超音波診断装置
【課題】被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ３次波を抽出することで、３次波に基づく超音波画像を実現する超音波診断装置を提供する。
【解決手段】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、高調波抽出部と、画像処理部と、を有する超音波診断装置であって、１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波とを作製し、前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波を加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出する超音波診断装置。
【解決手段】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、高調波抽出部と、画像処理部と、を有する超音波診断装置であって、１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波とを作製し、前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波を加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出する超音波診断装置。
【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受信して超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、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が可能なことから、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（エコー）から生成した受信信号に基づいて当該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。この超音波診断装置は、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けて受信の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】
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基本波成分ではなく、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、基本波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速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、基本波成分を取り除いて高調波成分を抽出したいという要求がある。この要求に対し、例えば基本波の位相が１８０度異なる二つ送信波を形成し、これらの反射波を足し合わせることで基本波成分を除去することで２次波を抽出する技術が開示されている（例えば特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に開示されている技術では、２次波を抽出することはできるが、超音波診断の上で、より好ましい３次波を抽出することはできない。
【０００８】
本発明は、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ３次波を抽出することで、３次波に基づく超音波画像を実現す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】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波と、を作製し、
前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１１】
２．被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、
次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、
第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１２】
３．前記移相手段はデジタルフィルタであ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。
【００１３】
４．前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることを特徴とする前記３に記載の超音波診断装置。
【００１４】
５．前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることを特徴とする前記３または４に記載の超音波診断装置。
【００１５】
６．抽出する高調波成分は３次高調波であることを特徴とする前記１から５の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ３次波を抽出することで、３次波に基づく超音波画像を実現する超音波診断装置を提供できる。
【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】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの超音波探触子２の構成を示す概要図である。
【図４】超音波を送信された被検体Ｈの測定箇所で発生した高調波の位相の関係を示す模式図である。
【図５】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す図である。
【図６】図５に示す位相関係を実現するための超音波診断装置の受信に係る部分のブロック図である。
【図７】第１の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分の動作のフロー図である。
【図８】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波から３次波までの位相関係を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分のブロック図である。
【図１０】第２の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分の動作のフロー図である。
【図１１】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
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。なお、本発明における圧電部とは、対向する２つの電極ではさまれた、圧電挙動を示す部分を指す。
【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。図３は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。
【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とケーブル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、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９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】
送信部１２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回路と、該電気信号を増幅し、超音波探触子２内の圧電部３２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。
【００２５】
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。そして該電気信号から高調波成分を抽出し、また所定の信号処理を施す高調波抽出部としての回路を有す。詳細は後述する。
【００２６】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、受信部１３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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、画像処理部１５、表示部１６、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。
【００２９】
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。
【００３０】
一方、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。
【００３１】
図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次いで、かかる超音波診断装置Ｓを用いて高調波周波数成分を抽出する動作について説明する。
【００４０】
図４は、超音波を送信された被検体Ｈの測定箇所で発生した高調波の位相の関係を示す模式図である。
【００４１】
超音波探触子２から測定箇所に超音波が送信されると、測定箇所の音響インピーダンスの相違の分布によって反射波が発生する。特に、測定箇所に超音波がフォーカスされると、超音波の強度が大きくなることにより、非線形性が高まり、反射波に占める高調波周波数成分が高まる。測定箇所において発生する反射波においては、次数に依って初期位相が異なることが知られている。図４において示されているように、測定箇所において発生する基本波の初期位相を０度とすると、２次波は４５度、３次波は９０度、すなわち、次数をｍとすると、４５×（ｍ−１）（度）だけ位相が遅れる。本実施形態においては、このように次数に依って遅れる位相が異なるという性質を利用して高調波周波数成分を抽出する。そのために、図５に示すような位相関係を有する二つの反射波、第１反射波と第２反射波とを生成する。なお、以下に行う反射波の演算は、反射波である超音波が圧電部２２において変換された電気信号に基づいて行うものとする。図５は、第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す図である。
【００４２】
第１反射波においては、基本波の位相が０度、３次波の位相が１８０度である。第２反射波においては、基本波の位相が２７０度、３次波の位相が１８０度である。かかる第１反射波と第２反射波とを加算して合成すると同図に示すように、基本波は相殺されて無くなり、３次波は２倍の強度となる。このように、第１反射波と第２反射波とを生成することで、基本波は相殺でき、３次波は増幅できることとなる。
【００４３】
次いで、図５に示すような位相関係を有する第１反射波と第２反射波とを生成する手段について説明する。
【００４４】
第１の実施形態においては、第１反射波と第２反射波は、一回の送信に対応する反射波から分離されたものであって、第１反射波は、遅延手段によって位相が変化されることを特徴とするものである。
【００４５】
また、第２反射波は、デジタルフィルタにより位相を変化されるものとする。
【００４６】
図６は、かかる位相関係を実現するための超音波診断装置Ｓの受信に係る部分のブロック図である。
【００４７】
振動部２０の圧電部２２には複数の圧電素子２２１が備えられている。
【００４８】
受信部１３には、電気信号の伝搬する方向に順にアンプ１３１、スイッチ１３２、遅延器１３３、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５、スイッチ１３６、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタ１３７、メモリ１３８、加算器１３９が備えられている。アンプ１３１からＡＤ変換器１３４までは各圧電素子２２１に対応して備えられている。ＦＩＲフィルタ１３７は、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段として機能する。
【００４９】
画像処理部１５には信号処理器１５１、ＤＳＣ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５２が備えられている。
【００５０】
図７は、本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作のフロー図である。
【００５１】
図７に従って本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作を説明する。
【００５２】
最初にステップＳ１において制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに超音波を送信する。送信部１２における図示しないビームフォーマによって被検体Ｈの測定箇所に超音波がフォーカスされるように、各圧電素子２２１の位相が制御される。被検体Ｈにおいて発生した反射波である第１反射波には人体の音響的な非線形性により基本波成分以外に高調波成分を含まれている。
【００５３】
次いでステップＳ２において、超音波探触子２における圧電素子２２１は反射波である第１反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。アンプ１３１は超音波探触子２内に設けても良い。アンプ１３１に増幅された電気信号はスイッチ１３２に入力される。
【００５４】
次いでステップＳ３において、スイッチ１３２は制御部１７の制御によりかかる電気信号を遅延器１３３に出力する。遅延器１３３は、入力された電気信号の位相を遅らせる遅延手段であり、入力された波の次数に比例した位相変化を与えるものである。
【００５５】
スイッチ１３２にはトランジスタ回路など一般的なスイッチを採用できる。遅延器１３３には例えば遅延させる時間に対応した長さの遅延線を採用できる。
【００５６】
遅延させる時間は、図５で説明したように、基本波成分について９０度になるような時間を設定する。基本波成分について９０度になるようにすれば、２次波については、１８０度、３次波については、２７０度となる。
【００５７】
次いでステップＳ４において、第１反射波の電気信号を次のように処理し記憶させる。
【００５８】
遅延器１３３から出力された電気信号はＡＤ変換器１３４によってアナログ値からデジタル値に変換される。ＡＤ変換器１３４から出力された電気信号は整相加算器１３５に入力され、各圧電素子２２１の出力毎の位相が調整されて整相加算される。
【００５９】
整相加算された電気信号はスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６においては、制御部１７の制御により第１反射波に相当する電気信号を、ＦＩＲ１３７を介さずにメモリ１３８に入力させるようにスイッチする。メモリ１３８は、かかる整相加算された第１反射波の電気信号を記憶する。メモリ１３８には制御部１７からの指令により書換え可能なメモリを採用する。
【００６０】
次いで、ステップＳ５において、超音波探触子２における圧電素子２２１は、第１反射波を基準とし、ステップＳ１で送信した超音波から第２反射波を受信し電気信号に変換する。変換された電気信号は、上記と同様にアンプ１３１を経てスイッチ１３２に入力される。
【００６１】
次いでステップＳ６において、第２反射波の電気信号を次のように処理し記憶する。
【００６２】
スイッチ１３２は制御部１７の制御によりかかる電気信号を、遅延器１３３を介さずに、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５経てスイッチ１３６に入力する。スイッチ１３６は制御部１７の制御によりかかる電気信号をＦＩＲ１３７に出力する。
【００６３】
ＦＩＲ１３７は、９０度移相型のＦＩＲである。９０度移相型であるので、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させる。
【００６４】
なお、ＦＩＲ１３７に限らず、入力される電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させるデジタルフィルタであればフィルタの種類は問わない。以上により、第２反射波は、図５に示すような位相関係を有することとなる。このような位相関係を有する第２反射波の電気信号をメモリ１３８に記憶させる。
【００６５】
次いでステップＳ７において、第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とを加算器１３９において加算する。第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とは、図５で示すような位相関係にある。具体的には、図８のようになる。図８は、第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波から３次波までの位相関係を示す模式図である。図８に示されているように、合成波においては、基本波は相殺され、３次波は２倍になり、２次波は２×ｓｉｎ（４５°）＝１．４１４倍になる。
【００６６】
次いでステップＳ８において、加算器１３９から出力された電気信号は画像処理部１５に入力される。画像処理部１５には、信号処理器１５１とＤＳＣ１５２が備えられている。信号処理器１５１においては、包絡線検波、振幅輝度変換、そしてＬＯＧ圧縮が実施される。ＤＳＣ１５２においては、各圧電素子２２１からのデータを音線方向に並べてＢモード画像の画像データを生成する。画像処理部１５から出力された画像データは表示部１６に出力され、超音波画像が表示部１６に表示されることとなる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、被検体Ｈからの反射超音波に含まれる基本波を相殺し３次波は２倍に増加させることができることから、高調波成分の鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
次いで、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、第１反射波と第２反射波は、位相を異ならせて２回行われた送信に対応する反射波であることを特徴とするものである。
【００６９】
図９は、第２の実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分のブロック図である。第１の実施形態におけるブロック図との相違は、スイッチ１３２と遅延器１３３が設けられておらず、アンプ１３１の出力は直接にＡＤ変換器１３４に入力される点である。
【００７０】
図１０は、本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作のフロー図である。図１０に従って本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作を説明する。
【００７１】
最初にステップＳ２１において制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに第１送信波を送信する。送信部１２における図示しないビームフォーマによって被検体Ｈの測定箇所に超音波がフォーカスされるように、各圧電素子２２１の位相が制御される。被検体Ｈにおいて発生した第１反射波には人体の音響的な非線形性により基本波成分以外に高調波成分を含まれている。
【００７２】
次いでステップＳ２２において、超音波探触子２における圧電素子２２１は第１反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。アンプ１３１は超音波探触子２内に設けても良い。
【００７３】
次いでステップＳ２３において、第１反射波の電気信号は次のように処理され記憶させる。
【００７４】
アンプ１３１から出力された電気信号はＡＤ変換器１３４によってアナログ値からデジタル値に変換される。ＡＤ変換器１３４から出力された電気信号は整相加算器１３５に入力され、各圧電素子２２１の出力毎の位相が調整されて整相加算される。
【００７５】
整相加算された電気信号はスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６においては、制御部１７の制御により第１反射波に相当する電気信号を、ＦＩＲ１３７を介さずにメモリ１３８に入力させるようにスイッチする。メモリ１３８は、かかる整相加算された第１反射波の電気信号を記憶する。メモリ１３８には制御部１７からの指令により書換え可能なメモリを採用する。
【００７６】
次いでステップＳ２４において、制御部１７は、次に送信する第２送信波により発生する第２反射波の位相が、第１反射波の位相に対して、図５で示したように１８０度ずれるタイミングになるまで第２送信波の送信を待機する。
【００７７】
次いでステップＳ２５において、制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに第２送信波を送信する。
【００７８】
次いで、ステップＳ２６において、超音波探触子２における圧電素子２２１は第２反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。
【００７９】
次いでステップＳ２７において、第２反射波の電気信号を次のように処理し記憶する。
【００８０】
変換された電気信号は、上記と同様にアンプ１３１、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５経てスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６は制御部１７の制御によりかかる電気信号をＦＩＲ１３７に出力する。ＦＩＲ１３７は、９０度移相型のＦＩＲである。９０度移相型であるので、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させる。すなわち、第２反射波は、図５に示すような位相関係を有することとなる。このような位相関係を有する第２反射波の電気信号をメモリ１３８に記憶させる。
【００８１】
次いでステップＳ２８において、第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とを加算器１３９において加算する。第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とは、図５で示すような位相関係にある。具体的には、図８のようになる。図８に示されているように、合成波においては、基本波は相殺され、３次波は２倍になり、２次波は２×ｓｉｎ（４５°）＝１．４１４倍になる。
【００８２】
次いでステップＳ２９において、加算器１３９から出力された電気信号は画像処理部１５に入力される。画像処理部１５には、信号処理器１５１とＤＳＣ１５２が備えられている。信号処理器１５１においては、包絡線検波、振幅輝度変換、そしてＬＯＧ圧縮が実施される。ＤＳＣ１５２においては、各圧電素子２２１からのデータを音線方向に並べてＢモード画像の画像データを生成する。画像処理部１５から出力された画像データは表示部１６に出力され、超音波画像が表示部１６に表示されることとなる。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、被検体Ｈからの反射超音波に含まれる基本波を相殺し３次波は２倍に増加させることができることから、高調波成分の鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００８４】
なお、図１１に示すような位相関係を有する二つの反射波、第１反射波と第２反射波とを生成させてもよい。図５との相違は、第１反射波と第２反射波との位相が反対になっている点である。第１反射波は、図４に示した送信波の基本波の位相より９０度進むようにし、第２反射波は９０度遅れている。このような位相関係にすることによっても、基本波成分を相殺させることができ、３次波を２倍にすることができる。
【００８５】
以上のように本発明によれば、被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分の電気信号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、を有する超音波診断装置であって、１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波とを作製し、前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することから、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８６】
また、本発明によれば、被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分の電気信号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、を有する超音波診断装置であって、第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することから、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８７】
また、本発明によれば、前記移相手段はデジタルフィルタであることから、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を移相させる機能を容易に実現できるので、基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８８】
また、本発明によれば、前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることから、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を移相させる機能を容易に実現できる。
【００８９】
また、本発明によれば、前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることから、基本周波数成分を完全に除去することができる。
【００９０】
また、本発明によれば、抽出する高調波成分は３次高調波であることから、３次波に基づき高精細な超音波画像を実現する超音波診断装置を提供できる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
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
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
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
３２ 圧電部
１３１ アンプ
１３２ スイッチ
１３３ 遅延器
１３４ ＡＤ変換器
１３５ 整相加算器
１３６ スイッチ
１３７ ＦＩＲフィルタ
１３８ メモリ
１３９ 加算器
１５１ 信号処理器
１５２ ＤＳＣ
２２１ 圧電素子
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受信して超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、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が可能なことから、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（エコー）から生成した受信信号に基づいて当該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。この超音波診断装置は、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けて受信の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】
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基本波成分ではなく、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、基本波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速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、基本波成分を取り除いて高調波成分を抽出したいという要求がある。この要求に対し、例えば基本波の位相が１８０度異なる二つ送信波を形成し、これらの反射波を足し合わせることで基本波成分を除去することで２次波を抽出する技術が開示されている（例えば特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に開示されている技術では、２次波を抽出することはできるが、超音波診断の上で、より好ましい３次波を抽出することはできない。
【０００８】
本発明は、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ３次波を抽出することで、３次波に基づく超音波画像を実現す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】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波と、を作製し、
前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１１】
２．被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、
次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、
第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【００１２】
３．前記移相手段はデジタルフィルタであ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。
【００１３】
４．前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることを特徴とする前記３に記載の超音波診断装置。
【００１４】
５．前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることを特徴とする前記３または４に記載の超音波診断装置。
【００１５】
６．抽出する高調波成分は３次高調波であることを特徴とする前記１から５の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ３次波を抽出することで、３次波に基づく超音波画像を実現する超音波診断装置を提供できる。
【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】実施形態に係る超音波診断装置Ｓの超音波探触子２の構成を示す概要図である。
【図４】超音波を送信された被検体Ｈの測定箇所で発生した高調波の位相の関係を示す模式図である。
【図５】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す図である。
【図６】図５に示す位相関係を実現するための超音波診断装置の受信に係る部分のブロック図である。
【図７】第１の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分の動作のフロー図である。
【図８】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波から３次波までの位相関係を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分のブロック図である。
【図１０】第２の実施形態の超音波診断装置の受信に係る部分の動作のフロー図である。
【図１１】第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
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。なお、本発明における圧電部とは、対向する２つの電極ではさまれた、圧電挙動を示す部分を指す。
【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。図３は、実施形態に係る超音波診断装置Ｓの超音波探触子２の振動部２０の構成を示す概要図である。
【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とケーブル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、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９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】
送信部１２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回路と、該電気信号を増幅し、超音波探触子２内の圧電部３２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。
【００２５】
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。そして該電気信号から高調波成分を抽出し、また所定の信号処理を施す高調波抽出部としての回路を有す。詳細は後述する。
【００２６】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、受信部１３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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、画像処理部１５、表示部１６、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。
【００２９】
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。
【００３０】
一方、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。
【００３１】
図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次いで、かかる超音波診断装置Ｓを用いて高調波周波数成分を抽出する動作について説明する。
【００４０】
図４は、超音波を送信された被検体Ｈの測定箇所で発生した高調波の位相の関係を示す模式図である。
【００４１】
超音波探触子２から測定箇所に超音波が送信されると、測定箇所の音響インピーダンスの相違の分布によって反射波が発生する。特に、測定箇所に超音波がフォーカスされると、超音波の強度が大きくなることにより、非線形性が高まり、反射波に占める高調波周波数成分が高まる。測定箇所において発生する反射波においては、次数に依って初期位相が異なることが知られている。図４において示されているように、測定箇所において発生する基本波の初期位相を０度とすると、２次波は４５度、３次波は９０度、すなわち、次数をｍとすると、４５×（ｍ−１）（度）だけ位相が遅れる。本実施形態においては、このように次数に依って遅れる位相が異なるという性質を利用して高調波周波数成分を抽出する。そのために、図５に示すような位相関係を有する二つの反射波、第１反射波と第２反射波とを生成する。なお、以下に行う反射波の演算は、反射波である超音波が圧電部２２において変換された電気信号に基づいて行うものとする。図５は、第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波と３次波の位相関係を示す図である。
【００４２】
第１反射波においては、基本波の位相が０度、３次波の位相が１８０度である。第２反射波においては、基本波の位相が２７０度、３次波の位相が１８０度である。かかる第１反射波と第２反射波とを加算して合成すると同図に示すように、基本波は相殺されて無くなり、３次波は２倍の強度となる。このように、第１反射波と第２反射波とを生成することで、基本波は相殺でき、３次波は増幅できることとなる。
【００４３】
次いで、図５に示すような位相関係を有する第１反射波と第２反射波とを生成する手段について説明する。
【００４４】
第１の実施形態においては、第１反射波と第２反射波は、一回の送信に対応する反射波から分離されたものであって、第１反射波は、遅延手段によって位相が変化されることを特徴とするものである。
【００４５】
また、第２反射波は、デジタルフィルタにより位相を変化されるものとする。
【００４６】
図６は、かかる位相関係を実現するための超音波診断装置Ｓの受信に係る部分のブロック図である。
【００４７】
振動部２０の圧電部２２には複数の圧電素子２２１が備えられている。
【００４８】
受信部１３には、電気信号の伝搬する方向に順にアンプ１３１、スイッチ１３２、遅延器１３３、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５、スイッチ１３６、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタ１３７、メモリ１３８、加算器１３９が備えられている。アンプ１３１からＡＤ変換器１３４までは各圧電素子２２１に対応して備えられている。ＦＩＲフィルタ１３７は、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段として機能する。
【００４９】
画像処理部１５には信号処理器１５１、ＤＳＣ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５２が備えられている。
【００５０】
図７は、本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作のフロー図である。
【００５１】
図７に従って本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作を説明する。
【００５２】
最初にステップＳ１において制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに超音波を送信する。送信部１２における図示しないビームフォーマによって被検体Ｈの測定箇所に超音波がフォーカスされるように、各圧電素子２２１の位相が制御される。被検体Ｈにおいて発生した反射波である第１反射波には人体の音響的な非線形性により基本波成分以外に高調波成分を含まれている。
【００５３】
次いでステップＳ２において、超音波探触子２における圧電素子２２１は反射波である第１反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。アンプ１３１は超音波探触子２内に設けても良い。アンプ１３１に増幅された電気信号はスイッチ１３２に入力される。
【００５４】
次いでステップＳ３において、スイッチ１３２は制御部１７の制御によりかかる電気信号を遅延器１３３に出力する。遅延器１３３は、入力された電気信号の位相を遅らせる遅延手段であり、入力された波の次数に比例した位相変化を与えるものである。
【００５５】
スイッチ１３２にはトランジスタ回路など一般的なスイッチを採用できる。遅延器１３３には例えば遅延させる時間に対応した長さの遅延線を採用できる。
【００５６】
遅延させる時間は、図５で説明したように、基本波成分について９０度になるような時間を設定する。基本波成分について９０度になるようにすれば、２次波については、１８０度、３次波については、２７０度となる。
【００５７】
次いでステップＳ４において、第１反射波の電気信号を次のように処理し記憶させる。
【００５８】
遅延器１３３から出力された電気信号はＡＤ変換器１３４によってアナログ値からデジタル値に変換される。ＡＤ変換器１３４から出力された電気信号は整相加算器１３５に入力され、各圧電素子２２１の出力毎の位相が調整されて整相加算される。
【００５９】
整相加算された電気信号はスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６においては、制御部１７の制御により第１反射波に相当する電気信号を、ＦＩＲ１３７を介さずにメモリ１３８に入力させるようにスイッチする。メモリ１３８は、かかる整相加算された第１反射波の電気信号を記憶する。メモリ１３８には制御部１７からの指令により書換え可能なメモリを採用する。
【００６０】
次いで、ステップＳ５において、超音波探触子２における圧電素子２２１は、第１反射波を基準とし、ステップＳ１で送信した超音波から第２反射波を受信し電気信号に変換する。変換された電気信号は、上記と同様にアンプ１３１を経てスイッチ１３２に入力される。
【００６１】
次いでステップＳ６において、第２反射波の電気信号を次のように処理し記憶する。
【００６２】
スイッチ１３２は制御部１７の制御によりかかる電気信号を、遅延器１３３を介さずに、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５経てスイッチ１３６に入力する。スイッチ１３６は制御部１７の制御によりかかる電気信号をＦＩＲ１３７に出力する。
【００６３】
ＦＩＲ１３７は、９０度移相型のＦＩＲである。９０度移相型であるので、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させる。
【００６４】
なお、ＦＩＲ１３７に限らず、入力される電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させるデジタルフィルタであればフィルタの種類は問わない。以上により、第２反射波は、図５に示すような位相関係を有することとなる。このような位相関係を有する第２反射波の電気信号をメモリ１３８に記憶させる。
【００６５】
次いでステップＳ７において、第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とを加算器１３９において加算する。第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とは、図５で示すような位相関係にある。具体的には、図８のようになる。図８は、第１反射波と第２反射波とこれらを加算して合成した合成波の基本波から３次波までの位相関係を示す模式図である。図８に示されているように、合成波においては、基本波は相殺され、３次波は２倍になり、２次波は２×ｓｉｎ（４５°）＝１．４１４倍になる。
【００６６】
次いでステップＳ８において、加算器１３９から出力された電気信号は画像処理部１５に入力される。画像処理部１５には、信号処理器１５１とＤＳＣ１５２が備えられている。信号処理器１５１においては、包絡線検波、振幅輝度変換、そしてＬＯＧ圧縮が実施される。ＤＳＣ１５２においては、各圧電素子２２１からのデータを音線方向に並べてＢモード画像の画像データを生成する。画像処理部１５から出力された画像データは表示部１６に出力され、超音波画像が表示部１６に表示されることとなる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、被検体Ｈからの反射超音波に含まれる基本波を相殺し３次波は２倍に増加させることができることから、高調波成分の鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
次いで、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、第１反射波と第２反射波は、位相を異ならせて２回行われた送信に対応する反射波であることを特徴とするものである。
【００６９】
図９は、第２の実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分のブロック図である。第１の実施形態におけるブロック図との相違は、スイッチ１３２と遅延器１３３が設けられておらず、アンプ１３１の出力は直接にＡＤ変換器１３４に入力される点である。
【００７０】
図１０は、本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作のフロー図である。図１０に従って本実施形態の超音波診断装置Ｓの受信に係る部分の動作を説明する。
【００７１】
最初にステップＳ２１において制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに第１送信波を送信する。送信部１２における図示しないビームフォーマによって被検体Ｈの測定箇所に超音波がフォーカスされるように、各圧電素子２２１の位相が制御される。被検体Ｈにおいて発生した第１反射波には人体の音響的な非線形性により基本波成分以外に高調波成分を含まれている。
【００７２】
次いでステップＳ２２において、超音波探触子２における圧電素子２２１は第１反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。アンプ１３１は超音波探触子２内に設けても良い。
【００７３】
次いでステップＳ２３において、第１反射波の電気信号は次のように処理され記憶させる。
【００７４】
アンプ１３１から出力された電気信号はＡＤ変換器１３４によってアナログ値からデジタル値に変換される。ＡＤ変換器１３４から出力された電気信号は整相加算器１３５に入力され、各圧電素子２２１の出力毎の位相が調整されて整相加算される。
【００７５】
整相加算された電気信号はスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６においては、制御部１７の制御により第１反射波に相当する電気信号を、ＦＩＲ１３７を介さずにメモリ１３８に入力させるようにスイッチする。メモリ１３８は、かかる整相加算された第１反射波の電気信号を記憶する。メモリ１３８には制御部１７からの指令により書換え可能なメモリを採用する。
【００７６】
次いでステップＳ２４において、制御部１７は、次に送信する第２送信波により発生する第２反射波の位相が、第１反射波の位相に対して、図５で示したように１８０度ずれるタイミングになるまで第２送信波の送信を待機する。
【００７７】
次いでステップＳ２５において、制御部１７は送信部１２、振動部２０を制御して被検体Ｈに第２送信波を送信する。
【００７８】
次いで、ステップＳ２６において、超音波探触子２における圧電素子２２１は第２反射波を受信し電気信号に変換する。変換によって生じた電気信号はケーブル３を伝搬して受信部１３のアンプ１３１に入力され、電気信号が増幅される。
【００７９】
次いでステップＳ２７において、第２反射波の電気信号を次のように処理し記憶する。
【００８０】
変換された電気信号は、上記と同様にアンプ１３１、ＡＤ変換器１３４、整相加算器１３５経てスイッチ１３６に入力される。スイッチ１３６は制御部１７の制御によりかかる電気信号をＦＩＲ１３７に出力する。ＦＩＲ１３７は、９０度移相型のＦＩＲである。９０度移相型であるので、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を９０度移相させる。すなわち、第２反射波は、図５に示すような位相関係を有することとなる。このような位相関係を有する第２反射波の電気信号をメモリ１３８に記憶させる。
【００８１】
次いでステップＳ２８において、第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とを加算器１３９において加算する。第１反射波の電気信号と第２反射波の電気信号とは、図５で示すような位相関係にある。具体的には、図８のようになる。図８に示されているように、合成波においては、基本波は相殺され、３次波は２倍になり、２次波は２×ｓｉｎ（４５°）＝１．４１４倍になる。
【００８２】
次いでステップＳ２９において、加算器１３９から出力された電気信号は画像処理部１５に入力される。画像処理部１５には、信号処理器１５１とＤＳＣ１５２が備えられている。信号処理器１５１においては、包絡線検波、振幅輝度変換、そしてＬＯＧ圧縮が実施される。ＤＳＣ１５２においては、各圧電素子２２１からのデータを音線方向に並べてＢモード画像の画像データを生成する。画像処理部１５から出力された画像データは表示部１６に出力され、超音波画像が表示部１６に表示されることとなる。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、被検体Ｈからの反射超音波に含まれる基本波を相殺し３次波は２倍に増加させることができることから、高調波成分の鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００８４】
なお、図１１に示すような位相関係を有する二つの反射波、第１反射波と第２反射波とを生成させてもよい。図５との相違は、第１反射波と第２反射波との位相が反対になっている点である。第１反射波は、図４に示した送信波の基本波の位相より９０度進むようにし、第２反射波は９０度遅れている。このような位相関係にすることによっても、基本波成分を相殺させることができ、３次波を２倍にすることができる。
【００８５】
以上のように本発明によれば、被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分の電気信号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、を有する超音波診断装置であって、１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波とを作製し、前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することから、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８６】
また、本発明によれば、被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、前記高調波成分の電気信号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、を有する超音波診断装置であって、第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することから、被検体からの反射波において基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８７】
また、本発明によれば、前記移相手段はデジタルフィルタであることから、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を移相させる機能を容易に実現できるので、基本波を取り除きつつ高調波成分を抽出することで、高調波成分に基づく超音波画像を提供できる超音波診断装置を提供できる。
【００８８】
また、本発明によれば、前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることから、電気信号に含まれる周波数の大きさに関らずに一様に各周波数成分を移相させる機能を容易に実現できる。
【００８９】
また、本発明によれば、前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることから、基本周波数成分を完全に除去することができる。
【００９０】
また、本発明によれば、抽出する高調波成分は３次高調波であることから、３次波に基づき高精細な超音波画像を実現する超音波診断装置を提供できる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
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
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
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
３２ 圧電部
１３１ アンプ
１３２ スイッチ
１３３ 遅延器
１３４ ＡＤ変換器
１３５ 整相加算器
１３６ スイッチ
１３７ ＦＩＲフィルタ
１３８ メモリ
１３９ 加算器
１５１ 信号処理器
１５２ ＤＳＣ
２２１ 圧電素子
Ｓ 超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波と、を作製し、
前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、
次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、
第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記移相手段はデジタルフィルタであ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】
前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
抽出する高調波成分は３次高調波であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、位相を遅延手段により変化させた第１反射波と、前記１回の超音波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号であって、次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により位相を変化させた第２反射波と、を作製し、
前記第１反射波と前記第２反射波の位相を互いに１８０度異ならせて前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に超音波を送信し前記超音波が被検体において反射して生成された反射超音波を受信して電気信号に変換する圧電部と、
前記電気信号に含まれる高調波成分の電気信号を少なくとも抽出するための高調波抽出部と、
前記高調波成分の電気信号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、
を有する超音波診断装置であって、
第１送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第１反射波と、第２送信波の送信に対応する反射超音波から前記圧電部が変換した電気信号である第２反射波とを各々生成し、
次数に関らずに同一の位相変化をもたらす移相手段により前記第２反射波の位相を変化させ、
第１送信波と第２送信波のタイミングを所定のタイミングに合わせることで、前記第１反射波と前記第２反射波の基本波の位相を互いに１８０度異ならせ、前記第１反射波と前記第２反射波とを加えて基本波成分を相殺することで高調波成分を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記移相手段はデジタルフィルタであ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】
前記デジタルフィルタは、ＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記デジタルフィルタは、９０度位相を変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
抽出する高調波成分は３次高調波であることを特徴とする請求項１から５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２０１２−１６１４４８（Ｐ２０１２−１６１４４８Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６４０（Ｐ２０１１−２３６４０）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【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３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【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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