JP6776766B2 - 超音波測定装置および超音波測定装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波測定を行う超音波測定装置等に関する。

従来から、複数の超音波素子（超音波振動子）が配列された超音波プローブを用いて超音波ビームを走査し、生体内部の様子を画像化する超音波測定装置が知られている。画像化にあたっては、超音波素子毎に受信した受信信号を加算するビームフォーミング（ＢＦ；Beam Forming）処理を行う。単純なビームフォーミング処理では画像の分解能が低いため、より高分解能の画像を得るための技術が開発されている。例えば、特許文献１に記載の適応型ビームフォーミング処理がその１つである。

ところで、適応型ビームフォーミング処理は、非適応型の従来のビームフォーミング処理に比べて高い分解能が得られる一方で、計算量が増大する問題がある。この問題を解決するための技術としては、例えば、特許文献２の技術が挙げられる。特許文献２の技術は、隣接するチャンネルからのエコー検出データ（受信信号）を加算してデータを間引き、その上で適応型信号処理（適応型ビームフォーミング処理）を実行することによって信号処理の高速化を図ったものである。

特開２０１５−７７３９３号公報 特開２０１１−５２３７号公報

特許文献２の技術によれば、適応型ビームフォーミング処理が処理対象とする受信信号の信号本数を減らせるため、その分計算量を削減できる。しかし、その結果分解能を高める適応型ビームフォーミング処理の効果が薄まり、生成される超音波画像の画質に影響する場合があった。

本発明は、こうした事情を鑑みてなされたものであり、適応型ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減しつつ、超音波画像の画質の劣化を抑制することを目的として考案されたものである。

上記課題を解決するための第１の発明は、超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブと、前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成する演算処理部と、を備えた超音波測定装置である。

また、他の発明として、超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行うことと、前記複数の多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成することと、を含む制御方法を構成してもよい。

第１の発明等によれば、ビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理を行うため、適応型ビームフォーミング処理の実行に係る計算量を削減することができる。また、ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果を平均して用いて超音波画像を生成することができる。これによれば、ビームフォーミング処理の実行により生じ得る超音波画像の画質の劣化を抑制できる。

また、第２の発明として、前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理を並行して行う、第１の発明の超音波測定装置を構成してもよい。

第２の発明によれば、各多段信号処理を並行して行うことができる。そのため、信号処理を高速化することができる。

また、第３の発明として、前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理の処理対象とする前記受信信号の信号本数が互いに異なり、且つ、互いに倍数とならない本数である前記設定条件で前記複数の多段信号処理を行う、第１又は第３の発明の超音波測定装置を構成してもよい。

第３の発明によれば、各多段信号処理において、互いに倍数とならない異なる信号本数の受信信号を処理対象としたビームフォーミング処理を実行することができる。この結果、多段信号処理による超音波画像の画質劣化を抑制することができる。

また、第４の発明として、前記複数の多段信号処理に係る前記設定条件の前記信号本数は、互いに共通の素因数を含まない本数である、第３の発明の超音波測定装置を構成してもよい。

第４の発明によれば、各多段信号処理において、互いに共通の素因数を含まない信号本数の受信信号を処理対象としたビームフォーミング処理を実行することができる。この結果、多段信号処理による超音波画像の画質劣化を抑制することができる。

また、第５の発明として、前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理の結果を加重平均して前記平均信号を算出する、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。

第５の発明によれば、各多段信号処理の結果を加重平均して用いて超音波画像を生成することができる。

また、第６の発明として、前記適応型ビームフォーミング処理は、前記超音波素子毎の受信信号に基づいて重みを算出し、当該重みを用いて前記受信信号を重み付き加算する処理である、第１〜第５の何れかの発明の超音波測定装置を構成できる。適応型ビームフォーミング処理を実行することにより、非適応型のビームフォーミング処理に比べて分解能（方位分解能）を高めることができるため、超音波画像の画質を向上させることができる。

また、第７の発明として、前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理を実行する演算回路を前記多段信号処理毎に備える、第１〜第６の何れかの発明の超音波測定装置を構成してもよい。

第７の発明によれば、多段信号処理毎に備えた演算回路を用いてビームフォーミング処理を実行することができる。

超音波測定装置のシステム構成例を示す図。 ＢＦ処理の処理ブロックを示す図。 図２のＢＦ処理に係る受信感度特性例を示す図。 適応型ＢＦ処理の処理ブロックを示す図。 図４のＢＦ処理に係る受信感度特性例を示す図。 多段信号処理の処理ブロック例を示す図。 多段信号処理の処理ブロックの他の例を示す図。 図７の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図。 図８の受信感度特性の拡大図。 多段信号処理の処理ブロックの他の例を示す図。 図１０の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図。 図１１の受信感度特性の拡大図。 図７の多段信号処理と図１０の多段信号処理とを並行実行する場合の処理ブロック例を示す図。 図１３の多段信号処理の並行実行に係る受信感度特性例を示す図。 図１４の受信感度特性の拡大図。 超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。 設定条件テーブルのデータ構成例を示す図。 超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。

図１は、本実施形態における超音波測定装置１０のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置１０は、超音波測定を利用して被検体２の生体情報を取得するためのものであり、測定結果や操作情報を画像表示するための手段および操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル１２と、操作入力をするためのキーボード１４と、超音波プローブ（探触子）１６と、画像処理装置３０とを備える。

超音波プローブ１６は、そのセンサー面側において列状に等間隔で配置された複数の超音波素子（超音波振動子）を内蔵しており、例えば、超音波素子の配列方向に超音波ビームの入射位置をずらしながら互いに平行な複数の走査線に沿って超音波ビームを送受信する、いわゆるリニア走査方式で超音波測定を行う。この超音波プローブ１６は、センサー面を被検体２の生体表面（図１では頸部）に密着させて使用される。なお、スキャン方式はリニア走査方式に限らず、例えばセクター走査方式等の他の走査方式を採用する場合にも本実施形態を同様に適用することが可能である。また、超音波プローブ１６が当てられる測定部位は頸部に限らず、手首、腕、腹部等、測定の目的に応じた被検体２の部位とされる。

画像処理装置３０には、制御基板３１が搭載されており、タッチパネル１２、キーボード１４、超音波プローブ１６等の装置各部と信号送受可能に接続されている。制御基板３１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の各種集積回路の他、ＩＣメモリーやハードディスク等による記憶媒体３３と、外部装置とのデータ通信を実現する通信ＩＣ３４とが搭載されている。超音波測定装置１０は、画像処理装置３０においてＣＰＵ３２等が記憶媒体３３に記憶されているプログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとする生体情報の取得に必要な処理を行う。

具体的には、超音波測定装置１０は、画像処理装置３０の制御により超音波プローブ１６から被検体２へ超音波ビームを送信し、その反射波を受信して超音波測定を行う。そして、反射波の受信信号を増幅・信号処理し、被検体２の生体内構造の位置情報や経時変化等の反射波データを生成する。超音波測定は、所定周期で繰り返し行われる。測定単位を「フレーム」と呼ぶ。

反射波データには、いわゆるＡモード、Ｂモード、Ｍモード、カラードップラーモードの各モードの画像が含まれる。Ａモードは、第１軸を超音波ビームの送受信方向（走査線の方向）に沿った受信信号のサンプリング点列とし、第２軸を各サンプリング点での反射波の受信信号強度として、反射波の振幅（Ａモード像）を表示するモードである。また、Ｂモードは、超音波ビームを所定の走査範囲内で走査させながら得た反射波振幅（Ａモード像）を輝度値に変換することで可視化した、生体内構造の二次元の超音波画像（Ｂモード画像）を表示するモードである。

［概要］
反射波データの生成に際し、超音波測定装置１０は、サンプリング点毎に各超音波素子（以下、「チャンネル」ともいう）からの受信信号を整相加算する処理を行う（受信ビームフォーミング）。複数の超音波素子群が１つのチャンネルを構成して超音波の送受信を行う場合は、当該超音波素子群毎に得られる受信信号を整相加算する。以下、超音波素子又は超音波素子群で構成される各チャンネルからの受信信号を「チャンネル信号」という。

具体的には、各チャンネルからのチャンネル信号に遅延をかける受信フォーカス処理（整相処理）の後、当該受信フォーカス処理後の各チャンネル信号を加算するビームフォーミング処理を行う。これにより、位相が同じ所望の方向（走査線の方向）からの信号のみを増幅することができ、当該走査線の方向からの所望波を抽出できる。

ここで、以下の説明においてビームフォーミング処理（ＢＦ処理）とは、例えば、受信指向性が固定の固定ビームフォーミングのことをいい、非適応型のビームフォーミング処理のことである。すなわち、ＢＦ処理は、予め定められる固定の加算ウェイト（重み）を用いて各チャンネルからのチャンネル信号を重み付き加算する処理である。図２は、１２個のチャンネルからのチャンネル信号ｘ_１〜ｘ_１２をＢＦ処理する処理ブロックＰ_ｄｓを示す図であり、図３は、図２のＢＦ処理Ｐ_ｄｓに係る受信感度特性例を示す図である。図３では、正面（走査線の方向）を０度とし、正面からの所望波とともに、それと同じ信号強度の不要波を斜めの方向から受信したときの各方向の受信感度をグラフ化して示している。

図３に示すように、ＢＦ処理Ｐ_ｄｓの受信感度特性では、０度に現れるメインローブＭＬ１は理想的な急峻形状とは異なり、幅が広い。また、正面から外れた斜めの方向に現れるサイドローブＳＬ１１，ＳＬ１３のレベルもゼロに近いとは言えず、大きい。ここで、メインローブとは、すなわち所望波に対する感度であり、サイドローブとは、不要波に対する感度である。メインローブの幅が狭く、サイドローブのレベルが低いほど分解能（方位分解能）が高い。しかし、ＢＦ処理Ｐ_ｄｓでは、上記のようにメインローブＭＬ１の幅は広くサイドローブＳＬ１１，ＳＬ１３も大きいため、メインローブＭＬ１の広がりやサイドローブＳＬ１１，ＳＬ１３によって、走査線の方向以外の方向からの不要波に対しても感度を持つ。これは、分解能を低下させ、超音波画像の画質の劣化を招く。

このＢＦ処理に対して、チャンネル信号の加算に用いる加算ウェイトを到来波に応じて動的に変える適応型ビームフォーミング処理（適応型ＢＦ処理）が知られている。適応型ＢＦ処理手順を簡単に説明すると、サンプリング点毎に次の処理を行う。先ず、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号をもとに相関行列を算出する。続いて、走査線の方向に基づき規定したステアリングベクトルを用い、算出した相関行列から各チャンネル信号に乗じる加算ウェイトを算出する。その後は、算出した加算ウェイトを用い、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号を重み付き加算する。適応型ＢＦ処理の具体例としては、ＭＶ（Minimum Variance）法や、ＡＰＥＳ（Amplitude and Phase Estimation）法等があり、適宜採用してよい。この適応型ＢＦ処理によれば、走査線の方向からの所望波のみに感度を持ち、不要波に対しては感度を持たないように方向に拘束を付けてチャンネル信号を重み付き加算することができ、高い分解能が実現できる。

図４は、図２と同じ１２個のチャンネルからのチャンネル信号ｘ_１〜ｘ_１２を適応型ＢＦ処理する処理ブロックＰ_ｍｖを示す図である。また、図５は、図４の適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖに係る受信感度特性例を示す図であり、図３と同様の条件下での各方向の受信感度をグラフ化して示している。図５に示すように、適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖの受信感度特性では、ＢＦ処理Ｐ_ｄｓと異なりメインローブＭＬ２の幅が狭い。一方、サイドローブはほとんど現れておらず、小さく抑えられている。

しかし、適応型ＢＦ処理は、上記の通りチャンネル信号に乗じる加算ウェイトを毎回算出する複雑な処理であるため、計算量が増大する問題がある。適応型ＢＦ処理の実行に係る計算量は、チャンネル数Ｍ（適応型ＢＦ処理が処理対象とするチャンネル信号の信号本数）と加算ウェイトを算出する算出式の次数によって決まり、Ｏ記法で表すとＯ（Ｍ＾３）となる（図４ではＭ＝１２）。

そこで、本実施形態では、ＢＦ処理と適応型ＢＦ処理との多段信号処理を行い、超音波画像の画質の劣化を抑制しつつ計算量の低減を図る。図６は、多段信号処理の処理ブロック例を示す図である。図６に示すように、多段信号処理では、適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖの前段でＢＦ処理Ｐ_ｄｓを行う。具体的には、各超音波素子で受信し、アナログ信号からデジタル信号に変換された各チャンネル（図６では２５６チャンネル）のチャンネル信号に対して、超音波素子（チャンネル）の配列順に所定数本（例えば８本）ずつＢＦ処理Ｐ_ｄｓを適用する。これにより、各チャンネルのチャンネル信号を所定数本ずつ束ねることができる。

ここで、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号をｘ_ｍとし、適応型ＢＦ処理が処理対象とするチャンネル信号をｙ_ｎとする。そして、ＢＦ処理の適用単位（ＢＦ処理が処理対象とする信号本数；以下、「単位ＢＦ処理本数」という）をｑとしてｑ本ずつＢＦ処理する場合（つまり、チャンネル信号ｙ_ｎの本数をチャンネル数Ｍの１／ｑにする場合）、ｙ_ｎは、次式（１）で表される。図６の例では、チャンネル信号ｘ_１〜ｘ_２５６は、ＢＦ処理Ｐ_ｄｓによってチャンネル数Ｍ＝２５６の１／８である３２チャンネルのチャンネル信号ｙ_１〜ｙ_３２とされて、適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖへ渡される。

［原理］
多段信号処理の問題は、ＢＦ処理を行ってチャンネルを束ねたことで、適応型ＢＦ処理の効果が薄まる点である。図７は、チャンネル数が図２と同じ１２チャンネルの場合であって、単位ＢＦ処理本数ｑ＝４の場合の多段信号処理Ｐ１１の処理ブロック例を示す図である。本構成の多段信号処理では、１２個のチャンネルからの各チャンネル信号ｘ_１〜ｘ_１２が前段のＢＦ処理Ｐ_ｄｓにおいて４本ずつ束ねられ、３本のチャンネル信号ｙ_ａ１〜ｙ_ａ３とされて適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖへ渡される。

図８は、図７の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図であり、図３と同様の条件下での各方向の受信感度をグラフ化して示している。図９は、図８の縦軸の範囲を狭くしてサイドローブを示した拡大図である。図７の多段信号処理の受信感度特性では、図８および図９に示すように、±３０度付近と±８０度付近でサイドローブが現れ、感度を持つ。したがって、当該多段信号処理では、±３０度付近および±８０度付近の各方向からの不要波を受信してしまうと分解能が低下し、超音波画像の画質に影響を及ぼす。

また、図１０は、単位ＢＦ処理本数ｑ＝３の場合の多段信号処理Ｐ１３の処理ブロック例を示す図である。図１１は、図１０の多段信号処理に係る受信感度特性例を示す図であり、図１２は、図１１の縦軸を狭めた拡大図である。本構成の多段信号処理では、１２個のチャンネルからの各チャンネル信号ｘ_１〜ｘ_１２が前段のＢＦ処理Ｐ_ｄｓにおいて３本ずつ束ねられ、４本のチャンネル信号ｙ_ｂ１〜ｙ_ｂ４とされて適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖへ渡される。この多段信号処理の受信感度特性では、図１１および図１２に示すように、±４０度付近でサイドローブが現れ、感度を持つ。したがって、±４０度付近の各方向からの不要波が、超音波画像の画質に影響を及ぼすこととなる。

ところで、単位ＢＦ処理本数ｑ＝４の場合の多段信号処理（図７〜図９）と、単位ＢＦ処理本数ｑ＝３の場合の多段信号処理（図１０〜図１２）の各受信感度特性によれば、何れの場合も０度において幅の狭いメインローブが現れる。一方、サイドローブが現れた角度（方向）、すなわちある程度のレベルが現れることで不要波に対して感度を持つ角度（方向）については、両者で異なる。したがって、各多段信号処理の結果を平均すれば、各々のサイドローブのレベルが小さくなるように受信感度特性を修正できる。

以上のことから、本実施形態では、設定条件としての単位ＢＦ処理本数ｑの設定が異なる複数の多段信号処理を並行して行い、各多段信号処理結果の平均信号を算出する。図１３は、図７の多段信号処理Ｐ１１と図１０の多段信号処理Ｐ１３とを並行実行する場合の処理ブロック例を示す図である。図１３において、多段信号処理Ｐ１１，Ｐ１３の後段の平均化処理Ｐ２は、一方の多段信号処理における適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖの出力信号ｆ_ａと、他方の多段信号処理における適応型ＢＦ処理Ｐ_ｍｖの出力信号ｆ_ｂとの平均信号ｆを算出して出力する。平均信号ｆの算出式は、次式（２）で表される。

ここで、具体的な単位ＢＦ処理本数ｑの値は例示した「３」と「４」の組合せに限定されないが、不要波に対して同じ角度に感度を持つのでは、サイドローブを小さくする効果は得られない。本実施形態では、互いに共通の素因数を含まない信号本数として設定する。これにより、各多段信号処理に係る受信感度特性において、サイドローブが異なる角度に現れるようにすることができる。

図１４は、図１３に示す２つの多段信号処理Ｐ１１，Ｐ１３の並行実行に係る受信感度特性を示す図であり、図１５は、図１４の縦軸の範囲を狭めた拡大図である。図１４および図１５に示すように、本構成によれば、±３０度、±４０度、および±８０度の各角度付近のサイドローブのレベルを、各多段信号処理Ｐ１１，Ｐ１３を単独で実行した場合（図９や図１２等を参照）と比べて小さく抑えることができる。したがって、ＢＦ処理を実行することで生じ得る超音波画像の画質の劣化を抑制できる。

また、多段信号処理を並行実行する場合の適応型ＢＦ処理の実行に係る計算量は、Ｏ（Ｍ／３＾３＋Ｍ／４＾３）となる。例えば、Ｍ＝１３である図１３の場合の計算量を図４の場合の計算量Ｏ（Ｍ＾３）と比べると、計算量は約１／１９に削減できる。

なお、並行実行する多段信号処理は２つに限らず、３つ以上の多段信号処理を並行実行する構成としてよい。その場合も、各多段信号処理に係る単位ＢＦ処理本数は、互いに共通の素因数を含まない信号本数とするのが好適である。

また、平均化処理Ｐ２は、式（２）により出力信号ｆ_ａ，ｆ_ｂを単純平均して算出する処理に限定されない。例えば、次式（３）を用い、出力信号ｆ_ａと出力信号ｆ_ｂとを加重平均して平均信号ｆを算出する処理でもよい。

ここで、超音波プローブ１６から送信される超音波ビームは、走査線の方向（０度の方向）に沿って放射される音圧の高い放射ビームが主な放射ビーム（メインローブと呼ばれる）となるため、受信信号の信号強度は、一般的に０度に近いほど強く、０度から離れるほど弱くなる。したがって、その受信感度特性において０度に近い角度に感度を持つ多段信号処理ほど、不要波の影響を受け易いといえる。そのため、加重平均を算出する場合には、０度に近い角度にサイドローブが現れる受信感度特性の多段信号処理結果に乗じる重みを小さくするとよい。本例では、多段信号処理Ｐ１１の場合は±３０度付近および±８０度付近で感度を持ち、多段信号処理Ｐ１３の場合は±４０度付近で感度を持つことから、出力信号ｆ_ｂに対する重みα_ｂよりも、出力信号ｆ_ａの重みα_ａを小さくするとよい（α_ａ＜α_ｂ）。

［機能構成］
図１６は、超音波測定装置１０の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置１０は、画像処理装置３０と、超音波プローブ１６とを備え、画像処理装置３０は、操作入力部３１０と、表示部３３０と、通信部３５０と、演算処理部３７０と、記憶部５００とを備える。

超音波プローブ１６は、複数の超音波素子（チャンネル）を配列して備え、画像処理装置３０（より詳細には演算処理部３７０の超音波測定制御部３７１）からのパルス電圧に基づいて超音波を送信する。そして、送信した超音波の反射波を受信し、各チャンネルからのチャンネル信号を超音波測定制御部３７１へ出力する。

操作入力部３１０は、ユーザーによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を演算処理部３７０へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス等により実現できる。図１ではタッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。

表示部３３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現され、演算処理部３７０からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１ではタッチパネル１２がこれに該当する。

通信部３５０は、演算処理部３７０の制御のもと、外部との間でデータを送受するための通信装置である。この通信部３５０の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドル等と呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。図１では通信ＩＣ３４がこれに該当する。

演算処理部３７０は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現される。そして、演算処理部３７０は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部３１０からの操作入力信号、超音波プローブ１６からの各チャンネルのチャンネル信号等に基づき各種の演算処理を実行して、被検体２の生体情報を算出する。図１ではＣＰＵ３２がこれに該当する。なお、演算処理部３７０を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。

この演算処理部３７０は、超音波測定制御部３７１と、画像生成部４００とを含む。

超音波測定制御部３７１は、超音波プローブ１６とともに超音波測定部２０を構成し、この超音波測定部２０によって超音波測定が行われる。超音波測定制御部３７１は、公知技術を用いて実現できる。すなわち、超音波測定制御部３７１は、超音波プローブ１６による超音波パルスの送信タイミングを制御し、送信タイミングでパルス電圧を発生させて超音波プローブ１６へ出力する。その際、送信遅延処理を行って各チャンネルへのパルス電圧の出力タイミングの調整を行う。また、超音波プローブ１６からの各チャンネルのチャンネル信号の増幅やフィルター処理を行って、処理後の各チャンネルのチャンネル信号（測定結果）を画像生成部４００へ出力する。

画像生成部４００は、超音波測定制御部３７１からの各チャンネルのチャンネル信号に基づいて、超音波画像を生成する。この画像生成部４００は、受信フォーカス処理部４１０と、ビームフォーミング処理部４２０とを含む。

受信フォーカス処理部４１０は、各チャンネルのチャンネル信号に、該当するチャンネルについて予め定められるディレイ時間を加えて遅延をかける受信フォーカス処理を行う。受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号は、ビームフォーミング処理部４２０において複数の多段信号処理部４３０が備える各ＢＦ処理部４３１に出力される。

ビームフォーミング処理部４２０は、複数の多段信号処理部４３０（第１多段信号処理部４３０−１，第２多段信号処理部４３０−２，・・・）と、平均化処理部４４０とを備え、サンプリング点毎に各多段信号処理部４３０による多段信号処理を並行して行い、各多段信号処理結果の平均信号を算出する。複数の多段信号処理部４３０の各々は、ＢＦ処理部４３１と、適応型ＢＦ処理部４３３とを備える。

記憶部５００は、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。この記憶部５００には、超音波測定装置１０を動作させ、超音波測定装置１０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。図１では、制御基板３１に搭載されている記憶媒体３３がこれに該当する。なお、演算処理部３７０と記憶部５００との接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等の通信回線で実現してもよい。その場合、記憶部５００は、超音波測定装置１０とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。

また、記憶部５００には、超音波測定プログラム５１０と、受信信号データ５２０と、反射波データ５３０と、設定条件テーブル５４０とが格納される。

演算処理部３７０は、超音波測定プログラム５１０を読み出して実行することにより、超音波測定制御部３７１や画像生成部４００等の機能を実現する。なお、これらの機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。

受信信号データ５２０は、超音波測定の結果得られた各走査線の走査に係る各超音波素子（チャンネル）の受信信号（チャンネル信号）を記憶する。

反射波データ５３０は、フレーム毎に繰り返される超音波測定で得た反射波データを記憶する。この反射波データ５３０は、超音波画像であるフレーム毎のＢモード像のデータを含む。

設定条件テーブル５４０は、単位ＢＦ処理本数ｑを設定したデータテーブルである。図１７は、設定条件テーブル５４０のデータ構成例を示す図である。図１７に示すように、設定条件テーブル５４０には、ビームフォーミング処理部４２０を構成する複数の多段信号処理部４３０（第１多段信号処理部４３０−１，第２多段信号処理部４３０−２，・・・）の各々について、そのＢＦ処理部４３１が実行するＢＦ処理の単位ＢＦ処理本数ｑが設定される。本実施形態では、各々の単位ＢＦ処理本数ｑには、互いに共通の素因数を含まない信号本数が設定される。

［処理の流れ］
図１８は、本実施形態における超音波画像の生成処理の流れを示すフローチャートである。ここで説明する処理は、例えば、ユーザーにより超音波プローブ１６が被検体２の体表面に当てられ、所定の測定開始操作が為されると開始される。なお、本処理は、演算処理部３７０が記憶部５００から超音波測定プログラム５１０を読み出して実行し、超音波測定装置１０の各部を動作させることで実現できる。

超音波測定に先立ち、演算処理部３７０は、複数の多段信号処理部４３０において各々のＢＦ処理部４３１が実行するＢＦ処理の単位ＢＦ処理本数ｑを、設定条件テーブル５４０から読み出して設定する（ステップＳ１）。その後は、ステップＳ３以降の処理をフレーム単位で繰り返す。

先ず、超音波測定部２０が、超音波測定を行う（ステップＳ３）。ここでの処理により、受信信号データ５２０へ測定結果が格納されていく。

その後は、ビームフォーミング処理部４２０が、受信信号データ５２０を参照しながら走査ライン毎にループＡの処理を繰り返す（ステップＳ５〜ステップＳ１７）。そして、ループＡでは、ステップＳ３の超音波測定の測定結果を用いて処理対象ラインについて一定時間のサンプリングを行い、各サンプリング点についてループＢの処理を行う（ステップＳ７〜ステップＳ１５）。

ループＢでは先ず、受信フォーカス処理部４１０が、各チャンネルからのチャンネル信号にディレイ時間の遅延をかける受信フォーカス処理を行う（ステップＳ９）。続いて、複数の多段信号処理部４３０の各々が、多段信号処理を並行して行う（ステップＳ１１）。ここでの処理により、先ず、各多段信号処理部４３０のＢＦ処理部４３１が、それぞれステップＳ１で設定された異なる単位ＢＦ処理本数ｑでＢＦ処理を実行し、受信フォーカス処理後の各チャンネルのチャンネル信号ｘ_ｍをｑ本ずつ束ねる。そして、各多段信号処理部４３０の適応型ＢＦ処理部４３３は、対応するＢＦ処理部４３１からのＢＦ処理後のチャンネル信号ｙ_ｎを処理対象として、適応型ＢＦ処理を実行する。

続いて、平均化処理部４４０が、ステップＳ１１で並行実行した各多段信号処理結果を平均し、平均信号ｆを算出する（ステップＳ１３）。

このループＢの処理を繰り返し、処理対象ラインのサンプリングを終えたならば、処理対象ラインについてのループＡの処理を終える。そして、全ての走査ラインを処理対象としてループＡの処理を行ったならば、サンプリング点毎に得られた平均信号ｆに対し必要な処理を行って、超音波画像を生成する（ステップＳ１９）。生成された超音波画像は、適宜表示部３３０に表示制御される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＢＦ処理と適応型ＢＦ処理との多段信号処理であって、ＢＦ処理の設定条件として単位ＢＦ処理本数ｑが異なる複数の多段信号処理を並行実行することができる。そして、各多段信号処理結果を平均して用い、超音波画像を生成することができる。したがって、適応型ＢＦ処理の実行に係る計算量を削減しつつ、超音波画像の画質の劣化を抑制できる。

なお、複数の多段信号処理部４３０において各々のＢＦ処理部４３１が行うＢＦ処理の単位ＢＦ処理本数ｑは、互いに倍数とならない異なる信号本数として設定するのでもよい。例えば、多段信号処理部４３０を多数（例えば、４つや５つ、またはそれ以上）設ける構成では、各々の多段信号処理部４３０に係る単位ＢＦ処理本数が、互いに共通の素因数を含まない信号本数として構成することが困難な場合が想定される。各々の多段信号処理部４３０の出力信号は最終的に平均処理されるため、単位ＢＦ処理本数を、互いに倍数とならない異なる信号本数として構成することができれば、本実施形態と同様の効果が得られるからである。

また、画像生成部４００において受信フォーカス処理部４１０が各チャンネルからのチャンネル信号を受信フォーカス処理し、ＢＦ処理部４３１がこれをＢＦ処理する構成は、ＦＰＧＡ等のハードウェア（演算回路）を用いて容易に実現できる。一方、適応型ＢＦ処理部４３３が行う適応型ＢＦ処理は、加算ウェイトを算出する複雑な処理であるため、ソフトウェアにより実現するのがよい。その場合でも、上記したように適応型ＢＦ処理が処理対象とする信号本数をチャンネル数Ｍの１／ｑにすることができることから、ＢＦ処理から適応型ＢＦ処理へと渡すデータ量についても削減でき、データの転送量を削減できる。

１０…超音波測定装置、１６…超音波プローブ、２０…超音波測定部、３０…画像処理装置、３１０…操作入力部、３３０…表示部、３５０…通信部、３７０…演算処理部、３７１…超音波測定制御部、４００…画像生成部、４１０…受信フォーカス処理部、４２０…ビームフォーミング処理部、４３０…多段信号処理部、４３１…ＢＦ処理部、４３３…適応型ＢＦ処理部、４４０…平均化処理部、５００…記憶部、５１０…超音波測定プログラム、５２０…受信信号データ、５３０…反射波データ、５４０…設定条件テーブル、２…被検体

Claims (8)

1. 超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブと、
   前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行い、各多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成する演算処理部と、
   を備えた超音波測定装置。
2. 前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理を並行して行う、
   請求項１に記載の超音波測定装置。
3. 前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理の処理対象とする前記受信信号の信号本数が互いに異なり、且つ、互いに倍数とならない本数である前記設定条件で前記複数の多段信号処理を行う、
   請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
4. 前記複数の多段信号処理に係る前記設定条件の前記信号本数は、互いに共通の素因数を含まない本数である、
   請求項３に記載の超音波測定装置。
5. 前記演算処理部は、前記複数の多段信号処理の結果を加重平均して前記平均信号を算出する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
6. 前記適応型ビームフォーミング処理は、前記超音波素子毎の受信信号に基づいて重みを算出し、当該重みを用いて前記受信信号を重み付き加算する処理である、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波測定装置。
7. 前記演算処理部は、前記ビームフォーミング処理を実行する演算回路を前記多段信号処理毎に備える、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波測定装置。
8. 超音波を送受信する複数の超音波素子が配列された超音波プローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、
   前記超音波素子毎に受信した受信信号に対するビームフォーミング処理と適応型ビームフォーミング処理との多段信号処理であって、前記ビームフォーミング処理の設定条件が異なる複数の前記多段信号処理を行うことと、
   前記複数の多段信号処理の結果の平均信号に基づいて超音波画像を生成することと、
   を含む制御方法。

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