超音波診断装置
【課題】超音波診断装置において、ＰＩ（パルスインバージョン）法にしたがって受信信号中の高調波成分を抽出する場合に、残留基本波成分を効果的に排除する。
【解決手段】位相反転関係にある２つの受信信号１００，１０２が参照され、それらに含まれる基本波成分の対比から補正係数が求められる。その補正係数により、２つの受信信号１００，１０２の振幅が補正される。振幅が補正された後の２つの受信信号１０４，１０６が加算され、その加算により基本波成分が相殺され、その一方において高調波成分が抽出される。２つの受信信号に基づいて補正係数を求め、その補正係数を送信信号の振幅補正に用いるようにしてもよい。あるいは、２つの送信信号を参照して補正係数を求め、その補正係数を用いて２つの送信信号の振幅補正を行うようにしてもよい。２つの受信信号間における基本波成分の対称性の崩れが改善される。
【解決手段】位相反転関係にある２つの受信信号１００，１０２が参照され、それらに含まれる基本波成分の対比から補正係数が求められる。その補正係数により、２つの受信信号１００，１０２の振幅が補正される。振幅が補正された後の２つの受信信号１０４，１０６が加算され、その加算により基本波成分が相殺され、その一方において高調波成分が抽出される。２つの受信信号に基づいて補正係数を求め、その補正係数を送信信号の振幅補正に用いるようにしてもよい。あるいは、２つの送信信号を参照して補正係数を求め、その補正係数を用いて２つの送信信号の振幅補正を行うようにしてもよい。２つの受信信号間における基本波成分の対称性の崩れが改善される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、生体組織の非線形性により生じる高調波成分を観測する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波が生体内を伝搬すると、生体組織の非線形性から超音波に歪みが生じる。それによって生じた高調波成分（特に二次高調波成分）を受信信号中から抽出し、それを用いて生体組織の非線形性を評価したり生体組織を画像化したりすることが行われる。高調波成分を利用すれば分解能が良好な断層画像を形成できることが知られている。受信信号のスペクトルを見ると、大きな山状の基本波成分に隣接して小さな山状の二次高調波成分が認められ、両者間では一般にオーバーラップ部分が認められる。ＨＰＦを利用して二次高調波成分を抽出する方式には、上記のオーバーラップ部分の存在により、急峻なフィルタ特性をもったものを利用しても基本波成分を十分に除外することは難しい。
【０００３】
特許文献１及び２に記載されるように、ＰＩ法（パルスインバージョン法、フェイズインバージョン法）においては、第１超音波とその極性を反転した第２超音波とが順次送波され、それらの反射波を受信して得られた第１受信信号と第２受信信号とが相互に加算される。その加算によって、２つの受信信号間で、基本波成分がキャンセルされ、一方、二次高調波成分が２倍に加算される。これは、送信時の極性にかかわらず二次高調波成分が同じ極性で現れる現象を利用したものである。ＰＩ法の発展形あるいはその問題を解消した方法として、特許文献３に記載された手法がある。この手法では、周波数ｆ0の信号と周波数２ｆ0の信号とを合成した第１送信信号と、それの極性を反転させた第２送信信号とが順次送信され、それにより得られた第１受信信号及び第２受信信号から和信号と差信号を生成し、それらの除算演算によって、生体組織の非線形性を表す信号が生成される。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７０６８１９号明細書
【特許文献２】特開２００４−１１３８１８号公報
【特許文献３】特開２００１−２９９７６４号公報
【特許文献４】米国特許第６４５４７１４号明細書
【特許文献５】特開２００２−１６５７９６号公報
【特許文献６】特開２００２−３６９８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のＰＩ法においては、第１受信信号と第２受信信号の和が演算されるが、第１受信信号における基本波成分と第２受信信号の基本波成分との間に波形形状の違いが若干でも生じると、上記の和の演算において、基本波成分が十分相殺できずに残留基本波成分として残ってしまう。すなわち、第１受信信号の正側波形部分と第２受信信号の負側波形部分の対称性が崩れる場合、及び、第１受信信号の負側波形部分と第２受信信号の正側波形部分の対称性が崩れる場合、上記の残留基本波成分を生じさせる。基本波成分はそもそも強大なパワーを有し、一方、二次高調波成分は弱いパワーしか有していないために、残留基本成分が僅かでも存在すると、それがビーム指向性を劣化させたり、アーチファクトを増大させたりし、画質が劣化し（後述するパルス圧縮技術を適用する場合には特にアーチファクトが問題となる）、あるいは、生体組織の非線形性計測の信頼性を低下させたりする要因となる。なお、正負の波形部分の対称性が崩れる原因としては、送信部の正負特性の非対称性、生体の動きなど様々なものが考えられ、特に増幅器に原因がある場合が多い。増幅器を厳選しても完全に線形増幅を行う回路を入手するのは困難であり、多くの増幅器は正側と負側で僅かながら異なる増幅特性をもつ。
【０００６】
上記の特許文献４に記載された装置では、和信号中に含まれる残留基本波成分をフィルタを利用して特定しそれを除去している。上記の特許文献５に記載された装置では、組織の動きに起因する残留基本波成分の大きさに応じてＨＰＦの特性を変化させ、そのＨＰＦを利用して残留基本波成分を除去している。上記の特許文献６に記載された装置では、第１受信信号及び第２受信信号に対して、それらの加算に先立って、それぞれゲイン調整及びフィルタ処理を行って残留基本波成分を低減している。しかし、それらの文献には、正側波形部分と負側波形部分の相違を実際に検出し、それに基づいて各波形部分を補正するものは記載されていない。
【０００７】
本発明の目的は、高調波成分を精度良く抽出することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、残留基本波成分を効果的に除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、前記補正後において、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応する第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、その加算処理に先立って、第１受信信号及び第２受信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、第１受信信号に含まれる第１基本波成分及び第２受信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて補正処理がなされる。補正処理によって、各受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００１１】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１受信信号から前記第１基本波成分を構成する第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２受信信号から前記第２基本波成分を構成する第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、第１の補正係数を演算する第１の補正係数演算手段と、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分とに基づいて、第２の補正係数を演算する第２の補正係数演算手段と、前記第１の補正係数を用いて、前記第１受信信号における正側成分又は前記第２受信信号における負側成分のゲインを補正する第１のゲイン補正手段と、前記第２の補正係数を用いて、前記第１受信信号における負側成分又は前記第２受信信号における正側成分をゲイン補正する第２のゲイン補正手段と、を含む。
【００１２】
上記構成によれば、第１受信信号から第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分が抽出され、第２受信信号から第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。同様に、第１基本波負側成分と第２基本波正側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。よって、それらの相殺関係にある２つの成分から補正係数（第１の補正係数及び第２の補正係数）を求めることができ、それらの補正係数を利用して補正処理を行える。基本波成分を抽出する場合において、生体の非線形性によって生じた高調波成分の一部（オーバーラップ部分）が一緒に抽出されても、その振幅は基本波成分に比べて小さいので、補正処理上ほとんど問題とならない。あるいは、基本波成分の抽出に当たってはカットオフ周波数を低めに設定して高調波成分の入り込みを極力排除するようにしてもよい。いずれにしても、加算処理される２つの受信信号について、基本波成分を互いに揃えることによって、加算処理時に基本波成分を効果的に相殺除去して、基本波成分の残留を防止、軽減できる。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００１３】
望ましくは、前記第１の補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められ、前記第２の補正係数は、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００１４】
望ましくは、前記第１の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第１の補正係数を前記第１のゲイン補正手段へ出力する第１の平均化手段と、前記第２の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第２の補正係数を前記第２のゲイン補正手段へ出力する第２の平均化手段と、を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００１５】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。変調方式としては、周波数変調方式、コード変調方式などがあげられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題がより顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００１６】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記ｉ番目の第１受信信号及び前記ｉ番目の第２受信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の受信信号ペアそれ自体をリファレンスとして当該ｉ番目の受信信号ペアを補正した上で加算処理を行える。ｉは１以上の整数である。
【００１７】
（２）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応して第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、第１受信信号に含まれる第１基本波成分及び第２受信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて第１送信信号及び第２送信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、送信側での補正処理により、２つの受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００１９】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１受信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２受信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、を含む。
【００２０】
上記構成によれば、第１受信信号から第１基本波正側成分が抽出され、第２受信信号から第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。よって、相殺関係にある２つの成分の違いから補正係数を求めることができ、その補正係数を利用して、送信信号についての補正処理を行える。補正処理は、望ましくは、２つの送信信号の正側成分、又は、２つの送信信号の負側成分に対して行われる。その場合に、２つの送信信号間で共通の補正係数が用いられる。但し、２つの送信信号の正側成分及び負側成分の両方を補正するようにしてもよいし、一方の送信信号の正側成分と他方の送信信号の負側成分を補正するようにしてもよい。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００２１】
望ましくは、前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００２２】
望ましくは、前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００２３】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題が顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００２４】
望ましくは、試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される。生体の超音波診断と同時にリアルタイムで残留基本波成分を削減するための補正処理を行うことも可能であるが、上記構成によれば、最初に試験用送受信が実行されて補正係数が演算され、次の診断用送受信において補正係数が補正処理で利用される。
【００２５】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の受信信号ペアをリファレンスとして、その後のｊ番目の送信信号ペアを補正処理し、ｊ番目の送信信号ペアに対応するｊ番目の受信信号ペアがそれらの基本波成分を揃えられた状態で加算処理される。ｉは１以上の整数であり、ｊはｉよりも大きい整数である。
【００２６】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、前記複数の送信チャンネル間で共通の補正係数が用いられる。
【００２７】
（３）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、前記第１送信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応して第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、第１送信信号に含まれる第１基本波成分及び第２送信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて第１送信信号及び第２送信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、送信側での補正処理により、２つの受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００２９】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１送信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２送信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、を含む。
【００３０】
上記構成によれば、第１送信信号から第１基本波正側成分が抽出され、第２送信信号から第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分（同時に、第１基本波負側成分と第２基本波正側成分）は、本来的には対称関係にあるものである。よって、２つの成分の違いから補正係数を求めることができ、その補正係数を利用して、送信信号についての補正処理を行える。補正処理は、望ましくは、２つの送信信号の正側成分、又は、２つの送信信号の負側成分に対して行われる。その場合に、２つの送信信号間で共通の補正係数が用いられる。但し、２つの送信信号の正側成分及び負側成分の両方を補正するようにしてもよいし、一方の送信信号の正側成分と他方の送信信号の負側成分を補正するようにしてもよい。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００３１】
望ましくは、前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００３２】
望ましくは、前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００３３】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題が顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００３４】
望ましくは、試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される。生体の超音波診断と同時にリアルタイムで残留基本波成分を削減するための補正処理を行うことも可能であるが、上記構成によれば、最初に試験用送受信が実行されて補正係数が演算され、次の診断用送受信において補正係数が補正処理で利用される。
【００３５】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１送信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の送信信号ペアをリファレンスとして、その後のｊ番目の送信信号ペアを補正処理し、ｊ番目の送信信号ペアに対応するｊ番目の受信信号ペアがそれらの基本波成分を揃えられた状態で加算処理される。ｉは１以上の整数であり、ｊはｉよりも大きい整数である。
【００３６】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、前記各補正器によって各送信チャンネルごとに第１送信信号及び第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、前記各送信チャンネルごとにそれに対応した補正係数が用いられる。この構成によれば各送信チャンネルごとにきめ細かく補正処理を行える。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、高調波成分を精度良く抽出できる。あるいは、本発明によれば、残留基本波成分を効果的に除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の第１実施形態が示されている。この超音波診断装置は、生体内からの反射波に含まれる高調波成分を画像化する機能を有している。図１において、プローブ１０は体表面上に当接して用いられ、あるいは、体腔内に挿入して用いられるものである。プローブ１０は複数の振動素子からなるアレイ振動子（図示せず）を有している。アレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査などが知られている。プローブ１０がいわゆる２Ｄアレイ振動子を有していてもよい。すなわち、２Ｄアレイ振動子を用いて超音波ビームを二次元的に電子走査し、これによって三次元エコーデータ取込空間を形成してもよい。図１には、超音波ビーム１６を電子走査することによって形成される走査面１４が概念的に示されている。超音波ビーム１６は各ビームアドレスごとに形成される。
【００４０】
上述したＰＩ法を実行するため、各ビームアドレスごとに２回ずつ送受波が順次実行される。１回目の送信により第１超音波（超音波パルス）１８が送波され、それに対応する第１反射波２０が受波される。その後、同じビームアドレス上において、第２超音波（超音波パルス）２２が送波され、それに対応する第２反射波２４が受波される。第１超音波１８と第２超音波２２は互いに位相が１８０度異なる位相反転関係にある。なお、本実施形態において、第１超音波１８及び第２超音波２２の両者とも周波数変調がなされており、それらの超音波１８，２２はいわゆるチャープパルスである。周波数変調に代えて、二値化コードによる変調を利用するようにしてもよい。なお、そのような変調を行わない場合も本発明の範囲に含まれる。
【００４１】
送信部１２は、送信ビームフォーマーとして機能する。送信部１２は複数の送信チャンネルを有しており、複数の送信チャンネルによって複数の送信信号が生成され、それらが複数の振動素子に対して並列的に供給される。これによって送信ビームが形成される。上述したように、各ビームアドレスごとに位相反転関係をもって２つの送信信号が生成される。すなわち、各送信チャンネルごとに第１送信信号と、それに対して位相反転の関係にある第２送信信号とが生成される。より詳しくは、各送信チャンネルは上述したように周波数変調がなされた第１送信信号及び第２送信信号を順次生成する。
【００４２】
受信部２６は受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、複数の振動素子から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによって電子的に受信ビームを形成する。整相加算後の受信信号は補正部３２へ出力される。具体的には、各ビームアドレスごとに、第１反射波２０の受波によって生成される最初の受信信号がディレイライン３０に一旦格納される。第２反射波２４の受波によって生成される２番目の受信信号は受信部２６から補正部３２へそのまま出力される。補正部３２には、各ビームアドレスごとに２回の送受波によって得られる２つの受信信号１００，１０２が同時に入力されることになる。
【００４３】
補正部３２は、本実施形態において、基本波成分イコライザーとして機能し、２つの受信信号１００，１０２に含まれる基本波成分の振幅を補正し、それらの両者の振幅を揃える役割を有している。これについては後に図２を用いて説明する。補正部３２によって補正処理がなされた後の２つの受信信号１０４，１０６は加算器３４に入力される。
【００４４】
加算器３４は、互いに位相反転関係にある２つの受信信号１０４，１０６を加算するものであり、その加算によって２つの受信信号間における基本波成分を相殺させて、その一方において、２つの受信信号１０４，１０６に含まれる高調波成分（特に二次高調波成分）を抽出する。すなわち、上記のＰＩ法にしたがって高調波成分が抽出されることになる。その際、本実施形態においては、補正部３２が設けられており、２つの受信信号の加算に先立って両者の振幅が補正されているため、加算後における残留基本波成分を除去あるいは低減することが可能となる。これによって、ビーム指向性の劣化やアーチファクトの増大といった問題を解消あるいは軽減することが可能となる。特に、本実施形態においては、パルス圧縮技術が適用されており、残留基本波成分が残ると、適正にパルス圧縮を行えなくなるが、本実施形態によれば上述した基本波成分のイコライジングによって適正なパルス圧縮を実現することが可能である。
【００４５】
パルス圧縮部３６は、送信段階における変調に対応した復調、すなわちパルス圧縮処理を入力信号に対して施し、パルス圧縮後の信号を出力する。その信号は信号処理部３８に入力される。信号処理部３８は画像形成のための前処理として対数変換、検波などの処理を実行する。
【００４６】
画像形成部４０は、信号処理部３８から出力される信号に対して座標変換、補間処理などを適用し、これによって二次元断層画像を構成する。その画像データは表示部４２に送られ、表示部４２の画面上には二次元断層画像が表示される。もちろん、二次元断層画像以外の三次元画像、ドプラ画像、カラーフローマッピング画像などを形成するようにしてもよい。
【００４７】
制御部２８は、図１に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正部３２における補正係数の演算を制御しており、制御部２８の制御により補正係数を更新するタイミングが定められる。本実施形態においては、例えば連続的に補正係数を求めるモード、プローブ交換時に補正係数を更新するモード、フレームごとに補正係数を更新するモード、ユーザーによって任意のレートで補正係数を更新するモードなどが具備されており、そのような各種のモードの中から選択されたモードにしたがって制御部２８が補正部３２の動作を制御する。
【００４８】
次に、図２を用いて、図１に示した補正部３２の具体的な構成例について説明する。受信信号１００はディレイ４４を介して乗算器４６の一方入力端子へ入力されている。この乗算器４６は後に説明するように、受信信号１００における負側成分の振幅を補正する機能を有している。一方、受信信号１０２はディレイ５６を介して乗算器５８の一方入力端子へ入力されている。後に説明されているように、乗算器５８は受信信号１０２の負側成分の振幅を調整する機能を有している。
【００４９】
乗算器４６，５８で用いる第１の補正係数及び第２の補正係数を演算するため、以下に説明するように、第１受信信号及び第２受信信号が参照され、また相互に比較される。受信信号１００はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８に入力される。このＬＰＦ４８は受信信号１００に含まれる基本波成分１０８を抽出するフィルタである。ＬＰＦに代えてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いるようにしてもよい。これは後述する各ＬＰＦについて同様に言えることである。なお、抽出された基本波成分１０８における正側成分がＡで表されており、負側成分が−ｂＡ’で示されている。正フィルタ５０は基本波成分１０２の内で正側成分１１０を抽出する。負フィルタ５２は基本波成分１０８における負側成分１１２を抽出する。
【００５０】
一方、ＬＰＦ６０は受信信号１０２から基本波成分１１４を抽出する。図２において、基本波成分１１４の負側成分の振幅が−ａＡで表されており、正側成分の振幅がＡ’で示されている。正フィルタ６２は、基本波成分１１４の内で正側成分１１６を抽出する。負フィルタ６４は基本波成分１１４の内で負成分１１８を抽出する。
【００５１】
除算器５４は、受信信号１００から得られた正側成分１１０と受信信号１０２から得られた負側成分１１８とに対して除算演算を実行し、具体的には、正側成分１１０を負側成分１１８で割って必要に応じてその解の符号操作を行うことにより第１の補正係数１／ａを求める。
【００５２】
上記と同様に、除算器６６は、受信信号１００から得られた負側成分１１２と、受信信号１０２から得られた正側成分１１６とに対して除算演算を実行し、具体的には、正側成分１１６を負側成分１１２で除した上で符号操作を行うことにより第２補正係数１／ｂを求める。
【００５３】
第１補正係数は平均値演算器６８に入力され、これによって時間軸上において第１補正係数が平均化される。そして、その平均化後の第１補正係数がメモリ７０上に格納され、メモリ７０から読み出される第１補正係数が乗算器５８の他方入力端子に与えられる。これにより、乗算器５８においては受信信号１０２における負側成分に対して第１補正係数を用いた振幅調整が適用されることになる。
【００５４】
除算器６６から出力される第２補正係数は平均値演算器７２に入力され、その平均値演算器７２において第２補正係数が時間軸上において平均化される。平均化後の第２補正係数はメモリ７４上に格納され、そこから読み出された第２補正係数が乗算器４６の他方入力端子に与えられる。乗算器４６は受信信号１００における負側成分に対して第２補正係数を用いて振幅の調整を行う。
【００５５】
以上により、振幅調整がなされた受信信号１０４，１０６が得られることになる。それらの受信信号１０４，１０６においては、基本波成分について、両者の振幅が正負揃えられており、後の加算処理において基本波成分を効果的に相殺あるいは抑圧することが可能となる。すなわち、図２に示す構成例によれば、加算対象となる２つの受信信号それ自体を参照し、各受信信号に含まれる基本波成分を相互に比較し、それらの違いを表す補正係数を求めることにより、それぞれの受信信号に対して適切なゲイン補正を実行することが可能となる。図２の構成においては、２つの受信信号１００，１０２のそれぞれの負側成分について振幅補正が行われていたが、それぞれの受信信号の正側成分について振幅補正を行うようにしてもよいし、一方の受信信号の正側成分と他方の受信信号の負側成分について振幅補正を行うようにしてもよい。
【００５６】
除算器５４，６６において、分子あるいは分母の値が小さくなると、除算演算結果の誤差が増大する可能性があるため、分子、分母がある一定値以下になった場合には、各補正係数を強制的に１に固定させるのが望ましい。図２には現れていないがそのような判定回路が除算器５４，６６内に含まれている。図１に示した構成において、パルス圧縮部を配置する箇所は加算器３４の後段でなくてもよく、加算器３４の前段であってもよい。また受信部２６における受信チャンネルごとにパルス圧縮部を個別的に設けるようにしてもよい。パルス圧縮部を設ける位置については以上のように自由度がある。このことは、以下に説明する図３及び図５に示す実施形態においても同様に言えることである。
【００５７】
次に、図３及び図４を用いて第２実施形態について説明する。なお、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１に示した実施形態においては、２つの受信信号に基づいてそれらの２つの受信信号自体の振幅が補正されていたが、図３に示す実施形態においては、２つの受信信号に基づいて２つの送信信号の振幅が補正される。具体的には以下の通りである。
【００５８】
送信部２００は送信ビームフォーマーとして機能し、その送信部２００は複数の送信チャンネル（送信器）２００Ａ，２００Ｂによって構成される。各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂはそれぞれ同一の構成を有している。
【００５９】
ここで、送信チャンネル２００Ａを代表して説明することにする。波形発生器２０６はメモリなどによって構成され、デジタル信号として送信波形を生成する。具体的には、第１送信信号波形と第２送信信号波形とを順次生成する。分配器２０８は図示の例では波形発生器２０６から出力される送信信号における正側成分と負側成分とを分配する回路であり、図３に示す例では、正側成分は分配器２０８から遅延器２１０へそのまま出力されており、負側成分は分配器２０８から乗算器２１０を介して遅延器２１２へ出力されている。すなわち、負側成分について振幅の補正が乗算器２１０において行われる。
【００６０】
その場合における補正係数は後述する補正係数演算部２２０から与えられる。複数の送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂに含まれる複数の乗算器２１０と、後述する補正係数演算部２２０はそれら全体として補正部２１８を構成するものである。図３に示す構成においては第１送信信号及び第２送信信号の両者ともそこに含まれる負側成分についての振幅の補正が同じ補正係数によって実行されており、更にその補正係数は各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂにおいて共通である。図３においては補正係数が符号２２４で表されている。
【００６１】
遅延器２１２には補正処理後の正側成分及び負側成分を一体化させた送信信号が入力され、その送信信号が遅延処理される。遅延後の送信信号はＤ／Ａ変換器２１４においてデジタル信号形式からアナログ信号形式へ変換される。アナログ信号としての送信信号はリニアアンプ２１６において増幅され、増幅後の増幅信号がプローブ１０へ出力される。具体的には、プローブ１０に備えられているアレイ振動子上における対応振動素子へ送信信号が出力される。上記のように、各ビームアドレスごとに２回目の送受信が実行されており、１回目の送受信時には第１送信信号が生成され、２回目の送受信時には第２送信信号が生成されている。
【００６２】
プローブ１０から出力される複数の受信信号は受信部２６に入力され、それらの複数の受信信号が整相加算処理される。受信部２６から出力される最初の受信信号はディレイライン３０に一旦格納された後、そこから読み出されて加算器３４の一方入力端子に入力される。２番目の受信信号は受信部２６からそのまま加算器３４の他方入力端子に入力される。それらの受信信号が図３において符号１００，１０２で表されている。加算器３４は上述したＰＩ法にしたがって互いに位相反転関係にある２つの受信信号を加算し、これによって基本波成分をキャンセルし、その一方において高調波成分を抽出する。その高調波成分を表す信号はパルス圧縮部３６においてパルス圧縮処理され、それによって得られた信号が信号処理部３８を経由して画像形成部４０へ送られる。画像形成部４０においては入力される信号に基づいて超音波画像を形成する処理が実行され、それによって形成された画像データが表示部４２へ出力される。
【００６３】
補正係数演算部２２０は、各ビームごとに得られる２つの受信信号１００，１０２を参照し、これによって補正係数２２４を演算する。これについては後に図４を用いて説明する。制御部２０４は、図３に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正係数演算部２２０の動作を制御しており、補正係数の更新タイミングは上述した図１に示す実施形態と同様に制御部２０４によって制御されている。
【００６４】
図４には、図３に示した補正係数演算部２２０の具体的な構成例が示されている。この補正係数演算部２２０は２つの受信信号１００，１０２に含まれるそれぞれの基本波成分を相互に比較することにより補正係数を求めるものである。
【００６５】
受信信号１００はＬＰＦ２３０に入力され、そのＬＰＦ２３０によって受信信号１００に含まれる基本波成分２３２が抽出される。図４においては、その基本波成分２３２における正側成分がＡで示され、負側成分が−ｂＡ’で表されている。その基本波成分２３２は正フィルタ２３４に入力され、基本波成分２３２における正側成分２３６が抽出される。一方、受信信号１０２はＬＰＦ２４０に入力され、そのＬＰＦ２４０において受信信号１０２に含まれる基本波成分２４２が抽出される。図４においては、その基本波成分２４２における負側成分が−ａＡで表され、正側成分がＡ’で表されている。基本波成分２４２は負フィルタ２４４に入力され、基本波成分２４２の内で負側成分２４６のみが抽出される。
【００６６】
除算器２３８は、正側成分２３６を負側成分２４６で除することにより、更に必要に応じてその解の符号操作を行うことにより、補正係数（１／ａ）を求める。その補正係数は平均値演算器２５０に入力され、そこにおいて時間軸上の平均化処理が行われる。平均化処理後の補正係数はメモリ２５２上に格納され、そこから読み出された補正係数２２４が図３に示される送信部２００へ出力される。具体的には、各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂに含まれる乗算器２１０へ振幅調整用の信号として出力される。
【００６７】
したがって、図３に示す実施形態によれば、２つの受信信号に含まれる基本波成分を相互に比較することにより、補正係数を求め、その補正係数を用いて送信信号における正側と負側の振幅のアンバランスを補正することができる。したがって、例えばリニアアンプ２１６において正側特性と負側特性にずれがあったとしても、その上流側において正側振幅と負側振幅とを調整することができるので、結果として、２つの受信信号を得た場合における基本波成分の対称性のくずれを解消又は軽減することが可能となる。上記実施形態では、第１送信信号及び第２送信信号の負側成分について一律の補正係数が与えられたが、それぞれについて個別的に補正係数を与えるようにしてもよい。あるいは、２つの受信信号の正側成分についての補正と２つの受信信号についての負側成分の補正とを共に行うようにしてもよい。
【００６８】
図１に示した実施形態においては、ｉ番目に得られた２つの受信信号を参照してｉ番目の２つの受信信号それ自体の補正が行われており、いわゆるリアルタイム補正を行うことが可能である。これに対し、図３に示す実施形態においては、ｉ番目の２つの受信信号に基づいて、それ以降に生成されるｊ番目の２つの送信信号について振幅補正を行うことが可能である。よって、例えば実際の超音波診断を行う前に試験用送受信を実行し、これによって２つの受信信号を得て、上記のような補正係数を求めて保存しておき、実際の超音波診断における送受信において事前に求められた補正係数を利用するようにしてもよい。もちろん、超音波診断を行いながら、補正係数を求めると共に、その補正係数を用いて逐次的に送信信号の振幅を調整するようにしてもよい。
【００６９】
なお、図１及び図３に示す構成において、送受信部とプローブとの間に例えばマルチプレクサなどの回路を設けるようにしてもよい。プローブ内には必要に応じて受信処理機能及び送信機能を搭載するようにしてもよい。これは以下に説明する図５に示す実施形態についても同様に言えることである。
【００７０】
図５には、第３実施形態が示されている。なお、図１〜図４に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。図５に示す実施形態においては、第１送信信号及び第２送信信号を参照し、それらに含まれる基本波成分を比較することにより補正係数を求め、その補正係数を用いて第１送信信号及び第２送信信号の振幅が補正される。
【００７１】
送信部３００は、送信ビームフォーマーとして機能し、送信部３００は複数の送信チャンネル（送信器）３００Ａ，３００Ｂによって構成される。各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂは、上述した図３に示した送信器２００Ａ，２００Ｂと同様に、波形発生器２０６、分配器２０８、乗算器２１０、遅延器２１２、Ｄ／Ａ変換器２１４、リニアアンプ２１６などを備えている。更に、各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂはそれぞれ補正係数演算部３０８を備えている。この補正係数演算部３０８は、リニアアンプ２１６から出力される送信信号３１０を帰還入力し、すなわち第１送信信号及び第２送信信号を参照し、それらに基づいて補正係数３１２を求めるものである。その補正係数３１２は乗算器２１０に対して、振幅調整用として与えられる。各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂにおいて、補正係数演算部３０８及び乗算器２１０はそれらを合わせて補正部３０６を構成する。補正係数演算部３０８については後に図６を用いて説明する。
【００７２】
受信部２６は受信ビームフォーマーとして機能し、プローブ１０から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行する。これにより得られた受信信号は加算器３４に入力される。具体的には、最初に得られた受信信号がディレイライン３０に格納され、そこから読み出された受信信号１０２が加算器３４の一方入力端子に与えられる。２番目に現れる受信信号１００は、受信部２６からそのまま加算器３４の他方入力端子に与えられる。加算器３４はＰＩ法にしたがって２つの受信信号１００，１０２を加算し、これによって基本波成分をキャンセルしつつ高調波成分を抽出する。加算器３４以降には、上述した構成例と同様に、パルス圧縮部３６、信号処理部３８、画像形成部４０及び表示部４２が設けられている。制御部３４は図５に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正部３０６における動作を制御している。
【００７３】
図６には、図５に示した補正係数演算部３０８の具体的な構成例が示されている。Ａ／Ｄ変換器３０９には送信信号３１０が入力される。これによってリニアアンプから出力される送信信号がアナログ信号形式からデジタル信号形式へ変換される。ちなみに、Ａ／Ｄ変換器３０９の前段にアッテネータなどの回路を設けるのが望ましい。
【００７４】
最初に出力された送信信号はディレイ３１４に一旦格納された後、そこから読み出されて送信信号３１８としてＬＰＦ３３０へ出力される。２番目の送信信号はＡ／Ｄ変換器３０９から送信信号３１６としてＬＰＦ３２０へ出力される。ＬＰＦ３２０，３３０は送信信号３１６，３１８に含まれる基本波成分を抽出するフィルタである。基本的に、送信信号は基本波成分のみによって構成されるものであるが、送信器内における各回路の特性から高調波が発生する可能性もあり、そのような高調波成分を除去して精度良く補正係数を求めるためにＬＰＦ３２０，３３０が設けられている。上記のように、ＬＰＦ３２０，３３０に代えてそれらをＢＰＦにしてもよい。
【００７５】
ＬＰＦ３２０から出力される基本波成分３２２は正フィルタ３２４に入力され、基本波成分３２２における正側成分３２６が抽出される。一方、ＬＰＦ３３０から出力される基本波成分３３２は、負フィルタ３３４に入力され、そのフィルタ３３４において基本波成分３３２における負側成分３３６が抽出される。
【００７６】
除算器３２８は、正側成分３２６を負側成分３３６で除することにより、更にその解に対して符号操作を行うことにより、補正係数（１／ａ）を求める。その補正係数は平均値演算器３３８に入力され、そこで時間軸上における平均化処理が実行される。平均化後の補正係数はメモリ３４０に格納され、そこから読み出される補正係数３１２が図５に示した乗算器２１０に与えられる。
【００７７】
したがって、図５に示した実施形態によれば、各送信チャンネルごとに自己が出力する２つの送信信号を互いに比較し合って補正係数を求め、例えばリニアアンプに非対称性が発生している場合には、負側成分の振幅補正によりその非対称性を解消することが可能となる。図５に示す実施形態では、第１送信信号の負側成分及び第２送信信号の負側成分について共通の振幅補正が行われていたが、それらを別々に補正するようにしてもよいし、また負側成分ではなく、正側成分の補正あるいは負側成分と正側成分の両者の補正を行うようにしてもよい。いずれにしても、実際の２つの送信信号に含まれる基本波成分を対比することにより、それらの違いを表す補正係数を求め、その補正係数によって送信信号の振幅補正を行うことが可能となる。これによれば、送信特性をより良好なものにすることができるので、加算器３４において２つの受信信号を入力する段階において２つの受信信号間における基本波成分の対称性の崩れを解消あるいは軽減することが可能となる。これによって、加算処理後における残留基本波成分の発生を防止あるいは軽減することができるので、ビーム指向性を改善でき、またアーチファクトの発生を効果的に抑制できるという利点がある。
【００７８】
なお、各実施形態においては、上述したように第１送信信号及び第２送信信号としてチャープパルスが用いられており、受信信号処理においてはパルス圧縮が適用されていたが、変調及びパルス圧縮については必ずしも行わなくてよい。但し、そのような技術を適用することにより、より良好な超音波画像を形成できる。その場合において、残留基本波成分を効果的に排除できるため、パルス圧縮を行う場合においてもその処理を適正に行って超音波画像の画質を著しく高められるという利点がある。上記のように、パルス圧縮部の配置箇所は加算処理の前段であってもよく、また各受信チャンネルごとに個別的にパルス圧縮処理器を設けるようにしてもよい。
【００７９】
図５に示す構成において、ｉ番目の２つの送信信号を参照してそれ以降に生成されるｊ番目の２つの送信信号の補正を行うことが可能である。実際の超音波診断用の送受信に先立って、試験用の送受信を実行し、そのような送受信において補正係数を求めておいて保存し、保存された補正係数を用いて実際の診断用の送受信を行うようにしてもよい。図５に示す構成によれば、各送信チャンネルごとにきめ細かく送信信号の振幅補正を行えるという利点がある。リニアアンプなどの電子回路は同じ部品であっても若干ながら特性が揃っていない面があり、各送信チャンネルごとに送信信号の振幅補正を行えば、デバイスの僅かな特性の差に起因する問題も解消することが可能である。
【００８０】
図５に示す構成に加えて更に図１に示す構成を組み合わせるようにしてもよい。すなわち送信処理段階において２つの送信信号それ自体に基づいて２つの送信信号の振幅補正を行うと共に、受信処理段階において２つの受信信号を参照して、それら２つの受信信号の振幅補正を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す補正部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る超音波診断装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３に示す補正係数演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る超音波診断装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図６】図５に示す補正係数演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ プローブ、１２ 送信部、１８ 第１超音波、２０ 第１反射波、２２ 第２超音波、２４ 第２反射波、２６ 受信部、２８ 制御部、３２ 補正部（基本波成分イコライザー）、３４ 加算器、３６ パルス圧縮部、２１０ 乗算器、２１８ 補正部、２２０ 補正係数演算部、３０６ 補正部、３０８ 補正係数演算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、生体組織の非線形性により生じる高調波成分を観測する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波が生体内を伝搬すると、生体組織の非線形性から超音波に歪みが生じる。それによって生じた高調波成分（特に二次高調波成分）を受信信号中から抽出し、それを用いて生体組織の非線形性を評価したり生体組織を画像化したりすることが行われる。高調波成分を利用すれば分解能が良好な断層画像を形成できることが知られている。受信信号のスペクトルを見ると、大きな山状の基本波成分に隣接して小さな山状の二次高調波成分が認められ、両者間では一般にオーバーラップ部分が認められる。ＨＰＦを利用して二次高調波成分を抽出する方式には、上記のオーバーラップ部分の存在により、急峻なフィルタ特性をもったものを利用しても基本波成分を十分に除外することは難しい。
【０００３】
特許文献１及び２に記載されるように、ＰＩ法（パルスインバージョン法、フェイズインバージョン法）においては、第１超音波とその極性を反転した第２超音波とが順次送波され、それらの反射波を受信して得られた第１受信信号と第２受信信号とが相互に加算される。その加算によって、２つの受信信号間で、基本波成分がキャンセルされ、一方、二次高調波成分が２倍に加算される。これは、送信時の極性にかかわらず二次高調波成分が同じ極性で現れる現象を利用したものである。ＰＩ法の発展形あるいはその問題を解消した方法として、特許文献３に記載された手法がある。この手法では、周波数ｆ0の信号と周波数２ｆ0の信号とを合成した第１送信信号と、それの極性を反転させた第２送信信号とが順次送信され、それにより得られた第１受信信号及び第２受信信号から和信号と差信号を生成し、それらの除算演算によって、生体組織の非線形性を表す信号が生成される。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７０６８１９号明細書
【特許文献２】特開２００４−１１３８１８号公報
【特許文献３】特開２００１−２９９７６４号公報
【特許文献４】米国特許第６４５４７１４号明細書
【特許文献５】特開２００２−１６５７９６号公報
【特許文献６】特開２００２−３６９８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のＰＩ法においては、第１受信信号と第２受信信号の和が演算されるが、第１受信信号における基本波成分と第２受信信号の基本波成分との間に波形形状の違いが若干でも生じると、上記の和の演算において、基本波成分が十分相殺できずに残留基本波成分として残ってしまう。すなわち、第１受信信号の正側波形部分と第２受信信号の負側波形部分の対称性が崩れる場合、及び、第１受信信号の負側波形部分と第２受信信号の正側波形部分の対称性が崩れる場合、上記の残留基本波成分を生じさせる。基本波成分はそもそも強大なパワーを有し、一方、二次高調波成分は弱いパワーしか有していないために、残留基本成分が僅かでも存在すると、それがビーム指向性を劣化させたり、アーチファクトを増大させたりし、画質が劣化し（後述するパルス圧縮技術を適用する場合には特にアーチファクトが問題となる）、あるいは、生体組織の非線形性計測の信頼性を低下させたりする要因となる。なお、正負の波形部分の対称性が崩れる原因としては、送信部の正負特性の非対称性、生体の動きなど様々なものが考えられ、特に増幅器に原因がある場合が多い。増幅器を厳選しても完全に線形増幅を行う回路を入手するのは困難であり、多くの増幅器は正側と負側で僅かながら異なる増幅特性をもつ。
【０００６】
上記の特許文献４に記載された装置では、和信号中に含まれる残留基本波成分をフィルタを利用して特定しそれを除去している。上記の特許文献５に記載された装置では、組織の動きに起因する残留基本波成分の大きさに応じてＨＰＦの特性を変化させ、そのＨＰＦを利用して残留基本波成分を除去している。上記の特許文献６に記載された装置では、第１受信信号及び第２受信信号に対して、それらの加算に先立って、それぞれゲイン調整及びフィルタ処理を行って残留基本波成分を低減している。しかし、それらの文献には、正側波形部分と負側波形部分の相違を実際に検出し、それに基づいて各波形部分を補正するものは記載されていない。
【０００７】
本発明の目的は、高調波成分を精度良く抽出することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、残留基本波成分を効果的に除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、前記補正後において、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応する第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、その加算処理に先立って、第１受信信号及び第２受信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、第１受信信号に含まれる第１基本波成分及び第２受信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて補正処理がなされる。補正処理によって、各受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００１１】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１受信信号から前記第１基本波成分を構成する第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２受信信号から前記第２基本波成分を構成する第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、第１の補正係数を演算する第１の補正係数演算手段と、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分とに基づいて、第２の補正係数を演算する第２の補正係数演算手段と、前記第１の補正係数を用いて、前記第１受信信号における正側成分又は前記第２受信信号における負側成分のゲインを補正する第１のゲイン補正手段と、前記第２の補正係数を用いて、前記第１受信信号における負側成分又は前記第２受信信号における正側成分をゲイン補正する第２のゲイン補正手段と、を含む。
【００１２】
上記構成によれば、第１受信信号から第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分が抽出され、第２受信信号から第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。同様に、第１基本波負側成分と第２基本波正側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。よって、それらの相殺関係にある２つの成分から補正係数（第１の補正係数及び第２の補正係数）を求めることができ、それらの補正係数を利用して補正処理を行える。基本波成分を抽出する場合において、生体の非線形性によって生じた高調波成分の一部（オーバーラップ部分）が一緒に抽出されても、その振幅は基本波成分に比べて小さいので、補正処理上ほとんど問題とならない。あるいは、基本波成分の抽出に当たってはカットオフ周波数を低めに設定して高調波成分の入り込みを極力排除するようにしてもよい。いずれにしても、加算処理される２つの受信信号について、基本波成分を互いに揃えることによって、加算処理時に基本波成分を効果的に相殺除去して、基本波成分の残留を防止、軽減できる。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００１３】
望ましくは、前記第１の補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められ、前記第２の補正係数は、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００１４】
望ましくは、前記第１の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第１の補正係数を前記第１のゲイン補正手段へ出力する第１の平均化手段と、前記第２の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第２の補正係数を前記第２のゲイン補正手段へ出力する第２の平均化手段と、を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００１５】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。変調方式としては、周波数変調方式、コード変調方式などがあげられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題がより顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００１６】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記ｉ番目の第１受信信号及び前記ｉ番目の第２受信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の受信信号ペアそれ自体をリファレンスとして当該ｉ番目の受信信号ペアを補正した上で加算処理を行える。ｉは１以上の整数である。
【００１７】
（２）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応して第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、第１受信信号に含まれる第１基本波成分及び第２受信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて第１送信信号及び第２送信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、送信側での補正処理により、２つの受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００１９】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１受信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２受信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、を含む。
【００２０】
上記構成によれば、第１受信信号から第１基本波正側成分が抽出され、第２受信信号から第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分は加算処理によって本来的に相殺されるべき関係にあるものである。よって、相殺関係にある２つの成分の違いから補正係数を求めることができ、その補正係数を利用して、送信信号についての補正処理を行える。補正処理は、望ましくは、２つの送信信号の正側成分、又は、２つの送信信号の負側成分に対して行われる。その場合に、２つの送信信号間で共通の補正係数が用いられる。但し、２つの送信信号の正側成分及び負側成分の両方を補正するようにしてもよいし、一方の送信信号の正側成分と他方の送信信号の負側成分を補正するようにしてもよい。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００２１】
望ましくは、前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００２２】
望ましくは、前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００２３】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題が顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００２４】
望ましくは、試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される。生体の超音波診断と同時にリアルタイムで残留基本波成分を削減するための補正処理を行うことも可能であるが、上記構成によれば、最初に試験用送受信が実行されて補正係数が演算され、次の診断用送受信において補正係数が補正処理で利用される。
【００２５】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の受信信号ペアをリファレンスとして、その後のｊ番目の送信信号ペアを補正処理し、ｊ番目の送信信号ペアに対応するｊ番目の受信信号ペアがそれらの基本波成分を揃えられた状態で加算処理される。ｉは１以上の整数であり、ｊはｉよりも大きい整数である。
【００２６】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、前記複数の送信チャンネル間で共通の補正係数が用いられる。
【００２７】
（３）本発明は、第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、前記第１送信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、第１送信信号と第２送信信号とが生成され、それらに対応して第１超音波及び第２超音波が生体内へ送波される。通常、ビームアドレスごとに第１送信信号と第２送信信号が一定の時間間隔をもって順次生成される。第１超音波と第２超音波は互いに位相が１８０度反転した関係にあり、同様に、第１送信信号と第２送信信号も互いに位相が１８０度反転した関係にある。第１超音波に対応して第１反射波が受波され、第２超音波に対応して第２反射波が受波される。各反射波は生体内の非線形性により生じた高調波成分を含有する。第１反射波及び第２反射波の受信によって得られる第１受信信号及び第２受信信号を加算処理することにより、生体内の非線形性を反映した高調波成分が抽出される。上記構成においては、第１送信信号に含まれる第１基本波成分及び第２送信信号に含まれる第２基本波成分が参照され、それらに基づいて第１送信信号及び第２送信信号の一方又は両方が補正される。すなわち、送信側での補正処理により、２つの受信信号に含まれる基本波成分の対称性を良好にすることができるので、加算処理後に生じる残留基本波成分を削減又は排除できる。よって、高調波成分を高精度に抽出できる。
【００２９】
望ましくは、前記補正手段は、前記第１送信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、前記第２送信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、を含む。
【００３０】
上記構成によれば、第１送信信号から第１基本波正側成分が抽出され、第２送信信号から第２基本波負側成分が抽出される。第１基本波正側成分と第２基本波負側成分（同時に、第１基本波負側成分と第２基本波正側成分）は、本来的には対称関係にあるものである。よって、２つの成分の違いから補正係数を求めることができ、その補正係数を利用して、送信信号についての補正処理を行える。補正処理は、望ましくは、２つの送信信号の正側成分、又は、２つの送信信号の負側成分に対して行われる。その場合に、２つの送信信号間で共通の補正係数が用いられる。但し、２つの送信信号の正側成分及び負側成分の両方を補正するようにしてもよいし、一方の送信信号の正側成分と他方の送信信号の負側成分を補正するようにしてもよい。ゲインの補正は信号振幅の調整に相当する。
【００３１】
望ましくは、前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められる。比の演算に当たって、分母、分子の各値が小さくなる場合には演算誤差を防止するために補正係数を一定値としてもよい。補正係数を連続的に演算してそれを利用することもできるし、利用する補正係数を一定の更新タイミングで更新するようにしてもよい。例えば、プローブ交換タイミングで、フレームレートに同期したタイミングで、その他任意のタイミングで、補正係数を更新することができる。
【００３２】
望ましくは、前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含む。平均化処理によれば補正係数のバラツキを防止でき、ノイズによる影響を排除できる。
【００３３】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられる。送信時に変調を行って、受信時にパルス圧縮を行えば、感度あるいは分解能を向上できる。ＰＩ法にパルス圧縮技術を組み合わせた場合、上記の残留基本波成分の問題が顕著となるが、上記構成を採用すれば残留基本波成分を低減できるので、パルス圧縮本来の効果を十分に得られる。
【００３４】
望ましくは、試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される。生体の超音波診断と同時にリアルタイムで残留基本波成分を削減するための補正処理を行うことも可能であるが、上記構成によれば、最初に試験用送受信が実行されて補正係数が演算され、次の診断用送受信において補正係数が補正処理で利用される。
【００３５】
望ましくは、前記補正手段は、ｉ番目の第１送信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する。この構成によれば、ｉ番目の送信信号ペアをリファレンスとして、その後のｊ番目の送信信号ペアを補正処理し、ｊ番目の送信信号ペアに対応するｊ番目の受信信号ペアがそれらの基本波成分を揃えられた状態で加算処理される。ｉは１以上の整数であり、ｊはｉよりも大きい整数である。
【００３６】
望ましくは、前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、前記各補正器によって各送信チャンネルごとに第１送信信号及び第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、前記各送信チャンネルごとにそれに対応した補正係数が用いられる。この構成によれば各送信チャンネルごとにきめ細かく補正処理を行える。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、高調波成分を精度良く抽出できる。あるいは、本発明によれば、残留基本波成分を効果的に除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の第１実施形態が示されている。この超音波診断装置は、生体内からの反射波に含まれる高調波成分を画像化する機能を有している。図１において、プローブ１０は体表面上に当接して用いられ、あるいは、体腔内に挿入して用いられるものである。プローブ１０は複数の振動素子からなるアレイ振動子（図示せず）を有している。アレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査などが知られている。プローブ１０がいわゆる２Ｄアレイ振動子を有していてもよい。すなわち、２Ｄアレイ振動子を用いて超音波ビームを二次元的に電子走査し、これによって三次元エコーデータ取込空間を形成してもよい。図１には、超音波ビーム１６を電子走査することによって形成される走査面１４が概念的に示されている。超音波ビーム１６は各ビームアドレスごとに形成される。
【００４０】
上述したＰＩ法を実行するため、各ビームアドレスごとに２回ずつ送受波が順次実行される。１回目の送信により第１超音波（超音波パルス）１８が送波され、それに対応する第１反射波２０が受波される。その後、同じビームアドレス上において、第２超音波（超音波パルス）２２が送波され、それに対応する第２反射波２４が受波される。第１超音波１８と第２超音波２２は互いに位相が１８０度異なる位相反転関係にある。なお、本実施形態において、第１超音波１８及び第２超音波２２の両者とも周波数変調がなされており、それらの超音波１８，２２はいわゆるチャープパルスである。周波数変調に代えて、二値化コードによる変調を利用するようにしてもよい。なお、そのような変調を行わない場合も本発明の範囲に含まれる。
【００４１】
送信部１２は、送信ビームフォーマーとして機能する。送信部１２は複数の送信チャンネルを有しており、複数の送信チャンネルによって複数の送信信号が生成され、それらが複数の振動素子に対して並列的に供給される。これによって送信ビームが形成される。上述したように、各ビームアドレスごとに位相反転関係をもって２つの送信信号が生成される。すなわち、各送信チャンネルごとに第１送信信号と、それに対して位相反転の関係にある第２送信信号とが生成される。より詳しくは、各送信チャンネルは上述したように周波数変調がなされた第１送信信号及び第２送信信号を順次生成する。
【００４２】
受信部２６は受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、複数の振動素子から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによって電子的に受信ビームを形成する。整相加算後の受信信号は補正部３２へ出力される。具体的には、各ビームアドレスごとに、第１反射波２０の受波によって生成される最初の受信信号がディレイライン３０に一旦格納される。第２反射波２４の受波によって生成される２番目の受信信号は受信部２６から補正部３２へそのまま出力される。補正部３２には、各ビームアドレスごとに２回の送受波によって得られる２つの受信信号１００，１０２が同時に入力されることになる。
【００４３】
補正部３２は、本実施形態において、基本波成分イコライザーとして機能し、２つの受信信号１００，１０２に含まれる基本波成分の振幅を補正し、それらの両者の振幅を揃える役割を有している。これについては後に図２を用いて説明する。補正部３２によって補正処理がなされた後の２つの受信信号１０４，１０６は加算器３４に入力される。
【００４４】
加算器３４は、互いに位相反転関係にある２つの受信信号１０４，１０６を加算するものであり、その加算によって２つの受信信号間における基本波成分を相殺させて、その一方において、２つの受信信号１０４，１０６に含まれる高調波成分（特に二次高調波成分）を抽出する。すなわち、上記のＰＩ法にしたがって高調波成分が抽出されることになる。その際、本実施形態においては、補正部３２が設けられており、２つの受信信号の加算に先立って両者の振幅が補正されているため、加算後における残留基本波成分を除去あるいは低減することが可能となる。これによって、ビーム指向性の劣化やアーチファクトの増大といった問題を解消あるいは軽減することが可能となる。特に、本実施形態においては、パルス圧縮技術が適用されており、残留基本波成分が残ると、適正にパルス圧縮を行えなくなるが、本実施形態によれば上述した基本波成分のイコライジングによって適正なパルス圧縮を実現することが可能である。
【００４５】
パルス圧縮部３６は、送信段階における変調に対応した復調、すなわちパルス圧縮処理を入力信号に対して施し、パルス圧縮後の信号を出力する。その信号は信号処理部３８に入力される。信号処理部３８は画像形成のための前処理として対数変換、検波などの処理を実行する。
【００４６】
画像形成部４０は、信号処理部３８から出力される信号に対して座標変換、補間処理などを適用し、これによって二次元断層画像を構成する。その画像データは表示部４２に送られ、表示部４２の画面上には二次元断層画像が表示される。もちろん、二次元断層画像以外の三次元画像、ドプラ画像、カラーフローマッピング画像などを形成するようにしてもよい。
【００４７】
制御部２８は、図１に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正部３２における補正係数の演算を制御しており、制御部２８の制御により補正係数を更新するタイミングが定められる。本実施形態においては、例えば連続的に補正係数を求めるモード、プローブ交換時に補正係数を更新するモード、フレームごとに補正係数を更新するモード、ユーザーによって任意のレートで補正係数を更新するモードなどが具備されており、そのような各種のモードの中から選択されたモードにしたがって制御部２８が補正部３２の動作を制御する。
【００４８】
次に、図２を用いて、図１に示した補正部３２の具体的な構成例について説明する。受信信号１００はディレイ４４を介して乗算器４６の一方入力端子へ入力されている。この乗算器４６は後に説明するように、受信信号１００における負側成分の振幅を補正する機能を有している。一方、受信信号１０２はディレイ５６を介して乗算器５８の一方入力端子へ入力されている。後に説明されているように、乗算器５８は受信信号１０２の負側成分の振幅を調整する機能を有している。
【００４９】
乗算器４６，５８で用いる第１の補正係数及び第２の補正係数を演算するため、以下に説明するように、第１受信信号及び第２受信信号が参照され、また相互に比較される。受信信号１００はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８に入力される。このＬＰＦ４８は受信信号１００に含まれる基本波成分１０８を抽出するフィルタである。ＬＰＦに代えてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いるようにしてもよい。これは後述する各ＬＰＦについて同様に言えることである。なお、抽出された基本波成分１０８における正側成分がＡで表されており、負側成分が−ｂＡ’で示されている。正フィルタ５０は基本波成分１０２の内で正側成分１１０を抽出する。負フィルタ５２は基本波成分１０８における負側成分１１２を抽出する。
【００５０】
一方、ＬＰＦ６０は受信信号１０２から基本波成分１１４を抽出する。図２において、基本波成分１１４の負側成分の振幅が−ａＡで表されており、正側成分の振幅がＡ’で示されている。正フィルタ６２は、基本波成分１１４の内で正側成分１１６を抽出する。負フィルタ６４は基本波成分１１４の内で負成分１１８を抽出する。
【００５１】
除算器５４は、受信信号１００から得られた正側成分１１０と受信信号１０２から得られた負側成分１１８とに対して除算演算を実行し、具体的には、正側成分１１０を負側成分１１８で割って必要に応じてその解の符号操作を行うことにより第１の補正係数１／ａを求める。
【００５２】
上記と同様に、除算器６６は、受信信号１００から得られた負側成分１１２と、受信信号１０２から得られた正側成分１１６とに対して除算演算を実行し、具体的には、正側成分１１６を負側成分１１２で除した上で符号操作を行うことにより第２補正係数１／ｂを求める。
【００５３】
第１補正係数は平均値演算器６８に入力され、これによって時間軸上において第１補正係数が平均化される。そして、その平均化後の第１補正係数がメモリ７０上に格納され、メモリ７０から読み出される第１補正係数が乗算器５８の他方入力端子に与えられる。これにより、乗算器５８においては受信信号１０２における負側成分に対して第１補正係数を用いた振幅調整が適用されることになる。
【００５４】
除算器６６から出力される第２補正係数は平均値演算器７２に入力され、その平均値演算器７２において第２補正係数が時間軸上において平均化される。平均化後の第２補正係数はメモリ７４上に格納され、そこから読み出された第２補正係数が乗算器４６の他方入力端子に与えられる。乗算器４６は受信信号１００における負側成分に対して第２補正係数を用いて振幅の調整を行う。
【００５５】
以上により、振幅調整がなされた受信信号１０４，１０６が得られることになる。それらの受信信号１０４，１０６においては、基本波成分について、両者の振幅が正負揃えられており、後の加算処理において基本波成分を効果的に相殺あるいは抑圧することが可能となる。すなわち、図２に示す構成例によれば、加算対象となる２つの受信信号それ自体を参照し、各受信信号に含まれる基本波成分を相互に比較し、それらの違いを表す補正係数を求めることにより、それぞれの受信信号に対して適切なゲイン補正を実行することが可能となる。図２の構成においては、２つの受信信号１００，１０２のそれぞれの負側成分について振幅補正が行われていたが、それぞれの受信信号の正側成分について振幅補正を行うようにしてもよいし、一方の受信信号の正側成分と他方の受信信号の負側成分について振幅補正を行うようにしてもよい。
【００５６】
除算器５４，６６において、分子あるいは分母の値が小さくなると、除算演算結果の誤差が増大する可能性があるため、分子、分母がある一定値以下になった場合には、各補正係数を強制的に１に固定させるのが望ましい。図２には現れていないがそのような判定回路が除算器５４，６６内に含まれている。図１に示した構成において、パルス圧縮部を配置する箇所は加算器３４の後段でなくてもよく、加算器３４の前段であってもよい。また受信部２６における受信チャンネルごとにパルス圧縮部を個別的に設けるようにしてもよい。パルス圧縮部を設ける位置については以上のように自由度がある。このことは、以下に説明する図３及び図５に示す実施形態においても同様に言えることである。
【００５７】
次に、図３及び図４を用いて第２実施形態について説明する。なお、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１に示した実施形態においては、２つの受信信号に基づいてそれらの２つの受信信号自体の振幅が補正されていたが、図３に示す実施形態においては、２つの受信信号に基づいて２つの送信信号の振幅が補正される。具体的には以下の通りである。
【００５８】
送信部２００は送信ビームフォーマーとして機能し、その送信部２００は複数の送信チャンネル（送信器）２００Ａ，２００Ｂによって構成される。各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂはそれぞれ同一の構成を有している。
【００５９】
ここで、送信チャンネル２００Ａを代表して説明することにする。波形発生器２０６はメモリなどによって構成され、デジタル信号として送信波形を生成する。具体的には、第１送信信号波形と第２送信信号波形とを順次生成する。分配器２０８は図示の例では波形発生器２０６から出力される送信信号における正側成分と負側成分とを分配する回路であり、図３に示す例では、正側成分は分配器２０８から遅延器２１０へそのまま出力されており、負側成分は分配器２０８から乗算器２１０を介して遅延器２１２へ出力されている。すなわち、負側成分について振幅の補正が乗算器２１０において行われる。
【００６０】
その場合における補正係数は後述する補正係数演算部２２０から与えられる。複数の送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂに含まれる複数の乗算器２１０と、後述する補正係数演算部２２０はそれら全体として補正部２１８を構成するものである。図３に示す構成においては第１送信信号及び第２送信信号の両者ともそこに含まれる負側成分についての振幅の補正が同じ補正係数によって実行されており、更にその補正係数は各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂにおいて共通である。図３においては補正係数が符号２２４で表されている。
【００６１】
遅延器２１２には補正処理後の正側成分及び負側成分を一体化させた送信信号が入力され、その送信信号が遅延処理される。遅延後の送信信号はＤ／Ａ変換器２１４においてデジタル信号形式からアナログ信号形式へ変換される。アナログ信号としての送信信号はリニアアンプ２１６において増幅され、増幅後の増幅信号がプローブ１０へ出力される。具体的には、プローブ１０に備えられているアレイ振動子上における対応振動素子へ送信信号が出力される。上記のように、各ビームアドレスごとに２回目の送受信が実行されており、１回目の送受信時には第１送信信号が生成され、２回目の送受信時には第２送信信号が生成されている。
【００６２】
プローブ１０から出力される複数の受信信号は受信部２６に入力され、それらの複数の受信信号が整相加算処理される。受信部２６から出力される最初の受信信号はディレイライン３０に一旦格納された後、そこから読み出されて加算器３４の一方入力端子に入力される。２番目の受信信号は受信部２６からそのまま加算器３４の他方入力端子に入力される。それらの受信信号が図３において符号１００，１０２で表されている。加算器３４は上述したＰＩ法にしたがって互いに位相反転関係にある２つの受信信号を加算し、これによって基本波成分をキャンセルし、その一方において高調波成分を抽出する。その高調波成分を表す信号はパルス圧縮部３６においてパルス圧縮処理され、それによって得られた信号が信号処理部３８を経由して画像形成部４０へ送られる。画像形成部４０においては入力される信号に基づいて超音波画像を形成する処理が実行され、それによって形成された画像データが表示部４２へ出力される。
【００６３】
補正係数演算部２２０は、各ビームごとに得られる２つの受信信号１００，１０２を参照し、これによって補正係数２２４を演算する。これについては後に図４を用いて説明する。制御部２０４は、図３に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正係数演算部２２０の動作を制御しており、補正係数の更新タイミングは上述した図１に示す実施形態と同様に制御部２０４によって制御されている。
【００６４】
図４には、図３に示した補正係数演算部２２０の具体的な構成例が示されている。この補正係数演算部２２０は２つの受信信号１００，１０２に含まれるそれぞれの基本波成分を相互に比較することにより補正係数を求めるものである。
【００６５】
受信信号１００はＬＰＦ２３０に入力され、そのＬＰＦ２３０によって受信信号１００に含まれる基本波成分２３２が抽出される。図４においては、その基本波成分２３２における正側成分がＡで示され、負側成分が−ｂＡ’で表されている。その基本波成分２３２は正フィルタ２３４に入力され、基本波成分２３２における正側成分２３６が抽出される。一方、受信信号１０２はＬＰＦ２４０に入力され、そのＬＰＦ２４０において受信信号１０２に含まれる基本波成分２４２が抽出される。図４においては、その基本波成分２４２における負側成分が−ａＡで表され、正側成分がＡ’で表されている。基本波成分２４２は負フィルタ２４４に入力され、基本波成分２４２の内で負側成分２４６のみが抽出される。
【００６６】
除算器２３８は、正側成分２３６を負側成分２４６で除することにより、更に必要に応じてその解の符号操作を行うことにより、補正係数（１／ａ）を求める。その補正係数は平均値演算器２５０に入力され、そこにおいて時間軸上の平均化処理が行われる。平均化処理後の補正係数はメモリ２５２上に格納され、そこから読み出された補正係数２２４が図３に示される送信部２００へ出力される。具体的には、各送信チャンネル２００Ａ，２００Ｂに含まれる乗算器２１０へ振幅調整用の信号として出力される。
【００６７】
したがって、図３に示す実施形態によれば、２つの受信信号に含まれる基本波成分を相互に比較することにより、補正係数を求め、その補正係数を用いて送信信号における正側と負側の振幅のアンバランスを補正することができる。したがって、例えばリニアアンプ２１６において正側特性と負側特性にずれがあったとしても、その上流側において正側振幅と負側振幅とを調整することができるので、結果として、２つの受信信号を得た場合における基本波成分の対称性のくずれを解消又は軽減することが可能となる。上記実施形態では、第１送信信号及び第２送信信号の負側成分について一律の補正係数が与えられたが、それぞれについて個別的に補正係数を与えるようにしてもよい。あるいは、２つの受信信号の正側成分についての補正と２つの受信信号についての負側成分の補正とを共に行うようにしてもよい。
【００６８】
図１に示した実施形態においては、ｉ番目に得られた２つの受信信号を参照してｉ番目の２つの受信信号それ自体の補正が行われており、いわゆるリアルタイム補正を行うことが可能である。これに対し、図３に示す実施形態においては、ｉ番目の２つの受信信号に基づいて、それ以降に生成されるｊ番目の２つの送信信号について振幅補正を行うことが可能である。よって、例えば実際の超音波診断を行う前に試験用送受信を実行し、これによって２つの受信信号を得て、上記のような補正係数を求めて保存しておき、実際の超音波診断における送受信において事前に求められた補正係数を利用するようにしてもよい。もちろん、超音波診断を行いながら、補正係数を求めると共に、その補正係数を用いて逐次的に送信信号の振幅を調整するようにしてもよい。
【００６９】
なお、図１及び図３に示す構成において、送受信部とプローブとの間に例えばマルチプレクサなどの回路を設けるようにしてもよい。プローブ内には必要に応じて受信処理機能及び送信機能を搭載するようにしてもよい。これは以下に説明する図５に示す実施形態についても同様に言えることである。
【００７０】
図５には、第３実施形態が示されている。なお、図１〜図４に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。図５に示す実施形態においては、第１送信信号及び第２送信信号を参照し、それらに含まれる基本波成分を比較することにより補正係数を求め、その補正係数を用いて第１送信信号及び第２送信信号の振幅が補正される。
【００７１】
送信部３００は、送信ビームフォーマーとして機能し、送信部３００は複数の送信チャンネル（送信器）３００Ａ，３００Ｂによって構成される。各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂは、上述した図３に示した送信器２００Ａ，２００Ｂと同様に、波形発生器２０６、分配器２０８、乗算器２１０、遅延器２１２、Ｄ／Ａ変換器２１４、リニアアンプ２１６などを備えている。更に、各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂはそれぞれ補正係数演算部３０８を備えている。この補正係数演算部３０８は、リニアアンプ２１６から出力される送信信号３１０を帰還入力し、すなわち第１送信信号及び第２送信信号を参照し、それらに基づいて補正係数３１２を求めるものである。その補正係数３１２は乗算器２１０に対して、振幅調整用として与えられる。各送信チャンネル３００Ａ，３００Ｂにおいて、補正係数演算部３０８及び乗算器２１０はそれらを合わせて補正部３０６を構成する。補正係数演算部３０８については後に図６を用いて説明する。
【００７２】
受信部２６は受信ビームフォーマーとして機能し、プローブ１０から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行する。これにより得られた受信信号は加算器３４に入力される。具体的には、最初に得られた受信信号がディレイライン３０に格納され、そこから読み出された受信信号１０２が加算器３４の一方入力端子に与えられる。２番目に現れる受信信号１００は、受信部２６からそのまま加算器３４の他方入力端子に与えられる。加算器３４はＰＩ法にしたがって２つの受信信号１００，１０２を加算し、これによって基本波成分をキャンセルしつつ高調波成分を抽出する。加算器３４以降には、上述した構成例と同様に、パルス圧縮部３６、信号処理部３８、画像形成部４０及び表示部４２が設けられている。制御部３４は図５に示される各構成の動作制御を行っている。特に、補正部３０６における動作を制御している。
【００７３】
図６には、図５に示した補正係数演算部３０８の具体的な構成例が示されている。Ａ／Ｄ変換器３０９には送信信号３１０が入力される。これによってリニアアンプから出力される送信信号がアナログ信号形式からデジタル信号形式へ変換される。ちなみに、Ａ／Ｄ変換器３０９の前段にアッテネータなどの回路を設けるのが望ましい。
【００７４】
最初に出力された送信信号はディレイ３１４に一旦格納された後、そこから読み出されて送信信号３１８としてＬＰＦ３３０へ出力される。２番目の送信信号はＡ／Ｄ変換器３０９から送信信号３１６としてＬＰＦ３２０へ出力される。ＬＰＦ３２０，３３０は送信信号３１６，３１８に含まれる基本波成分を抽出するフィルタである。基本的に、送信信号は基本波成分のみによって構成されるものであるが、送信器内における各回路の特性から高調波が発生する可能性もあり、そのような高調波成分を除去して精度良く補正係数を求めるためにＬＰＦ３２０，３３０が設けられている。上記のように、ＬＰＦ３２０，３３０に代えてそれらをＢＰＦにしてもよい。
【００７５】
ＬＰＦ３２０から出力される基本波成分３２２は正フィルタ３２４に入力され、基本波成分３２２における正側成分３２６が抽出される。一方、ＬＰＦ３３０から出力される基本波成分３３２は、負フィルタ３３４に入力され、そのフィルタ３３４において基本波成分３３２における負側成分３３６が抽出される。
【００７６】
除算器３２８は、正側成分３２６を負側成分３３６で除することにより、更にその解に対して符号操作を行うことにより、補正係数（１／ａ）を求める。その補正係数は平均値演算器３３８に入力され、そこで時間軸上における平均化処理が実行される。平均化後の補正係数はメモリ３４０に格納され、そこから読み出される補正係数３１２が図５に示した乗算器２１０に与えられる。
【００７７】
したがって、図５に示した実施形態によれば、各送信チャンネルごとに自己が出力する２つの送信信号を互いに比較し合って補正係数を求め、例えばリニアアンプに非対称性が発生している場合には、負側成分の振幅補正によりその非対称性を解消することが可能となる。図５に示す実施形態では、第１送信信号の負側成分及び第２送信信号の負側成分について共通の振幅補正が行われていたが、それらを別々に補正するようにしてもよいし、また負側成分ではなく、正側成分の補正あるいは負側成分と正側成分の両者の補正を行うようにしてもよい。いずれにしても、実際の２つの送信信号に含まれる基本波成分を対比することにより、それらの違いを表す補正係数を求め、その補正係数によって送信信号の振幅補正を行うことが可能となる。これによれば、送信特性をより良好なものにすることができるので、加算器３４において２つの受信信号を入力する段階において２つの受信信号間における基本波成分の対称性の崩れを解消あるいは軽減することが可能となる。これによって、加算処理後における残留基本波成分の発生を防止あるいは軽減することができるので、ビーム指向性を改善でき、またアーチファクトの発生を効果的に抑制できるという利点がある。
【００７８】
なお、各実施形態においては、上述したように第１送信信号及び第２送信信号としてチャープパルスが用いられており、受信信号処理においてはパルス圧縮が適用されていたが、変調及びパルス圧縮については必ずしも行わなくてよい。但し、そのような技術を適用することにより、より良好な超音波画像を形成できる。その場合において、残留基本波成分を効果的に排除できるため、パルス圧縮を行う場合においてもその処理を適正に行って超音波画像の画質を著しく高められるという利点がある。上記のように、パルス圧縮部の配置箇所は加算処理の前段であってもよく、また各受信チャンネルごとに個別的にパルス圧縮処理器を設けるようにしてもよい。
【００７９】
図５に示す構成において、ｉ番目の２つの送信信号を参照してそれ以降に生成されるｊ番目の２つの送信信号の補正を行うことが可能である。実際の超音波診断用の送受信に先立って、試験用の送受信を実行し、そのような送受信において補正係数を求めておいて保存し、保存された補正係数を用いて実際の診断用の送受信を行うようにしてもよい。図５に示す構成によれば、各送信チャンネルごとにきめ細かく送信信号の振幅補正を行えるという利点がある。リニアアンプなどの電子回路は同じ部品であっても若干ながら特性が揃っていない面があり、各送信チャンネルごとに送信信号の振幅補正を行えば、デバイスの僅かな特性の差に起因する問題も解消することが可能である。
【００８０】
図５に示す構成に加えて更に図１に示す構成を組み合わせるようにしてもよい。すなわち送信処理段階において２つの送信信号それ自体に基づいて２つの送信信号の振幅補正を行うと共に、受信処理段階において２つの受信信号を参照して、それら２つの受信信号の振幅補正を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す補正部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る超音波診断装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３に示す補正係数演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る超音波診断装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図６】図５に示す補正係数演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ プローブ、１２ 送信部、１８ 第１超音波、２０ 第１反射波、２２ 第２超音波、２４ 第２反射波、２６ 受信部、２８ 制御部、３２ 補正部（基本波成分イコライザー）、３４ 加算器、３６ パルス圧縮部、２１０ 乗算器、２１８ 補正部、２２０ 補正係数演算部、３０６ 補正部、３０８ 補正係数演算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
前記補正後において、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１受信信号から前記第１基本波成分を構成する第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２受信信号から前記第２基本波成分を構成する第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、第１の補正係数を演算する第１の補正係数演算手段と、
前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分とに基づいて、第２の補正係数を演算する第２の補正係数演算手段と、
前記第１の補正係数を用いて、前記第１受信信号における正側成分又は前記第２受信信号における負側成分のゲインを補正する第１のゲイン補正手段と、
前記第２の補正係数を用いて、前記第１受信信号における負側成分又は前記第２受信信号における正側成分のゲインを補正する第２のゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記第１の補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められ、
前記第２の補正係数は、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分との比から求められる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記第１の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第１の補正係数を前記第１のゲイン補正手段へ出力する第１の平均化手段と、
前記第２の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第２の補正係数を前記第２のゲイン補正手段へ出力する第２の平均化手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記ｉ番目の第１受信信号及び前記ｉ番目の第２受信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１受信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２受信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、
前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項７記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項８記載の装置において、
試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、
診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項７記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項７記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、
前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、
前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、
前記複数の送信チャンネル間で共通の補正係数が用いられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
前記第１送信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１送信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２送信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、
前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の装置において、
前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１９】
請求項１５記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
請求項１５記載の装置において、
試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、
診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２１】
請求項１５記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１送信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２２】
請求項１５記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、
前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、
前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、
前記各送信チャンネルごとにそれに対応した補正係数が用いられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１受信信号及び前記第２受信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
前記補正後において、前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１受信信号から前記第１基本波成分を構成する第１基本波正側成分及び第１基本波負側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２受信信号から前記第２基本波成分を構成する第２基本波正側成分及び第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、第１の補正係数を演算する第１の補正係数演算手段と、
前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分とに基づいて、第２の補正係数を演算する第２の補正係数演算手段と、
前記第１の補正係数を用いて、前記第１受信信号における正側成分又は前記第２受信信号における負側成分のゲインを補正する第１のゲイン補正手段と、
前記第２の補正係数を用いて、前記第１受信信号における負側成分又は前記第２受信信号における正側成分のゲインを補正する第２のゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記第１の補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められ、
前記第２の補正係数は、前記第１基本波負側成分と前記第２基本波正側成分との比から求められる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記第１の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第１の補正係数を前記第１のゲイン補正手段へ出力する第１の平均化手段と、
前記第２の補正係数を平均化処理し、平均化処理された第２の補正係数を前記第２のゲイン補正手段へ出力する第２の平均化手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記ｉ番目の第１受信信号及び前記ｉ番目の第２受信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
前記第１受信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１受信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２受信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、
前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項７記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項８記載の装置において、
試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、
診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項７記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１受信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２受信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項７記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、
前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、
前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、
前記複数の送信チャンネル間で共通の補正係数が用いられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
第１超音波を生成するための第１送信信号を出力し、及び、前記第１超音波に対して位相反転関係にある第２超音波を生成するための第２送信信号を出力する送信手段と、
前記第１超音波に対応する第１反射波の受波によって得られる第１受信信号を出力し、及び、前記第２超音波に対応する第２反射波の受波によって得られる第２受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号と前記第２受信信号とを加算処理し、高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
前記第１送信信号に含まれる第１基本波成分と前記第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方を補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の装置において、
前記補正手段は、
前記第１送信信号から前記第１基本波成分中の第１基本波正側成分を抽出する第１成分抽出手段と、
前記第２送信信号から前記第２基本波成分中の第２基本波負側成分を抽出する第２成分抽出手段と、
前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分とに基づいて、補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数を用いて、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の正側成分、又は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号の負側成分のゲインを補正するゲイン補正手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、
前記補正係数は、前記第１基本波正側成分と前記第２基本波負側成分との比から求められることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の装置において、
前記補正係数を平均化処理し、平均化処理された補正係数を前記ゲイン補正手段へ出力する平均化手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１９】
請求項１５記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号として、変調された第１送信信号を出力し、及び、前記第２送信信号として、変調された第２送信信号を出力し、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号をそれぞれパルス圧縮し、又は、前記高調波成分をパルス圧縮するパルス圧縮手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
請求項１５記載の装置において、
試験用送受信モードにおいて前記補正係数が演算され且つ保存され、
診断用送受信モードにおいて前記補正係数がゲインの補正に利用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２１】
請求項１５記載の装置において、
前記補正手段は、ｉ番目の第１送信信号に含まれる第１基本波成分とｉ番目の第２送信信号に含まれる第２基本波成分とを参照し、ｊ（但し、ｉ＜ｊ）番目の第１送信信号及びｊ番目の第２送信信号の少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２２】
請求項１５記載の装置において、
前記送信手段は、前記第１送信信号及び前記第２送信信号を出力する複数の送信チャンネルで構成され、
前記補正手段は、前記複数の送信チャンネルに対応して設けられた複数の補正器で構成され、
前記各補正器によって各送信チャンネルごとに前記第１送信信号及び前記第２送信信号の少なくとも一方のゲインが補正され、
前記各送信チャンネルごとにそれに対応した補正係数が用いられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２１７９４４（Ｐ２００６−２１７９４４Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１４６２（Ｐ２００５−３１４６２）
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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