JPH09224938A - 超音波診断装置及び遅延時間最適化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ダイナミック集束法の効果を生かして超音波断
層像の画質を向上させる。 【解決手段】被検体内の断面上で走査線毎に超音波信号
を走査する振動子６０、パルサ６１、送信遅延回路６
２、送信レート信号発生器６３、遅延時間制御回路６４
と、走査に応じて得られた複数の超音波エコー信号に対
して遅延時間を与えて集束された受信信号を生成する振
動子６０、プリアンプ６５、受信遅延回路６６、加算器
７０とを備える。受信信号の集束度合を支配する生体内
音速値毎に得られた複数の走査線上の受信信号に基づい
てパラメータ値毎の受信信号間の相関関係を示す量を演
算するＡ／Ｄ変換器８２、バッファメモリ８３、相関処
理回路８４と、生体内音速値毎の相関量の内その相関量
が最小になる生体内音速値に基づいてエコー信号に与え
る遅延時間を最適化する最適音速値検出回路８５、遅延
時間制御回路６４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波信号を用い
て体内の断層像を表示する、いわゆる超音波診断装置及
び超音波信号に与える遅延時間を最適化する遅延時間最
適化方法に係わり、特に、生体内の音速値の不確定さに
よって生ずる超音波ビームパターン劣化を自動的に補正
し、高分解能化を図った超音波診断装置及び遅延時間最
適化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波信号（超音波ビーム、超音波パル
スともいう）を被検体の体内に放射し、当該被検体内の
各組織からの反射波により生体情報を得る超音波診断法
は、超音波断層法と超音波ドップラ法の２つの技術開発
により近年急速な進歩を遂げている。今日最も普及して
いる電子走査型の装置は、配列型（アレイ型）の超音波
トランスデューサ（超音波振動子）を用い、これを電子
的に高速度に制御し走査することによって、リアルタイ
ム表示を可能とした。

【０００３】例えばセクタ電子走査型超音波診断装置の
従来例をブロック図を用いて図１９に示す。超音波プロ
ーブにおいて配列されている振動子の素子数をＭとする
（振動子４（１）〜４（Ｍ））。超音波パルスを生体内
（あるいは媒質内）へ送信する場合には、まず送信レー
ト信号発生器１から、超音波パルスの繰り返し周波数を
決定するレートパルスが出力される。このレートパルス
は、Ｍチャンネルから構成される送信用遅延回路２
（１）〜２（Ｍ）に送られ、送信時の超音波ビームの収
束距離（Ｆ₀ ）を決定する遅延時間τ_f と、所定方向
（θ₀ ）に超音波ビームを偏向するための遅延時間τ_s
とが与えられてＭチャンネルの振動子駆動回路（パル
サ）３（１）〜３（Ｍ）に供給される。

【０００４】すなわち、ｍ番目の遅延回路２（ｍ）にお
いて設定される遅延時間τ（ｍ）は、τ_f （ｍ）＋τ_s
（ｍ）であり、τ_f 及びτ_s は次のように設定される
（τ_f（ｍ）については図３参照）。

【０００５】

【数１】 ただし、ｄは、振動子配列間隔、Ｖは生体内音速、Ｆ₀
は焦点距離、θ₀ は偏向角（セクタ角）である。なお、
τ_f （ｍ）については、図２０参照。

【０００６】このパルサ３（１）〜３（Ｍ）では、前記
超音波振動子４（１）〜４（Ｍ）を駆動し超音波を発生
するための駆動パルスが生成され、その駆動パルスの送
信タイミングは送信用遅延回路２（１）〜２（Ｍ）の出
力によって決定される。このパルサ（駆動回路）３
（１）〜３（Ｍ）の出力は、超音波振動子４（１）〜４
（Ｍ）に供給され、当該超音波振動子４（１）〜４
（Ｍ）を駆動し、超音波を発生する。

【０００７】超音波振動子４（１）〜４（Ｍ）から発生
し、生体内に放射された超音波の一部は、生体内の臓器
の境界面あるいは生体組織の音響散乱体にて反射され、
再び超音波振動子４（１）〜４（Ｍ）によって受信さ
れ、電気信号に変換される。この受信信号は、プリアン
プ５（１）〜５（Ｍ）を介して増幅された後、送信時同
様、受信時の超音波ビームの収束距離を決定する遅延時
間と超音波ビームの偏向角度を決定するための遅延時間
と与えるためのＭチャンネルの受信用遅延回路６（１）
〜６（Ｍ）を経て加算器７に送られる。この加算器７で
Ｍチャンネルの受信用遅延回路６の出力信号は加算合成
される。そして、その加算器７の出力信号は、対数増幅
器８、包絡線検波回路９にて対数圧縮、検波され、Ａ／
Ｄ変換器１０によりＡ／Ｄ変換された後、図示しない書
き込み・読み出し制御器により画像メモリ１１に一旦ス
トアされる。

【０００８】画像メモリ１１にストアされた信号は、書
き込み・読み出し制御器によりテレビフォーマットで読
み出されてテレビモニタ１３に送られ、そのモニタ１３
にて超音波断層像として表示される。

【０００９】一方、加算器７の出力は、２つの直交位相
検波回路に送られる。すなわち、加算器７の出力は、ま
ずミキサ回路１４−１，１４−２に送られる。また、基
準信号発生器２０からは、所定の周波数（一般には超音
波周波数ｆ0 に略等しい周波数が用いられる）を有する
連続波（基準信号）が出力される。この基準信号発生器
２０の出力は分岐し、その一方は、移相器１５にて位相
が９０度ＳＨＩＦＴしてミキサ回路１４−１に入力さ
れ、他方は、直接ミキサ回路１４−２に入力される。こ
のミキサ回路１４−１，１４−２の出力は、ローパスフ
ィルタ１６−１，１６−２に送られ、そのローパスフィ
ルタ１６−１，１６−２により和の周波数成分が除去さ
れ差の周波数成分のみが抽出される。この差の周波数を
有した信号は、Ａ／Ｄ変換器１７−１，１７−２にてデ
ィジタル信号に変換された後一旦メモリ回路にストアさ
れる。

【００１０】一方、ドップラ信号を算出するためには、
同一部位を連続的に走査し、そのときの複数の信号を用
いる必要がある。この複数回走査により得られた複数の
信号をメモリ（図示せず）にて一旦記憶し、所定のデー
タ数が揃った時点でＦＦＴ回路１８にてドップラ信号の
周波数分析が行なわれ、ドップラ周波数（流速）が求め
られる。ＦＦＴ回路１８で求められた流速は、演算器１
９に送られる。

【００１１】超音波血流イメージング法（超音波ドップ
ラ法）において表示される物理量は、スペクトルの中心
（すなわち流速の平均値）とスペクトルの分散値（すな
わち流速の乱れの状態）である。これらの計算は演算器
１９にて実施される。演算器１９にて算出された値は、
画像メモリ１１にて一旦記憶されテレビモニタ１３にて
表示される。ここで前記演算器１９の出力は前記断層像
上にてカラーにて表示される場合が一般的である。

【００１２】以上述べたように、従来の超音波診断装置
では、方位分解能を高めるために送信及び受信の少なく
とも一方において超音波ビームを集束させる方法がとら
れている。特に、電子走査型の配列型振動子では、送受
信信号の遅延時間制御による電子集束法が用いられるの
が一般的である。遅延時間を制御するための制御回路と
して、超音波診断装置は、遅延制御回路２１を有してい
る。この遅延制御回路２１により、前掲式（１）の如く
送受信信号に与える遅延時間を制御している。

【００１３】ただし、超音波ビームを集束させる電子集
束法の問題点は、集束点から離れた場所（深さ）ではビ
ームが拡散し、分解能が低下することである。この問題
点を解決する方法として、従来よりダイナミック集束法
が用いられている。ダイナミック集束法は、受信時にお
いて、時間とともに集束点が連続的に深さ方向に移動す
るような遅延時間制御を行なう方法であり、反射信号は
常に受信超音波ビームが集束された領域から得られる。
図２１にてその原理を説明する。

【００１４】振動子からの距離が０からｒ1 までの反射
信号が得られる範囲では（すなわち時間０から２ｒ1 ／
Ｖまでの範囲）、焦点距離がｆ1 になるように受信遅延
時間は設定される。次に、振動子からの距離がｒ1 から
ｒ2 までの反射信号が得られる範囲では（すなわち時間
２ｒ1 ／Ｖから２ｒ2 ／Ｖまでの範囲）、焦点距離がｆ
2 になるように受信遅延時間は設定される。さらに、振
動子からの距離がｒ2以上の範囲から反射信号が得られ
る場合は（すなわち時間２ｒ2 ／Ｖ以上の範囲）、焦点
距離がｆ3 になるように受信遅延時間は設定される。た
だし、０≦ｆ1≦ｒ1 ，ｒ1 ≦ｆ2 ≦ｒ2 ，ｒ2 ≦ｆ3
である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したダイナミック
集束法の説明では、そのダイナミック集束時の集束点が
ｆ1 〜ｆ3 の３段階に変化する場合について述べたが、
最近の装置では、受信遅延回路のディジタル化の実現等
の影響もあり、画像メモリの画素単位での連続的な集束
点の設定が可能となってきている。

【００１６】ダイナミック集束法を用いて連続的に集束
点を設定する際には、上述した（１）式を用いて受信遅
延時間を設定することになるが、その（１）式に示した
遅延時間決定パラメータの中で生体内音速値Ｖは臓器に
よって異なることは従来より知られており、例えば筋肉
では「Ｖ＝1560m/sec 」に対して脂肪では「Ｖ＝1480m/
sec 」という報告もあり、また、被検体の間でもかなり
の差がある。

【００１７】このように生体内音速値は実際には普遍的
に定めることが不可能な量であるため、集束点も確定す
ることができず、ダイナミック集束法を行なう上で支障
となっていた。

【００１８】すなわち、与えられた遅延時間τ_f （ｍ）
に対して常にＦ₀ Ｖ＝一定であるから、上記の脂肪・筋
肉のように音速値に約５％の差異があると、集束点１０
０ｍｍにおける集束点の移動は、５ｍｍとなり、無視で
きない量である。したがって、このような場合には、必
ずしも集束点からの受信をとらえ、それを表示している
とは言い難く、その結果画質劣化が生じてしまった。

【００１９】また、装置の設定音速値と実際の音速値が
等しい時については、図２２（Ｂ）に示したように、振
動子からの距離が０からｒ1 までの反射信号が得られる
範囲（すなわち時間０から２ｒ1 ／Ｖまでの範囲）、実
際の焦点距離ｆ1'は０−ｒ1の略中点になるように定め
られる。同様にして距離がｒ1 からｒ2 までの反射信号
が得られる範囲では（すなわち時間２ｒ1 ／Ｖから２ｒ
2 ／Ｖまでの範囲）、実際の焦点距離ｆ2'はｒ1 −ｒ2
の略中点に、また、距離ｒ2 以上の範囲から反射信号が
得られる場合は（すなわち時間２ｒ2 ／Ｖ以上の範
囲）、実際の焦点距離ｆ3'はｒ3 以降になるように定め
られる。

【００２０】これに対して、例えば実際の生体内音速値
が装置内の設定音速値より大きな場合には、図２２
（Ａ）に示すように、実際の集束点ｆ1'〜ｆ3'は設定集
束点ｆ1〜ｆ3 （一般にｆ1 ＝ｒ1 ／２，ｆ2 ＝（ｒ1
＋ｒ2 ）／２，ｆ3 ＞ｒ3 ）に対してｆ1'＜ｆ1 ，ｆ2'
＜ｆ2 ，ｆ3'＜ｆ3 となり、特に各々の音速値の差が大
きい場合にはｆ2'＜ｒ1 のような場合も発生し、ダイナ
ミック集束法の効果が生かされなかった。

【００２１】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、設定集束点と実際の集束
点を絶えず一致させることにより、ダイナミック集束法
の効果を最大限に生かして超音波断層像の画質をさらに
向上させることをその目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、本発明では、例えば隣接した走査線上の受信
信号の内、例えば断層像上で指定された領域（任意の深
さ）内の信号間の相関関係を示す量（相関量）を演算す
る。そして、演算された相関量に基づいて受信信号の集
束度合（受信フォーカスの深さ位置等）を制御するよう
になっている。

【００２３】すなわち、受信信号の集束度合を支配する
例えば生体内音速値等のパラメータ値を順次変化させな
がら、その都度演算された相関量を比較する。そして、
相関量が最小になるパラメータ値（最適値）を探し、そ
のパラメータ値に基づいて集束度合を決定するパラメー
タ（例えば遅延時間や受信フォーカスの深さ位置の変化
度合等）を最適化するように構成されている。

【００２４】このように構成すれば、診断部位別、ある
いは被検体別等、必要に応じて例えば一定周期毎に隣接
する走査線上の受信信号間の相関量が最小になるパラメ
ータ値（生体内音速値）に基づいて集束パラメータ（遅
延時間や受信フォーカスの深さ位置の変化度合等）を設
定することができるため、超音波ビームの受信フォーカ
ス度合（深さ位置等）は、生体内音速値の変化等に関係
なく常に一定となる。したがって、例えばピクセル単位
で行なう高精細な受信ダイナミックフォーカスにおいて
も常に集束点からの受信信号のみを収集し、それらの受
信信号に基づいて、より一層の高分解能、高画質の超音
波断層像を得ることができる。

【００２５】また、本発明では、超音波信号を同一の走
査線に対して複数回繰り返し走査し、その複数回の繰り
返し走査毎に得られた複数の走査線上の受信信号に基づ
いて当該繰り返し走査毎の相関量を演算する。そして、
演算された繰り返し走査毎の相関量を加算平均すること
により、誤差の少ない正確な相関量を求めることができ
る。

【００２６】さらに、本発明では、断面上の異なる部位
の走査線上の受信信号に基づいて当該異なる部位毎の相
関量を演算し、演算された繰り返し走査毎の相関量を加
算平均することにより、誤差の少ない正確な相関量を求
めることが可能になる。

【００２７】一方、上述した問題点を解決するために、
本発明では、例えばセクタ走査等の超音波信号を偏向さ
せて走査する場合において、隣接した走査線上の受信信
号の内、例えば断層像上で指定された領域（任意の深
さ）の信号間の相関関係を示す量（相関量）を演算す
る。そして、演算された相関量に基づいて超音波信号の
偏向角を制御するようになっている。

【００２８】すなわち、超音波信号の偏向角を支配する
例えば生体内音速値等のパラメータ値を順次変化させな
がら、その都度演算された相関量を比較する。そして、
相関量が最小になるパラメータ値（最適値）を探し、そ
のパラメータ値に基づいて偏向角を決定するパラメータ
（例えば遅延時間）や受信フォーカス深さ位置を決定す
るパラメータ（当該深さ位置の変化度合等）を制御する
ようになっている。

【００２９】このように構成すれば、例えばセクタ走査
を行なう場合、診断部位別、あるいは被検体別等、必要
に応じて例えば一定周期毎に隣接する走査線上の受信信
号間の相関量が最小になるパラメータ値（生体内音速
値）に基づいてパラメータ（遅延時間や深さ位置の変化
度合等）を設定することができるため、超音波ビームの
偏向角は、生体内音速値の変化等に関係なく常に一定と
なり、また、受信フォーカス深さ位置を最適化できる。
したがって、高分解能、高画質の超音波断層像を得るこ
とができる。

【００３０】さらに、偏向角制御手段として、走査変換
用のメモリへの当該超音波走査信号の書き込みを制御す
ることもできる。すなわち、相関量が最小になるパラメ
ータ値に基づいて当該パラメータ値に対応する偏向角デ
ータを求めて、その偏向角データに応じてメモリへの受
信信号の書き込みアドレスを変更することにより、生体
内音速値の変化に起因した偏向角の誤差を補正すること
ができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】最初に本発明の共通の概念を図１
乃至図４を用いて説明する。なお、図１及び図２は、セ
クタ電子走査を行なう超音波診断装置の超音波送受信部
分を示す概略図（一部断面図）であり、送信器５０、受
信器５１、表示器５２、遅延回路５３…５３、振動子５
４…５４、遅延時間制御回路５５がそれぞれ示されてい
る。

【００３２】今、セクタ電子走査を行なう超音波診断装
置において、その超音波ビーム送受信方向（走査方向、
走査角度ともいう）がθ及びθ＋Δθの略隣接する走査
において得られた受信信号（それぞれｅ1(t)，ｅ2(t)と
する）の内、「Ａ」集束点付近のビーム幅が広い場合
（集束が予定通りに行なわれていない場合；図１（Ａ）
及び（Ｂ）参照）、「Ｂ」当該ビーム幅が狭い場合（集
束がより正確に行なわれている場合；図２（Ａ）及び
（Ｂ）参照）について、ビーム幅と相関関数の関係を述
べる。

【００３３】一般に超音波ビーム幅に対して隣接する走
査線の間隔（走査間隔；ここではΔθ）は小さく設定さ
れている。このため、隣接する２つの超音波ビームＢa
，Ｂb は、図１に示すように一部の領域を共通に有し
ており、この共通部分は集束が不十分でビーム幅が広い
ほど大きい。すなわち、ビーム幅が広い（ビームの広が
り状態が大きい、ビームのサイドロープレベルの広がり
が大きい）ほど、それぞれの走査によって得られた受信
信号内には、同一散乱体からの情報が共通に多く含まれ
ているため、各々の受信信号間の相関強度（相関係数）
はより大きくなる。

【００３４】これに対して、集束が完全に行なわれてい
る場合ほど、図２に示すように、隣接する超音波ビーム
Ｂa'，Ｂb'の共通部分は狭くなり、それぞれの走査によ
り得られた各信号間の相関係数は小さくなる。すなわ
ち、ビーム幅と相関強度Ｃ(0)は定性的には図３に示し
たようになる。

【００３５】なお、θ方向の受信信号ｅ1(t)とθ＋Δθ
方向からの受信信号ｅ2(t)（両者の波形は図４（ａ）及
び図４（ｂ）参照）の相関係数Ｃ(0) は次式で示される
（図４（ｃ）参照）。

【００３６】

【数２】 ここで、ｅ2(t)^* はｅ2(t)の複素共役関数である。

【００３７】すなわち、隣接した２つ以上の超音波ビー
ムの相関係数Ｃ(0) を制御することにより、集束点付近
のビーム幅を制御することが可能なことが分かる。

【００３８】本発明は、上述した性質を利用して、例え
ばダイナミックフォーカスにおける各集束点を得る遅延
時間を、その集束点のビーム幅が最小になるように制御
して、上述した集束点の誤差を低減するように構成され
ている。

【００３９】次に、相関処理に基づくオートフォーカス
法の処理手順の概要を端的に説明する第１実施形態を図
５に示す。

【００４０】この超音波診断装置は、例えばセクタ走査
を行なう診断装置であり、Ｍ個の振動子を直線状に並べ
た電気−音響トランスデューサである配列型超音波振動
子６０（１）〜６０（Ｍ）を有している。この配列型振
動子６０には、その各振動子６０（１）〜６０（Ｍ）を
駆動させて超音波信号を例えば生体内に放射するための
送信系と、生体内から反射され、各振動子６０（１）〜
６０（Ｍ）により受信されたエコー信号を処理するため
の受信系とがそれぞれ接続されている。

【００４１】送信系は、各配列型振動子６０（１）〜６
０（Ｍ）をそれぞれ駆動させる駆動パルスを出力するＭ
チャンネルのパルサ（振動子駆動回路）６１（１）〜６
１（Ｍ）と、各パルサ６１（１）〜６１（Ｍ）に接続さ
れ、当該パルサ６１（１）〜６１（Ｍ）の駆動パルス出
力タイミングを遅延制御する送信遅延回路６２（１）〜
６２（Ｍ）と、各送信遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）
に遅延制御用のレートパルスを送る送信レート信号発生
器６３と、各送信遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）が与
える遅延時間を個別に制御する遅延時間制御回路６４と
を備えている。

【００４２】送信遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）は、
送信レート信号発生器６３から送られたレートパルスに
対し、遅延時間制御回路６４により制御された送信時の
超音波ビームの集束距離（Ｆ0 ）を決定する遅延時間τ
_f と、所定方向（θ₀ ）に超音波ビームを偏向するため
の遅延時間τ_s とを与えて各パルサ６１（１）〜６１
（Ｍ）に出力し、当該パルサ６１（１）〜６１（Ｍ）
は、送られたレートパルスに応じてそれぞれ個別に駆動
し、各振動子６０（１）〜６０（Ｍ）を駆動するように
なっている。

【００４３】すなわち、ｍ（ｍ＜Ｍ）番目の遅延回路６
２（ｍ）において設定される遅延時間τ（ｍ）は、τ_f
（ｍ）＋τ_s （ｍ）であり、τ_f （ｍ）及びτ_s （ｍ）
は次のように設定される（τ_f （ｍ）については図２０
参照）。

【００４４】

【数３】 ただし、ｄは、振動子配列間隔、Ｖは生体内音速、Ｆ₀
は焦点距離、θ₀ は偏向角（セクタ角）である。

【００４５】受信系は、各配列型振動子６０（１）〜６
０（Ｍ）により受信され電気信号に変換された受信信号
をそれぞれ増幅するプリアンプ６５（１）〜６５（Ｍ）
と、各プリアンプ６５（１）〜６５（Ｍ）により増幅さ
れた受信信号に対し、異なる遅延時間を与えながら受信
処理する受信するＭチャンネルの受信遅延回路６６
（１）〜６６（Ｍ）と、各受信遅延回路６６（１）〜６
６（Ｍ）が与える遅延時間を個別に制御する遅延時間制
御回路６４とを備えている。

【００４６】受信遅延回路６６（１）〜６６（Ｍ）は、
遅延時間制御回路６４の制御に応じて、送信時同様、受
信時の超音波ビームの集束距離を決定する遅延時間τ_f
と超音波ビームの偏向角度を決定する遅延時間τ_s とを
受信信号に与えるようになっている。このとき、遅延時
間制御回路６４は、異なる深さ（焦点距離Ｆ₀ ，Ｆ₁，
Ｆ₂ ，Ｆ₃ ，…）に応じてほぼ連続的に集束された受信
信号が生成されるように、遅延時間τ_f を変化させるこ
ともできる（受信ダイナミックフォーカス）。

【００４７】また、受信系は、受信遅延回路６６（１）
〜６６（Ｍ）からそれぞれ出力された受信信号を加算合
成する加算器７０と、この加算器７０により加算合成さ
れた受信信号を対数増幅（圧縮）する対数増幅器７１
と、対数圧縮された受信信号を包絡線検波して検波信号
（Ａモード信号）を生成する検波回路７２と、この検波
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７３と、
このＡ／Ｄ変換器７３によりＡ／Ｄ変換されたディジタ
ル画像信号をストアする画像メモリ７４と、この画像メ
モリ６４に対するディジタル画像信号の書き込み／読み
出し制御を行なう書き込み・読み出し制御器７５と、画
像メモリ７４から読み出されたディジタル画像信号をア
ナログ画像信号に変換するＤ／Ａ変換器７６と、Ｄ／Ａ
変換器７６により変換されたアナログ画像信号を超音波
断層像として表示するテレビモニタ７７とを備えてい
る。

【００４８】一方、超音波診断装置は、送信遅延時間及
び受信遅延時間の少なくとも一方を隣接受信信号間の相
関強度に応じて制御するユニットを備えている。すなわ
ち、この遅延時間制御ユニットは、上述した遅延時間制
御回路６４と、加算器７０の分岐出力側に接続され、受
信信号の一部をサンプリングするゲート回路８０と、こ
のゲート回路８０のサンプリング領域をモニタ７７上で
指定可能なトラックボールあるいはジョイスティック等
を有し診断装置のパネル上等に設置された指定器８１
と、ゲート回路８０の出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器
８２と、このＡ／Ｄ変換器８２からの分岐出力にそれぞ
れ接続されたバッファメモリ８３，８３と、各バッファ
メモリ８３，８３の読み出し側に接続された相関処理回
路８４と、この相関処理回路８４の出力側に接続された
最適音速値検出回路８５とを有している。相関処理回路
８４は、バッファメモリ８３，８３から出力された信号
を相関演算して相関係数を求める演算回路と、この演算
回路で求められた相関係数を記憶するメモリとを備えて
いる。最適音速値検出回路８５は、相関処理回路８４の
メモリに記憶された複数の相関係数の中から最小の相関
係数及びその相関係数に対応する設定音速値を求めるよ
うになっている。この最適音速値検出回路８５の出力側
は、遅延時間制御回路６４に接続されている。

【００４９】次に、本実施形態の超音波診断装置の全体
動作について、特に隣接受信信号間の相関強度に応じた
遅延時間制御によるオートフォーカスの処理動作を中心
に説明する。

【００５０】超音波パルスを生体内へ送信する場合にお
いて、送信レート信号発生器６３から出力されたレート
パルスは、送信遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）に送ら
れる。そして、レートパルスは、送信遅延回路６２
（１）〜６２（Ｍ）において、予め設定された暫定値と
しての音速値Ｖ_x1（例えば1530m/sec ）に基づいて遅延
時間制御回路６４により算出、決定された遅延時間τ_f
及び遅延時間τ_s が与えられてＭチャンネルの振動子駆
動回路（パルサ）６１（１）〜６１（Ｍ）に供給され
る。

【００５１】各パルサ６１（１）〜６１（Ｍ）は、送信
遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）の出力に応じて決定さ
れた送信タイミングにより駆動パルスを各超音波振動子
６０（１）〜６０（Ｍ）に供給し、その結果、各超音波
振動子６０（１）〜６０（Ｍ）が駆動されて超音波ビー
ムが生体内に放射される。

【００５２】生体内に放射された超音波ビームの一部
は、生体内の臓器の境界面あるいは生体組織の音響散乱
体にて反射され、再び超音波振動子６０（１）〜６０
（Ｍ）によって受信され、電気信号に変換される。この
受信信号は、プリアンプ６５（１）〜６５（Ｍ）を介し
て増幅された後、送信時同様、設定音速値ＶX1に基づい
て決定された受信時の遅延時間τ_f 及び遅延時間τ_s が
受信遅延回路６６（１）〜６６（Ｍ）により与えられて
加算器７０に送られる（図６、ステップＳ１）。

【００５３】加算器７０の出力は、対数増幅器７１、検
波回路７２を介して対数圧縮、検波され、Ａ／Ｄ変換器
７３を介してディジタル画像信号として書き込み・読み
出し制御器７５の制御により画像メモリ７４にストアさ
れる。そして、書き込み・読み出し制御器７５によりテ
レビフォーマットで読み出され、Ｄ／Ａ変換器７６を介
してモニタ７７に送られ、超音波断層像として表示され
る。

【００５４】続いて、暫定的な遅延時間Ｖx1に基づいて
得られた超音波断層像（図７参照）上において、おおよ
その測定する深度及び関心領域（以下、測定領域とい
う）を設定する。この場合、トラックボールあるいはジ
ョイスティック等の指定器８１によって測定領域を設定
することができる（ステップＳ２）。

【００５５】加算器７０の出力の内、上記測定領域内か
らのエコー信号の一部がゲート回路８０に抽出される。
本実施形態では、図７に示すように、測定領域内の例え
ば中央付近の隣接する２つの走査（走査方向（走査角
度）θ及びθ＋Δθ（Δθは走査間隔））で得られたエ
コー信号の内の前記深度及び関心領域の部分）が、ゲー
ト回路８０により抽出（サンプリング）されてＡ／Ｄ変
換器８２に送られる。なお、走査方向（走査角度）と
は、走査線の振動子６０の配列方向に直交する方向から
の偏向角度をいう（図７参照）。

【００５６】Ａ／Ｄ変換器８２によりＡ／Ｄ変換された
走査方向θの受信信号ｅ1(t)及び走査方向θ＋Δθの受
信信号ｅ2(t)は、それぞれバッファメモリ８３，８３に
記憶される（ステップＳ３）。

【００５７】そして、バッファメモリ８３，８３に記憶
された受信信号ｅ1(t)及びｅ2(t)は、それぞれ相関処理
回路８４の演算回路に入力され、その演算回路にて上記
（２）式に基づく演算が実行され、相関係数Ｃ（０）が
算出される（ステップＳ４）。この受信信号に関する設
定音速値（暫定値）Ｖ_x1と算出された相関係数Ｃ1(0)
は、相関処理回路８４のメモリに一旦記憶される（ステ
ップＳ５）。

【００５８】次に、前記設定音速値Ｖ_x1に対して所定分
増加（あるいは減少）させた新たな設定音速値Ｖ_x2に対
して、遅延時間制御回路６４により上記（３）式に基づ
いて遅延時間が算出される。そして、上述した最初の設
定音速値Ｖ_x1の場合と同様に算出された遅延時間が各受
信遅延回路６６（１）〜６６（Ｍ）にて受信信号に与え
られ（ステップＳ６）、以下、最初の設定音速値Ｖ_x1の
場合と同様の処理（ステップＳ３〜ステップＳ５）が行
なわれる。

【００５９】すなわち、上記指定領域と略同一の領域か
らのエコー信号のうち隣接する２つの走査（走査方向
（θ），（θ＋Δθ））によって得られた受信信号ｅ1
(t)' 及びｅ2(t)' は、バッファメモリ８３，８３に記
憶された後、相関処理回路８４の演算回路に入力されて
相関係数Ｃ2(0)が算出される。この受信信号に関する設
定音速値Ｖ_x2と算出された相関係数Ｃ2(0)は、最初の設
定音速値Ｖ_x1と相関係数Ｃ1(0)と同様に、メモリに記憶
される。

【００６０】この様に、設定音速値Ｖ_x1、Ｖ_x2、…、Ｖ
_xnを予め定められた範囲で順次変化させて上述した処理
（ステップＳ３〜ステップＳ５）が行なわれることによ
り、その音速値Ｖ_x1、Ｖ_x2、…、Ｖ_xnに対応した相関係
数Ｃ1(0)、Ｃ2(0)、…、Ｃn(0)が相関処理回路８４の演
算回路により算出され、メモリに記憶される。

【００６１】そして、最適設定音速検出回路８５によ
り、メモリに記憶された相関係数Ｃ1(0)、Ｃ2(0)、…、
Ｃn(0)の中で最も小さな相関係数Ｃmin(0)及びその最小
相関係数Ｃmin(0)に対応する最適設定音速値Ｖ_xsが求め
られる（ステップＳ７；図８参照）。

【００６２】求められた最適設定音速値Ｖ_xsに基づいて
遅延時間制御回路６４により最適な集束用遅延時間τ_fr
が求められ、最終的な最適遅延時間τ（＝τ_fr＋τ_s ）
が設定され、その最適遅延時間は、受信遅延回路６６
（１）〜６６Ｍにて、新しい受信信号に与えられる（ス
テップＳ８）。この結果、最適遅延時間に基づいて、深
さ方向全領域での集束用遅延時間の最適化を行なうこと
ができ、音速値に依存せずに最適に受信フォーカスされ
た超音波画像を表示することができる。

【００６３】以上述べたように、本実施形態によれば、
生体内の音速が変化しても、常に受信信号の相関係数が
最小になる最適な音速値を設定することができ、この最
適音速値に基づいて受信信号の集束遅延時間を定めるこ
とができるため、生体内の音速の変化に係わらず常に所
定の焦点に超音波ビームを集束することができる。この
結果、超音波断層像の画質、分解能が向上する。

【００６４】特に、異なる深さに応じて連続的に（特に
ピクセル単位で）遅延時間を制御する高精細なダイナミ
ック集束法を用いた場合に、その各集束点は生体内音速
値に係わらずデータ取得部位と一致するため、非常に高
分解能高画質の超音波断層像を得ることができる。

【００６５】なお、上述した実施形態では、最適設定音
速値に応じた遅延時間を受信信号に与える場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
送信信号にも同様な遅延時間を与えることができる。

【００６６】また、各設定音速値において１回のみの相
関係数演算では値が不安定である場合は、ステップＳ５
の処理後、同一測定領域においてステップＳ３〜ステッ
プＳ５の処理を所定数繰り返し行なって所定数の相関係
数を算出し（図９；ステップＳ１０）、所定数の相関係
数が算出された時点でステップＳ１１の処理において算
出された所定数の相関係数の加算平均を求め、ステップ
Ｓ６以下の処理を行なうこともできる。

【００６７】さらに、同一の測定領域で複数の相関係数
を算出するのではなく、ある測定領域において相関係数
を求めたら、複数の部位へ測定領域を順次移動させ、そ
の部位の測定領域においてステップＳ３〜ステップＳ５
の処理をそれぞれ行なって当該複数の部位の相関係数を
算出し（ステップＳ１５）、複数の部位の相関係数が全
て算出された時点で、ステップＳ１６の処理において算
出された複数の部位の相関係数の加算平均値を求めて、
ステップＳ６以下の処理を行なうこともできる。

【００６８】このように、同一の測定領域あるいは複数
の部位からそれぞれ求められた相関係数を加算平均する
ことにより、より正確な相関係数を求めることが可能に
なる。

【００６９】また、ステップＳ２において測定する深度
及び測定する関心領域（測定領域）を設定したが、この
測定領域を予め所定の領域に設定しておいてもよい（図
１１、ステップＳ２Ａ）。

【００７０】さらに、本実施形態では、設定音速の変化
に伴って遅延時間を変え、隣接走査による信号から相関
係数を算出する方法について述べたが、この時新たに設
定された遅延時間にて超音波画像を同時に表示してもよ
い。このようにすれば、超音波画像の画質（分解能）が
改善されていく様子をモニタリングすることが可能にな
る。

【００７１】なお、上述した第１実施形態では、ゲート
回路８０及び指定器８１を用いて所定の測定領域の受信
信号のみを抽出したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、図１２に第１実施形態の変形例を示
す。

【００７２】この変形例は、加算器７０から出力された
隣接する２つ以上の受信信号を直接遅延時間制御ユニッ
トのＡ／Ｄ変換器８２′に送り、相関強度Ｃ(0) を求め
るようになっている。

【００７３】すなわち、本変形例の遅延時間制御ユニッ
トにおいては、加算器７０の分岐出力側にＡ／Ｄ変換器
８２′が接続されている。Ａ／Ｄ変換器８２′の出力側
は、第１実施形態と略同等の構成であり、また、その他
の構成要素も第１実施形態と略同等であるため、その説
明は省略する。

【００７４】本実施形態では、第１実施形態の図６にお
けるステップＳ１の終了後、すなわち、加算器７０から
出力された、隣接する２つの走査による反射信号（受信
信号）ｅ1(t)′及びｅ2(t)′は、直接Ａ／Ｄ変換器８
２′に送られ、そのＡ／Ｄ変換器８２′によりＡ／Ｄ変
換された後、それぞれバッファメモリ８３，８３に記憶
される（図１３；ステップＳ３Ａ）。以下、ステップＳ
４〜ステップＳ８の処理が第１実施形態ど同様に行なわ
れ、最小の相関係数Ｃmin(0)及びその最小相関係数Ｃmi
n(0)に対応する最適設定音速値Ｖ_xsが求められる。そし
て、その最適設定音速値Ｖ_xsに基づいて最適な集束用遅
延時間τ_fr及び最終的な最適遅延時間τが受信遅延回路
６６（１）〜６６（Ｍ）にて新しい受信信号に与えられ
る。

【００７５】この変形例においても、上述した第１実施
形態と同様に、生体内の音速の変化に係わらず、所定の
焦点に超音波ビームを集束することができるため、超音
波断層像の画質、分解能が向上する。

【００７６】（第２実施形態）本発明の隣接する２方向
からの受信信号に対して相関処理を行ない最適な遅延時
間を求める遅延時間制御ユニットのその他の構成（より
具体的な構成）を第２実施形態として図１４に示す。

【００７７】本実施形態の遅延時間制御ユニットは、加
算器７０の出力側が分岐し、その分岐出力それぞれに接
続されたミキサ９０ａ，９０ｂと、このミキサ９０ａ，
９０ｂの出力側にそれぞれ接続されたローパスフィルタ
９１ａ，９１ｂと、このローパスフィルタ９１ａ，９１
ｂの出力側にそれぞれ接続されたＡ／Ｄ変換器９２ａ，
９２ｂと、各Ａ／Ｄ変換器９２ａ，９２ｂに２個２個ず
つ接続されたバッファメモリ９３…９３と、各バッファ
メモリ９３の読み出し側に接続された相関処理回路９４
と、相関処理回路９４の出力側に接続された最適音速値
検出回路９５と、この最適音速値検出回路９５の出力側
に接続された遅延時間制御回路６４とを備えている。ま
た、遅延時間制御ユニットは、基準信号発生器９６と、
この基準信号発生器９６の分岐出力の一方に接続された
π／２移相器９７とを有し、このπ／２移相器９７の出
力は一方のミキサ９０ａに接続され、また、基準信号発
生器９６の他方の出力は直接ミキサ９０ｂに接続されて
いる。なお、その他の構成は、第１実施形態の構成（図
５）と同等であるため、その説明は省略する。

【００７８】次に、本実施形態の超音波診断装置の全体
動作について、特に隣接受信信号間の相関強度に応じた
遅延時間制御によるオートフォーカスの処理動作を中心
に説明する。なお、第１実施形態と略同等の動作につい
ては、一部その説明を省略又は簡略化している。

【００７９】最初に、走査方向θからの受信信号ｅ1
(t)、及び走査方向θ＋Δθからの受信信号ｅ2(t)は、
それぞれ次式により近似的に数式化できる。

【００８０】

【数４】 ただし、 Y_n はｎ番目の散乱体の超音波反射係数、 t_n
はｎ番目の反射体から音波が戻ってくるまでの時間、ω
₀ （＝２πｆ₀ ）は超音波角周波数である。また、ｅ1
(t)は、Ｎ１番目からＮ２番目までの散乱体からの受信
信号である。一方、ｅ2(t)は、Ｎ１′番目からＮ２′番
目までの散乱体からの受信信号であり、両者の受信信号
には共通の散乱体からのものが含まれていることは既に
述べた通りである。

【００８１】図１４において、第１実施形態と同様に、
図６におけるステップＳ１の終了後、すなわち、加算器
７０からの出力（隣接する２つの走査による受信信号）
は、上式（４）に示したｅ1(t)及びｅ2(t)で表され、こ
れらの受信信号ｅ1(t)及びｅ2(t)は、それぞれミキサ９
０ａ及びミキサ９０ｂに送られる。一方、基準信号発生
器９６から出力された超音波（角）周波数と略等しい周
波数を有する基準信号sin(ω₀ t)の内一方は、そのまま
ミキサ９０ｂの一方の入力端子を介して入力され、前記
加算器出力ｅ1(t)及びｅ2(t)と乗算される。

【００８２】ミキサ９０ｂからは直流成分と 2ω₀ 成分
が出力されるが、ローパスフィルタ９１ｂにて 2ω₀ 成
分は除去され、下式で示される信号が得られる。

【００８３】

【数５】 ただし、[ ｅ1(t)]i及び[ ｅ2(t)]iは、ｅ1(t)及びｅ2
(t)の「cos 成分」（虚数成分；イマジナリーパート）
を表す。

【００８４】一方、基準信号発生器９６から出力された
基準信号sin(ω₀ t)の内、他方は、π／２移相器９７に
て９０度（π／２）位相がずれ、cos(ω₀ t)としてミキ
サ９０ａの一方の入力端子を介して入力され、前記加算
器出力ｅ1(t)及びｅ2(t)と乗算される。さらに、ミキサ
９０ａからの出力は、上述したミキサ９０ｂからの出力
と同様に、ローパスフィルタ９１ａにて高周波数成分が
除去され、下式で示される信号が得られる。

【００８５】

【数６】 ただし、[ ｅ1(t)]r及び[ ｅ2(t)]rは、ｅ1(t)及びｅ2
(t)の「sin 成分」（実成分；リアルパート）を表す。
すなわち、加算器７０から出力された信号ｅ1(t)及びｅ
2(t)は、ミキサ９０ａ及び９０ｂ、ローパスフィルタ９
１ａ及び９１ｂ等の作用により、当該信号のcos 成分、
sin 成分に直交位相検波される（図１５、ステップＳ２
０）。

【００８６】直交位相検波された信号は、Ａ／Ｄ変換器
９２ａ，９２ｂにてディジタル信号に変換された後バッ
ファメモリ９３…９３に一旦記憶される。そして、バッ
ファメモリ９３…９３に記憶された信号は、相関処理回
路９４の演算回路により、下式に示すように複素数とし
て合成される（ステップＳ２１）。

【００８７】

【数７】

【００８８】合成された複素信号E1(t) 及びE2(t) は、
演算回路により下式に従って相関処理が行なわれる。

【００８９】

【数８】 ここで、E2(t) ^* はE2(t) の複素共役関数、すなわち、

【数９】E2(t) ^* ＝[ ｅ2(t)]r−j[ｅ2(t)]i である（ステップＳ２２）。この受信信号に関する設定
音速値Ｖ_x1と算出された相関係数Ｃ1(0)は、相関処理回
路９４のメモリに一旦記憶される（ステップＳ２３）。

【００９０】以下、第１実施形態と同様に、ステップＳ
６以下の処理が行なわれる。すなわち、設定音速値を変
えながら相関係数が順次求められ、最適設定音速値検出
回路９５により最小の相関係数Ｃmin(0)及び最適設定音
速値Ｖ_xsが求められる。そして、求められた最適設定音
速値Ｖ_xsに基づいて遅延時間制御回路６４により最適な
集束用遅延時間τ_fr及び最終的な最適遅延時間τが設定
され、その最適遅延時間τが受信遅延回路６６（１）〜
６６（Ｍ）にて新しい受信信号に与えられることによ
り、音速値に依存せずに最適に受信フォーカスされた超
音波画像を表示することができる。

【００９１】以上述べたように、本実施形態によれば、
第１実施形態と同様に、生体内の音速の変化に係わら
ず、所定の焦点に超音波ビームを集束することができる
ため、特に、ピクセル単位に近い高精細なダイナミック
集束法を用いた場合に、非常に高分解能画質の超音波断
層像を得ることができる。

【００９２】特に、本実施形態によれば、加算器から出
力された受信信号をミキサ、ローパスフィルタを介して
複素信号に変換してからＡ／Ｄ変換し、メモリに記憶し
ているため、信号のサンプリングやメモリへの記憶が第
１実施形態の構成と比べて容易になる。

【００９３】なお、第１〜２実施形態では、各々の設定
音速値に対して前掲式（３）を用い、ｍ番目振動子の送
信あるいは受信信号に与える遅延時間をそれぞれ算出す
る場合について述べたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば遅延時間設定回路がＲＯＭ（リード
オンリーメモリ）等の記憶部を有し、この記憶部に予め
遅延時間データを記憶させておく。そして、遅延時間制
御回路のＣＰＵは、記憶部に記憶された遅延時間データ
を読み出し制御して当該送信あるいは受信信号に与える
こともできる。

【００９４】一般に、記憶部には焦点距離Ｆ₀ （あるい
は受信時間）に対してＭ本（Ｍ個）の振動子に与えられ
る遅延時間が記憶されている。すなわち、暫定的な生体
内音速をＶx1とすれば、焦点距離Ｆ₀ に超音波を集束す
る場合に、ｍ番目の振動子の送信あるいは受信信号に与
えられる集束用遅延時間τ_f （ｍ）は、

【数１０】 となる。ただし、Ｋは比例定数である。記憶部（以下、
ＲＯＭ（テーブル）として説明する）にはＦ₀ に対して
τ_f （ｍ）が記憶されている。ここで、集束点をＦ₀ と
し、設定音速値Ｖ_x1を（ΔＶ_x1）だけ大きくするために
は、遅延時間制御回路６４のＣＰＵは、集束点Ｆ₀ 用に
ＲＯＭ内に記憶されている集束用遅延時間データτ
_f （ｍ）を、Ｆ₀ ＋ΔＦ（ΔＦは焦点距離の変化度合）
からの受信信号に対して用いる（もちろん、最終的に与
えられる遅延時間は、τ（＝τ_f ＋τ_s）である）よう
に読み出し制御すればよい。ただし、ΔＦ＝（ΔＶ_x1／
Ｖ_x1）である。

【００９５】すなわち、設定音速値の順次変化に応じて
遅延時間（集束用遅延時間）を制御することは、予めＲ
ＯＭ内に記憶された遅延時間データの読み出しアドレス
の変更に基づく焦点距離の変化によって極めて簡単に実
施可能である。

【００９６】また、集束用遅延時間τ_f と偏向用遅延時
間τ_s は、それぞれに独立なＲＯＭ（記憶部）を用いて
記憶していることは少なく、合成遅延時間（すなわち、
τ_f＋τ_s ）としてＲＯＭに記憶されていることが多い
が、この場合でも、τ_f の変化に応じて全体の遅延時間
τの読み出しアドレスを制御することにより、全体遅延
時間の制御が可能になる。

【００９７】さらに、本実施形態においても、第１実施
形態と同様に、ゲート回路を用いてある測定領域の信号
のみを抽出して上述した相関処理が可能であり、また、
第１実施形態で述べた各種の変形（図９〜図１１）を行
なうことも可能である。

【００９８】（第３実施形態）上述した第１及び第２実
施形態では、設定音速が実際の生体内音速と異なった場
合に発生する集束点移動とこの移動に伴う画質劣化の改
善策について説明したが、セクタ走査方式の場合には、
設定音速と実際の生体内音速の際はセクタ偏向角の誤差
となって現れる。すなわち、差異がΔＶ_x1ある場合は、
実際の偏向角は増大あるいは減少する。

【００９９】本実施形態における超音波診断装置は、上
述した偏向角の増大あるいは減少を補正する手段を有し
ている。

【０１００】この補正手段として、本実施形態における
超音波診断装置は、図１４に示す構成において、遅延時
間制御回路６４がＲＯＭテーブル等の記憶部を有し、こ
の記憶部には、θ₀ に対する走査角用遅延時間データτ
_s （ｍ）が記憶されている。セクタ偏向角θ₀ と設定音
速は既に示したように下式

【数１１】 のように表される。ただし、Ｋ′は比例定数である。

【０１０１】例えば遅延時間制御回路６４のＲＯＭテー
ブル等の記憶部には、θ₀ に対する遅延時間データτ_s
（ｍ）が記憶されている。ここで、偏向角をθ₀ とし、
設定音速値Ｖ_x1を（ΔＶ_x1）だけ大きくするためには、
遅延時間制御回路６４のＣＰＵは、偏向角用にＲＯＭ内
に記憶されている走査角用遅延時間データτ_s （ｍ）を
「θ₀ ＋Δθ_x1」の偏向に対して用いればよい。ただ
し、「Δθ_x1＝−（ΔＶ_x1／Ｖ_x1）tan θ₀ 」である。

【０１０２】すなわち、設定音速値の順次変化に応じて
遅延時間を制御することは、予めＲＯＭ内に記憶された
遅延時間データの読み出しアドレスの変更によって極め
て簡単に実施可能である。ただし、偏向角については、
他の方法も考えられる。一般に集束用遅延時間τ_f と偏
向用遅延時間τ_s は、それぞれに独立なＲＯＭ（記憶
部）を用いて記憶していることは少なく、合成遅延時間
τ（すなわち、τ_f ＋τ_s ）としてＲＯＭに記憶されて
いることが多い。このような場合、変更角の補正は以下
に示すように表示系にて行なうことも可能であり、ＲＯ
Ｍからの読み出し制御処理に比べて、容易に遅延時間を
制御することが可能である。

【０１０３】すなわち、遅延時間τ_s を用いた場合、設
定音速値がＶ_x1＋ΔＶ_x1であれば、上述したように、

【数１２】 だけ増減するため、この増減に伴って、表示モニタの表
示範囲（表示セクタ角度）を調節すればよい。

【０１０４】このような表示系による遅延時間制御手段
を備えた超音波診断装置の構成を図１６に示す。この超
音波診断装置は、書き込み・読み出し制御器７５ａを制
御するコンピュータ回路を搭載した画像メモリ制御回路
１００を備えている。この画像メモリ制御回路１００
は、最適設定音速値検出回路９５′に接続されている。
本実施形態の最適設定音速値検出回路９５′は、相関処
理回路９４から送られた相関係数データに基づいて最小
の相関係数及びその最小相関関数に対応する最適設定音
速値を求め、さらに最適設定音速値に基づいて最適な偏
向角度データ（セクタ走査角度データ）を求めて、その
最適偏向角度データを画像メモリ制御回路１００に送る
ようになっている。画像メモリ制御回路１００は、送ら
れた最適偏向角度データに基づいて、書き込み・読み出
し制御器７５ａを制御して画像メモリ７４内に書き込ま
れる画像信号の書き込みアドレスを制御するようになっ
ている。なお、その他の構成は、第２実施形態の図１４
に示した構成と略同様であるため、その説明は省略す
る。

【０１０５】本実施形態において、超音波パルスを生体
内へ送信する場合には、まず送信レート信号発生器６３
から出力されたレートパルスは、送信遅延回路６２
（１）〜６２（Ｍ）に送られ、予め設定された暫定値と
しての音速値Ｖ_x1に基づいて遅延時間制御回路６４によ
り算出、決定された遅延時間τ_f 及び遅延時間τ_s が与
えられてＭチャンネルの振動子駆動回路（パルサ）６１
（１）〜６１（Ｍ）に供給される。すなわち、ｍ番目の
送信遅延回路６２（ｍ）において設定される遅延時間τ
（ｍ）は、「τ_f （ｍ）＋τ_s （ｍ）」であり、τ
_f （ｍ）及びτ_s （ｍ）は、下式のように設定される。

【０１０６】

【数１３】 ただし、ｄは、振動子配列間隔、Ｖ_x1は生体内音速、Ｆ
₀ は焦点距離、θ₀ は偏向角（セクタ角）である。

【０１０７】このパルサ６１（１）〜６１（Ｍ）は、送
信遅延回路６２（１）〜６２（Ｍ）の出力に応じて決定
された送信タイミングにより駆動パルスを超音波振動子
６０（１）〜６０（Ｍ）に供給し、その結果、超音波振
動子６０（１）〜６０（Ｍ）が駆動され、超音波が生体
内に放射される。

【０１０８】生体内に放射された超音波の一部は、生体
内の臓器の境界面あるいは生体組織の音響散乱体にて反
射され、再び超音波振動子６０（１）〜６０（Ｍ）によ
って受信され、電気信号に変換される。この受信信号
は、プリアンプ６５（１）〜６５（Ｍ）を介して増幅さ
れた後、送信時同様、設定音速値Ｖ_x1に基づいて決定さ
れた受信時の遅延時間τ_f 及び遅延時間τ_s が受信遅延
回路６６（１）〜６６（Ｍ）により与えられて加算器７
０に送られる。

【０１０９】加算器７０からの出力（２つの走査（走査
方向θ及びθ＋Δθで得られた反射信号））は、前掲式
（４）に示したｅ1(t)及びｅ2(t)で表され、これらの受
信信号ｅ1(t)及びｅ2(t)は、それぞれミキサ９０ａ及び
ミキサ９０ｂ及びローパスフィルタ９１ａ，９１ｂを介
して前掲式（５）及び式（６）に示す信号が得られる
（第２実施形態、図１５、ステップＳ２０参照）。これ
らの信号は、Ａ／Ｄ変換器９２ａ，９２ｂを介してディ
ジタル信号としてバッファメモリ９３…９３に記憶され
た後、相関処理回路９４の演算回路により、前掲式
（７）に示す複素数として合成され（図１５、ステップ
Ｓ２１参照）、さらに演算回路により前掲式（８）に従
って相関処理が行なわれる（図１５、ステップＳ２２〜
Ｓ２３参照）。

【０１１０】以下、第１及び第２実施形態と同様に、設
定音速値を変えながら相関係数が順次求められ、最適設
定音速値検出回路９５′により最小の相関係数Ｃmin
(0)′及び最適設定音速値Ｖ_xs′が求められる（図１
７、ステップＳ３０）。

【０１１１】そして、最適設定音速値検出回路９５′
は、図１７に示すように、求められた最適設定音速値Ｖ
_xs′に基づいて、当該最適設定音速値Ｖ_xs′に対応する
最適偏向角度（セクタ走査角度）データを上式（１２）
を用いて求め（ステップＳ３１）、その最適偏向角度デ
ータを画像メモリ制御回路１００に送る（ステップＳ３
２）。また同様に、最適集束点（データ取得深さ）につ
いても、前掲式（１２）によって求め、画像メモリ制御
回路１００に送る。

【０１１２】画像メモリ制御回路１００は、送られた最
適偏向角度データ及び最適データ取得（サンプリング）
深さデータに基づいて書き込み・読み出し制御器７５ａ
を制御して、Ａ／Ｄ変換器７３を介して送られるディジ
タル画像信号の画像メモリ７４への書き込みアドレスを
制御する（ステップＳ３３）。すなわち、画像メモリ７
４へ書き込まれる（ストアされる）超音波走査信号（デ
ィジタル画像信号）は、最適音速値での最適な走査角度
及びデータサンプリング深さに対応した書き込み位置に
なるため、Ｄ／Ａ変換器７６を介してモニタ７７に表示
される超音波断層像の画質が向上する。

【０１１３】以上偏向角の増減に伴う補正は、第１及び
第２実施形態で説明した集束点の移動に伴う補正と同時
に用いることも可能なことは言うまでもない。また、集
束点の移動に伴う補正と偏向角増減に伴う補正は必ずし
も同時に行なう必要はなく、特に、超音波断層像の分解
能改善を目的とするならば、集束点の補正のみを行なっ
てもよい。

【０１１４】また、本実施形態においても、第１実施形
態と同様に、ゲート回路を用いてある測定領域の信号の
みを抽出して上述した相関処理が可能であり、また、第
１実施形態で述べた各種の変形（図９〜図１１）を行な
うことも可能である。

【０１１５】さらに、上述した実施形態では、本発明の
遅延時間制御を電子セクタ走査型の超音波診断装置を用
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、電子リニア走査、電子コンベックス走査型の超音波
診断装置等はいうまでもなく、アニュラアレイプローブ
を用いた機械走査型の超音波診断装置においても適用可
能である。

【０１１６】さらにまた、上述した実施形態では、遅延
時間制御を受信信号に対して行なう例を示したが、送信
信号と受信信号の何れにおいて行なってもよい。

【０１１７】一方、本発明は隣接する２つ以上の走査に
基づく受信信号間での相関処理によって超音波ビームの
形状を評価するものであるが、本明細書で言う隣接と
は、厳密な意味での隣接走査である必要はなく、図１８
に示すように、例えば順次１０回の走査（走査番号１〜
走査番号１０）が行なわれるセクタ走査において、走査
線１と走査線２の選択のみならず、走査線１と走査線３
あるいは走査線１と走査線４のように、数走査線分飛び
越して選択してもよい。この飛び越しが可能な範囲は、
少なくとも走査線１上の受信信号と相関関係が見込める
受信信号が得られた走査線までである。

【０１１８】上述した走査線の最適な選択法は、ビーム
幅と走査密度によって決定されるものである。さらに、
複数箇所においてそれぞれ相関係数を算出し、加算平均
にてより正確な値を得ようとする場合には、例えば走査
１と走査４、走査２と走査５、走査３と走査６、…のよ
うな選択方法が考えられる。

【０１１９】さらに、上述した実施形態では、隣接する
２つの走査による２つの受信信号について相関処理が行
なわれたが本発明はこれに限定されるものではなく、例
えば、隣接する複数走査による複数の受信号間で相関処
理を行なうこともできる。

【０１２０】なお、本発明の実施形態において、ドプラ
信号の血流ユニット部分の構成については、記載を省略
したが、第１〜第３実施形態の各診断装置において、従
来例の図１９に示した血流ユニット部分を構成要素とし
て加えてもよく、この血流ユニット部分の動作は、従来
例と同等である。

【０１２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、例
えば生体内音速値が変化しても、常に所定の深さ位置に
超音波ビームを集束させることができるため、その生体
内音速値の変化に起因して従来の超音波断層像上に発生
していた設定集束点と実際の集束点の誤差から生ずる分
解能劣化が大幅に低減し、被検体の体格や検査部位等に
よらず常に最適な条件での診断が可能になる。また特
に、本発明は、超音波ビームを所定の深さに誤差なく集
束させることが可能になるため、ピクセル単位に近い高
精細なダイナミック集束法を行なった場合に特に威力を
発揮し、高分解能高画質の超音波断層像を得ることがで
き、診断精度をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明の共通の概念を説明するため
の超音波診断装置の超音波送受信部分及びビーム幅の広
い超音波ビームを概略的に示す図、（Ｂ）は、（Ａ）に
おけるビーム幅の広い超音波ビームをラインＬ1 で切断
した場合の断面ビーム形状を示す図。

【図２】（Ａ）は、本発明の共通の概念を説明するため
の超音波診断装置の超音波送受信部分及びビーム幅の狭
い超音波ビームを概略的に示す図、（Ｂ）は、（Ａ）に
おけるビーム幅の狭い超音波ビームをラインＬ2 で切断
した場合の断面ビーム形状を示す図。

【図３】ビーム幅と相関強度の関係を示すグラフ。

【図４】（ａ）は、走査方向θからの受信信号ｅ1(t)の
信号波形を示す図、（ｂ）は、走査方向（θ＋Δθ）か
らの受信信号ｅ2(t)の信号波形を示す図、（ｃ）は、相
関係数を示す式を表す図。

【図５】第１実施形態に係わる超音波診断装置の全体構
成を概略的に示すブロック図。

【図６】第１実施形態における超音波診断装置の遅延時
間制御処理の一例を示す概略フローチャート。

【図７】超音波断層像上で指定される測定領域の一例を
示す図。

【図８】設定音速と相関強度との関係の一例を示すグラ
フ。

【図９】第１実施形態における超音波診断装置の相関強
度に応じた遅延時間制御処理の一例を示す概略フローチ
ャート。

【図１０】第１実施形態における超音波診断装置の遅延
時間制御処理の一例を示す概略フローチャート。

【図１１】第１実施形態における超音波診断装置の遅延
時間制御処理の一例を示す概略フローチャート。

【図１２】第１実施形態の変形例における超音波診断装
置の全体構成を概略的に示すブロック図。

【図１３】第１実施形態の変形例における超音波診断装
置の遅延時間制御処理の一例を示す概略フローチャー
ト。

【図１４】第２実施形態の変形例における超音波診断装
置の全体構成を概略的に示すブロック図。

【図１５】第２実施形態における超音波診断装置の遅延
時間制御処理の一例を示す概略フローチャート。

【図１６】第３実施形態の変形例における超音波診断装
置の全体構成を概略的に示すブロック図。

【図１７】第３実施形態における超音波診断装置の遅延
時間制御処理の一例を示す概略フローチャート。

【図１８】隣接走査における走査線の選択例を説明する
ための図。

【図１９】従来の超音波診断装置の全体構成を示すブロ
ック図。

【図２０】電子集束法の原理を説明するための図。

【図２１】ダイナミック集束法の原理を説明するための
図。

【図２２】従来のダイナミック集束法の問題点を説明す
るための図。

【符号の説明】

５０ 送信器 ５１ 受信機 ５２ 表示器 ５３ 遅延回路 ５４ 振動子 ５５ 遅延時間制御回路 ６０（１）〜６０（Ｍ） 超音波振動子 ６１（１）〜６１（Ｍ） 振動子駆動回路（パルサ） ６２（１）〜６２（Ｍ） 送信遅延回路 ６３ 送信レート信号発生器 ６４ 遅延時間制御回路 ６５（１）〜６５（Ｍ） プリアンプ ６６（１）〜６６（Ｍ） 受信遅延回路 ７０ 加算器 ７１ 対数増幅器 ７２ 検波回路 ７３ Ａ／Ｄ変換器 ７４ 画像メモリ ７５、７５ａ 書き込み・読み出し制御回路 ７６ Ｄ／Ａ変換器 ７７ テレビモニタ ８２ Ａ／Ｄ変換器 ８３，８３ バッファメモリ ８４，９４ 相関処理回路 ８５，９５ 最適設定音速値検出回路 ９０ａ，９０ｂ ミキサ ９１ａ，９１ｂ ローパスフィルタ ９２ａ，９２ｂ Ａ／Ｄ変換器 ９３ バッファメモリ ９６ 基準信号発生器 ９７ π／２移相器 １００ 画像メモリ制御回路

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内の断面上で走査線毎に超音波信
   号を走査する走査手段と、前記走査に応じて得られた複
   数の超音波エコー信号に対して遅延時間を与えて集束さ
   れた受信信号を生成する生成手段とを備えた超音波診断
   装置において、 前記受信信号間の相関関係を示す量を複数の走査線上の
   受信信号に基づいて演算する演算手段と、前記演算され
   た相関量に基づいて前記受信信号の集束度合を制御する
   集束度合制御手段とを備えたことを特徴とする超音波診
   断装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記受信信号の集束度
   合を支配する複数のパラメータ値毎に得られた前記複数
   の走査線上の受信信号に基づいて当該複数のパラメータ
   値毎の相関量を演算する手段である請求項１記載の超音
   波診断装置。
3. 【請求項３】 前記集束度合制御手段は、前記複数のパ
   ラメータ値毎の相関量の内当該相関量が最小になるパラ
   メータ値に基づいて前記複数のエコー信号に与える遅延
   時間を最適化する遅延時間最適化手段を有した請求項２
   記載の超音波診断装置。
4. 【請求項４】 前記集束度合制御手段は、前記複数のパ
   ラメータ値毎の相関量の内当該相関量が最小になるパラ
   メータ値に基づいて、前記受信信号が取得される集束位
   置を最適化する集束位置最適化手段を有した請求項２記
   載の超音波診断装置。
5. 【請求項５】 前記パラメータ値は生体内の音速値であ
   る請求項３又は４記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】 前記複数の走査線上の受信信号は相関関
   係を見込める範囲の信号である請求項１記載の超音波診
   断装置。
7. 【請求項７】 前記複数の走査線上の受信信号は、隣接
   する走査線上の受信信号である請求項６記載の超音波診
   断装置。
8. 【請求項８】 前記受信信号に基づいて前記断面の超音
   波断層像を生成する断層像生成手段と、前記超音波断層
   像をモニタに表示する表示手段と、前記モニタに表示さ
   れた超音波断層像上において所望の領域を指定する指定
   手段とを備え、前記演算手段は、前記受信信号間の相関
   量を前記指定領域内の複数の走査線上の受信信号に基づ
   いて演算する手段である請求項１記載の超音波診断装
   置。
9. 【請求項９】 前記走査手段は、前記超音波信号を同一
   の走査線に対して複数回繰り返し走査する手段を有し、
   前記演算手段は、前記複数回の繰り返し走査毎に得られ
   た前記複数の走査線上の受信信号に基づいて当該複数の
   繰り返し走査毎の相関量を演算し、演算された複数の繰
   り返し走査毎の相関量を加算平均する手段であり、前記
   集束度合制御手段は、加算平均された相関量に基づいて
   前記受信信号の集束度合を制御する手段である請求項１
   記載の超音波診断装置。
10. 【請求項１０】 前記演算手段は、前記断面上の異なる
    部位の走査線上の受信信号に基づいて当該異なる部位毎
    の相関量を演算し、演算された複数の繰り返し走査毎の
    相関量を加算平均する手段であり、前記集束度合制御手
    段は、加算平均された相関量に基づいて前記受信信号の
    集束度合を制御する手段である請求項１記載の超音波診
    断装置。
11. 【請求項１１】 前記演算手段により求められた相関量
    に基づいて前記超音波信号の走査角度を制御する走査角
    度制御手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置。
12. 【請求項１２】 被検体内の断面上で超音波信号に偏向
    角を与えて走査する走査手段と、前記走査に応じて得ら
    れた複数の超音波エコー信号に対して遅延時間を与えて
    集束された受信信号を生成する生成手段とを備えた超音
    波診断装置において、 前記受信信号間の相関関係を示す量を複数の走査線上の
    受信信号に基づいて演算する演算手段と、前記演算され
    た相関量に基づいて前記超音波信号の偏向角を制御する
    偏向角制御手段とを備えたことを特徴とする超音波診断
    装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載した超音波診断装置
    において、前記受信信号が取得される集束位置を制御す
    る集束位置制御手段をさらに備えた超音波診断装置。
14. 【請求項１４】 前記演算手段は、前記超音波信号の偏
    向角を支配する複数のパラメータ値毎に得られた前記複
    数の走査線上の受信信号に基づいて当該複数のパラメー
    タ値毎の相関量を演算する手段であり、前記偏向角制御
    手段は、前記複数のパラメータ値毎の相関量の内当該相
    関量が最小になるパラメータ値に基づいて前記偏向角を
    制御する手段である請求項１２又は１３記載の超音波診
    断装置。
15. 【請求項１５】 前記偏向角制御手段は、前記相関量に
    基づいて前記超音波信号に前記偏向角用の遅延時間を与
    えることにより当該偏向角を制御する手段である請求項
    １４記載の超音波診断装置。
16. 【請求項１６】 前記受信信号に基づいて前記断面の超
    音波断層像を生成する断層像生成手段と、前記超音波断
    層像をモニタに表示する表示手段とを有し、前記表示手
    段は、前記超音波信号走査に基づく受信信号が書き込ま
    れるメモリと、このメモリに書き込まれた受信信号を走
    査変換して画像信号として読み出す書き込み・読み出し
    制御手段とを有するとともに、 前記偏向角制御手段は、前記相関量が最小になるパラメ
    ータ値に基づいて当該パラメータ値に対応する偏向角デ
    ータを求める手段と、求められた偏向角データに応じて
    前記書き込み・読み出し制御手段による前記メモリへの
    前記受信信号の書き込みアドレスを補正するアドレス補
    正手段を備えた請求項１４記載の超音波診断装置。
17. 【請求項１７】 前記モニタに表示された超音波断層像
    上において所望の領域を指定する指定手段とを備え、前
    記演算手段は、前記受信信号間の相関量を前記指定領域
    内の複数の走査線上の受信信号に基づいて演算する手段
    である請求項１６記載の超音波診断装置。
18. 【請求項１８】 前記走査手段は、前記超音波信号を同
    一の走査線に対して複数回繰り返し走査する手段を有
    し、前記演算手段は、前記複数回の繰り返し走査毎に得
    られた前記複数の走査線上の受信信号に基づいて当該複
    数の繰り返し走査毎の相関量を演算し、演算された複数
    の繰り返し走査毎の相関量を加算平均する手段であり、
    前記偏向角制御手段は、加算平均された相関量に基づい
    て前記超音波信号の偏向角を制御する手段である請求項
    １６記載の超音波診断装置。
19. 【請求項１９】 前記演算手段は、前記断面上の異なる
    部位の走査線上の受信信号どうしから当該異なる部位毎
    の相関量を演算し、演算された複数の繰り返し走査毎の
    相関量を加算平均する手段であり、前記偏向角制御手段
    は、加算平均された相関量に基づいて前記超音波信号の
    偏向角を制御する手段である請求項１６記載の超音波診
    断装置。
20. 【請求項２０】 被検体内の断面上において超音波信号
    を走査線毎に走査して得られた複数の超音波エコー信号
    対して遅延時間を与えて集束された受信信号を生成する
    ステップと、生成された受信信号間の相関関係を示す量
    を複数の走査線上の受信信号に基づいて演算するステッ
    プと、前記集束度合を制御するために前記演算された相
    関量に基づいて前記複数のエコー信号に与える遅延時間
    を最適化するステップとを備えたことを特徴とする遅延
    時間最適化方法。
21. 【請求項２１】 前記演算ステップは、前記受信信号の
    集束度合を支配する複数のパラメータ値毎に得られた前
    記複数の走査線上の受信信号に基づいて当該複数のパラ
    メータ値毎の相関量を演算するステップであり、前記遅
    延時間最適化ステップは、前記複数のパラメータ値毎の
    相関量の内当該相関量が最小になるパラメータ値に基づ
    いて前記複数のエコー信号に与える遅延時間を最適化す
    るステップである請求項２０記載の遅延時間最適化方
    法。