を備えている。

図１２に示した送受信部２６は、予め設定されたＭ２個（Ｍ２≦Ｍ１）の送信用振動素子に対してＭ２チャンネルからなる駆動信号群を供給する送信部２７と、Ｍ３個（Ｍ３≦Ｍ１）の受信用振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部２８を備えている。

そして、送信部２７は、レートパルス発生器２１１と、送信信号生成回路２１２と、送信信号制御回路２１３と、送信遅延回路２１４と、送信信号合成回路２１５と、駆動回路２１６を備えている。

送信遅延回路２１４は、送信信号生成回路２１２によって生成されたＭ２チャンネルの送信信号に対し、被検体の第１の方向−Δθｔに対する超音波の送信に必要な遅延時間を与えて第１の送信信号群を生成する送信遅延回路２１４ａと前記被検体の第２の方向Δθｔに対する超音波の送信に必要な遅延時間を与えて第２の送信信号群を生成する送信遅延回路２１４ｂを備えている。

送信信号合成回路２１５は、第１の送信信号群と第２の送信信号群を合成して合成送信信号群を生成する。そして、駆動回路２１６は、合成送信信号群を増幅してＭ２チャンネルの駆動信号群を生成し、超音波プローブ３１の隣接したＭ２個の送信用振動素子群を駆動して被検体の第１の方向−Δθｔ及び第２の方向Δθｔに送信超音波を放射する。

一方、受信部２８は、Ｍ３チャンネルから構成されるプリアンプ２３１及びＡ／Ｄ変換器２３２と、Ｍチャンネルのビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍを備えている。そして、ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍの各々はＭ３チャンネルの受信信号に対して整相加算を行ない、Ｍ方向からの受信信号を並列同時受信する。

次に、送信部２７の送信信号合成回路２１５における送信信号の合成方法につき図１３の模式図を用いて説明する。尚、図１３では、送信用振動素子群の振動素子数Ｍ２を８としているが、これに限定されない。

図１３（ａ）は、図１２に示した送信部２７の送信信号生成回路２１２によって生成されるＭ２チャンネルの送信信号であり、各々の送信信号の振幅は送信振幅制御回路２１３から供給される振幅分布情報に基づいて設定される。この場合も、端部ほど振幅が小さくなる振幅分布の送信信号を示しているが、実際には、Ｓｉｎｃ関数をベースとした振幅分布が設定される。

又、図１３（ｂ）は、送信遅延回路２１４ａにおいて−Δθｔ方向に対する偏向用遅延時間と収束用遅延時間が与えられた第１の送信信号群と、送信遅延回路２１４ｂにおいΔθｔ方向に対する偏向用遅延時間と収束用遅延時間が与えられた第２の送信信号群を示す。一方、図１３（ｃ）は、前記第１の送信信号群と前記第２の送信信号群を合成して生成された合成送信信号群と、この合成送信信号群が駆動回路２１６を介して供給される送信用振動素子群の振動素子３２−１乃至３２−８を対応させて示している。

（画像データの生成手順）
次に、本実施例における画像データの生成手順につき図１４のフローチャートに沿って説明する。尚、本実施例では、セクタ走査用の超音波プローブ３１を使用し、第１の方向に対する送信音場と第２の方向に対する送信音場を合成することによって形成された合成送信音場に対してＭ段の並列同時受信を適用して被検体に対するＢモード画像データ及びカラードプラ画像データの生成と表示を行なう場合について述べる。

超音波診断装置１００の操作者は、先ず、図１１の入力部７において使用する超音波プローブ３１のプローブＩＤや上記画像データの収集に必要な諸条件を入力し、これらの入力情報はシステム制御部８の図示しない記憶回路に保存される。上記諸条件として、例えば、並列同時受信の方向数Ｍ、送信時の振動素子数Ｍ２、受信時の振動素子数Ｍ３、駆動信号の重み付け関数等がある。但し、以下では受信用振動素子数Ｍ３は送信用振動素子数Ｍ２と等しい場合について述べるが、これに限定されない（図１４のステップＳ１１）。

上記初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ３１の先端（超音波送受信面）を被検体体表面上の所定位置に固定し、超音波の送受信を開始する。このとき、システム制御部８は、自己の記憶回路に一旦保存された駆動信号の重み付け関数に関する情報を送信部２７の送信振幅制御回路２１３に供給する。一方、送信部２７の送信振幅制御回路２１３は、システム制御部８から供給された駆動信号振幅の重み付け関数の情報に基づいて例えばＳｉｎｃ関数による送信信号振幅値を算出し、この算出結果を送信信号生成回路２１２に供給する。

次に、最初の走査方向θ１に対する超音波送受信に際し、図２のレートパルス発生器２１１は、基準信号発生部１から供給される基準信号を分周してレートパルスを生成し、送信信号生成回路２１２に供給する（図１４のステップＳ１２）。

送信信号生成回路２１２は、このレートパルスに同期したインパルスあるいは所定波形形状の送信信号をＭ２チャンネル生成し、更に、送信振幅制御回路２１３から供給された送信信号振幅値に基づいて前記Ｍ２チャンネルの送信信号における振幅を設定する。次いで、送信遅延回路２１４ａ及び２１４ｂは、送信超音波をθ１−Δθｔ及びθ１＋Δθｔに放射するための偏向用遅延時間と所定距離に収束するための収束用遅延時間を送信信号生成回路２１２から供給されたＭ２チャンネルの送信信号に与え、第１の送信信号群と第２の送信信号群を生成する（図１４のステップＳ１３）。

一方、送信信号合成回路２１５は、送信遅延回路２１４ａ及び２１４ｂの各々から出力されたＭ２チャンネルの第１の送信信号群と第２の送信信号群を合成して合成送信信号群を生成し駆動回路２１６に供給する（図１４のステップＳ１４）。そして、駆動回路２１６は、合成送信信号群の各々を増幅して駆動信号群を生成し、超音波プローブ３１の振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２に供給して送信超音波を放射する（図１４のステップＳ１５）。

振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２の駆動によって被検体に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、振動素子１乃至Ｍ２で受信されて電気信号（受信信号）に変換される。更に、この受信信号は、受信部２８に供給され、受信部２８のプリアンプ２３１にて所定の大きさに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２３２にてデジタル信号に変換される。

デジタル信号に変換されたＭ２チャンネルの受信信号は、ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−Ｍの各々に供給され、例えば、θ１−３Δθｒ、θ１−Δθｒ、θ１＋Δθｒ、θ１＋３Δθｒの４方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間と、ダイナミックフォーカスを行なうための収束用遅延時間が与えられ整相加算される。

ビームフォーマ２３４−１乃至２３４−４Ｍにおいて整相加算されたＭチャンネルの受信信号は、図１１のデータ生成部４におけるＢモードデータ生成部４１及びカラードプラデータ生成部４２に供給される。そして、上述の第１の実施例の場合と同様の方法によってθ１−３Δθｒ、θ１−Δθｒ、θ１＋Δθｒ及びθ１＋３Δθｒに対するＢモードデータ及びカラードプラデータが生成され、得られたこれらのデータは、図１１の画像データ生成記憶部５におけるＢモードデータ記憶領域及びカラードプラデータ記憶領域に保存される（図１４のステップＳ１６）。

同様の手順によって、システム制御部８はθ２−Δθｔ、θ２＋Δθｔに対する送信超音波の放射とθ２−３Δθｒ、θ２−Δθｒ、θ２＋Δθｒ及びθ２＋３Δθｒに対する並列同時受信を行ない、θ２−３Δθｒ、θ２−Δθｒ、θ２＋Δθｒ及びθ２＋３Δθｒに対するＢモードデータとカラードプラデータを前記画像データ生成記憶部５の各記憶領域に保存する。

上記手順によって、走査方向θ３乃至θＮの各々に対して並列同時受信を繰り返し（図１４のステップＳ１３乃至Ｓ１６）、得られたＢモードデータとカラードプラデータは画像データ生成記憶部５に順次保存されて２次元あるいは３次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データが生成される。そして、表示部６の表示データ生成回路は、画像データ生成記憶５において生成されたＢモード画像データ及びカラードプラ画像データに対して所定の表示形態に対応した走査変換等の処理を行なって表示データを生成し、この表示データは、変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われてモニタに表示される（図１４のステップＳ１７）。

尚、上述の並列同時受信における受信音場間隔２Δθｒは、通常、走査方向間隔（例えばθ２−θ１）の１／Ｍに設定される。

（送信音場の均一性）
次に、本実施例の送信用振動素子群によって形成される送信音場及び送受信音場につき図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、図１３の場合と同様にして送信用振動素子群の素子数Ｍ２を８とし、θ＝0に対して４方向（Ｍ＝４）の並列同時受信を行なう際に、送信超音波を−θｔ及びθｔの２方向に送信することによって形成される送信音場について示したものである。尚、この図において、送信遅延回路２１４ａの遅延時間に基づいてθ＝−θｔ方向に形成される第１の送信音場Ｂｔ１を実線で、又、送信遅延回路２１４ｂの遅延時間に基づいてθ＝θｔ方向に形成される第２の送信音場Ｂｔ２を破線で、更に第１の送信音場と第２の送信音場が合成されて形成された合成送信音場Ｂｔ３を一点鎖線にて示している。

そして、Ｚ＝Ｚｘ（Ｚｘ＞Ｚｏ）の収束領域において第１の送信音場Ｂｔ１の端部と第２の送信音場Ｂｔ２の端部は重なるようにして合成送信音場Ｂｔ３が形成される。このとき、合成送信音場Ｂｔ３の合成音場パターンは、送信超音波の送信方向θｔ及び−θｔを好適な値に設定することにより、第１の送信音場Ｂｔ１のビーム幅ＢＷ１あるいは第２の送信音場Ｂｔ２のビーム幅ＢＷ２に対して約２倍のビーム幅ＢＷ３を有し、均一でしかも端部が急峻に減衰した合成送信音場Ｂｔ３を形成することができる。

図１６は、本実施例の並列同時受信における合成送信音場パターン、受信音場パターン及び送受信音場パターンを示した図であり、図１６（ａ）は合成送信音場Ｂｔ３に設定された並列同時受信の受信音場Ｂｒ−１乃至Ｂｒ−４を示す。そして、図１６（ｂ）は、例えば、Ｚ＝Ｚｘにおける合成送信音場パターンＣｔ３と４方向の並列同時受信における受信音場パターンＣｒ−１乃至Ｃｒ−４を、又、図１６（ｃ）は、合成送信音場パターンＣｔ３と受信音場パターンＣｒ−１乃至Ｃｒ−４によって形成される送受信音場パターンＣｏ−１乃至Ｃｏ−４を示している。

以上述べた本発明の第２の実施例によれば、セクタ走査用超音波プローブを用い被検体の診断対象部位に対して並列同時受信を行なう際に、隣接した複数の方向に対して形成した送信音場を合成することにより、広いビーム幅と均一な送信強度を有する合成送信音場を得ることができる。従がって、方位方向に略一様でしかもビーム曲がりが大幅に低減された送受信音場が得られ、感度ムラや画像歪の無いＢモード画像データやカラードプラ画像データを生成することが可能となる。

又、本実施例によれば、第１の実施例の場合と同様にして送信用振動素子群を構成する振動素子に対してＳｉｎｃ関数をベースとした振幅分布の駆動を行なうことにより、均一性に優れしかも端部においては急峻な減衰特性を有した合成送信音場を得ることができる。従がって、並列同時受信が行なわれる領域以外に放射される送信超音波は微小となり送信エネルギーを有効に用いることができるため、サイドローブや多重反射によるアーチファクトが低減され感度に優れたＢモード画像データやカラードプラ画像データを生成することが可能となる。

即ち、本実施例の並列同時受信法によれば、リアルタイム性と画質に優れた超音波画像データの生成が可能となり、診断能が大幅に向上する。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例における送信信号群の振幅分布はＳｉｎｃ関数としたが、他の振幅分布であってもよい。例えば、Ｓｉｎｃ関数にハミングの窓関数を乗算することにより振幅分布の端部における不連続の影響を低減することができるため、更に良好な送信音場を形成することができる。

又、上述の実施例では、収束領域において均一な合成送信音場を形成する場合について述べたが、近距離領域において送信音場を合成することも可能である。但し、この場合に形成される第１の送信音場パターン及び第２の送信音場パターンは図１７に示すように端部における急峻さが劣化するため、例えば、ピーク値に対し−２．４ｄＢ乃至−３．５ｄＢとなる位置あるいは角度において隣接した第１の送信音場パターンと第２の送信音場パターンを一致させて合成するようにシフト量Ｍ０あるいは送信方向Δθｔの設定を行なう。

尚、上述の実施例では、振動素子を１次元に配列した超音波プローブについて述べたが２次元配列された超音波プローブであってもよい。又、コンベックス走査用やセクタ走査用の超音波プローブに限定されない。特に、リニア走査用の超音波プローブを使用する場合には、第１の実施例において述べた方法と同様な方法によって均一な合成送信音場を形成することができる。

本発明の第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における送受信部の構成を示すブロック図。 同実施例の送信用振動素子群に対する送信信号の振幅分布を示す図。 同実施例の並列同時受信における送信用振動素子群及び受信用振動素子群の選択方法を模式的に示す図。 同実施例における送信信号の合成方法を示す図。 同実施例におけるデータ生成部の構成を示すブロック図。 同実施例における画像データの生成手順をしめすフローチャート。 同実施例における駆動信号と送信音場の関係を示す図。 同実施例における第１の送信音場パターン及び第２の送信音場パターンと合成送信音場パターンを示す図。 同実施例における合成送信音場パターン、受信音場パターン及び送受信音場パターンを示す図。 本発明の第２の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における送受信部の構成を示すブロック図。 同実施例における送信信号群の合成方法を示す図。 同実施例における画像データの生成手順をしめすフローチャート。 同実施例における駆動信号と送信音場の関係を示す図。 本実施例の並列同時受信における合成送信音場パターン、受信音場パターン及び送受信音場パターンを示す図。 本発明の第１の実施例及び第２の実施例の変形例における第１の送信音場パターン及び第２の送信音場パターンと合成送信音場パターンを示す図。 従来の並列同時受信における送受信音場のビーム曲がりを説明するための図。 従来の並列同時受信における受信感度の不均一を説明するための図。

符号の説明

１…基準信号発生部
２、２６…送受信部
３、３１…超音波プローブ
４…データ生成部
５…画像データ生成記憶部
６…表示部
７…入力部
８…システム制御部
２１、２７…送信部
２２…素子選択部
２３、２８…受信部
２４…素子選択制御部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…カラードプラデータ生成部
１００、２００…超音波診断装置
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信信号生成回路
２１３…送信振幅制御回路
２１４…送信遅延回路
２１５…送信信号合成回路
２１６…駆動回路
２３１…プリアンプ
２３２…Ａ／Ｄ変換器
２３３…チャンネル選択回路
２３４…ビームフォーマ
４１１…包絡線検波器
４１２…対数変換器
４２１…π／２移相器
４２２…ミキサ
４２３…ＬＰＦ
４２４…ドプラ信号記憶部
４２５…ＭＴＩフィルタ
４２６…自己相関演算器

Claims (5)

1. 配列された複数の振動素子を備えた超音波プローブと、
   前記複数の振動素子あるいは前記複数の振動素子の一部から構成された送信用振動素子
   群に対し、第1の送信音場を形成する遅延時間が与えられた第1の送信遅延信号と、前記送
   信音場の収束領域において前記第1の送信音場と端部が重なる第2の送信音場を形成する遅
   延時間が与えられた第2の送信遅延信号を生成し、前記第１及び第2の送信遅延信号を合成
   した合成遅延信号を生成する素子制御手段と、
   前記送信用振動素子群の駆動を、前記合成遅延信号により行い、前記第1及び前記第2の
   送信音場とが合成され、前記第1及び第2の送信音場より広い幅を有した合成送信音場を形
   成する超音波を送信する送信手段と、
   所定の受信方向から得られた前記超音波の反射波に基づいて受信信号を生成する受信手
   段と、
   前記受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記素子制御手段は、第1の受信方向に対応した遅延時間が与えられた第１の受信遅延
   信号と、第2の受信方向に対応した遅延時間が与えられた第2の受信遅延信号とを生成し、
   前記受信手段は、前記第1及び第2の受信方向から得られた前記超音波の反射波に基づい
   て前記受信信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記合成送信音場は、前記合成送信音場内の所定の位置において、前記超音波の送信方
   向に対し直交する方向において略均一な強度を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記素子制御手段は、前記第1の送信音場と前記第2の送信音場それぞれが、前記超音波
   の送信方向に対し直交する方向において矩形形状の強度分布を有するように、前記複数の
   振動素子の各々から送信される超音波の強度を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の超音波診断装置。
5. 前記素子制御手段は、前記第1及び第2の受信方向が、前記合成送信音場内にあるよう前
   記第1及び第2の受信方向を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。

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