JP6160166B2 - 超音波信号処理装置及び超音波信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波エコーを送信し、超音波エコーを受信し、信号処理を行う超音波信号処理装置及びその方法に関するものである。

超音波の信号のＳ／Ｎを高めるために、超音波におけるパルス圧縮の利用が知られており、パルス圧縮の代表的な手法としてゴレイ符号を用いた方法がある。

ゴレイ符号とは２つの符号系列の非周期自己相関関数の和が０シフト地点を除いて０になる符号系列のことである。例えば、［数１］に示す系列Ｓ１と系列Ｓ２が同一の長さＬをもつ２相（＋、−）のゴレイ符号である場合、Ｓ１とＳ２は［数２］の条件を満たす。

数２において、ＲＳは自己相関関数を示し、τは時間シフトを示す。

特許第４４７２８０２号公報

従来のパルス圧縮では、超音波のエコー信号を用いたが画像診断や非破壊検査を行う際にＢ画像のＳ／Ｎを増幅することはできるが、焦点深度拡張には貢献しないという問題があった。パルス圧縮を行った際のＢ画像の焦点深度を拡張させる方法として特許文献１に記載のシステムでは、ゴレイ符号とマルチ・フォーカスを組み合わせて焦点深度を拡張している。しかし特許文献１に記載のシステムでは同時に２つの焦点を持つ送信超音波信号しか生成することができず焦点深度の拡張は限定的であった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、パルス圧縮を利用して複数焦点を持つ送信超音波信号を生成し、Ｂ画像のＳ／Ｎを増幅し、かつ焦点深度拡張を実現する超音波信号処理装置、方法を提供することを目的とする。

符号シーケンスを生成するエンコーダ部１２０と、異なる焦点を形成する複数の送信遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル組生成部２００と、符号シーケンスと複数の送信遅延プロファイルから送信ビームプロファイルを生成する時変送信ビームフォーマ２０１と、符号シーケンスに応じてデコード処理を行うデコーダ部１３２を有することで、異なる焦点を持つ複数の送信超音波信号を用いてパルス圧縮を行う。

上記構成によれば、Ｂ画像のＳ／Ｎ増幅と同時に焦点深度の拡張を行うことが可能になる。

実施の形態１の超音波診断システムを示すブロック図 超音波信号処理部１１２を示すブロック図 パルス圧縮を用いた画像データ生成のフローチャート 送信超音波信号生成のフローチャート 符号シーケンス信号を示す図 送信遅延プロファイルを示す図 時変送信遅延プロファイルを示す図 時変送信ビームプロファイル信号を示す図 受信超音波信号処理部１１２ｂにおける音線データ生成のフローチャート 実施の形態１の送信超音波送信信号を示す図 実施の形態１で作成されたＢ画像を示す図 受信超音波信号処理部１１２ｃを示すブロック図 時変デコーダ部２０２を示す図 受信超音波信号処理部１１２ｃにおける音線データ生成のフローチャート 実施の形態２で生成された符号音線データを示す図 時変デコーダ部で用いる振幅変化係数を示す図 実施の形態２で生成された音線データを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる超音波診断システム１００の構成を示すブロック図である。

超音波診断システム１００は、超音波診断装置１０１と超音波プローブ１０２から構成される。ここで、超音波プローブ１０２は振動素子１１０を備え、超音波診断装置１０１は、制御部１１１、超音波信号処理部１１２、ミッドプロセス処理部１１３、バックエンド処理部１１４、表示部１１５を備えている。複数個の振動素子１１０は、振動素子アレイを構成している。

まず、図１の超音波診断システム１００の各構成について説明する。

制御部１１１は制御信号を生成し、制御信号を超音波信号処理部１１２、ミッドプロセス処理部１１３、バックエンド処理部１１４へ出力する。

超音波信号処理部１１２は制御信号を入力とし、振動素子１１０を駆動する駆動信号を生成し、振動素子１１０へ出力する。

振動素子１１０は駆動信号を入力とし、送信超音波信号を生成し、送信超音波信号を被検体内へ出力し、被検体から返ってきた受信超音波信号を受信し、受信超音波信号を超音波信号処理部１１２へ出力する。

超音波信号処理部１１２は受信超音波信号を入力とし、受信超音波信号に対する音線データを生成し、受信超音波信号に対する音線データをミッドプロセス処理部１１３へ出力する。ここで、音線データとは、整相加算処理後の超音波画像を構成する深さ方向に連続したデータのことである。なお、深さ方向とは被検者の体表から体内へ送信超音波信号の進む方向である。

ミッドプロセス処理部１１３は受信超音波信号に対する音線データを入力とし、受信超音波信号に対する振幅データを生成し、受信超音波信号に対する振幅データをバックエンド処理部１１４へ出力する。ここで、振幅データとは受信超音波信号の強度を表したデータである。

バックエンド処理部１１４は、受信超音波信号に対する振幅データを入力とし、画像データを生成し、画像データを表示部１１５へ出力する。ここで、画像データとは振幅データを輝度値に変換したデータのことである。

図２は、超音波信号処理部１１２内の構成を詳細に示したものであり、超音波信号処理部１１２は、送信側の処理を行う送信超音波信号処理部１１２ａと受信側の処理を行う受信超音波信号処理部１１２ｂを備える。送信超音波信号処理部１１２ａは、エンコーダ部１２０と、素子駆動部１２１と、遅延プロファイル組生成部２００と、時変送信ビームフォーマ２０１を備え、受信超音波信号処理部１１２ｂは、ＡＤ変換部１３０と、受信ビームフォーマ１３１と、デコーダ部１３２とを備える。

エンコーダ部１２０は制御部１１１からの制御信号を入力とし、符号シーケンス信号を生成し、符号シーケンス信号を時変送信ビームフォーマ２０１に出力する。ここで、符号シーケンス信号とは、予め送信超音波信号を符号化するための情報のことである。

遅延プロファイル組生成部２００は制御部１１１からの制御信号を入力とし、制御信号から送信遅延プロファイル組信号を生成し、送信遅延プロファイル組信号を時変送信ビームフォーマ２０１に出力する。ここで、送信遅延プロファイル組信号とは、送信超音波信号が形成する複数焦点に対応した複数の送信遅延プロファイル情報のことである。

時変送信ビームフォーマ２０１は符号シーケンス信号と送信遅延プロファイル組信号を入力とし、符号シーケンス信号と送信遅延プロファイルから時変送信ビームプロファイル信号を生成し、時変送信ビームプロファイル信号を素子駆動部１２１へ出力する。ここで、時変送信ビームプロファイルとは、送信超音波信号が形成する複数の焦点に対応した複数の送信遅延プロファイルの各駆動タイミングを変更し、時系列に並べたものである。

素子駆動部１２１は時変送信ビームプロファイル信号を入力とし、時変送信ビームプロファイル信号から駆動信号を生成し、駆動信号を振動素子１１０へ出力する。

ＡＤ変換部１３０は受信超音波信号を入力とし、符号超音波データを生成し、符号超音波データを受信ビームフォーマ１３１へ出力する。ここで、符号超音波データとは受信超音波信号をデジタル化し、符号情報を有している超音波データのことである。

受信ビームフォーマ１３１は符号超音波データを入力とし、符号超音波データから符号音線データを生成し、符号音線データをデコーダ部１３２へ出力する。ここで、符号音線データとは、符号情報を有している整相加算処理後の超音波画像を構成する深さ方向に連続したデータのことである。

デコーダ部１３２は符号音線データを入力とし、符号音線データから音線データを生成し、音線データをミッドプロセス処理部へ出力する。

図３は振動素子１１０と超音波信号処理部１１２と、ミッドプロセス処理部１１３とバックエンド処理部１１４と表示部１１５におけるパルス圧縮を用いた画像データの生成に関する一連の処理を示したフローチャートである。なおパルス圧縮方法として相補系列から構成されるゴレイ符号方式を用いて説明する。

まず、超音波信号処理部１１２によって駆動信号が生成され、駆動信号に基づいて振動素子１１０を駆動され、被検体内へゴレイ符号によって符号化された送信超音波信号が送信される（ステップＳ１００）。ここで送信超音波信号を構成する超音波パルスはゴレイ符号に基づいて位相が符号化されており、各超音波パルスは少なくとも１つ以上の異なる地点に焦点を形成する。

次に、振動素子１１０によって被検体から返ってきた受信超音波信号が受信され、超音波信号処理部１１２によって受信超音波信号が信号処理されることで音線データが生成される（ステップＳ１０１）。

次に、ミッドプロセス処理部１１３によって音線データが信号処理されることで振幅データが生成される（ステップＳ１０２）。

最後に、バックエンド処理部１１４によって振幅データが画像処理されることで画像データが生成される（ステップＳ１０３）。

次に、表示部１１５によって画像データが操作者に提供される（ステップＳ１０４）。

次に、振動素子１１０と、制御部１１１と、超音波信号処理部１１２における送信超音波信号の生成について図４を用いて説明する。

図４は振動素子１１０と、制御部１１１と、エンコーダ部１２０と素子駆動部１２１と、遅延プロファイル組生成部２００と、時変送信ビームフォーマ２０１における、送信超音波信号の生成に関する一連の処理を示したフローチャートである。

まず、制御部１１１において制御信号を生成し、制御信号をエンコーダ部１２０と遅延プロファイル組生成部２００に出力する。（ステップＳ２００）。

ここで、制御信号は少なくとも１回の送信イベントにおいて、送信超音波信号が形成する焦点数と焦点を形成する点を示す焦点位置ベクトル情報を有している。１回の送信イベントとは被検体内に送信超音波を送信してから次の送信超音波を被検体内に送信するまでの期間のことである。なお、送信超音波信号は、焦点を形成するのではなく、送信超音波信号が集中する領域を有するように制御情報を生成しても良い。

焦点数と焦点位置ベクトルは、操作者が物理的なユーザーインターフェイスであるダイアル式デバイスや、スライド式デバイスや、ボタン式デバイスやタッチディスプレイ式デバイスなどを用いて、各値もしくは複数の値ごとに操作者の任意の値を設定しても良いし、ソフト的なグラフィカルユーザーインターフェイスを用いて設定しても良い。また具体的な焦点位置と焦点数を指定するだけでなく均一な超音波画像を生成したい範囲を設定しても良く、そのための画像改善始点と画像改善終点を指定し焦点数と焦点位置を算出することも可能であり、焦点数ｎと焦点位置ベクトルは以下の［数３］〜［数５］のように算出される。

焦点数ｎは、画像改善始点をｉｄｓ、画像改善終点をｉｄｅとすると［数３］で表される。

ここでｆｄは、送信超音波信号における複数焦点間の焦点間隔を示しており、予め設定した値もしくは操作者が設定した値を使用する。また、画像改善始点ｉｄｓ及び画像改善終点ｉｄｅは、被検体表面からの深さで表す。例えば、画像改善始点ｉｄｓを１ｃｍ、画像改善終点ｉｄｅを５ｃｍ、焦点間隔ｆｄを１ｃｍとすると、焦点数ｎは４つになる。

また、焦点位置成分をｆｎとすると焦点位置ベクトルは［数４］で表される。

ここで焦点位置成分ｆｎは［数５］で表される。

なお、焦点間隔ｆｄは等間隔として説明したが不等間隔でも良い。

次に、制御部１１１からエンコーダ部１２０が制御信号を受け取ると、焦点数に応じた符号シーケンス信号が作成される。（ステップＳ２０１）。

各ゴレイ符号をｃ１、ｃ２とすると符号シーケンス信号Ｃ１、Ｃ２は［数６］で表される。

ここでｍは１回の送信イベントにおける駆動する振動素子１１０の素子数を示す送信開口数を表しており、同一送信開口内においてゴレイ符号ｃ１、ｃ２は［数７］の条件を満たす。

また、送信開口数ｍの代わりに焦点位置によって送信開口数が変化する可変送信開口数を用いても良く、その場合可変送信開口数ｖｍは予め定められたＦ値Ｆｎｕｍに基づいて設定し［数８］で表される。

ここでｉは焦点位置ベクトルの要素番号を示している。さらにｃ１、ｃ２は、可変送信開口数を用いて表された［数９］の条件を満たす場合にゴレイ符号が適用され、生成される。

ここでｍＭａｘは各焦点位置ベクトルの要素ごとに設定された送信開口数の中で最大の送信開口数を示しており、ｊは送信開口を構成する振動素子１１０の位置を示している。［数９］の条件を満たさない場合、対応する素子位置ではゴレイ符号を励起しない。すなわち。［数１０］で示したように符号Ｃ１＝Ｃ２＝０とする。

ここでゴレイ符号ｃ１、ｃ２が［数１０］の場合を休止符号と呼ぶ。

なお符号シーケンス信号を構成するゴレイ符号は、焦点数に応じて予めメモリ等に記憶していた符号パタンを用いても良いし、操作者が設定したゴレイ符号パタンを用いても良い。図５は４つの異なる焦点位置成分を有する送信超音波信号を生成するための符号シーケンス信号を示しており、符号シーケンス信号を構成する第１符号３３０、第２符号３３１、第３符号３３２、第４符号３３３を正弦波で示している。ここで、第１符号３３０、第３符号３３２、第４符号３３３は位相が同相であり、第２符号３３１は位相が異なっている。なお、符号の形状は正弦波に限るものではない。

次に、制御部１１１から遅延プロファイル組生成部２００が制御信号を受け取ると、制御信号から送信遅延プロファイル組信号が生成される（ステップＳ２０２）。

ここで送信遅延プロファイル組信号は少なくとも１つ以上の異なる焦点に対応した送信遅延プロファイルを有する。ここで送信遅延プロファイル組信号をＤｐとすると［数１１］で表される。

ここでｄｐｉは各送信遅延プロファイルを示しており、送信遅延プロファイルは焦点位置成分に基づいて設計されており、送信開口内において振動素子端部を駆動タイミングとした振動素子１１０の駆動タイミングの時間差を示す。ここで各送信遅延プロファイルの駆動タイミングは全て同じとする。送信開口数ｍを用いて送信遅延プロファイルｄｐは［数１２］で表される。

なお、送信開口数ｍは可変送信開口数ｖｍを用いた場合ｍＭａｘと置き換えることが可能である。ここで図６に送信遅延プロファイルの例を示す。図６は４つの異なる焦点位置成分を有する送信超音波信号を生成するための送信遅延プロファイルを示しており、第１送信遅延プロファイル３００と、第２送信遅延プロファイル３０１と、第３送信遅延プロファイル３０２、第４送信遅延プロファイル３０３の形状は異なっている。なお、横軸を素子位置、縦軸を遅延差時間としている。

次に、時変送信ビームフォーマ２０１がエンコーダ部１２０と遅延プロファイル組生成部２００から符号シーケンス信号と送信遅延プロファイル組信号を受け取ると、時変送信ビームプロファイル信号が作成される（ステップＳ２０３）。

時変送信ビームプロファイル信号は振動素子１１０において各素子を駆動して符号を生成する駆動タイミングと符号形状を示しており、各符号に対応して遅延プロファイルが異なる。そのため振動素子１１０は、送信開口中心では駆動タイミングが等間隔であるが、送信開口端部になるにつれて駆動タイミングが不等間隔になる。

時変送信ビームプロファイルは、送信遅延プロファイル信号に対して異なるインタバル時間を加えることによって生成される。送信遅延プロファイル組信号ＤＰにインタバル時間ｉｎｔを加算したものを時変送信遅延プロファイル組信号ＡＤｐとし、各送信遅延プロファイルの駆動タイミングごとにインタバル時間ｉｎｔｉが対応し、時変送信ビームプロファイル信号は［数１３］で表される。

ここで、インタバル時間は少なくとも各符号を構成するために必要な振動素子１１０を駆動する時間より大きく、時変送信ビームプロファイルは各遅延プロファイルが交点を持たないように設計する。具体的には時変送信ビームプロファイルの駆動タイミングが早いほど焦点位置を振動素子１１０に近く設定し、［数１４］の条件を満たすように設計する。

もしくは時変送信ビームプロファイルが［数１５］の条件を満たすようにする。

ここで図７を用いて時変送信遅延プロファイルを説明する。図７は図６で説明した送信遅延プロファイルに基づいて生成された時変送信遅延プロファイルを示している。時変送信遅延プロファイルとは振動素子１１０ごとに駆動するタイミングを示している。時変送信プロファイル３１４は、第１送信遅延プロファイル３００と同じ遅延プロファイルを持つ第１時変送信プロファイル３１０と、第２送信遅延プロファイル３０１にインタバル時間を加えた第２時変送信プロファイル３１１と、第３送信遅延プロファイル３０２にインタバル時間を加えた第３時変送信プロファイル３１２と、第４送信遅延プロファイル３０３にインタバル時間を加えた第４時変送信プロファイル３１３から構成されている。なお、横軸を素子位置、縦軸を駆動タイミングとして表される。ここでは各振動素子で１回の送信イベントで４回駆動タイミングがある場合を想定しており、送信開口中心では駆動タイミングが等間隔であるが、送信開口端部になるにつれて駆動タイミングが不等間隔になる。

そして符号シーケンス信号と時変送信遅延プロファイルから送信ビームプロファイル信号が生成される。図８を用いて時変送信ビームプロファイル信号について説明する。図８は、符号シーケンス信号と図７で説明した時変送信遅延プロファイル信号と図５で説明した符号シーケンス信号に基づいて生成した時変送信ビームプロファイルを示している。横軸は素子位置、縦軸は振動素子１１０の駆動タイミングとする。第１時変送信ビームプロファイル３２０は第１送信プロファイル３００（図６）と第１符号３３０（図５）から構成されており、第２時変送信ビームプロファイル３２１は第２送信プロファイル３０１（図６）と第２符号３３１（図５）から構成されており、第３時変送信ビームプロファイル３２２は第３送信プロファイル３０２（図６）と第３符号３３２（図５）から構成されており、第４送信プロファイル３０３（図６）と第３符号３３３（図５）から構成されている。

最後に、素子駆動部１２１が時変送信ビームフォーマ２０１から時変送信ビームプロファイル信号を受け取ると駆動信号が生成され、振動素子１１０が駆動信号に基づいて駆動されることで送信超音波信号が生成される（ステップＳ２０４）。

次に、振動素子１１０と、超音波信号処理部１１２における音線データの生成について図９を用いて説明する。

図９は振動素子１１０と、ＡＤ変換部１３０と、受信ビームフォーマ１３１と、デコーダ部１３２における、音線データの生成に関する一連の処理を示したフローチャートである。

振動素子１１０が受信超音波信号を受け取ると、受信超音波信号はＡＤ変換部１３０へ出力され、符号超音波データが生成される（ステップＳ２１０）。ここでＡＤ変換部１３０ではデジタル変換された符号超音波信号がデジタルデータに変換される。

次に、受信ビームフォーマ１３１がデジタルデータを受け取ると、受信ビームフォーマ１３１は符号超音波データに対して整相加算処理を行い、符号音線データを生成する（ステップＳ２１１）。

次に、デコーダ部１３２が符号音線データを受け取ると、デコーダ部は符号音線データに対してデコード処理を行い、音線データが生成される（ステップＳ２１２）。

以上のようにして超音波信号処理装置は、同一送信イベント内で異なる複数の焦点位置もしくは焦点領域に対して超音波ビームを被検体に送信すること可能になり、図１０に示すように従来のパルス圧縮より狭長な送信超音波送信信号を作成すことが可能になる。ここで本発明の送信超音波信号３４０、従来方式の送信超音波信号３４１である。結果として、超音波信号処理部１１２において狭長な送信超音波信号に基づいた音線データを生成できる。その後、ミッドプロセス処理部１１３でミッドプロセス信号処理を行い、バックエンド処理部１１４で画像処理を行い、表示部１１５で超音波画像を表示すると従来のパルス圧縮を用いた超音波画像より焦点深度の深い画像を生成することが可能となる。図１１にシミュレーションによる本発明の効果をＢ画像として示す。ここで本発明で生成されたＢ画像３５０、従来方式で生成されたＢ画像は３５１である。図１１に示すように本発明で生成されたＢ画像３５０では深部のターゲットまで描画することが可能になっている。

なお実施の形態１ではパルス圧縮方式として相補系列符号を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるわけでなくＢａｋａｒ符号、Ｍ系列、チャープ波等の一般的に超音波システムで用いられるパルス圧縮方式に適応することが可能である。

また、図２において素子駆動部１２１、時変送信ビームフォーマ２０１、エンコーダ部１２０、遅延プロファイル組生成部、ＡＤ変換部１３０、受信ビームフォーマ１３１、デコーダ部１３２は、超音波信号処理部１１２に含まれるとしたが、一部の構成を超音波プローブ１０２に搭載しても良い。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２にかかる超音波信号処理システムにおける受信超音波信号処理部１１２ｃの構成を示すブロック図である。以下、実施の形態１と同様の構成については、同じ符号を用い、説明を省略する。

受信超音波信号処理部１１２ｃは、実施の形態１の受信超音波信号処理部１１２ｂにおける構成の、デコーダ部１３２に変えて時変デコーダ部２０２としたものである。

時変デコーダ部２０２は符号音線データを入力とし、符号音線データから音線データを生成し、音線データをミッドプロセス処理部１１３へ出力する。

図１３は、時変デコーダ部２０２の構成を詳細に示したものであり、時変デコーダ部２０２は、時変フィルタＡ２１０と、時変フィルタＢ２１１と、メモリ２１２、加算処理部２１３とを備える。

時変フィルタＡ２１０は符号音線データを入力とし、符号音線データに対して時変フィルタＡ２１０によってフィルタ処理を行ったフィルタ音線データＡを生成し、フィルタ音線データＡをメモリ２１２へ出力する。

時変フィルタＢ２１１は符号音線データを入力とし、符号音線データに対して時変フィルタＢ２１１によってフィルタ処理を行ったフィルタ音線データＢを生成し、フィルタ音線データＢを加算処理部２１３へ出力する。

メモリ２１２はフィルタ音線データＡを入力とし、フィルタ音線データＡが入力されてから、時変フィルタＢ２１１でフィルタ音線データＢが生成されるまで保持し、フィルタ音線データＡを加算処理部２１３へ出力する。

次に加算処理部２１３はフィルタ音線データＡとフィルタ音線データＢを入力とし、フィルタ音線データＡとフィルタ音線データＢを加算することで音線データを生成し、音線データをプロセス処理部１１へ出力する。

図１４は時変デコーダ部２０２における、符号音線データの復号方法を示したフローチャートである。

受信ＢＦ１３１から、時変デコーダ部２０２が符号音線データを受け取ると送信イベントの回数を判断し、送信イベントが１回目の場合はステップＳ２２１の処理へ進み、送信イベントが２回の場合はステップＳ２２３の処理へ進む（ステップＳ２２０）。

次に、送信イベントが１回目の場合、受信ＢＦ１３０から、時変フィルタＡ２１０が符号音線データを受け取ると、符号音線データに対して畳み込み演算を行うことでフィルタ音線データＡを生成する（ステップＳ１１１）。

ここで符号音線データは深さ方向の位置によって形状が異なる。図１５に深さ方向による符号音線データの変化を示す。ここで図７を用いて説明した時変送信遅延プロファイルに基づいて生成されたプローブ近傍ターゲットからの符号音線データをプローブ近傍ターゲットにおける符号音線データ４００とし、プローブ遠方ターゲットからの符号音線データをプローブ遠方ターゲットにおける符号音線データ４１０とする。プローブ近傍ターゲットにおける符号音線データ４００は、相対的に深さ方向の位置が浅い場合を示し、プローブ遠方ターゲットにおける符号音線データ４１０は、相対的に深さ方向の位置が深い場合を示している。

プローブ近傍ターゲットにおける符号音線データ４００は第１時変送信ビームプロファイル３２０(図７)から生成されたプローブ近傍ターゲットにおける第１符号音線データ４０１と、第２時変送信ビームプロファイル３２１(図７)から生成されたプローブ近傍ターゲットにおける第２符号音線データ４０２と、第３時変送信ビームプロファイル３２２(図７)から生成されたプローブ近傍ターゲットにおける第３符号音線データ４０３と、第４時変送信ビームプロファイル３２３(図７)から生成されたプローブ近傍ターゲットにおける第４符号音線データ４０４とから構成されている。

ここで、プローブ近傍ターゲットが第１時変送信ビームプロファイル３２０(図７)の焦点に近いとすると、プローブ近傍ターゲットにおける符号音線データ４００で表すようにプローブ近傍ターゲットにおける第１符号音線データ４０１の振幅が最も大きく、プローブ近傍ターゲットにおける第４符号音線データ４０４の振幅が最も小さくなる。

またプローブ遠方ターゲットにおける符号音線データ４１０は第１時変送信ビームプロファイル３２０(図７)から生成されたプローブ遠方ターゲットにおける第１符号音線データ４１１と、第２時変送信ビームプロファイル３２１(図７)から生成されたプローブ遠方ターゲットにおける第２符号音線データ４１２と、第３時変送信ビームプロファイル３２２(図７)から生成されたプローブ遠方ターゲットにおける第３符号音線データ４１３と、第４時変送信ビームプロファイル３２３(図７)から生成されたプローブ遠方ターゲットにおける第４符号音線データ４１４とから構成されている。

ここで、プローブ遠方ターゲットが第４時変送信ビームプロファイル３２３(図７)の焦点に近いとすると、プローブ遠方ターゲットにおける符号音線データ４１０で表すようにプローブ近傍ターゲットにおける第１符号音線データ４０１の振幅が最も小さく、プローブ近傍ターゲットにおける第４符号音線データ４０４の振幅が最も大きくなる。

このように符号時変送信プロファイルに基づいて生成された符号音線データは、各符号時変送信プロファイルの焦点が異なるために振幅変動が発生する。そこで振幅変動を考慮したデコード処理を時変フィルタを用いて行う。ここで時変フィルタＡ２１０をＦＡとして［数１６］で表す。

ここでｆａｉは時変フィルタ係数を表し［数１７］で示す。

ここでｄｃ１ｉは時変フィルタ係数を示し，符号シーケンスＣ１に応じて自動的に決定する。例えば０度、１８０度の位相を用いて符号化している場合、ｄｃ１ｉは符号の位相が０度、１８０度に応じて正負どちらかの値を取る。さらにａｐｉは時変フィルタ係数の振幅変化係数を示し、ｄは深さ方向の符号音線データの位置を示している。

図１６に時変フィルタ係数の振幅変化係数を示す。ここで第１振幅変化係数４２０、第２振幅変化係数４２１、第３振幅変化係数４２２、第４振幅変化係数４２３である。各振幅変化係数は、深さ方向の符号音線データの位置に応じて線形もしくは非線形に変化させる。なお前記フィルタ係数の絶対値は、前記送信超音波信号の焦点位置で最大値を取る。

［数１６］の中における、Ｚｎは零行列を示しており［数１９］で表す。

ここでＬｎは零行列の長さを示しており、［数１９］で表す。

ここでｆｓはサンプリング周波数を表し、ｆｃは送信超音波信号の中心周波数を表す。時変フィルタＡを用いてフィルタ音線データＡを算出し、フィルタ音線データＡは［数２０］で表す。

ここでＣＤＡＳＡは符号音線データＡを表し、記号＊は畳みこみを示す。

次に、時変フィルタＡ２１０から、メモリ２１２はフィルタ音線データＡを受け取り、所定のタイミングまでメモリ空間にデータを保存する（ステップＳ２２２）。

ここで所定のタイミングとはメモリ２１２から加算処理部２１３にフィルタ音線データＡを受け渡すタイミングのことであり、ステップＳ２２３が終了したらフィルタ音線データＡの受け渡しを行う。

送信イベントが２回目の場合、受信ＢＦ１３０から、時変フィルタＢ２１１が符号音線データを受け取ると、符号音線データに対して畳み込み演算を行うことでフィルタ音線データＢを生成する（ステップＳ２２３）。時変フィルタＢ２１１をＦＢとして［数２１］で表す。

ここでｆｂｉは時変フィルタ係数を表し［数２２］で示す。

ここでｄｃ２ｉは時変フィルタ係数を示し，符号シーケンスＣ２に応じて自動的に決定する。

時変フィルタＢを用いてフィルタ音線データＢを算出する。フィルタ音線データＢを［数２３］で表す。

ここでＣＤＡＳＢは符号音線データＢを表す。

最後に、時変フィルタＡ２１０とメモリ２１２から、加算処理部２１３が符号音線データＡと符号音線データＢを受け取ると、符号音線データＡと符号音線データＢから音線データを算出する（ステップＳ２２４）。ここで加算処理部２１３において生成される音線データを［数２４］で表す。

ここで図１７を用いて、符号音線データＡと符号音線データＢを用いて生成された音線データについて説明する。従来のフィルタ処理によって生成された音線データを従来方法で生成された音線データ４３０、時変フィルタを用いて生成された音線データを本発明で生成された音線データ４３１とする。音線データ４３０では符号の振幅変動によってデコードエラーを生じ、ターゲットからの大振幅信号の前後に小振幅のデコードエラーであるタイムサイドローブは発生するが、時変フィルタを用いることによりタイムサイドローブの発生を抑えることが可能になる。

（その他の変形例）
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本発明に含まれる。

（１）上記の各装置の全部、もしくは一部を、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムで構成した場合。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置はその機能を達成する。

（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１つのシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（大規模集積回路））から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。また、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、前記ＩＣカード又は前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

（４）本発明は、上記に示すコンピュータの処理で実現する方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をＣＰＵ等のプロセッサが実行することで実現するコンピュータプログラムとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録したものとしてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどである。また、本発明は、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であるとしてもよい。

また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

また本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、前記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは、前記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。

また前記プログラム又は前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、又は前記プログラム又は前記デジタル信号を、前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

（５）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。

また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。

また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。

更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。

以上のように、本発明に係る超音波送信信号取得装置、及びその方法は、遅延プロファイル組生成部２００と時変送信ビームフォーマ２０１を有し、従来の超音波信号取得装置の性能向上、特にパルス圧縮を用いた超音波画像生成におけるＳ／Ｎ増幅と焦点深度拡張を同時に実現することが可能である。

１００ 超音波診断システム
１０１ 超音波診断装置
１０２ 超音波プローブ
１１０ 振動素子
１１１ 制御部
１１２ 超音波信号処理部
１１３ ミッドプロセス処理部
１１４ バックエンド処理部
１１５ 表示部
１１２ａ 送信超音波信号処理部
１１２ｂ 受信超音波信号処理部
１１２ｃ 受信超音波信号処理部
１２１ 素子駆動部
１３０ ＡＤ変換部
１３１ 受信ビームフォーマ
１３２ デコーダ部
２００ 遅延プロファイル組生成部
２０１ 時変送信ビームフォーマ
２０２ 時変デコーダ部
２１０ 時変フィルタＡ
２１１ 時変フィルタＢ
２１２ メモリ
２１３ 加算処理部
３００ 第１送信遅延プロファイル
３０１ 第２送信遅延プロファイル
３０２ 第３送信遅延プロファイル
３０３ 第４送信遅延プロファイル
３１０ 第１時変送信プロファイル
３１１ 第２時変送信プロファイル
３１２ 第３時変送信プロファイル
３１３ 第４時変送信プロファイル
３１４ 時変送信プロファイル
３２０ 第１時変送信ビームプロファイル
３２１ 第２時変送信ビームプロファイル
３２２ 第３時変送信ビームプロファイル
３２３ 第４時変送信ビームプロファイル
３３０ 第１符号
３３１ 第２符号
３３２ 第３符号
３３３ 第４符号
３４０ 本発明の送信超音波信号
３４１ 従来方式の送信超音波信号
３５０ 本発明で生成されたＢ画像
３５１ 従来方式で生成されたＢ画像
４００ プローブ近傍ターゲットにおける符号音線データ
４０１ プローブ近傍ターゲットにおける第１符号音線データ
４０２ プローブ近傍ターゲットにおける第２符号音線データ
４０３ プローブ近傍ターゲットにおける第３符号音線データ
４０４ プローブ近傍ターゲットにおける第４符号音線データ
４１０ プローブ遠方ターゲットにおける符号音線データ
４１１ プローブ遠方ターゲットにおける第１符号音線データ
４１２ プローブ遠方ターゲットにおける第２符号音線データ
４１３ プローブ遠方ターゲットにおける第３符号音線データ
４１４ プローブ遠方ターゲットにおける第４符号音線データ
４２０ 第１振幅変化係数
４２１ 第２振幅変化係数
４２２ 第３振幅変化係数
４２３ 第４振幅変化係数
４３０ 従来方法で生成された音線データ
４３１ 本発明で生成された音線データ

Claims (18)

1. 振動素子から構成される振動素子アレイを通して送信超音波信号を被検体に発すると共に、前記被検体から反射された受信超音波信号を受信する超音波信号処理装置であって、
   複数の符号を含む符号シーケンスを生成するエンコーダ部と、
   前記送信超音波信号が形成する焦点に対応した少なくとも２つ以上の送信遅延プロファイルを含む送信遅延プロファイル組を生成する遅延プロファイル組生成部と、
   前記符号シーケンスと前記送信遅延プロファイル組に基づいて、前記振動素子アレイを駆動する駆動信号の波形情報と駆動タイミング情報を有する時変送信ビームプロファイルを生成する時変送信ビームフォーマと、
   前記時変送信ビームプロファイルに応じて前記駆動信号を生成する素子駆動部と、
   前記振動素子アレイを通して受信した前記受信超音波信号に対して、受信超音波信号処理を行う受信超音波信号処理部を備え、
   前記送信遅延プロファイル組は、互いに形状の異なる一組の前記送信遅延プロファイルを含み、
   前記素子駆動部は前記振動素子アレイに対して前記駆動信号を送信し、
   前記振動素子アレイから発せられる前記送信超音波信号は、互いに形状の異なる一組の超音波パルスを含み、少なくとも２つ以上の異なる焦点を形成し、
   前記送信遅延プロファイルは、前記振動素子を駆動する駆動タイミングが早いほど焦点位置が前記振動素子アレイに近い
   ことを特徴とする超音波信号処理装置。
2. 前記遅延プロファイル組生成部は制御情報を入力として前記送信遅延プロファイル組を生成し、
   前記制御情報は、前記送信超音波信号が形成する焦点数に対応した焦点数情報を有し、
   前記焦点数は前記受信超音波信号に基づいて生成される超音波画像の画質改善範囲を指定する画質改善深度に基づいて設定し、前記画質改善深度が大きいほど前記焦点数が多くなることを特徴とする、
   請求項１に記載の超音波信号処理装置。
3. 前記画質改善深度は、画像改善始点及び画像改善終点によって表され、前記画像改善始点及び画像改善終点は、前記被検体表面からの前記送信超音波信号が進む方向についての位置で表されることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の超音波信号処理装置。
4. 前記制御情報は更に、前記送信超音波信号が形成する焦点位置についての焦点位置情報を有し、
   前記焦点位置は、少なくとも２つ以上であり、
   前記焦点位置は前記画質改善深度に基づいて生成し、前記画質改善深度が大きいほど前記焦点位置どうしの間隔が大きくなることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
5. 前記エンコーダ部は、前記焦点数と同数以下の前記符号を有する前記符号シーケンスを生成することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
6. 各前記送信遅延プロファイルは、交点を持たないことを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
7. 前記時変送信ビームプロファイルは、前記送信遅延プロファイルに前記符号を駆動するための駆動間隔の時間を示すインタバル時間を加えて生成され、
   前記インタバル時間は少なくとも前記符号を形成する時間より大きいことを特徴とする、
   請求項１〜６のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
8. 前記送信ビームプロファイルを構成する送信開口は、前記焦点位置が前記振動素子アレイに近いほど前記送信開口が小さいことを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
9. 前記送信開口は、前記焦点位置情報とＦ値に基づいて決定されることを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれかに記載の超音波信号処理装置。
10. 前記符号シーケンスに含まれる各前記符号は前記送信超音波の位相で符号化されることを特徴とする、
    請求項１〜９に記載の超音波信号処理装置。
11. 前記符号シーケンスは、ゴレイ符号であることを特徴とする、
    請求項１０に記載の超音波信号処理装置。
12. 前記符号シーケンスは、バーカー符号であることを特徴とする、
    請求項１０に記載の超音波信号処理装置。
13. 振動素子から構成される振動素子アレイを通して送信超音波信号を被検体に発すると共に、前記被検体から反射された受信超音波信号を受信する超音波信号処理装置であって、
    複数の符号を含む符号シーケンスを生成するエンコーダ部と、
    前記送信超音波信号が形成する焦点に対応した少なくとも２つ以上の送信遅延プロファイルを含む送信遅延プロファイル組を生成する遅延プロファイル組生成部と、
    前記符号シーケンスと前記送信遅延プロファイル組に基づいて、前記振動素子アレイを駆動する駆動信号の波形情報と駆動タイミング情報を有する時変送信ビームプロファイルを生成する時変送信ビームフォーマと、
    前記時変送信ビームプロファイルに応じて前記駆動信号を生成する素子駆動部と、
    前記振動素子アレイを通して受信した前記受信超音波信号に対して、受信超音波信号処理を行う受信超音波信号処理部を備え、
    前記送信遅延プロファイル組は、互いに形状の異なる一組の前記送信遅延プロファイルを含み、
    前記素子駆動部は前記振動素子アレイに対して前記駆動信号を送信し、
    前記振動素子アレイから発せられる前記送信超音波信号は、互いに形状の異なる一組の超音波パルスを含み、少なくとも２つ以上の異なる焦点を形成し、
    前記受信超音波信号処理部は前記振動素子で受信された送信超音波信号をデジタルデータに変換し、符号超音波データを生成するＡＤ変換部と、
    前記符号超音波データに対して整相加算処理を行い、符号音線データを生成する受信ビームフォーマと、
    前記符号音線データに対して前記符号シーケンスに応じてデコード処理を行う時変デコーダ部を備え、
    前記時変デコーダ部のフィルタ係数は、前記受信超音波信号に基づいて生成される超音波画像を構成する音線データの、前記被検体表面からの前記送信超音波信号が進む方向についての位置に応じて決定されることを特徴とする、
    超音波信号処理装置。
14. 前記フィルタ係数の絶対値は、前記送信超音波信号が形成する焦点位置で最大値を取ることを特徴とする請求項１３に記載の超音波信号処理装置。
15. 請求項１〜１５のいずれかに記載の超音波信号処理装置を備え、
    前記受信超音波信号から超音波画像を生成する超音波診断装置。
16. 請求項１５の超音波診断装置と、
    前記被検体に前記送信超音波信号を送信し、前記受信超音波信号を受信する超音波プローブを備えた超音波診断システム。
17. 振動素子から構成される振動素子アレイを通して送信超音波信号を被検体に発すると共に、前記被検体から反射された受信超音波信号を受信する超音波信号処理方法であって、
    複数の符号を含む符号シーケンスを生成するエンコードステップと、
    前記送信超音波信号が形成する焦点に対応した少なくとも２つ以上の送信遅延プロファイルを含む送信遅延プロファイル組を生成する遅延プロファイル組生成ステップと、
    前記符号シーケンスと前記送信遅延プロファイル組に基づいて、前記振動素子アレイを駆動する駆動信号の波形情報と駆動タイミング情報を有する時変送信ビームプロファイルを生成する時変送信ビームフォーミングステップと、
    前記時変送信ビームプロファイルに応じて前記駆動信号を生成する素子駆動ステップと、
    前記振動素子アレイを通して受信した前記受信超音波信号に対して、受信超音波信号処理を行う受信超音波信号処理ステップを備え、
    前記送信遅延プロファイル組は、互いに形状の異なる一組の前記送信遅延プロファイルを含み、
    前記素子駆動部は前記振動素子アレイに対して前記駆動信号を送信し、
    前記振動素子アレイから発せられる前記送信超音波信号は、互いに形状の異なる一組の超音波パルスを含み、少なくとも２つ以上の異なる焦点を形成し、
    前記送信遅延プロファイルは、前記振動素子を駆動する駆動タイミングが早いほど焦点位置が前記振動素子アレイに近い
    ことを特徴とする超音波信号処理方法。
18. 請求項１７に記載の超音波信号処理方法をコンピュータに実行させるプログラム。