JP6469746B2 - 超音波診断装置及び制御プログラム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置及び制御プログラムに関する。
超音波画像（例えばＢモード画像）の映像法では、受信指向性を有する受信ビームを形成するビームフォーミングが行なわれる。現在の超音波診断装置では、ＤＡＳ（Delay And Sum）を用いた受信ビームフォーミングが主流である。ＤＡＳは、各振動子が受信した反射波信号に遅延時間をかけた後に加算を行なってビーム形成を行なう方法である。
一方、従来、無線通信等の分野では、所望の対象物からの希望波を出力するアダプティブアレイ（Adaptive Array）法が広く用いられている。アダプティブアレイ法は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナを設け、各アンテナ素子に与える重み付けを伝播環境に応じて適応的に制御することで、受信信号に指向性を与える方法である。
また、近年、より高画質なＢモード画像を得るために、超音波画像の映像法にアダプティブアレイ法を適用した超音波画像の映像法が開発されている。かかる方法では、例えば、ＭＶ（Minimum Variance）法や、ＡＰＥＳ（Amplitude and Phase Estimation）法）により、各振動子が受信した反射波信号に応じて、重み付けが適応的に設計される。
上記の方法を行なうと、メインビームによる信号成分に対して方向の異なるサイドローブによる信号成分は、ノイズと見なされて軽減される。その結果、超音波診断装置は、診断の妨げとなるサイドローブが低減されたＢモード画像を生成することができる。一方、診断の妨げとなるＢモード画像のアーチファクトには、サイドローブの他に、多重反射がある。しかし、多重反射成分は、メインビームの信号成分と方向が同じであるため、アダプティブアレイ処理を用いても、十分に低減することができなかった。
Blomberg et al., "APES Beamforming Applied to Medical Ultrasound Imaging", IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings 2009, 2347-2350 Park et al, "Adaptive beamforming for photoacoustic imaging using linear array transducer", IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings 2008, 1088-1091
本発明が解決しようとする課題は、アダプティブアレイを用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像を生成することができる超音波診断装置及び制御プログラムを提供することである。
実施形態の超音波診断装置は、設定部と、受信遅延部と、アダプティブアレイ処理部と、画像生成部とを備える。設定部は、受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に設定する。受信遅延部は、受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記受信開口で受信された反射波信号群を出力する。アダプティブアレイ処理部は、前記受信遅延部が出力した前記受信開口の反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて前記反射波信号群を重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記走査線の反射波データを生成する。画像生成部は、前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する。前記アダプティブアレイ処理部は、前記反射波信号群としてハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なう。
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を説明するための図である。 図２は、アダプティブアレイ法を説明するための図である。 図３は、従来技術の課題を説明するための図である。 図４は、第１の実施形態に係る受信部の構成例を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る受信開口の設定例を示す図（１）である。 図６は、第１の実施形態に係る受信開口の設定例を示す図（２）である。 図７は、第１の実施形態に係る受信開口の設定例を示す図（３）である。 図８は、第１の実施形態に係る受信開口の設定法の課題を説明するための図（１）である。 図９は、第１の実施形態に係る受信開口の設定法の課題を説明するための図（２）である。 図１０は、第２の実施形態を説明するための図（１）である。 図１１は、第２の実施形態を説明するための図（２）である。 図１２は、第２の実施形態を説明するための図（３）である。 図１３は、第２の実施形態を説明するための図（４）である。 図１４は、第２の実施形態を説明するための図（５）である。 図１５は、第４の実施形態に係る受信部の構成例を説明するための図である。 図１６は、第４の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例を示すフローチャートである。 図１７は、第５の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、第６の実施形態を説明するための図（１）である。 図１９は、第６の実施形態を説明するための図（２）である。 図２０は、第６の実施形態を説明するための図（３）である。 図２１は、２分割ＡＰＥＳ法の課題を説明するための図（１）である。 図２２は、２分割ＡＰＥＳ法の課題を説明するための図（２）である。 図２３は、第７の実施形態を説明するための図（１）である。 図２４は、第７の実施形態を説明するための図（２）である。 図２５は、第７の実施形態を説明するための図（３）である。 図２６は、第８の実施形態を説明するための図（１）である。 図２７は、第８の実施形態を説明するための図（２）である。 図２８は、第９の実施形態を説明するための図（１）である。 図２９は、第９の実施形態を説明するための図（２）である。 図３０は、第１０の実施形態を説明するための図である。 図３１は、第１１の実施形態を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、超音波診断装置の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を説明するための図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１と、モニタ２と、入力装置３と、装置本体１０とを有する。
超音波プローブ１は、複数の振動子（例えば、振動子）を有し、これら複数の振動子は、後述する装置本体１０が有する送信部１１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１が有する複数の振動子は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１は、振動子に設けられる整合層と、振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。
超音波プローブ１から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１が有する複数の振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。
なお、超音波プローブ１は、装置本体１０と着脱自在に接続される。装置本体１０に接続される超音波プローブ１には、一列に配置された複数の振動子（振動子列）を有するリニア型超音波プローブ、コンベックス型超音波プローブ、セクタ型超音波プローブ等がある。リニア型超音波プローブやコンベックス型超音波プローブは、振動子列内で開口（送信開口及び受信開口）を移動して超音波走査を行なうプローブである。セクタ型超音波プローブは、振動子列内で開口（送信開口及び受信開口）の位置を一定として走査方向を偏向して超音波走査を行なうプローブである。
入力装置３は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等を有し、超音波診断装置の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１０に対して受け付けた各種設定要求を転送する。
モニタ２は、超音波診断装置の操作者が入力装置３を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１０において生成された超音波画像データ等を表示したりする。
装置本体１０は、超音波プローブ１が受信した反射波信号に基づいて超音波画像データを生成する装置であり、図１に示すように、送信部１１と、受信部１２と、Ｂモード処理部１３と、ドプラ処理部１４と、画像生成部１５と、画像メモリ１６と、内部記憶部１７と、制御部１８と、設定部１９とを有する。
送信部１１は、超音波送信における送信指向性を制御する。すなわち、送信部１１は、送信ビームフォーマーである。具体的には、送信部１１は、レートパルサ発生器、送信遅延部、送信パルサ等を有し、超音波プローブ１に駆動信号を供給する。レートパルサ発生器は、所定のレート周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。レートパルスは、送信遅延部を通ることで異なる送信遅延時間を有した状態で送信パルサへ電圧を印加する。すなわち、送信遅延部は、超音波プローブ１から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な振動子ごとの送信遅延時間を、レートパルサ発生器が発生する各レートパルスに対し与える。送信パルサは、かかるレートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。
駆動パルスは、送信パルサからケーブルを介して超音波プローブ１内の振動子まで伝達した後に、振動子において電気信号から機械的振動に変換される。この機械的振動は、生体内部で超音波として送信される。振動子ごとに異なる送信遅延時間を持った超音波は、収束されて、所定方向に伝搬していく。送信遅延部は、各レートパルスに対し与える送信遅延時間を変化させることで、振動子面からの送信方向を任意に調整する。送信部１１は、超音波ビームの送信に用いる振動子の数及び位置（送信開口）と、送信開口を構成する各振動子の位置に応じた送信遅延間とを制御することで、送信指向性を与える。
なお、送信部１１は、後述する制御部１８の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、または、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
超音波プローブ１が送信した超音波の反射波は、超音波プローブ１内部の振動子まで到達した後、振動子において、機械的振動から電気的信号（反射波信号）に変換され、受信部１２に入力される。
受信部１２は、超音波受信における受信指向性を制御する。すなわち、受信部１２は、受信ビームフォーマーである。具体的には、受信部１２は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換部、受信遅延部等を有し、超音波プローブ１が受信した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波データを生成する。
プリアンプは、反射波信号をチャンネルごとに増幅してゲイン調整を行なう。Ａ／Ｄ変換部は、ゲイン補正された反射波信号をＡ／Ｄ変換することでゲイン補正された反射波信号をデジタルデータに変換する。受信遅延部は、受信指向性を決定するのに必要な受信遅延時間を与える。受信部１２は、反射波の受信に用いる振動子の数及び位置（受信開口）と、受信開口を構成する各振動子の位置に応じた受信遅延時間とを制御することで、受信指向性を与える。なお、受信遅延時間は、振動子の位置とともに、受信フォーカスの位置に応じて異なる。また、受信部１２は、ＤＶＡＦ（Dynamic Variable Aperture Focus）法を実行可能である。ＤＶＡＦ法を行なう場合、受信部１２は、近くから返ってくる信号を受信する場合は、受信開口幅を小さくして、近距離の受信ビームを細くする。また、ＤＶＡＦ法を行なう場合、受信部１２は、遠くから返ってくる信号を受信する場合は、受信開口幅が大きいほど強いフォーカスをかけられるので、距離に応じて受信開口幅を大きくする。なお、受信部１２は、ＤＶＡＦ法を行なう場合、受信開口幅の調整とともに、受信感度の補正を行なう。
ここで、受信遅延部から出力される信号は、位相情報を有している信号であり、例えば、後述するＩＱ信号である。この場合、受信部１２は、まず、直交検波処理により、ゲイン補正された反射波信号をベースバンド帯域の同相信号（Ｉ信号、Ｉ：In-phase）と直交信号（Ｑ信号、Ｑ：Quadrature-phase）とに変換し、Ａ／Ｄ変換部に出力する。或いは、受信部１２は、まず、直交検波処理により、Ａ／Ｄ変換後のデジタルデータをＩ信号とＱ信号とに変換し、次に、各チャンネルのＩＱ信号に対して必要な受信遅延時間処理を行なう。これにより、受信遅延部は、遅延をかけたＩＱ信号を出力する。
ここで、従来構成では、受信部１２は、受信遅延時間が与えられたデジタルデータを加算することで、予め設定された受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された反射波データを生成する遅延加算（ＤＡＳ：Delay And Sum）法を行なっている。一方、本実施形態に係る受信部１２は、ＤＡＳ法に基づく受信指向性を有する反射波データを生成可能であるとともに、アダプティブアレイ（Adaptive Array）法に基づく受信指向性を有する反射波データを生成可能である。アダプティブアレイ法とは、指向性を形成するために、チャンネル信号に遅延をかけ、遅延をかけたチャンネル信号を適応的に重み付け加算するアレイ映像系のモデルに適用される方法である。より具体的には、複数の振動子を配列したアレイ振動子群を設け、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付け（一般的には複素数係数となる）を伝播環境に応じて適応的に制御することで、環境に応じて最適化された指向性を受信信号に与える。図２は、アダプティブアレイ法を説明するための図である。
図２では、受信開口を構成する振動子群（チャンネル群）を、Ｍ個の素子（ｉ＝０、１、・・・、ｍ、ｍ＋１、・・・Ｍ）で例示している。また、図２では、振動子群の配列面から同一の深さに位置する反射源（サンプル点）を、Ｐ個の音源（０、１、・・・、ｐ、ｐ＋１、・・・、Ｐ−１）で例示している。
アダプティブアレイ法を行なう受信部１２は、受信遅延部により遅延がかけられた状態の各素子の受信信号（ＩＱ信号）を入力とし、遅延後の各素子の受信信号同士の相関行列「ＲＸ」を算出する。そして、受信部１２は、相関行列「ＲＸ」から、最適な重み係数ｗ（ｗ０、ｗ１、・・・、ｗｍ、ｗｍ＋１、・・・、ｗＭ）を、各点（各素子）で決定する。具体的には、受信部１２は、相関行列「ＲＸ」の固有値「λ」を算出し、固有値「λ」を用いて、最適な重み係数を決定する。或いは、行列の固有値から求める方法だけでなく、等価な方法ならば反復法等を用いても良い。なお、入力データセットがＩＱ信号であることから、受信部１２が決定する重み係数は、複素数となる。また、重み係数は、振動子及びサンプル点ごとに決定される。
ここで、図２に示すように、偏向角「θ」は、音源の位置と素子の位置とにより変化する。このため、固有値「λ」は、偏向角「θ」により変化する。また、相関行列「ＲＸ」は、入力信号の状態にも依存する。このため、受信部１２は、伝播環境に応じて適応的に変化する重み係数ｗを、各振動子で決定することになる。なお、受信部１２は、相関行列「ＲＸ」から重み係数ｗを決定する設計方法として、例えば、ＭＶ（Minimum Variance）法、又は、ＡＰＥＳ（Amplitude and Phase Estimation）法を用いる。或いは、受信部１２は、適応的にサイドローブを低減する方法であれば他の設計方法を用いても良い。
ＭＶ法は、映像化したい方向のアレイゲインを「１」とし、それ以外の方向からの信号のエネルギーを最小化するように重み係数を決定する方法である。例えば、ＭＶ法では、有限個の音源の場合、映像化したい方向の音源への応答がゲイン「１」で、それ以外の音源方向への指向性を「０（Ｎｕｌｌ点）」とするように重み係数が決定される。また、ＡＰＥＳ法では、映像化したい方向からの平面波との誤差を最小とするように重み係数が決定される。以下の各実施形態では、受信部１２が、アダプティブアレイ処理をＡＰＥＳ法に基づいて行なう場合について説明する。ただし、以下の各実施形態で説明する内容は、受信部１２が、アダプティブアレイ処理をＭＶ法に基づいて行なう場合であっても適用可能である。
上記の様な設計方法に基づくアダプティブアレイ法を行なうことで、受信部１２は、環境、すなわち、生体の状況に応じて受信信号に含まれるサイドローブに由来する反射波成分が最小化され、且つ、メインローブに由来する反射波成分が最大化された状態で、反射波データを生成することができる。なお、超音波診断装置で用いられるアダプティブアレイ法では、相関行列を求める際に必要となるアンサンブル処理（統計的なランク低減）を行なう代わりに、受信開口の振動子群を複数のサブアレイに分割し、各サブアレイの信号系列を用いたランク低減処理により、重み係数の決定が行なわれるのが一般的である。この際に、複数のサブアレイは、互いの振動子群が重複するように設定されても良い。
図１に戻って、Ｂモード処理部１３は、受信部１２が生成した反射波データに対して、対数増幅、包絡線検波処理、対数圧縮などを行なって、サンプル点ごとの信号強度（振幅強度）が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。
ドプラ処理部１４は、受信部１２が生成した反射波データを周波数解析することで、走査範囲内にある移動体のドプラ効果に基づく運動情報を抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。具体的には、ドプラ処理部１４は、移動体の運動情報として、平均速度、分散値、パワー値などを多点に渡り抽出したドプラデータを生成する。
画像生成部１５は、Ｂモード処理部１３及びドプラ処理部１４が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成部１５は、Ｂモード処理部１３が生成したＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像データを生成する。また、画像生成部１５は、ドプラ処理部１４が生成したドプラデータから移動体情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像データを生成する。
ここで、画像生成部１５は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビなどに代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成部１５は、超音波プローブ１による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成部１５は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。
すなわち、Ｂモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成部１５が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Ｂモードデータ及びドプラデータは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。
画像メモリ１６は、画像生成部１５が生成した画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ１６は、Ｂモード処理部１３やドプラ処理部１４が生成したデータを記憶することも可能である。画像メモリ１６が記憶するＢモードデータやドプラデータは、例えば、診断の後に操作者が呼び出すことが可能となっており、画像生成部１５を経由して表示用の超音波画像データとなる。
内部記憶部１７は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。例えば、内部記憶部１７は、ハーモニックイメージングを行なうためのスキャンシーケンス等を記憶する。また、内部記憶部１７は、必要に応じて、画像メモリ１６が記憶するデータの保管等にも使用される。
設定部１９は、受信開口を設定し、設定した受信開口を受信部１２に通知する。受信部１２は、設定部１９から通知された受信開口の設定情報に基づいて、超音波受信に用いる受信開口を制御する。なお、第１の実施形態に係る設定部１９の処理内容については、後に詳述する。
制御部１８は、超音波診断装置の処理全体を制御する。具体的には、制御部１８は、入力装置３を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部１７から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送信部１１、受信部１２、Ｂモード処理部１３、ドプラ処理部１４、画像生成部１５及び設定部１９の処理を制御する。また、制御部１８は、画像メモリ１６が記憶する表示用の超音波画像データをモニタ２にて表示するように制御する。
以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る超音波診断装置は、受信部１２がアダプティブアレイ処理を用いて生成した反射波データを用いて、超音波画像データ（Ｂモード画像データ）を生成表示する。
上述したように、アダプティブアレイ処理が行なわれることで、メインビームによる信号成分に対して方向の異なるサイドローブによる信号成分は、ノイズと見なされて軽減される。その結果、図１に示す超音波診断装置は、診断の妨げとなるサイドローブが低減されたＢモード画像データを生成することができる。一方、診断の妨げとなるＢモード画像データのアーチファクトには、サイドローブの他に、多重反射がある。しかし、多重反射成分は、メインビームの信号成分と方向が同じであるため、アダプティブアレイ処理を用いても、十分に低減することができなかった。これについて、図３を用いて説明する。図３は、従来技術の課題を説明するための図である。
図３に示す「Aperture」は、受信開口である。図３では、受信開口の幅を両矢印線で示している。図３は、リニア走査、又は、セクタ走査で受信開口直下の反射源から反射波を受信した場合における、受信開口と走査線（ビーム）方向（図中の「Receiving direction」を参照）との位置関係を表している。また、図３に示すＰ１は、走査線方向に位置する反射源であり、図３に示すＰ２は、走査線方向に位置し、反射源Ｐ１より受信開口に近い場所に位置する反射源である。図３では、反射源Ｐ１と受信開口との距離が、反射源Ｐ２と受信開口との距離の２倍となっている。また、図３に示すＷＦ１は、反射源Ｐ１からの反射波の波面（wave front）であり、図３に示すＷＦ２は、反射源Ｐ２からの反射波の波面である。
仮に、反射源Ｐ２で反射された反射波が超音波プローブ１の表面で１回反射して生体内に再入射し、更に、再入射した反射波が反射源Ｐ２で反射されて反射波信号として受信されたとする。かかる場合、多重反射無しで反射源Ｐ１から反射された反射波が受信開口に到達する時間と、１回多重反射で反射源Ｐ２から反射された反射波が受信開口に到達する時間とは、同じである。このため、１回多重反射で反射源Ｐ２から反射された反射波は、Ｂモード画像データにおいては、反射源Ｐ１で反射された反射波と同じ位置として描出される。すなわち、多重反射が発生すると、Ｂモード画像データでは、反射波の最終出発点は、実際の位置より深い位置で描出される。
ここで、到達する時間が同じでも、最終出発点の位置が異なるため、多重反射無しで反射源から反射された反射波の波面と、多重反射で反射源から反射された反射波の波面とは、異なる。例えば、図３に示すように、反射源Ｐ１を中心として広がるＷＦ１と、反射源Ｐ２を中心として広がるＷＦ２とは、異なる。ここで、従来、受信開口の位置は、図３に示すように、ビーム形成を行なう走査線（受信走査線）方向に対して対称に設定されている。すなわち、従来、受信走査線の位置は、受信開口の中心となっている。
しかし、受信開口を、ビーム形成を行なう走査線方向に対して非対称に開けば、多重反射成分の方向は、メインビームの信号成分の方向とは異なる方向となる。すなわち、ビーム形成を行なう走査線方向に対して受信開口を非対称に開けば、メインビームの信号成分の方向とは異なる方向の多重反射成分は、ＡＰＥＳ法やＭＶ法によるアダプティブアレイ処理により、サイドローブ成分と見なされて除去することが可能となる。
そこで、第１の実施形態に係る設定部１９は、アダプティブアレイを用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像データを生成するために、受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に設定する。
そして、第１の実施形態に係る受信部１２は、設定部１９が設定した受信開口に基づいて、反射波データを生成する。図４は、第１の実施形態に係る受信部の構成例を説明するための図である。
図４に示すように、第１の実施形態に係る受信部１２は、プリアンプ１２１と、Ａ／Ｄ変換部１２２と、受信遅延部１２３と、アダプティブアレイ処理部１２４とを有する。プリアンプ１２１と、Ａ／Ｄ変換部１２２と、受信遅延部１２３とは、図１を用いた説明で上述したプリアンプと、Ａ／Ｄ変換部と、受信遅延部とにそれぞれ対応する。また、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２を用いて説明したアダプティブアレイ処理を行なう処理部である。なお、図４に例示するアダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理が定義されたプログラムをソフトウェア処理により実行するプロセッサーで構成される。具体的には、図４に例示するアダプティブアレイ処理部１２４として機能するプロセッサーは、超音波走査の実行中に、超音波画像データが略リアルタイムで生成される速度でアダプティブアレイ処理を実行可能なプロセッサーである。例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）により構成される。
受信遅延部１２３は、受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、設定部１９が設定した受信開口で受信された反射波信号群を出力する。受信遅延部１２３が出力する信号群は、例えば、受信開口で受信された「位相情報を含むＩＱ信号群」である。
そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、受信遅延部１２３が出力した受信開口の反射波信号群に対してアダプティブアレイ処理を行なって、走査線の反射波データを生成する。アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理を１フレーム分の全走査線で行なって、１フレーム分の反射波データを生成する。そして、図４に示すＢモード処理部１３は、アダプティブアレイ処理部１２４が出力した１フレーム分の反射波データから１フレーム分のＢモードデータを生成する。そして、図４に示す画像生成部１５は、１フレーム分のＢモードデータを用いて、超音波画像データ（Ｂモード画像データ）を生成する。
以下、図５〜図７を用いて、第１の実施形態に係る設定部１９により設定される受信開口について具体的に説明する。図５〜図７は、第１の実施形態に係る受信開口の設定例を示す図である。
受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に開くには、受信開口の中心位置を、受信走査線位置からずらせば良い。そこで、例えば、設定部１９は、図５に示す受信開口「Aperture1」を設定する。図５では、受信開口「Aperture1」の幅を両矢印線で示している。また、図５では、図３と同様に、受信ビームを形成する走査線方向を「Receiving direction」で示している。
図５に示す一例では、設定部１９は、図３に示す受信開口「Aperture」の左側半分を受信開口から除外して、右側半分とすることで、「Aperture1」を設定している。すなわち、図５に示す「Aperture1」の開口幅は、図３に示す受信開口「Aperture」の開口幅の半分となる。図５に示す一例では、設定部１９は、「Aperture1」の左端が、受信ビームの中心に位置する走査線の位置となるように設定する。図５に示す「Aperture1」を用いることで、走査線を斜め方向から観察することになるので、反射源Ｐ１からの反射波の波面ＷＦ１と、反射源Ｐ２からの反射波の波面ＷＦ２とを異なる波面として観察することができる。その結果、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理により、多重反射成分が除去された反射波データを生成することができる。
或いは、例えば、設定部１９は、図６に示す受信開口「Aperture1’」を設定する。図６では、受信開口「Aperture1’」の幅を両矢印線で示している。また、図６では、図３と同様に、受信ビームを形成する走査線方向を「Receiving direction」で示している。
図６に示す一例では、設定部１９は、図３に示す受信開口「Aperture」の右側半分を受信開口から除外して、左側半分とすることで、「Aperture1’」を設定している。すなわち、図６に示す「Aperture1’」の開口幅は、図３に示す受信開口「Aperture」の開口幅の半分となる。図６に示す一例では、設定部１９は、「Aperture1’」の右端が、受信ビームの中心に位置する走査線の位置となるように設定する。図６に示す「Aperture1’」を用いた場合でも、反射源Ｐ１からの反射波の波面ＷＦ１と、反射源Ｐ２からの反射波の波面ＷＦ２とを異なる波面として観察することができる。その結果、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理により、多重反射成分が除去された反射波データを生成することができる。
或いは、例えば、設定部１９は、図７に示す受信開口「Aperture1’’」を設定する。図７では、受信開口「Aperture1’’」の幅を両矢印線で示している。また、図７では、図３と同様に、受信ビームを形成する走査線方向を「Receiving direction」で示している。図７に示す一例では、設定部１９は、図３に示す受信開口「Aperture」の開口幅と同じ開口幅であり、且つ、図３に示す受信開口「Aperture」の左端が受信ビームの中心に位置する走査線の位置となる「Aperture1’’」を設定する。図７に示す「Aperture1’’」を用いた場合でも、波面ＷＦ１と、波面ＷＦ２とを異なる波面として観察することができる。その結果、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理により、多重反射成分が除去された反射波データを生成することができる。なお、例えば、設定部１９は、図３に示す受信開口「Aperture」の開口幅と同じ開口幅であり、且つ、図３に示す受信開口「Aperture」の右端が受信ビームの中心に位置する走査線の位置となる受信開口を設定しても良い。
一般的なリニア走査及びコンベックス走査では、超音波プローブ１が有する振動子群のうち、受信開口の位置を移動することでＢモード画像データが撮像される。このような走査形態では、図５〜図７で例示した「受信走査線位置と受信開口の位置との位置関係」を保った状態で受信開口の位置を移動して、例えば、ＡＰＥＳ法を用いたアダプティブアレイ処理を行なうことで、Ｂモード画像データ中の多重反射成分を効果的に除去することができる。
上述したように、第１の実施形態では、受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に設定して、アダプティブアレイ処理を行なう。その結果、第１の実施形態では、アダプティブアレイを用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像データを生成することができる。
また、第１の実施形態では、アダプティブアレイ処理部１２４を、例えば、ＧＰＵにより構成することで、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像データを略リアルタイムで生成表示することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なる方法で、受信開口が設定される場合について説明する。
超音波プローブ１が有する振動子の数が有限であるため、図５〜図７で例示した「受信走査線位置と受信開口の位置との位置関係」で単純に超音波走査を行なうと、全体の走査範囲が制限されることになる。すなわち、第１の実施形態で説明した受信開口の設定法では、視野幅が狭くなる。更に、第１の実施形態で説明した受信開口の設定法では、常に斜め方向から走査線位置を見込むことになるために、Ｂモード画像に、走査対象のスペックルパターンが、開口位置をずらした方向である左右のどちらか一方に常に斜めに描出されてしまう場合がある。図８及び図９は、第１の実施形態に係る受信開口の設定法の課題を説明するための図である。
図８は、図５に例示した「Aperture1」を用いて、ＡＰＥＳ法でアダプティブアレイ処理を行なったシミュレーションにより得られた点物体のイメージング結果である。図８に示すイメージング結果では、受信走査線位置に対して右側にずらした受信開口を用いた結果、左上から右下に向かって斜め方向のスペックルパターンが出現している。また、図９は、図６に例示した「Aperture1’」を用いて、ＡＰＥＳ法でアダプティブアレイ処理を行なったシミュレーションにより得られた点物体のイメージング結果である。図９に示すイメージング結果では、受信走査線位置に対して左側にずらした受信開口を用いた結果、右上から左下に向かって斜め方向のスペックルパターンが出現している。
すなわち、第１の実施形態に係る設定法では、視野幅が狭くなるという課題に加え、多重軽減効果を得るために非対称に開けた受信開口の開口幅を大きくする必要がある。しかし、第１の実施形態に係る設定法では、受信開口幅を大きくすると、斜め方向のスペックルパターンの傾斜が大きくなるというトレードオフが生じる。
そこで、第２の実施形態に係る設定部１９は、上述した第１の実施形態の課題を解消可能であり、且つ、多重軽減効果が得られるように、以下に説明するように、受信開口を設定する。
すなわち、第２の実施形態に係る設定部１９は、受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する。そして、第２の実施形態に係る受信遅延部１２３は、受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する。すなわち、受信遅延部１２３は、各受信開口の遅延後のＩＱ信号群を出力する。
そして、第２の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、受信遅延部１２３が出力した複数の受信開口それぞれのＩＱ信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行なって、複数の受信開口それぞれの反射波データを生成する。そして、第２の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、生成した複数の受信開口それぞれの反射波データを重み付け加算して、走査線の反射波データを生成する。アダプティブアレイ処理部１２４は、上記の処理を１フレーム分の全走査線で行なって、１フレーム分の反射波データを生成する。そして、Ｂモード処理部１３は、アダプティブアレイ処理部１２４が出力した１フレーム分の反射波データから１フレーム分のＢモードデータを生成する。そして、画像生成部１５は、１フレーム分のＢモードデータを用いて、超音波画像データ（Ｂモード画像データ）を生成する。
なお、第２の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、第１の実施形態と同様に、アダプティブアレイ処理が定義されたプログラムをソフトウェア処理により実行するプロセッサー、例えば、ＧＰＵにより構成される。また、以下では、第２の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４がＡＰＥＳ法を用いたアダプティブアレイ処理を行なうとして説明する。だだし、第２の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、ＭＶ法を用いたアダプティブアレイ処理を行なっても良い。
以下、第２の実施形態について、図１０〜図１４及び数式を用いて具体的に説明する。図１０〜図１４は、第２の実施形態を説明するための図である。
例えば、設定部１９は、図１０に示すように、受信開口を、左右の２つの受信開口（Ａｐ１及びＡｐ２）に分割する。なお、図１０では、Ａｐ１及びＡｐ２それぞれの幅を２つの両矢印線で示している。また、図１０では、図３と同様に、受信ビームを形成する走査線方向を「Receiving direction」で示している。
アダプティブアレイ処理部１２４は、Ａｐ１での受信信号「Ｒ（Ａｐ１）」にＡＰＥＳ法によるアダプティブアレイ処理を行なって、第１受信信号から多重反射を除去した受信信号「Ｒ’（Ａｐ１）」を得る。すなわち、Ａｐ１での受信信号「Ｒ（Ａｐ１）」は、受信ビームを形成する走査線を左側から斜め方向に観察することになるので、波面ＷＦ１と、波面ＷＦ２とを異なる波面として観察することができる。
また、アダプティブアレイ処理部１２４は、Ａｐ２での受信信号「Ｒ（Ａｐ２）」にＡＰＥＳ法によるアダプティブアレイ処理を行なって、多重反射を除去した受信信号「Ｒ’（Ａｐ２）」を得る。すなわち、Ａｐ２での受信信号「Ｒ（Ａｐ２）」は、受信ビームの形成する走査線を右側から斜め方向に観察することになるので、波面ＷＦ１と、波面ＷＦ２とを異なる波面として観察することができる。
そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、図１０に示すように、重み係数「ｗ１」と重み係数「ｗ２」とを用いて「Ｒ’（Ａｐ１）」と「Ｒ’（Ａｐ２）」と重み付け加算してＢモードデータを生成するための反射波データを生成する。具体的には、アダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれに含まれる振動子の素子数から決まる信号の振幅比により、重み付け加算を行なう。
上記の処理を行なう際に、重み付け加算の対象となる信号を、ＩＱ信号のように位相情報を有している信号を用いることで、全ての受信開口（Ａｐ１＋Ａｐ２）に相当する受信感度と方位分解能とを維持しつつ、多重除去効果の両立が可能となる。また、アダプティブアレイ処理本来のサイドローブ低減効果も得られる。なお、以下では、「受信開口を２分割して、各受信開口でＡＰＥＳ法によるアダプティブアレイ処理を行なった後に重み付け加算を行なう方法」を「２分割ＡＰＥＳ法」と記載する。
図１１の（Ａ）は、振動子列内で受信開口を移動して超音波走査を行なうリニア走査の走査形態を示している。また、図１１の（Ｂ）は、振動子列内で受信開口を移動して超音波走査を行なうコンベックス走査の走査形態を示している。
リニア走査及びコンベックス走査を行なう場合の２分割ＡＰＥＳ法において、設定部１９が行なう受信開口の分割設定処理及びアダプティブアレイ処理部１２４が行なう重み付け加算処理は、例えば、以下の処理となる。
設定部１９は、振動子列内で受信開口を移動して超音波走査を行なう超音波プローブ１が用いられる場合、各受信開口を２つに分割する。そして、設定部１９は、走査中心位置では受信開口を対称な大きさに２分割する。更に、設定部１９は、走査中心位置以外の位置では当該位置に基づいて、受信開口を非対称性が最大となる大きさに２分割する。
すなわち、設定部１９は、リニア走査及びコンベックス走査における２分割ＡＰＥＳ法では、左右開口幅を受信走査線位置ごとに変える。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、開口振幅比で重み付け係数を決め、ＡＰＥＳ法を用いたアダプティブアレイ処理後の各受信開口の受信信号を重み付け加算するようにする。
以下では、１本の受信走査線の受信ビームを形成するための受信開口の幅を一定とし、その幅が振動子数に対応するとする。また、最大受信開口「Aperture」を「Aperture＝Ａｐ１＋Ａｐ２」とし、Ａｐ１側の重み係数を「ｗ１」とし、Ａｐ２側の重み係数を「ｗ２」とする。開口に含まれる素子数の振幅比で重み係数を決めることで、各受信走査線位置での受信感度を同一にすることが可能である。このことから、アダプティブアレイ処理部１２４は、ｗ１及びｗ２を以下の式（１）により算出する。
また、受信用の走査線位置を（ｘ）と定義する。設定部１９は、超音波プローブ１が有する振動子群の左端部（ｘ＝０）に（ｘ）が位置する場合、「Ａｐ１＝０、Ａｐ２＝Aperture」と設定する。また、設定部１９は、振動子群の中央に（ｘ）が位置する場合、「Ａｐ１＝Ａｐ２＝Aperture／２」と設定する。また、設定部１９は、振動子群の右端部（ｘ＝Ｌ）に「ｘ」が位置する場合、「Ａｐ１＝Aperture、Ａｐ２＝０」と設定する。なお、「Ｌ」は、超音波プローブ１が有する振動子群の幅であり、「Aperture≦Ｌ」となる。
このように、設定部１９は、（ｘ）に応じて、連続的に左右開口の幅を制御する。上記の内容を（ｘ）の関数として示すと、「Ａｐ１：左側の受信開口の幅」は、以下の式（２）、式（３）及び式（４）となる。なお、式（２）は、「０≦（ｘ）＜Aperture／２」の場合に設定される「Ａｐ１」を求める式である。また、式（３）は、「Aperture／２≦（ｘ）＜Ｌ−Aperture／２」場合に設定される「Ａｐ１」を求める式である。
なお、「Ａｐ２：右側の受信開口の幅」は、以下の式（５）となる。
リニア走査の２分割ＡＰＥＳ法では、有効開口幅一定の制約下において、視野幅の中央では、左右の受信開口それぞれで受信走査線を見込む角度が最も小さくなるが、有効開口幅を左右で半分に分割すれば、多重成分の方向とメインローブ成分の方向との角度差を最大とすることができる。その結果、視野中央部位でも多重軽減効果が高められると期待される。
また、上記の設定を行なうことで、視野幅を従来同等の視野幅に維持しつつ、左端部及び右端部のプローブ端部では多重軽減効果を最大限に保ち、プローブ中央付近では左右開口のバランスの取れた２分割ＡＰＥＳ法の効果が得られる。従って、上記の設定を行なうことで、全ての視野内で視野中央に対して左右で対称性のあるＢモード画像データを得ることができる。
次に、セクタ走査に２分割ＡＰＥＳ法を適用する場合について説明する。図１２は、振動子列内で受信開口の位置を一定として走査方向を偏向して超音波走査を行なうセクタ走査の走査形態を示している。セクタ走査を行なう場合の２分割ＡＰＥＳ法において、設定部１９が行なう受信開口の分割設定処理及びアダプティブアレイ処理部１２４が行なう重み付け加算処理は、例えば、以下の処理となる。
まず、設定部１９は、セクタ走査型の超音波プローブ１が用いられる場合、受信開口を２等分に分割する。すなわち、一般的なセクタ走査では、超音波プローブ１が有する振動子群（振動子列）の幅「Ｌ」が、「最大受信開口：Aperture」に等しくなり、電子的な遅延制御で走査する偏向角を変えることで、Ｂモード画像データの撮像が行なわれる（図１２を参照）。かかる走査形態では、設定部１９は、左右の受信開口の開口幅は、常に、「Aperture／２」に設定され、２分割ＡＰＥＳ法が行なわれる。すなわち、セクタ走査型の超音波プローブ１が用いられる場合、設定部１９が設定する「Ａｐ１：左側の受信開口の幅」は、以下の式（６）となる。また、設定部１９が設定する「Ａｐ２：右側の受信開口の幅」は、以下の式（７）となる。
また、アダプティブアレイ処理部１２４は、「Ａｐ１＝Ａｐ２」を式（１）に代入することで、ｗ１及びｗ２を以下の式（８）により算出する。
上記の設定を行なうことで、セクタ走査の場合でも、多重軽減効果を最大限に保ち、左右開口でバランスの取れた２分割ＡＰＥＳ法の効果が得られる。従って、上記の設定を行なうことで、セクタ走査の場合でも、全ての視野内で視野中央に対して左右で対称性のあるＢモード画像データを得ることができる。
ところで、従来、リニア走査を行なう際に、視野幅を拡大するために、図１３に示す走査を行なう場合がある。図１３に例示する走査形態は、ベクタ走査と呼ばれる。ベクタ走査では、図１３に示すように、プローブ中央部では受信開口の位置を変えることで走査線の位置を変えるリニア走査を行なうとともに、プローブ端部では受信開口の位置を固定して走査方向を偏向するセクタ走査を行なう。
このように、振動子列端部においては受信開口の位置を一定として走査方向を偏向して超音波走査を行なうベクタ走査では、設定部１９は、振動子列端部での受信開口を２等分に分割する。すなわち、設定部１９は、リニア走査を行なうプローブ中央部では、上述した式（２）〜式（５）を用いて左右の受信開口を設定し、アダプティブアレイ処理部１２４は、上述した式（１）を用いた重み付け加算を行なう。
そして、設定部１９は、プローブ端部を含む外部でのセクタ走査を行なう場合には、上述した式（６）及び式（７）を用いて左右の受信開口を等しい幅に設定し、アダプティブアレイ処理部１２４は、上述した式（８）を用いた重み付け加算を行なう。
上記の設定を行なうことで、ベクタ走査を行なう場合でも、多重軽減効果を最大限に保ち、左右開口でバランスの取れた２分割ＡＰＥＳ法の効果が得られる。従って、上記の設定を行なうことで、ベクタ走査の場合でも、全ての視野内で視野中央に対して左右で対称性のあるＢモード画像データを得ることができる。
なお、上述したように、走査形態に応じた受信開口の設定を行なう場合、設定部１９は、装置本体１０に接続された超音波プローブ１により行なわれる走査形態を、操作者が検査開始時に入力した情報から取得する。或いは、制御部１８は、装置本体１０に接続された超音波プローブ１のＩＤを取得し、取得したＩＤに対応する走査形態を設定部１９に通知する。かかる処理により、設定部１９は、上記の走査形態に応じた複数の受信開口の設定を行ない、アダプティブアレイ処理部１２４は、設定部１９により設定された複数の受信開口の開口幅に基づいて、重み付け係数を決定する。
図１４は、上述した２分割ＡＰＥＳ法の効果を示す図である。図１４に示す画像１００〜１０３は、ファントムを用いたシミュレーションにより得られたイメージング結果である。図１４に示す画像１００〜１０３は、中心周波数７．５ＭＨｚのリニア走査により、視野幅の中央部位で深さ１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で再構成されたＢモード画像データである。このファントムでは、深さ１０ｍｍ〜２２ｍｍの範囲にのう胞を模擬した直径約３ｍｍの穴が開いており、深さ２５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に点音源部位となる複数のワイヤーが配置されている。
図１４に示す画像１００は、従来のＤＡＳ法を用いて、多重信号を加えていないオリジナルの状態のファントムで得られたイメージング結果である。一方、図１４に示す画像１０１〜１０３は、送受信信号に一律８ｍｍの伝搬の遅延を掛けて発生させた多重信号を加えた状態のファントムで得られたイメージング結果である。図１４に示す画像１０１は、ＤＡＳ法を用いて、多重信号を加えた状態のファントムで得られたイメージング結果である。図１４に示す画像１０２は、従来のＡＰＥＳ法を用いて、多重信号を加えた状態のファントムで得られたイメージング結果である。図１４に示す画像１０３は、２分割ＡＰＥＳ法を用いて、多重信号を加えた状態のファントムで得られたイメージング結果である。
多重信号を加えた状態でＤＡＳ法を行なった画像１０１では、多重信号を加えてない状態でＤＡＳ法を行なった画像１００と比較して、散乱体の多重成分が混入したことで、のう胞を模擬した穴の抜けが悪くなっている。また、画像１０１では、画像１００と比較して、深さ２５ｍｍ〜３０ｍｍの点音源部位に散乱体の多重成分が重畳し、深さ３０ｍｍ〜４０ｍｍにも多重成分が重畳している。
また、多重信号を加えた状態でＡＰＥＳ法を用いたアダプティブアレイ処理を行なった画像１０２では、画像１０１と比較して、点音源部位は、アダプティブアレイ処理の効果で、方位方向にシャープに描出されている。しかし、画像１０２では、画像１０１と同様に、多重成分は殆んど軽減されてない。
これに対して、多重信号を加えた状態で２分割ＡＰＥＳ法を行なった画像１０３では、画像１０２と同様に、点音源部位は、アダプティブアレイ処理の効果で、方位方向にシャープに描出されている。しかも、画像１０３では、点音源部位のシャープさを維持しながら、画像１０１及び画像１０２と比較して、大幅な多重成分の低減効果が認められる。特に、画像１０３では、のう胞を模擬した穴の抜けが、多重信号を加える前のレベルに近づいている。
上述したように、第２の実施形態では、受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定し、複数の受信開口の遅延後の位相情報を含む信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行なって、各受信開口の反射波データを生成する。そして、第２の実施形態では、複数の受信開口それぞれの反射波データを、重み付け加算することで、受信走査線位置での反射波データを生成する。
これにより、第２の実施形態では、例えば、画像１０３からも明らかなように、視野幅が確保され、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像を生成することができる。
（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態では、アダプティブアレイを用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質なＢモード画像データを生成する場合について説明した。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明した処理は、ハーモニック成分が抽出されたＢモード画像データを生成する場合にも適用可能である。
すなわち、第３の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、ハーモニックイメージングが行なわれる場合、ハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いてアダプティブアレイ処理を行なう。
ハーモニックイメージングとしては、組織ハーモニックイメージング（ＴＨＩ：Tissue Harmonic Imaging）や、コントラストハーモニックイメージング（ＣＨＩ：Contrast Harmonic Imaging）が知られている。
例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、フィルタ処理により、受信遅延時間が与えられたデジタルデータからＴＨＩ成分やＣＨＩ成分を抽出した後、アダプティブアレイ処理を行なう。
或いは、ハーモニックイメージングでは、振幅変調（ＡＭ：Amplitude Modulation）法や位相変調（ＰＭ：Phase Modulation）法、ＡＭ法及びＰＭ法を組み合わせたＡＭＰＭ法と呼ばれる映像法が行なわれる。ＡＭ法、ＰＭ法及びＡＭＰＭ法では、同一の走査線に対して振幅や位相が異なる超音波送信を複数回行なう。かかる場合、例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、受信遅延時間が与えられた複数回分の送信超音波に対応する受信信号群を、変調法に応じた加減算処理することで、ＴＨＩ成分やＣＨＩ成分を抽出した後、アダプティブアレイ処理を行なう。
或いは、ＴＨＩでは、受信信号に含まれる２次高調波成分と差音成分とを用いて映像化を行なう方法が実用化されている。差音成分を用いた映像化法では、例えば、中心周波数が「ｆ１」の第１基本波と、中心周波数が「ｆ１」より大きい「ｆ２」の第２基本波とを合成した合成波形の送信超音波を、超音波プローブ１から送信させる。この合成波形は、２次高調波成分と同一の極性を持つ差音成分が発生するように、互いの位相が調整された第１基本波の波形と第２基本波の波形とを合成した波形である。送信部１１は、合成波形の送信超音波を、位相を反転させながら、例えば、２回送信させる。かかる場合、例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、受信遅延時間が与えられた２回分の送信超音波に対応する２つの受信信号群を加算することで、基本波成分が除去され、差音成分及び２次高調波成分が主に残存したＴＨＩ成分を抽出した後、アダプティブアレイ処理を行なう。
上述したように、第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した受信開口の設定を用いたアダプティブアレイ処理や、第２の実施形態で説明した複数の受信開口の設定及び各受信開口に対する重み付けを用いたアダプティブアレイ処理を、ハーモニックイメージングに適用する。これにより、第３の実施形態では、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質なＴＨＩ法によるＢモード画像データや、造影画像データを生成することができる。
なお、第１の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理や、第２の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理は、カラードプラ画像データやパワードプラ画像データに重畳されるＢモード画像データ、Ｍモードの計測データとともに表示されるＢモード画像データ、ドプラ波形とともに表示されるＢモード画像データに対しても適用可能である。
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、アダプティブアレイ処理部１２４によるアダプティブアレイ処理が、超音波送受信中に略リアルタイムで行なわれる場合について説明した。しかし、アダプティブアレイ処理は、重み付け係数を適応的に決定するために、複雑な演算を全ての受信チャンネルに対して関心領域内の全点で行なう必要があるため、従来のＤＡＳ法と比較して、演算量が極端に増大する。
アダプティブアレイ処理をリアルタイムで行なうために、アダプティブアレイ処理部１２４を例えばＧＰＵを用いたソフトウェア系で実現する場合、製造コストが大幅に増大する。また、アダプティブアレイ処理をリアルタイムで行なうために、アダプティブアレイ処理部１２４をハードウェアで構成する場合でも、処理能力の高いハードウェアを用いる必要があり、製造コストが大幅に増大する。
そこで、第４の実施形態では、第１〜第３の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理を少ない演算量で実行可能なように受信部１２を構成する。受信部１２を以下に説明するように構成することで、第４の実施形態では、アダプティブアレイ処理で必要とされる演算量を少なくして、比較的安価なＣＰＵやハードウェアによりアダプティブアレイ処理部１２４を構成可能とする。これにより、第４の実施形態では、比較的少ないコストで、第１〜第３の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理を実行可能な超音波診断装置を製造可能とする。図１５は、第４の実施形態に係る受信部の構成例を説明するための図である。
図１５に示すように、第４の実施形態に係る受信部１２は、図４に示す受信部１２と比較して、ＣＨデータ記憶部１２５とＤＡＳ処理部１２６とを更に備える。ＤＡＳ処理部１２６は、従来から用いられているＤＡＳ法を行なう処理部である。ＤＡＳ処理部１２６は、ハードウェアにより実現される場合であっても、ソフトウェアにより実現される場合であっても良い。
ＤＡＳ処理部１２６は、受信遅延部１２３から出力されたデータセットを加算して、反射波データを受信走査線ごとに生成する。受信遅延部１２３から出力されたデータセットとは、「受信走査線ごとに設定部１９が設定した受信開口の全チャンネル分の遅延後のデータセット」である。ここで、設定部１９が設定する受信開口は、例えば、第１の実施形態で説明したように、受信走査線に対して右側、又は、左側に非対称に開いた受信開口である。また、設定部１９が設定する受信開口は、例えば、第２の実施形態で説明したように、受信走査線に対して非対称に設定された複数の受信開口である。
ＤＡＳ処理部１２６は、図１５に示すように、受信遅延部１２３の後段に設置され、Ｂモード処理部１３の前段に設置される。Ｂモード処理部１３は、ＤＡＳ処理部１２６が生成した１フレーム分の反射波データから、１フレーム分のＢモードデータを生成し、画像生成部１５は、１フレーム分のＢモードデータから超音波画像データ（Ｂモード画像データ）を生成する。
一方、ＣＨデータ記憶部１２５は、アダプティブアレイ処理を実行可能なデータセット群を記憶する。アダプティブアレイ処理を実行可能なデータセット群とは、受信遅延部１２３から出力されたデータセット群である。また、受信遅延部１２３から出力されたデータセット群を構成する各データセットは、上述したように、受信走査線ごとに設定部１９が設定した受信開口の全チャンネル分の遅延後のデータセットである。ＣＨデータ記憶部１２５は、アダプティブアレイ処理により複数フレーム分の反射波データセットを生成可能なデータセット群を記憶する。
ＣＨデータ記憶部１２５は、図１５に示すように、受信遅延部１２３の後段に設置され、アダプティブアレイ処理部１２４の前段に設置される。また、アダプティブアレイ処理部１２４は、図１５に示すように、Ｂモード処理部１３の前段に設置される。
すなわち、第４の実施形態では、受信遅延部１２３が出力したデータセットは、ＤＡＳ法を行なう系統と、アダプティブアレイ処理を行なう系統との２系統に分配される。なお、ＣＨデータ記憶部１２５は、Ａ／Ｄ変換部１２２と受信遅延部１２３との間に設置されても良い。
図１５に例示するように構成された受信部１２では、ＤＡＳ処理部１２６を用いたＤＡＳモードによりリアルタイムでＢモード画像データを生成可能である。また、図１５に例示するように構成された受信部１２では、ＣＨデータ記憶部１２５に記憶されたデータセット群を用いて、アダプティブアレイ処理（以下、ＡＡ処理）によりＢモード画像データを生成可能である。
第４の実施形態では、図１５に例示する受信部１２を用いて、ＡＡ処理可能なデータセット群を収集後、操作者が、ＡＡ処理の対象となるデータセットを選択する。そして、第４の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、入力装置３を用いて操作者が入力した選択指示に対応する少なくとも１フレーム分のデータセット群をＣＨデータ記憶部１２５から取得する。そして、第４の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、取得したデータセット群を用いてＡＡ処理を行なう。換言すると、第４の実施形態では、ＡＡ処理を「retrospectiveモード」で行なう。
「retrospectiveモード」では、データ収集と並行して、記憶容量に応じたフレーム分のデータセット群の格納処理及び更新処理がＣＨデータ記憶部１２５で行なわれる。そして、「retrospectiveモード」では、データ収集と並行して、ＤＡＳモードでのＢモード画像データの生成及び表示がリアルタイムで行なわれる。すなわち、制御部１８は、入力装置３を介して操作者の指示を受け付ける際に、ＣＨデータ記憶部１２５に格納されるデータデット群に対して遅延加算法を行なって生成された超音波画像データ群をモニタ２に表示させる。
操作者は、モニタ２で更新表示されるＤＡＳモードのＢモード画像データを参照して、十分なデータ収集が行なわれたと判断した時点で、Ｆｒｅｅｚｅボタンを押下する。Ｆｒｅｅｚｅボタンが押下されたことに連動して、制御部１８は、画像メモリ１６に蓄積されていたＤＡＳモードのＢモード画像データ群をモニタ２に表示させる。例えば、モニタ２は、画像メモリ１６に蓄積されていたＤＡＳモードのＢモード画像データ群をサムネイル表示したり、動画表示したりする。
そして、操作者は、モニタ２を参照して、ＡＡ処理の対象画像となるＤＡＳモードのＢモード画像データを、入力装置３を用いて選択し、ＡＡモードの画像化開始要求を行なう。例えば、操作者は、入力装置３として設置されたＡＡモードの開始ボタンを押下する。なお、操作者が選択する対象画像は、１フレームの静止画であっても、複数フレームの動画像であっても良い。ただし、選択可能なフレーム範囲は、ＣＨデータ記憶部１２５の記憶容量により定まる。第４の実施形態では、選択可能なフレーム範囲を増やすためには、ＣＨデータ記憶部１２５の記憶容量を大容量とする必要がある。
そして、入力装置３を用いた操作者の指示により、対象画像が選択され、開始ボタンが押下されると、制御部１８は、アダプティブアレイ処理部１２４を起動する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、対象画像に対応するデータセット群をＣＨデータ記憶部１２５から取得してＡＡ処理を行なう。これにより、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードの反射波データセットが生成され、Ｂモード処理部１３は、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードのＢモードデータセットを生成し、画像生成部１５は、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードのＢモード画像データセットを生成する。
なお、第４の実施形態では、ＡＡモードのＢモード画像データセットを参照した操作者が、新たな対象画像を選択した場合には、上記の処理が繰り返される。また、上記の処理は、操作者がＡＡモードの画像化終了要求を行なった時点で終了する。例えば、ＡＡモードの画像化終了要求は、操作者が、開始ボタンを再度押下することで、入力される。
次に、図１６を用いて、第４の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例について説明する。図１６は、第４の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、データ収集が開始されて、ＤＡＳモードのＢモード画像データの生成表示が開始された後の処理について、図１６を用いて説明する。
図１６に例示するように、第４の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡ処理の対象画像が選択され、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、対象画像が選択されておらず、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けない場合（ステップＳ１０１否定）、アダプティブアレイ処理部１２４は、受け付けるまで待機する。
一方、ＡＡ処理の対象画像が選択され、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けた場合（ステップＳ１０１肯定）、アダプティブアレイ処理部１２４は、対象画像に対応するデータセット群をＣＨデータ記憶部１２５から取得する（ステップＳ１０２）。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、取得したデータセット群に対してＡＡ処理を行なって、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードの反射波データセットを生成する（ステップＳ１０３）。
そして、Ｂモード処理部１３は、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードのＢモードデータセットを生成し（ステップＳ１０４）、画像生成部１５は、対象画像に対応するフレーム分のＡＡモードのＢモード画像データセットを生成する（ステップＳ１０５）。そして、モニタ２は、ＡＡモードのＢモード画像データセットを表示する（ステップＳ１０６）。
そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けていない場合（ステップＳ１０７否定）、アダプティブアレイ処理部１２４は、ステップＳ１０１に戻って、再度、ＡＡ処理の対象画像が選択され、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けたか否かを判定する。
一方、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けた場合（ステップＳ１０７肯定）、制御部１８は、アダプティブアレイ処理部１２４の動作を停止して、処理を終了する。
上述したように、第４の実施形態では、ＣＨデータ記憶部１２５を受信部１２に設置して、設定部１９が設定した受信開口により受信された反射波のデータセット群を記憶する。そして、第４の実施形態では、アダプティブアレイ処理部１２４に加えて、ＤＡＳ処理部１２６を受信部１２に設置して、設定部１９が設定した受信開口により受信された反射波のデータセット群からＤＡＳモードのＢモード画像データを順次生成表示する。
そして、第４の実施形態では、ＤＡＳモードのＢモード画像データセットから操作者が選択した対象画像に限定してＡＡ処理を行なって、ＡＡモードのＢモード画像データセットを生成する。従って、第４の実施形態では、ＡＡ処理に要する演算量を大幅に低減することができ、アダプティブアレイ処理部１２４を汎用的なＣＰＵ等で構成することができる。その結果、第４の実施形態では、比較的少ないコストで、第１〜第３の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理を実行可能な超音波診断装置を製造することができる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、ＡＡ処理に要する演算量を大幅に低減するために、第４の実施形態で説明した処理とは異なる処理が、図１５に例示した受信部１２を用いて行なわれる場合について説明する。
第５の実施形態では、操作者は、最初に、例えば、入力装置３として設置されたＡＡモードの起動用ボタンを押下して、ＡＡ処理を実行可能な状態にアダプティブアレイ処理部１２４を起動させておく。そして、操作者は、生体に当接させた超音波プローブ１の位置を固定した状態で、各受信チャンネルの反射波のデータセットを収集し、収集したデータセットを、所定フレーム数分のデータを記憶可能なＣＨデータ記憶部１２５に保存させる。また、アダプティブアレイ処理部１２４が起動されたことを契機として、制御部１８の指示により、ＤＡＳモードによるＢモード画像データの生成表示が行なわれる。なお、ＣＨデータ記憶部１２５は、記憶容量を超えた場合は、最も古いデータを破棄して、最新のデータに更新して記憶する。
そして、第５の実施形態では、操作者は、所定のタイミングで、ＡＡモードの画像化を開始する旨の指示を行なう。例えば、操作者は、画像診断に適したＤＡＳモードのＢモード画像データであって、多重反射を低減したいＤＡＳモードのＢモード画像データが収集された場合、ＡＡモードの画像化が実行可能なデータセット群が収集保存されたと判断する。そして、例えば、操作者は、第４の実施形態で説明した開始ボタンを押下することで、ＡＡモードの画像化開始要求を入力する。これにより、ＡＡモードのＢモード画像データの生成表示が行なわれる。なお、第５の実施形態では、操作者は、新たなＡＡモードのＢモード画像データを生成したい場合には、例えば、再度、ＡＡモードの起動ボタンを押下する。これにより、上記の処理が繰り返される。また、上記の処理は、操作者がＡＡモードの画像化終了要求を行なった時点で終了する。例えば、ＡＡモードの画像化終了要求は、操作者が、開始ボタンを再度押下することで、入力される。
ただし、第５の実施形態に係る制御部１８は、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けない場合、操作者が新たなＡＡモードの画像化の開始要求を行なう可能性があると判断して、再度、ＤＡＳモードを再開し、操作者が開始ボタンを押下するまで待機しても良い。
このように、第５の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、入力装置３を用いて操作者が処理開始指示を入力した時点で、ＣＨデータ記憶部１２５に格納されたデータセット群を用いてＡＡ処理を行なう。また、第５の実施形態でも、第４の実施形態と同様に、制御部１８は、入力装置３を介して操作者の指示を受け付ける際に、ＣＨデータ記憶部１２５に格納されるデータセット群に対して遅延加算法を行なって生成された超音波画像データ群をモニタ２に表示させる。換言すると、第５の実施形態では、ＡＡ処理は、「prospectiveモード」で行なわれる。
次に、図１７を用いて、第５の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例について説明する。図１７は、第５の実施形態に係る超音波診断装置の処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、ＡＡモードの起動用ボタンが押下されて、ＤＡＳモードのＢモード画像データがリアルタイムで生成表示されている状態で行なわれる処理について、図１７を用いて説明する。
図１７に例示するように、第５の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、ＤＡＳモードのＢモード画像データを参照する操作者から、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けない場合（ステップＳ２０１否定）、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けるまで待機する。
一方、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けた場合（ステップＳ２０１肯定）、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けた時点でＣＨデータ記憶部１２５に格納されたデータセット群を取得する（ステップＳ２０２）。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、取得したデータセット群に対してＡＡ処理を行なって、ＡＡモードの反射波データセットを生成する（ステップＳ２０３）。
そして、Ｂモード処理部１３は、ＡＡモードのＢモードデータを生成し（ステップＳ２０４）、画像生成部１５は、ＡＡモードのＢモード画像データを生成する（ステップＳ２０５）。そして、モニタ２は、ＡＡモードのＢモード画像データを表示する（ステップＳ２０６）。
そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ここで、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けていない場合（ステップＳ２０７否定）、制御部１８は、ＤＡＳモードを再開させ（ステップＳ２０８）、アダプティブアレイ処理部１２４は、ステップＳ２０１に戻って、再度、ＡＡモードの画像化開始要求を受け付けたか否かを判定する。
一方、ＡＡモードの画像化終了要求を受け付けた場合（ステップＳ２０７肯定）、制御部１８は、アダプティブアレイ処理部１２４の動作を停止して、処理を終了する。
上述したように、第５の実施形態では、第４の実施形態と比較して、操作者が指示を行なう手間が増すものの、ＣＨデータ記憶部１２５に必要とされる記憶容量は、例えば、１フレーム分のデータと最小限に抑えることができ、且つ、データ選択の自由度も維持される。従って、第５の実施形態では、第４の実施形態より少ないコストで、第１〜第３の実施形態で説明したアダプティブアレイ処理を実行可能な超音波診断装置を製造することができる。なお、第５の実施形態では、ＣＨデータ記憶部１２５の記憶容量が、例えば、３フレーム分の容量である場合、操作者が処理開始指示を入力した時点で、ＣＨデータ記憶部１２５に格納されている３フレーム分のデータセット群を用いたＡＡ処理を行なわれて、ＡＡモードのＢモード画像データが３フレーム分、生成表示されても良い。
また、第５の実施形態では、ＤＡＳモードのＢモード画像データをリアルタイムで生成表示することで、操作者は、データ取得時に被検体Ｐに発生した呼吸動や体動の程度、並びに、超音波プローブ１を保持している箇所の適切さを観察して、良好なデータ収集が成されたか否かを容易に判断して、適切なタイミングでＡＡモードに移行することができる。その結果、第５の実施形態では、不適切なデータをＡＡ処理するといった無駄な演算処理が行なわれることを回避できる。
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、第１〜第５の実施形態の変形例について、図１８〜図２０を用いて説明する。図１８〜図２０は、第６の実施形態を説明するための図である。
上述した第１〜第５の実施形態では、走査範囲全体で、ＡＡ処理が行なわれる場合について説明した。しかし、上述した第１〜第５の実施形態において、アダプティブアレイ処理部１２４は、走査範囲に設定された関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）に限定して、ＡＡ処理を行なっても良い。具体的には、操作者は、図１８に示すように、ＤＡＳモードのＢモード画像データに、ＲＯＩを設定する。
図１８に示すＲＯＩが設定されると、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＲＯＩに限定してＡＡ処理を行なう。また、アダプティブアレイ処理部１２４、又は、ＤＡＳ処理部１２６は、ＲＯＩ以外の領域については、ＤＡＳ法を行なう。これにより、画像生成部１５は、ＲＯＩの多重成分が軽減されたＢモード画像データを生成することができる。
上記の変形例は、局所的な多重反射が画像診断の妨げとなる場合に有効な処理である。すなわち、操作者は、局所的な多重反射が発生している領域にＲＯＩを設定する。これにより、アダプティブアレイ処理部１２４は、リアルタイム処理で、又は、データ収集後の処理により、ＲＯＩに限定した少ない演算処理により、ＡＡ処理を行なう。上記の変形例では、リアルタイム処理、非リアルタイム処理に関わらず、演算範囲を限定することで必要最小限の演算時間にとどめ、演算の待ち時間を軽減することで、診断時間を増やさないようにすることができる。また、上記の変形例では、非リアルタイム処理を行なう場合には、演算範囲を限定することで、ＣＨデータ記憶部１２５に必要となる記憶容量を削減することができる。
また、上述した第２の実施形態等では、受信走査線に対して非対称に２つの受信開口を設定する２分割ＡＰＥＳ法を中心に説明した。しかし、設定部１９は、受信走査線に対して非対称に３つ以上の受信開口を設定しても良い。例えば、設定部１９は、図１９に示すように、受信走査線に対して非対称に４つの受信開口を設定する場合であっても良い。なお、アダプティブアレイ処理部１２４は、３つ以上の受信開口それぞれに含まれる振動子の素子数から決まる信号の振幅比により、重み付け加算を行なう。
図１９に例示する４つの受信開口を用いたＡＡ処理を行なう場合でも、各受信開口で受信されるメインローブ成分の信号方向と、多重成分の信号方向とは、互いに異なる方向となるため、多重反射を軽減することができる。なお、図１９に例示する変形例が行なわれる場合でも、図１８を用いて説明したＲＯＩに限定したＡＡ処理が行なわれても良い。
また、上述した第１〜第５の実施形態では、２次元走査により、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な２次元の超音波画像データを生成する場合について説明した。しかし、上述した第１〜第５の実施形態で説明した内容は、３次元走査可能な超音波プローブ１を用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な３次元の超音波画像データ（ボリュームデータ）を生成する場合にも適用可能である。
例えば、３次元走査可能な超音波プローブ１は、一列に配置された複数の振動子を所定の角度（揺動角度）で揺動させることで、被検体Ｐを３次元走査するメカニカル４Ｄプローブである。メカニカル４Ｄプローブでは、複数断面を２次元走査することで、３次元の超音波走査が行なわれる。従って、メカニカル４Ｄプローブを用いる場合には、設定部１９は、第１の実施形態で説明した受信開口の設定法や、第２の実施形態で説明した受信開口の設定法を、各断面で行なう。これにより、アダプティブアレイ処理部１２４は、メカニカル４Ｄプローブを用いる場合に、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質なボリュームデータを生成するための３次元の反射波データを生成することができる。
或いは、例えば、３次元走査可能な超音波プローブ１として、複数の振動子が２次元で配置された２Ｄアレイプローブを用いる場合、設定部１９は、図２０に示すように、受信開口を設定する。具体的には、第１の実施形態に係る設定法を２Ｄアレイプローブに適用する場合、設定部１９は、例えば、図２０の（Ａ）に示すように、受信走査線に対して、２方向で受信開口をずらすことで、非対称な位置に受信開口を設定する。或いは、第２の実施形態に係る設定法を２Ｄアレイプローブに適用する場合、設定部１９は、受信走査線に対して、２方向で非対称な複数の受信開口を設定する。例えば、設定部１９は、図２０の（Ｂ）に示すように、受信走査線に対して非対称に設定された４つの受信開口を設定する。これにより、アダプティブアレイ処理部１２４は、２Ｄアレイプローブを用いる場合に、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質なボリュームデータを生成するための３次元の反射波データを生成することができる。
なお、図２０に例示する変形例が行なわれる場合でも、ＡＡ処理に要する演算量を低減するために、図１８を用いて説明したＲＯＩに限定したＡＡ処理が行なわれても良い。
（第７の実施形態）
第７の実施形態では、第２の実施形態で説明した設定法、すなわち、受信走査線に対して非対称に複数の受信開口を設定する場合に生じる課題を解決する方法の一例について説明する。
図８や図９を用いて説明したように、第１の実施形態で説明した受信開口が設定された場合、スペックルが左右に傾いたアーチファクトが発生する。かかるアーチファクトの発生を抑制するため、第２の実施形態では、複数個に分割した受信開口それぞれの位相情報を含む受信信号に対してＡＰＥＳ法やＭＶ法を用いたＡＡ処理を行ない、その後、複数の受信開口それぞれの受信信号を、コヒーレント（coherent）に加算する。これにより、第２の実施形態では、視野幅が確保され、且つ、高画質な超音波画像を生成することが可能となった。しかし、第２の実施形態で説明した方法では、以下に説明するように、方位方向で点音源の二重化が発生する場合があった。図２１及び図２２は、２分割ＡＰＥＳ法の課題を説明するための図である。
例えば、図１０等を用いて説明した２分割ＡＰＥＳ法では、左右に分割した信号（ＩＱ信号）を加算する。すなわち、図１０等を用いて説明した２分割ＡＰＥＳ法では、コヒーレント加算が行なわれる。しかし、コヒーレント加算を行なうと、位相が合致する方向が左右の受信開口で異なるため、分割した左右の信号のメインビーム同士が位相干渉を起こす。その結果、２分割ＡＰＥＳ法では、図２１に示すように、方位方向に沿って、点音源部位の近傍に２つの高輝度点が発生する。
かかる点音源の二重化は、図２２に示す二峰性の重み関数に起因すると考えられる。すなわち、２分割ＡＰＥＳ法では、図２２に示すように、アレイ（受信走査線のビームを形成するための受信開口全体）の中央で分割した左側の開口と右側の開口とを用いる。２分割ＡＰＥＳ法では、図２２に示すように、左側の開口で複数のサブアレイ（ＳＡ０、ＳＡ１、ＳＡ２、・・・）を用いた処理により、サブアレイごとの重み関数が決定される。また、２分割ＡＰＥＳ法では、図２２に示すように、右側の開口で複数のサブアレイ（ＳＡ０、ＳＡ１、ＳＡ２、・・・）を用いた処理により、サブアレイごとの重み関数が決定される。これらの重み関数を、簡易的に矩形の一様重みの振幅特性を持つものとして畳み込むと、図２２に示すように、左右の開口で独立した二峰性の重みを持つ振幅分布関数（以下、単に、二峰性の重み関数と称する）となる。かかる二峰性の重み関数により、２分割ＡＰＥＳ法では、メインローブ近傍でのサイドローブが上昇して、点広がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）の二重化が起こると考えられる。
また、第２の実施形態で説明した方法では、受信開口全体を複数に分割しているため、個々の開口幅が狭くなってコヒーレント加算で生じる位相干渉によるメインビーム幅が増加する。その結果、第２の実施形態で説明した方法では、ＡＡ処理で向上する方位方向の分解能が、逆に低下してしまうという課題も発生する。
そこで、第７の実施形態に係る設定部１９は、受信走査線に対して複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有されるように設定する。図２３〜図２５は、第７の実施形態を説明するための図である。
すなわち、第７の実施形態では、２分割ＡＰＥＳ法における受信開口をオーバーラップさせることで、ＰＳＦの二重化を抑制する。以下、第２の実施形態で説明した２分割ＡＰＥＳ法と区別するために、第７の実施形態で行なわれる２分割ＡＰＥＳ法を、「重複２分割ＡＰＥＳ法」と記載する。すなわち、重複２分割ＡＰＥＳ法は、２分割ＡＰＥＳ法のようにアレイの中央で分割するのではなく、図２３に示すように、適当な数の振動子を、左側の開口及び右側の開口それぞれでオーバーラップさせる。その結果、重複２分割ＡＰＥＳ法では、独立した二峰性の重み関数の間を埋めることができる。すなわち、重複２分割ＡＰＥＳ法では、図２３において、黒枠で示す「上が底辺の二等辺三角形」の領域Ｔを小さくすることができる。その結果、重複２分割ＡＰＥＳ法では、左右で独立した二峰性の重み関数を、１つの台形のような重み関数と等価な重み関数に近づけることができ、ＰＳＦの二重化を抑制することができる。
図２４は、重複２分割ＡＰＥＳ法の処理の一例を示す図である。図２４に示すように、設定部１９は、受信走査線Ｌに対する受信開口を左側の開口と右側の開口とに分割する際に、複数の振動子（重複振動子群Ｏ）を重複させる。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２４に示すように、左側の開口で、サブアレイそれぞれのチャンネル（１ｃｈ、・・・、ＬＲｃｈ）でＡＡ処理を行ない、全てのサブアレイのＡＡ処理結果を加算（コヒーレント加算）して、左側の開口の反射波データを得る。また、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２４に示すように、右側の開口で、サブアレイそれぞれのチャンネル（１ｃｈ、・・・、ＬＬｃｈ）でＡＡ処理を行ない、全てのサブアレイのＡＡ処理結果を加算（コヒーレント加算）して、右側の開口の反射波データを得る。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２４の「加算処理Ｓ１」において、左側の開口の反射波データと右側の開口の反射波データとをコヒーレント加算して、受信走査線Ｌの反射波データを生成する。
かかる処理により得られる効果について、図２５を用いて説明する。図２５は、中心周波数３．５ＭＨｚのコンベックス走査で、深さ０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲で再構成した２つのＢモード画像データ（画像２００及び画像２０１）を示している。画像２００は、２分割ＡＰＥＳ法により得られたＢモード画像データであり、画像２０１は、重複２分割ＡＰＥＳ法により得られたＢモード画像データである。また、画像２００Ａは、画像２００の深さ７０ｍｍ〜９０ｍｍに位置する点物体を拡大した画像である。また、また、画像２０１Ａは、画像２０１の深さ７０ｍｍ〜９０ｍｍに位置する点物体を拡大した画像である。
画像２００Ａと画像２０１Ａとを比較すると、２分割ＡＰＥＳ法の画像２００Ａでは、点物体が二重化しているのに対して、重複２分割ＡＰＥＳ法の画像２０１Ａでは、点物体の二重化が抑制されて、方位分解能が向上している。
上述したように、第７の実施形態では、複数の受信開口間で、振動子を重複させることで、スペックルの二重化抑制が得られ、方位分解能を向上させることができる。
なお、第７の実施形態で説明した方法による効果は、単純にオーバーラップさせる振動子数を増やす程、高くなる訳ではない。すなわち、オーバーラップさせる振動子数を増大させて最大とすると、同じ位置の２つの開口でＡＰＥＳ法を２回行なったことと等価になるからである。すなわち、第７の実施形態（重複２分割ＡＰＥＳ法）の効果である二重化抑制効果と、第２の実施形態（２分割ＡＰＥＳ法）の効果である多重信号除去効果とは、オーバーラップさせる振動子数によりトレードオフの関係がある。このため、オーバーラップさせる振動子数は、かかるトレードオフを考慮して、適切に調整を行なう必要がある。この点については、第１１の実施形態で後述する。
（第８の実施形態）
第８の実施形態では、第７の実施形態とは異なる方法を用いて、二重化抑制を行なう場合について、図２６及び図２７と数式とを用いて説明する。図２６及び図２７は、第８の実施形態を説明するための図である。
上述したように、２分割ＡＰＥＳ法で発生するＰＳＦの二重化は、振動子分割による位相干渉により発生する。第７の実施形態では、振動子を受信開口間で重複させることで、２分割ＡＰＥＳ法で発生するＰＳＦの二重化を抑制した。ここで、ＰＳＦの二重化が発生する要因は、二峰性の重み関数の他に、コヒーレント加算による位相干渉がある。そこで、第８の実施形態では、振動子分割による位相干渉を起こさないインコヒーレント（incoherent）加算を行なって、二重化を抑制する。
すなわち、第８の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれの反射波データを、位相情報を含まない状態で加算する。
まず、２分割ＡＰＥＳ法におけるコヒーレント加算（位相情報を含めた加算）について説明する。２分割ＡＰＥＳ法で分割された左側の開口の振動子アレイ「ＬＬ」で行なわれたＡＡ処理後の左側のアレイ信号を「ｘＬ」とする。また、２分割ＡＰＥＳ法で分割された右側の開口の振動子アレイ「ＬＲ」で行なわれたＡＡ処理後の左側のアレイ信号を「ｘＲ」とする。また、「ｘＬ」と「ｘＲ」とを加算した信号を「ｘｍ」とする。かかる場合、コヒーレント加算は、以下の式（９）及び式（１０）で表される。なお、式（９）及び式（１０）において、「ｘＬ．ｒｅ」は、「ｘＬ」の実部を表し、「ｘＬ．ｉｍ」は、「ｘＬ」の虚部を表し、「ｘＲ．ｒｅ」は、「ｘＲ」の実部を表し、「ｘＲ．ｉｍ」は、「ｘＲ」の虚部を表わす。
コヒーレント加算は、式（１０）に示す位相項「θ」に影響を及ぼす。２分割ＡＰＥＳ法は、受信走査線を斜めから見込むように、受信開口を左右の２つの開口に分割するため、各開口と受信走査線とで方向が異なる。このため、振動子アレイ「ＬＬ」と振動子アレイ「ＬＲ」とで、位相が合致する方向が異なるため、双方のメインビームが位相干渉を起こしてＰＳＦの二重化が生じる。
一方、インコヒーレント加算を行うと、位相情報を含むことはなくなる。第８の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、振幅で加算するインコヒーレント加算、又は、振幅を対数変換した後に加算するインコヒーレント加算を行なう。振幅で加算するインコヒーレント加算を行なう場合、アダプティブアレイ処理部１２４は、以下の式（１１）を用いる。
一方、振幅を対数変換した後に加算するインコヒーレント加算を行なう場合、アダプティブアレイ処理部１２４は、以下の式（１２）を用いる。
以下、第８の実施形態で行なわれる２分割ＡＰＥＳ法を、「インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」と記載する。換言すると、第２の実施形態で行なわれる２分割ＡＰＥＳ法は、「コヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」であり、第７の実施形態で説明した重複２分割ＡＰＥＳ法は、「コヒーレント重複２分割ＡＰＥＳ法」となる。
図２６は、コヒーレント２分割ＡＰＥＳ法の処理の一例を示す図である。図２６に示すように、設定部１９は、受信走査線Ｌを中心として、受信開口を左側の開口と右側の開口とに分割する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２６に示すように、左側の開口で、サブアレイそれぞれのチャンネル（１ｃｈ、・・・、ＬＬｃｈ）でＡＡ処理を行ない、全てのサブアレイのＡＡ処理結果を加算（コヒーレント加算）して、左側の開口の反射波データを得る。また、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２６に示すように、右側の開口で、サブアレイそれぞれのチャンネル（１ｃｈ、・・・、ＬＲｃｈ）でＡＡ処理を行ない、全てのサブアレイのＡＡ処理結果を加算（コヒーレント加算）して、右側の開口の反射波データを得る。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２６の「加算処理Ｓ２」において、左側の開口の反射波データと右側の開口の反射波データとをインコヒーレント加算して、受信走査線Ｌの反射波データを生成する。
第８の実施形態の処理により得られる効果について、図２７を用いて説明する。図２７では、図２５の画像２００（画像２００Ａ）とともに、「インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」により得られたＢモード画像データである画像２０２を示している。なお、画像２０２は、振幅で加算するインコヒーレント加算を行なった結果である。また、画像２０２Ａは、画像２０２の深さ７０ｍｍ〜９０ｍｍに位置する点物体を拡大した画像である。
画像２００Ａと画像２０２Ａとを比較すると、２分割ＡＰＥＳ法の画像２００Ａでは、点物体が二重化しているのに対して、インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法の画像２０２Ａでは、点物体の二重化が抑制されている。また、画像２００Ａでは、二重化が原因で、ＰＳＦ内にスパイク状のノイズが存在する。一方、画像２０２Ａでは、かかるノイズが解消されている。
上述したように、第８の実施形態では、インコヒーレント加算を行なうことで、ＰＳＦの二重化を抑制することができる。
（第９の実施形態）
第９の実施形態では、第７の実施形態で説明した方法や第８の実施形態で説明した方法とは異なる方法により二重化抑制を行なう場合について、図２８及び図２９を用いて説明する。図２８及び図２９は、第９の実施形態を説明するための図である。
第９の実施形態に係るアダプティブアレイ処理部１２４は、受信遅延部１２３が出力した複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行なう。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を加算して、受信走査線の反射波データを生成する。
すなわち、第９の実施形態では、ＡＡ処理を行なうに際し、送信部１１は、複数の周波数帯域が含まれる超音波ビーム（パルス波）を超音波プローブ１に送信させる。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、各振動子で受信した信号に複数の帯域通過フィルタをかけて、複数の周波数帯域の信号を取得（以下、周波数解析と呼ぶ）する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を加算して、受信走査線の反射波データを生成する。
これは、メインビーム幅が周波数に依存する（中心周波数の逆数に比例する）ことを利用して、メインビーム幅の異なる複数の周波数帯域の信号を合成することでＰＳＦの二重化を軽減することを意図したものである。このような処理は周波数コンパウンドと呼ばれており、第９の実施形態では、２分割ＡＰＥＳ法に、周波数コンパウンドを適用する。
ここで、第９の実施形態で行なわれる２分割ＡＰＥＳ法を、「コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」と記載する。図２８及び図２９では、「重複２分割ＡＰＥＳ法」で設定された左右の開口を用いて、「コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」を行なう場合を例示している。ただし、第９の実施形態は、通常の２分割ＡＰＥＳ法で設定された左右の開口を用いて「コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」を行なっても良い。
図２８及び図２９に示す周波数解析Ｆでは、アダプティブアレイ処理部１２４は、左側の開口で、サブアレイそれぞれのチャンネル（１ｃｈ、・・・、ＬＬｃｈ）からの信号を周波数解析して、各帯域（ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎ）の信号を取得する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、各帯域の信号に対してＡＡ処理を行なう。
そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、ＡＡ処理後の加算手順に関しては、様々な方法で行う事ができる。例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２８に示す「加算処理Ｓ３」を行なう。図２８に示すように、アダプティブアレイ処理部１２４は、各々の周波数帯の信号に対してＡＡ処理を行なう。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、加算処理Ｓ３では、振動子ごとの信号をコヒーレントに加算した後、全ての周波数帯の信号をインコヒーレントに加算し、最後に分割した左右の開口同士の信号をインコヒーレントに加算する。
或いは、例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２９に示す「加算処理Ｓ４」を行なう。図２９に示すように、アダプティブアレイ処理部１２４は、各々の周波数帯の信号に対してＡＡ処理を行なう。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、加算処理Ｓ４では、振動子ごとの信号をコヒーレントに加算した後、左右に分割した開口それぞれの同じ周波数帯の信号をコヒーレント又はインコヒーレントに加算し、最後に全ての周波数帯の信号をインコヒーレントに加算する。
すなわち、「コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」は、「インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」と併用されても良い。
上述したように、第９の実施形態では、周波数コンパウンドを行なうことで、インコヒーレント加算を行なう場合と同様に、ＰＳＦの二重化を抑制することができる。
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、第７〜第９の実施形態を組み合わせる場合について、図３０等を用いて説明する。図３０は、第１０の実施形態を説明するための図である。
すなわち、第１０の実施形態に係る超音波診断装置は、重複２分割ＡＰＥＳ法とインコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法とを組み合わせてＢモード画像データを生成することができる。かかる場合、設定部１９は、複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれの反射波データを、位相情報を含まない状態で加算する。
また、第１０の実施形態に係る超音波診断装置は、重複２分割ＡＰＥＳ法とコンパウンド２分割ＡＰＥＳ法とを組み合わせてＢモード画像データを生成することができる。かかる場合、設定部１９は、複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行ない、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を加算して、受信走査線の反射波データを生成する。
また、第１０の実施形態に係る超音波診断装置は、インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法とコンパウンド２分割ＡＰＥＳ法とを組み合わせてＢモード画像データを生成することができる。かかる場合、アダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割し、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行なう。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を、位相情報を含まない状態で加算して、受信走査線の反射波データを生成する。
また、第１０の実施形態に係る超音波診断装置は、重複２分割ＡＰＥＳ法とインコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法とコンパウンド２分割ＡＰＥＳ法とを組み合わせてＢモード画像データを生成することができる。かかる場合、設定部１９は、複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定する。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割し、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行なう。そして、アダプティブアレイ処理部１２４は、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を、位相情報を含まない状態で加算して、受信走査線の反射波データを生成する。
このように、第１０の実施形態では、「通常の２分割ＡＰＥＳ法」、「重複２分割ＡＰＥＳ法」、「インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」、「コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」、「重複２分割ＡＰＥＳ法＋インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」、「重複２分割ＡＰＥＳ法＋コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」、「インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法＋コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」、「重複２分割ＡＰＥＳ法＋インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法＋コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法」という上記で説明した種々の効果を発現し得る複数の組み合わせによる処理手順の中から、操作者に求められる画質特性を提供する処理手順を選択可能とする。更に、第１０の実施形態では、コンパウンド２分割ＡＰＥＳ法の加算手順における加算処理数３や、加算処理数４等といったように、加算処理数を選択可能とする。
かかる選択を、操作者が容易に行なうため、第１０の実施形態では、入力装置３に選択用のボタンやスイッチを設置することが好適である。すなわち、第１０の実施形態では、設定部１９及びアダプティブアレイ処理部１２４は、操作者が選択した方法に基づいて処理を行なう。
組み合わせによる効果について、以下説明する。インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法では、加算処理に位相情報を含まないように制御することで、二重化の抑制を実現したが、受信走査線を中心に左右に受信開口を分割しているため、視野幅が狭くなり、方位方向の分解能の向上は見込めない。そこで、開口幅を増やすことで、方位方向の分解能も向上できる重複２分割ＡＰＥＳ法をインコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法と組み合わせる。
例えば、アダプティブアレイ処理部１２４は、図２４の「加算処理Ｓ１」において、左側の開口の反射波データと右側の開口の反射波データとをインコヒーレント加算して、受信走査線Ｌの反射波データを生成する。
「重複２分割ＡＰＥＳ法＋インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」の処理により得られる効果について、図３０を用いて説明する。図３０では、図２５の画像２００（画像２００Ａ）とともに、「重複２分割ＡＰＥＳ法＋インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」により得られたＢモード画像データである画像２０３を示している。また、画像２０３Ａは、画像２０３の深さ７０ｍｍ〜９０ｍｍに位置する点物体を拡大した画像である。
画像２００Ａと画像２０３Ａとを比較すると、２分割ＡＰＥＳ法の画像２００Ａでは、点物体が二重化しているのに対して、「重複２分割ＡＰＥＳ法＋インコヒーレント２分割ＡＰＥＳ法」の画像２０３Ａでは、点物体の二重化が抑制されている。また、画像２０２Ａと画像２０３Ａとを比較すると、画像２０３Ａでは、画像２０２Ａより方位分解能が向上している。すなわち、画像２０３Ａは、画像２０１Ａと同様な方位分解能を有している。
上述したように、第１０の実施形態では、第７〜第９の実施形態で説明した処理を組み合わせることで、更に高品質な超音波画像データを生成することができる。
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態では、第７の実施形態で重複させる振動子数を最適化する方法等について、図３１等を用いて説明する。図３１は、第１１の実施形態を説明するための図である。
例えば、重複２分割ＡＰＥＳ法を含む２分割ＡＰＥＳ法を行なう場合、第７の実施形態で説明したように、オーバーラップさせる振動子数に応じて、重複２分割ＡＰＥＳ法による二重化抑制効果と、通常の２分割ＡＰＥＳ法による多重信号除去効果とはトレードオフの関係がある。すなわち、多重信号除去効果を維持しつつ、二重化抑制効果を得るためには、オーバーラップさせる振動子数の基準値を、概ね決定しておく必要がある。上述したように、振動子をオーバーラップさせることで、独立した二峰性の重み関数の間（図２３で示す領域Ｔ）が埋まり、ＰＳＦの二重化抑制につながる。
オーバーラップさせる振動子数の増加にともない、領域Ｔが埋まっていき、ある振動子数を境にして、領域Ｔが埋まりきり、１つの重み関数（１つの台形のような重み関数）と等価とすることができる。ただし、更にオーバーラップさせる振動子数を増やすと、１つになった重み関数の形状のみ変化する。ここで、上記のトレードオフの関係から、領域Ｔが埋まりきった以降は、オーバーラップさせる振動子数を増やすことは無意味となる。領域Ｔが埋まりきる振動子数は、例えば、図３１に示す考え方により決定可能である。
ここで、図３１に示すように、左右の受信開口数を同一の「ＡＬ＝Ｌ＋Ｐ」とする。ここで、「Ｐ」は、左側の受信開口が受信走査線を超えて右側に飛び出している振動子数であり、右側の受信開口が受信走査線を超えて左側に飛び出している振動子数である。以下では、「Ｐ」をオーバーラップ数として定義する。また、サブアレイの幅を「ｓｕｂＬ」とする。かかる場合、左右それぞれで設定されるサブアレイの数は、「シフト回数＋１」により「ＡＬ−ｓｕｂＡＬ＋１」となる。また、重み（重み係数）は、畳み込みにより、以下の式（１３）から求められる。
ここで、独立した二峰性の重み関数それぞれの下底の長さは、「ＡＬ」であり、上底の長さは、図３１に示すように、「（ＡＬ−ｓｕｂＬ＋１）−（ｓｕｂＬ）」から、以下の式（１４）となる。
そして、二重化抑制が可能なように、独立した二峰性の重み関数を１つの台形の重み関数とするには、図３１に示す点Ｅ１と点Ｅ２とが同じ振動子に位置するＰを求めることと等価となる。すなわち、「ＡＬ−ｓｕｂＬ＝ＡＬ−２Ｐ」となる「Ｐ」が最適なオーバーラップ数となる。かかるＰは、「ＡＬ−ｓｕｂＬ＝ＡＬ−２Ｐ」を解くことで、以下の式（１５）となる。
すなわち、二重化抑制効果と多重信号低減効果とを兼ね備えた超音波画像データを出力させるためには、「Ｐ≒ｓｕｂＬ／２」とすることが望ましい。このことから、設定部１９は、受信開口間で共有させる振動子数を、サブアレイの略半分に設定する。すなわち、アダプティブアレイ処理部１２４は、アレイを分割して得られるサブアレイを用いて処理を行なうが、設定部１９は、複数の受信開口間で共有させる振動子数を、上記のサブアレイで構成される開口の略半分の大きさに対応する数に設定する。
ただし、上記の算出法は、実際に得られる窓関数の振幅分布形状を考慮していないため、完全に最適とは言えない。このことから、第１１の実施形態は、オーバーラップ数をある程度絞るための指標として用いてもよい。かかる場合、例えば、超音波診断装置の管理者は、サブアレイの半分の振動子数を基準にした振動子数のテーブルを予め内部記憶部１７に格納しておく。操作者は、かかるテーブルを読み出して、受信開口間で共有させる振動子数を選択する。
そして、設定部１９は、操作者が選択した振動子数により、受信開口間で共有させる振動子数を決定する。これにより、操作者は、自身の目的に応じた画像を得ることが可能となる。
上述したように、第１１の実施形態では、例えば、重複２分割ＡＰＥＳ法を行なう場合の基準となる最適なオーバーラップ数を予め決定しておき、決定したオーバーラップ数により受信開口を分割する。これにより、第１１の実施形態では、二重化抑制効果と多重信号低減効果とが両立した高画質な超音波画像データを生成することができる。
また、第１１の実施形態では、最適なオーバーラップ数を含む振動子数のテーブルを参照して、操作者がオーバーラップ数を選択可能とすることもできる。これにより、第１１の実施形態では、二重化抑制効果を重視するか、多重信号低減効果を重視するかを、操作者が任意に選択可能とすることができる。
なお、第１〜第１１の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、第１〜第１１の実施形態で説明した超音波診断装置に対する制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上、説明したとおり、第１の実施形態〜第１１の実施形態によれば、アダプティブアレイを用いて、サイドローブとともに多重反射が低減された高画質な超音波画像を生成することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１２３ 受信遅延部
１２４ アダプティブアレイ処理部
１５ 画像生成部
１９ 設定部

Claims (25)

  1. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記受信開口で受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記受信開口の反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて前記反射波信号群を重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記反射波信号群としてハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記反射波信号群としてハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 前記アダプティブアレイ処理部は、前記アダプティブアレイ処理をＡＰＥＳ（Amplitude and Phase Estimation）法に基づいて行なう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. 前記アダプティブアレイ処理部は、前記複数の受信開口それぞれに含まれる振動子の素子数から決まる信号の振幅比により、前記第２重み付け加算を行なうことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
  5. 前記アダプティブアレイ処理部は、前記アダプティブアレイ処理が定義されたプログラムをソフトウェア処理により実行するプロセッサーにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
  6. 前記プロセッサーは、超音波走査の実行中に、前記超音波画像データが略リアルタイムで生成される速度で前記アダプティブアレイ処理を実行することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記アダプティブアレイ処理を実行可能なデータセット群を記憶する記憶部、
    を更に備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、入力部を用いて操作者が入力した選択指示に対応する少なくとも１フレーム分のデータセット群を前記記憶部から取得し、取得したデータセット群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
  8. 前記アダプティブアレイ処理を実行可能なデータセット群を記憶する記憶部、
    を更に備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、入力部を用いて操作者が処理開始指示を入力した時点で、前記記憶部に格納されたデータセット群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
  9. 前記入力部を介して前記操作者の指示を受け付ける際に、前記記憶部に格納されるデータデット群に対して遅延加算法を行なって生成された超音波画像データ群を表示部に表示させる制御部、
    を更に備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の超音波診断装置。
  10. 前記アダプティブアレイ処理部は、走査範囲に設定された関心領域に限定して、前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
  11. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記複数の受信開口それぞれに含まれる振動子の素子数から決まる信号の振幅比により、前記第２重み付け加算を行ない、
    前記設定部は、振動子列内で受信開口を移動して超音波走査を行なう超音波プローブが用いられる場合、各受信開口を２つに分割し、且つ、走査中心位置では受信開口を対称な大きさに２分割し、且つ、走査中心位置以外の位置では当該位置に基づいて、受信開口を非対称性が最大となる大きさに２分割することを特徴とする超音波診断装置。
  12. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記複数の受信開口それぞれに含まれる振動子の素子数から決まる信号の振幅比により、前記第２重み付け加算を行ない、
    前記設定部は、振動子列内で受信開口の位置を一定として走査方向を偏向して超音波走査を行なう超音波プローブが用いられる場合、受信開口を２等分に分割することを特徴とする超音波診断装置。
  13. 前記設定部は、振動子列端部においては受信開口の位置を一定として走査方向を偏向して超音波走査を行なう場合、振動子列端部での受信開口を２等分に分割することを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。
  14. 前記設定部は、複数の振動子が２次元で配置された超音波プローブにより３次元で超音波走査を行なう場合、受信ビームを形成する走査線の方向に対して、２方向で非対称な複数の受信開口を設定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。
  15. 前記設定部は、前記複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定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。
  16. 前記アダプティブアレイ処理部は、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを、位相情報を含まない状態で加算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。
  17. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割し、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行ない、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を加算して、前記走査線の反射波データを生成することを特徴とする超音波診断装置。
  18. 前記設定部は、前記複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定し、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを、位相情報を含まない状態で加算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。
  19. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定部と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延部と、
    前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理部と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記設定部は、前記複数の受信開口を設定する際に、各受信開口を構成する複数の振動子の一部が受信開口間で共有させるように設定し、
    前記アダプティブアレイ処理部は、前記受信遅延部が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群を、送信超音波ビームに含まれる複数の周波数帯域に分割し、各帯域の反射波信号群に対して独立にアダプティブアレイ処理を行ない、アダプティブアレイ処理後の複数の周波数帯域それぞれの信号を加算して、前記走査線の反射波データを生成することを特徴とする超音波診断装置。
  20. 前記アダプティブアレイ処理部は、前記加算を、位相情報を含まない状態で行なうことを特徴とする請求項１７又は１９に記載の超音波診断装置。
  21. 前記設定部及び前記アダプティブアレイ処理部は、操作者が選択した方法に基づいて処理を行なうことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
  22. 前記アダプティブアレイ処理部は、アレイを分割して得られるサブアレイを用いて処理を行ない、
    前記設定部は、前記複数の受信開口間で共有させる振動子数を、前記サブアレイで構成される開口の略半分の大きさに対応する数に設定することを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
  23. 前記設定部は、操作者が選択した振動子数により、受信開口間で共有させる振動子数を決定することを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
  24. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して、受信開口の位置を非対称に設定する設定手順と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記受信開口で受信された反射波信号群を出力する受信遅延手順と、
    前記受信遅延手順が出力した前記受信開口の反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて前記反射波信号群を重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理手順と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成手順と、
    をコンピュータに実行させ、
    前記アダプティブアレイ処理手順は、前記反射波信号群としてハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする制御プログラム。
  25. 受信ビームを形成する走査線の方向に対して非対称な複数の受信開口を設定する設定手順と、
    受信位置に応じた受信遅延時間をかけて、前記複数の受信開口それぞれで受信された反射波信号群を出力する受信遅延手順と、
    前記受信遅延手順が出力した前記複数の受信開口それぞれの反射波信号群に対して独立に、各反射波信号群に基づいて、各振動子から得られるチャンネル信号に与える重み付けを決定し、決定した重み付けを用いて各反射波信号群を第１重み付け加算するアダプティブアレイ処理を行なって、前記複数の受信開口それぞれの反射波データを生成し、生成した前記複数の受信開口それぞれの反射波データを第２重み付け加算して、前記走査線の反射波データを生成するアダプティブアレイ処理手順と、
    前記反射波データを用いて超音波画像データを生成する画像生成手順と、
    をコンピュータに実行させ、
    前記アダプティブアレイ処理手順は、前記反射波信号群としてハーモニック成分が抽出された反射波信号群を用いて前記アダプティブアレイ処理を行なうことを特徴とする制御プログラム。

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