JP2012249928A - 超音波診断装置および超音波画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジの不足分を補いながらも高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】測定領域が、第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に分割され、第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーの強度範囲に対応する第１のＡ／Ｄ変換可能範囲と第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーの強度範囲に対応する第２のＡ／Ｄ変換可能範囲がそれぞれ設定され、第１の超音波ビームの送受信により、第１のＡ／Ｄ変換可能範囲で第１の測定深度領域Ｒ１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われ、第２の超音波ビームの送受信により、第２のＡ／Ｄ変換可能範囲で第２の測定深度領域Ｒ２に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
【選択図】図４

Description

この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で処理することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

例えば、特許文献１には、超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号が、それぞれ、プリアンプで増幅され、Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換されてデジタルの受信データとされた後、適切な遅延を与えられることで互いに位相が合致した状態で加算され、これにより受信フォーカス処理を行う超音波診断装置が開示されている。
この受信フォーカス処理によって超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成され、このようにして生成された診断領域内の複数の音線信号に基づいて、被検体内の断層画像情報であるＢモード画像信号が生成される。

特開平４−２３２８８８号公報

このような超音波診断においては、超音波ビームが被検体内を進行するに従って減衰するので、深度が深くなるほど到達する超音波ビームの強度は小さくなる。また、被検体内の各部で反射されて超音波プローブに戻ってくる超音波エコーも、同様に進行するに従って減衰する。その結果、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅は、測定深度に応じて変化することとなる。

そこで、測定領域内の深度の浅い領域に対応する比較的大きな振幅の受信信号から深度の深い領域に対応する比較的小さな振幅の受信信号まで全域にわたる受信信号を良好な分解能でＡ／Ｄ変換するために、Ａ／Ｄコンバータは大きなダイナミックレンジを有することが望まれるが、現存の超音波診断装置用のＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジは十分なものではなく、通常、プリアンプに可変利得アンプを組み合わせて、静的なプリアンプの利得の変更と、可変利得アンプにおける動的な利得の変化によって、ダイナミックレンジの不足分を補っている。

しかしながら、プリアンプの利得を大きくし過ぎると、深度の浅い領域では、過大の受信信号がＡ／Ｄコンバータに入力されたり、送信直後の飽和からのリカバリーが低下することがある。また、可変利得アンプは、アッテネータで受信信号の振幅を減衰させてＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジに適合させているだけであり、雑音指数（ＮＦ）は必ずしも良好ではない。このため、Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換されることにより得られる受信データの精度が低下し、超音波画像の画質が低下するおそれがある。
また、プリアンプの利得を大きくすると、線形性を保つためにＡ級増幅のバイアスを大きくしなければならず、消費電力が大きくなるという問題もある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジの不足分を補いながらも高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で処理することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、受信信号処理部は、測定領域内の深度方向の全域から得られる受信信号の振幅範囲より小さなＡ／Ｄ変換可能範囲を有し、測定領域をそれぞれ受信信号処理部のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる複数の測定深度領域に分割し且つこれら複数の測定深度領域にそれぞれ対応してアレイトランスデューサから超音波ビームの送信が複数回行われるように送信駆動部を制御すると共に各測定深度領域に対応して送信された超音波ビームにより各測定深度領域に対する受信データが得られるように受信信号処理部を制御する制御部を備えたものである。

制御部は、複数の測定深度領域に応じて受信信号に対する増幅の利得が変化するように受信信号処理部を制御することができる。この場合、制御部は、深度が大きい測定深度領域ほど受信信号に対する増幅の利得が増加するように受信信号処理部を制御することが好ましい。
また、制御部は、複数の測定深度領域に対応して送信される超音波ビームの振幅が変化するように送信駆動部を制御することもできる。この場合、制御部は、深度が小さい測定深度領域ほど送信される超音波ビームの振幅が小さくなるように送信駆動部を制御することが好ましい。
さらに、制御部は、複数の測定深度領域に対応して送信される超音波ビームの焦点位置が変化するように送信駆動部を制御することもできる。
また、制御部は、複数の測定深度領域に対応して超音波ビームの送信に使用されるアレイトランスデューサの素子数が変化するように送信駆動部を制御してもよい。この場合、制御部は、深度が小さい測定深度領域ほど超音波ビームの送信に使用されるアレイトランスデューサの素子数が少なくなるように送信駆動部を制御することが好ましい。

この発明に係る超音波画像生成方法は、送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で処理することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、受信信号処理部は、測定領域内の深度方向の全域から得られる受信信号の振幅範囲より小さなＡ／Ｄ変換可能範囲を有し、測定領域をそれぞれ受信信号処理部のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる複数の測定深度領域に分割し、複数の測定深度領域にそれぞれ対応してアレイトランスデューサから超音波ビームの送信が複数回行われるように送信駆動部を制御し、各測定深度領域に対応して送信された超音波ビームにより各測定深度領域に対する受信データが得られるように受信信号処理部を制御する方法である。

この発明によれば、測定領域をそれぞれ受信信号処理部のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる複数の測定深度領域に分割し、複数の測定深度領域にそれぞれ対応して超音波ビームの送信を複数回行うと共に、各測定深度領域に対応して送信された超音波ビームにより各測定深度領域に対する受信データを得るので、Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジの不足分を補いながらも高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１で用いられた受信信号処理部の内部構成を示すブロック図である。 受信信号処理部によるＡ／Ｄ変換可能範囲と超音波エコーとの関係を示す図である。 実施の形態１における１回目と２回目の超音波ビームの送受信に対する超音波エコーの受信の様子を示すグラフである。 実施の形態２における１回目と２回目の超音波ビームの送受信に対する超音波エコーの受信の様子を示すグラフである。 実施の形態３における１回目と２回目の超音波ビームの送受信に対する超音波エコーの受信の様子を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２とを備えている。

超音波プローブ１は、１次元又は２次元のアレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサ３を有し、これら超音波トランスデューサ３にそれぞれ対応して受信信号処理部４が接続され、さらに受信信号処理部４にパラレル／シリアル変換部５を介して無線通信部６が接続されている。また、複数の超音波トランスデューサ３に送信駆動部７を介して送信制御部８が接続され、複数の受信信号処理部４に受信制御部９が接続され、無線通信部６に通信制御部１０が接続されている。そして、パラレル／シリアル変換部５、送信制御部８、受信制御部９および通信制御部１０にプローブ制御部１１が接続されている。

複数の超音波トランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部７から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各超音波トランスデューサ３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信駆動部７は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部８によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ３から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサ３に供給する。
各受信信号処理部４は、受信制御部９の制御の下で、対応する超音波トランスデューサ３から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成して、サンプルデータをパラレル／シリアル変換部５に供給する。受信信号処理部４は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。
パラレル／シリアル変換部５は、複数の受信信号処理部４によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換する。

無線通信部６は、シリアルのサンプルデータに基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、シリアルのサンプルデータを送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。
無線通信部６は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、サンプルデータを診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１０に出力する。通信制御部１０は、プローブ制御部１１によって設定された送信電波強度でサンプルデータの送信が行われるように無線通信部６を制御すると共に、無線通信部６が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１１に出力する。

プローブ制御部１１は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
超音波プローブ１には、図示しないバッテリが内蔵され、このバッテリから超音波プローブ１内の各回路に電源供給が行われる。
なお、超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでもよいし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでもよい。

一方、診断装置本体２は、無線通信部２１を有し、この無線通信部２１にシリアル／パラレル変換部２２を介してデータ格納部２３が接続され、データ格納部２３に画像生成部２４が接続されている。さらに、画像生成部２４に表示制御部２５を介して表示部２６が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２７が接続され、シリアル／パラレル変換部２２、画像生成部２４、表示制御部２５および通信制御部２７に本体制御部２８が接続されている。さらに、本体制御部２８には、オペレータが入力操作を行うための操作部２９と、動作プログラムを格納する格納部３０がそれぞれ接続されている。

無線通信部２１は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部２１は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、シリアルのサンプルデータを出力する。
通信制御部２７は、本体制御部２８によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部２１を制御する。
シリアル／パラレル変換部２２は、無線通信部２１から出力されるシリアルのサンプルデータを、パラレルのサンプルデータに変換する。データ格納部２３は、メモリまたはハードディスク等によって構成され、シリアル／パラレル変換部２２によって変換された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。
画像生成部２４は、データ格納部２３から読み出される１フレーム毎のサンプルデータに受信フォーカス処理を施して、超音波診断画像を表す画像信号を生成する。画像生成部２４は、整相加算部３１と画像処理部３２とを含んでいる。

整相加算部３１は、本体制御部２８において設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。

画像処理部３２は、整相加算部３１によって生成される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。画像処理部３２は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
表示制御部２５は、画像生成部２４によって生成される画像信号に基づいて、表示部２６に超音波診断画像を表示させる。表示部２６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
本体制御部２８は、操作者により操作部２９から入力された各種の指令信号等に基づいて、診断装置本体２内の各部の制御を行うものである。

このような診断装置本体２において、シリアル／パラレル変換部２２、画像生成部２４、表示制御部２５、通信制御部２７および本体制御部２８は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部３０に格納される。格納部３０における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

ここで、超音波プローブ１内における各受信信号処理部４の内部構成を図２に示す。受信信号処理部４は、対応する超音波トランスデューサ３に入力保護用のクリップ回路４１を介して接続されたプリアンプ４２と、このプリアンプ４２の出力端にローパスフィルタ４３を介して接続されたＡ／Ｄコンバータ４４を有している。また、利得設定回路４５と利得変更回路４６がそれぞれプリアンプ４２に並列に接続されている。

クリップ回路４１は、超音波トランスデューサ３からプリアンプ４２に設定値を超える電圧の信号が入力されることを防止する。プリアンプ４２は、超音波トランスデューサ３から出力された受信信号を増幅する。利得設定回路４５は、被検体およびその診断部位等に応じてプリアンプ４２の利得を適宜設定するものである。
利得変更回路４６は、受信制御部９から入力される利得変更信号に基づいて、利得設定回路４５により設定されたプリアンプ４２の利得の変更を行う。
ローパスフィルタ４３は、プリアンプ４２で増幅された受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去する。Ａ／Ｄコンバータ４４は、受信制御部９から入力される変換開始信号に基づき、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換する。

このような構成により受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲が決定され、Ａ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能で受信信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
このとき、例えば図３に示されるように、深度Ｄ０からＤ２にまで及ぶ測定領域に対し、超音波ビームの送受信を行う際に、この測定領域内の深度方向の全域から戻ってくる超音波エコーの強度をすべてカバーするような広い強度範囲Ｓ１に対応して受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲が設定されていれば、超音波エコーの受信に起因して超音波トランスデューサ３から出力される受信信号を受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４で一度にＡ／Ｄ変換することができる。ただし、受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジを一定とした場合には、広い強度範囲に対応してＡ／Ｄ変換可能範囲を設定するほど、Ａ／Ｄ変換の分解能は低くなってしまう。

これに対し、測定領域内の各部から戻ってくる超音波エコーの強度の一部のみの強度範囲Ｓ２に対応して受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲が設定されると、Ａ／Ｄ変換可能範囲外の強度を有する、深度Ｄ１からＤ２までの点線で描かれた部分の超音波エコーに対して受信信号のＡ／Ｄ変換を行うことができなくなるが、深度Ｄ０からＤ１までの実線で描かれた部分の超音波エコーに対しては、広い強度範囲Ｓ１に対応してＡ／Ｄ変換可能範囲が設定された場合に比べ、より高い分解能で受信信号のＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。

そこで、この実施の形態１においては、図４に示されるように、受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲が、測定領域内の深度方向の全域から戻ってくる超音波エコーの強度をすべてカバーする強度範囲に対して１／２程度の強度範囲に対応するように設定されると共に、測定領域が、それぞれ受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られるような第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に分割される。そして、１回の超音波ビームの送受信では、超音波エコーに対して受信信号のすべてをＡ／Ｄ変換することができないので、第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に対して同一の超音波ビームを２回送信し、受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲をずらして、第１の測定深度領域Ｒ１に対する超音波エコーの受信と第２の測定深度領域Ｒ２に対する超音波エコーの受信を行うことで、超音波エコーに対する受信信号のすべてのＡ／Ｄ変換が行われる。

すなわち、１回目の超音波ビームの送受信においては、測定領域内の深度方向の全域からの超音波エコーの強度をすべてカバーするような強度範囲に対して１／２程度の強度範囲で且つ第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーの強度範囲に対応する第１のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定され、２回目の超音波ビームの送受信においては、利得変更回路４６でプリアンプ４２の利得を変更することにより第１のＡ／Ｄ変換可能範囲と同様のビット幅を有しながらも第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーの強度範囲に対応する第２のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定される。

そして、１回目の超音波ビームの送受信により、第１のＡ／Ｄ変換可能範囲でもって第１の測定深度領域Ｒ１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われ、２回目の超音波ビームの送受信により、第２のＡ／Ｄ変換可能範囲でもって第２の測定深度領域Ｒ２に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
なお、第１のＡ／Ｄ変換可能範囲と第２のＡ／Ｄ変換可能範囲は、互いに一部が重複するように設定されている。
また、図４では、第１のＡ／Ｄ変換可能範囲および第２のＡ／Ｄ変換可能範囲がそれぞれ超音波エコーの強度レベルに換算されたものとして示されている。

次に、実施の形態１の動作について説明する。
まず、操作者により診断装置本体２の操作部２９から超音波診断に係る測定領域が入力されると、本体制御部２８は、測定領域を深度の浅い第１の測定深度領域Ｒ１と深度の深い第２の測定深度領域Ｒ２に分割し、第１の測定深度領域Ｒ１から戻ってくる超音波エコーの強度範囲に対応する第１のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定されるように、無線通信により超音波プローブ１の受信制御部９を介して各受信信号処理部４を制御する。第１のＡ／Ｄ変換可能範囲は、各受信信号処理部４の利得変更回路４６でプリアンプ４２の利得を調整することにより設定することができる。
なお、第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーの強度範囲および第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーの強度範囲を認識するために、診断に先立って被検体に対し超音波ビームによるプレスキャンを行い、実際に超音波エコーを受信することもできる。

そして、超音波診断が開始されると、超音波プローブ１の送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から第１の超音波ビームが送信され、被検体の第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給される。
受信信号は、受信信号処理部４内のプリアンプ４２で増幅され、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去された後にＡ／Ｄコンバータ４４に入力される。このとき、利得変更回路４６によりプリアンプ４２の利得が調整されることで第１のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定されているので、第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーに対応する受信信号はＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能でＡ／Ｄ変換される。

このようにしてＡ／Ｄコンバータ４４で受信信号にＡ／Ｄ変換を施すことによりサンプルデータが生成され、このサンプルデータがパラレル／シリアル変換部５でシリアル化された後に無線通信部６から診断装置本体２へ無線伝送される。診断装置本体２の無線通信部２１で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。

次に、診断装置本体２の本体制御部２８からの指令に基づき、超音波プローブ１の受信制御部９により各受信信号処理部４の利得変更回路４６でプリアンプ４２の利得が増加され、各受信信号処理部４に、深度の深い第２の測定深度領域Ｒ２から戻ってくる超音波エコーの強度範囲に対応する第２のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定される。

そして、超音波プローブ１の送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から第１の超音波ビームと同一の第２の超音波ビームが同一の音線上に送信され、今度は第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給される。
受信信号は、受信信号処理部４内のプリアンプ４２で増幅され、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去された後にＡ／Ｄコンバータ４４に入力される。このとき、利得変更回路４６によりプリアンプ４２の利得が変更されることで第２のＡ／Ｄ変換可能範囲が設定されているので、第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーに対応する受信信号はＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能でＡ／Ｄ変換される。

Ａ／Ｄコンバータ４４で受信信号にＡ／Ｄ変換を施すことにより生成されたサンプルデータがパラレル／シリアル変換部５でシリアル化された後に無線通信部６から診断装置本体２へ無線伝送され、診断装置本体２のシリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。

このようにして各音線上の第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータおよび第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータが順次データ格納部２３に格納される。１フレーム分のサンプルデータがデータ格納部２３に格納されると、これら第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータおよび第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータを用いて画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づき表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。

以上のように、測定領域を第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に分割し、１回目の超音波ビームの送受信により、第１のＡ／Ｄ変換可能範囲で第１の測定深度領域Ｒ１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換を行い、２回目の超音波ビームの送受信により、第２のＡ／Ｄ変換可能範囲で第２の測定深度領域Ｒ２に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換を行うので、各受信信号処理部４内のＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジを有効に活用することができ、高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることが可能となる。

この実施の形態１においては、第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に対応して同一の音線上に２回の超音波ビームの送信が行われるが、例えば第１の超音波ビームおよび第２の超音波ビームを、それぞれ２本の音線領域にまたがる幅狭部を有するような幅広の超音波ビームとして２本の音線毎に送受信を行うことにより、フレームレートの低下を来すことなく、超音波画像を生成することができる。

実施の形態２
上記の実施の形態１では、１回目の超音波ビームの送受信と２回目の超音波ビームの送受信において、同一の超音波ビームを送信し、第１の測定深度領域Ｒ１に対する第１のＡ／Ｄ変換可能範囲と第２の測定深度領域Ｒ２に対する第２のＡ／Ｄ変換可能範囲とを互いにずらすことで、測定領域内の深度方向の全域からの超音波エコーに対応する受信信号のＡ／Ｄ変換を行った。これに対し、実施の形態２は、図５に示されるように、１回目の超音波ビームの送受信と２回目の超音波ビームの送受信において、各受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲を同一とし、送信する超音波ビームの振幅を変化させることで、超音波ビームの強度を変化させ、測定領域内の深度方向の全域からの超音波エコーに対応する受信信号のＡ／Ｄ変換を行うようにしたものである。

実施の形態１と同様に、本体制御部２８により、測定領域が深度の小さい第１の測定深度領域Ｒ１と深度の大きい第２の測定深度領域Ｒ２に分割され、１回目の第１の超音波ビームの送受信により、各受信信号処理部４に設定されたＡ／Ｄ変換可能範囲で深度の大きい第２の測定深度領域Ｒ２に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われ、第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータが診断装置本体２のデータ格納部２３に格納される。

次に、診断装置本体２の本体制御部２８からの指令に基づき、超音波プローブ１の送信制御部８の制御の下で、送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から第１の超音波ビームより振幅の小さな第２の超音波ビームが送信される。これにより、１回目の第１の超音波ビームの送受信のときよりも強度の小さな超音波エコーが得られ、深度の小さい第１の測定深度領域Ｒ１からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給され、Ａ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能でＡ／Ｄ変換されて、第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータが診断装置本体２のデータ格納部２３に格納される。

このようにしてデータ格納部２３に格納された第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータおよび第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータを用いて画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づき表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。

この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、各受信信号処理部４内のＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジを有効に活用することができ、高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることが可能となる。
なお、送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から送信される超音波ビームの振幅の代わりに、あるいは、振幅と共に、超音波ビームの波数および中心周波数の少なくとも一方を変化させても、送信する超音波ビームの強度を変化させることができる。

実施の形態３
上記の実施の形態２では、１回目の超音波ビームの送受信と２回目の超音波ビームの送受信において、各受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲を同一とし、送信する超音波ビームの振幅を変化させることで、測定領域内の深度方向の全域からの超音波エコーに対応する受信信号のＡ／Ｄ変換を行ったが、送信する超音波ビームの振幅を変化させる代わりに、図６に示されるように、送信する超音波ビームの焦点位置を変化させてもよい。

実施の形態１および２と同様に、本体制御部２８により、測定領域が第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に分割され、１回目の第１の超音波ビームの送受信により、各受信信号処理部４に設定されたＡ／Ｄ変換可能範囲で第１の測定深度領域Ｒ１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換が行われ、第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータが診断装置本体２のデータ格納部２３に格納される。

次に、診断装置本体２の本体制御部２８からの指令に基づき、超音波プローブ１の送信制御部８の制御の下で、第１の超音波ビームにおける焦点位置とは異なる焦点位置を有するように、送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から第２の超音波ビームが送信される。これにより、第１の超音波ビームに対する超音波エコーとは異なる波形の超音波エコーが得られ、第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給され、Ａ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能でＡ／Ｄ変換されて、第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータが診断装置本体２のデータ格納部２３に格納される。

このようにしてデータ格納部２３に格納された第１の測定深度領域Ｒ１に対応するサンプルデータおよび第２の測定深度領域Ｒ２に対応するサンプルデータを用いて画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づき表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。
なお、第２の測定深度領域Ｒ２からの超音波エコーが受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲に対応した強度を有するように第２の超音波ビームの焦点位置を形成する必要がある。

この実施の形態３においても、実施の形態１および２と同様に、各受信信号処理部４内のＡ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジを有効に活用することができ、高画質の超音波画像の生成と省電力化を図ることが可能となる。

上記の実施の形態２では、送信する超音波ビームの振幅を変化させることにより、また、実施の形態３では、送信する超音波ビームの焦点位置を変化させることにより、それぞれ１回目と２回目とで送信される超音波ビームの強度を制御したが、これに限るものではなく、超音波ビームの送信に使用されるアレイトランスデューサの素子数すなわち開口幅を変化させることによっても、送信される超音波ビームの強度を制御することができる。このため、複数の測定深度領域に対応して超音波ビームの送信に使用される超音波トランスデューサ３の数が変化するように送信駆動部７を制御しても、同様の効果が得られる。具体的には、深度が小さい測定深度領域ほど超音波ビームの送信に使用される超音波トランスデューサ３の数が少なくなるように送信駆動部７が制御される。
さらに、１回目と２回目とで、送信する超音波ビームの振幅、焦点位置、および使用される超音波トランスデューサ３の数のうち２つ以上を同時に変化させることもできる。

上記の実施の形態１〜３では、測定領域を第１の測定深度領域Ｒ１と第２の測定深度領域Ｒ２に２分割したが、これに限るものではなく、それぞれ受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる３つ以上の測定深度領域に分割し、分割された複数の測定深度領域にそれぞれ対応して超音波ビームの送信を複数回行うことで、測定領域内の深度方向の全域からの超音波エコーに対応する受信信号をＡ／Ｄ変換することもできる。
この場合、複数の測定深度領域に対応して同一の音線上に順次送信される複数の超音波ビームを、それぞれ複数の音線領域にまたがる幅狭部を有するような幅広の超音波ビームとし、複数の音線毎に送受信を行うことにより、フレームレートの低下を抑制しつつ超音波画像を生成することができる。

上記の実施の形態２および３では、１回目の超音波ビームの送受信と２回目の超音波ビームの送受信において、各受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲を変化させることなく、同一のＡ／Ｄ変換可能範囲を用いるので、図２に示した利得変更回路４６は不要となる。

上記の実施の形態１〜３では、超音波プローブ１と診断装置本体２とが互いに無線通信により接続されていたが、これに限るものではなく、接続ケーブルを介して超音波プローブ１が診断装置本体２に接続されていてもよい。この場合には、超音波プローブ１の無線通信部６および通信制御部１０、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２７等は不要となる。

１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ 超音波トランスデューサ、４ 受信信号処理部、５ パラレル／シリアル変換部、６ 無線通信部、７ 送信駆動部、８ 送信制御部、９ 受信制御部、１０ 通信制御部、１１ プローブ制御部、２１ 無線通信部、２２ シリアル／パラレル変換部、２３ データ格納部、２４ 画像生成部、２５ 表示制御部、２６ 表示部、２７ 通信制御部、２８ 本体制御部、２９ 操作部、３０ 格納部、３１ 整相加算部、３２ 画像処理部、４１ クリップ回路、４２ プリアンプ、４３ ローパスフィルタ、４４ Ａ／Ｄコンバータ、４５ 利得設定回路、４６ 利得変更回路、Ｒ１ 第１の測定深度領域、Ｒ２ 第２の測定深度領域。

Claims (9)

1. 送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で処理することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記受信信号処理部は、測定領域内の深度方向の全域から得られる受信信号の振幅範囲より小さなＡ／Ｄ変換可能範囲を有し、
   前記測定領域をそれぞれ前記受信信号処理部のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる複数の測定深度領域に分割し且つこれら複数の測定深度領域にそれぞれ対応して前記アレイトランスデューサから超音波ビームの送信が複数回行われるように前記送信駆動部を制御すると共に各測定深度領域に対応して送信された超音波ビームにより各測定深度領域に対する受信データが得られるように前記受信信号処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記制御部は、前記複数の測定深度領域に応じて受信信号に対する増幅の利得が変化するように前記受信信号処理部を制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記制御部は、深度が大きい測定深度領域ほど受信信号に対する増幅の利得が増加するように前記受信信号処理部を制御する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記制御部は、前記複数の測定深度領域に対応して送信される超音波ビームの振幅が変化するように前記送信駆動部を制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記制御部は、深度が小さい測定深度領域ほど送信される超音波ビームの振幅が小さくなるように前記送信駆動部を制御する請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記制御部は、前記複数の測定深度領域に対応して送信される超音波ビームの焦点位置が変化するように前記送信駆動部を制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記制御部は、前記複数の測定深度領域に対応して超音波ビームの送信に使用される前記アレイトランスデューサの素子数が変化するように前記送信駆動部を制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記制御部は、深度が小さい測定深度領域ほど超音波ビームの送信に使用される前記アレイトランスデューサの素子数が少なくなるように前記送信駆動部を制御する請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で処理することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
   前記受信信号処理部は、測定領域内の深度方向の全域から得られる受信信号の振幅範囲より小さなＡ／Ｄ変換可能範囲を有し、
   前記測定領域をそれぞれ前記受信信号処理部のＡ／Ｄ変換可能範囲より小さい振幅範囲の受信信号が得られる複数の測定深度領域に分割し、
   前記複数の測定深度領域にそれぞれ対応して前記アレイトランスデューサから超音波ビームの送信が複数回行われるように前記送信駆動部を制御し、
   各測定深度領域に対応して送信された超音波ビームにより各測定深度領域に対する受信データが得られるように前記受信信号処理部を制御する
   ことを特徴とする超音波画像生成方法。

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