超音波診断装置
【課題】超音波探触子からの送信波に内在する２次高調波成分と３次高調波成分の両方を消去することで、鮮明な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】基本波、ｎ次波及びｍ次波の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、送信手段と、受信手段と、高調波抽出部と、画像処理部と、を有し、前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【解決手段】基本波、ｎ次波及びｍ次波の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、送信手段と、受信手段と、高調波抽出部と、画像処理部と、を有し、前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波を送信し、超音波が被検体内において反射して生成された反射超音波を受信して被検体内の画像を形成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、非破壊、無害及び略リアルタイムでその内部を調べることに用いられ、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓及び脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓及び膀胱等）及び産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
超音波診断装置には、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波の反射波を受信して電気信号を生成する複数の圧電素子を備え、これら複数の圧電素子が例えばアレイ状に２次元配列されて構成されている。
【０００４】
また、近年では、超音波探触子から被検体内へ送信された超音波の周波数（基本周波数）成分ではなく、その高調波成分によって被検体内の内部状態の画像を形成するハーモニックイメージング（Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）技術が研究、開発されている。ハーモニックイメージング技術は、基本周波数成分のレベルに比較してサイドローブレベルが小さく、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が良くなってコントラストが向上すること、周波数が高くなることによってビーム幅が細くなって横方向分解能が向上すること、近距離では音圧が小さくて音圧の変動が少ないために多重反射が抑制されること、及び、焦点以遠の減衰が基本波並みであり高周波を基本波とする場合に較べて深度を大きく取れること等の様々な利点を有している。（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
ハーモニックイメージング技術においては、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分は、基本波成分に比べて非常に小さいので、高調波成分のみを抽出するために高度な技術が採用されている。一方、超音波探触子から送信される超音波の時間波形はパルス波形であるので、高調波成分を内在する。送信される超音波に内在する高調波成分は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分に比して無視できない大きさである。そのため、送信される超音波に内在する高調波成分は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分を抽出するにあたってノイズ成分となってしまい、鮮明な超音波画像を得る上で除去したいものとなっている。
【０００６】
かかる課題に対し、特許文献３においては、反射波の基本波を２波にして打ち消し合わせ、残った高調波成分を抽出する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献４においては、送信波を複数に分け、分けられた送信波の位相をπ／３ずつ変位させて足し合わせることで、送信波に内在する３次高調波を打ち消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１８０６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１８５５２５号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１７４０６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】
【０００９】
特許文献３と４において開示されている技術は、高次高調波の中で一つの高次高調波のみ消すことができる技術である。従って、２次高調波成分を消去しても３次高調波成分が残り、逆に３次高調波成分を消去しても２次高調波成分が残る。残った高次高調波は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分を抽出するにあたってノイズ成分となってしまう。
【００１０】
本発明は、２次高調波成分と３次高調波成分の両方を消去することで、鮮明な超音波画像を得ることが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】
【００１１】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１２】
１．基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、
該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、
被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、
該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、
前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【００１３】
２．前記第１圧電素子から前記第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１４】
３．前記圧電素子体が１０組以上備えられ、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されてい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。
【００１５】
４．前記ｎは２であり、前記ｍは３であることを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は２次高調波成分と３次高調波成分の両方を消去することで、鮮明な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの外観構成を示す概要図である。
【図２】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】超音波探触子２の送信に係る部分、及び送信部１２の内部構成を示す図である。
【図４】超音波探触子２における受信に係る部分、及び受信部１３の内部構成を示す図である。
【図５】実施形態に係る超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。
【図６】実施形態に係る圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間の例を説明する説明図である。
【図７】基本波と本発明に係る送信波の時間波形の実測値の一例である。
【図８】基本波と本発明に係る送信波の周波数スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの外観構成を示す概要図である。図２は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【００２０】
超音波診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射超音波を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２にケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して超音波を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの反射超音波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として医用画像に画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２１】
超音波診断装置本体１には、超音波探触子２を使用しない時に、超音波探触子２を保持させておく超音波探触子フォルダ４が備えられている。
【００２２】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、受信信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９と、送信信号処理部１８と、を備えて構成されている。
【００２３】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２４】
送信信号処理部１８は、制御部１７の制御に従って、後述する圧電部２２を駆動する電気信号の送信信号を生成する機能を有する送信手段としての回路である。
【００２５】
送信部１２は、送信信号処理部１８が生成した電気信号を増幅し、超音波探触子２内の圧電部２２へ、ケーブル３を介して送信信号を供給し、超音波探触子２に超音波を発生させる。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。また、送信部１２には後述する送信ビームフォーマ１２１が内蔵されている。
【００２６】
受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する受信手段としての回路であり、この受信信号を受信信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅するアンプ、このアンプで増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器、そしてまた、後述する受信ビームフォーマ１３１等が内蔵されている。
【００２７】
受信信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、受信部１３からの電気信号から高調波成分を抽出したり、所定の信号処理を施す高調波抽出部としての回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。
【００２８】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、受信信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて、ハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。また、例えば、反射受信信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、反射超音波の振幅強度に対応したＢモード信号を生成する。
【００２９】
記憶部１９はＲＡＭやＲＯＭで構成され、制御部１７に用いられるプログラムが記録され、また、表示部１６で表示する各種画像のテンプレートが記録されている。
【００３０】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子及びその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、受信信号処理部１４、画像処理部１５、表示部１６、送信信号処理部１８、記憶部１９を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３１】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された超音波画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３２】
超音波探触子２は、振動部２０を備える。振動部２０は、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波を送信すると共に、被検体Ｈからの反射超音波を受信する。
【００３３】
図３は、超音波探触子２の送信に係る部分、及び送信部１２の内部構成を示す図である。
【００３４】
超音波探触子２に備えられる振動部２０は、複数の圧電素子２２１から構成される圧電素子群２００と、送信ビームフォーマ１２１が各圧電素子へ出力する送信信号を増幅するアンプ２０２とを備えている。
【００３５】
送信ビームフォーマ１２１は、遅延テーブル記憶部１２３に記憶された遅延テーブルに基づいて送信信号を生成する機能する。
【００３６】
送信ビームフォーマ１２１は、遅延テーブル記憶部１２３、及び遅延パルス発生回路１２２を備えており、遅延テーブルに基づいて複数の圧電素子２２１の各々に対してアンプ２０２を介して送信信号を出力する。
【００３７】
遅延テーブルとは上記のように、圧電素子２２１毎の超音波の送波タイミング、すなわち電子走査において必要とされる全てのステアリング角度に対応する遅延調整量が記録されたテーブルである。
【００３８】
遅延パルス発生回路１２２は、遅延テーブル記憶部１２３において取得された遅延テーブルに基づいて、その遅延テーブルが規定する超音波出力タイミングで各圧電素子２２１に対してアンプ２０２を介して送信信号を出力する。これにより、被検体内に超音波がフォーカスされる。
【００３９】
また、例えば、様々なフォーカス位置を規定する遅延テーブルを遅延テーブル記憶部１２３に記憶させておき、所望のフォーカス位置を実現することも可能である。
【００４０】
図４は、超音波探触子２における受信に係る部分、及び受信部１３の内部構成を示す図である。
【００４１】
振動部２０における各圧電素子２２１は被検体Ｈの生体内から反射される超音波を受波して受信信号を出力する。受信信号は各圧電素子２２１毎に設けられたアンプ２０１を介して受信部１３に出力される。
【００４２】
受信部１３においては、振動部２０からの出力はローパスフィルタ１３４を通って受信ビームフォーマ１３１に入力される。
【００４３】
受信部１３における受信ビームフォーマ１３１は整相加算部１３２及びアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３３で構成されている。受信ビームフォーマ１３１は各圧電素子２２１が出力する受信信号毎に遅延調整を行い、遅延調整後の受信信号を加算処理するといういわゆる整相加算処理を行う。
【００４４】
整相加算部１３２から出力される整相加算後の受信信号はＡＤＣ１３３においてアナログデジタル変換されて受信信号処理部１４へ出力される。
【００４５】
図５は、実施形態に係る超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。振動部２０は、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４と、バッキング層２５と、固定板２６とを有する。
【００４６】
圧電部２２は、複数の圧電素子２２１における圧電現象を利用することによって電気信号と超音波との間で相互に信号を変換するものである。
【００４７】
圧電部２２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信信号の電気信号を超音波へ変換して超音波を送信すると共に、受信した反射超音波を電気信号へ変換してこの電気信号である受信信号を、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。
【００４８】
超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部２２で生成された超音波が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの反射超音波が圧電部２２で受信される。圧電材料には無機材料や有機材料が使用される。
【００４９】
音響整合層２３は、圧電部２２の音響インピーダンスと被検体Ｈの音響インピーダンスの間の値の音響インピーダンスを備えることで、圧電部２２から送信される超音波を被検体Ｈに送信する際に、圧電部２２と被検体Ｈとの音響インピーダンスの差に応じて生じる反射超音波を軽減する機能を有し、圧電部２２で生じた超音波を被検体Ｈへ、また被検体Ｈ内で反射した超音波を圧電部２２へ効率良く伝達することができる。圧電部２２から被検体Ｈへ音響インピーダンスが徐々に近づいていくように２層以上の音響整合層を形成すれば、圧電部２２と被検体Ｈとの間で超音波の反射をより少なくすることができる。
【００５０】
音響レンズ２４は、圧電部２２から送信される超音波を測定箇所へ向けて集束させる機能を有する。
【００５１】
バッキング層２５は、超音波を吸収する材料から構成された部材であり、圧電部２２からバッキング層２５方向へ放射される不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料及びまたはエポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は圧電体や圧電体を含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。
【００５２】
固定板２６は、バッキング層２５を固定し、超音波探触子２に剛性を持たせたり、加工時に固定したりする機能を有するものである。
【００５３】
次いで、送信される超音波に含まれる高次高調波を消去し、基本波だけの超音波にする手段について説明する。
【００５４】
本実施形態については、振動部２０を構成する圧電素子群２００の各圧電素子２２１は基本波、ｎ次波及びｍ次波の超音波を出力するものであり、各圧電素子２２１は全て同じ出力特性を備えるものとする。すなわち、各圧電素子２２１から出力される超音波における基本波、ｎ次波及びｍ次波の振幅が同じに駆動するように、送信部１２から送られる送信信号が設定されている。なお、ｎとｍとは相異なる２以上の自然数である。
【００５５】
圧電素子群２００を構成する圧電素子２２１の中の４個を一組として圧電素子体２２０という概念で捉える。
【００５６】
圧電素子体２２０を構成する４つの圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子と呼称する。図５に示されているように、圧電素子２２１ａを第１圧電素子、圧電素子２２１ｂを第２圧電素子、圧電素子２２１ｃを第３圧電素子、圧電素子２２１ｄを第４圧電素子とする。
【００５７】
本実施形態においては、各圧電素子体２２０において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であるように各圧電素子を駆動し、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【００５８】
以下、ｎは２であり、ｍは３であるとして説明する。
【００５９】
最初に、２次波の消去について説明する。第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波における位相差と、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波における位相差とは共に１８０度であるようにする駆動する。
【００６０】
具体的には、初期位相について、基本波における第１圧電素子２２１ａの位相を０とし、第２圧電素子２２１ｂの位相をπ／３とし、第３圧電素子２２１ｃの位相をπ／２とし、第４圧電素子２２１ｄの位相を５π／６とする。
【００６１】
すると、２次波においては、波長が２分の１になるので、位相も２倍進むことになり、第２圧電素子２２１ｂの位相は２π／３、第３圧電素子２２１ｃの位相はπ、第４圧電素子２２１ｄの位相は１０π／６となる。
【００６２】
従って、第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波における位相差と、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波における位相差とは共に１８０度となるので、第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波は相殺しあい、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波も相殺しあう。その結果、２次波は消去される。
【００６３】
次いで、３次波の消去について説明する。第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波における位相差と、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【００６４】
各圧電素子間の初期位相についは上記のごとくである。そして、３次波においては、波長が３分の１になるので、位相も３倍進むことになるので、第２圧電素子２２１ｂの位相をπ、第３圧電素子２２１ｃの位相を３π／２、第４圧電素子２２１ｄの位相を１５π／６となる。
【００６５】
従って、第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波における位相差と、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波における位相差とは共に１８０度となるので、第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波は相殺しあい、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波も相殺しあう。その結果、３次波は消去される。
【００６６】
そして、基本波の位相関係は互いに相殺しあう関係にはないので２次波、３次波が打ち消された後に基本波は打ち消されず残ることとなる。以上のように、送信される超音波に含まれる高次高調波は消去され、基本波だけの超音波を生成することが可能となる。
【００６７】
図６は、圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間の例を説明する説明図である。
【００６８】
横軸は圧電素子群２００を構成する圧電素子２２１のチャンネル番号を表し、縦軸は各圧電素子２２１を駆動するにあたって設けられる遅延時間（ナノ秒）の量を表す。
【００６９】
圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１は図５に示されているように一平面上に直線状に同一間隔で６４個配列されている。
【００７０】
第１チャンネルから第４チャンネルを一つの圧電素子体２２０とし、次に第５チャンネルから第８チャンネルを一つの圧電素子体２２０とするという組み合わせで６４チャンネルまでの中に１６組の圧電素子体２２０が並列されているものとする。
【００７１】
第１から第４チャンネルまでを第１圧電素子２２１ａ，第２圧電素子２２１ｂ，第３圧電素子２２１ｃ，第４圧電素子２２１ｄとし、第５チャンネルから第８チャンネルまでを第４圧電素子２２１ｄ，第３圧電素子２２１ｃ，第２圧電素子２２１ｂ，第１圧電素子２２１ａとする。
【００７２】
同様に、第９から第１２チャンネルまでを第１圧電素子２２１ａ，第２圧電素子２２１ｂ，第３圧電素子２２１ｃ，第４圧電素子２２１ｄとし、第１３チャンネルから第１６チャンネルまでを第４圧電素子２２１ｄ，第３圧電素子２２１ｃ，第２圧電素子２２１ｂ，第１圧電素子２２１ａとする。
【００７３】
各遅延時間は、図６に示されているように、被検体の測定部位に超音波を集めるビームフォーミングのために各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間を表す線７０に対して付加されている。この線７０で表される遅延時間に対して、第１圧電素子から第４圧電素子に設けられるべき遅延時間が付与されている。すなわち、各圧電素子２２１は上記した位相関係を有するように遅延時間が設定されて駆動されるようになっている。
【００７４】
具体的には、基本波における第１圧電素子２２１ａの位相は０、第２圧電素子２２１ｂの位相はπ／３、第３圧電素子２２１ｃの位相はπ／２、第４圧電素子２２１ｄの位相を５π／６とされている。
【００７５】
なお、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子から送信される超音波は、上記のように超音波自身が干渉しあうように近接状態して設置されている。具体的には、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることが望ましい。
【００７６】
また、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子から送信される超音波が有効に干渉しあって本発明の効果を発揮するために、圧電素子体２２０は１０組以上備えられていることが望ましい。また、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されていることが望ましい。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００７８】
第１圧電素子から第４圧電素子までを一組とする圧電素子体２２０を１６組用意した。
【００７９】
ビームフォーミングにより超音波探触子から３５ｍｍ離れた位置にフォーカスポイントを合わせ、基本周波数４ＭＨｚで駆動した。
【００８０】
第１圧電素子から第４圧電素子までの位相関係と、かかる位相関係によって除去できる２次高調波成分と３次高調波成分の関係を表１に示す。
【００８１】
第１圧電素子と第２圧電素子とから送信される超音波の差分で３次高調波を相殺して除去し、同じく第３圧電素子と第４圧電素子とから送信される超音波の差分で３次高調波を相殺して除去した。また、第１圧電素子と第２圧電素子とから送信される超音波の差分と、第３圧電素子と第４圧電素子とから送信される超音波の差分とをさらに差分することで２次高調波を相殺して除去した。
【００８２】
得られた結果を図７と図８に示す。図７は、基本波と本発明にかかる送信波の時間波形の実測値の一例である。横軸は時間（μｓ）を表し、縦軸は実測された超音波の相対的な強度を表す。線８１が基本波の時間波形、線８２が本発明にかかる送信波の時間波形を表す。
【００８３】
図８は、基本波と本発明にかかる送信波の周波数スペクトルである。横軸は周波数を表し、縦軸は超音波の強度（ｄＢ）を表す。超音波の強度は、０ｄＢで１Ｖｒｍｓに相当する。線９１が基本波の周波数スペクトル、線９２が本発明にかかる送信波の周波数スペクトルを表す。
【００８４】
図８から本発明の送信波は基本波の周波数スペクトルに対して大幅に周波数帯域が狭くなり、２次以上の高次高調波が減衰していることが分かる。
【００８５】
以上のように本実施形態によれば、基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することから、送信波の中の高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８６】
また他の実施形態によれば、第１圧電素子から第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることから、各圧電素子から送信される超音波自身が有効に干渉しあうようになるので、効果的に高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８７】
また他の実施形態によれば、圧電素子体２２０は１０組以上備えられており、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されていることから、効果的に高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８８】
また他の実施形態によれば、前記ｎは２であり、前記ｍは３であることから、効果的に高次高調波である２次波と３次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８９】
【表１】
【符号の説明】
【００９０】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
４ 超音波探触子フォルダ
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 受信信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 送信信号処理部
１９ 記憶部
２０ 振動部
２２ 圧電部
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
２５ バッキング層
２６ 固定板
１２１ 送信ビームフォーマ
１２２ 遅延パルス発生回路
１２３ 遅延テーブル記憶部
１３１ 受信ビームフォーマ
１３２ 整相加算部
１３３ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
１３４ ローパスフィルタ
２００ 圧電素子群
２０１、２０２ アンプ
２２０ 圧電素子体
２２１ 圧電素子
２２１ａ 第１圧電素子
２２１ｂ 第２圧電素子
２２１ｃ 第３圧電素子
２２１ｄ 第４圧電素子
Ｈ 被検体
Ｓ 超音波診断装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波を送信し、超音波が被検体内において反射して生成された反射超音波を受信して被検体内の画像を形成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、非破壊、無害及び略リアルタイムでその内部を調べることに用いられ、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓及び脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓及び膀胱等）及び産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
超音波診断装置には、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波の反射波を受信して電気信号を生成する複数の圧電素子を備え、これら複数の圧電素子が例えばアレイ状に２次元配列されて構成されている。
【０００４】
また、近年では、超音波探触子から被検体内へ送信された超音波の周波数（基本周波数）成分ではなく、その高調波成分によって被検体内の内部状態の画像を形成するハーモニックイメージング（Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）技術が研究、開発されている。ハーモニックイメージング技術は、基本周波数成分のレベルに比較してサイドローブレベルが小さく、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が良くなってコントラストが向上すること、周波数が高くなることによってビーム幅が細くなって横方向分解能が向上すること、近距離では音圧が小さくて音圧の変動が少ないために多重反射が抑制されること、及び、焦点以遠の減衰が基本波並みであり高周波を基本波とする場合に較べて深度を大きく取れること等の様々な利点を有している。（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
ハーモニックイメージング技術においては、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分は、基本波成分に比べて非常に小さいので、高調波成分のみを抽出するために高度な技術が採用されている。一方、超音波探触子から送信される超音波の時間波形はパルス波形であるので、高調波成分を内在する。送信される超音波に内在する高調波成分は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分に比して無視できない大きさである。そのため、送信される超音波に内在する高調波成分は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分を抽出するにあたってノイズ成分となってしまい、鮮明な超音波画像を得る上で除去したいものとなっている。
【０００６】
かかる課題に対し、特許文献３においては、反射波の基本波を２波にして打ち消し合わせ、残った高調波成分を抽出する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献４においては、送信波を複数に分け、分けられた送信波の位相をπ／３ずつ変位させて足し合わせることで、送信波に内在する３次高調波を打ち消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１８０６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１８５５２５号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１７４０６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】
【０００９】
特許文献３と４において開示されている技術は、高次高調波の中で一つの高次高調波のみ消すことができる技術である。従って、２次高調波成分を消去しても３次高調波成分が残り、逆に３次高調波成分を消去しても２次高調波成分が残る。残った高次高調波は、被検体から反射して戻る超音波に含まれる高調波成分を抽出するにあたってノイズ成分となってしまう。
【００１０】
本発明は、２次高調波成分と３次高調波成分の両方を消去することで、鮮明な超音波画像を得ることが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】
【００１１】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１２】
１．基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、
該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、
被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、
該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、
前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【００１３】
２．前記第１圧電素子から前記第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１４】
３．前記圧電素子体が１０組以上備えられ、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されてい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。
【００１５】
４．前記ｎは２であり、前記ｍは３であることを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は２次高調波成分と３次高調波成分の両方を消去することで、鮮明な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの外観構成を示す概要図である。
【図２】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】超音波探触子２の送信に係る部分、及び送信部１２の内部構成を示す図である。
【図４】超音波探触子２における受信に係る部分、及び受信部１３の内部構成を示す図である。
【図５】実施形態に係る超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。
【図６】実施形態に係る圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間の例を説明する説明図である。
【図７】基本波と本発明に係る送信波の時間波形の実測値の一例である。
【図８】基本波と本発明に係る送信波の周波数スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの外観構成を示す概要図である。図２は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【００２０】
超音波診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射超音波を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２にケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して超音波を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの反射超音波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として医用画像に画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２１】
超音波診断装置本体１には、超音波探触子２を使用しない時に、超音波探触子２を保持させておく超音波探触子フォルダ４が備えられている。
【００２２】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、受信信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９と、送信信号処理部１８と、を備えて構成されている。
【００２３】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２４】
送信信号処理部１８は、制御部１７の制御に従って、後述する圧電部２２を駆動する電気信号の送信信号を生成する機能を有する送信手段としての回路である。
【００２５】
送信部１２は、送信信号処理部１８が生成した電気信号を増幅し、超音波探触子２内の圧電部２２へ、ケーブル３を介して送信信号を供給し、超音波探触子２に超音波を発生させる。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。また、送信部１２には後述する送信ビームフォーマ１２１が内蔵されている。
【００２６】
受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する受信手段としての回路であり、この受信信号を受信信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅するアンプ、このアンプで増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器、そしてまた、後述する受信ビームフォーマ１３１等が内蔵されている。
【００２７】
受信信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、受信部１３からの電気信号から高調波成分を抽出したり、所定の信号処理を施す高調波抽出部としての回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。
【００２８】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、受信信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて、ハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。また、例えば、反射受信信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、反射超音波の振幅強度に対応したＢモード信号を生成する。
【００２９】
記憶部１９はＲＡＭやＲＯＭで構成され、制御部１７に用いられるプログラムが記録され、また、表示部１６で表示する各種画像のテンプレートが記録されている。
【００３０】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子及びその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、受信信号処理部１４、画像処理部１５、表示部１６、送信信号処理部１８、記憶部１９を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３１】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された超音波画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３２】
超音波探触子２は、振動部２０を備える。振動部２０は、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波を送信すると共に、被検体Ｈからの反射超音波を受信する。
【００３３】
図３は、超音波探触子２の送信に係る部分、及び送信部１２の内部構成を示す図である。
【００３４】
超音波探触子２に備えられる振動部２０は、複数の圧電素子２２１から構成される圧電素子群２００と、送信ビームフォーマ１２１が各圧電素子へ出力する送信信号を増幅するアンプ２０２とを備えている。
【００３５】
送信ビームフォーマ１２１は、遅延テーブル記憶部１２３に記憶された遅延テーブルに基づいて送信信号を生成する機能する。
【００３６】
送信ビームフォーマ１２１は、遅延テーブル記憶部１２３、及び遅延パルス発生回路１２２を備えており、遅延テーブルに基づいて複数の圧電素子２２１の各々に対してアンプ２０２を介して送信信号を出力する。
【００３７】
遅延テーブルとは上記のように、圧電素子２２１毎の超音波の送波タイミング、すなわち電子走査において必要とされる全てのステアリング角度に対応する遅延調整量が記録されたテーブルである。
【００３８】
遅延パルス発生回路１２２は、遅延テーブル記憶部１２３において取得された遅延テーブルに基づいて、その遅延テーブルが規定する超音波出力タイミングで各圧電素子２２１に対してアンプ２０２を介して送信信号を出力する。これにより、被検体内に超音波がフォーカスされる。
【００３９】
また、例えば、様々なフォーカス位置を規定する遅延テーブルを遅延テーブル記憶部１２３に記憶させておき、所望のフォーカス位置を実現することも可能である。
【００４０】
図４は、超音波探触子２における受信に係る部分、及び受信部１３の内部構成を示す図である。
【００４１】
振動部２０における各圧電素子２２１は被検体Ｈの生体内から反射される超音波を受波して受信信号を出力する。受信信号は各圧電素子２２１毎に設けられたアンプ２０１を介して受信部１３に出力される。
【００４２】
受信部１３においては、振動部２０からの出力はローパスフィルタ１３４を通って受信ビームフォーマ１３１に入力される。
【００４３】
受信部１３における受信ビームフォーマ１３１は整相加算部１３２及びアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３３で構成されている。受信ビームフォーマ１３１は各圧電素子２２１が出力する受信信号毎に遅延調整を行い、遅延調整後の受信信号を加算処理するといういわゆる整相加算処理を行う。
【００４４】
整相加算部１３２から出力される整相加算後の受信信号はＡＤＣ１３３においてアナログデジタル変換されて受信信号処理部１４へ出力される。
【００４５】
図５は、実施形態に係る超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。振動部２０は、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４と、バッキング層２５と、固定板２６とを有する。
【００４６】
圧電部２２は、複数の圧電素子２２１における圧電現象を利用することによって電気信号と超音波との間で相互に信号を変換するものである。
【００４７】
圧電部２２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信信号の電気信号を超音波へ変換して超音波を送信すると共に、受信した反射超音波を電気信号へ変換してこの電気信号である受信信号を、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。
【００４８】
超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部２２で生成された超音波が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの反射超音波が圧電部２２で受信される。圧電材料には無機材料や有機材料が使用される。
【００４９】
音響整合層２３は、圧電部２２の音響インピーダンスと被検体Ｈの音響インピーダンスの間の値の音響インピーダンスを備えることで、圧電部２２から送信される超音波を被検体Ｈに送信する際に、圧電部２２と被検体Ｈとの音響インピーダンスの差に応じて生じる反射超音波を軽減する機能を有し、圧電部２２で生じた超音波を被検体Ｈへ、また被検体Ｈ内で反射した超音波を圧電部２２へ効率良く伝達することができる。圧電部２２から被検体Ｈへ音響インピーダンスが徐々に近づいていくように２層以上の音響整合層を形成すれば、圧電部２２と被検体Ｈとの間で超音波の反射をより少なくすることができる。
【００５０】
音響レンズ２４は、圧電部２２から送信される超音波を測定箇所へ向けて集束させる機能を有する。
【００５１】
バッキング層２５は、超音波を吸収する材料から構成された部材であり、圧電部２２からバッキング層２５方向へ放射される不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料及びまたはエポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は圧電体や圧電体を含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。
【００５２】
固定板２６は、バッキング層２５を固定し、超音波探触子２に剛性を持たせたり、加工時に固定したりする機能を有するものである。
【００５３】
次いで、送信される超音波に含まれる高次高調波を消去し、基本波だけの超音波にする手段について説明する。
【００５４】
本実施形態については、振動部２０を構成する圧電素子群２００の各圧電素子２２１は基本波、ｎ次波及びｍ次波の超音波を出力するものであり、各圧電素子２２１は全て同じ出力特性を備えるものとする。すなわち、各圧電素子２２１から出力される超音波における基本波、ｎ次波及びｍ次波の振幅が同じに駆動するように、送信部１２から送られる送信信号が設定されている。なお、ｎとｍとは相異なる２以上の自然数である。
【００５５】
圧電素子群２００を構成する圧電素子２２１の中の４個を一組として圧電素子体２２０という概念で捉える。
【００５６】
圧電素子体２２０を構成する４つの圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子と呼称する。図５に示されているように、圧電素子２２１ａを第１圧電素子、圧電素子２２１ｂを第２圧電素子、圧電素子２２１ｃを第３圧電素子、圧電素子２２１ｄを第４圧電素子とする。
【００５７】
本実施形態においては、各圧電素子体２２０において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であるように各圧電素子を駆動し、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【００５８】
以下、ｎは２であり、ｍは３であるとして説明する。
【００５９】
最初に、２次波の消去について説明する。第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波における位相差と、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波における位相差とは共に１８０度であるようにする駆動する。
【００６０】
具体的には、初期位相について、基本波における第１圧電素子２２１ａの位相を０とし、第２圧電素子２２１ｂの位相をπ／３とし、第３圧電素子２２１ｃの位相をπ／２とし、第４圧電素子２２１ｄの位相を５π／６とする。
【００６１】
すると、２次波においては、波長が２分の１になるので、位相も２倍進むことになり、第２圧電素子２２１ｂの位相は２π／３、第３圧電素子２２１ｃの位相はπ、第４圧電素子２２１ｄの位相は１０π／６となる。
【００６２】
従って、第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波における位相差と、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波における位相差とは共に１８０度となるので、第１圧電素子２２１ａと第３圧電素子２２１ｃの２次波は相殺しあい、第２圧電素子２２１ｂと第４圧電素子２２１ｄの２次波も相殺しあう。その結果、２次波は消去される。
【００６３】
次いで、３次波の消去について説明する。第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波における位相差と、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動する。
【００６４】
各圧電素子間の初期位相についは上記のごとくである。そして、３次波においては、波長が３分の１になるので、位相も３倍進むことになるので、第２圧電素子２２１ｂの位相をπ、第３圧電素子２２１ｃの位相を３π／２、第４圧電素子２２１ｄの位相を１５π／６となる。
【００６５】
従って、第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波における位相差と、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波における位相差とは共に１８０度となるので、第１圧電素子２２１ａと第２圧電素子２２１ｂの３次波は相殺しあい、第３圧電素子２２１ｃと第４圧電素子２２１ｄの３次波も相殺しあう。その結果、３次波は消去される。
【００６６】
そして、基本波の位相関係は互いに相殺しあう関係にはないので２次波、３次波が打ち消された後に基本波は打ち消されず残ることとなる。以上のように、送信される超音波に含まれる高次高調波は消去され、基本波だけの超音波を生成することが可能となる。
【００６７】
図６は、圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間の例を説明する説明図である。
【００６８】
横軸は圧電素子群２００を構成する圧電素子２２１のチャンネル番号を表し、縦軸は各圧電素子２２１を駆動するにあたって設けられる遅延時間（ナノ秒）の量を表す。
【００６９】
圧電素子群２００を構成する各チャンネルの圧電素子２２１は図５に示されているように一平面上に直線状に同一間隔で６４個配列されている。
【００７０】
第１チャンネルから第４チャンネルを一つの圧電素子体２２０とし、次に第５チャンネルから第８チャンネルを一つの圧電素子体２２０とするという組み合わせで６４チャンネルまでの中に１６組の圧電素子体２２０が並列されているものとする。
【００７１】
第１から第４チャンネルまでを第１圧電素子２２１ａ，第２圧電素子２２１ｂ，第３圧電素子２２１ｃ，第４圧電素子２２１ｄとし、第５チャンネルから第８チャンネルまでを第４圧電素子２２１ｄ，第３圧電素子２２１ｃ，第２圧電素子２２１ｂ，第１圧電素子２２１ａとする。
【００７２】
同様に、第９から第１２チャンネルまでを第１圧電素子２２１ａ，第２圧電素子２２１ｂ，第３圧電素子２２１ｃ，第４圧電素子２２１ｄとし、第１３チャンネルから第１６チャンネルまでを第４圧電素子２２１ｄ，第３圧電素子２２１ｃ，第２圧電素子２２１ｂ，第１圧電素子２２１ａとする。
【００７３】
各遅延時間は、図６に示されているように、被検体の測定部位に超音波を集めるビームフォーミングのために各チャンネルの圧電素子２２１に付与された遅延時間を表す線７０に対して付加されている。この線７０で表される遅延時間に対して、第１圧電素子から第４圧電素子に設けられるべき遅延時間が付与されている。すなわち、各圧電素子２２１は上記した位相関係を有するように遅延時間が設定されて駆動されるようになっている。
【００７４】
具体的には、基本波における第１圧電素子２２１ａの位相は０、第２圧電素子２２１ｂの位相はπ／３、第３圧電素子２２１ｃの位相はπ／２、第４圧電素子２２１ｄの位相を５π／６とされている。
【００７５】
なお、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子から送信される超音波は、上記のように超音波自身が干渉しあうように近接状態して設置されている。具体的には、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることが望ましい。
【００７６】
また、第１圧電素子から第４圧電素子までの圧電素子から送信される超音波が有効に干渉しあって本発明の効果を発揮するために、圧電素子体２２０は１０組以上備えられていることが望ましい。また、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されていることが望ましい。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００７８】
第１圧電素子から第４圧電素子までを一組とする圧電素子体２２０を１６組用意した。
【００７９】
ビームフォーミングにより超音波探触子から３５ｍｍ離れた位置にフォーカスポイントを合わせ、基本周波数４ＭＨｚで駆動した。
【００８０】
第１圧電素子から第４圧電素子までの位相関係と、かかる位相関係によって除去できる２次高調波成分と３次高調波成分の関係を表１に示す。
【００８１】
第１圧電素子と第２圧電素子とから送信される超音波の差分で３次高調波を相殺して除去し、同じく第３圧電素子と第４圧電素子とから送信される超音波の差分で３次高調波を相殺して除去した。また、第１圧電素子と第２圧電素子とから送信される超音波の差分と、第３圧電素子と第４圧電素子とから送信される超音波の差分とをさらに差分することで２次高調波を相殺して除去した。
【００８２】
得られた結果を図７と図８に示す。図７は、基本波と本発明にかかる送信波の時間波形の実測値の一例である。横軸は時間（μｓ）を表し、縦軸は実測された超音波の相対的な強度を表す。線８１が基本波の時間波形、線８２が本発明にかかる送信波の時間波形を表す。
【００８３】
図８は、基本波と本発明にかかる送信波の周波数スペクトルである。横軸は周波数を表し、縦軸は超音波の強度（ｄＢ）を表す。超音波の強度は、０ｄＢで１Ｖｒｍｓに相当する。線９１が基本波の周波数スペクトル、線９２が本発明にかかる送信波の周波数スペクトルを表す。
【００８４】
図８から本発明の送信波は基本波の周波数スペクトルに対して大幅に周波数帯域が狭くなり、２次以上の高次高調波が減衰していることが分かる。
【００８５】
以上のように本実施形態によれば、基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することから、送信波の中の高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８６】
また他の実施形態によれば、第１圧電素子から第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置されることから、各圧電素子から送信される超音波自身が有効に干渉しあうようになるので、効果的に高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８７】
また他の実施形態によれば、圧電素子体２２０は１０組以上備えられており、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されていることから、効果的に高次高調波であるｎ次波とｍ次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８８】
また他の実施形態によれば、前記ｎは２であり、前記ｍは３であることから、効果的に高次高調波である２次波と３次波を消去する超音波診断装置を提供することが可能となる。
【００８９】
【表１】
【符号の説明】
【００９０】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
４ 超音波探触子フォルダ
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 受信信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 送信信号処理部
１９ 記憶部
２０ 振動部
２２ 圧電部
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
２５ バッキング層
２６ 固定板
１２１ 送信ビームフォーマ
１２２ 遅延パルス発生回路
１２３ 遅延テーブル記憶部
１３１ 受信ビームフォーマ
１３２ 整相加算部
１３３ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
１３４ ローパスフィルタ
２００ 圧電素子群
２０１、２０２ アンプ
２２０ 圧電素子体
２２１ 圧電素子
２２１ａ 第１圧電素子
２２１ｂ 第２圧電素子
２２１ｃ 第３圧電素子
２２１ｄ 第４圧電素子
Ｈ 被検体
Ｓ 超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、
該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、
被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、
該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、
前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１圧電素子から前記第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置され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】
前記圧電素子体が１０組以上備えられ、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されてい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ｎは２であり、前記ｍは３であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
基本波、ｎ次波（ｎは２以上の自然数）及びｍ次波（ｍはｎと異なる２以上の自然数）の超音波を出力する圧電素子であって、同じ出力特性を備える圧電素子を４個以上具備する圧電素子群を備え、前記圧電素子群の中の４つの前記圧電素子を第１圧電素子から第４圧電素子として一組とする圧電素子体を少なくとも１つ備える超音波探触子と、
該超音波探触子に超音波を送信させる送信手段と、
被検体からの反射超音波を前記超音波探触子が変換した電気信号を受信する受信手段と、
該電気信号に含まれる高調波成分を抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分から前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、を有し、
前記送信手段は、各圧電素子体において、第１圧電素子と第３圧電素子のｎ次波における位相差と、第２圧電素子と第４圧電素子のｎ次波における位相差とは共に１８０度であり、第１圧電素子と第２圧電素子のｍ次波における位相差と、第３圧電素子と第４圧電素子のｍ次波における位相差とは共に１８０度であるように駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１圧電素子から前記第４圧電素子は５ｍｍ以内の近接状態で設置され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】
前記圧電素子体が１０組以上備えられ、各圧電素子は１次元状または２次元状に配列されてい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ｎは２であり、前記ｍは３であることを特徴とする請求項１から３の何れか一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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４３３２２（Ｐ２０１２−１４３３２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７６（Ｐ２０１１−２５７６）
【出願日】平成２３年１月８日（２０１１．１．８）
【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８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月８日（２０１１．１．８）
【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）】
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