JP7015640B2 - 超音波診断装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的な複数のフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像（いわゆるＢモード像）を表示する超音波診断装置およびその制御方法に関する。

上記の超音波診断装置が知られており（一例として特許文献１参照）、病院等で広く使用されている。

この超音波診断装置における１つの重要なテーマは、如何にしてスペックルノイズやアーチファクト等のノイズの少ない断層像を生成して表示するか、という点である。

スペックルノイズの低減に関しては、それを実現するための１つの技術として、いわゆる周波数コンパウンド法が知られている。この周波数コンパウンド法は、被検体内に送信される超音波ビームがパルス波であって、例えば中心周波数ｆ０がｆ０＝３．５ＭＨｚの場合、その超音波ビームの周波数ｆがｆ＝２．０ＭＨｚ～５．０ＭＨｚ程度の範囲に広がっていることを利用し、受信側で、例えばｆ＝２．０ＭＨｚ～３．５ＭＨｚの周波数帯域とｆ＝３．５ＭＨｚ～５．０ＭＨｚの周波数帯域とに分けて２帯域同時に受信し、各帯域ごとに生成された信号を互いに加算することでスペックルノイズを互いに打ち消させる技術である。

しかしながら、この従来の周波数コンパウンド法は、この周波数コンパウンド法を採用しない場合と比べ、２倍規模の回路を必要とし、ハードウェアの規模が大きくコスト高となる。

特開２０１４－１４４１１３号公報

本発明は、上記事情に鑑み、周波数コンパウンド法と比べハードウェア上の制約が少なく、スペックルノイズやアーチファクト等のノイズが低減された断層像を生成して表示することのできる超音波診断装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、
被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置であって、
被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の周波数からなる周波数セットにしたがって周波数をフレームごとに変更させ、かつ該周波数の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させる走査制御部と、
前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成部と、
前記フレーム合成部におけるフレーム合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

本発明の超音波診断装置によれば、周波数の異なる複数通りの超音波の送受信により生成される複数の断層像をフレーム合成するため、スペックルノイズが低減された断層像を生成して表示することができる。

また、本発明の超音波診断装置によれば、周波数の異なる複数通りの超音波の送受信により生成される複数の断層像をフレーム合成することにより、各超音波ビームの軸上では、複数の断層像におけるメインローブが重なって増強され、各超音波ビームの軸の両サイドのグレーチングローブは、異なる周波数で得られた断層像ごとに分布位置が異なるため平準化される。その結果、本発明の超音波診断装置によれば、コントラストの良い、かつアーチファクトも低減された断層像が生成されるという、従来の周波数コンパウンド法では得られない効果も得ることができる。

ここで、本発明の超音波診断装置において、前記周波数セットを構成する複数の周波数を調整自在に設定する設定部をさらに備えることが好ましい。

送受信される超音波の周波数を調整自在に設定することにより、今回の診察の目的に合うように周波数を調整するなど、その時々の診察対象等に応じた設定が可能となる。

また、本発明の超音波診断装置において、前記走査制御部が、前記周波数セットに基づいて超音波の送受信周波数をフレームごとに変更かつ該送受信周波数の変更を該複数ごとに循環させるとともに、フレームごとに、送受信周波数が高いほど、被検体内に送信する超音波ビームの送信側焦点位置を浅い送信側焦点位置に設定した超音波ビームで被検体内の走査を繰り返すことも好ましい態様である。

超音波の周波数が高いほど、断層像の分解能を高めることができる。ただし、周波数が高い超音波は減衰が激しく、深い領域の診察には不向きである。そこで、超音波の送信周波数と送信側焦点位置とを連動させて、超音波の送信周波数が低いほど送信側焦点位置を深い側に設定し、超音波の送信周波数が高いほど送信側焦点位置を浅い側に設定することにより、深い領域のペンネトレーションが増強されて深い領域まで観察可能な断層像が得られ、また、浅い領域のアーチファクトが低減されて分解能も高められる。

さらに、本発明の超音波診断装置において、前記フレーム合成部が、被検体内の深さ方向の減衰を補償する、被検体内の深さ方向の減衰超音波の送受信周波数に応じた重み付け関数による重み付けを行なうことも好ましい態様である。

周波数の高い超音波は、周波数の低い超音波と比べ減衰が激しい。そこで、この減衰を補償する重み付けを行なうことにより、深い領域についても周波数コンパウンドの効果が高められる。

さらに、本発明の超音波診断装置において、前記走査制御部が、走査偏向最大角度をフレームごとに変更させる制御を行なうものであって、前記周波数セットにしたがって超音波の送信周波数が高いフレームほど小さな走査偏向最大角度に設定することも好ましい態様の１つである。

周波数が高い超音波の場合、周波数が低い超音波と比べ、走査偏向角度が大きいときのアーチファクトが大きい。そこで、超音波の送信周波数が高いフレームほど小さな走査偏向最大角度に設定することで、生成される断層像のアーチファクトが低減される。

以上の本発明によれば、従来の周波数コンパウンド法と比べハードウェア上の制約が少なく、スペックルノイズやアーチファクト等のノイズが低減された断層像を生成して表示することのできる超音波診断装置およびその制御方法が実現する。

本発明の一実施形態としての超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 周波数セットの第１例を示した図である。 断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。 フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。 周波数セットの第２例を示した図である。 断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。 第２例におけるフレーム合成処理の説明図である。 送信側焦点位置についての重み付け関数を示した図である。 周波数セットの第３例を示した図である。 断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。 第３例におけるフレーム合成処理の説明図である。 １回のフレーム合成処理に用いる７つのフレームを重ねて示した図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

この図１に示す超音波診断装置１００には、超音波探触子１が備えられている。この超音波探触子１は、着脱自在に交換され、生体３０の診断部位や診断内容等に応じて、それに適した超音波探触子が用いられる。この超音波探触子１には、生体３０の体表に当てがわれる側の先端に、圧電セラミックス等の振動子（図示せず）が配列されている。また、この超音波探触子１には、送信部２と受信部３が接続されている。

送信部２には、送信の繰り返し周期（例えば４ＫＨｚ）を与えるレートパルスを発生するパルス発生器が含まれている。この送信部２は、例えば６４チャンネルの、パルスドライバ及び遅延回路を有する。パルスドライバは、レートパルスのタイミングで、設定された送信周波数（例えば２．５ＭＨｚ）により定まる周期の振動パルスを発生し、超音波探触子１の振動子に印加する。遅延回路は超音波ビームを収束し、かつ指向性を与えるために各チャンネル毎のパルス発生タイミングに所定の遅延を与える。その結果、指向性を有する超音波ビームが生体３０内にパルス状に送信される。このようにして、超音波探触子１から、レートパルス周期で、生体３０内に延びる、例えば２５６本の走査線それぞれに沿う超音波ビームが順次に送信されて、１フレーム分の走査が完了する。

一方、生体３０内の音響インピーダンスの不連続面で反射した超音波は超音波探触子１を介して受信部３でチャンネル毎に受信されて受信信号に変換される。受信部３は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換回路、遅延回路、加算回路、直交検波回路、および振幅計算回路から構成されている。受信信号は、プリアンプで増幅され、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルの受信信号に変換され、遅延回路により各チャンネル毎に所定の遅延が与えられて、加算回路により加算される。直交検波回路では、加算回路からの出力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）に変換し、さらに振幅計算回路で振幅計算を行なう。これにより、各走査線１ａについて順次に、超音波ビームが送信された方向からの反射超音波が受信される。受信部３から出力された受信信号は、フレームごとに順次に、フレームメモリ４に一旦格納される。そして、このフレームメモリ４に格納された所定フレーム数分の受信信号が読み出されて、フレーム合成部５においてフレーム合成処理が行われる。このフレーム合成部５におけるフレーム合成処理については、後述する。フレーム合成処理後の受信信号は対数圧縮部６で対数圧縮され、Ｂモード信号処理部７でＢモード信号処理がなされる。

Ｂモード信号処理部７から出力された受信信号はフレーム相関部８に入力される。このフレーム相関部８では、入力された現在のフレーム信号とその１つ前に入力されたフレーム信号との間で１次のＩＩＲフィルタ処理が行われる。ただし、場合により、このフレーム相関部８での処理を省くことも可能である。フレーム相関部８からの出力信号はシネメモリ９に格納される。

シネメモリ９に格納された受信信号は、更にデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１０に入力される。このＤＳＣ１０では、座標変換処理と直線補間処理により、各走査線１ａごとの受信信号の、１フレーム分の集合が、表示部１１の表示画面に表示するのに適した信号に変換される。このＤＳＣ１０で信号変換により生成された、表示部１１の表示画面に表示するのに適した信号は表示部１１に入力され、その表示部１１の表示画面上に、ＤＳＣ１０から送られてきた信号に基づく断層像が表示される。

次に、フレーム合成部５、フレーム合成設定部５１、および周波数設定部２１について説明する。

フレーム合成設定部５１では、１回のフレーム合成処理を行なうフレームの数が設定される。周波数設定部２１では、フレーム合成設定部５１において設定された１回のフレーム合成処理のフレームの数と同数の周波数からなる周波数セットが設定される。

図２は、周波数セットの第１例を示した図である。

ここでは、フレーム合成設定部５１で１回のフレーム合成処理を行なうフレームの数が「３」と設定されたものとする。その場合、周波数セット２２は、図２に示すように、３つの周波数から構成される。ここで、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３であって、周波数ｆ１は、これら３つのうちの最も高い周波数であり、周波数ｆ２は、中程度の周波数であり、周波数ｆ３は、これら３つのうちの最も低い周波数である。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、断層像内の浅い領域から深い領域に亘る全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされている。

図３は、断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。

ここでは、超音波探触子１として、リニアスキャン用の超音波探触子が装着され、また走査制御部３１によりリニアスキャンの制御が行われているものとする。ここで、リニアスキャンは、各走査線１ａ（各超音波ビームの進行方向）が互いに平行に延び、横方向にシフトしていく走査方式をいう。

図３（ａ）～（ｆ）は、時系列的に生成された各１フレーム分の受信信号を示している。ここでは、図３（ａ）～（ｆ）に示す各１フレーム分の受信信号を、それぞれフレームａ～フレームｆと称する。

フレームａの生成の際は、送信部２のパルス発生器では、図２に示す周波数セット２２の１番目の周波数ｆ１の超音波が送信されるように、その周波数ｆ１に対応する周期の振動パルスを発生させる。また、ここでは、送信部２の遅延回路は、送信側焦点が図３に符号「ｄ２」で示す、深さ方向ほぼ中央に位置するように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングを調整する。フレームｂ以下の各フレームの生成の際も、送信側焦点位置はｄ２に固定されている。

同様にして、フレームｂの生成の際は、送信部２のパルス発生器では、図２に示す周波数セット２２の２番目の周波数ｆ２に対応する周期の振動パルスを発生させ、フレームｃの生成の際は、送信部２のパルス発生器では、図２に示す周波数セット２２の３番目の周波数ｆ３に対応する周期の振動パルスを発生させる。さらに次のフレームｄの生成の際は、送信部２のパルス発生器では、周波数セット２２の先頭に戻り、周波数ｆ１に対応する周期の振動パルスを発生させる。すなわち、ここでは、周波数が循環的にｆ１，ｆ２，ｆ３となるように１フレームごとに振動パルスの周期を変更する。このようにして、この図３に示すフレームａ～フレームｆの６フレームだけでなく多数のフレームの生成を繰り返す。このようにして生成されたフレームａ，ｂ，ｃ，・・・はフレームメモリ４に順次に格納される。このフレームメモリ４は、次に説明するフレーム合成処理の実行に支障ががない程度のメモリ容量を有するが、フレームメモリ４が満杯になると、先に格納したフレームから順に上書きされる。

図４は、フレーム合成部におけるフレーム合成処理の説明図である。

ここに示す例では、フレーム合成設定部５１において、１回の合成処理のフレーム数が「３」に設定されている。そこで、フレーム合成設定部５１では、先ずは、図３に示す３つのフレームａ～ｃについて各送受信周波数に対する重み関数ＦＷの設定を行なう。すなわち、ここでは、３つのフレームａ～ｃの互いに対応する点の信号値どうしが重み付け平均化され、その平均化された信号値がその点に対応づけられる。なお、各送信周波数ごとの重み関数ＦＷは、深さ位置（ｉ）の関数ＦＷ（ｉ）であってもよい。詳細は後述する。

３つのフレームａ～ｃのフレーム合成処理が終了すると、次に、１つずれた３つのフレームｂ～ｄについてのフレーム合成処理が実行される。さらにその次は、さらに１つずれた３つのフレームｃ～ｅについてのフレーム合成処理が実行される。

フレーム合成部５では、このようにして、３つずつのフレームについてのフレーム合成処理が順次に実行される。このフレーム合成処理により生成されるフレームは、ｆ１，ｆ２，ｆ３の３つの周波数の受信信号の合成により得られた、スペックルノイズやアーチファクト等のノイズが効率よく低減された断層像である。

フレーム合成部５を通過した後の処理については、前述した通りである。

図５は、周波数セットの第２例を示した図である。

前述の第１例と同様、この第２例においても、フレーム合成設定部５１で１回のフレーム合成処理を行なうフレームの数が「３」と設定されたものとする。その場合、周波数セット２２は、図２に示すように、３つの周波数から構成される。ここで、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３であって、周波数ｆ１は、これら３つのうちの最も高い周波数であり、周波数ｆ２は、中程度の周波数であり、周波数ｆ３は、これら３つのうちの最も低い周波数である。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、断層像内の浅い領域から深い領域までの全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされているが、例えば、Ｎｏ．３の周波数ｆ３に代えてｆ１を採用するなど、ユーザにより周波数を変更することもできる。

また、この図５に示す周波数セット２３には送信側の焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３のセットも記録されている。送信側の焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。すなわち、この周波数セット２３に設定されている３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のうちの最も高い周波数ｆ１には、３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３のうち生体３０内の最も浅い位置にある送信側焦点位置ｄ１が対応付けられている。また、中程度の周波数ｆ２には、中程度の深さ位置にある送信側焦点位置ｄ２が対応付けられ、最も低い周波数ｆ３には、最も深い位置にある送信側焦点位置ｄ３が対応付けられている。これは、周波数が高い方が高い分解能が得られるが、一方、周波数が高いと減衰が激しく、深い領域の画像を得るのが困難である、という理由による。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３および３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、断層像内の浅い領域から深い領域までの全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされているが、ユーザにより送信側焦点位置を変更することも可能である。

図６は、断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。

ここでも、前述の第１例と同様、超音波探触子１として、リニアスキャン用の超音波探触子が装着され、また走査制御部３１によりリニアスキャンの制御が行われているものとする。

図６（ａ）～（ｆ）は、時系列的に生成された各１フレーム分の受信信号を示している。ここでは、図６（ａ）～（ｆ）に示す各１フレーム分の受信信号を、それぞれフレームａ～フレームｆと称する。

フレームａの生成の際は、送信部２のパルス発生器は、図５に示す周波数セット２３の１番目の周波数ｆ１に対応する周期の振動パルスを発生させる。また、これとともに、送信部２の遅延回路では、図５に示す周波数セット２３の１番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングを調整する。同様にして、フレームｂの生成の際は、送信部２のパルス発生器で、周波数セット２３の２番目の周波数ｆ２に対応する周期の振動パルスを発生させるとともに、送信部２の遅延回路では、周波数セット２３の２番目の送信側焦点位置ｄ２となるように調整し、フレームｃの生成の際は、周波数セット２３の３番目の周波数ｆ３に対応する周期の振動パルスを発生させるとともに、送信部２の遅延回路では、周波数セット２３の３番目の送信側焦点位置ｄ３となるように調整する。さらに次のフレームｄの生成の際は、周波数セット２３の先頭に戻り、送信部２のパルス発生器で、周波数セット２３の１番目の周波数ｆ１に対応する周期の振動パルスを発生させるとともに、送信部２の遅延回路では、送信側焦点位置ｄ１となるように調整する。すなわち、ここでは、超音波の周波数が循環的にｆ１，ｆ２，ｆ３となるように周期が異なる振動パルスを発生させ、かつ、送信側焦点位置が循環的にｄ１，ｄ２，ｄ３となるように１フレームごとに送信遅延パターンを変更する。このようにして、この図６に示すフレームａ～フレームｆの６フレームだけでなく多数のフレームの生成を繰り返す。このようにして生成されたフレームａ，ｂ，ｃ，・・・はフレームメモリ４に順次に格納される。このフレームメモリ４は、次に説明するフレーム合成処理の実行に支障ががない程度のメモリ容量を有するが、フレームメモリ４が満杯になると、先に格納したフレームから順に上書きされる。

図７は、第２例におけるフレーム合成処理の説明図である。

ここに示す第２例においても、フレーム合成設定部５１において、１回の合成処理のフレーム数が「３」に設定されている。そこで、フレーム合成部５では、先ずは、図６に示す３つのフレームａ～ｃについてフレーム合成処理を行なう。すなわち、ここでは、３つのフレームａ～ｃの互いに対応する点の信号値どうしが重み付け平均化され、その平均化された信号値がその点に対応づけられる。

ただし、ここでのフレーム合成処理にあたっては、送信周波数に対する重み付けＦＷと送信側焦点位置に対する重み付けＤＷとの２種類の重み付けが採用される。ＦＷとＤＷとも深さ（ｉ）の関数とする。

図８は、送信側焦点位置についての重み付け関数を示した図である。

送信側焦点位置についての重み付け関数ＤＷに関し、フレームａについては、送信側焦点位置ｄ１の近傍領域Ｄ１について、送信側焦点位置ｄ１から離れた他の領域Ｄ２，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けをする。ここでは一例として、領域Ｄ１内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ２，Ｄ３内の各点（ｉ）については、その点の信号値の３倍から線形的に低減されて、深さ方向の重み関数ＤＷ１（ｉ）とする。これと同様に、フレームｂについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けをする。ここでは一例として、領域Ｄ２内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ１，Ｄ３内の各点（ｉ）については、その重みが３から線形的に低減され、深さ方向の関数ＤＷ２（ｉ）とする。さらに、フレームｃについては、送信側焦点位置ｄ３の近傍領域Ｄ３について、送信側焦点位置ｄ３から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ２と比べ重みを増した重み付けをする。ここでは一例として、領域Ｄ３内の各点（ｉ）の信号値を３倍にする。これに対し、他の領域Ｄ１，Ｄ２内の各点（ｉ）については、その重みが３から線形的に低減され、深さ方向の関数ＤＷ３（ｉ）とする。

また、周波数についての重み付け関数は、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３ご深さ（ｉ）に対する減衰が補償されるように、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３ごとに関数形が決定される。ここでは、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３ごとの関数形を、それぞれＦＷ１（ｉ），ＦＷ２（ｉ），ＦＷ３（ｉ）とする。

具体的には、３つのフレームａ～ｃの互いに対応する点の信号値をＳａ（ｉ），Ｓｂ（ｉ），Ｓｃ（ｉ）としたとき、
平均値Ｓ（ｉ）＝（Ｓａ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）×ＦＷ１（ｉ）＋Ｓｂ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＦＷ２（ｉ）＋Ｓｃ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ）×ＦＷ３（ｉ）／（ＤＷ１（ｉ）×ＦＷ１（ｉ）＋ＤＷ２（ｉ）×ＦＷ２（ｉ）＋ＤＷ３（ｉ）×ＦＷ３（ｉ））
により、平均値Ｓ（ｉ）が算出されて、その点（ｉ）に対応づけられる。

３つのフレームａ～ｃのフレーム合成処理が終了すると、次に、１つずれた３つのフレームｂ～ｄのフレーム合成処理が実行される。フレームｂ，ｃについての重み付けは上記の通りであり、フレームｄについての重み付けは、フレームａについての重み付けと同じである。さらにその次は、さらに１つずれた３つのフレームｃ～ｅのフレーム合成処理が実行される。フレームｃ，ｄについての重み付けは上記の通りであり、フレームｅについての重み付けは、フレームｂについての重み付けと同じである。また、フレームｆについての重み付けは、フレームｃについての重み付けと同じである。

このようにして、３つずつのフレームのフレーム合成処理を順次に実行する。このフレーム合成処理により生成されるフレームは、３通りの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の３フレームを合成したフレームであり、スペックルノイズやアーチファクトが低減され、かつ、ｄ１，ｄ２，ｄ３の３つの送信側焦点位置に焦点を結び、断層像内の浅い領域について分解能が高く、深い領域についてペンネトレーションが増強された断層像となる。

フレーム合成処理部５を通過した後の処理については、前述した通りである。

図９は、周波数セットの第３例を示した図である。

ここでは、フレーム合成設定部５１で１回の合成処理を行なうフレームの数が「７」に設定されたものとする。その場合、図９に示すように、周波数セット２４は、重複を許容する７つの周波数から構成される。図２，図５の場合と同様、ここでも、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３であって、周波数ｆ１は、これら３つのうちの最も高い周波数であり、周波数ｆ２は、中程度の周波数であり、周波数ｆ３は、これら３つのうちの最も低い周波数である。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、断層像全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされている。

ここで、この図９に示す周波数セット２４には、ｆ１が２回、ｆ２が３回、ｆ３が２回、出現している。すなわち、ここに示した例は、中程度の周波数の断層像にやや重きを置いた設定になっている。

また、この図９に示す周波数セット２４には送信側の焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３のセットも記録されている。送信側の焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。すなわち、この周波数セット２４に設定されている３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のうちの最も高い周波数ｆ１には、３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３のうち生体３０内の最も浅い位置にある送信側焦点位置ｄ１が対応付けられている。また、中程度の周波数ｆ２には、中程度の深さ位置にある送信側焦点位置ｄ２が対応付けられ、最も低い周波数ｆ３には、最も深い位置にある送信側焦点位置ｄ３が対応付けられている。これは、周波数が高い方が高い分解能が得られるが、一方、周波数が高いと減衰が激しく、深い領域の画像を得るのが困難である、という理由による。これら３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３および３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３は、断層像全域を診察対象とするのに適切な値にプリセットされている。

図１０は、断層像を表わす時系列的な複数のフレームのイメージ図である。

ここでは、走査制御部３１により、各フレームの走査偏向角度が異なる空間コンパウンド法というフレーム合成法を実現する制御が行なわれているものとする。

ここで、空間コンパウンド法とは、超音波ビームの走査偏向角度をフレーム間で循環的に切り替えながら時系列的に並んだフレームを順次合成する技術をいう。この空間コンパウンド法は、骨などの硬い組織の裏に隠れて真上からでは断層像上に現れない組織の診察などに利用される。ここでは、この空間コンパウンド法に、超音波の周波数を循環的に変更し、かつ送信側焦点位置を順次複数個所に設定するという本実施形態の特徴を組み合わせた例について説明する。

図１０（ａ）～（ｎ）は、時系列的に生成された各１フレーム分の受信信号を示している。ここでは、図１０（ａ）～（ｎ）に示す各１フレーム分の受信信号を、それぞれフレームａ～フレームｎと称する。ここで、図面のスペースの関係上、図１０（ｈ）～（ｎ）が小さく示されているが、図１０（ｈ）～（ｎ）は、図１０（ａ）～（ｇ）とそれぞれ同じ内容を表現した図である。

フレームａの生成の際は、左端の走査線１ａが１５°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。左右の中間の走査線１ａは、ここに示す例の場合、左端から右端に向かって１５°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームａの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の１番目の周波数ｆ３の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の１番目の送信側焦点位置ｄ３となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

また、次のフレームｂの生成の際は、左端の走査線１ａが１０°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって１０°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｂの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の２番目の周波数ｆ２の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の２番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに、次のフレームｃの生成の際は、左端の走査線１ａが５°傾くように超音波ビームが生成される。右端の走査線１ａは垂直（０°）である。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって５°～０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｃの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の３番目の周波数ｆ１の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の３番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに次のフレームｄの生成の際は、全ての走査線１ａが垂直（０°）となるように超音波ビームが生成される。また、このフレームｄの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の４番目の周波数ｆ２の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の４番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに次のフレームｅの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが５°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～５°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｅの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の５番目の周波数ｆ１の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の５番目の送信側焦点位置ｄ１となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに次のフレームｆの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが１０°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～１０°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｆの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の６番目の周波数ｆ２の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の６番目の送信側焦点位置ｄ２となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに次のフレームｇの生成の際は、左端の走査線１ａは垂直（０°）であり、右端の走査線１ａが１５°傾くように超音波ビームが生成される。ここに示す例の場合、左右の中間の走査線１ａは、左端から右端に向かって０°～１５°に徐々に変化するように各走査線１ａの傾きが調整される。また、このフレームｇの生成の際は、図９に示す周波数セット２４の７番目の周波数ｆ３の超音波パルスが送信され、また、その周波数セット２４の７番目の送信側焦点位置ｄ３となるように、各チャンネルごとのパルス発生タイミングが調整される。

さらに次のフレームｈの生成の際は、送信部２の遅延回路では、周波数セット２４の先頭に戻り、周波数ｆ３かつ送信側焦点位置ｄ３となるように調整する。すなわち、ここでは、周波数および送信側焦点位置が、（ｆ３，ｄ３）→（ｆ２，ｄ２）→（ｆ１，ｄ１）→（ｆ２，ｄ２）→（ｆ１，ｄ１）→（ｆ２，ｄ２）→（ｆ３，ｄ３）のパターンを循環的に繰り返すように、１フレームごとに周波数および送信遅延パターンが変更される。このようにして、この図１０に示すフレームａ～フレームｎの１４フレームだけでなく多数のフレームの生成を繰り返す。このようにして生成されたフレームａ，ｂ，ｃ，・・・はフレームメモリ４に順次に格納される。このフレームメモリ４は、次に説明する移動平均処理の実行に支障ががない程度のメモリ容量を有するが、フレームメモリ５が満杯になると、先に格納したフレームから順に上書きされる。

図１１は、第３例におけるフレーム合成処理の説明図である。

ここに示す第３例では、フレーム合成設定部５１において、１回の平均処理のフレーム数が「７」に設定されている。そこで、フレーム合成部６では、先ずは、７つのフレームａ～ｇについて合成処理が行なわれる。すなわち、ここでは、７つのフレームａ～ｇの互いに対応する点の信号値どうしが合成され、その合成された信号値がその点に対応づけられる。ただし、ここに示した第３例の場合、走査線１ａの傾きが各フレームごとに異なっているため、走査偏向最大角度に対する重み付け関数ＡＷが定義され、前記した各周波数に対する重み付け関数ＦＷおよび各送信側焦点位置に対する重み付け関数ＤＷと掛け合わされてフレーム合成処理が行われる。

フレームａについては、送信側焦点位置ｄ３の近傍領域Ｄ３について、送信側焦点位置ｄ３から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ２と比べ重みを増した重み付けＤＷ３とする。また、このフレームａは、走査偏向角度１５°であるため、走査偏向角度１０°、５°及び０°と比べ重みが一番小さいＡＷ１５とする。さらに、フレームａの周波数はｆ３であるため、その周波数ｆ３に対応する重み付け関数ＦＷ３を採用する。これと同様に、フレームｂについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ２とする。また、このフレームｂは、走査偏向角度１０°であるため、走査偏向角度１５°と比べ重みを増したＡＷ１０とする。さらに、フレームｂの周波数はｆ２であるため、その周波数ｆ２に対応する重み付け関数ＦＷ２を採用する。同様にして、フレームｃについては、送信側焦点位置ｄ１の近傍領域Ｄ１について、送信側焦点位置ｄ１から離れた他の領域Ｄ２，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ１とする。また、このフレームｃは、走査偏向角度５°であるため、走査偏向角度１０°と比べ重みを増したＡＷ５とする。さらに、フレームｃの周波数はｆ１であるため、その周波数ｆ１に対応する重み付け関数ＦＷ１を採用する。同様にして、フレームｄについては、送信側焦点位置ｄ２の近傍領域Ｄ２について、送信側焦点位置ｄ２から離れた他の領域Ｄ１，Ｄ３と比べ重みを増した重み付けＤＷ２とする。また、走査偏向角度０°であるから、走査偏向角度５°と比べ重みを増したＡＷ０とする。さらに、周波数ｆ２に対応するＦＷ２とする。フレームｅ～ｎについても同様である。

具体的には、７つのフレームａ～ｇの互いに対応する点（ｉ）の信号値をＳａ（ｉ），Ｓｂ（ｉ），・・・，Ｓｇ（ｉ）としたとき、
平均値Ｓ（ｉ）＝（Ｓａ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５×ＦＷ３（ｉ）＋Ｓｂ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０×ＦＷ２（ｉ）＋Ｓｃ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５×ＦＷ１（ｉ）＋Ｓｄ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ０×ＦＷ２（ｉ）＋Ｓｅ（ｉ）×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５×ＦＷ１（ｉ）＋Ｓｆ（ｉ）×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０×ＦＷ２（ｉ）＋Ｓｇ（ｉ）×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５×ＦＷ３（ｉ）／（２×ＤＷ３（ｉ）×ＡＷ１５×ＦＷ３（ｉ）＋２×ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ１０×ＦＷ２（ｉ）＋２×ＤＷ１（ｉ）×ＡＷ５×ＦＷ１（ｉ）＋ＤＷ２（ｉ）×ＡＷ０×ＦＷ２（ｉ））
により、平均値Ｓ（ｉ）が算出されて、その点（ｉ）に対応づけられる。

なお、ここでは、重み付け関数ＡＷはフレームごとに固定値としたが、重み付け関数ＡＷについても走査偏向最大角度の関数であるとともに深さ位置（ｉ）の関数としてもよい。

図１２は、１回のフレーム合成処理に用いる７つのフレームを重ねて示した図である。

ここでは、図１０に示したように、各フレームごとに走査の領域が異なっている。そこで、フレーム合成処理にあたっては、フレームａ～ｇの共通の領域が抽出される。すなわち、この図１２に一点鎖線で示した領域が切り捨てられて実線で示した矩形の領域が抽出される。

図１１に戻って説明を続ける。

最初の７つのフレームａ～ｇのフレーム合成処理が終了すると、次に、１つずれた７つのフレームｂ～ｈのフレーム合成処理が実行される。フレームｂ～ｇについての重み付けは上記の通りであり、フレームｈについての重み付けは、フレームａについての重み付けと同じである。さらにその次は、さらに１つずれた７つのフレームｃ～ｉのフレーム合成処理が実行される。フレームｃ～ｈについての重み付けは上記の通りであり、フレームｉについての重み付けは、フレームｂについての重み付けと同じである。また、フレームｊ～ｎについての重み付けは、フレームｃ～ｇについての重み付けとそれぞれ同じである。

このようにして、１回につき７つのフレームのフレーム合成処理を順次に実行する。

このフレーム合成処理により生成されるフレームは、３通りの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３からなる７つのフレームを合成したフレームであり、断層像上のスペックルノイズやアーチファクトが相殺されてノイズが低減し、かつ、ｄ１，ｄ２，ｄ３の３つの送信側焦点位置に焦点を結んだ、断層像全域に亘って高分解能な断層像となる。

フレーム合成部５を通過した後の処理については、前述した通りである。

なお、ここでは、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数が３フレームの例と７フレームの例を示したが、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数は、これらのフレーム数に限られるものではなく、必要に照らした任意の複数であってもよい。また、ここでは３通りの周波数、３つの送信側焦点位置ｄ１，ｄ２，ｄ３、および走査偏向角度１５°，１０°，５°，０°，－５°，－１０°，-１５°の例について説明したが、これらも必要に照らした任意の複数であってもよい。ただし、送信周波数、送信側焦点位置、および走査偏向角度の数は、１回のフレーム合成処理を行なうフレーム数と同数かそれ以下の数に限られることになる。

また、ここでは、図１に示すように、フレーム合成部５を、対数圧縮部６の前に置いた例について説明したが、フレーム合成部５は、必ずしもここに置く必要はなく、対数圧縮部６よりも後段の位置に置いてもよい。

１ 超音波探触子
１ａ 走査線
２ 送信部
２１ 周波数設定部
３ 受信部
３１ 走査制御部
４ フレームメモリ
５ フレーム合成部
５１ フレーム合成設定部
６ 対数圧縮部
７ Ｂモード信号処理部
８ フレーム相関部
９ シネメモリ
１０ デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
１１ 表示部
３０ 生体
１００ 超音波診断装置

Claims (9)

1. 被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置であって、
   被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の周波数からなる周波数セットにしたがって周波数をフレームごとに変更させ、かつ該周波数の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させる走査制御部と、
   前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成部と、
   前記フレーム合成部におけるフレーム合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示する表示部とを備え、
   前記フレーム合成部が、合成する複数のフレーム画像の対応する点の信号値を、前記対応する点の深さ位置に応じた重みを適用して重みづけ平均することにより合成処理を行い、前記深さ位置に応じた重みが、フレーム画像ごとに、フレーム画像の取得時における超音波ビームの送信側焦点位置からの距離に応じて定められることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記周波数セットを構成する複数の周波数を調整自在に設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記走査制御部が、前記周波数セットに基づいて超音波の送受信周波数をフレームごとに変更させかつ該送受信周波数の変更を該複数ごとに循環させるとともに、フレームごとに、送受信周波数が高いほど、被検体内に送信する超音波ビームの送信側焦点位置を浅い送信側焦点位置に設定した超音波ビームで被検体内の走査を繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記フレーム合成部は、合成する複数のフレーム画像の対応する点の信号値に、前記対応する点の深さ位置と、フレーム画像の取得時における超音波ビームの送受信周波数および送信側焦点位置とに応じた重みを適用して重みづけ平均することにより合成処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記送受信周波数に対する重みが、対応する前記送信側焦点位置に応じた超音波減衰を補償するように決定されることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記周波数セットに含まれる複数の周波数には、同じ周波数が含まれることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
7. 前記走査制御部が、走査偏向最大角度をフレームごとに変更させる制御を行なうものであって、前記周波数セットにしたがって超音波の送受信周波数が高いフレームほど小さな走査偏向最大角度に設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. 被検体内を超音波ビームで走査しながら反射超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基づいて時系列的なフレーム画像を生成し、該フレーム画像由来の、被検体内の断層像を表示する超音波診断装置が実行する制御方法であって、
   被検体内に送信する超音波ビームの、順序づけられた予め定められた複数の周波数からなる周波数セットにしたがって周波数をフレームごとに変更させ、かつ該周波数の変更を該複数ごとに循環させながら、超音波ビームによる被検体内の走査を繰り返させる走査制御工程と、
   前記受信信号に基づいて生成された時系列的なフレーム画像について、時系列的に並ぶ複数のフレーム画像の合成処理を順次に繰り返すフレーム合成工程と、
   前記フレーム合成工程でのフレーム合成処理後のフレーム画像からなる断層像を表示装置に表示させる表示工程とを有し、
   前記フレーム合成工程では、合成する複数のフレーム画像の対応する点の信号値に、前記対応する点の深さ位置に応じた重みを適用して重みづけ平均することにより合成処理を行い、前記深さ位置に応じた重みが、フレーム画像ごとに、フレーム画像の取得に用いられた超音波ビームの送信側焦点位置からの距離に応じて定められることを特徴とする超音波診断装置の制御方法。
9. 超音波診断装置が有するコンピュータに、請求項８に記載の超音波診断装置の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。

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