JP2012005789A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルにおける受信信号の再生
【解決手段】欠損振動素子及び正常振動素子を含む複数の振動素子を有した超音波プローブと、前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記振動素子の欠損振動素子情報に基づいて複数からなる前記正常振動素子の中から選択した前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子に対応した正常受信チャンネルの受信信号を用いて前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの受信信号を再生し、得られた前記欠損受信チャンネルの受信信号と前記複数からなる正常振動素子の各々に対応した正常受信チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、整相加算された前記受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施例は、超音波プローブが有する欠損振動素子の影響を低減することが可能な超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、複数の振動素子が配列された超音波プローブを用いて被検体の複数方向に対し超音波送受信を行ない、このとき得られた反射波に基づいて生成した画像データや時系列データをモニタ上に表示するものであり、超音波プローブの先端部を体表に接触させるだけの簡単な操作で体内の２次元画像データや３次元画像データをリアルタイムで観測することができるため各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

３次元画像データの収集を目的とした従来の３次元走査では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブをその配列方向に対して垂直な方向に移動あるいは回動させながら被検体の３次元領域に対して超音波を送受信し、このとき収集したボリュームデータをレンダリング処理することにより３次元画像データの生成を行なってきた。

又、近年では、複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブ（２次元アレイ超音波プローブ）が実用化されている。この２次元アレイ超音波プローブの使用により３次元領域に対する超音波送受信は全て電子的な制御で行なうことができるため、上述の３次元画像データ等の収集に要する時間は大幅に短縮され、検査における操作性は著しく向上した。

ところで、超音波プローブは、配列された複数の振動素子をその先端部に有し、これらの振動素子の中には、製造上の原因や経時変化等により送受信感度等の送受信特性が著しく劣化した振動素子（以下では、欠損振動素子と呼ぶ。）が含まれている場合が多い。特に、極めて多くの微細な振動素子が２次元配列された上述の２次元アレイ超音波プローブでは、全ての振動素子に対して良好な送受信特性をもたせることは困難である。そして、欠損振動素子を他の正常な振動素子と同様に使用して超音波送受信を行なった場合には欠損振動素子の駆動に起因したノイズが受信信号に混入し画像データの画質が劣化するという問題点を有していた。

このような問題点に対し、超音波プローブの製造過程で検出した欠損振動素子の有無や欠損位置等に関する欠損振動素子情報を超音波プローブ内の記憶回路に予め保管し、超音波診断装置本体との接続時に前記記憶回路から供給される欠損振動素子情報に基づいて欠損振動素子に対応した駆動回路の動作を停止させる方法が提案され、更に、医療施設等に納入された超音波プローブに対して最新欠損振動素子情報の短時間収集を可能とする振動素子特性評価機能を備えた超音波診断装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−３９２４６号公報

上述のように超音波プローブにおいて配列された複数の振動素子の中から欠損振動素子を検出し、この欠損振動素子に対する駆動信号の供給を停止させることにより、欠損振動素子の駆動によって発生するノイズを抑えることができる。しかしながら、欠損振動素子の存在は受信感度の低下を招き、特に、振動素子を配列方向に対して順次切り替えるコンベックス走査方式やリニア走査方式の超音波プローブにおいて欠損振動素子が存在する場合、可変口径法の適用により少ない振動素子を用いて浅部から収集される受信信号の受信感度は欠損振動素子の存在によって感度が著しく劣化するため、良質な画像データを得ることができないという問題点を有していた。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、欠損振動素子を含む複数の振動素子を備えた超音波プローブを用いて受信信号を収集し、この受信信号に基づいて画像データを生成する際、前記欠損振動素子の影響を低減することが可能な超音波診断装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る超音波診断装置は、欠損振動素子及び正常振動素子を含む複数の振動素子を有した超音波プローブと、前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記振動素子の欠損振動素子情報に基づいて複数からなる前記正常振動素子の中から選択した前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子に対応した正常受信チャンネルの受信信号を用いて前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの受信信号を再生し、得られた前記欠損受信チャンネルの受信信号と前記複数からなる正常振動素子の各々に対応した正常受信チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、整相加算された前記受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備えたことを特徴としている。

第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例において再生される欠損受信チャンネルの受信信号とこの受信信号に対して与えられる遅延時間を説明するための図。 同実施例の超音波診断装置が備える受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備えるボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の変形例における送受信部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の変形例において再生される欠損受信チャンネルの受信信号を説明するための図。 同実施例の他の変形例において再生される欠損受信チャンネルの受信信号を説明するための図。 第２の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える素子特性評価部の具体的な構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本開示の実施例を説明する。

第１の実施例における超音波診断装置では、超音波プローブの内部に予め保管された振動素子の欠損振動素子情報に基づいて前記振動素子に接続される受信部を制御し、欠損振動素子に対応する欠損受信チャンネルに隣接した正常振動素子に対応する正常受信チャンネルにおいて得られた受信信号を用いて前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生する。

尚、以下の実施例では、その先端部に振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブを用いて被検体の３次元画像データ及びＭＰＲ(Multi Planar Reconstruction)画像データを収集する場合について述べるが、振動素子が２次元配列されたコンベックス走査用あるいはリニア走査用等の他の走査方式に対応した超音波プローブであってもよく、振動素子が１次元配列された各種走査用の超音波プローブであっても構わない。又、収集される画像データは、３次元画像データやＭＰＲ画像データに限定されない。

（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成と機能につき図１乃至図６を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波診断装置が備える超音波プローブ及び送受信部の具体的な構成を示すブロック図である。又、図４乃至図６は、前記超音波診断装置が備える受信信号処理部、ボリュームデータ生成部及び画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の診断対象部位を含む３次元領域に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し前記３次元領域から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子を備えた超音波プローブ２と、前記３次元領域の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ２の前記振動素子へ供給しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部３と、整相加算後の受信信号を処理してＢモードデータ及びカラードプラデータを生成する受信信号処理部４と、診断対象部位に対する３次元走査によって得られたＢモードデータ及びカラードプラデータを超音波送受信方向に対応させて配列しボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、上述のボリュームデータを処理して３次元画像データやＭＰＲ画像データを生成する画像データ生成部６と、得られた３次元画像データを所定の表示フォーマットに変換して表示する表示部７を備え、更に、治療対象部位を含んだ３次元領域に対する超音波走査（３次元走査）を制御する走査制御部８と、被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件や画像データ生成条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部９と、超音波診断装置１００が備える上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１０を備えている。

以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備える各ユニットの具体的な構成と機能につき更に詳しく説明する。

図１の超音波プローブ２は、図２に示すようにその先端部に２次元配列されたＮ個の振動素子２１と、これらの振動素子２１に含まれている欠損振動素子の位置情報等が欠損振動素子情報として予め保管されている素子情報保管部２２を有し、振動素子２１の各々は、Ｎチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部３の入出力端子に接続されている。

振動素子２１は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。この超音波プローブ２には、既に述べたようにセクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、医師や検査士らは診断目的や診断部位に応じて任意に選択することが可能であるが、本実施例では、Ｎ個の振動素子２１が２次元配列されているセクタ走査用の超音波プローブ２を用いた場合について述べる。一方、素子情報保管部２２には、例えば、超音波プローブ２の製造過程において行なわれる振動素子２１の特性評価にて検出された送受信感度や波形特性等が著しく劣化している欠損振動素子の位置情報等が欠損振動素子情報として予め保管されている。

次に、送受信部３は、図２に示すように被検体に対して送信超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ２に設けられたＮ個の振動素子２１へ供給する送信部３１と、振動素子２１から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算（位相合わせして加算）する受信部３２と、駆動信号の送信遅延時間や整相加算における受信遅延時間を制御する遅延制御部３３と、超音波プローブ２の素子情報保管部２２から供給される振動素子２１の欠損振動素子情報を保存する素子情報記憶部３４を備えている。

送信部３１は、レートパルス発生器３１１、送信遅延回路３１２、駆動回路３１３及び駆動制御部３１４を備え、レートパルス発生器３１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスをシステム制御部１０から供給される制御信号に基づいて生成する。送信遅延回路３１２は、Ｎチャンネルの遅延回路から構成され、送信において細いビーム幅を形成するために所定の深さに送信超音波を集束するための遅延時間（集束用遅延時間）と所定の送受信方向（θｐ、φｑ）に送信超音波を放射するための遅延時間（偏向用遅延時間）を前記レートパルスに与える。

Ｎチャンネルの駆動回路３１３は、超音波プローブ２に内蔵されたＮ個の振動素子２１を駆動するための駆動パルスを前記レートパルスに基づいて生成し、駆動制御部３１４は、素子データ記憶部３４から供給される欠損振動素子情報に基づいて欠損振動素子と接続された駆動回路３１３における駆動パルスの生成を阻止する。上述の欠損振動素子に対する駆動パルスの供給を停止することにより駆動パルスに起因したノイズの発生を低減することが可能となる。

一方、受信部３２は、Ｎチャンネルから構成されるプリアンプ３２１、Ａ／Ｄ変換器３２２、信号再生部３２３及び受信遅延回路３２４と加算器３２５及び再生制御部３２６を備えている。プリアンプ３２１は、振動素子２１によって電気信号に変換され多芯ケーブルを介して供給された微小な受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保し、このプリアンプ３２１において増幅された受信信号はＡ／Ｄ変換器３２２にてデジタル信号に変換される。

信号再生部３２３は、図示しないマトリクススイッチを備え、再生制御部３２６から供給される再生制御信号に基づいて正常振動素子に対応した受信チャンネル（正常受信チャンネル）の中から欠損振動素子に対応する受信チャンネル（欠損受信チャンネル）に隣接した正常受信チャンネルを選択する。そして、選択された正常受信チャンネルの受信信号（即ち、正常受信チャンネルにおけるＡ／Ｄ変換器３２２の出力）を用いて欠損受信チャンネルの受信信号を生成（再生）する。

受信遅延回路３２４は、被検体の所定の深さから反射した超音波反射波を集束するための集束用遅延時間と所定の送受信方向（θｐ、φｑ）に対して強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間を、Ａ／Ｄ変換器３２２から信号再生部３２３を介して供給される正常受信チャンネルの受信信号及び信号再生部３２３において再生された欠損受信チャンネルの受信信号に与え、加算器３２５は、受信遅延回路３２４から出力されたＮチャンネルからなる上述の受信信号を加算合成する。即ち、受信遅延回路３２４と加算器３２５により、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。

一方、再生制御部３２６は、超音波プローブ２の素子情報保管部２２から供給され素子情報記憶部３４に保存された欠損振動素子情報を読み出し、この欠損振動素子情報に基づいて生成した欠損受信チャンネルの受信信号を再生するための再生制御信号を信号再生部３２３に対して供給する。

次に、上述の信号再生部３２３によって再生される欠損受信チャンネルの受信信号と受信遅延回路３２４により前記受信信号に対して与えられる遅延時間につき図３を用いて説明する。尚、ここでは、欠損受信チャンネルＣｈｃに隣接する正常受信チャンネルＣｈｄの受信信号を用いて欠損受信チャンネルＣｈｃの受信信号を再生する場合について述べるが、これに限定されるものではなく、例えば、正常受信チャンネルＣｈｂの受信信号を用いて欠損受信チャンネルＣｈｃの受信信号を再生してもよい。

図３は、２次元配列されたＮ個の振動素子２１の中から検出された欠損振動素子２１ｃ及びこの欠損振動素子２１ｃの近傍に配置された正常の振動素子２１ａ、２１ｂ、２１ｄ、２１ｅと、振動素子２１ａ乃至２１ｅに対応するプリアンプ３２１ａ乃至３２１ｅ（図示せず）、Ａ／Ｄ変換器３２２ａ乃至３２２ｅ、信号再生部３２３ａ乃至３２３ｅ、受信遅延回路３２４ａ乃至３２４ｅ及び加算器３２５を示している。

この場合、振動素子２１ｃが欠損振動素子であることを示す欠損振動素子情報を素子情報記憶部３４から受信した再生制御部３２６は、信号再生部３２３ｃに対して再生制御信号を供給し、この再生制御信号を受信した信号再生部３２３ｃは自己のマトリクススイッチを用いて正常受信チャンネルＣｈｄにおけるＡ／Ｄ変換器３２２ｄの出力端子と欠損受信チャンネルＣｈｃにおける受信遅延回路３２４ｃの入力端子とを接続する。そして、Ａ／Ｄ変換器３２２ｄから供給される受信信号によって欠損受信チャンネルＣｈｃの受信信号を再生し、受信遅延回路３２４ｃへ供給する。

一方、受信遅延回路３２４ａ乃至３２４ｅは、Ａ／Ｄ変換器３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｄ及び３２２ｅから信号再生部３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｄ及び３２３ｅを介して供給された正常受信チャンネルの受信信号及び信号再生部３２３ｃにおいて新たに再生された欠損受信チャンネルの受信信号に対し予め設定された集束用遅延時間及び偏向用遅延時間を与え、加算器３２５は、受信遅延回路３２４ａ乃至３２４ｅの各々から出力される受信信号を加算合成する。

尚、上述の欠損受信チャンネルＣｈｃの受信遅延回路３２４ｃでは、正常受信チャンネルＣｈｄの受信遅延回路３２４ｄにおいて設定された遅延時間τｄと同一の遅延時間τｃ（τｃ＝τｄ）が信号再生部３２３ｃによって再生された受信信号に対して与えられる。

次に、図１の受信信号処理部４は、図４に示すように受信部３２の加算器３２５から出力された受信信号を処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号を直交位相検波してドプラ信号を検出するドプラ信号検出部４２と、検出されたドプラ信号に基づいて血管内の血流情報を反映したカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４３を備えている。

Ｂモードデータ生成部４１は、被検体の診断対象部位に対する３次元走査（第１の３次元走査）において受信部３２から供給される整相加算後の受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１１と、包絡線検波後の受信信号を対数変換してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。但し、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成してもよい。

一方、ドプラ信号検出部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備え、当該診断対象部位に対する３次元走査（第２の３次元走査）において受信部３２から供給される受信信号を直交位相検波してドプラ信号を検出する。

カラードプラデータ生成部４３は、ドプラ信号検出部４２によって検出されたドプラ信号を保存するドプラ信号記憶部４３１と、このドプラ信号に含まれる生体組織等の移動に起因した信号成分（クラッタ成分）を排除し血流に起因した信号成分（血流成分）を抽出するＭＴＩフィルタ４３２と、抽出された血流に起因する信号成分に対して自己相関演算を行ない、その演算結果に基づいて得られた特性値（例えば、血流の速度値、分散値、パワー値）を用いてカラードプラデータを生成する自己相関演算部４３３を備えている。

次に、図１に示したボリュームデータ生成部５の具体的な構成につき図５を用いて説明する。ボリュームデータ生成部５は、図５に示すようにＢモードデータ記憶部５１、カラードプラデータ記憶部５２、補間処理部５３及びボリュームデータ記憶部５４を備えている。

Ｂモードデータ記憶部５１には、上述の第１の３次元走査によって得られた受信信号に基づいて受信信号処理部４のＢモードデータ生成部４１が生成したＢモードデータが前記３次元走査の超音波送受信方向を付帯情報として保存され、同様にして、カラードプラデータ記憶部５２には、第２の３次元走査により得られた受信信号に基づいて受信信号処理部４のカラードプラデータ生成部４３が生成したカラードプラデータが前記３次元走査の超音波送受信方向を付帯情報として保存される。

一方、補間処理部５３は、Ｂモードデータ記憶部５１から読み出したＢモードデータを第１の３次元走査の超音波送受信方向に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成し、更に、この３次元Ｂモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成されるＢモードボリュームデータを生成する。

同様にして、補間処理部５３は、カラードプラデータ記憶部５２から読み出したカラードプラデータを第２の３次元走査の超音波送受信方向に対応させて配列することにより３次元カラードプラデータを形成し、この３次元カラードプラデータを補間処理してドプラモードボリュームデータを生成する。そして、得られたＢモードボリュームデータ及びドプラモードボリュームデータはボリュームデータ記憶部５４に一旦保存される。

次に、図１に示した画像データ生成部６の具体的な構成につき図６を用いて説明する。図６の画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５から供給されたＢモードボリュームデータ及びドプラモードボリュームデータに基づいて３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部６１と、前記ボリュームデータに基づいてＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成部６２と、上述の３次元画像データ及びＭＰＲ画像データを一旦保存する画像データ記憶部６３を備え、３次元画像データ生成部６１は、ボリュームデータ補正部６１１、不透明度・色調設定部６１２及びレンダリング処理部６１３を有している。

ボリュームデータ補正部６１１は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４から供給された診断対象部位のボリュームデータのボクセル値を予め設定された３次元表示用の視線ベクトルと臓器境界面に対する法線ベクトルとの内積値に基づいて補正し、不透明度・色調設定部６１２は、補正されたボクセル値に基づいて不透明度や色調を設定する。そして、レンダリング処理部６１３は、不透明度・色調設定部６１２によって設定された不透明度及び色調に基づいて上述のボリュームデータをレンダリング処理し３次元画像データを生成する。

一方、ＭＰＲ画像データ生成部６２は、ＭＰＲ断面形成部６２１及びボクセル抽出部６２２を有し、ＭＰＲ断面形成部６２１は、予め設定された１つあるいは複数の方向に対して平面状あるいは曲面状のＭＰＲ断面を形成する。次いで、ボクセル抽出部６２２は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４から供給された診断対象部位のボリュームデータに対し上述のＭＰＲ断面を設定し、このＭＰＲ断面上に存在する前記ボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成する。そして、３次元画像データ生成部６１において生成された３次元画像データ及びＭＰＲ画像データ生成部６２において生成されたＭＰＲ画像データは、画像データ記憶部６３に一旦保存された後表示部７へ供給される。

次に、表示部７は、図示しない表示データ生成部、変換処理部及びモニタを備え、前記表示データ生成部は、画像データ生成部６において生成された３次元画像データやＭＰＲ画像データを所定の表示フォーマットに変換し、更に、これらの画像データを合成して表示データを生成する。一方、前記変換処理部は、前記表示データ生成部にて生成された上述の表示データに対しＤ／Ａ変換やテレビフォーマット変換等の変換処理を行なって前記モニタに表示する。

走査制御部８は、入力部９からシステム制御部１０を介して供給されるボリュームデータ収集条件及び３次元走査モードの選択信号に基づき、診断対象部位におけるＢモードボリュームデータの収集を目的とした第１の３次元走査及びドプラモードボリュームデータの収集を目的とした第２の３次元走査の走査方向（超音波送受信方向）を設定する。

入力部９は、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、選択ボタン、マウス等の入力デバイスを備えたインターラクティブなインターフェースであり、被検体情報の入力、３次元走査モード（第１の３次元走査モード及び第２の３次元走査モード）の選択、ボリュームデータ生成条件の設定、画像データ生成条件及び画像データ表示条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう。

システム制御部１０は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には入力部９にて入力／設定／選択された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報、設定情報及び選択情報と素子情報記憶部３４に保存された欠損振動素子情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを制御することにより、隣接した正常受信チャンネルの受信信号を用いた欠損受信チャンネルにおける受信信号の再生と、再生された欠損受信チャンネルの受信信号及び複数からなる正常受信チャンネルの受信信号に基づくボリュームデータや画像データの生成を実行させる。

（変形例）
次に、本実施例の変形例につき図７乃至図９を用いて説明する。尚、本変形例の送受信部を示す図７において、図２に示した送受信部３の各ユニットと同一の構成及び機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

図７に示した本変形例の送受信部３ａは、被検体に対して送信超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ２に設けられたＮ個の振動素子２１に供給する送信部３１と、振動素子２１から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算（位相合わせして加算）する受信部３２ａと、前記駆動信号の送信遅延時間や前記整相加算における受信遅延時間を制御する遅延制御部３３と、超音波プローブ２の素子情報保管部２２から供給された振動素子２１の欠損振動素子情報を保存する素子情報記憶部３４を備えている。

受信部３２ａは、Ｎチャンネルから構成されるプリアンプ３２１、Ａ／Ｄ変換器３２２、受信遅延回路３２４及び重み付け部３２７と加算器３２５及び再生制御部３２６aを備えている。そして、重み付け部３２７は、図示しない可変利得増幅器を備え、再生制御部３２６aから供給される再生制御信号に基づいて欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの利得を零とし、前記欠損受信チャンネルに隣接した正常受信チャンネルの利得を増大させることにより欠損受信チャンネルの受信信号を生成（再生）する。

一方、再生制御部３２６ａは、超音波プローブ２の素子情報保管部２２から供給され素子情報記憶部３４に保存された欠損振動素子情報を読み出し、この欠損振動素子情報に基づいて生成した再生制御信号を重み付け部３２７に対して供給することにより、欠損受信チャンネル及び正常受信チャンネルにおける重み付け部３２７の利得を所定の値に設定する。

次に、重み付け部３２７による受信信号の再生につき図８及び図９を用いて説明する。

図８は、上述の実施例と同様にして欠損受信チャンネルに隣接した１つの正常受信チャンネルの受信信号によって欠損受信チャンネルの受信信号を生成する方法を示しており、受信チャンネルＣｈａ乃至Ｃｈｅの重み付け部３２７ａ乃至３２７ｅは相対利得Ａａ乃至Ａｅを有している。そして、受信遅延回路３２４ａ乃至３２４ｅにおいて遅延時間τａ乃至τｅが与えられた受信信号は重み付け部３２７ａ乃至３２７ｅにおいて相対利得Ａａ乃至Ａｅが与えられた後加算器３２５において加算合成（整相加算）される。

このような構成を有する受信部３２ａに対して振動素子２１ｃが欠損振動素子となった場合、再生制御部３２６ａは、欠損受信チャンネルＣｈｃの重み付け部３２７ｃにおける相対利得ＡｃをＡｃ＝０に設定し、欠損受信チャンネルＣｈｃに隣接する正常受信チャンネルＣｈｄの重み付け部３２７ｄにおける相対利得Ａｄを、例えば、Ａｄ＝１からＡｄ＝２へ更新する。このように欠損受信チャンネルＣｈｃに隣接した正常受信チャンネルＣｈｄの利得を増大させることにより欠損受信チャンネルＣｈｃの受信信号を正常受信チャンネルＣｈｄの受信信号を用いて再生することが可能となる。

又、図９に示すように、欠損受信チャンネルＣｈｃの相対利得ＡｃをＡｃ＝０に設定し、欠損受信チャンネルＣｈｃに隣接する正常受信チャンネルＣｈｂ及びＣｈｄの相対利得Ａｂ及びＡｄを、Ａｂ、Ａｄ＝１からＡｂ、Ａｄ＝１．５へ更新することにより欠損受信チャンネルＣｈｃの受信信号を正常受信チャンネルＣｈｂ及びＣｈｄの受信信号を用いて再生することが可能となる。

以上述べた第１の実施例及びその変形例によれば、欠損振動素子を含む複数の振動素子を備えた超音波プローブを用いて受信信号を収集し、この受信信号に基づいて画像データを生成する際、前記欠損振動素子の影響を低減することができる。このため、欠損振動素子を有した超音波プローブを用いても良質な画像データを収集することができるため、製造過程における超音波プローブの歩留まり率を向上させることが可能となる。

特に、欠損振動素子に隣接した正常振動素子によって得られる受信信号を用いて前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの受信信号を再生しているため、本来の受信信号に近い振幅と波形を有した良好な受信信号を再生することができ、従って、欠損振動素子に起因した感度劣化やこの感度劣化に基づいた画像データの画質劣化を低減することが可能となる。

又、受信信号の再生は、超音波プローブ単位で予め収集された欠損振動素子情報に基づいて行なわれるため、欠損受信チャンネルにおける受信信号の再生を短時間かつ確実に行なうことができる。

更に、上述の変形例によれば、受信信号の振幅に対して重み付けを行なうことにより、複雑なマトリクススイッチを有した信号再生部を用いなくても欠損受信チャンネルの受信信号を再生することができる。

次に、第２の実施例について説明する。この第２の実施例における超音波診断装置では、超音波プローブに内蔵された複数からなる振動素子の特性を評価することによって欠損振動素子情報を収集する。次いで、得られた欠損振動素子情報に基づいて前記振動素子に接続された受信部を制御し、欠損振動素子に対応する欠損受信チャンネルに隣接した正常振動素子に対応する正常受信チャンネルにおいて得られた受信信号を用いて前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生する。

（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１０及び図１１を用いて説明する。尚、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示す図１０のブロック図において、図１に示した超音波診断装置１００の各ユニットと同一の構成及び機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

即ち、図１０に示す本実施例の超音波診断装置２００は、被検体の診断対象部位を含む３次元領域に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し前記３次元領域から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子を備えた超音波プローブ２と、前記３次元領域の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ２の前記振動素子へ供給しこれらの振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部３ｂと、整相加算後の受信信号を処理してＢモードデータ及びカラードプラデータを生成する受信信号処理部４と、当該診断対象部位に対する３次元走査によって得られたＢモードデータ及びカラードプラデータを超音波送受信方向に対応させて配列しボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置２００は、上述のボリュームデータを処理して３次元画像データ及びＭＰＲ画像データを生成する画像データ生成部６と、得られた３次元画像データやＭＰＲ画像データを所定の表示フォーマットに変換して表示する表示部７を備え、更に、治療対象部位を含んだ３次元領域に対する超音波走査（３次元走査）を制御する走査制御部８と、被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件や画像データ生成条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部９ｂと、超音波診断装置２００が備える上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１０ｂを備えている。

そして、送受信部３ｂは、被検体に対して送信超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ２に設けられたＮ個の振動素子へ供給する送信部３１と、前記振動素子から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算（位相合わせして加算）する受信部３２と、駆動信号の送信遅延時間や整相加算における受信遅延時間を制御する遅延制御部３３と、超音波プローブ２が有する振動素子の特性を評価する素子特性評価部３５と、その評価結果によって判明した欠損振動素子の情報を保存する素子情報記憶部３４ｂを備えている。

次に、振動素子の特性を評価する素子特性評価部３５の具体的な構成と機能につき図１１を用いて説明する。この素子特性評価部３５は、図１１に示すように試験信号発生部３５１、試験信号分配部３５２及び試験信号分析部３５３を備えている。

試験信号発生部３５１は低出力インピーダンスを有し、システム制御部１０ｂから供給される素子特性評価モードの選択信号に基づき送信超音波の中心周波数（即ち、振動素子の共振周波数）と略等しい周波数の連続波を発生する。試験信号分配部３５２は、振動素子の共振周波数におけるインピーダンスと略等しいインピーダンスを有するＮ個の分配用抵抗を有している。そして、これらの分配用抵抗の一方の端子を振動素子と送受信部３ｂの入出力端子とを接続するＮチャンネルの信号線に接続し、前記分配用抵抗の他の端子を共通接続して試験信号発生部３５１の出力端子に接続することにより試験信号発生部３５１から出力された試験信号はＮチャンネルの信号線に供給される。

一方、試験信号分析部３５３は、理想的な性能を有する標準超音波プローブを用いて予め計測された試験信号の標準振幅値が予め保管されている図示しない記憶回路を有している。そして、所定チャンネルの信号線から受信部３２のプリアンプ３２１、Ａ／Ｄ変換器３２２、受信遅延回路３２４、加算器３２５等を介して供給される試験信号の振幅を計測し、更に、計測された振幅値と前記記憶回路に保管されている標準振幅値との比較によって前記チャンネルにおける振動素子の良否を判定する。この場合、受信チャンネルの何れかを順次選択して動作させることにより欠損振動素子の位置を特定することができる。そして、上述の試験信号分析部３５３によって得られた判定結果は、欠損振動素子情報として素子情報記憶部３４ａに保存される。尚、上述の素子特性評価を実現する具体的な回路構成については特許文献１等に記載されているため詳細な説明は省略する。

図１０へ戻って、入力部９ｂは、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、選択ボタン、マウス等の入力デバイスを備えたインターラクティブなインターフェースであり、被検体情報の入力、３次元走査モード（第１の３次元走査モード及び第２の３次元走査モード）の選択、ボリュームデータ生成条件の設定、画像データ生成条件及び画像データ表示条件の設定、素子特性評価モード及び画像データ収集モードの選択、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう。

一方、システム制御部１０ｂは、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には入力部９ｂにて入力／設定／選択された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報、設定情報及び選択情報と素子情報記憶部３４ｂに保存された欠損振動素子情報に基づいて超音波診断装置２００の各ユニットを制御することにより、隣接した正常受信チャンネルの受信信号を用いた欠損受信チャンネルにおける受信信号の再生と、再生された欠損受信チャンネルの受信信号及び複数からなる正常受信チャンネルの受信信号に基づくボリュームデータや画像データの生成を実行させる。

以上述べた第２の実施例によれば、欠損振動素子を含む複数の振動素子を備えた超音波プローブを用いて受信信号を収集し、この受信信号に基づいて画像データを生成する際、前記欠損振動素子の影響を低減することができる。このため、欠損振動素子を有した超音波プローブを用いても良質な画像データを収集することができるため、超音波プローブの寿命を延長させることが可能となる。

即ち、上述の第１の実施例と同様にして、欠損振動素子に隣接した正常振動素子によって得られる受信信号を用いて前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの受信信号を再生しているため、本来の受信信号に近い振幅と波形を有した良好な受信信号を再生することができ、従って、欠損振動素子に起因した感度劣化やこの感度劣化に基づいた画像データの画質劣化を低減することが可能となる。

又、素子特性評価部を用いた欠損振動素子の評価を任意のタイミングで行なうことができるため、最新の欠損振動素子情報に基づいた受信信号の再生が可能となり、良質な画像データを常時収集することができる。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。即ち、これら実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。又、これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上述の実施例では、その先端部に振動素子２１が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ２を用いて被検体の画像データを収集する場合について述べたが、振動素子が２次元配列されたコンベックス走査用あるいはリニア走査用等の他の走査方式に対応した超音波プローブであってもよく、又、振動素子が１次元配列された各種走査用の超音波プローブであっても構わない。

又、上述の超音波プローブ２を用いて３次元画像データ及びＭＰＲ画像データを収集する場合について述べたが、収集される画像データは３次元画像データやＭＰＲ画像データに限定されるものではなく、通常の２次元画像データあるいはＭモードデータやドプラスペクトラムデータ等の画像データであってもよい。

更に、欠損受信チャンネルに隣接した１つあるいは２つの正常受信チャンネルにて得られた受信信号に基づいて欠損受信チャンネルの受信信号を再生する場合について述べたが、欠損受信チャンネルに隣接あるいは近接する３つ以上の正常受信チャンネルにて得られた受信信号に基づいて欠損受信チャンネルの受信信号を再生してもよい。

又、Ａ／Ｄ変換器３２２の後段に配置された信号再生部３２３や受信遅延回路３２４の後段に配置された重み付け部３２７について述べたが、信号再生部３２３は、Ａ／Ｄ変換器３２２の前段に配置してもよく、又、重み付け部３２７は、Ａ／Ｄ変換器３２２の後段に配置しても構わない。

一方、上述の第２の実施例では、振動素子の各々に供給した試験信号を分析することにより欠損振動素子の判定を行なう場合について述べたが、この方法に限定されるものではない。

２…超音波プローブ
２１…振動素子
２２…素子情報保管部
３、３ａ、３ｂ…送受信部
３１…送信部
３１１…レートパルス発生器
３１２…送信遅延回路
３１３…駆動回路
３１４…駆動制御部
３２、３２ａ…受信部
３２１…プリアンプ
３２２…Ａ／Ｄ変換器
３２３…信号再生部
３２４…受信遅延回路
３２５…加算器
３２６、３２６ａ…再生制御部
３２７…重み付け部
３３…遅延制御部
３４、３４ｂ…素子情報記憶部
３５…素子特性評価部
４…受信信号処理部
５…ボリュームデータ生成部
６…画像データ生成部
７…表示部
８…走査制御部
９、９ｂ…入力部
１０、１０ｂ…システム制御部
１００、２００…超音波診断装置

Claims (8)

1. 欠損振動素子及び正常振動素子を含む複数の振動素子を有した超音波プローブと、
   前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、
   前記振動素子の欠損振動素子情報に基づいて複数からなる前記正常振動素子の中から選択した前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子に対応した正常受信チャンネルの受信信号を用いて前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルの受信信号を再生し、得られた前記欠損受信チャンネルの受信信号と前記複数からなる正常振動素子の各々に対応した正常受信チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、
   整相加算された前記受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記受信手段はスイッチング機能を有した信号再生手段を備え、前記信号再生手段は、前記欠損振動素子情報に基づいて前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子から得られた前記正常受信チャンネルの受信信号を抽出することにより前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記受信手段は、前記欠損振動素子情報に基づいて前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子から得られた前記正常受信チャンネルの受信信号の利得を制御することにより前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波プローブは予め計測された前記振動素子の欠損振動素子情報を保管する素子情報保管手段を備え、前記受信手段は、前記素子情報保管手段から供給される前記欠損振動素子情報に基づいて前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記振動素子の特性を評価することにより前記欠損振動素子情報を収集する素子特性評価手段を備え、前記受信手段は、前記素子特性評価手段によって収集された前記欠損振動素子情報に基づいて前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記受信手段は、前記振動素子の欠損振動素子情報に基づいて前記複数からなる正常振動素子の中から選択した前記欠損振動素子に隣接する１つあるいは複数の正常振動素子に対応した正常受信チャンネルの受信信号を用いて前記欠損受信チャンネルの受信信号を再生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記整相加算における受信信号の遅延時間を制御する遅延制御手段を備え、前記遅延制御手段は、前記欠損振動素子に対応した欠損受信チャンネルにおいて再生された受信信号及び前記欠損振動素子に隣接する正常振動素子に対応した正常受信チャンネルの受信信号に対して同一の遅延時間を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
8. 前記送信手段は駆動制御手段を備え、前記駆動制御手段は、前記振動素子の欠損振動素子情報に基づいて前記欠損振動素子に対する駆動信号の供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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