超音波診断装置
【課題】少なくとも基本波成分を除去するとともに、高調波成分を効率よく増幅することで、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【解決手段】超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【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、特に高調波成分を用いる超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から被検体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線等の被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の多くの特長を有する。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿器科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
さらに、近年、超音波画像を用いた診断の精度向上のために、従来のような超音波の基本波ではなく、高調波信号を用いたハーモニックイメージング（ＨＩ）診断が行われている。ＨＩ診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００４】
ＨＩ診断は、基本波に比較して、サイドローブレベルが小さいことでＳ／Ｎが良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることでビーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること等の利点を有する。さらに、近距離では音圧が小さく、さらに音圧の変動が少ないので多重反射が起こらないこと、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の超音波は基本波の超音波に比べ深速度を大きく取れること、等の多くの利点を有している。
【０００５】
現在実用化されているＨＩ診断は、２次高調波を用いたものである。２次高調波は基本波に比べて信号強度が弱いために（２次高調波は、基本波の−６ｄＢ以下であるとされている）、２次高調波を効率よく取り出す方法が考案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、送信波を、位相を１８０°異ならせて２回送信することで、受信された位相が１８０°異なる反射波を重ね合わせて基本波成分を除去するとともに、２次高調波を２倍に増幅する、所謂パルスインバージョン法が示されている。
【０００７】
また、例えば特許文献２には、特許文献１で２回送信することによる画像のフレームレートの低下を防止するために、送信波を１回だけ送信し、受信された反射波にデジタル的に演算処理を加えることで、パルスインバージョン法を実現する方法が示されている。
【０００８】
一方、市場からは、２次高調波よりもさらに高解像度が実現できる３次高調波を用いたＨＩ診断技術が求められている。例えば特許文献３には、受信された超音波信号と、予め設定された参照信号との相関処理を行うことで、より高いＳ／Ｎで３次高調波を抽出することのできる高品質超音波診断装置が示されている。
【０００９】
ただ、例えば特許文献１や特許文献２に示された、位相を１８０°異ならせて重ね合わせるパルスインバージョン法を３次高調波に適用すると、基本波と同様に３次高調波も除去されてしまうので、そのままでは適用できないことが分かっている。
【００１０】
また、例えば特許文献４には、隣接する２つの振動子から送信する基本波の位相を、本来の位相からπ／３だけずらすことにより、隣接する２つの振動子から送波される超音波に含まれる３次高調波成分を除去する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−０１７４０６号公報
【特許文献２】特開２００３−０００５９６号公報
【特許文献３】特開２００９−２７９０３３号公報
【特許文献４】特開２０１０−０６３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば特許文献１や特許文献２に示された、位相を１８０°異ならせて重ね合わせるパルスインバージョン法を３次高調波に適用すると、基本波と同様に３次高調波も除去されてしまうので、そのままでは適用できない。
【００１３】
また、特許文献２に示されたデジタル演算でパルスインバージョン法を実現するには、受信された反射波を高速、高分解能でデジタルデータ化する必要があり、高性能のアナログデジタル変換器が必要となるため、コストや実装スペースが課題となる。
【００１４】
また、特許文献４には、基本波を除去して３次高調波を残す方法は示されていない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少なくとも基本波成分を除去するとともに、高調波成分を効率よく増幅することで、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１７】
１．被検体内に超音波を送信し、被検体内で反射された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、
前記受信信号から、送信された超音波の高調波成分を抽出する高調波抽出部と、
前記高調波抽出部で抽出された高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、
前記高調波抽出部は、
前記受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて前記受信信号の位相を遅延させた遅延信号とを合成することで、前記受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、前記高調波成分を増幅して抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１８】
２．被検体内に超音波を１回だけ送信して前記受信信号を得ることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１９】
３．前記高調波抽出部は、送信された超音波の２次高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２０】
４．前記高調波抽出部は、送信された超音波の３次高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２１】
５．抽出する高調波成分の次数を指示する操作部を備え、
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２２】
６．前記高調波抽出部は、直列に接続された複数のアナログ遅延素子を有し、
前記操作部によって指示された前記次数に従って、複数の前記アナログ遅延素子の出力を切り替えて、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００２３】
７．前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、アナログ遅延素子の遅延クロックの周波数を変更することで、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００２４】
８．前記アナログ遅延素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）であることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、受信信号をアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】各実施の形態における超音波診断装置の外観構成の一例を示す模式図である。
【図２】各実施の形態における超音波診断装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図３】受信部の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】基本信号と、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分とを示すグラフである。
【図７】基本信号、２π／３遅延信号および４π／３遅延信号と加算信号との関係を示すグラフである。
【図８】受信部の第２の実施の形態における高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】各実施の形態における送受信素子の一例を示す断面模式図である。
【図１１】実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２８】
最初に、本発明の各実施の形態における超音波診断装置の構成の一例について、図１および図２を用いて説明する、図１は、各実施の形態における超音波診断装置の外観構成の一例を示す模式図である。
【００２９】
図１において、超音波診断装置Ｓは、本体ユニット１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。
【００３０】
本体ユニット１は、操作部１１および表示部１５等を備えている。操作部１１は、例えば検査開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するためのキーボード等である。表示部１５は、操作部１１で入力された各種情報や、超音波プローブ２で受信した受信信号に基づいて生成された被検体内の内部状態の画像（超音波診断画像）等を表示する液晶ディスプレイ等である。
【００３１】
超音波プローブ２は、図示しない人体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信するとともに、被検体内で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）を受信し、受信信号を生成する。
【００３２】
ケーブル３は、本体ユニット１と超音波プローブ２とを接続し、本体ユニット１からの送信信号を超音波プローブ２へ伝達するとともに、超音波プローブ２で生成された受信信号を本体ユニット１に伝達する。さらに、ケーブル３は、本体ユニット１から、超音波プローブ２を駆動するための電源を供給する。
【００３３】
図２は、各実施の形態における超音波診断装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００３４】
図２において、上述したように、超音波診断装置Ｓは、本体ユニット１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。本体ユニット１は、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、制御部１６、記憶部１７、および上述した操作部１１、表示部１５等で構成される。超音波プローブ２は、送受信素子２１および送受信回路２２等で構成される。
【００３５】
操作部１１は、上述したように、検査の開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力したり、後述する超音波診断画像の調整モードや設定モードの指示、超音波診断画像の表示の指示の設定等を行う。操作部１１は、後述するように、抽出する高調波成分の次数を指示するためにも用いられる。
【００３６】
送信部１２は、ケーブル３を介して、超音波プローブ２の送受信回路２２の送信回路２２１へ送信信号１２ａを供給することで、送受信素子２１に超音波を発生させるように駆動する。各実施の形態では、送信部１２は、被検体に超音波を１回だけ送信するように送信回路２２１へ送信信号１２ａを供給する。
【００３７】
受信部１３は、ケーブル３を介して、超音波プローブ２の送受信素子２１で受信した超音波の反射波の信号２１ａに基づいて送受信回路２２で生成された受信信号２２ａを受信し、超音波信号１３ａを画像生成部１４に供給する。反射波には、送信された超音波と同じ周波数を有する基本波成分と、基本波の整数倍の周波数を有する高調波成分とが含まれている。
【００３８】
各実施の形態では、受信部１３は、後述するように、受信信号と、受信信号をアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、所望の次数の高調波成分を増幅して抽出し、超音波信号１３ａとして画像生成部１４に供給する。ここに、受信部１３は本発明における高調波抽出部として機能する。
【００３９】
画像生成部１４は、受信部１３から供給された高調波の超音波信号１３ａに基づいて、被検体の内部状態の高精細な超音波診断画像を生成する。表示部１５は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された被検体内の超音波診断画像を表示する。記憶部１７は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された被検体内の超音波診断画像を記憶する。
【００４０】
制御部１６は、操作部１１、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、表示部１５および記憶部１７を各機能に応じて制御することによって、超音波診断装置Ｓの全体制御を行う。
【００４１】
送受信素子２１としては、有機圧電素子や、無機圧電素子を用いることができる。また、上述したＨＩ診断に適した送受信素子として、送信素子と受信素子とを分けて、送信素子として無機圧電素子を用い、受信素子として有機圧電素子を用いる方法もある。受信素子は、例えば、１００個以上の圧電素子で構成される圧電素子アレイである。詳細は図７で後述する。
【００４２】
送受信回路２２は、超音波を送信するための送信回路２２１と、送信された超音波の反射波を受信して増幅し受信信号２２ａを生成するための受信回路２２２等とで構成される。
【００４３】
尚、図２では、送信信号１２ａと受信信号２２ａとを有線で供給する場合を説明したが、ケーブル３が太くて操作性が劣る原因である送信信号１２ａと受信信号２２ａとを無線化する方式も可能である。本体ユニット１と超音波プローブ２とを接続するケーブル３の配線数を減らすことで、ケーブル３を細くすることができ、超音波プローブ２の操作性が良好となる。
【００４４】
次に、受信部の第１の実施の形態の構成を、図３および図４を用いて説明する。図３は、受信部の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態では、アナログ遅延素子の出力を切り替えて、２次または３次の高調波成分を増幅して抽出する。
【００４５】
図３において、送受信素子２１はｎ個（ｎは正の整数）の受信素子を備えており、受信部１３は、送受信回路２２からｎ個の受信信号２２ａ（２２ａ１〜２２ａｎ）を受信する。受信部１３は、ｎ個の受信信号２２ａに対応して、ｎ個の高調波抽出回路１３１から１３ｎを備えている。
【００４６】
高調波抽出回路１３１に着目して説明する。図４は、第１の実施の形態の高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【００４７】
高調波抽出回路１３１は、アナログ遅延回路１３１１、加算回路１３１３、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ−Ｃと言う）１３１４および帯域フィルタ（以下、ＢＰＦと言う）１３１５等で構成される。アナログ遅延回路１３１１は、４個のアナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４および３個のアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３等で構成される。
【００４８】
高調波抽出回路１３１に入力された受信信号２２ａ１は、基本信号ｆ（０）として加算回路１３１３に入力されるとともに、アナログ遅延素子ＤＬ１に入力される。アナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４は、入力された信号の位相をπ／３だけ遅延して出力する遅延回路であり、例えば電荷結合素子（以下、ＣＣＤと言う）やＬＣ複合回路等のアナログ素子を用いて実現できる。さらに、同軸ケーブルの遅延特性を用いてアナログ遅延素子とする方法等も考えられる。
【００４９】
受信信号２２ａ１は、直列に接続されたアナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４で４段に渡って遅延される。２段目のアナログ遅延素子ＤＬ２の出力は、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）として、アナログスイッチＡＳ１を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００５０】
同様にして、３段目のアナログ遅延素子ＤＬ３の出力は、π遅延信号ｆ（π）として、アナログスイッチＡＳ２を介して加算回路１３１３に接続されており、４段目のアナログ遅延素子ＤＬ４の出力は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）として、アナログスイッチＡＳ３を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００５１】
超音波診断装置Ｓの使用者によって操作部１１が操作されて、２次または３次の高調波成分が使用する高調波成分として選択されると、選択に応じて、制御部１６からアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３を制御する制御信号ＣＳ１が入力される。これによって、アナログスイッチＡＳ１からＡＳ３を介して、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）、π遅延信号ｆ（π）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の何れかが加算回路１３１３に入力される。
【００５２】
加算回路１３１３は、基本信号ｆ（０）と、入力された２π／３遅延信号ｆ（２π／３）、π遅延信号ｆ（π）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の何れかとを加算することで、少なくとも基本波成分が除去され、選択された高調波成分が増幅されて抽出された、加算信号Ｆを出力する。
【００５３】
加算信号Ｆは、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４でデジタルデータに変換された後、ＢＰＦ１３１５で選択された高調波だけが抽出され、超音波信号１３１ａとして画像生成部１４に供給される。ＢＰＦ１３１５の通過周波数は、制御信号ＣＳ１によって制御され、選択された高調波の周波数に合わせて切り替えられる。
【００５４】
加算回路１３１３で高調波成分を増幅して抽出することで、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４の入力レンジを、振幅の小さい高調波成分に効率よく割り当てることができ、高精度なＡ／Ｄ変換が可能となり、Ｓ／Ｎの向上に寄与する。
【００５５】
他の高調波抽出回路１３２から１３ｎも同様で、各出力が超音波信号１３２ａから１３ｎａとして画像生成部１４に供給される。超音波信号１３ａは、超音波信号１３１ａから１３ｎａの総称である。
【００５６】
次に、第１の実施の形態の動作について、図５を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【００５７】
図５において、ステップＳ１で、初期設定として、図４に示したアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３が全てオフされる。ステップＳ２で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が３次高調波成分であるか否かが確認される。
【００５８】
３次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ４でアナログスイッチＡＳ３がオンされ、ステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）とが入力される状態となる。
【００５９】
一方、３次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ５で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が２次高調波成分であるか否かが確認される。２次高調波成分が選択された場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ステップＳ６でアナログスイッチＡＳ２がオンされ、ステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ１およびＡＳ３はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが入力される状態となる。
【００６０】
２次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、そのままステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ１からＡＳ３はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）だけが入力される状態となる。
【００６１】
ステップＳ７で、送受信素子２１から超音波が１回だけ送信され、ステップＳ８で、送受信素子２１で超音波の反射波が受信される。
【００６２】
ステップＳ９で、加算回路１３１３によって、ステップＳ８で受信された超音波の反射波受の信信号２２ａが加算処理されて、加算信号Ｆが出力される。
【００６３】
加算信号Ｆは、３次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）とが加算されて、基本波成分と２次高調波成分とが除去されて、３次高調波成分が増幅された信号である。
【００６４】
また、２次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが加算されて、基本波成分と３次高調波成分とが除去されて、２次高調波成分が増幅された信号である。
【００６５】
３次高調波成分も２次高調波成分も選択されなかった場合には、基本信号ｆ（０）が、加算信号Ｆとして、そのまま加算回路１３１３から出力される。
【００６６】
ステップＳ１０で、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４によって、加算信号Ｆがデジタルデータに変換され、ステップＳ１１で、ＢＰＦ１３１５によって、デジタル化された加算信号Ｆに選択された高調波成分の周波数を中心とするフィルタ処理が施されて、超音波信号１３ａとして画像生成部１４に供給される。
【００６７】
ステップＳ１２で、画像生成部１４により、超音波信号１３ａから超音波診断画像が生成され、ステップＳ１３で、表示部１５に、超音波診断画像が表示されて、一連の動作が終了される。
【００６８】
ここで、上述した高調波抽出回路１３１の構成で、選択された高調波が抽出される理由を説明する。
【００６９】
まず、２次高調波成分が選択された場合には、加算回路１３１３によって、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが加算される。この場合、π遅延信号ｆ（π）は、基本信号ｆ（０）に対して位相が１８０°遅れた信号であり、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とを加算するのは、所謂パルスインバージョン法の演算そのものである。従って、２次高調波成分が抽出される。
【００７０】
次に、３次高調波成分が選択された場合について述べる。
【００７１】
まず、反射波の４次以上の高調波は、振幅が基本波の−１８ｄＢ以下と非常に小さくなることが理論的および実験的に確認されているので、反射波として３次高調波までを考えることとする。この場合、上述した受信信号２２ａである基本信号ｆ（０）は、
ｆ（０）＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ
で表される。ここに、
ω：基本波の周波数
Ａ：基本波成分の振幅
Ｂ：２次高調波成分の振幅
Ｃ：３次高調波成分の振幅
である。
【００７２】
次に、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）は、それぞれ、
ｆ（２π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）
ｆ（４π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
と表される。
【００７３】
そこで、加算回路１３１３の加算信号Ｆは、これらを加算して、
Ｆ＝ｆ（０）＋ｆ（２π／３）＋ｆ（４π／３）
＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝Ａ｛ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｂ｛ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｃ｛ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）｝
となる。
【００７４】
加算信号Ｆを、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分に分けて考えると、
基本波成分は、
ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎωｔ＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ２π／３）＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１＋ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓ４π／３）＋ｃｏｓωｔ（ｓｉｎ２π／３＋ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（０．８７−０．８７）
＝０
となる。
【００７５】
同様に、２次高調波成分は、
ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ４π／３）＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ８π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ（１＋ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ８π／３）＋ｃｏｓ２ωｔ（ｓｉｎ４π／３＋ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（−０．８７＋０．８７）
＝０
となる。
【００７６】
また、３次高調波成分は、
ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ２π＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ４π
＝３・ｓｉｎ３ωｔ
となる。
【００７７】
よって、加算信号Ｆは、
Ｆ＝３Ｃ・ｓｉｎ３ωｔ
となり、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されて出力されることが分かる。
【００７８】
従って、原理的には、加算回路１３１３の加算信号Ｆで、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されて出力されることになる。しかし、実際には、送信波の長さが有限であることと、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）が、受信信号２２ａを遅延して生成されることから、加算信号Ｆの先頭と最後尾とでは、計算通りにはならない。
【００７９】
これについて、図６および図７を用いて説明する。図６は、上述した基本信号と、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分とを示すグラフである。ここでは、送受信素子から超音波を１回だけ２波送信した場合を例示する。グラフの縦軸は、基本波成分の振幅Ａ＝１に正規化し、２次高調波成分の振幅を基本波成分の振幅の−６ｄＢつまり１／２、３次高調波成分の振幅を基本波成分の−１２ｄＢつまり１／４とした場合を例示している。上述した基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分から、基本信号ｆ（０）は、図示したような波形となる。
【００８０】
図７は、上述した基本信号、２π／３遅延信号および４π／３遅延信号と加算信号との関係を示すグラフである。図７（ａ）は基本信号ｆ（０）、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の関係を示すグラフ、図７（ｂ）は加算信号Ｆを示すグラフである。
【００８１】
図７（ａ）において、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）は、基本信号ｆ（０）を、アナログ遅延回路１３１１を２段経由して２π／３だけ遅延させて生成される。同様に、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）は、基本信号ｆ（０）を、アナログ遅延回路１３１１を４段経由して４π／３だけ遅延させて生成される。
【００８２】
図７（ｂ）において、加算信号Ｆは、基本信号ｆ（０）、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）を加算して得られる。グラフから分かるように、超音波を１回だけ２波送信した場合には、位相が４π／３から４πの間で、基本波成分および２次高調波成分が除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されていることが分かる。従って、より高精細な超音波画像を生成できる３次高調波成分を効率よく増幅して抽出することができる。
【００８３】
一方、加算信号Ｆの先端部分の位相が０から２π／３までの間は、基本信号ｆ（０）がそのまま出力され、位相が２π／３から４π／３までの間は、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）との合成信号が出力される。
【００８４】
同様に、加算信号Ｆの後端部分の位相が４πから１４π／３までの間は、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）との合成信号が出力され、位相が１４π／３から１６π／３までの間は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）がそのまま出力される。
【００８５】
加算信号Ｆの先端部分および後端部分は、図３および図４に示したＢＰＦ１３１５によって、選択された３次高調波成分の周波数３ωを中心周波数とするフィルタ処理が施されて、基本波成分および２次高調波成分が除去される。ＢＰＦ１３１５は急峻なフィルタ特性を有する必要はなく、例えば３次高調波の周波数３ωを中心周波数として、帯域ωで−６ｄＢ／オクターブ程度の緩やかな特性であってもよい。
【００８６】
なお、２次高調波成分も３次高調波成分も選択されなかった場合は、加算信号Ｆとして基本信号ｆ（０）が出力されるので、通常の基本波成分による超音波診断画像生成が行われればよい。
【００８７】
上述したように、受信部の第１の実施の形態によれば、超音波の反射波から生成された受信信号と、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分の次数に基づいて受信信号からアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路で生成された複数の遅延信号の何れかとを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、選択された次数の高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【００８８】
次に、本発明における受信部の第２の実施の形態の構成を、図８および図９を用いて説明する。
【００８９】
受信部１３の第２の実施の形態の受信部１３は、図３に示したと同じブロック構成を有している。ただし、第２の実施の形態では、高調波抽出回路は、アナログ遅延素子のクロック周波数を切り替えて、２次または３次の高調波成分を増幅して抽出する。図８は、受信部の第２の実施の形態における高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【００９０】
図８において、高調波抽出回路１３１は、アナログ遅延回路１３１１、加算回路１３１３、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４およびＢＰＦ１３１５等で構成される。アナログ遅延回路１３１１は、２個のアナログ遅延素子ＤＬ１とＤＬ２、および２個のアナログスイッチＡＳ１とＡＳ２等で構成される。
【００９１】
高調波抽出回路１３１に入力された受信信号２２ａ１は、基本信号ｆ（０）として加算回路１３１３に入力されるとともに、アナログ遅延素子ＤＬ１に入力される。アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２は、例えばＣＣＤ等のクロックに同期して遅延動作を行うアナログ素子を用いて実現できる。
【００９２】
受信信号２２ａ１は、アナログ遅延素子ＤＬ１で遅延され、その出力は、第１遅延信号ｆ（１）として、アナログスイッチＡＳ１を介して加算回路１３１３に接続されている。同様にして、２段目のアナログ遅延素子ＤＬ２の出力は、第２遅延信号ｆ（２）として、アナログスイッチＡＳ２を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００９３】
超音波診断装置Ｓの使用者によって操作部１１が操作されて、２次または３次の高調波成分が使用する高調波成分として選択されると、選択に応じて、制御部１６は、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数を切り替える。
【００９４】
同時に、選択に応じて、制御部１６からアナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２を制御する制御信号ＣＳ２が入力される。これによって、アナログスイッチＡＳ１を介して第１遅延信号ｆ（１）が加算回路１３１３に入力され、ＡＳ２を介して第２遅延信号ｆ（２）が加算回路１３１３に入力される。
【００９５】
加算回路１３１３は、選択に応じて、基本信号ｆ（０）と、第１遅延信号ｆ（１）および第２遅延信号ｆ（２）とを加算することで、少なくとも基本波成分が除去され、選択された高調波成分が増幅されて抽出された、加算信号Ｆを出力する。
【００９６】
加算信号Ｆは、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４でデジタルデータに変換された後、ＢＰＦ１３１５で選択された高調波だけが抽出され、超音波信号１３１ａとして画像生成部１４に供給される。ＢＰＦ１３１５の通過周波数は、制御信号ＣＳ２によって制御され、選択された高調波の周波数に合わせて切り替えられる。
【００９７】
加算回路１３１３で高調波成分を増幅して抽出することで、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４の入力レンジを、振幅の小さい高調波成分に効率よく割り当てることができ、高精度なＡ／Ｄ変換が可能となり、Ｓ／Ｎの向上に寄与する。
【００９８】
次に、第２の実施の形態の動作について、図９を用いて説明する。図９は、第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【００９９】
図９において、ステップＳ２１で、初期設定として、図８に示したアナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２が全てオフされる。ステップＳ２２で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が３次高調波成分であるか否かが確認される。
【０１００】
３次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、ステップＳ２３でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ２４でアナログスイッチＡＳ２がオンされ、ステップＳ２５で、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数が高速に設定され、ステップＳ２９に進む。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と第１遅延信号ｆ（１）と第２遅延信号ｆ（２）とが入力される状態となる。
【０１０１】
一方、３次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、ステップＳ２６で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が２次高調波成分であるか否かが確認される。２次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、ステップＳ２７でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ２８で、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数が低速に設定され、ステップＳ２９に進む。アナログスイッチＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と第１遅延信号ｆ（１）とが入力される状態となる。
【０１０２】
２次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）、そのままステップＳ２９に進む。アナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）だけが入力される状態となる。
【０１０３】
ステップＳ２９で、送受信素子２１から超音波が１回だけ送信され、ステップＳ３０で、送受信素子２１で超音波の反射波が受信される。
【０１０４】
ステップＳ３１で、加算回路１３１３によって、ステップＳ３０で受信された超音波の反射波受の信信号２２ａが加算処理されて、加算信号Ｆが出力される。
【０１０５】
加算信号Ｆは、３次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と、高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）および第２遅延信号ｆ（２）とが加算されて、基本波成分と２次高調波成分とが除去されて、３次高調波成分が増幅された信号である。
【０１０６】
高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）は、上述した第１の実施の形態の２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と同等の信号であり、高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第２遅延信号ｆ（２）は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）と同等の信号である。
【０１０７】
また、２次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と、低速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）とが加算されて、基本波成分と３次高調波成分とが除去されて、２次高調波成分が増幅された信号である。低速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）は、上述した第１の実施の形態のπ遅延信号ｆ（π）と同等の信号である。
【０１０８】
３次高調波成分も２次高調波成分も選択されなかった場合には、基本信号ｆ（０）が、加算信号Ｆとして、そのまま加算回路１３１３から出力される。
【０１０９】
以降のステップＳ１０からＳ１３は、図５に示した第１の実施の形態の動作と同じであるので、説明は省略する。
【０１１０】
次に、遅延クロックＣＬＫの周波数について述べる。上述したように、第２の実施の形態では、アナログ遅延素子ＤＬ１を高速クロックで駆動した場合に２π／３だけ位相が遅延され、低速クロックで駆動した場合にπだけ位相が遅延されるので、高速クロックは低速クロックの１．５倍の周波数であればよいことになる。
【０１１１】
上述したように、受信部の第２の実施の形態によれば、超音波の反射波から生成された受信信号と、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分の次数に基づいて、受信信号からクロック同期型のアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路で生成された遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、選択された次数の高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【０１１２】
ここで、送受信素子２１の一例を図１０に示す。図１０は、各実施の形態における送受信素子の一例を示す断面模式図である。
【０１１３】
図１０において、送受信素子２１は、バッキング層２１１、バッキング層２１１上に設けられた電極および圧電体を有する圧電部２１２、圧電部２１２上に設けられた音響整合層２１３および音響整合層２１３上に設けられた音響レンズ２１４等で構成される。
【０１１４】
圧電部２１２は、送信素子２１２ａ、送信素子２１２ａ上に配された中間層２１２ｂ、および中間層２１２ｂ上に配された受信素子２１２ｃ等で構成される。送信素子２１２ａは、送信用圧電素子２１８に電極２１７が付されたものがフレキシブル基板（以下、ＦＰＣと言う）２１５上に載置されて構成される。受信素子２１２ｃも同様に、受信用圧電素子２１９に電極２１７が付されたものがＦＰＣ２１６上に載置されて構成される。
【０１１５】
（バッキング層２１１）
バッキング層２１１は、圧電部２１２を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。バッキング層２１１に用いられるバッキング材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形した材料、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【０１１６】
好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料およびまたはエポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は送受信素子２１や送受信素子２１を含む超音波プローブ２の形状に応じて、適宜選択することができる。
【０１１７】
ゴム系複合材としては、ゴム成分および充填剤を含有する物が好ましく、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有するものであり、さらに、必要に応じて各種の他の配合剤を添加することもできる。
【０１１８】
ゴム成分としては、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴム等が好ましい。
【０１１９】
より好ましくは、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴム等が挙げられる。本実施の形態のゴム成分は、加硫ゴムおよび熱可塑性エラストマー等のゴム成分の１種を単独で使用してもよいが、ブレンドゴムのように２種以上のゴム成分をブレンドしたブレンドゴムを用いてもよい。
【０１２０】
ゴム成分に添加される充填剤としては、通常使用されているものから比重の大きいものに至るまでその配合量と共に様々な形で選ぶことができる。たとえば、亜鉛華、チタン白、ベンガラ、フェライト、アルミナ、三酸化タングステン、酸化イットリビウム等の金属酸化物、炭酸カルシウム、ハードクレイ、ケイソウ土等のクレイ類、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の金属塩類、ガラス粉末等やタングステン、モリブデン等の各種の金属系微粉末類、ガラスバルーン、ポリマーバルーン等の各種バルーン類が挙げられる。
【０１２１】
これらの充填剤は、種々の比率で添加することができるが、好ましくはゴム成分１００質量部に対して５０〜３０００質量部、より好ましくは１００〜２０００質量部、または３００〜１５００質量部程度が好ましい。また、これらの充填剤は１種または２種以上を組み合わせて添加してもよい。
【０１２２】
ゴム系複合材料には、さらに他の配合剤を必要に応じて添加することができ、このような配合剤としては、加硫剤、架橋剤、硬化剤、それらの助剤類、劣化防止剤、酸化防止剤、着色剤等が挙げられる。たとえば、カーボンブラック、二酸化ケイ素、プロセスオイル、イオウ（加硫剤）、ジクミルパーオキサイド（Ｄｉｃｕｐ、架橋剤）、ステアリン酸等を配合することができる。これらの配合剤は必要に応じて使用されるものであるが、その使用量は、一般にゴム成分１００質量部に対しそれぞれ１〜１００質量部程度であるが全体的バランスや特性によって適宜変更することもできる。
【０１２３】
エポキシ樹脂複合剤としては、エポキシ樹脂成分および充填剤を含有するのが好ましく、さらに必要に応じて各種の配合剤を添加することもできる。エポキシ樹脂成分としては、たとえばビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、レゾールノボラックタイプ、フェノール変性ノボラックタイプ等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン構造含有タイプ、アントラセン構造含有タイプ、フルオレン構造含有タイプ等の多環芳香族型エポキシ樹脂、水添脂環型エポキシ樹脂、液晶性エポキシ樹脂等が挙げられる。本発明のエポキシ樹脂成分は単独で用いてもよいが、ブレンド樹脂のように２種類以上のエポキシ樹脂成分を混合して用いてもよい。
【０１２４】
エポキシ成分に添加される充填剤としては、上記ゴム成分に混合する充填剤と同様のものから、上記ゴム系複合剤を粉砕しさく作製した複合粒子までいずれも好ましく使用することができる。複合粒子としては、たとえばシリコーンゴム中にフェライトを充填したものを、粉砕器にて粉砕し２００μｍ程度の粒径にしたものが挙げることができる。
【０１２５】
エポキシ樹脂複合剤を使用する際にはさらに架橋剤を添加する必要があり、たとえばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の鎖状脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、メンセンジアミン、イソフォロンジアミン等の環状脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ポリアミド樹脂、ピペリジン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール等の２級および３級アミン等、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテート等のイミダゾール類、液状ポリメルカプタン、ポリスルフィド、無水フタル酸、無視トリメリット酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸等の酸無水物を挙げることができる。
【０１２６】
バッキング材の厚さは、概ね１〜１０ｍｍが好ましく、特に１〜５ｍｍであることが好ましい。
【０１２７】
（送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃ）
各実施の形態における送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃは、電極および圧電素子を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子である。圧電素子は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電材料を含有する電気機械変換素子である。
【０１２８】
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミクス、ＰｂＴｉＯ３系セラミック等の無機圧電セラミクス、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の有機高分子圧電材料、水晶、ロッシェル塩等を用いることができる。圧電材料の厚さとしては、概ね１００μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、圧電素子として用いられる。
【０１２９】
（電極２１７）
圧電材料に付される電極２１７に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。
【０１３０】
圧電材料に電極２１７を付す方法としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属およびそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。
【０１３１】
電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料上に、送受信素子２１の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。
【０１３２】
圧電部２１２とバッキング層２１１とは、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【０１３３】
圧電部２１２の、バッキング層２１１側の表面の一部と、音響整合層２１３側の表面の一部には電極が接触されており、バッキング層２１１と電極２１７とが接着層を介して積層されている部分を含む場合もある。
【０１３４】
（音響整合層２１３）
本実施の形態における音響整合層２１３は、圧電部２１２と被検体との間の音響インピーダンスを整合させるもので、圧電部２１２と被検体との中間の音響インピーダンスを有する材料で構成される。
【０１３５】
音響整合層２１３に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（たとえばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＣ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。
【０１３６】
好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に充填剤として亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものを用いることができる。
【０１３７】
音響整合層２１３は、単層でもよいし複数層から構成されてもよいが、好ましくは２層以上である。音響整合層２１３の層厚は、超音波の波長をλとすると、λ／４となるように定める必要がある。これを満たさない場合、本来の共振周波数とは異なる周波数ポイントに複数の不要スプリアスが出現し、基本音響特性が大きく変動してしまう。結果、残響時間の増加、反射エコーの波形歪みによる感度やＳ／Ｎの低下を引き起こしてしまい好ましくない。このような音響整合層２１３の厚さとしては、概ね３０μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。
【０１３８】
音響レンズ２１４は、送受信素子２１の最先端にあり、超音波ビームを集束させるためのものである。音響レンズ２１４の音響インピーダンスは生体組織とほぼ同じであり、音響レンズ２１４の形状を凸形にすることで、スネルの法則に従って超音波ビームを集束させることができる。音響レンズ２１４の凸面は、被検体の表面に当接されて超音波の送受信を行う送受信面２１４ａである。
【０１３９】
上述した送受信素子２１では、送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとを別々に備える構成について説明した。送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとの配列は、各々を上下に配置する配列、および並列に配置する配列のどちらでもよいが、上下に配置して積層する構造が好ましい。積層する場合の送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃの厚さとしては、４０〜１５０μｍであることが好ましい。
【０１４０】
なお、送受信素子２１は、送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとを別々に備える構成に限るものではなく、例えば図１０において、受信素子２１２ｃ（受信用圧電素子２１９と電極２１７）とＦＰＣ２１６とを無くして、送信素子２１２ａを送受信兼用の送受信素子としてもよい。
【０１４１】
次に、本発明の実施の形態における超音波プローブの構成の一例を、図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図で、図１１（ａ）は超音波プローブの外観模式図、図１１（ｂ）は超音波プローブの内部構成図である。
【０１４２】
図１１（ａ）において、超音波プローブ２の外観は、筐体２９、筐体２９の先端に配置された送受信素子２１の音響レンズ２１４の送受信面２１４ａ、および筐体２９の後端に接続されたケーブル３等で構成される。
【０１４３】
図１１（ｂ）において、超音波プローブ２の筐体２９の内部には、音響レンズ２１４を含む送受信素子２１、基板２５、コネクタ２６およびケーブル３等が配置されている。
【０１４４】
送受信素子２１には、ＦＰＣ２４が接続され、ＦＰＣ２４と基板２５とは接続部２４ａで接続されている。基板２５上には複数の回路素子で構成される送受信回路２２が実装されている。基板２５とケーブル３の各々の配線３ｘとは、コネクタ２６で接続されている。ここに、配線３ｘには、送信信号１２ａや受信信号２２ａを伝達する信号線および超音波プローブ２を駆動するための電源を供給する電源線等が含まれる。
【０１４５】
なお、基板２５と配線３ｘとは、基板２５に直接ハンダ付け等で接続されてもよい。あるいは、配線３ｘを、ハンダ付けあるいは同軸ケーブル用コネクタを用いて別基板に接続し、別基板に設けた基板用コネクタと基板２５に設けたコネクタとで基板２５と配線３ｘとを接続する構成でもよい。
【０１４６】
以上に述べたように、本発明によれば、超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【０１４７】
なお、本発明に係る超音波診断装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
Ｓ 超音波診断装置
１ 本体ユニット
１１ 操作部
１２ 送信部
１２ａ 送信信号
１３ 受信部
１３ａ 超音波信号
１３１ 高調波抽出回路
１３１１ アナログ遅延回路
１３１３ 加算回路
１３１４ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）
１３１５ 帯域フィルタ（ＢＰＦ）
１４ 画像生成部
１５ 表示部
１６ 制御部
１７ 記憶部
２ 超音波プローブ
２１ 送受信素子
２２ 送受信回路
２２ａ 受信信号
２２１ 送信回路
２２２ 受信回路
３ ケーブル
ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４ アナログ遅延素子
ＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３ アナログスイッチ
ｆ（０） 基本信号
ｆ（２π／３） ２π／３遅延信号
ｆ（π） π遅延信号
ｆ（４π／３） ４π／３遅延信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に高調波成分を用いる超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から被検体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線等の被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の多くの特長を有する。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿器科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
さらに、近年、超音波画像を用いた診断の精度向上のために、従来のような超音波の基本波ではなく、高調波信号を用いたハーモニックイメージング（ＨＩ）診断が行われている。ＨＩ診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００４】
ＨＩ診断は、基本波に比較して、サイドローブレベルが小さいことでＳ／Ｎが良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることでビーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること等の利点を有する。さらに、近距離では音圧が小さく、さらに音圧の変動が少ないので多重反射が起こらないこと、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の超音波は基本波の超音波に比べ深速度を大きく取れること、等の多くの利点を有している。
【０００５】
現在実用化されているＨＩ診断は、２次高調波を用いたものである。２次高調波は基本波に比べて信号強度が弱いために（２次高調波は、基本波の−６ｄＢ以下であるとされている）、２次高調波を効率よく取り出す方法が考案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、送信波を、位相を１８０°異ならせて２回送信することで、受信された位相が１８０°異なる反射波を重ね合わせて基本波成分を除去するとともに、２次高調波を２倍に増幅する、所謂パルスインバージョン法が示されている。
【０００７】
また、例えば特許文献２には、特許文献１で２回送信することによる画像のフレームレートの低下を防止するために、送信波を１回だけ送信し、受信された反射波にデジタル的に演算処理を加えることで、パルスインバージョン法を実現する方法が示されている。
【０００８】
一方、市場からは、２次高調波よりもさらに高解像度が実現できる３次高調波を用いたＨＩ診断技術が求められている。例えば特許文献３には、受信された超音波信号と、予め設定された参照信号との相関処理を行うことで、より高いＳ／Ｎで３次高調波を抽出することのできる高品質超音波診断装置が示されている。
【０００９】
ただ、例えば特許文献１や特許文献２に示された、位相を１８０°異ならせて重ね合わせるパルスインバージョン法を３次高調波に適用すると、基本波と同様に３次高調波も除去されてしまうので、そのままでは適用できないことが分かっている。
【００１０】
また、例えば特許文献４には、隣接する２つの振動子から送信する基本波の位相を、本来の位相からπ／３だけずらすことにより、隣接する２つの振動子から送波される超音波に含まれる３次高調波成分を除去する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−０１７４０６号公報
【特許文献２】特開２００３−０００５９６号公報
【特許文献３】特開２００９−２７９０３３号公報
【特許文献４】特開２０１０−０６３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば特許文献１や特許文献２に示された、位相を１８０°異ならせて重ね合わせるパルスインバージョン法を３次高調波に適用すると、基本波と同様に３次高調波も除去されてしまうので、そのままでは適用できない。
【００１３】
また、特許文献２に示されたデジタル演算でパルスインバージョン法を実現するには、受信された反射波を高速、高分解能でデジタルデータ化する必要があり、高性能のアナログデジタル変換器が必要となるため、コストや実装スペースが課題となる。
【００１４】
また、特許文献４には、基本波を除去して３次高調波を残す方法は示されていない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少なくとも基本波成分を除去するとともに、高調波成分を効率よく増幅することで、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１７】
１．被検体内に超音波を送信し、被検体内で反射された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、
前記受信信号から、送信された超音波の高調波成分を抽出する高調波抽出部と、
前記高調波抽出部で抽出された高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、
前記高調波抽出部は、
前記受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて前記受信信号の位相を遅延させた遅延信号とを合成することで、前記受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、前記高調波成分を増幅して抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１８】
２．被検体内に超音波を１回だけ送信して前記受信信号を得ることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１９】
３．前記高調波抽出部は、送信された超音波の２次高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２０】
４．前記高調波抽出部は、送信された超音波の３次高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２１】
５．抽出する高調波成分の次数を指示する操作部を備え、
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。
【００２２】
６．前記高調波抽出部は、直列に接続された複数のアナログ遅延素子を有し、
前記操作部によって指示された前記次数に従って、複数の前記アナログ遅延素子の出力を切り替えて、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００２３】
７．前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、アナログ遅延素子の遅延クロックの周波数を変更することで、前記高調波成分を抽出することを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００２４】
８．前記アナログ遅延素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）であることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、受信信号をアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】各実施の形態における超音波診断装置の外観構成の一例を示す模式図である。
【図２】各実施の形態における超音波診断装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図３】受信部の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】基本信号と、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分とを示すグラフである。
【図７】基本信号、２π／３遅延信号および４π／３遅延信号と加算信号との関係を示すグラフである。
【図８】受信部の第２の実施の形態における高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】各実施の形態における送受信素子の一例を示す断面模式図である。
【図１１】実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２８】
最初に、本発明の各実施の形態における超音波診断装置の構成の一例について、図１および図２を用いて説明する、図１は、各実施の形態における超音波診断装置の外観構成の一例を示す模式図である。
【００２９】
図１において、超音波診断装置Ｓは、本体ユニット１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。
【００３０】
本体ユニット１は、操作部１１および表示部１５等を備えている。操作部１１は、例えば検査開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するためのキーボード等である。表示部１５は、操作部１１で入力された各種情報や、超音波プローブ２で受信した受信信号に基づいて生成された被検体内の内部状態の画像（超音波診断画像）等を表示する液晶ディスプレイ等である。
【００３１】
超音波プローブ２は、図示しない人体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信するとともに、被検体内で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）を受信し、受信信号を生成する。
【００３２】
ケーブル３は、本体ユニット１と超音波プローブ２とを接続し、本体ユニット１からの送信信号を超音波プローブ２へ伝達するとともに、超音波プローブ２で生成された受信信号を本体ユニット１に伝達する。さらに、ケーブル３は、本体ユニット１から、超音波プローブ２を駆動するための電源を供給する。
【００３３】
図２は、各実施の形態における超音波診断装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００３４】
図２において、上述したように、超音波診断装置Ｓは、本体ユニット１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。本体ユニット１は、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、制御部１６、記憶部１７、および上述した操作部１１、表示部１５等で構成される。超音波プローブ２は、送受信素子２１および送受信回路２２等で構成される。
【００３５】
操作部１１は、上述したように、検査の開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力したり、後述する超音波診断画像の調整モードや設定モードの指示、超音波診断画像の表示の指示の設定等を行う。操作部１１は、後述するように、抽出する高調波成分の次数を指示するためにも用いられる。
【００３６】
送信部１２は、ケーブル３を介して、超音波プローブ２の送受信回路２２の送信回路２２１へ送信信号１２ａを供給することで、送受信素子２１に超音波を発生させるように駆動する。各実施の形態では、送信部１２は、被検体に超音波を１回だけ送信するように送信回路２２１へ送信信号１２ａを供給する。
【００３７】
受信部１３は、ケーブル３を介して、超音波プローブ２の送受信素子２１で受信した超音波の反射波の信号２１ａに基づいて送受信回路２２で生成された受信信号２２ａを受信し、超音波信号１３ａを画像生成部１４に供給する。反射波には、送信された超音波と同じ周波数を有する基本波成分と、基本波の整数倍の周波数を有する高調波成分とが含まれている。
【００３８】
各実施の形態では、受信部１３は、後述するように、受信信号と、受信信号をアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、所望の次数の高調波成分を増幅して抽出し、超音波信号１３ａとして画像生成部１４に供給する。ここに、受信部１３は本発明における高調波抽出部として機能する。
【００３９】
画像生成部１４は、受信部１３から供給された高調波の超音波信号１３ａに基づいて、被検体の内部状態の高精細な超音波診断画像を生成する。表示部１５は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された被検体内の超音波診断画像を表示する。記憶部１７は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された被検体内の超音波診断画像を記憶する。
【００４０】
制御部１６は、操作部１１、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、表示部１５および記憶部１７を各機能に応じて制御することによって、超音波診断装置Ｓの全体制御を行う。
【００４１】
送受信素子２１としては、有機圧電素子や、無機圧電素子を用いることができる。また、上述したＨＩ診断に適した送受信素子として、送信素子と受信素子とを分けて、送信素子として無機圧電素子を用い、受信素子として有機圧電素子を用いる方法もある。受信素子は、例えば、１００個以上の圧電素子で構成される圧電素子アレイである。詳細は図７で後述する。
【００４２】
送受信回路２２は、超音波を送信するための送信回路２２１と、送信された超音波の反射波を受信して増幅し受信信号２２ａを生成するための受信回路２２２等とで構成される。
【００４３】
尚、図２では、送信信号１２ａと受信信号２２ａとを有線で供給する場合を説明したが、ケーブル３が太くて操作性が劣る原因である送信信号１２ａと受信信号２２ａとを無線化する方式も可能である。本体ユニット１と超音波プローブ２とを接続するケーブル３の配線数を減らすことで、ケーブル３を細くすることができ、超音波プローブ２の操作性が良好となる。
【００４４】
次に、受信部の第１の実施の形態の構成を、図３および図４を用いて説明する。図３は、受信部の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態では、アナログ遅延素子の出力を切り替えて、２次または３次の高調波成分を増幅して抽出する。
【００４５】
図３において、送受信素子２１はｎ個（ｎは正の整数）の受信素子を備えており、受信部１３は、送受信回路２２からｎ個の受信信号２２ａ（２２ａ１〜２２ａｎ）を受信する。受信部１３は、ｎ個の受信信号２２ａに対応して、ｎ個の高調波抽出回路１３１から１３ｎを備えている。
【００４６】
高調波抽出回路１３１に着目して説明する。図４は、第１の実施の形態の高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【００４７】
高調波抽出回路１３１は、アナログ遅延回路１３１１、加算回路１３１３、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ−Ｃと言う）１３１４および帯域フィルタ（以下、ＢＰＦと言う）１３１５等で構成される。アナログ遅延回路１３１１は、４個のアナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４および３個のアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３等で構成される。
【００４８】
高調波抽出回路１３１に入力された受信信号２２ａ１は、基本信号ｆ（０）として加算回路１３１３に入力されるとともに、アナログ遅延素子ＤＬ１に入力される。アナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４は、入力された信号の位相をπ／３だけ遅延して出力する遅延回路であり、例えば電荷結合素子（以下、ＣＣＤと言う）やＬＣ複合回路等のアナログ素子を用いて実現できる。さらに、同軸ケーブルの遅延特性を用いてアナログ遅延素子とする方法等も考えられる。
【００４９】
受信信号２２ａ１は、直列に接続されたアナログ遅延素子ＤＬ１からＤＬ４で４段に渡って遅延される。２段目のアナログ遅延素子ＤＬ２の出力は、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）として、アナログスイッチＡＳ１を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００５０】
同様にして、３段目のアナログ遅延素子ＤＬ３の出力は、π遅延信号ｆ（π）として、アナログスイッチＡＳ２を介して加算回路１３１３に接続されており、４段目のアナログ遅延素子ＤＬ４の出力は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）として、アナログスイッチＡＳ３を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００５１】
超音波診断装置Ｓの使用者によって操作部１１が操作されて、２次または３次の高調波成分が使用する高調波成分として選択されると、選択に応じて、制御部１６からアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３を制御する制御信号ＣＳ１が入力される。これによって、アナログスイッチＡＳ１からＡＳ３を介して、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）、π遅延信号ｆ（π）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の何れかが加算回路１３１３に入力される。
【００５２】
加算回路１３１３は、基本信号ｆ（０）と、入力された２π／３遅延信号ｆ（２π／３）、π遅延信号ｆ（π）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の何れかとを加算することで、少なくとも基本波成分が除去され、選択された高調波成分が増幅されて抽出された、加算信号Ｆを出力する。
【００５３】
加算信号Ｆは、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４でデジタルデータに変換された後、ＢＰＦ１３１５で選択された高調波だけが抽出され、超音波信号１３１ａとして画像生成部１４に供給される。ＢＰＦ１３１５の通過周波数は、制御信号ＣＳ１によって制御され、選択された高調波の周波数に合わせて切り替えられる。
【００５４】
加算回路１３１３で高調波成分を増幅して抽出することで、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４の入力レンジを、振幅の小さい高調波成分に効率よく割り当てることができ、高精度なＡ／Ｄ変換が可能となり、Ｓ／Ｎの向上に寄与する。
【００５５】
他の高調波抽出回路１３２から１３ｎも同様で、各出力が超音波信号１３２ａから１３ｎａとして画像生成部１４に供給される。超音波信号１３ａは、超音波信号１３１ａから１３ｎａの総称である。
【００５６】
次に、第１の実施の形態の動作について、図５を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【００５７】
図５において、ステップＳ１で、初期設定として、図４に示したアナログスイッチＡＳ１からＡＳ３が全てオフされる。ステップＳ２で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が３次高調波成分であるか否かが確認される。
【００５８】
３次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ４でアナログスイッチＡＳ３がオンされ、ステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）とが入力される状態となる。
【００５９】
一方、３次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ５で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が２次高調波成分であるか否かが確認される。２次高調波成分が選択された場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ステップＳ６でアナログスイッチＡＳ２がオンされ、ステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ１およびＡＳ３はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが入力される状態となる。
【００６０】
２次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、そのままステップＳ７に進む。アナログスイッチＡＳ１からＡＳ３はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）だけが入力される状態となる。
【００６１】
ステップＳ７で、送受信素子２１から超音波が１回だけ送信され、ステップＳ８で、送受信素子２１で超音波の反射波が受信される。
【００６２】
ステップＳ９で、加算回路１３１３によって、ステップＳ８で受信された超音波の反射波受の信信号２２ａが加算処理されて、加算信号Ｆが出力される。
【００６３】
加算信号Ｆは、３次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）とが加算されて、基本波成分と２次高調波成分とが除去されて、３次高調波成分が増幅された信号である。
【００６４】
また、２次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが加算されて、基本波成分と３次高調波成分とが除去されて、２次高調波成分が増幅された信号である。
【００６５】
３次高調波成分も２次高調波成分も選択されなかった場合には、基本信号ｆ（０）が、加算信号Ｆとして、そのまま加算回路１３１３から出力される。
【００６６】
ステップＳ１０で、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４によって、加算信号Ｆがデジタルデータに変換され、ステップＳ１１で、ＢＰＦ１３１５によって、デジタル化された加算信号Ｆに選択された高調波成分の周波数を中心とするフィルタ処理が施されて、超音波信号１３ａとして画像生成部１４に供給される。
【００６７】
ステップＳ１２で、画像生成部１４により、超音波信号１３ａから超音波診断画像が生成され、ステップＳ１３で、表示部１５に、超音波診断画像が表示されて、一連の動作が終了される。
【００６８】
ここで、上述した高調波抽出回路１３１の構成で、選択された高調波が抽出される理由を説明する。
【００６９】
まず、２次高調波成分が選択された場合には、加算回路１３１３によって、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とが加算される。この場合、π遅延信号ｆ（π）は、基本信号ｆ（０）に対して位相が１８０°遅れた信号であり、基本信号ｆ（０）とπ遅延信号ｆ（π）とを加算するのは、所謂パルスインバージョン法の演算そのものである。従って、２次高調波成分が抽出される。
【００７０】
次に、３次高調波成分が選択された場合について述べる。
【００７１】
まず、反射波の４次以上の高調波は、振幅が基本波の−１８ｄＢ以下と非常に小さくなることが理論的および実験的に確認されているので、反射波として３次高調波までを考えることとする。この場合、上述した受信信号２２ａである基本信号ｆ（０）は、
ｆ（０）＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ
で表される。ここに、
ω：基本波の周波数
Ａ：基本波成分の振幅
Ｂ：２次高調波成分の振幅
Ｃ：３次高調波成分の振幅
である。
【００７２】
次に、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）は、それぞれ、
ｆ（２π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）
ｆ（４π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
と表される。
【００７３】
そこで、加算回路１３１３の加算信号Ｆは、これらを加算して、
Ｆ＝ｆ（０）＋ｆ（２π／３）＋ｆ（４π／３）
＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝Ａ｛ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｂ｛ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｃ｛ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）｝
となる。
【００７４】
加算信号Ｆを、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分に分けて考えると、
基本波成分は、
ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎωｔ＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ２π／３）＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１＋ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓ４π／３）＋ｃｏｓωｔ（ｓｉｎ２π／３＋ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（０．８７−０．８７）
＝０
となる。
【００７５】
同様に、２次高調波成分は、
ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ４π／３）＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ８π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ（１＋ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ８π／３）＋ｃｏｓ２ωｔ（ｓｉｎ４π／３＋ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（−０．８７＋０．８７）
＝０
となる。
【００７６】
また、３次高調波成分は、
ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ２π＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ４π
＝３・ｓｉｎ３ωｔ
となる。
【００７７】
よって、加算信号Ｆは、
Ｆ＝３Ｃ・ｓｉｎ３ωｔ
となり、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されて出力されることが分かる。
【００７８】
従って、原理的には、加算回路１３１３の加算信号Ｆで、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されて出力されることになる。しかし、実際には、送信波の長さが有限であることと、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）が、受信信号２２ａを遅延して生成されることから、加算信号Ｆの先頭と最後尾とでは、計算通りにはならない。
【００７９】
これについて、図６および図７を用いて説明する。図６は、上述した基本信号と、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分とを示すグラフである。ここでは、送受信素子から超音波を１回だけ２波送信した場合を例示する。グラフの縦軸は、基本波成分の振幅Ａ＝１に正規化し、２次高調波成分の振幅を基本波成分の振幅の−６ｄＢつまり１／２、３次高調波成分の振幅を基本波成分の−１２ｄＢつまり１／４とした場合を例示している。上述した基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分から、基本信号ｆ（０）は、図示したような波形となる。
【００８０】
図７は、上述した基本信号、２π／３遅延信号および４π／３遅延信号と加算信号との関係を示すグラフである。図７（ａ）は基本信号ｆ（０）、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）の関係を示すグラフ、図７（ｂ）は加算信号Ｆを示すグラフである。
【００８１】
図７（ａ）において、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）は、基本信号ｆ（０）を、アナログ遅延回路１３１１を２段経由して２π／３だけ遅延させて生成される。同様に、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）は、基本信号ｆ（０）を、アナログ遅延回路１３１１を４段経由して４π／３だけ遅延させて生成される。
【００８２】
図７（ｂ）において、加算信号Ｆは、基本信号ｆ（０）、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）を加算して得られる。グラフから分かるように、超音波を１回だけ２波送信した場合には、位相が４π／３から４πの間で、基本波成分および２次高調波成分が除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されていることが分かる。従って、より高精細な超音波画像を生成できる３次高調波成分を効率よく増幅して抽出することができる。
【００８３】
一方、加算信号Ｆの先端部分の位相が０から２π／３までの間は、基本信号ｆ（０）がそのまま出力され、位相が２π／３から４π／３までの間は、基本信号ｆ（０）と２π／３遅延信号ｆ（２π／３）との合成信号が出力される。
【００８４】
同様に、加算信号Ｆの後端部分の位相が４πから１４π／３までの間は、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と４π／３遅延信号ｆ（４π／３）との合成信号が出力され、位相が１４π／３から１６π／３までの間は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）がそのまま出力される。
【００８５】
加算信号Ｆの先端部分および後端部分は、図３および図４に示したＢＰＦ１３１５によって、選択された３次高調波成分の周波数３ωを中心周波数とするフィルタ処理が施されて、基本波成分および２次高調波成分が除去される。ＢＰＦ１３１５は急峻なフィルタ特性を有する必要はなく、例えば３次高調波の周波数３ωを中心周波数として、帯域ωで−６ｄＢ／オクターブ程度の緩やかな特性であってもよい。
【００８６】
なお、２次高調波成分も３次高調波成分も選択されなかった場合は、加算信号Ｆとして基本信号ｆ（０）が出力されるので、通常の基本波成分による超音波診断画像生成が行われればよい。
【００８７】
上述したように、受信部の第１の実施の形態によれば、超音波の反射波から生成された受信信号と、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分の次数に基づいて受信信号からアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路で生成された複数の遅延信号の何れかとを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、選択された次数の高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【００８８】
次に、本発明における受信部の第２の実施の形態の構成を、図８および図９を用いて説明する。
【００８９】
受信部１３の第２の実施の形態の受信部１３は、図３に示したと同じブロック構成を有している。ただし、第２の実施の形態では、高調波抽出回路は、アナログ遅延素子のクロック周波数を切り替えて、２次または３次の高調波成分を増幅して抽出する。図８は、受信部の第２の実施の形態における高調波抽出回路の構成を示すブロック図である。
【００９０】
図８において、高調波抽出回路１３１は、アナログ遅延回路１３１１、加算回路１３１３、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４およびＢＰＦ１３１５等で構成される。アナログ遅延回路１３１１は、２個のアナログ遅延素子ＤＬ１とＤＬ２、および２個のアナログスイッチＡＳ１とＡＳ２等で構成される。
【００９１】
高調波抽出回路１３１に入力された受信信号２２ａ１は、基本信号ｆ（０）として加算回路１３１３に入力されるとともに、アナログ遅延素子ＤＬ１に入力される。アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２は、例えばＣＣＤ等のクロックに同期して遅延動作を行うアナログ素子を用いて実現できる。
【００９２】
受信信号２２ａ１は、アナログ遅延素子ＤＬ１で遅延され、その出力は、第１遅延信号ｆ（１）として、アナログスイッチＡＳ１を介して加算回路１３１３に接続されている。同様にして、２段目のアナログ遅延素子ＤＬ２の出力は、第２遅延信号ｆ（２）として、アナログスイッチＡＳ２を介して加算回路１３１３に接続されている。
【００９３】
超音波診断装置Ｓの使用者によって操作部１１が操作されて、２次または３次の高調波成分が使用する高調波成分として選択されると、選択に応じて、制御部１６は、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数を切り替える。
【００９４】
同時に、選択に応じて、制御部１６からアナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２を制御する制御信号ＣＳ２が入力される。これによって、アナログスイッチＡＳ１を介して第１遅延信号ｆ（１）が加算回路１３１３に入力され、ＡＳ２を介して第２遅延信号ｆ（２）が加算回路１３１３に入力される。
【００９５】
加算回路１３１３は、選択に応じて、基本信号ｆ（０）と、第１遅延信号ｆ（１）および第２遅延信号ｆ（２）とを加算することで、少なくとも基本波成分が除去され、選択された高調波成分が増幅されて抽出された、加算信号Ｆを出力する。
【００９６】
加算信号Ｆは、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４でデジタルデータに変換された後、ＢＰＦ１３１５で選択された高調波だけが抽出され、超音波信号１３１ａとして画像生成部１４に供給される。ＢＰＦ１３１５の通過周波数は、制御信号ＣＳ２によって制御され、選択された高調波の周波数に合わせて切り替えられる。
【００９７】
加算回路１３１３で高調波成分を増幅して抽出することで、Ａ／Ｄ−Ｃ１３１４の入力レンジを、振幅の小さい高調波成分に効率よく割り当てることができ、高精度なＡ／Ｄ変換が可能となり、Ｓ／Ｎの向上に寄与する。
【００９８】
次に、第２の実施の形態の動作について、図９を用いて説明する。図９は、第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【００９９】
図９において、ステップＳ２１で、初期設定として、図８に示したアナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２が全てオフされる。ステップＳ２２で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が３次高調波成分であるか否かが確認される。
【０１００】
３次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、ステップＳ２３でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ２４でアナログスイッチＡＳ２がオンされ、ステップＳ２５で、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数が高速に設定され、ステップＳ２９に進む。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と第１遅延信号ｆ（１）と第２遅延信号ｆ（２）とが入力される状態となる。
【０１０１】
一方、３次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、ステップＳ２６で、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分が２次高調波成分であるか否かが確認される。２次高調波成分が選択された場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、ステップＳ２７でアナログスイッチＡＳ１がオンされ、ステップＳ２８で、アナログ遅延素子ＤＬ１およびＤＬ２の遅延動作速度を制御する遅延クロックＣＬＫの周波数が低速に設定され、ステップＳ２９に進む。アナログスイッチＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）と第１遅延信号ｆ（１）とが入力される状態となる。
【０１０２】
２次高調波成分が選択されなかった場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）、そのままステップＳ２９に進む。アナログスイッチＡＳ１およびＡＳ２はオフのままである。従って、加算回路１３１３には、基本信号ｆ（０）だけが入力される状態となる。
【０１０３】
ステップＳ２９で、送受信素子２１から超音波が１回だけ送信され、ステップＳ３０で、送受信素子２１で超音波の反射波が受信される。
【０１０４】
ステップＳ３１で、加算回路１３１３によって、ステップＳ３０で受信された超音波の反射波受の信信号２２ａが加算処理されて、加算信号Ｆが出力される。
【０１０５】
加算信号Ｆは、３次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と、高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）および第２遅延信号ｆ（２）とが加算されて、基本波成分と２次高調波成分とが除去されて、３次高調波成分が増幅された信号である。
【０１０６】
高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）は、上述した第１の実施の形態の２π／３遅延信号ｆ（２π／３）と同等の信号であり、高速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第２遅延信号ｆ（２）は、４π／３遅延信号ｆ（４π／３）と同等の信号である。
【０１０７】
また、２次高調波成分が選択された場合には、基本信号ｆ（０）と、低速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）とが加算されて、基本波成分と３次高調波成分とが除去されて、２次高調波成分が増幅された信号である。低速の遅延クロックＣＬＫで遅延された第１遅延信号ｆ（１）は、上述した第１の実施の形態のπ遅延信号ｆ（π）と同等の信号である。
【０１０８】
３次高調波成分も２次高調波成分も選択されなかった場合には、基本信号ｆ（０）が、加算信号Ｆとして、そのまま加算回路１３１３から出力される。
【０１０９】
以降のステップＳ１０からＳ１３は、図５に示した第１の実施の形態の動作と同じであるので、説明は省略する。
【０１１０】
次に、遅延クロックＣＬＫの周波数について述べる。上述したように、第２の実施の形態では、アナログ遅延素子ＤＬ１を高速クロックで駆動した場合に２π／３だけ位相が遅延され、低速クロックで駆動した場合にπだけ位相が遅延されるので、高速クロックは低速クロックの１．５倍の周波数であればよいことになる。
【０１１１】
上述したように、受信部の第２の実施の形態によれば、超音波の反射波から生成された受信信号と、超音波診断装置Ｓの使用者によって選択された使用する高調波成分の次数に基づいて、受信信号からクロック同期型のアナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路で生成された遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を除去するとともに、選択された次数の高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【０１１２】
ここで、送受信素子２１の一例を図１０に示す。図１０は、各実施の形態における送受信素子の一例を示す断面模式図である。
【０１１３】
図１０において、送受信素子２１は、バッキング層２１１、バッキング層２１１上に設けられた電極および圧電体を有する圧電部２１２、圧電部２１２上に設けられた音響整合層２１３および音響整合層２１３上に設けられた音響レンズ２１４等で構成される。
【０１１４】
圧電部２１２は、送信素子２１２ａ、送信素子２１２ａ上に配された中間層２１２ｂ、および中間層２１２ｂ上に配された受信素子２１２ｃ等で構成される。送信素子２１２ａは、送信用圧電素子２１８に電極２１７が付されたものがフレキシブル基板（以下、ＦＰＣと言う）２１５上に載置されて構成される。受信素子２１２ｃも同様に、受信用圧電素子２１９に電極２１７が付されたものがＦＰＣ２１６上に載置されて構成される。
【０１１５】
（バッキング層２１１）
バッキング層２１１は、圧電部２１２を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。バッキング層２１１に用いられるバッキング材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形した材料、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【０１１６】
好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料およびまたはエポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は送受信素子２１や送受信素子２１を含む超音波プローブ２の形状に応じて、適宜選択することができる。
【０１１７】
ゴム系複合材としては、ゴム成分および充填剤を含有する物が好ましく、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有するものであり、さらに、必要に応じて各種の他の配合剤を添加することもできる。
【０１１８】
ゴム成分としては、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴム等が好ましい。
【０１１９】
より好ましくは、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴム等が挙げられる。本実施の形態のゴム成分は、加硫ゴムおよび熱可塑性エラストマー等のゴム成分の１種を単独で使用してもよいが、ブレンドゴムのように２種以上のゴム成分をブレンドしたブレンドゴムを用いてもよい。
【０１２０】
ゴム成分に添加される充填剤としては、通常使用されているものから比重の大きいものに至るまでその配合量と共に様々な形で選ぶことができる。たとえば、亜鉛華、チタン白、ベンガラ、フェライト、アルミナ、三酸化タングステン、酸化イットリビウム等の金属酸化物、炭酸カルシウム、ハードクレイ、ケイソウ土等のクレイ類、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の金属塩類、ガラス粉末等やタングステン、モリブデン等の各種の金属系微粉末類、ガラスバルーン、ポリマーバルーン等の各種バルーン類が挙げられる。
【０１２１】
これらの充填剤は、種々の比率で添加することができるが、好ましくはゴム成分１００質量部に対して５０〜３０００質量部、より好ましくは１００〜２０００質量部、または３００〜１５００質量部程度が好ましい。また、これらの充填剤は１種または２種以上を組み合わせて添加してもよい。
【０１２２】
ゴム系複合材料には、さらに他の配合剤を必要に応じて添加することができ、このような配合剤としては、加硫剤、架橋剤、硬化剤、それらの助剤類、劣化防止剤、酸化防止剤、着色剤等が挙げられる。たとえば、カーボンブラック、二酸化ケイ素、プロセスオイル、イオウ（加硫剤）、ジクミルパーオキサイド（Ｄｉｃｕｐ、架橋剤）、ステアリン酸等を配合することができる。これらの配合剤は必要に応じて使用されるものであるが、その使用量は、一般にゴム成分１００質量部に対しそれぞれ１〜１００質量部程度であるが全体的バランスや特性によって適宜変更することもできる。
【０１２３】
エポキシ樹脂複合剤としては、エポキシ樹脂成分および充填剤を含有するのが好ましく、さらに必要に応じて各種の配合剤を添加することもできる。エポキシ樹脂成分としては、たとえばビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、レゾールノボラックタイプ、フェノール変性ノボラックタイプ等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン構造含有タイプ、アントラセン構造含有タイプ、フルオレン構造含有タイプ等の多環芳香族型エポキシ樹脂、水添脂環型エポキシ樹脂、液晶性エポキシ樹脂等が挙げられる。本発明のエポキシ樹脂成分は単独で用いてもよいが、ブレンド樹脂のように２種類以上のエポキシ樹脂成分を混合して用いてもよい。
【０１２４】
エポキシ成分に添加される充填剤としては、上記ゴム成分に混合する充填剤と同様のものから、上記ゴム系複合剤を粉砕しさく作製した複合粒子までいずれも好ましく使用することができる。複合粒子としては、たとえばシリコーンゴム中にフェライトを充填したものを、粉砕器にて粉砕し２００μｍ程度の粒径にしたものが挙げることができる。
【０１２５】
エポキシ樹脂複合剤を使用する際にはさらに架橋剤を添加する必要があり、たとえばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の鎖状脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、メンセンジアミン、イソフォロンジアミン等の環状脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ポリアミド樹脂、ピペリジン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール等の２級および３級アミン等、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテート等のイミダゾール類、液状ポリメルカプタン、ポリスルフィド、無水フタル酸、無視トリメリット酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸等の酸無水物を挙げることができる。
【０１２６】
バッキング材の厚さは、概ね１〜１０ｍｍが好ましく、特に１〜５ｍｍであることが好ましい。
【０１２７】
（送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃ）
各実施の形態における送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃは、電極および圧電素子を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子である。圧電素子は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電材料を含有する電気機械変換素子である。
【０１２８】
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミクス、ＰｂＴｉＯ３系セラミック等の無機圧電セラミクス、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の有機高分子圧電材料、水晶、ロッシェル塩等を用いることができる。圧電材料の厚さとしては、概ね１００μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、圧電素子として用いられる。
【０１２９】
（電極２１７）
圧電材料に付される電極２１７に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。
【０１３０】
圧電材料に電極２１７を付す方法としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属およびそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。
【０１３１】
電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料上に、送受信素子２１の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。
【０１３２】
圧電部２１２とバッキング層２１１とは、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【０１３３】
圧電部２１２の、バッキング層２１１側の表面の一部と、音響整合層２１３側の表面の一部には電極が接触されており、バッキング層２１１と電極２１７とが接着層を介して積層されている部分を含む場合もある。
【０１３４】
（音響整合層２１３）
本実施の形態における音響整合層２１３は、圧電部２１２と被検体との間の音響インピーダンスを整合させるもので、圧電部２１２と被検体との中間の音響インピーダンスを有する材料で構成される。
【０１３５】
音響整合層２１３に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（たとえばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＣ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。
【０１３６】
好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に充填剤として亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものを用いることができる。
【０１３７】
音響整合層２１３は、単層でもよいし複数層から構成されてもよいが、好ましくは２層以上である。音響整合層２１３の層厚は、超音波の波長をλとすると、λ／４となるように定める必要がある。これを満たさない場合、本来の共振周波数とは異なる周波数ポイントに複数の不要スプリアスが出現し、基本音響特性が大きく変動してしまう。結果、残響時間の増加、反射エコーの波形歪みによる感度やＳ／Ｎの低下を引き起こしてしまい好ましくない。このような音響整合層２１３の厚さとしては、概ね３０μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。
【０１３８】
音響レンズ２１４は、送受信素子２１の最先端にあり、超音波ビームを集束させるためのものである。音響レンズ２１４の音響インピーダンスは生体組織とほぼ同じであり、音響レンズ２１４の形状を凸形にすることで、スネルの法則に従って超音波ビームを集束させることができる。音響レンズ２１４の凸面は、被検体の表面に当接されて超音波の送受信を行う送受信面２１４ａである。
【０１３９】
上述した送受信素子２１では、送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとを別々に備える構成について説明した。送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとの配列は、各々を上下に配置する配列、および並列に配置する配列のどちらでもよいが、上下に配置して積層する構造が好ましい。積層する場合の送信素子２１２ａおよび受信素子２１２ｃの厚さとしては、４０〜１５０μｍであることが好ましい。
【０１４０】
なお、送受信素子２１は、送信素子２１２ａと受信素子２１２ｃとを別々に備える構成に限るものではなく、例えば図１０において、受信素子２１２ｃ（受信用圧電素子２１９と電極２１７）とＦＰＣ２１６とを無くして、送信素子２１２ａを送受信兼用の送受信素子としてもよい。
【０１４１】
次に、本発明の実施の形態における超音波プローブの構成の一例を、図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図で、図１１（ａ）は超音波プローブの外観模式図、図１１（ｂ）は超音波プローブの内部構成図である。
【０１４２】
図１１（ａ）において、超音波プローブ２の外観は、筐体２９、筐体２９の先端に配置された送受信素子２１の音響レンズ２１４の送受信面２１４ａ、および筐体２９の後端に接続されたケーブル３等で構成される。
【０１４３】
図１１（ｂ）において、超音波プローブ２の筐体２９の内部には、音響レンズ２１４を含む送受信素子２１、基板２５、コネクタ２６およびケーブル３等が配置されている。
【０１４４】
送受信素子２１には、ＦＰＣ２４が接続され、ＦＰＣ２４と基板２５とは接続部２４ａで接続されている。基板２５上には複数の回路素子で構成される送受信回路２２が実装されている。基板２５とケーブル３の各々の配線３ｘとは、コネクタ２６で接続されている。ここに、配線３ｘには、送信信号１２ａや受信信号２２ａを伝達する信号線および超音波プローブ２を駆動するための電源を供給する電源線等が含まれる。
【０１４５】
なお、基板２５と配線３ｘとは、基板２５に直接ハンダ付け等で接続されてもよい。あるいは、配線３ｘを、ハンダ付けあるいは同軸ケーブル用コネクタを用いて別基板に接続し、別基板に設けた基板用コネクタと基板２５に設けたコネクタとで基板２５と配線３ｘとを接続する構成でもよい。
【０１４６】
以上に述べたように、本発明によれば、超音波を送信し、送信された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、高調波抽出部は、受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて遅延させた遅延信号とを加算することで、受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、高調波成分を増幅して抽出することができ、簡単に、より高解像度な超音波診断画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することができる。
【０１４７】
なお、本発明に係る超音波診断装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
Ｓ 超音波診断装置
１ 本体ユニット
１１ 操作部
１２ 送信部
１２ａ 送信信号
１３ 受信部
１３ａ 超音波信号
１３１ 高調波抽出回路
１３１１ アナログ遅延回路
１３１３ 加算回路
１３１４ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）
１３１５ 帯域フィルタ（ＢＰＦ）
１４ 画像生成部
１５ 表示部
１６ 制御部
１７ 記憶部
２ 超音波プローブ
２１ 送受信素子
２２ 送受信回路
２２ａ 受信信号
２２１ 送信回路
２２２ 受信回路
３ ケーブル
ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４ アナログ遅延素子
ＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３ アナログスイッチ
ｆ（０） 基本信号
ｆ（２π／３） ２π／３遅延信号
ｆ（π） π遅延信号
ｆ（４π／３） ４π／３遅延信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波を送信し、被検体内で反射された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、
前記受信信号から、送信された超音波の高調波成分を抽出する高調波抽出部と、
前記高調波抽出部で抽出された高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、
前記高調波抽出部は、
前記受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて前記受信信号の位相を遅延させた遅延信号とを合成することで、前記受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、前記高調波成分を増幅して抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体内に超音波を１回だけ送信して前記受信信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記高調波抽出部は、送信された超音波の２次高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高調波抽出部は、送信された超音波の３次高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
抽出する高調波成分の次数を指示する操作部を備え、
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記高調波抽出部は、直列に接続された複数のアナログ遅延素子を有し、
前記操作部によって指示された前記次数に従って、複数の前記アナログ遅延素子の出力を切り替えて、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、アナログ遅延素子の遅延クロックの周波数を変更することで、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記アナログ遅延素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
被検体内に超音波を送信し、被検体内で反射された超音波の反射波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、
前記受信信号から、送信された超音波の高調波成分を抽出する高調波抽出部と、
前記高調波抽出部で抽出された高調波成分に基づいて超音波診断画像を生成する画像生成部とを備え、
前記高調波抽出部は、
前記受信信号と、アナログ遅延素子を含むアナログ遅延回路を用いて前記受信信号の位相を遅延させた遅延信号とを合成することで、前記受信信号から少なくとも基本波成分を略除去するとともに、前記高調波成分を増幅して抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体内に超音波を１回だけ送信して前記受信信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記高調波抽出部は、送信された超音波の２次高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高調波抽出部は、送信された超音波の３次高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
抽出する高調波成分の次数を指示する操作部を備え、
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記高調波抽出部は、直列に接続された複数のアナログ遅延素子を有し、
前記操作部によって指示された前記次数に従って、複数の前記アナログ遅延素子の出力を切り替えて、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記高調波抽出部は、前記操作部によって指示された前記次数に従って、アナログ遅延素子の遅延クロックの周波数を変更することで、前記高調波成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記アナログ遅延素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３９４６５（Ｐ２０１２−１３９４６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３５（Ｐ２０１１−１０３５）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]