本發(fā)明涉及使用超聲波來對被檢體內(nèi)的圖像進(jìn)行成像的超聲波成像技術(shù)。

背景技術(shù)：

超聲波成像技術(shù)是指使用超聲波(無意識地聽到的聲波、一般是20khz以上的高頻率的聲波)來對以人體為代表的被檢體的內(nèi)部無創(chuàng)地進(jìn)行圖像化的技術(shù)。

從超聲波探頭的多個超聲波元件向被檢體發(fā)送超聲波束的方法有2種：擴(kuò)大型發(fā)送，其發(fā)送擴(kuò)大為扇形的超聲波束；以及聚焦型發(fā)送，其在被檢體內(nèi)設(shè)定發(fā)送焦點來發(fā)送聚焦于發(fā)送焦點的超聲波束。

通過超聲波探頭的多個超聲波元件接收來自被檢體的超聲波，多個接收信號在按照對應(yīng)于接收焦點而對超聲波元件的每一個設(shè)定的延遲時間進(jìn)行了延遲(整相)后進(jìn)行相加。整相時的延遲時間由基于發(fā)送波束的波面?zhèn)鞑ツＰ偷慕魄€(延遲曲線)來決定。

在專利文獻(xiàn)1中公開有在進(jìn)行具有單個焦點的聚焦型發(fā)送時的孔徑合成法。在專利文獻(xiàn)1中所公開的延遲運算中，根據(jù)假設(shè)從發(fā)送焦點發(fā)送球面波的波面?zhèn)鞑ツＰ停褂酶鶕?jù)接收焦點來對超聲波元件的每一個的延遲時間進(jìn)行設(shè)定的虛擬聲源法。通過根據(jù)虛擬聲源法所設(shè)定的延遲時間，分別使多個超聲波元件的接收信號延遲，在針對接收焦點進(jìn)行了對焦后相加來獲得整相信號。將該整相信號與針對相同接收焦點由其他1個以上的收發(fā)所獲得的整相信號進(jìn)行合成，并通過重合來進(jìn)行孔徑合成。

孔徑合成可以使針對某點從不同方向由超聲波探頭進(jìn)行收發(fā)所獲得的整相信號重合，因此可以賦予點像的高分辨率化、針對不均質(zhì)的魯棒性等。由于通過重合處理提高了處理增益，還可以使超聲波的發(fā)送次數(shù)比通常更稀疏，也可以應(yīng)用于高速成像。

在專利文獻(xiàn)2中公開有以下技術(shù)：檢測由被檢體的肢體運動、被檢體內(nèi)的音速的不均勻性等所引起的、由不同的多個發(fā)送所獲得的接收信號的相位的偏差，并使相位一致后進(jìn)行孔徑合成。由此，針對同一接收焦點，即使在不同的收發(fā)間的接收信號的相位不一致的情況下，也可以通過孔徑合成來重合整相信號，提高處理增益。

在專利文獻(xiàn)3中公開有以下技術(shù)：預(yù)先存儲通過幾何學(xué)求出的多個延遲時間數(shù)據(jù)組，通過實時計算來擴(kuò)展其值，由此調(diào)節(jié)接收焦點，即使在肢體運動下也生成整相信號。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國專利第6231511號說明書

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-261229號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2006-187667號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

專利文獻(xiàn)1～3的技術(shù)如虛擬聲源法等那樣，根據(jù)預(yù)先決定的波面?zhèn)鞑ツＰ蛯Σ孢M(jìn)行近似，并根據(jù)近似波面來計算延遲時間。然而，在進(jìn)行非球面聚焦時，或者在使用二維排列了超聲波元件的2d陣列的超聲波探頭，特別是在發(fā)送具有多個發(fā)送焦點的發(fā)送波束時，所發(fā)送的超聲波束的波面呈復(fù)雜形狀，在應(yīng)用了公知的波面?zhèn)鞑ツＰ偷那闆r下，實際的波面與近似波面的差變大。因此，獲取反映了被檢體的構(gòu)造的整相信號變難。

另外，即使在使用一維排列了超聲波元件的排列超聲波探頭時，根據(jù)虛擬聲源法，能夠應(yīng)用虛擬聲源波面模型來進(jìn)行整相的區(qū)域被限定在發(fā)送波束的直接照射區(qū)域(連接超聲波探頭的孔徑的兩端與焦點的沙漏型的幾何學(xué)區(qū)域)內(nèi)。在發(fā)送波束的幾何學(xué)區(qū)域外，波面變得復(fù)雜，波面的模型化困難。因此，在發(fā)送波束的直接照射區(qū)域外無法獲取整相信號，也無法進(jìn)行孔徑合成。

本發(fā)明的目的在于，不使用近似的波面?zhèn)鞑ツＰ?，對發(fā)送波束的照射區(qū)域的內(nèi)外都對接收信號設(shè)定恰當(dāng)?shù)难舆t時間來獲得整相信號。

用于解決課題的手段

本發(fā)明提供一種超聲波成像裝置，其具有：發(fā)送波束成形器，其從排列的多個超聲波元件發(fā)送對多個超聲波元件的每一個延遲后的超聲波，以便形成預(yù)定的發(fā)送波束；以及接收波束成形器，其使多個超聲波元件接收超聲波而輸出的接收信號針對預(yù)定的接收焦點根據(jù)對多個超聲波元件的每一個設(shè)定的延遲時間分別延遲之后進(jìn)行相加來獲得整相信號。接收波束成形器具備延遲時間運算部，其通過運算求出延遲時間。延遲時間運算部包括：波面?zhèn)鞑ミ\算部，其通過運算求出從多個超聲波元件發(fā)送的超聲波分別到達(dá)接收焦點的時間；以及延遲時間提取部，其根據(jù)波面?zhèn)鞑ミ\算部所求出的多個超聲波元件的每一個的超聲波的到達(dá)時間的分布，計算出針對接收焦點的所述延遲時間。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，不使用近似的波面?zhèn)鞑ツＰ?，就可以在發(fā)送波束的照射區(qū)域的內(nèi)外都對接收信號設(shè)定恰當(dāng)?shù)难舆t時間來獲得整相信號，因此即使在變?yōu)閺?fù)雜的波面形狀的發(fā)送波束成形中，也可以進(jìn)行符合實際的波面的延遲運算。

附圖說明

圖1(a)是第1實施方式的超聲波成像裝置的立體圖，圖1(b)是第1實施方式的超聲波成像裝置的框圖。

圖2是表示第1實施方式的接收波束成形器的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖3(a)是表示以往的接收波束成形器的結(jié)構(gòu)的框圖，圖3(b)是表示第1實施方式的接收波束成形器的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖4是表示從超聲波元件發(fā)送的超聲波到達(dá)接收焦點42的時間的說明圖。

圖5(a)是表示第1實施方式的超聲波成像裝置的發(fā)送波束32的直接照射區(qū)域和接收掃描線的說明圖，圖5(b)是對全部發(fā)送元件的波面?zhèn)鞑r間的曲線進(jìn)行例示的曲線圖。

圖6是表示第1實施方式的到達(dá)某接收焦點的超聲波的合成波形的說明圖。

圖7是表示發(fā)送波束32的直接照射區(qū)域和多個接收掃描線的說明圖。

圖8是表示第1實施方式的延遲時間運算部的動作的流程圖。

圖9是對第1實施方式的掃描線上的超聲波的合成波形的振幅值的分布進(jìn)行例示的說明圖。

圖10(a)是對全部發(fā)送元件的波面?zhèn)鞑r間的曲線進(jìn)行示例的曲線圖、圖10(b)是表示波面?zhèn)鞑r間的頻率的直方圖。

圖11是第3實施方式的延遲時間提取部122的框圖。

圖12是表示第3實施方式的延遲追蹤部的動作的流程圖。

圖13是表示所追蹤的延遲要素線的說明圖。

圖14是第3實施方式的具備多個延遲相加部的超聲波成像裝置的框圖。

圖15是第4實施方式的延遲時間提取部122的框圖。

圖16(a)以及圖16(b)是表示在第4實施方式中所結(jié)合的延遲要素線的說明圖。

圖17是表示第4實施方式的不連續(xù)延遲結(jié)合部的動作的流程圖。

圖18是第5實施方式的延遲時間提取部122的框圖。

圖19是表示第5實施方式的延遲曲線判定部的動作的流程圖。

圖20是表示第6實施方式的超聲波成像裝置的具有近似延遲模型自動生成部的接收波束成形器的框圖。

圖21是對用于第6實施方式的超聲波成像裝置的近似延遲模型的生成的幾何結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行示例的說明圖。

圖22是表示第6實施方式的超聲波成像裝置的近似延遲模型自動生成部的構(gòu)造的框圖。

具體實施方式

針對本發(fā)明的一實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

本發(fā)明的超聲波成像裝置不使用虛擬聲源法等的波面?zhèn)鞑ツＰ蛯Σ孢M(jìn)行近似，而是通過運算求出從多個發(fā)送元件發(fā)送的超聲波分別到達(dá)接收焦點的時間，并根據(jù)求出的到達(dá)時間的分布計算出針對該接收焦點的延遲時間。由此，即使在到達(dá)該接收焦點的波面是復(fù)雜形狀的情況下，也不需要對波面進(jìn)行近似，就可以通過根據(jù)超聲波到達(dá)該接收焦點的時間所求出的適合的延遲時間來進(jìn)行整相相加。

(第1實施方式)

使用附圖針對第1實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

本實施方式的超聲波成像裝置，如圖1(a)所示的整體的立體圖、圖1(b)所示的概要結(jié)構(gòu)、圖2以及圖3所示的一部分詳細(xì)結(jié)構(gòu)，具有：從排列有多個超聲波元件105的超聲波探頭106發(fā)送超聲波的發(fā)送波束成形器104和接收波束成形器108。

發(fā)送波束成形器104如圖4以及圖5(a)所示，從多個超聲波元件105發(fā)送針對多個超聲波元件105的每一個以預(yù)定量延遲后的超聲波，以便在預(yù)定的發(fā)送焦點41進(jìn)行聚焦。所發(fā)送的超聲波通過被檢體100被反射等并由超聲波元件105接收。

接收波束成形器108，針對預(yù)定的接收焦點42(圖4、圖5(a))，根據(jù)針對多個超聲波元件105的每一個設(shè)定的延遲時間，使多個超聲波元件105接收到的接收信號分別延遲之后進(jìn)行相加來獲得整相信號。因此，接收波束成形器108具備通過運算來求出延遲時間的延遲時間運算部114。如圖2所示，延遲時間運算部114具有波面?zhèn)鞑ミ\算部121和延遲時間提取部122。波面?zhèn)鞑ミ\算部121如圖4所示，針對發(fā)送超聲波的多個超聲波元件105的至少一部分，通過運算來求出所發(fā)送的超聲波分別到達(dá)接收焦點42的時間(波面?zhèn)鞑r間、tof：timeofflight)。延遲時間提取部122根據(jù)波面?zhèn)鞑ミ\算120所求出的多個超聲波元件的每一個超聲波的到達(dá)時間的分布，計算出針對接收焦點42的延遲時間。

波面?zhèn)鞑r間可以根據(jù)用于形成發(fā)送波束的發(fā)送延遲時間和發(fā)送時的超聲波元件與接收焦點的距離和音速來計算。延遲時間提取部122選擇多個超聲波元件105的超聲波的波面?zhèn)鞑r間的分布的范圍內(nèi)的一個時間，并將其作為去程(發(fā)送)的波面?zhèn)鞑r間。作為一個例子，可以選擇到達(dá)時間最集中的時間。通過對該去程的波面?zhèn)鞑r間加上與從接收焦點42到各超聲波元件105的距離對應(yīng)的回程(接收)的傳播時間，可以設(shè)定各超聲波元件105的每一個的接收時的延遲時間。

另外，延遲時間提取部122可以具備合成波形計算部61，其根據(jù)接收焦點42處的多個超聲波元件105的每一個的超聲波的到達(dá)時間的分布(圖5(b)參照)，求出從多個超聲波元件105到達(dá)接收焦點42的超聲波的合成波形(圖6)。延遲時間提取部122也可以根據(jù)合成波形計算部61所求出的合成波形的振幅的時間變化，計算出延遲時間。例如，可以將振幅值為極大的傳播時間選擇為去程(發(fā)送)的波面?zhèn)鞑r間。

根據(jù)本實施方式，波面?zhèn)鞑ミ\算部122可以針對發(fā)送超聲波的全部的超聲波元件105，在發(fā)送前求出到達(dá)接收焦點的時間(波面?zhèn)鞑r間)。由此，可以考慮全部超聲波元件105的波面?zhèn)鞑r間，在發(fā)送前計算出延遲時間，因此不需要波面的模型化，即使實際的波面是復(fù)雜的形狀，也可以針對每一個接收焦點，根據(jù)實際的超聲波的傳播時間，高精度地設(shè)定延遲時間。

以下，針對第1實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)一步進(jìn)行具體地說明。

如圖1(a)所示，超聲波成像裝置具備超聲波探頭106、裝置主體102、圖像顯示部103以及控制臺110。在裝置主體102內(nèi)，如圖1(b)所示，配置有發(fā)送波束成形器104、收發(fā)分離電路(t/r)107、接收波束成形器108、圖像處理部109以及控制它們的動作的控制部111。

接收波束成形器108如圖1(b)、圖2所示，具備延遲相加部204、延遲時間運算部114以及孔徑合成部205。延遲時間運算部114包括接收掃描線設(shè)定部116、波面?zhèn)鞑ミ\算部121、延遲時間提取部122以及延遲時間存儲器123。除此之外，在接收波束成形器108中還配置有用于孔徑合成的波束存儲器206和幀存儲器207。

發(fā)送波束成形器104生成傳遞給各個超聲波元件105的發(fā)送波束用信號。發(fā)送波束用信號針對每一個超聲波元件105實施發(fā)送延遲，以便在控制部111所指示的預(yù)定的發(fā)送焦點41進(jìn)行聚焦。發(fā)送波束用信號經(jīng)過收發(fā)分離電路107，被傳遞到超聲波探頭106。超聲波探頭106分別向超聲波元件陣列101的超聲波元件105傳遞發(fā)送波束用信號。超聲波元件105將超聲波發(fā)送至被檢體100的體內(nèi)。在體內(nèi)反射后的回波信號被超聲波探頭106的超聲波元件陣列101的超聲波元件105接收。接收信號再次經(jīng)過收發(fā)分離電路107在接收波束成形器108中實施整相相加運算處理等。

使用圖8的流程圖，針對圖2的接收波束成形器108的各部的動作進(jìn)行具體地說明。

延遲時間運算部112被構(gòu)成為包括cpu等處理部和存儲器。處理部讀入在存儲器內(nèi)預(yù)先存儲的程序來執(zhí)行。由此，通過軟件處理，如圖8的流程圖所示，實現(xiàn)接收掃描線設(shè)定部116、波面?zhèn)鞑ミ\算部121以及延遲時間提取部122的功能。此外，也可以通過作為硬件的asic(專用集成電路applicationspecificintegratedcircuit)、fpga(現(xiàn)場可編程門陣列field-programmablegatearray)以及寄存器來構(gòu)成延遲時間運算部112的一部分或全部的動作。

控制部111在發(fā)送波束成形器104進(jìn)行超聲波信號的發(fā)送動作之前，向接收波束成形器108傳遞超聲波的發(fā)送時的條件以及應(yīng)該設(shè)定的接收掃描線31的條數(shù)和位置信息，并進(jìn)行如下動作來運算延遲時間。首先，發(fā)送時延遲時間運算部112的接收掃描線設(shè)定部116根據(jù)從控制部111接收到的信息，計算照射發(fā)送波束的區(qū)域32的形狀，并如圖7所示，以區(qū)域32為中心設(shè)定預(yù)定條數(shù)的接收掃描線31。進(jìn)一步在接收掃描線31上設(shè)定k個接收焦點42(步驟600)。此外，設(shè)發(fā)送時所使用的超聲波元件105的數(shù)量為m個。

波面?zhèn)鞑ミ\算部121以某基準(zhǔn)時刻、例如發(fā)送觸發(fā)信號的時刻為基點，計算從第1個超聲波元件105發(fā)送出的超聲波到達(dá)第1個接收焦點42的時間(波面?zhèn)鞑r間)(步驟601、602，603)。如上所述，通過將第1個超聲波元件105的發(fā)送延遲時間和將第1個超聲波元件105與第1個接收焦點42的幾何距離除以超聲波的音速而得的時間相加來計算傳播時間。計算出的波面?zhèn)鞑r間存儲在內(nèi)置的存儲器中。針對k個接收焦點42按順序重復(fù)該步驟602、603(步驟604，605)。由此，可以獲得針對沿著發(fā)送掃描線31的k個接收焦點42的波面?zhèn)鞑r間。如果以波面?zhèn)鞑r間為縱軸，以接收焦點42的位置(接收掃描線的深度方向)為橫軸，標(biāo)繪所求出的波面?zhèn)鞑r間并用曲線連接，則如圖5(b)所示，可以獲得針對第1個超聲波元件105的一條波面?zhèn)鞑r間變化曲線55(步驟606)。

通過針對全部(m個)超聲波元件105重復(fù)該處理，如圖5(b)所示，可以獲得m個超聲波元件105的每一個的m條波面?zhèn)鞑r間曲線55(步驟607、608)。

根據(jù)圖5(b)可知，從全部超聲波元件106到達(dá)某接收焦點42的波面?zhèn)鞑r間分布在時間方向上，但是其分布有疏有密。由此，延遲時間提取部122通過針對一個接收焦點42在波面?zhèn)鞑r間變化曲線55的分布的范圍內(nèi)選擇(提取)一個到達(dá)時間(延遲時間)，可以決定針對一個接收焦點42的延遲時間(步驟609、610)。針對全部(k個)的接收焦點重復(fù)該處理，并用曲線連接全部的延遲時間，由此可以通過運算求出延遲時間曲線43(步驟611、612)。

然后，延遲時間提取部122對所求出的延遲時間曲線43的延遲時間加上從該接收焦點42到接收時的超聲波元件105的超聲波的到達(dá)時間(回程的波面?zhèn)鞑r間)，計算接收時的超聲波元件105的每一個的延遲時間，并存儲到延遲時間存儲器123中(步驟613、614、615)。通過將接收焦點42與超聲波元件105的幾何距離除以超聲波的音速，可以計算出回程的波面?zhèn)鞑r間。

在每一次的發(fā)送時，針對接收掃描線116所設(shè)定的全部接收掃描線重復(fù)上述步驟600～615的處理，并將針對全部的接收掃描線的接收焦點42的延遲時間存儲至延遲時間存儲器123。

如果全部的延遲時間被存儲至延遲時間存儲器123，則控制部11使發(fā)送波束成形器104發(fā)送超聲波信號。由此，從超聲波元件105分別向被檢體100發(fā)送超聲波。通過多個超聲波元件105接收在被檢體100內(nèi)被反射等的超聲波回波。

延遲相加部204使用存儲在延遲時間存儲器123中的每一個接收元件的延遲時間，對每一個超聲波元件105延遲了接收信號之后進(jìn)行相加，來獲得整相信號。針對接收掃描線31上的全部接收焦點42按順序進(jìn)行該處理。針對各接收掃描線31的接收焦點42所求出的整相信號被存儲至波束存儲器206。針對全部的接收掃描線31重復(fù)該處理，如果全部接收掃描線31的整相信號被存儲至波束存儲器206，則返回步驟600，并進(jìn)行下一個發(fā)送。

孔徑合成部205通過從波束存儲器206讀出并合成針對相同接收焦點42由不同發(fā)送所獲得的多個整相信號來進(jìn)行孔徑合成。然后，使用合成后的整相信號來生成成像區(qū)域的圖像。所生成的圖像被存儲至幀存儲器207，并輸出至圖像處理部109。圖像處理部109根據(jù)需要在圖像顯示部103中顯示實施過圖像處理的圖像。

如此，在本實施方式中，計算出發(fā)送時的從全部的超聲波元件105至接收焦點42的波面?zhèn)鞑r間，根據(jù)波面?zhèn)鞑r間的時間方向的分布，選擇(提取)針對該接收焦點42的延遲時間。由此，不需要進(jìn)行幾何波面的模型化，即使在進(jìn)行復(fù)雜的波面形狀的發(fā)送波束成形時，也可以根據(jù)如超聲波元件的位置以及發(fā)送延遲時間等收發(fā)條件，來設(shè)定符合實際的波面?zhèn)鞑サ难舆t時間。由此，可以高效地接收發(fā)送波束的能量并提高sn比。

另外，在本實施方式中，即使是在波面形狀復(fù)雜的發(fā)送波束的直接照射區(qū)域32的外側(cè)，也可以計算出延遲時間，因此，如圖5(a)以及圖7所示，可以設(shè)定接收掃描線31。由此，與以往的虛擬聲源法等相比較，可以整相的區(qū)域擴(kuò)展到發(fā)送波束的照射區(qū)域32的外側(cè)，可以成為高幀率。

此外，延遲時間提取部122在步驟610中，在針對一個接收焦點42提取一個延遲時間時，可以使用任意方法。例如，通過延遲時間提取部122內(nèi)的合成波形計算部61(圖3)，可以如圖6所示，根據(jù)多個超聲波元件105的每一個的超聲波的到達(dá)時間的分布來求出從多個超聲波元件105到達(dá)一個接收焦點42的超聲波的合成波形。這種情況下，在步驟610中，根據(jù)合成波形的振幅的時間變化可以計算出延遲時間。對此進(jìn)一步進(jìn)行說明。

延遲時間提取部122的合成波形計算部61在步驟603中，使用針對多個超聲波元件105的每一個所求出的波面?zhèn)鞑r間，通過式(1)計算出加上了多個超聲波元件105的發(fā)送波形的合成波形。在式(1)中，p是從各超聲波元件105發(fā)送的超聲波波形的振幅值。p作為發(fā)送條件，從控制部111被提供給延遲時間提取部122。τ(m)是第m個超聲波元件105的波面?zhèn)鞑r間。如式(1)所示，將超聲波波形的振幅p針對超聲波元件105的每一個，以在步驟603中求出的波面?zhèn)鞑r間τ(m)來偏移相位，并對m個超聲波元件105進(jìn)行相加，由此可以計算出一個接收焦點42的合成波形psum(參照圖6)。

[數(shù)學(xué)式1]

延遲時間提取部122可以將圖6的合成波形的振幅為極大或最大的到達(dá)時間選擇為延遲時間。

另外，合成波形計算部61通過針對接收掃描線上的全部接收焦點進(jìn)行式(1)的運算，可以獲得如圖9所示那樣的、沿著掃描線深度方向表示合成波形的振幅的強(qiáng)度分布的變化的分布圖。因此，延遲時間提取部122在步驟610中，使用圖9的合成波形的振幅的強(qiáng)度分布圖，連續(xù)選擇接收掃描線方向的波面?zhèn)鞑r間，由此也可以繪制延遲時間曲線。

另外，圖9的合成波形的振幅的強(qiáng)度基本對應(yīng)于假設(shè)在將某波面?zhèn)鞑r間選擇為延遲時間并使用該延遲時間進(jìn)行整相相加時所獲得的整相信號的振幅值。由此，在步驟610中，在提取延遲時間曲線時，以圖9的合成波形的振幅的強(qiáng)度值為基礎(chǔ)，可以針對該延遲時間的值進(jìn)行評價。也就是說，例如，越是獲得振幅大的整相信號，作為延遲時間越能夠提供高評價值。因此，使用該評價，可以反饋處理延遲時間的選擇。由此，即使在很難進(jìn)行波面的模型化的發(fā)送波束成形中，也可以進(jìn)行最佳的延遲運算。對此，在第5實施方式中進(jìn)行具體地說明。

這里，圖5(b)以及圖9是在進(jìn)行了具有單個發(fā)送焦點41的發(fā)送波束成形時的波面?zhèn)鬏敃r間以及合成波形的振幅的強(qiáng)度分布的例子。在圖5(a)中，圖示出可以應(yīng)用虛擬聲源模型的區(qū)域(虛擬聲源區(qū)域的淺部以及深部)、無法應(yīng)用虛擬聲源模型的虛擬聲源區(qū)域外。虛擬聲源區(qū)域是由連結(jié)在發(fā)送時所使用的多個超聲波元件105(孔徑)的端部與焦點的直線所組成的沙漏型的幾何區(qū)域、也就是說是與發(fā)送波束的直接照射范圍32相同的區(qū)域。

作為比較例，如圖3(a)所示。使用具備運算部的接收波束成形器來求出延遲時間曲線，該運算部由基于虛擬聲源法的波面模型來運算延遲時間。圖5(b)以及圖9表示其結(jié)果。由基于虛擬聲源法的波面模型所計算出的延遲時間曲線56，在虛擬聲源區(qū)域外，如圖5(b)所示，可知與在本實施方式中求出的波面?zhèn)鞑r間變化曲線55的分布和圖9的合成波形的振幅的強(qiáng)度分布都有較大偏離。另外，在虛擬聲源區(qū)域淺部以及深部，基于虛擬聲源法的延遲時間曲線56如圖5(b)所示，看起來像是沿著波面?zhèn)鞑r間變化曲線55的分布的端部，但是根據(jù)圖9可以明確知道，偏離于合成波形的振幅的強(qiáng)度分布的最大值。因此，在使用了基于虛擬聲源法的延遲時間曲線56時所獲得的整相信號的振幅，比在使用了本實施方式的延遲時間時所獲得的整相信號的振幅更小。

(第2實施方式)

針對第2實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

在第2實施方式中，在第1實施方式的圖8的步驟610中，在生成相加多個超聲波元件105的發(fā)送波形而得的合成波形時，延遲時間提取部122求出多個超聲波元件的每一個的超聲波的到達(dá)時間的頻率分布，并使用頻率分布生成合成波形。由此，減少運算量。

使用圖10對此進(jìn)行具體地說明。延遲時間提取部122對于在第1實施方式的步驟603中所求出的針對接收焦點的多個超聲波元件的每一個的波面?zhèn)鞑r間(波面?zhèn)鞑r間變化曲線55、圖10(a))，如圖10(b)所示，連續(xù)設(shè)定n個(n＜m)預(yù)定寬度的時間范圍，并統(tǒng)計該時間范圍內(nèi)所包含的波面?zhèn)鞑r間(波面?zhèn)鞑r間變化曲線55)的數(shù)量，由此，如圖10(b)所示計算出頻率分布。在這里，作為一個例子，使用直方圖表示頻率分布。在圖10(b)的例子中，波面?zhèn)鞑r間越小，越成為頻率大的分布。

在求出的圖10(b)的頻率分布函數(shù)(直方圖)中，若用h(tn)表示第n個時間范圍中所包含的波面?zhèn)鞑r間的數(shù)值，則可以使用超聲波波形的振幅p由式(2)來計算合成波形的振幅psum。tn是第n個時間范圍的波面?zhèn)鞑r間的代表值(例如，最大值、最小值以及平均值中的某一個)。m是用于發(fā)送的超聲波元件105的數(shù)量。

[數(shù)學(xué)式2]

如果將式(2)與式(1)相比較，相對于在式(1)中，相加的數(shù)值是超聲波元件的數(shù)量m，則在式(2)中，變?yōu)闀r間范圍的數(shù)量n(n＜m)。因此，使用式(2)的合成波形的運算方法可以比使用式(1)時減少運算量。而且，可以求出充分實用的合成波形的振幅的時間變化。因此，可以減少計算合成波形時的計算負(fù)荷，削減超聲波診斷裝置的計算成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)可實施的算法。

在第2實施方式的超聲波成像裝置中，上述以外的結(jié)構(gòu)以及動作與第1實施方式相同，因此省略說明。

(第3實施方式)

使用圖11以及圖12針對第3實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

第3實施方式的延遲時間提取部122除了具備在第1實施方式中所說明的合成波形計算部61，還具備延遲追蹤部62。延遲追蹤部62通過在接收掃描線的方向追蹤合成波形計算部61所求出的超聲波的合成波形的振幅的強(qiáng)度分布(時間變化曲線)的極值，來提取1條以上的延遲時間曲線。

首先，合成波形計算部61如第1實施方式中所說明的那樣，沿著掃描線方向計算出超聲波的合成波形的振幅的強(qiáng)度分布(參照圖9)。

接著，如圖12的流程圖所示，延遲追蹤部62在接收掃描線上的一個接收焦點42，求出合成波形的振幅值的波面?zhèn)鞑r間方向的變化曲線(參照圖6)的振幅值為極值的波面?zhèn)鞑r間。針對接收掃描線上的全部接收焦點進(jìn)行該處理(步驟501)。

接著，如圖13所示，將在步驟501中所求出的極值內(nèi)振幅值為顯著大的點作為延遲要素點進(jìn)行提取(步驟502)。具體而言，例如，當(dāng)極值的振幅值在預(yù)先決定的設(shè)定下限振幅值以上，或者極值的振幅值相對于在該接收焦點的極值中的最大振幅值的比率在預(yù)先決定的設(shè)定下限率以上時，將該極值提取為延遲要素點。由此，在大多數(shù)的接收焦點，提取1個以上的延遲要素點。

如圖13所示，沿著接收掃描線按順序追蹤所提取出的延遲要素點，由此來提取連續(xù)的延遲要素線。具體而言，例如，從接收掃描線的淺側(cè)(超聲波探頭116側(cè))的端部的接收焦點42-1的延遲要素點131開始追蹤(步驟503)，在下一個接收焦點42-2設(shè)定向傳播時間最近的延遲要素點132連接延遲要素點131的追蹤矢量141，并計算該追蹤矢量141的斜率(步驟504)。當(dāng)追蹤矢量141的斜率在預(yù)先決定的設(shè)定值以下時，設(shè)定連接延遲要素點131與延遲要素點132的追蹤線，并將追蹤終點132設(shè)定為新的追蹤始點(步驟506)。然后，在當(dāng)前的接收焦點42-1將還未設(shè)定為始點的延遲要素點151設(shè)定為追蹤開始點(步驟507)，返回步驟504，設(shè)定連接下一個接收焦點42-2的最近的延遲要素點152的追蹤矢量142，當(dāng)追蹤矢量的斜率在設(shè)定值以下時，設(shè)定追蹤線(步驟504、505、506)。如果關(guān)于針對當(dāng)前的接收焦點42-1的全部的延遲要素點完成追蹤，則將下一個接收焦點42-2的延遲要素點132、152作為始點，重復(fù)追蹤線的設(shè)定。

在步驟505中，當(dāng)追蹤矢量的斜率比預(yù)先決定的設(shè)定值更大時，判斷為是不連續(xù)的峰線，并將該延遲要素點作為追蹤結(jié)束點來結(jié)束追蹤(步驟508)。將從追蹤開始點到結(jié)束點的追蹤線提取為延遲要素線(步驟509)。由此，提取連續(xù)的延遲要素線145、146、147。

從提取出的延遲要素線中，選擇從接收掃描線最淺側(cè)的接收焦點42-1到最深側(cè)的接收焦點42-k連續(xù)的延遲要素線147，作為延遲時間曲線來使用。

如此，在本實施方式中，提取全部具有顯著的振幅值的延遲要素點，并對其進(jìn)行追蹤，由此可以設(shè)定延遲時間曲線。通過使用該延遲時間曲線來求出整相信號，可以將到目前為止未用于整相的波面能量用于成像，可以提高sn比。

此外，當(dāng)存在多條從接收焦點42-1到接收焦點42-k連續(xù)的延遲要素線147時，可以選擇使用某一條。

另外，如圖14所示，使用并列地具備多個延遲相加部204-1、204-2的接收波束成形器108，也可以設(shè)多個延遲相加部201-1、204-2是以下結(jié)構(gòu)：將多條延遲要素線分別作為延遲時間曲線來使用，針對相同的接收信號，分別以不同的延遲時間進(jìn)行延遲處理，并獲得整相信號。這種情況下，將多個延遲相加部201-1、204-2的輸出相加來進(jìn)行使用。由此，在1次的收發(fā)以及接收波束成形中，可以使用能夠設(shè)定的最大條數(shù)的延遲時間曲線來進(jìn)行延遲處理，可以獲得與針對多個波面的每個進(jìn)行整相的情況同等的效果。由此，通過使用將多個延遲相加部所輸出的整相信號求和而得的信號來生成超聲波圖像，根據(jù)多視效果，可以實現(xiàn)高分辨率化。

上述以外的其他的結(jié)構(gòu)以及動作與第1實施方式相同，因此省略說明。

(第4實施方式)

針對第4實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

本實施方式與第3實施方式是同樣的結(jié)構(gòu)，但是如圖15所示，延遲時間提取部122還具備不連續(xù)延遲結(jié)合部63。不連續(xù)延遲結(jié)合部63如圖16所示，當(dāng)延遲追蹤部62所提取出的延遲要素線145、146、148、149不連續(xù)時，將它們結(jié)合，生成從接收掃描線最淺側(cè)的接收焦點42-1到最深側(cè)的接收焦點42-k連續(xù)的延遲要素線147。

首先，選擇不連續(xù)延遲結(jié)合部63所結(jié)合的延遲要素線a148以及b149。具體而言，首先，如圖16(a)所示，選擇從接收掃描線的最淺側(cè)的接收焦點42-1開始的延遲要素線145、148內(nèi)的1條，設(shè)為延遲要素線a(步驟521)。前進(jìn)至選擇出的延遲要素線a的結(jié)束點的接收焦點42-k，如果存在其他的延遲要素點153、154，則選擇其中波面?zhèn)鞑r間最近的延遲要素點153，將該延遲要素點153所屬的延遲要素線149設(shè)為b(步驟522、523、524)。如果不存在其他的延遲要素點，則前進(jìn)至下一個接收焦點，一直前進(jìn)直到發(fā)現(xiàn)其他的延遲要素(步驟533)。

接著，生成用于連續(xù)地結(jié)合延遲要素線a與b的新的延遲要素線。首先，如圖16(a)所示，判定延遲要素線a的結(jié)束點的接收焦點是否比延遲要素線b的開始點的接收焦點的深度更大，即判定延遲要素線中是否具有重疊部分(步驟525)。

在步驟525中，當(dāng)延遲要素線a的結(jié)束點的接收焦點比延遲要素線b的開始點的接收焦點的深度更大，延遲要素線a與b具有重疊部分時(圖16(a))，將延遲要素線b的開始點設(shè)為s，將延遲要素線a的結(jié)束點設(shè)為e(步驟526)。然后，從點s的接收焦點到點e的接收焦點之間，生成連續(xù)地連接延遲要素線a與延遲要素線b的連接曲線c157。具體而言，使用在點s的接收焦點的深度漸進(jìn)于0，在點e的接收焦點的深度漸進(jìn)于1的預(yù)先決定的位移函數(shù)f(d)(其中，d表示深度)，根據(jù)式(3)計算出連接曲線157的波面?zhèn)鞑r間c(d)。其中，在式(3)中，將延遲要素線a的波面?zhèn)鞑r間設(shè)為a(d)，將延遲要素線b的波面?zhèn)鞑r間設(shè)為b(d)。

c(d)＝a(d)＊(1-f(d))+b(d)＊f(d)···(3)

通過對式(3)進(jìn)行運算來生成連接曲線c157(步驟527)。

另一方面，在步驟525中，當(dāng)延遲要素線a的結(jié)束點的接收焦點比延遲要素線b的開始點的接收焦點的深度更小，延遲要素線a與b沒有重疊部分時的圖16(b)的情況下，將延遲要素線a的結(jié)束點設(shè)為s，將延遲要素線b的開始點設(shè)為e(步驟528)。然后，在從點s的接收焦點到點e的接收焦點之間，生成連續(xù)地連接延遲要素線a與延遲要素線b的連接曲線d158。通過計算耦合函數(shù)來求出連接曲線d158，該耦合函數(shù)在延遲要素線a的結(jié)束點s與延遲要素線a共享切線，在延遲要素線b的開始點e與延遲要素線b共享切線，并通過耦合函數(shù)生成連接曲線d158(步驟529)。

然后，當(dāng)延遲要素線b的結(jié)束點f是最深的接收焦點42-k(接收掃描線的深側(cè)的端部)時，將延遲要素線a、b以及連接它們的連接曲線c或d輸出為延遲時間曲線(步驟530、531)。然后，當(dāng)還留有從接收掃描線的最淺側(cè)的接收焦點42-1開始的延遲要素線時，返回步驟521，重復(fù)上述處理(步驟532)。

當(dāng)延遲要素線b的結(jié)束點f不是最深的接收焦點42-k(接收掃描線的深側(cè)的端部)時，將延遲要素線b作為延遲要素線a，返回步驟522，重復(fù)與下一條延遲要素線進(jìn)行連接的處理(步驟530)。

如此，通過重復(fù)通過連接曲線c或d對延遲要素線a、b進(jìn)行結(jié)合的處理，可以生成從接收掃描線的最淺側(cè)的接收焦點42-1到最深側(cè)的接收焦點42-k連續(xù)的延遲曲線。通過對始于接收焦點開始位置的全部延遲要素線重復(fù)該處理，可以生成1條或多條延遲曲線。

由此，即使在具有不連續(xù)的延遲要素線的情況下，也可以生成將由延遲曲線的不連續(xù)引起的圖像的劣化抑制到最小限度的延遲曲線。

另外，也可以生成多條延遲時間曲線，并分別對圖14那樣的多個延遲相加部204-1、204-2等進(jìn)行設(shè)定。

其他的結(jié)構(gòu)以及動作與第3實施方式是同樣的，因此省略說明。

(第5實施方式)

使用圖18、圖19針對第5實施方式的超聲波成像裝置進(jìn)行說明。

第5實施方式如圖18所示，延遲時間提取部122具備延遲曲線判定部64。當(dāng)存在多條使用第3或第4實施方式提取或生成的延遲時間曲線時，延遲曲線判定部63對該延遲時間曲線的波面?zhèn)鞑r間使用合成波形的振幅數(shù)據(jù)(參照圖9)來計算表示適合用于整相相加的程度的評價指標(biāo)值。然后，如圖1所示，當(dāng)延遲相加部204為一個時，選擇評價指標(biāo)值最高的延遲時間曲線，當(dāng)如圖14所示延遲相加部204被配置多個時，按照評價指標(biāo)值從高到低的順序選擇與該數(shù)量為相同數(shù)量的延遲時間曲線，并輸出至延遲相加部204。

具體而言，如圖19的流程圖所示，首先針對全部延遲曲線，根據(jù)圖9的合成波形的振幅的強(qiáng)度分布來全部提取延遲時間曲線上的振幅值數(shù)據(jù)。通過預(yù)先決定的評價函數(shù)對提取出的全部的振幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并計算評價指標(biāo)值(步驟541)。作為評價函數(shù)，例如可以使用提取出的全部振幅值的合計值、平均值或通過針對每一個接收焦點所設(shè)定的權(quán)重加權(quán)之后進(jìn)行相加而得的值等。

然后，按照步驟541中計算出的評價函數(shù)從高到低的順序，對延遲曲線進(jìn)行排序，并以在接收波束成形中使用的延遲曲線的數(shù)量輸出到延遲相加部204(步驟542)。

由此，延遲相加部204可以根據(jù)該數(shù)量使用最佳的延遲時間曲線來進(jìn)行延遲相加，因此高效率地接收波面的能量并提高sn比。

(第6實施方式)

進(jìn)一步使用圖20、圖21以及圖22針對第6實施方式進(jìn)行說明。圖20是表示具有近似延遲模型自動生成部的接收波束成形器的框圖，圖21是對用于近似延遲模型的生成的幾何結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行示例的圖，圖22是表示近似延遲模型自動生成部的構(gòu)造的框圖。

第6實施方式如圖20所示，具備近似延遲模型的自動生成部250。近似延遲模型自動生成部250取得與延遲曲線有關(guān)的數(shù)據(jù)，該延遲曲線是在第1～第5實施方式的任一個延遲時間運算部114中計算出的。然后，根據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備的多個幾何波面模型以及幾何約束條件與在延遲時間運算部114中計算出的延遲時間的相關(guān)關(guān)系，構(gòu)筑用于計算延遲時間運算部114計算出的延遲曲線的近似曲線的結(jié)構(gòu)式。由此，延遲時間運算部114在每次發(fā)送時，即使在發(fā)送之前針對多條接收掃描線不生成延遲時間曲線，也可以根據(jù)對同一成像條件共通的或?qū)ν话l(fā)送條件共通的近似延遲模型來自行生成延遲時間。

具體而言，如圖22所示，取得使用延遲時間運算部114計算出的延遲時間曲線、在第2～第5實施方式的延遲時間運算部114中用于計算延遲時間曲線的延遲要素線(i)、(ii)…以及圖17的步驟527、529的位移函數(shù)或耦合函數(shù)和收發(fā)條件(步驟551)。

接著，根據(jù)收發(fā)條件來計算例如虛擬聲源波面、平面波、元件球面波等預(yù)先準(zhǔn)備的圖21那樣的幾何波面模型(a)、(b)、(c)…的傳播時間，以及例如焦距、發(fā)送波束照射區(qū)域邊界等、作為幾何約束條件的幾何邊界(a)、(b)、(c)…(步驟552)。

接著，為了構(gòu)筑計算延遲要素線(i)、(ii)…的近似曲線的結(jié)構(gòu)式，針對各延遲要素線，計算與全部的幾何波面延遲曲線的相位差(步驟553)。

針對全部的延遲要素線(i)、(ii)…，在針對每一個接收焦點選擇出相位差為最小的幾何波面曲線作為擬合曲線的基礎(chǔ)上，針對與該擬合曲線的相位差來計算例如多項式曲線的擬合參數(shù)(步驟554)。

另外，為了計算求出作為擬合曲線的幾何波面延遲曲線發(fā)生切換的波面模型切換邊界的結(jié)構(gòu)式，計算例如表示為附近的幾何邊界的內(nèi)分點時的內(nèi)分率(步驟555)。

另外，為了計算求出延遲曲線在延遲要素線間進(jìn)行遷移的要素線遷移邊界的結(jié)構(gòu)式，計算例如表示為附近的幾何邊界的內(nèi)分點時的內(nèi)分率(步驟556)。

接著，將上述擬合參數(shù)、波面模型切換邊界的內(nèi)分率、要素線遷移邊界的內(nèi)分率以及與通過延遲曲線提取部所取得的耦合函數(shù)以及遷移函數(shù)有關(guān)的參數(shù)稱為近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)。針對1次發(fā)送中的全部掃描線來計算近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)(步驟557)。

將上述參數(shù)作為以掃描線編號為變量的函數(shù)來進(jìn)行處理，計算將這些函數(shù)例如擬合為多項式曲線時的擬合參數(shù)(步驟558)。在這里計算出的近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)的擬合參數(shù)被發(fā)送至波面模型近似延遲運算部。

在波面模型近似延遲運算部251中，根據(jù)上述近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)的擬合參數(shù)，計算每一條掃描線的近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)這些近似延遲結(jié)構(gòu)參數(shù)以及預(yù)先計算出的幾何波面延遲曲線以及幾何邊界，計算最佳延遲曲線的近似延遲曲線。

由此，可以將從第1～第5實施方式的延遲時間運算部114獲得的延遲時間近似為由幾何學(xué)波面模型構(gòu)成的近似延遲模型，并以與基于圖3(a)示出的以往的接收波束成形器的延遲計算同等的計算量進(jìn)行計算。因此，可以一邊抑制計算量，一邊以與使用了第1～第5實施方式的延遲時間的情況同等的圖像質(zhì)量來進(jìn)行成像。

此外，在上述的各實施方式的超聲波成像裝置中，是在裝置主體102的內(nèi)部具備延遲時間運算部114的結(jié)構(gòu)，但是也可以將延遲時間運算部114或者接收波束成形器108的整體設(shè)為與裝置主體102不同的其他裝置。這種情況下，經(jīng)由信號線、網(wǎng)絡(luò)連接延遲時間運算部114或者接收波束成形器108與裝置主體102。例如，將延遲時間運算部114或者接收波束成形器108的整體安裝在一般的計算機(jī)或者工作站等運算裝置中，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與超聲波成像裝置的主體102相連接。設(shè)延遲時間運算部114為以下結(jié)構(gòu)：經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接收發(fā)送條件等，計算出延遲時間，并發(fā)送至作為客戶終端的超聲波成像裝置。在將接收波束成形器108設(shè)為與裝置主體102不同的其他裝置時，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)取得接收信號，生成進(jìn)行了孔徑合成的整相信號，并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至裝置主體102。由此，不需要在超聲波成像裝置的主體102中搭載需要比較大的運算量的延遲時間運算部114。因此，既是小型又簡單的超聲波成像裝置，又能夠以基于每一個超聲波元件的波面?zhèn)鞑r間的延遲時間來進(jìn)行整相相加，可以提高圖像質(zhì)量。

符號說明

100被檢體；

101超聲波元件陣列；

102超聲波成像裝置主體；

103圖像顯示部；

104發(fā)送波束成形器；

106超聲波探頭；

107收發(fā)分離電路(t/r)；

108接收波束成形器；

109圖像處理部；

110控制臺；

111控制部。