JP3869046B2 - 超音波装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波装置に関し、特に、超音波により物体を非破壊検査する装置、あるいは、医療診断に用いる超音波診断装置等の信号処理装置のディジタル化に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波装置は、図１１に示すように、被検体に超音波を送波および受波する短冊状の超音波振動子が複数個配列された超音波探触子１と、超音波の送波と受波とを切り替えるアナログ送受切り替え回路２と、各超音波振動子を駆動する送波回路３と、各超音波振動子によって受波された受波信号に対して、各超音波振動子間のフォーカス点（受波フォーカス点）までの到達時間を補正するｍ個の受波信号処理手段４と、各受波処理手段の出力を加算し一つの信号に合成する加算手段５と、フィルタリング、圧縮、エッジ強調、時間可変増幅、スキャン変換等の信号処理を行う信号処理手段６と、処理後の信号を画像情報として表示する表示手段７とから構成されていた。
【０００３】
なお、前述するｍ個の受波信号処理手段４は、それぞれ１個に対して超音波振動子が１個接続されていた。
【０００４】
送波回路３に駆動された超音波振動子は、各超音波振動子ごとに設定された遅延時間で決定される送波フォーカス点の位置および送波方向（ビーム方向）に、超音波を送波する。
【０００５】
一方、被験者の生体内で反射された超音波は、超音波探触子１に設けられた各超音波振動子で受波された後、アナログ送受切り替え回路２により、それぞれに超音波振動子に接続される受波信号処理手段４に導かれる。
【０００６】
各超音波振動子に対応した受波信号処理手段４は、それぞれ所定量の遅延時間を持つ遅延手段を有しており、受波信号をアナログ信号のままで処理する場合はアナログ遅延線のタップを選択するにより、基準となる超音波振動子との遅延を行なっていた。なお、このときの遅延データは、タップ選択データとなっていた。
【０００７】
一方、受波信号をディジタル処理する場合は、まず、受波信号をＡ／Ｄ変換手段でサンプリング（Ａ／Ｄ変換）した後、このデジタル信号をメモリに書き込み、このメモリからの読みだしアドレスを各受波信号処理手段間で変えることにより、遅延を行なっていた。
【０００８】
なお、このときの遅延データは、メモリの読み出しアドレスであった。
【０００９】
次に、遅延を与えられた受波信号は、位相をそろえた後、加算手段５で加算され、受波超音波ビームとなる。
【００１０】
その後、整相加算された受波信号は、信号処理手段６により、前述するフィルタリング、圧縮、エッジ強調、時間可変増幅、スキャン変換等の信号処理を施される。
【００１１】
以上の操作を超音波ビームの方向を順次ずらしながら走査することにより、表示手段７に断層像を表示する。
【００１２】
ただし、前述する各手段は、全体制御手段２９により制御される。
【００１３】
従来のディジタル処理を行う超音波装置では、回路部品の定数のバラツキ、回路部品の定数の温度ドリフト、能動回路部品の飽和等のアナログ回路では回避できない不具合を解消することが試みられている。
【００１４】
しかしながら、単に信号処理をディジタル化した場合、従来のアナログ回路を使用する超音波装置と同様に、整相精度（遅延精度）１０ｎｓ以上を実現するためには、１００ＭＨｚ以上の高速なＡＤＣ（アナログ−ディジタル変換器、Ａ／Ｄ変換器）が必要となる。
【００１５】
したがって、低速のＡＤＣでディジタル化し、信号処理（補間処理）で高精度な整相を実現する方法が知られている。
【００１６】
この方法では、基本的にはサンプリングされたデータがメモリに記憶され、読み出し、あるいは書き込みのアドレスによって、サンプリング単位での受波信号の遅延が行なわれる。
【００１７】
しかしながら、このサンプリング周期で遅延の精度が得られない場合には、各種の補間処理により受波信号の微小遅延がなされる。あるいは、サンプリングクロックを多層にし、この多層クロックの時間差で微小遅延を行い、メモリに記憶しサンプリング単位で受波信号の遅延を行なうという波面同期（凹面）サンプル技術も知られている。
【００１８】
前述する方法を用いる場合、従来ではメモリの読み出しアドレスを直接外部より受波信号のフォーカス切り替えに応じて与えていた。
【００１９】
以下、図１２は従来の超音波装置の受波処理手段の概略構成を示すブロック図を示し、メモリの読み出しアドレスの指定方法を説明する。なお、図１２に示す受波処理手段は、補間によって微小遅延を行う構成となっている。
【００２０】
図１２に示す受波処理手段では、受波信号はＡＤＣ９により量子化（サンプリング）され、遅延メモリ１０に書き込まれていた。このとき、遅延メモリ１０に書き込まれるアドレスは、メモリアドレス設定部１３で設定されていた。同様に、読み出しアドレスもまた、メモリアドレス設定部１３で別に設定されていた。
【００２１】
たとえば、読み出し時に受波信号に遅延を与える場合、まず、遅延を与える読み出しアドレスが、受波フォーカスデータメモリ３２より読み出され、遅延メモリ１０のアドレスが設定される。
【００２２】
次に、このアドレスから遅延メモリ１０の読み出しアドレスを順次カウントアップし、遅延メモリ１０から受波データが順次読み出される。受波フォーカスが切り替わるとき、再び、遅延メモリ１０の読みだしアドレスを受波フォーカスデータメモリ３２から、同様に読み出していく。
【００２３】
一方、補間手段１１は、補間係数メモリ１６から読み出された各種係数に基づいて、遅延メモリ１０から読み出された受波データを補間処理することによって、低速のＡＤＣでディジタル化した受波データから高精度な整相を得ていた。
【００２４】
次に、補間係数メモリ１６から補間係数を読み出す手順を、図１２に基づいて説明すると、まず、受波フォーカスデータメモリ３２から補間係数メモリ１６のアドレスが読み出される。
【００２５】
次に、このアドレスに基づいて、補間係数メモリ１６から補間係数を読み出し、この補間係数を補間手段１１に出力する。補間手段１１では、入力された補間係数に基づいて、補間演算を行うことにより、微小な遅延を補正した受波信号を出力する。
【００２６】
このとき、たとえば、ＡＤＣのサンプルクロックが高速、あるいは、多層クロックで隣接間でのＡＤＣ間のサンプルクロックの差が小さい場合等のように、遅延メモリ１０での遅延量子化単位が所望の微小遅延の精度を満たしている場合には、補間手段１１およびその制御系は不要となる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【００２８】
従来の超音波装置では、ＡＤＣのサンプルクロックが低速であるために、計測値すなわち遅延メモリ１０に格納される計測データから超音波像を生成する際に、遅延メモリ１０から読み出した計測データを補間するための補間手段１１、および、補間手段１１に補間に必要な補間係数を与えるための手段が必要となる。
【００２９】
一方、従来の超音波装置では、図１２に示すように、遅延メモリ１０、補間係数メモリ１６のアドレスを受波フォーカスデータとして受波フォーカスデータメモリ３２に全て記憶していたので、たとえば、遅延メモリ１０の容量が８ｋワードのときには、１３ｂｉｔのアドレスデータが必要となる。
【００３０】
したがって、受波信号を遅延させるための受波フォーカスデータがフォーカス段数とラスタ数との積の数だけ必要となるので、受波フォーカスデータメモリ３２の容量が大きくなってしまうという問題があった。
【００３１】
また、受波フォーカスデータメモリ３２の容量が大きくなるので、受波処理手段を構成する回路が占める面積が大きくなってしまうという問題があった。
【００３２】
本発明の第１の目的は、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータを軽減した超音波装置を提供することにある。
【００３３】
本発明の第２の目的は、受波信号処理手段を構成する回路の面積が小さい超音波装置を提供することにある。
【００３４】
本発明の第３の目的は、各処理手段における超音波診断装置個々に特有の時間ばらつきを補正した超音波装置を提供することにある。
【００３５】
本発明の第４の目的は、被検体内の各部位で音速分布が異なることにより生じる遅延誤差を補正することが可能な超音波装置を提供することにある。
【００３６】
本発明の第５の目的は、遅延メモリの記憶容量が小さい超音波装置を提供することにある。
【００３７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００３９】
（１）超音波を送波および受波する複数の超音波振動子と、該超音波振動子が受波した超音波信号を各々デジタル信号に変換する複数の変換手段と、該変換手段の出力を格納する複数の受波データ格納手段と、該受波データ格納手段に格納される受波データを読み出して加算する信号加算手段と、該加算した信号を所定の順番に出力する出力制御手段と、該出力信号に基づいた超音波画像を表示する表示手段とを有する超音波装置であって、前記受波データ格納手段に格納される受波信号データの内、一番目に読み出す受波信号データのアドレス値を格納する初期アドレス格納手段と、各フォーカス段毎のアドレス値の差分値を格納する差分値格納手段と、前記一番目に読み出すアドレス値あるいは前段のアドレス値と前記差分値とを加算するアドレス加算手段とを具備し、前記受波信号データ読み出し時には、前記初期アドレス格納手段に格納されるアドレス値あるいはフォーカス前段のアドレス値と、前記差分値格納手段に格納される差分値とに基づいて、前記フォーカス段に該当する受波信号データを順次読み出して遅延処置する。
【００４０】
（２）超音波を送波および受波する複数の超音波振動子と、該超音波振動子が受波した超音波信号をデジタル信号に変換する変換手段と、該変換手段の出力を格納する格納手段と、該格納手段に格納される受波信号を読み出して遅延し、該遅延された受波信号に補間処理する補間処理手段と、該補間処理後の複数の受波信号を加算する信号加算手段と、該加算した信号を所定の順番に出力する出力制御手段と、該出力信号に基づいた超音波画像を表示する表示手段とを有する超音波装置であって、補間係数を格納する補間係数格納手段と、該補間係数格納手段に格納される補間係数の内、１番目に読み出す補間係数アドレス値を格納する初期補間係数アドレス格納手段と、各フォーカス段毎の補間係数アドレス値の差分値を格納する補間係数差分値格納手段と、前記一番目に読み出す補間係数のアドレス値あるいは前段の補間係数のアドレス値と前記差分値とを加算する補間係数アドレス加算手段とを具備し、補間係数読み出し時には、前記初期補間係数アドレス格納手段に格納される補間係数アドレス値あるいは前段のアドレス値と、前記補間係数差分値格納手段に格納される差分値とに基づいて、前記フォーカス段に該当する補間係数を読み出し、前記格納手段から読み出された受波信号を補間処理する。
【００４１】
（３）超音波を送波および受波する複数の超音波振動子と、該超音波振動子が受波した超音波信号をデジタル信号に変換する変換手段と、該変換手段の出力を格納する格納手段と、該格納手段に格納される受波信号を読み出し順番に補間処理する補間処理手段と、該補間処理後の複数の受波信号を加算する信号加算手段と、該加算した信号を所定の順番に出力する出力制御手段と、該出力信号に基づいた超音波画像を表示する表示手段とを有する超音波装置であって、前記受波データ格納手段に格納される受波信号データの内、一番目に読み出す受波信号データのアドレス値を格納する初期アドレス格納手段と、各フォーカス段毎のアドレス値の差分値を格納する差分値格納手段と、前記一番目に読み出すアドレス値あるいは前段のアドレス値と前記差分値とを加算するアドレス加算手段と、補間係数を格納する補間係数格納手段と、該補間係数格納手段に格納される補間係数の内、１番目に読み出す補間係数アドレス値を格納する初期補間係数アドレス格納手段と、各フォーカス段毎の補間係数アドレス値の差分値を格納する補間係数差分値格納手段と、前記一番目に読み出す補間係数のアドレス値あるいは前段の補間係数のアドレス値と前記差分値とを加算する補間係数アドレス加算手段とを具備し、前記受波信号データ読み出し時には、前記初期アドレス格納手段に格納されるアドレス値あるいはフォーカス前段のアドレス値と、前記差分値格納手段に格納される差分値とに基づいて、前記フォーカス段に該当する受波信号データを順次読み出すと共に、前記初期補間係数アドレス格納手段に格納される補間係数アドレス値あるいは前段のアドレス値と、前記補間係数差分値格納手段に格納される差分値とに基づいて、前記フォーカス段に該当する補間係数を読み出し、前記格納手段から読み出された受波信号を補間処理する。
【００４２】
（４）前述する（１）ないし（３）のいずれかに記載の超音波装置において、複数の超音波振動子により受信された受信信号を遅延し位相合わせをした受信信号における各超音波振動子間の前記受信信号の位相ずれを検出する位相ずれ検出手段と、該位相ずれ検出手段の出力値に基づいて、位相ずれの補正値に相当するアドレス値を計算する補正アドレス計算手段と、該補正アドレス値を格納する位相ずれアドレス値格納手段と、該位相ずれアドレス値に基づいて、前記アドレス加算手段および前記補間係数アドレス加算手段に入力する差分値を補正する手段とを具備する。
【００４３】
（５）前述する（１）ないし（４）のいずれかに記載の超音波装置において、装置ごとの個体差に基づく超音波計測特性を予め計測し、該計測値に基づいて算出した補正値に相当するアドレス値を格納するばらつき値アドレス格納手段と、該ばらつき値アドレス格納手段のアドレス値に基づいて、前記初期アドレス値および前記初期補間係数アドレス値を補正する手段とを具備する。
【００４４】
（６）前述する（１）ないし（５）のいずれかに記載の超音波装置において、前記受波データ格納手段は、前記変換手段でデジタル信号に変換した超音波信号を所定の容量内で順番に格納していき、変換後の超音波信号が前記受波データ格納手段の容量を超えたときには、前記受波データ格納手段の先頭から容量を超えた分の超音波信号を格納する手段である。
【００４５】
（７）前述する（６）に記載の超音波装置において、前記アドレス加算手段の出力するアドレス値と前記受波データ格納手段の容量とを比較し、前記アドレス加算手段の出力するアドレス値が前記受波データ格納手段の容量を越えるアドレス値となった場合、該越えたアドレス値から前記受波データ格納手段の容量分のアドレス値を減算し、該アドレス値に基づいて、前記フォーカス段に該当する受波信号データを順次読み出す読み出しアドレス設定手段を具備する。
【００４６】
前述した（１）の手段によれば、初期アドレス格納手段に格納される一番目に読み出す受波信号データのアドレス値、すなわち、前記受波データ格納手段に格納される受波信号データの内、一番目に読み出す受波信号データのアドレス値と、差分格納手段に格納される各フォーカス段毎のアドレス値の差分値とを加算するアドレス加算手段の出力値を、受波データ格納手段に入力する読み出しアドレスとすることにより、まず、受波データ格納手段から１番目のフォーカス段に該当する受波信号データを読み出し、それ以降は、アドレス加算手段が出力する１段前のフォーカス段の読み出しアドレスと差分値との加算値を受波データ格納手段から受波信号データを読み出す際のアドレス値とするので、各フォーカス段を読み出すためのアドレス値を全て格納しておくための手段が必要なくなるので、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータの内、読み出しアドレス値を格納しておく手段の容量分が軽減できる。
【００４７】
したがって、変換手段と、受波データ格納手段と、受波データ格納手段から受波データを読み出すためのアドレス値を指定するための手段とからなる受波信号処理手段を構成するの回路の面積を小さくできる。
【００４８】
前述した（２）の手段によれば、初期補間係数アドレス格納手段に格納され、１番目に読み出されることになる補間係数のアドレス値と、補間係数差分値格納手段に格納される各フォーカス段毎の補間係数アドレス値とを加算する補間係数アドレス加算手段の出力値を、補間係数格納手段に入力する読み出しアドレスとすることにより、まず、補間係数格納手段から１番目のフォーカス段に該当する補間係数を読み出し、それ以降は、補間係数アドレス加算手段が出力する１段前のフォーカス段の読み出しアドレスと差分値との加算値を、補間係数格納手段から補間係数を読み出す際のアドレス値とするので、各フォーカス段を読み出すための補間係数アドレス値を全て格納しておくための手段が必要なくなるので、低速のＡ／Ｄ変換器を用いた場合であっても、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータの内、補間係数の読み出しアドレス値を格納しておく手段の容量分が軽減できる。
【００４９】
したがって、変換手段と、補間手段と、補間係数格納手段と、補間係数格納手段から補間係数を読み出すためのアドレス値を指定するための手段とからなる受波信号処理手段を構成するの回路の面積を小さくできる。
【００５０】
前述した（３）の手段によれば、初期アドレス格納手段に格納される一番目に読み出す受波信号データのアドレス値、すなわち、前記受波データ格納手段に格納される受波信号データの内、一番目に読み出す受波信号データのアドレス値と、差分格納手段に格納される各フォーカス段毎のアドレス値の差分値とを加算するアドレス加算手段の出力値を、受波データ格納手段に入力する読み出しアドレスとすることにより、まず、受波データ格納手段から１番目のフォーカス段に該当する受波信号データを読み出し、それ以降は、アドレス加算手段が出力する１段前のフォーカス段の読み出しアドレスと差分値との加算値を受波データ格納手段から受波信号データを読み出す際のアドレス値とするので、各フォーカス段を読み出すためのアドレス値を全て格納しておくための手段が必要なくなるので、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータの内、読み出しアドレス値を格納しておく手段の容量分が軽減できる。
【００５１】
また、初期補間係数アドレス格納手段に格納され、１番目に読み出されることになる補間係数のアドレス値と、補間係数差分値格納手段に格納される各フォーカス段毎の補間係数アドレス値とを加算する補間係数アドレス加算手段の出力値を、補間係数格納手段に入力する読み出しアドレスとすることにより、まず、補間係数格納手段から１番目のフォーカス段に該当する補間係数を読み出し、それ以降は、補間係数アドレス加算手段が出力する１段前のフォーカス段の読み出しアドレスと差分値との加算値を、補間係数格納手段から補間係数を読み出す際のアドレス値とするので、各フォーカス段を読み出すための補間係数アドレス値を全て格納しておくための手段が必要なくなるので、低速のＡ／Ｄ変換器を用いた場合であっても、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータの内、補間係数の読み出しアドレス値を格納しておく手段の容量分が軽減できる。
【００５２】
したがって、変換手段と、受波データ格納手段と、受波データ格納手段から受波データを読み出すためのアドレス値を指定するための手段と、補間手段と、補間係数格納手段と、補間係数格納手段から補間係数を読み出すためのアドレス値を指定するための手段とからなる受波信号処理手段を構成するの回路の面積を小さくできる。
【００５３】
前述した（４）の手段によれば、前述する効果に加え、各超音波振動子間の位相ずれを検出する位相ずれ検出手段の出力値に基づいて、補正アドレス計算手段が計算する位相ずれの補正値に相当するアドレス値を格納する位相ずれアドレス値格納手段に格納される位相ずれアドレス値に基づいて、アドレス加算手段および補間係数アドレス加算手段に入力する差分値を補正する手段が、アドレス加算手段および補間係数アドレス加算手段に入力する差分値をそれぞれ補正するので、被検体内の各部位で音速分布が異なることにより生じる遅延誤差を補正することができる。
【００５４】
前述した（５）の手段によれば、たとえば、装置の出荷前等の予め計測した装置ごとの個体差に基づく超音波計測特性を補正するためのアドレス値をばらつき値アドレス格納手段に格納しておき、装置の使用時に、初期アドレス値および初期補間係数アドレス値を補正する手段が、このばらつき値アドレス格納手段のアドレス値に基づいて、初期アドレス値および初期補間係数アドレス値を補正するので、各処理手段における超音波診断装置個々に特有の時間ばらつきを補正できる。
【００５５】
また、このとき前述する効果もある。
【００５６】
前述した（６）および（７）の手段によれば、受波データ格納手段は、変換手段でデジタル信号に変換した超音波信号を所定の容量内で順番に格納していき、変換後の超音波信号が前記受波データ格納手段の容量を超えたときには、受波データ格納手段の先頭から容量を超えた分の超音波信号を格納する手段であり、このとき、読み出しアドレス設定手段がアドレス加算手段の出力するアドレス値と受波データ格納手段の容量とを比較し、アドレス加算手段の出力するアドレス値が受波データ格納手段の容量を越えるアドレス値となった場合、越えたアドレス値から受波データ格納手段の容量分のアドレス値を減算し、アドレス値に基づいて、フォーカス段に該当する受波信号データを順次読み出すので、受波データ格納手段（遅延メモリ）の記憶容量を小さくできる。
【００５７】
また、このとき前述する効果もある。
【００５８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００６０】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００６１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の超音波装置の概略構成を示すブロック図であり、１は超音波探触子、２はアナログ送受切り替え回路、３は送波回路、４は受波信号処理手段、５は加算手段（信号加算手段）、６は信号処理手段（出力制御手段）、７は表示手段、２９は全体制御手段を示す。
【００６２】
図１において、超音波探触子１は周知の超音波探触子であり、複数個の短冊状の超音波振動子から構成される。超音波振動子は送波回路３からアナログ送受切り替え回路２を介して供給される駆動信号に対応する超音波を発生し、図示しない被検体に送波する。また、被検体の内部すなわち生体内で反射されてくる超音波を電気信号に変換する。
【００６３】
アナログ送受切り替え回路２は周知の切り替え回路であり、全体制御手段２９の制御出力（指示）に基づいて、送波回路３から出力される駆動信号を超音波探触子の各超音波振動子に伝達する系と、超音波振動子から出力されるアナログの受波信号を受波信号処理手段に伝達する系とを切り替える。
【００６４】
送波回路３は、全体制御手段２９の制御出力に基づいて、送波フォーカス点までの各振動子間の到達時間差を補正する遅延時間差で、超音波探触子１の各超音波振動子を駆動する駆動信号を発生し出力する周知の送波回路である。
【００６５】
受波信号処理手段４は、各超音波振動子に１個づつ接続されており、各超音波振動子によって受波したアナログの受波信号をデジタルの受波信号（以下、受波信号と略記する）すなわちデジタルデータに変換した後、各超音波振動子で受波された受波信号に対する各素子間（超音波振動子間）の受波フォーカス点までの到達時間を補正するための遅延処理を行い、次に、低速のＡＤＣでの変換に伴う欠落信号の補間処理を行う手段であり、詳細については後述する。
【００６６】
加算手段５は、全体制御手段２９の制御出力に基づいて、ｍ個の各受波信号処理手段４から出力される補間処理後の受波信号を加算する手段であり、本実施の形態１においては図示しない情報処理装置上で実行されるプログラムによって実現する。
【００６７】
加算手段５は、受波信号処理手段４から出力される補間処理および位相揃え後の受波信号の整相加算を行った後、補間処理後の受波信号から受波超音波ビームを作成する。
【００６８】
信号処理手段６は、フィルタリング、圧縮、エッジ強調、時間可変増幅およびスキャン変換等の画像補正処理を行った後、この補正処理後の受波信号を表示手段に出力するためのビデオ信号に変換する手段である。本実施の形態１においては、信号処理手段６は、前述する画像補正処理は図示しない情報処理装置上で実行されるプログラムによって実現し、画像補正処理後の受波信号をビデオ信号に変換する処理は周知の変換手段によって実現する。
【００６９】
表示手段７は周知の表示手段であり、たとえば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）を用いた、いわゆる、カラーＣＲＴディスプレイ装置である。
【００７０】
全体制御手段２９は、アナログ送受切り替え回路２、送波回路３、受波信号処理手段４、加算手段５、信号処理手段６および表示手段７の動作を制御する手段であり、本実施の形態１においては、たとえば、情報処理装置上で実行されるプログラムの内で、特に、この情報処理装置に接続される外部機器であるアナログ送受切り替え回路２および送波回路３を制御する手段である。
【００７１】
次に、図１に基づいて、本実施の形態１の超音波装置の動作を説明すると、まず、送波回路３は各超音波振動子を送波フォーカス点までの各超音波振動子間の到達時間差を補正する遅延時間差で、超音波探触子１の各超音波振動子を駆動し、図示しない被検体に超音波を送波する。また、このとき送波回路３は、超音波ビームの方向をも制御する。
【００７２】
被検体からの反射信号は、超音波探触子１の各超音波振動子で受波され、アナログ送受切り替え回路２を介して受波信号処理手段４に導かれる。
【００７３】
受波信号処理手段４では、まず、入力されたアナログ信号である受波信号を図示しないＡＤＣによってデジタル信号に変換する。次に、デジタル信号に変換された受波信号（以下、特記しない場合は、デジタル信号に変換された受波信号をただ単に受波信号と記す）は、各超音波振動子のフォーカス点までの到達時間差を遅延により補正し、サンプリング間隔以下の微小遅延を補間処理によって行った後、加算手段５に出力される。
【００７４】
加算手段５に入力された受波信号は、加算手段５でいわゆる整相加算された後、次の信号処理手段６でフィルタリング、圧縮、エッジ強調、時間可変増幅およびスキャン変換等の画像補正処理が行われ、その後ビデオ信号に変換され表示手段７に表示される。
【００７５】
このとき、表示手段７には、加算手段５によって整相加算された超音波ビームが、たとえば、その方向を順次ずらしながら走査されることによって、断層像が表示される。
【００７６】
図２および図３は本発明の実施の形態１の受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図であり、特に、図２は受波信号処理手段の１チャンネル分の基本構成を説明するためのブロック図であり、図３は実施の形態１の受波信号処理手段の概略構成を示すブロック図である。
【００７７】
図２および図３において、９はアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ、Ａ／Ｄ変換器、変換手段）、１０は遅延メモリ（受波データ格納手段）、１１は補間手段、１２は第１の初期値記憶手段（初期アドレス格納手段）、１３はメモリアドレス設定手段（読み出しアドレス設定手段）、１４はアドレス加算手段、１５は第１の差分データ付与手段（差分値格納手段）、１６は補間係数メモリ（補間係数格納手段）、１７は補間データアドレス加算手段（補間係数アドレス加算手段）、１８は第２の差分データ付与手段（補間係数差分値格納手段）、１９は第２の初期値記憶手段（初期補間係数アドレス格納手段）、２４は第１のセレクタ、２５は第２のセレクタ、２８は差分受波フォーカスデータ手段を示す。
【００７８】
図２および図３におけるＡＤＣ９は周知のＡ／Ｄ変換器であり、本実施の形態１においては、低速のＡ／Ｄ変換器を使用する。
【００７９】
遅延メモリ１０は、デジタル信号に変換された受波信号を格納する周知のメモリであり、たとえば、読み書き可能な周知の半導体メモリを使用する。
【００８０】
補間手段１１は、補間係数メモリ１６から読み出される補間係数に基づいて、遅延メモリから読み出される受波信号に対する微小遅延を行う手段であり、たとえば、情報処理装置で実行されるプログラムによって実現可能である。
【００８１】
第１の初期値記憶手段１２は、ラスタが切り替わり、受波の読み出しが開始されるときの遅延メモリ１０の読み出し開始アドレスを予め記憶しておく手段であり、たとえば、該当素子が第１の受波フォーカス点までの基準素子との到達時間差（遅延量）によって計算されたアドレス値が格納される。
【００８２】
メモリアドレス設定手段１３は、遅延メモリ１０に格納される受波信号の読み出しアドレスを設定する手段であり、たとえば、周知のラッチ回路と周知のカウンタ回路とから構成される。
【００８３】
また、このメモリアドレス設定手段１３は、後述するサンプリングクロックに同期して、出力値を更新する。
【００８４】
アドレス加算手段１４は、第１のセレクタ２４から出力されるアドレス値と、差分データ付与手段１５により付与される差分データ（アドレス値）とに基づいて、遅延メモリ１０に格納される受波信号の読み出しアドレス値を計算する手段であり、たとえば、周知の加算器で構成する。
【００８５】
第１の差分データ付与部１５は、差分受波フォーカスデータ手段２８から出力される差分データ、すなわち、自分自身の前のデータとの差分値をアドレス加算手段１４に出力するための手段であり、本実施の形態１においては、周知のラッチ回路によって実現する。
【００８６】
補間係数メモリ１６は、所定の補間係数（補間データ）が格納されているメモリであり、たとえば、読み書き可能な半導体メモリを使用することにより実現する。
【００８７】
補間データアドレス加算手段１７は、補間係数メモリ１６から補間データを読み出す際の読み出しアドレスを設定する手段であり、本実施の形態１においては、第２のセレクタ２５から出力されるデータと、第２の差分データ付与手段１８から出力されるデータとを加算し、アドレスデータとする。
【００８８】
第２の差分データ付与手段１８は、差分受波フォーカスデータ手段２８から出力される補間係数の差分データ、すなわち、自分自身の前のデータとの差分値を補間データアドレス加算手段１７に出力するための手段であり、本実施の形態１においては、周知の読み書き可能な周知のラッチ回路によって実現する。
【００８９】
第２の初期値記憶手段１９は、ラスタが切り替わり、受波の読み出しが開始されるときの補間係数メモリ１６の読み出し開始アドレスを予め記憶しておく手段であり、たとえば、微少遅延を実現する補間演算に必要な係数のアドレス値が格納される。
【００９０】
差分受波フォーカスデータ手段２８は、第１の差分データ付与手段１５および第２の差分データ付与手段１８に、それぞれ遅延メモリの読み出しアドレスの差分データおよび補間メモリの読み出しアドレスの差分データを出力する手段である。
【００９１】
ただし、遅延メモリの読み出しアドレスの差分データおよび補間メモリの読み出しアドレスの差分データは、後述する図示しないフォーカスデータメモリ内に格納されているか、図示しない演算部によって演算されるものである。
【００９２】
第１のセレクタ２４は、アドレス加算手段１４に入力するアドレス値を切り替える周知の手段であり、第１の初期値記憶手段１２に格納される読み出しアドレスの初期値と、メモリアドレス設定手段１３とから出力されるアドレス値と選択しアドレス加算手段１４に入力する。
【００９３】
このとき第１のセレクタ２４は、ラスタが切り替わり、受波の読み出しが開始されるときは第１の初期値記憶手段１２に格納される読み出しアドレスの初期値を選択し、それ以降はメモリアドレス設定手段１３から出力されるアドレス値を選択する。
【００９４】
第２のセレクタ２５は、補間データアドレス加算手段１７に入力するアドレス値を切り替える周知の手段であり、第２の初期値記憶手段１９に格納される補間データアドレスの初期値と、補間係数メモリ１６とから出力されるアドレス値と選択し補間データアドレス加算手段１７に入力する。
【００９５】
このとき第２のセレクタ２５は、ラスタが切り替わり、受波の読み出しが開始されるときは第２の初期値記憶手段１９に格納される補間データの読み出しアドレスの初期値を選択し、それ以降は補間係数メモリ１６から出力されるアドレス値を選択する。
【００９６】
次に、図８に本実施の形態１の受波信号処理手段の動作を説明するための図を示し、以下、図８に基づいて、本実施の形態１の受波信号処理手段の動作を説明すると、まず、受波信号は、ＡＤＣ９により量子化され、遅延メモリ１０に書き込まれる。
【００９７】
このときの書き込みアドレスは、メモリアドレス設定部１３で設定される。また、読み出しアドレスもメモリアドレス設定部１３で設定される。
【００９８】
たとえば、図８に示すように、遅延メモリ１０の読み出しアドレスによりチャンネル間の受波信号に遅延を与える場合、受波ビームのフォカース切り替え時に、切り替えられる次の受波フォーカス段の読み出し開始アドレスＡ１１１が、アドレス加算部１４の出力として与えられ、切り替えパルスに同期して遅延メモリ１０のアドレスＡ１１１に記憶されているデータが読み出される。
【００９９】
なお、前述するアドレスＡ１１１において、添字は左側から順番にそれぞれ、チャンネル番号、ラスタ番号、フォーカス段番号を示す。
【０１００】
すなわち、第１のセレクタ２４が第１の初期値記憶手段に格納されるアドレス値をアドレス加算手段１４に入力するとともに、差分受波フォーカスデータ手段が第１の差分データ付与手段１５に差分データを出力する。
【０１０１】
次に、メモリアドレス設定手段１３が、ＡＤＣ９のサンプリングクロックまたはデータ読み出しクロックを計数して、読み出しアドレスＡ１１１をＡ１１１＋１、Ａ１１１＋２、…、と順番に更新して、遅延メモリ１０に出力することにより、受波データが読み出されて補間手段１１へと順次入力される。
【０１０２】
次の受波フォーカス段に移行するときには、同様に遅延メモリ１０の読み出し開始アドレスＡ１１２がアドレス加算部１４の出力として与えられ、受波フォーカスの切り替えパルスに同期して、遅延メモリ１０のアドレスＡ１１２から読み出しが開始される。
【０１０３】
この間、受波フォーカスの切り替えに伴い、受波フォーカスデータの欠如が起こらないようにタイミングが設定されることはいうまでもない。
【０１０４】
従来は、この受波フォーカスの切り替えに伴う開始アドレスは、図１２に示したように、受波フォーカスデータメモリ３２にアドレスデータとして記憶していた。
【０１０５】
一方、本実施の形態１では、ラスタが切り替わり、受波の読み出しが開始されるときの読み出し開始アドレスを、予め初期値記憶部１２、１９に記憶しておく。
【０１０６】
すなわち、受波フォーカスの遅延を計算する基準となる超音波振動子に対する読み出しアドレスの差、たとえば、２５６が初期値であり、受波信号の受波フォーカスの２段目が基準チャンネルに対して、アドレスの差がたとえば２４０、受波信号のサンプリング周期がＴ（ｎｓ）（ただし、ｎｓは１０~⁹秒を示す）とした場合、最初の受波フォーカスの遅延量は２５６×Ｔ（ｎｓ）、２段目は２４０×Ｔ（ｎｓ）となる。
【０１０７】
したがって、本実施の形態１では、２５６を初期値として第１の初期値記憶手段１２に記憶しておき、２段目の受波フォーカス切り替えの時、初段のアドレス２５６の２段目の遅延量２４０との差分値を差分データ付与部１５より、アドレス加算手段１４に与える。
【０１０８】
遅延メモリ１０に与える受波フォーカス２段目の受波フォーカスデータは、２５６と２４０との差である１６が、第１の差分データ付与手段１５よりアドレス加算手段１４に与えられる。また、受波フォーカス切り替え時の遅延メモリ１０のアドレスを第１のセレクタ２４により選択し、アドレス加算に与えられ、遅延メモリに与えられるアドレスが計算され、メモリアドレス設定手段１３により遅延メモリ１０に与えられる。
【０１０９】
これにより、遅延メモリのアドレスとして２４０を２進数で表すために、８ｂｉｔのアドレスデータが必要であったものが、読み出しアドレスの差である１６を２進数で表すための４ｂｉｔのアドレスデータですむので、データ数を減らせる。
【０１１０】
次に、受波信号処理手段４をｈチャンネル、ラスタ数をＭ、受波フォーカス段数をｎとした場合の１番目のチャンネルについて説明する。
【０１１１】
まず、１番目のラスタの１番目の受波フォーカスデータに対する遅延メモリ読みだし開始アドレスが、予め全体制御手段２９より入力され、第１の初期値記憶手段１２に記憶されている。
【０１１２】
これは、電源投入時、超音波探触子を判定して、全体制御手段２９にある図示しないＲＯＭから転送される。
【０１１３】
なお、第１の初期値記憶手段１２および第２の初期値記憶手段１９は、全ラスタの各受波フォーカスデータの初期値を記憶しておいてもよい。
【０１１４】
また、図示しない情報処理装置の演算部（ＣＰＵ、ＤＳＰ）で、超音波探触子データに関連する、周波数、振動子ピッチ、走査タイプ等のデータから演算により与えてもよい。
【０１１５】
１番目のラスタの受波フォーカスの１段目の受波フォーカスデータは、この場合、遅延メモリ１０の最初の読み出しアドレスＡ１１１を第１の初期値記憶手段１２から読み出し、アドレス加算手段１４に入力する。
【０１１６】
一方、差分データΔＡ１１１が、差分受波フォーカスデータ部２８から第１の差分データ付与手段１５に入力され、差分データΔＡ１１１が第１の差分データ付与手段１５からアドレス加算手段１４に入力され、メモリアドレス設定手段１３の出力であるＡ１１１と、第１の差分データ付与手段の出力であるΔＡ１１１とが加算される。このとき、受波フォーカスの段数は１なので、当然ΔＡ１１１は０である。
【０１１７】
したがって、読み出し開始クロックに同期して、遅延メモリ１０からアドレスＡ１１１に記憶された受波信号が読み出される。
【０１１８】
一方、補間手段１１においても遅延メモリ１０の制御と同様であるが、一般に補間は、種々の係数を設定する必要があるので、受波フォーカス位置が変わるまで、すなわち、受波フォーカスの段数が変わるまで、それまでの係数が記憶されている補間係数メモリ１６のアドレスは一定である。ただし、遅延メモリの場合は、受波フォーカスデータは同様に切り替え開始時に一つ与えるが、遅延メモリ１０の読み出しアドレスは、基本的にサンプリングクロックでカウントアップされていく。
【０１１９】
第２の初期値記憶手段１９に１番目のラスタの受波フォーカスの１段目の受波フォーカスデータである補間係数Ｂ１１１が記憶されており、読み出されたデータが補間データアドレス加算手段１７に入力され、差分データであるΔＢ１１１が差分受波フォーカスデータ手段２８から第２の差分データ付与手段１８に入力され、差分データΔＢ１１１が第２の差分データ付与手段１８から補間アドレス加算手段１７に入力され、第２のセレクタ２５の出力であるＢ１１１と、第２の差分データ付与手段の出力であるΔＢ１１１とが加算される。
【０１２０】
このとき、受波フォーカスの段数は１なので当然ΔＢ１１１は０である。したがって、読み出し開始クロックに同期して補間係数メモリ１６のＢ１１１のアドレスに記憶されている補間データが補間手段１１に設定され、補間処理される。
【０１２１】
なお、補間データは、補間方法により異なり、１個の場合もあるし複数の場合もある。
【０１２２】
次に、受波フォーカス段が１だけ進んだ２段目の場合について、図２および図３に基づいて説明する。
【０１２３】
遅延記憶部１０の読み出しアドレスは、次の受波フォーカスの切り替えまでにｋ個の受波信号を処理すると仮定すると、切り替え時の遅延記憶部１０の読み出しアドレスは、Ａ１１１＋ｋである。
【０１２４】
２段目の差分受波フォーカスデータがΔＡ１１２とすると、Ａ１１１＋ｋを差分の基準とする必要が生じる。すなわち、実際に遅延メモリ１０の読み出しに必要なアドレスは、Ａ１１１＋ｋ＋ΔＡ１１２である。
【０１２５】
したがって、遅延記憶部１０のアドレスであるメモリアドレス設定手段１３の出力を第１のセレクタ２４に入力し、初段の受波フォーカスのみ初期値を選択し、次の受波フォーカスの段からは、遅延記憶部１０のアドレスを選択することによって、遅延メモリ１０に付与すべき遅延アドレスを実現する。
【０１２６】
また、遅延メモリ１０を、受波ビーム形成において必要な最大遅延時間を実現するワード数より少し多めにしたワード数で構成したメモリとした場合には、アドレス加算手段１４および補間アドレス加算手段１７の出力が、その遅延メモリ１０の最大ワード数（最大アドレス数）を超えた場合、この超えた分のアドレスをデータとしてメモリアドレス設定手段１３や、補間係数メモリのアドレスとして与えることによって、遅延メモリ１０の容量を小さくできる。
【０１２７】
このとき、受波データの遅延メモリへの書き込みは、最大アドレスを超えたら最初の０アドレスに戻ることになる。
【０１２８】
補間手段１１においても遅延メモリの制御と同様であり、図３に示すように、補間係数メモリ１６のアドレスを第２のセレクタ２５でフィードバックすることで実現する。
【０１２９】
本実施の形態１において、同時に複数の受波ビームを形成する場合、前述するように構成した受波信号処理手段４と、加算手段５とを複数ビーム分だけ並列に設け、各々で遅延メモリ１０、補間手段１１の受波フォーカスデータの付与を前述の複ビームでない場合と同様の処理を行なうことにより、受波フォーカスデータの軽減を実現できる。
【０１３０】
また、受波信号処理手段４の１個分の回路を使用して、受波データの処理を時分割処理して行なう場合は、受波開始の受波フォーカスデータの初期値を同時に形成するビーム数の分だけ第１の初期値記憶手段１２および第２の初期値記憶手段１９に記憶しておき、遅延制御手段１０、補間手段１１による制御（このときの制御は、アドレス制御、補間係数の読み出し制御である）は、時分割で処理する。
【０１３１】
本実施の形態１に用いるフォーカスデータメモリのメモリ構成の一例を図１０に示し、以下、図１０に基づいて、フォーカスデータメモリの概略構成を説明する。
【０１３２】
なお、図１０に示すフォーカスデータメモリは、たとえば、１ワードが８ビットのメモリであり、第１および第２の初期値記憶手段１２、１９に記憶されるアドレス初期値が８ビット、第１および第２の差分データ付与手段１５、１８に記憶される差分が４ビットである。
【０１３３】
フォーカスデータメモリのアドレス０（ゼロ）に第１番目のラスタの遅延メモリ１０の読み出しアドレス初期値Ａ１１１、アドレス１に補間係数メモリアドレスＢ１１１を、アドレス２に、遅延メモリ１０の読み出しアドレスΔＡ１１１、補間係数メモリアドレスΔＢ１１１、アドレス３に、同じく１番目のラスタのフォーカス２段目の差分データがはいる。
【０１３４】
フォーカス段数をｎとした場合、メモリアドレスｎ＋２に２番目のラスタのデータが１番目のラスタと同様の順番に入る。
【０１３５】
また、ラスタの数がＭであるとする場合、これをＭ回繰り返す構成となる。
【０１３６】
以上、図１０に示すように、本実施の形態１においては、フォーカスデータメモリに格納するアドレス情報は、ラスタの数とそれぞれ同数の第１および第２の初期値記憶手段１２、１９に記憶されるアドレス初期値が８ビットであり、他の差分は４ビットとなるので、フォーカスデータメモリを低減できる。
【０１３７】
したがって、受波信号処理手段を構成する回路規模を小さくできる。
【０１３８】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図であり、２０は第１の検出時間誤差付与手段（位相ずれアドレス値格納手段）、２１は第２の検出時間誤差付与手段（位相ずれアドレス値格納手段）を示す。
【０１３９】
図４において、第１の検出時間誤差付与手段２０は、生体内の音速不均一により生じる受波フォーカスのぼけを補正するためのアドレス値を格納する手段であり、特に、遅延メモリ１０に格納される受波信号を読み出す際の隣接チャンネル間での検出時間の誤差分に相当するアドレス値を格納する。
【０１４０】
第２の検出時間誤差付与手段２１は、生体内の音速不均一により生じる受波フォーカスのぼけを補正するためのアドレス値を格納する手段であり、特に、補間手段１１に与える補間データを選択する際の隣接チャンネル間での検出時間の誤差分に相当するアドレス値を格納する。
【０１４１】
なお、本実施の形態２の第１の検出時間誤差付与手段２０および第２の検出時間誤差付与手段２１に格納するアドレス値の算出方法については、後述する。
【０１４２】
図５は、隣接チャンネル間での検出時間の誤差分に相当するアドレス値を求める手段の一例の概略構成を示すブロック図であり、２２は相関器（位相ずれ検出手段）、２３は受波フォーカスデータ変換手段（補正アドレス計算手段）を示す。
【０１４３】
図５において、相関器２２は隣接チャンネルの遅延後の信号間の位相差を求める周知の相関器であり、本実施の形態においては、隣接する超音波振動子に接続する受波信号処理手段４の出力に基づいて、隣接チャンネルの遅延後の信号間の位相差を求める。また、その出力は、受波フォーカスデータ変換手段２３に接続される。
【０１４４】
受波フォーカスデータ変換手段２３は、相関器２２の位相差出力に基づいて、時間差および補間係数に対応するアドレス値を求める手段であり、たとえば、情報処理装置で実行されるプログラム、あるいは、予め周知のＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納したデータを読み出すことによって実現可能である。
【０１４５】
次に、図４および図５に基づいて、本実施の形態２の受波信号処理手段４の動作を説明すると、受波フォーカスデータは、生体内の音速を均一とみなした想定音速によって、受波フォーカス点までの距離差による遅延時間を計算し、各振動子で受波する受波信号に与えて、受波フォーカスを実現している。このとき、送波も同様である。
【０１４６】
しかしながら、実際には生体内の音速の不均一の存在のために、遅延時間に誤差を生じ超音波ビームが正しく受波フォーカスされないということが周知であり、本実施の形態２では、遅延した後で隣接する超音波振動子間の位相差を検出（遅延時間が正しければ位相差０）して、想定音速より求めた遅延時間を補正する方法を適用している。
【０１４７】
したがって、図５に示すように、相関器２２によって、まず、受波信号処理手段４による隣接チャンネルの遅延後の信号間の位相差を求め、次に、この位相差を受波フォーカスデータ変換手段２３で時間差および補間係数に変換した後、各々のアドレス値を求める。
【０１４８】
このときの時間差は、サンプリング時間で量子化して遅延メモリ１０のアドレス増減分値とできる。また、補間係数値も補間係数メモリ１６の係数値の量子化単位で量子化して、その値を補間係数メモリのアドレスの増減分値とする。
【０１４９】
前述するようにして求めた増減分値のアドレス値を、図４に示す第１および第２の検出時間誤差付与手段２０、２１に保持する。
【０１５０】
次に、前述する実施の形態１で説明した受波フォーカスデータの第１および第２の差分データ付与手段１５、１８より与えられる差分値と、第１および第２のセレクタ２４、２５で選択された受波フォーカス開始アドレスとを、各々の加算器すなわちアドレス加算手段１４および補間データアドレス加算手段１７で加算することにより、生体不均一による受波フォーカスデータのずれを補正する。
【０１５１】
このとき、たとえば、第１番目の受波信号処理手段４と第２番目の受波信号処理手段４とで遅延時間の誤差としてΔＣ、補間係数の誤差をアドレス変換してΔＤが、それぞれ検出された場合、チャンネル２すなわち第２番目の受波信号処理手段４の１番目のラスタで２段目の受波フォーカスは以下に示すようになる。
【０１５２】
次の受波フォーカスの切り替えまでにｋ個の受波信号を処理すると仮定すると、切り替え時の遅延メモリ１０の読み出しアドレスは、Ａ２１１＋ｋとなる。
【０１５３】
２段目の差分受波フォーカスデータがΔＡ２１２とすると、必要なアドレスは、Ａ２１１＋ｋ＋ΔＡ２１２＋ΔＣとなり、一方、補間係数メモリ１６のアドレスは、Ｂ２１１＋ΔＢ２１２＋ΔＤとなる。
【０１５４】
すなわち、第１の検出時間誤差付与手段２０にはΔＣが、第２の検出時間誤差付与手段２１にはΔＤが格納され、差分データと共にそれぞれアドレス加算手段１４および補間データアドレス加算手段１７に出力される。
【０１５５】
したがって、遅延メモリ１０から読み出される受波信号、および、この受波信号に補間を行うために補間係数メモリ１６から読み出される補間係数に含まれることになる生体不均一による受波フォーカスデータのずれを、より少ないメモリ量で補正できる。
【０１５６】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３の受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図であり、２６は第１の初期処理ばらつき付与手段（ばらつき値アドレス格納手段）、２７は第２の初期処理ばらつき付与手段（ばらつき値アドレス格納手段）を示す。
【０１５７】
図６において、第１の初期処理ばらつき付与手段２６は、各超音波振動子から各受波信号処理手段４に至るまでの受波信号の初期の時点における各超音波診断装置に固有の誤差を補正するための定数を格納しておく手段であり、特に、遅延メモリ１０に格納される受波信号を読み出す際の各超音波診断装置に固有の誤差を補正するための定数を格納する。
【０１５８】
第２の初期処理ばらつき付与手段２７は、各超音波振動子から各受波信号処理手段４に至るまでの受波信号の初期の時点における各超音波診断装置に固有の誤差を補正するための定数を格納しておく手段であり、特に、補間係数メモリ１６に格納される補間係数を読み出す際の各超音波診断装置に固有の誤差を補正するための定数を格納する。
【０１５９】
なお、本実施の形態３においては、第１の初期処理ばらつき付与手段２６および第２の初期処理ばらつき付与手段２７は、遅延メモリ１０および補間係数メモリ１６の読み出しアドレス値を補正するための定数を格納する手段であり、たとえば、全体制御手段２９の図示しない記憶部に記憶しておき、超音波装置の電源投入と共に主メモリ上に読み出すことにより実現する。
【０１６０】
また、第１および第２の初期処理ばらつき手段２６，２７のデータは、オフセットとして、それぞれ第１および第２の初期値記憶手段１２，１９に図示しない加算器により加算されるものである。
【０１６１】
次に、図６に基づいて、本実施の形態３の受波信号処理手段４の動作を説明すると、まず、各超音波振動子から各受波信号処理手段４に至るまでの受波信号の初期の時点における超音波診断装置に固有の誤差、すなわち、受波回路での受波信号の初期処理ばらつきの補正について説明する。
【０１６２】
受波回路の初期処理ばらつきすなわち誤差を検出するには、種々の方法が考えられるが、本実施の形態３では、たとえば、生体内の音速の不均一補正の検出手段である実施の形態２の図５に示す相関処理を用いる。
【０１６３】
すなわち、超音波装置の出荷時の検査や、超音波装置の電源投入時に隣接する超音波振動子間の位相差をを測定するものである。
【０１６４】
前者の場合、たとえば、超音波探触子１を水槽にセットし、次に、平板ターゲットをこの超音波探触子１と平行にセットした後、超音波の送受波を行なう。このとき、ある程度超音波装置をエージングしておくことにより、受波を行うアナログ回路部分の温度差による特性の変化の影響がないようにして、すなわち、超音波装置全体の温度が落ち着いてから隣接する超音波振動子間の位相差の測定を行なう。
【０１６５】
このとき、予め設定した特定のラスタで、図５に示す相関器２２よって計測した位相差が超音波装置特有の遅延時間のばらつきの値となる。
【０１６６】
このばらつきの値が受波フォーカスデータ手段２３によって、受波フォーカスデータの誤差アドレスに変換される。変換後の誤差アドレスの値は、前述するように、たとえば、全体制御手段２９の図示しない記憶部に記憶しておき、超音波装置の使用時にその値を読み出し、第１および第２の初期処理ばらつき付与手段２６、２７にセットする。
【０１６７】
すなわち、実施の形態３の超音波装置に接続される超音波探触子全てについて、予め装置の出荷前の段階で装置毎に特有の遅延時間のばらつきの測定を行ない、得られた遅延時間のばらつきを装置内のたとえば外部記憶装置等に記憶しておく。
【０１６８】
超音波装置の使用時には、たとえば、全体制御手段２９の図示しない選択手段が接続される超音波探触子１を認識して、その超音波探触子１を接続した時に該当する遅延時間ばらつきデータを選択し、第１および第２の初期処理ばらつき付与手段２６、２７に選択した超音波探触子１を接続した時の遅延時間ばらつきデータをセットすることによって、超音波装置特有の遅延時間のばらつきを補正できる。
【０１６９】
ただし、遅延時間ばらつきデータは、セクタ走査のときには口径移動がないので超音波振動子から受波信号の通過経路が一定であるので、ラスタによらず一定と考えられ、診断開始時に第１および第２の初期処理ばらつき付与手段２６、２７に一度記憶する。
【０１７０】
一方、リニア等の口径移動のある超音波探触子１を用いる場合は、各受波信号処理段４までの経路が異なるので、ラスタ毎に補正値を診断開始時に第１および第２の初期処理ばらつき付与手段２６、２７に記憶しておく。
【０１７１】
診断開始時に第１および第２の初期処理ばらつき付与手段２６、２７に口径移動に伴う経路の違いによる遅延時間の誤差が少ないと考えられる場合には、セクタ走査の場合と同様に、超音波装置特有の遅延時間のばらつきデータは一つでよい。また、このときの補正アドレスは、全体制御手段２９において、初期値に取り入れてから各受波信号処理手段４の第１および第２の初期値記憶手段１２、１９に転送してもよいことはいうまでもない。
【０１７２】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４の受波信号処理手段の１チャンネル分の動作を説明するための図であり、図７（ａ）は受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図であり、図７（ｂ）は多層サンプリングクロックの選択の方法を説明するための図である。
【０１７３】
図７において、３１は多層サンプリングクロック発生手段、３３は誤差補正付与手段を示ており、多層サンプリングクロック発生手段３１は、周知の多層クロック発生手段である。
【０１７４】
誤差補正付与手段３３は、超音波装置固有の特性ばらつきや、生体の音速不均一による遅延時間誤差を補正するために必要な遅延時間を有するサンプリングクロックを選択する手段であり、詳細は後述する。
【０１７５】
本実施の形態４の受波信号処理手段は、微小遅延を補間処理ではなく、公知技術であるサンプリングクロックを多層有して、基準となる受波信号処理手段４のＡＤＣサンプリングクロックから所定の微小時間ずれたクロックを選択し、このクロックで受波信号をサンプリングすることによって、基準となる超音波振動子との遅延時間をサンプリング時間間隔より小さな微小遅延を実現し、そのサンプリングされた受波信号を遅延メモリ１０に記憶し、遅延を受波信号の遅延をサンプリング間隔で行う、周知の波面同期サンプル（凹面サンプル）へ本発明を適用した場合の実施の形態である。
【０１７６】
ただし、本実施の形態４においては、ＡＤＣ９のサンプリングクロックは、サンプリングクロック発生手段３１により与えられる。
【０１７７】
次に、図７（ｂ）に基づいて実施の形態４の受波信号処理手段の動作を説明すると、この図に示すように、サンプリングクロックの周期はＴであり、ΔＴ時間単位でずらしたサンプリングクロックを複数もつ。
【０１７８】
なお、本実施の形態４では、サンプリングクロックは４層とする。
【０１７９】
各受波信号処理手段４のＡＤＣ９は、その４層のサンプリングクロックのどれかを選択する。この４層のサンプリングクロックを選択するためには、２ｂｉｔの制御信号が必要となる。このサンプリングクロックの選択データが、受波フォーカスデータの一つである。
【０１８０】
さらには、サンプリング間隔での遅延が、前述の場合と同じであり、第１の初期値記憶手段１２、第１の差分データ付与手段１５、アドレス加算手段１４およびメモリアドレス設定手段１３により与えられる。
【０１８１】
サンプリングクロック発生手段３１は４層のサンプリングクロックを選択する選択データに、前述するのと同様に、超音波装置固有の特性ばらつきや、生体の音速不均一による遅延時間誤差を補正するための補正値を検出し、サンプリング周期で量子化した余りをさらに、多層サンプリングクロックの差ΔＴで量子化し、後者の値でサンプリングクロックを補正する（選択するデータ）データに、受波フォーカスデータ変換手段２３で変換する。
【０１８２】
受波フォーカスデータ変換手段２３は、変換されたサンプリングクロック選択データを差補正付与部３３に与える。
【０１８３】
たとえば、サンプリング間隔４０ｎｓ、多層クロック間の差ΔＴがΔＴ＝１０ｎｓ、想定音速による差分遅延量が２２０ｎｓの場合、Ｔでの量子化により、アドレスが５で、その余りは２０ｎｓとなり、微小遅延が２０ｎｓとなる。
【０１８４】
このとき、遅延メモリ１０の遅延量は２００ｎｓとなる。
【０１８５】
また、微小遅延クロック選択データが２（微小遅延クロック選択データ＝１、２、３でそれぞれ、基準チャンネルとのクロック差が１０ｎｓ、２０ｎｓ、３０ｎｓとする）、遅延メモリ１０の差分アドレスが、２００ｎｓ／４０ｎｓ＝５となる。
【０１８６】
種々の誤差の合計が＋９０ｎｓであった場合、−９０ｎｓの補正が必要となる。
【０１８７】
したがって、９０／４０＝２余り１０ｎｓであるから、サンプリングクロック発生手段３１に与える微小遅延クロック選択データに−１を与え、２−１＝１であり、１０ｎｓのずれのサンプリングクロックが選択される。
【０１８８】
また、遅延メモリ１０の検出時間誤差には、−２が入力される。
【０１８９】
この結果として、５−２＝３が差分データとなり、補正がされることになる。
【０１９０】
以上に示す実施の形態１〜４において、各受波信号処理手段４を一つあるいは複数チャンネル集積することにより、超音波診断装置を小形、低価格化できることはいうまでもない。
【０１９１】
また、この集積化ＡＳＩＣには、制御手段として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央演算装置）、または、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ、）の様な演算手段を集積して、受波フォーカスデータや生体内の音速の不均一の検出の演算等を行わせることにより、超音波診断装置の受波フォーカスの全体制御を軽減できることはいうまでもない。
【０１９２】
さらには、基板単位、超音波装置全体でのＣＰＵ制御でもよい。
【０１９３】
また、本実施の形態では、ＡＤＣ９のサンプリングクロックと、後段の受波処理のクロックは同じものとしてその動作の説明をしたが、たとえば、図９に示すように、ＡＤＣ９の後に、複素ミキシング手段３４を設け、この出力により複素信号とし、低周波（あるいはゼロ周波数）に移動することによって、オーバーサンプリングを実現し、低周波に移動してフィルタ３５でその成分を抽出した後、デシメートして信号数を減らし、その後の遅延メモリ１０、補間手段１１のクロックを遅くすることもできる。
【０１９４】
このとき、クロックはそのままでもよいことはいうまでもない。
【０１９５】
また、ゼロ周波数に移動した受信信号を遅延メモリ１０に移動し、前述と同様に読み出しでサンプリング間隔の遅延をし、その複素信号を補間手段１１で処理する。この処理は位相を回転する処理となる。
【０１９６】
なお、本実施の形態の超音波装置は、セクタ走査方式の超音波装置であるが、口径移動するリニア方式およびコンベックス方式等の他の方式の超音波装置にも適用可能なことはいうまでもない。
【０１９７】
また、本発明は低速のＡＤＣの内でも、そのサンプリング周期が、たとえば、２０ＭＨｚから６０ＭＨｚのものに対して、特に、前述する効果が顕著となる。
【０１９８】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【０１９９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【０２００】
（１）超音波装置において、ディジタル化された受波ビ−ムの形成に使用する受波フォーカスデータを軽減できる。
【０２０１】
（２）超音波装置において、受波信号処理手段を構成する回路の面積を小さくできる。
【０２０２】
（３）超音波装置において、各処理手段における超音波診断装置個々に特有の時間ばらつきを補正できる。
【０２０３】
（４）超音波装置において、被検体内の各部位で音速分布が異なることにより生じる遅延誤差を補正できる。
【０２０４】
（５）超音波装置において、遅延メモリの記憶容量を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の受波信号処理手段の１チャンネル分の基本構成を説明するためのブロック図である。
【図３】実施の形態１の受波信号処理手段の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２の受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図である。
【図５】隣接チャンネル間での検出時間の誤差分に相当するアドレス値を求める手段の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３の受波信号処理手段の１チャンネル分の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４の受波信号処理手段の１チャンネル分の動作を説明するための図である。
【図８】本実施の形態１の受波信号処理手段の動作を説明するための図である。
【図９】ＡＤＣのサンプリングクロックと後段の受波信号処理手段のクロックとが異なる超音波装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施の形態１のフォーカスデータメモリのメモリ構成の一例を示す図である。
【図１１】従来の超音波装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の超音波装置の受波処理手段の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…超音波探触子、２…アナログ送受切り替え回路、３…送波回路、４…受波信号処理手段、５…加算手段、６…信号処理手段、７…表示手段、９…アナログ−ディジタル変換器、１０…遅延メモリ、１１…補間手段、１２…第１の初期値記憶手段、１３…メモリアドレス設定手段、１４…アドレス加算手段、１５…第１の差分データ付与手段、１６…補間係数メモリ、１７…補間データアドレス加算手段、１８…第２の差分データ付与手段、１９…第２の初期値記憶手段、２０…第１の検出時間誤差付与手段、２１…第２の検出時間誤差付与手段、２２…相関器、２３…受波フォーカスデータ変換手段、２４…第１のセレクタ、２５…第２のセレクタ、２６…第１の初期処理ばらつき付与手段、２７…第２の初期処理ばらつき付与手段、２８…差分受波フォーカスデータ手段、２９…全体制御手段、３１…多層サンプリングクロック発生手段、３２…受波フォーカスデータメモリ、３３…誤差補正付与手段、３４…複素ミキシング手段、３５…フィルタ。

Claims (5)

1. 超音波を送波および受波する複数の超音波振動子と、該超音波振動子が受波した超音波信号をデジタル信号に変換する変換手段と、該変換手段の出力を格納する受波データ格納手段と、該受波データ格納手段に格納される受波信号を読み出す際のアドレス値を可変し遅延処理するメモリアドレス設定手段と、該遅延された受波信号を補間処理し微小遅延を行う補間処理手段と、該補間処理後の複数の受波信号を加算する信号加算手段と、該加算した信号を所定の順番に出力する出力制御手段と、該出力信号に基づいた超音波画像を表示する表示手段とを有する超音波装置であって、
   前記受波データ格納手段に格納される受波信号データの内、１番目に読み出す受波信号のアドレス値を格納する初期アドレス格納手段と、各フォーカス段毎の受波信号のアドレス値の差分値を格納する差分値格納手段と、前記差分値格納手段から前段の受波信号のアドレス値との差分値を出力する受波信号アドレス値の差分データ付与手段と、前記１番目に読み出す受波信号のアドレス値と前記受波信号アドレス値の差分データ付与手段から出力されるアドレス値とを加算するアドレス加算手段と、
   補間係数を格納する補間係数格納手段と、該補間係数格納手段に格納される補間係数の内、１番目に読み出す補間係数のアドレス値を格納する初期補間係数アドレス格納手段と、各フォーカス段毎の補間係数アドレス値の差分値を格納する補間係数差分値格納手段と、前記補間係数差分値格納手段から前段の補間係数アドレス値との差分値を出力する補間係数アドレス値の差分データ付与手段と、前記１番目に読み出す補間係数のアドレス値と前記補間係数アドレス値の差分データ付与手段から出力されるアドレス値とを加算する補間係数アドレス加算手段とを具備し、
   前記メモリアドレス設定手段は前記アドレス加算手段で得られるアドレス位置から順次受波信号を得て遅延処理し、前記補間処理手段は前記補間係数格納手段から前記補間係数アドレス加算手段で得られるアドレス位置に格納される補間係数を得て、該補間係数に基づいて前記遅延された受波信号を補間処理することを特徴とする超音波装置。
2. 前記複数の超音波振動子により受信された受信信号を遅延し位相合わせをした受信信号における各超音波振動子間の前記受信信号の位相ずれを検出する位相ずれ検出手段と、該位相ずれ検出手段の出力値に基づいて、位相ずれの補正値に相当するアドレス値を計算する補正アドレス計算手段と、該補正アドレス値を格納する位相ずれアドレス値格納手段と、該位相ずれアドレス値に基づいて、前記アドレス加算手段に入力する前記受波信号のアドレス値の差分値または／および前記補間係数アドレス加算手段に入力する前記補間係数アドレス値の差分値を補正する手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
3. 装置ごとの個体差に基づく超音波計測特性を予め計測し、該計測値に基づいて算出した補正値に相当するアドレス値を格納するばらつき値アドレス格納手段と、該ばらつき値アドレス格納手段のアドレス値に基づいて、前記１番目に読み出す受波信号のアドレス値または／および前記１番目に読み出す補間係数のアドレス値を補正する手段とを具備することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波装置。
4. 前記受波データ格納手段は、前記変換手段でデジタル信号に変換した超音波信号を所定の容量内で順番に格納していき、変換後の超音波信号が前記受波データ格納手段の容量を超えたときには、前記受波データ格納手段の先頭から容量を超えた分の超音波信号を格納する手段であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波装置。
5. 前記アドレス加算手段の出力するアドレス値と前記受波データ格納手段の容量とを比較し、前記アドレス加算手段の出力するアドレス値が前記受波データ格納手段の容量を越えるアドレス値となった場合、該越えたアドレス値から前記受波データ格納手段の容量分のアドレス値を減算し、該アドレス値に基づいて、前記フォーカス段に該当する受波信号を順次読み出す読み出しアドレス設定手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の超音波装置。

Images