JP2004135705A - 超音波診断装置及び超音波診断方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波パルスのサイドローブによって発生するアーチファクト（虚像）を低減し得る超音波診断装置を提供する。
【解決手段】整相加算部１４は、超音波パルスのサイドローブによる反射を含むエコー信号を受信して、そのフォーカシングを行なう。基本波用ＢＰＦ部１５１及び基本波用検波部１６１は、エコー信号から基本波成分を抽出し、信号パワーを算出する。高調波用ＢＰＦ部１５２及び高調波用検波部１６２は、エコー信号から高調波成分を抽出し、信号パワーを算出する。パワー比演算部１７及びパワー比比較部１９は、算出された２つの信号パワーの比を算出し、このパワー比とパワー比参照メモリ１８に格納されているパワー比しきい値とを比較し、その比較結果を検波信号抑制部１１０に通知する。検波信号抑制部１１０は、通知内容に応じてエコー信号を抑制して出力する。表示部１１１は、出力されたエコー信号に基づいて断層像を生成して表示する。
【選択図】 図２
【解決手段】整相加算部１４は、超音波パルスのサイドローブによる反射を含むエコー信号を受信して、そのフォーカシングを行なう。基本波用ＢＰＦ部１５１及び基本波用検波部１６１は、エコー信号から基本波成分を抽出し、信号パワーを算出する。高調波用ＢＰＦ部１５２及び高調波用検波部１６２は、エコー信号から高調波成分を抽出し、信号パワーを算出する。パワー比演算部１７及びパワー比比較部１９は、算出された２つの信号パワーの比を算出し、このパワー比とパワー比参照メモリ１８に格納されているパワー比しきい値とを比較し、その比較結果を検波信号抑制部１１０に通知する。検波信号抑制部１１０は、通知内容に応じてエコー信号を抑制して出力する。表示部１１１は、出力されたエコー信号に基づいて断層像を生成して表示する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波断層像内に含まれるアーチファクト（虚像）を低減させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非侵襲、かつリアルタイムで被検体の観測が可能である超音波診断装置は、医療分野において欠かせない存在になりつつある。この超音波診断装置は、プローブ（探触子）で発生させた超音波パルスを被検体に送信し、反射してきた超音波エコーに基づいて被検体内の様子を画像化する装置である（非特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、従来の超音波診断装置の構成およびその動作について説明する。
図１０は、従来の超音波診断装置７０の機能構成を示すブロック図である。
図１０に示されるように、従来の超音波診断装置７０は、探触子７１、送受信切替部７２、送信部７３、整相加算部７４、フィルタ部７５、検波部７６および表示部７７を備えている。
【０００４】
探触子７１は、被検体に対して超音波パルスを送信すると共に、被検体から反射してきた超音波（以下、「超音波エコー」という。）の受信を行なう装置である。探触子７１は、超音波パルスの送信時においては、送信部７３から超音波パルスを発生させるためのパルス信号（以下、「送信パルス信号」という。）を受信し、これに基づいて超音波パルスを生成する。一方、超音波エコーの受信時においては、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号（以下、「受信エコー信号」という。）に変換し、送受信切替部７２に出力する。
【０００５】
送受信切替部７２は、超音波パルスの送信時には探触子７１と送信部７３とを接続させ、超音波エコーの受信時には探触子７１と整相加算部７４とを接続するように切り替える。送信部７３は、超音波パルスの送信時に送信パルス信号を生成して送受信切替部７２に出力する。
【０００６】
整相加算部７４は、送受信切替部７２を介して探触子７１から受信した受信エコー信号に対してフォーカシングおよび必要な整相加算を行ない、フィルタ部７５に出力する。フィルタ部７５は、整相加算部７４から出力された受信エコー信号に対してフィルタ処理を施す。検波部７６は、フィルタ部７５から出力されたフィルタ処理後の受信エコー信号に対して包絡線検波を行ない、検波後の受信エコー信号（以下、「受信検波信号」という。）を表示部７７に出力する。表示部７７は、検波部７６から出力された受信検波信号に基づいて断層像を生成し、その表示を行なう。
【０００７】
次に、従来の超音波診断装置７０における動作について説明する。被検体に超音波パルスを送信するために、送信部７３において送信パルス信号が生成され、この送信パルス信号に基づいて生成された超音波パルスが探触子７１から被検体に送信される。被検体に送信された超音波パルスは、被検体内の音響インピーダンス境界において反射され、送信開始時刻から反射深度に応じた時間分だけ遅れて探触子７１に戻ってくる。探触子７１は、受信した超音波エコーを電気的な受信エコー信号に変換して整相加算部７４に出力する。整相加算部７４は、探触子７１を構成する各振動子が超音波エコーを受信した場合の受信時刻の差の補正を行ない、受信エコー信号のフォーカシングを行なう。
【０００８】
さらに、整相加算後の受信エコー信号には、ノイズ成分も含まれているため、フィルタ部７５において中心周波数あるいは中心周波数の２倍となる高調波周波数における受信エコー信号を効率的に抽出するために、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）によってフィルタリングが施される。フィルタ部７５を通過した受信エコー信号は、検波部７６においてヒルベルト変換フィルタなどを用いて複素化された後、包絡線検波が施されることで、断層像を生成するための輝度等を示す受信検波信号に変換される。最後に、表示部７７は、受信検波信号に基づいて断層像を生成し、ディスプレイ装置等に表示する。
【０００９】
なお、超音波診断装置においては、断層像の画質改善を図るため、所望の指向性（例えば、正面方向がより強い音圧を有する特性）をもった超音波パルスが使用される。
【００１０】
【非特許文献１】
伊東・平田編著、「超音波医学ＴＥＸＴ 基礎超音波医学」１９９８年４月、
医歯薬出版株式会社
ｐ．７−２０、ｐ．２４−２５
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に送信される超音波パルスは、所望する方向（正面方向）に送信されるメインローブ以外に、所望としない方向（例えば、左右に４５°）に送信される複数のサイドローブを有している。
【００１２】
図１１は、メインローブ８１の両脇に発生し、かつ所望しない方向（左右の斜め方向。以下、「サイドローブ方向」という。）に送信される複数のサイドローブ８２、８３の概要を示す図である。これらのサイドローブのため、サイドローブ方向にある物体に超音波パルスのサイドローブが送信され、超音波診断装置７０が超音波エコーを受信すると、断層像として表示させたい超音波が反射する物体から反射される超音波パルスのメインローブ以外に、サイドローブ方向にある物体から反射される超音波エコーも同時に受信することになる。その結果、サイドローブ方向からの超音波エコーがアーチファクト（虚像）を生成することになり、アーチファクトを含む断層像によって誤った診断を招いてしまうという問題がある（非特許文献１参照）。
【００１３】
図１２は、上記のサイドローブ８２、８３によって生成されたアーチファクト（虚像）が断層像として表示されるまでの過程を模式的に示した図である。図１２に示されるように、メインローブ方向には、断層像として表示させたい超音波が反射し得る物体９１、９２があり、超音波パルスのメインローブがこれらの物体に反射し、受信エコー信号９６、９７が生成される。しかし、この超音波パルスはサイドローブを有しているため、左右のサイドローブ方向には、断層像として表示させたくない、超音波が反射し得る物体９３〜９５があり、サイドローブがこれらの物体に反射し、受信エコー信号９３ａ〜９５ａが生成されてしまう。その結果として、受信検波信号においても上記サイドローブによる信号９３ａ〜９５ａが残留してしまい、これがアーチファクトとして現われる。
【００１４】
そこで、本発明では、上記課題に鑑みてなされたものであり、サイドローブによって発生するアーチファクト（虚像）による誤診断を防止し得る超音波診断装置および超音波診断方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、前記算出された比の値に基づいて、前記基本波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備える。
【００１６】
さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、前記算出された比の値に基づいて、前記高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備える。
【００１７】
なお、上記目的を達成するために、本発明は、上記超音波診断装置の特徴的な構成手段をステップとする方法として実現したり、それらのステップの全てを含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムは、超音波診断装置が備えるＲＯＭ等に格納しておくだけでなく、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体や通信ネットワーク等の伝送媒体を介して流通させることも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明を行なう。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における超音波診断装置１０の外観図である。本装置１０は、単に断層像を生成するだけでなく、サイドローブによって発生するアーチファクト（虚像）を低減して、より正確な診断が可能な超音波診断装置であり、主に表示装置１０ａ、本体装置１０ｂおよびプローブ１０ｃから構成されている。
【００１９】
表示装置１０ａは、超音波エコー法等により得られた断層像や必要な情報を表示させるための液晶又はＣＲＴ等によるディスプレイ装置であり、オペレータからの入力を受け付けるタッチパネル等を有している。
【００２０】
本体装置１０ｂは、プローブ１０ｃにおける超音波の送受信を制御するための送受信回路、各種の信号や画像を処理するためにＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＲＡＭ等からなる信号・画像処理回路、オペレータからの操作を受け付けるスイッチ群やマウス、タッチパネルを有する液晶ディスプレイ等を備える。
【００２１】
プローブ１０ｃは、超音波を送受信するための超音波振動子や音響レンズ等からなる探触子である。
【００２２】
図２は、本実施の形態における超音波診断装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２に示されるように、本装置１０は、探触子１１、送受信切替部１２、送信部１３、整相加算部１４、基本波用ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部１５１、高調波用ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部１５２、基本波用検波部１６１、高調波用検波部１６２、パワー比演算部１７、パワー比参照メモリ１８、パワー比比較部１９、操作入力部２０、検波信号抑制部１１０および表示部１１１を備えている。
【００２３】
探触子１１は、超音波パルスの生成および被検体から反射してきた超音波エコーの受信を行なう装置である（上記図１のプローブ１０ｃに該当）。この探触子１１は、超音波パルスの送信時においては、送信部１３から受信した送信パルス信号に基づいて超音波パルスを生成する。一方、超音波エコーの受信時においては、被検体から反射してきた超音波エコーを受信エコー信号に変換し、この受信エコー信号を送受信切替部１２に出力する。
【００２４】
送受信切替部１２は、超音波パルスの送信時には探触子１１と送信部１３とを接続させ、超音波エコーの受信時には探触子１１と整相加算部１４とが接続するように切り替える。
【００２５】
送信部１３は、超音波パルスの送信時に、送信パルス信号を生成し、送受信切替部１２に出力する。整相加算部１４は、送受信切替部１２を介して探触子１１から受信した受信エコー信号に対してフォーカシングを行ない、必要な整相加算を行なう。
【００２６】
基本波用ＢＰＦ部１５１は、整相加算部１４から出力された受信エコー信号に対して、超音波パルスの基本波に対応する中心周波数に係る信号成分を抽出するためのフィルタ処理を施す。高調波用ＢＰＦ部１５２は、整相加算部１４から出力された受信エコー信号に対して、超音波パルスの基本波が被検体内を伝播する際に発生した非線形歪を構成する高調波周波数に係る信号成分を抽出するためのフィルタ処理を施す。
【００２７】
基本波用検波部１６１は、基本波用ＢＰＦ部１５１から出力された受信エコー信号の中心周波数に係る信号成分に対して検波を行なう。高調波用検波部１６２は、高調波用ＢＰＦ部１５２から出力された受信エコー信号の高調波周波数に係る信号成分に対して検波を行なう。
【００２８】
パワー比演算部１７は、基本波用検波部１６１および高調波用検波部１６２からそれぞれ出力された受信検波信号におけるパワー比（例えば、高調波の受信検波信号の最大振幅値／基本波の受信検波信号の最大振幅値）を算出する。
【００２９】
パワー比参照メモリ１８は、被検体内における伝播距離（または、「深度」ともいう。）毎に設定されている「パワー比しきい値」を格納する。この「パワー比しきい値」とは、受信検波信号がメインローブに基づくものかサイドローブに基づくものかを判断する際の基準値であり、この値を下回るパワー比の場合は、その受信検波信号はサイドローブに基づく受信検波信号であると判断する。例えば、伝播距離（深度）が「５ｃｍ」の時のパワー比しきい値は「０．３」、伝播距離（深度）が「１０ｃｍ」の時のパワー比しきい値は「０．３５」というように双方が対応付けられて記憶されている。なお、このパワー比しきい値は、操作入力部２０を介してユーザによって変更され得る。
【００３０】
パワー比比較部１９は、パワー比演算部１７の出力である「パワー比」とこれに対応するパワー比参照メモリ１８に格納されている伝播距離（深度）毎の「パワー比しきい値」とを比較し、その結果（「アーチファクトである」、「アーチファクトでない」等）を検波信号抑制部１１０に通知する。例えば、伝播距離（深度）が「５ｃｍ」の場合のパワー比の値が「０．１」で、これに対応するパワー比しきい値の値が「０．３」の場合は、サイドローブに基づくアーチファクトであると判断する。
【００３１】
検波信号抑制部１１０は、パワー比比較部１９から受信した通知に基づいて、基本波用検波部１６１の出力を制御する。例えば、パワー比比較部１９から「サイドローブである」旨の通知を受けた場合は、その基本波に係る受信検波信号を「２０パーセントに低減して出力」するとか、「全く出力しない」というように制御する。
【００３２】
表示部１１１は、基本波用検波部１６１の出力であるエコー信号に基づいて断層像を生成し、その表示を行なう。
【００３３】
次に、本実施の形態の超音波診断装置１０における動作について説明する。
まず、被検体に超音波パルスを送信するためには、送信部１３が送信パルス信号を生成して探触子１１に送信する。さらに、探触子１１がこの送信パルス信号に基づいて超音波パルスを生成して被検体に送信する。
この際、上記発明が解決しようとする課題でも述べたように、探触子１１から送信される超音波パルスは、メインローブおよびサイドローブを有している。このため、サイドローブ方向にある物体にも超音波パルス（サイドローブ）が送信されるので、超音波診断装置１０が超音波エコーを受信した場合は、メインローブ方向にある断層像として表示させたい物体から反射された超音波エコー以外に、サイドローブ方向にある物体から反射された超音波エコーも同時に受信することになる。その結果としてサイドローブ方向からの超音波パルスがアーチファクト（虚像）として表示されることになる。
【００３４】
ここで注目すべき点は２つある。１点目は、送信される超音波パルスにおけるメインローブ方向の送信パワーとサイドローブ方向の送信パワーとの違いである。すなわち、上記図１１から明らかなように、メインローブ方向の送信パワーは、サイドローブ方向の送信パワーよりも大きい点である。２点目は、被検体を超音波パルスが通過した場合の非線形伝播歪み現象である。この現象は、送信された超音波パルスが被検体内を伝播するにつれて超音波パルスの波形が次第に歪んでいく現象であり、超音波パルスは伝播距離（深度）に従って本来の送信周波数（基本波周波数）のＮ倍（２倍、３倍等）の高調波周波数成分が増大する。
【００３５】
図３は、超音波パルスが被検体内を伝播する際の非線形伝播歪み現象を模式的に表わした図であり、（ａ）は、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合（即ち、メインローブの場合）の受信エコー信号波形の例示であり、（ｂ）は、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合（即ち、サイドローブの場合）の受信エコー信号波形の例示である。図３（特に、図３（ａ））に示されるように、伝播距離が長く（深度が深く）なるに従って、受信エコー信号の波形が鋸歯状になっていく。これは、超音波が媒質（被検体の内部）を進む場合は、超音波のパワーが大きい（音圧の大きい）部分は速く、逆にパワーが小さい（音圧の小さい）部分は遅く進むため、波形が鋸歯状になり、図３に示されるような歪みを生ずるのである。
さらに、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、この非線形伝播歪み現象は、送信される超音波パルスのパワーの大小にも密接に関係しており、上記と同様の理由から、超音波パルスのパワーが大きい場合は、パワーが小さい場合に比べて短い伝播距離（深度）で非線形伝播歪みを生じてしまう。言い換えると、パワーが大きい場合は、短い伝播距離（深度）で大きな高調波を有することとなる。
【００３６】
図４は、上記図３の非線形伝播歪み現象における受信検波信号の周波数スペクトルを模式的に表わした図であり、（ａ）は、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合（即ち、メインローブの場合）の受信検波信号の周波数スペクトル例であり、（ｂ）は、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合（即ち、サイドローブの場合）の受信検波信号の周波数スペクトル例示である。
より詳細に説明すると、図４（ａ）には、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合の、伝播距離がＺ０とＺ１における受信エコー信号の信号パワー分布が示されており、伝播距離が長くなると（Ｚ１＞Ｚ０）、高調波周波数（Ｆ１＝２Ｆ０）における信号パワーが際立って大きくなる様子が示されている。
【００３７】
一方、図４（ｂ）には、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合の、伝播距離がＺ０とＺ１における受信検波信号の信号パワー分布が示されているが、この場合は、伝播距離が長くなっても高調波周波数における信号パワーが際立って大きくなることはない。
【００３８】
以上の注目すべき２点から、基本波周波数成分および高調波周波数成分のパワー比（高調波パワー／基本波パワー）を考慮すると、アーチファクト（虚像）の原因となるサイドローブ方向から受信された超音波エコーは、メインローブ方向から受信した超音波エコーよりもパワー比が小さくなる傾向がある。したがって、このパワー比に基づいて受信検波信号の出力を抑制すればアーチファクトを低減させることが可能となる。
【００３９】
次に、以上のことを踏まえ、実施の形態１に係る超音波診断装置１０における動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、超音波診断装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
最初に、超音波パルスが被検体に送信されると（Ｓ４０１）、その超音波パルスは被検体内の音響インピーダンス境界において反射され、送信開始時間から反射深度に応じた遅延時間分だけ遅れて探触子１１に戻ってくる（Ｓ４０２）。この探触子１１で受信される超音波エコーには、メインローブ方向およびサイドローブ方向からの反射波が重ね合わされて受信されることになる。探触子１１で受信された超音波エコーは、受信エコー信号に変換されて整相加算部１４に送られる。整相加算部１４は、探触子１１を構成する各振動子間での受信エコー信号の到達時間の差の補正を行ない、受信エコー信号のフォーカシングを行なう。整相加算後の受信エコー信号は、メインローブから反射してきた超音波エコーに基づく受信エコー信号なのかサイドローブから反射したきた超音波エコーに基づく受信エコー信号なのかが不明であると共に、ノイズ成分も含んでいるため、基本波用ＢＰＦ部１５１および基本波用検波部１６１を用いて基本波周波数成分を抽出し、その信号パワーを算出する（Ｓ４０３、Ｓ４０４）。一方、高調波用ＢＰＦ部１５２および高調波用検波部１６２を用いて高調波周波数成分を抽出し、その信号パワーを算出する（Ｓ４０３、Ｓ４０４）。
【００４１】
そして、パワー比演算部１７は、基本波用検波部１６１及び高調波用検波部１６２によって算出されたそれぞれの信号パワーの比Ｒｐを算出する（Ｓ４０５）。ここで、ユーザから上記パワー比しきい値Ｒｓについて変更がある場合は（Ｓ４０６）、パワー比参照メモリ１８に格納されているパワー比しきい値Ｒｓの値を更新する（Ｓ４０７）。
【００４２】
さらに、パワー比比較部１９は、パワー比演算部１７で算出されたパワー比Ｒｐとパワー比参照メモリ１８に格納されている伝播距離（深度）毎に記憶されているパワー比しきい値Ｒｓとを比較し、その比較結果に基づく通知を検波信号抑制部１１０に行なう。
【００４３】
検波信号抑制部１１０は、パワー比比較部１９から受信した通知が「アーチファクトである」旨であれば基本波用検波部１６１から出力された受信検波信号の信号レベルを抑制（例えば、２０パーセントに抑制）し（Ｓ４１０）、そうでない場合は基本波用検波部１６１から出力された受信検波信号の信号レベルをそのまま出力する（Ｓ４０９）。
【００４４】
最後に、表示部１１１は、検波信号抑制部１１０から出力された受信検波信号に基づいて断層像を生成し、これを表示する（Ｓ４１１）。以上の処理を超音波診断装置による診断が終了するまで継続する（Ｓ４０１〜Ｓ４１２）。
なお、上記の説明では、検波信号抑制部１１０に入力される受信検波信号は、基本波用検波部１６１から出力された受信エコー信号としているが、高調波による断層像表示モード（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｏｄｅ）を用いる場合は、高調波用検波部１６２から出力された受信検波信号を入力として用いることとする。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置１０によれば、受信検波信号における「高調波パワー／基本波パワー」のパワー比を算出して比較することによって、超音波エコーに含まれるアーチファクトの原因となるサイドローブによって生じた受信エコー信号の検出およびその抑制を行なうので、表示部１１１に表示される断層像をアーチファクトの少ない鮮明な断層像を生成することが可能となり、誤診断を防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２における超音波診断装置は、上記実施の形態１における超音波診断装置１０と同様に、超音波パルスにおけるサイドローブによって生じた受信検波信号のレベルを抑制させることによって、アーチファクトを軽減し得る超音波診断装置であるが、特に、基本波周波数成分又は高調波周波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタとして、ダイナミックバンドパスフィルタを用いる点で上記実施の形態１における超音波診断装置と異なる。
【００４７】
図６は、本実施の形態における超音波診断装置４０の機能構成を示すブロック図である。図６に示されるように、超音波診断装置４０は、探触子４１、送受信切替部４２、送信部４３、整相加算部４４、基本波用ＤＢＰＦ（ダイナミックバンドパスフィルタ）部４５１、高調波用ＤＢＰＦ（ダイナミックバンドパスフィルタ）部４５２、基本波用検波部４６１、高調波用検波部４６２、パワー比演算部４７、パワー比参照メモリ４８、パワー比比較部４９、検波信号抑制部４１０、表示部４１１を備えている。
【００４８】
なお、実施の形態２における超音波診断装置の構成については、上記実施の形態１の場合とほぼ同様であるため、異なる構成について重点的に説明する。図６における探触子４１、送受信切替部４２、送信部４３、整相加算部４４、基本波用検波部４６１、高調波用検波部４６２、パワー比演算部４７、パワー比参照メモリ４８、パワー比比較部４９、検波信号抑制部４１０および表示部４１１については、上記実施の形態１における超音波診断装置１０における探触子１１、送受信切替部１２、送信部１３、整相加算部１４、基本波用検波部１６１、高調波用検波部１６２、パワー比演算部１７、パワー比参照メモリ１８、パワー比比較部１９、検波信号抑制部１１０および表示部１１１と同じであるため、その説明は省略する。
【００４９】
基本波用ＤＢＰＦ部４５１および高調波用ＤＢＰＦ部４５２は、受信深度が深くなるにつれてバンドパス帯域が動的に低周波帯域に移動していくフィルタ特性を有している。このようなフィルタ特性を有するＢＰＦを使用する理由は、送信した超音波パルスのパワーは伝播距離（深度）に応じて減衰することになるが、図７に示すように、周波数が高くなるほどより顕著に信号パワーが減衰する性質があるためである。図８に、このダイナミックバンドパスフィルタの周波数特性例を示す。
そこで、ダイナミックバンドパスフィルタを用いることで伝播距離（深度）に応じたバンドパス帯域を動的に変更するように制御することが可能となるので、Ｓ／Ｎ比の良い受信検波信号を得ることができ、最終的には、誤診断を招きにくい断層像を生成することができる。
【００５０】
次に、以上のことを踏まえ、実施の形態２に係る超音波診断装置４０における動作について、図９を参照しながら説明する。図９は、超音波診断装置４０の動作の流れを示すフローチャートである。図９において明らかなように、基本波用ＤＢＰＦ部４５１においてＤＢＰＦを使用し、高調波用ＤＢＰＦ部４５２においてＤＢＰＦを使用すること（Ｓ９０１）以外は、上記実施の形態１の図５のフローと同じである。
【００５１】
なお、上記の説明では、前記実施の形態１の場合と同様に、検波信号抑制部４１０に入力される受信検波信号は、基本波用検波部４６１から出力された受信検波信号としているが、高調波による断層像表示モード（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｏｄｅ）を用いる場合は、高調波用検波部４６２から出力された受信検波信号を入力として用いることとする。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置４０によれば、受信検波信号における「高調波パワー／基本波パワー」のパワー比を算出して比較することによって、超音波エコーに含まれるアーチファクトの原因となるサイドローブによって生じた受信エコー信号の検出およびその抑制を行ない、さらに、伝播距離（深度）に応じてバンドパス帯域を動的に変更するように制御して、より実際に即した基本波周波数成分および高調波周波数成分の抽出を行なってアーチファクトの低減化を図っているので、表示部１１１に表示される断層像は、より鮮明な断層像を生成することが可能となり、誤診断を防止することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、基本波周波数成分の信号パワーと高調波周波数成分の信号パワーとの比に基づいてサイドローブによるエコー信号か否かを判別してアーチファクトの低減化を図る場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）の信号パワーとＭ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）の信号パワーとの比に基づいて、同様に、サイドローブによるエコー信号か否かを判別してアーチファクトの低減化を図るように構成することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る超音波診断装置は、探触子から送信される超音波パルスにおけるメインローブ方向およびサイドローブ方向への送信パワーの違いと被検体のもつ非線形伝播歪み現象の度合いの違いとを利用することにより、受信検波信号についてアーチファクトを生成する信号であるか否かを判断し、この結果に基づいて受信検波信号の出力レベルを抑制して上記アーチファクトの低減化が実現されるので、その実用的価値は大きい。
【００５５】
なお、さらに、メインローブ方向においても送信方向に広がりがあるので、本発明において利用するパワー比しきい値を適切に設定すれば、方位分解能に関しても向上させることが可能となる。結果として、アーチファクトが低減され、かつ方位分解能が向上した断層像表示が可能な超音波診断装置を構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における超音波診断装置の外観図である。
【図２】実施の形態１における超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】送信パワーの違いによる非線型伝播歪みを受けた信号波形を説明するための図である。
【図４】送信パワーの違いによる非線型伝播歪みを受けた信号スペクトルの一例である。
【図５】実施の形態１における超音波診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２における超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】伝播距離（深度）と受信信号パワーとの関係を表わす曲線の一例である。
【図８】伝播距離（深度）と受信信号の振幅との関係を表わす周波数特性曲線の一例である。
【図９】実施の形態２における超音波診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】従来における超音波診断装置の機能構成を示す概略図である。
【図１１】従来における送信パルスのパワー分布を模式的に示す図である。
【図１２】従来における伝播距離に対する受信パルスのパワー分布を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 超音波診断装置
１０ａ 表示装置
１０ｂ 本体装置
１０ｃ プローブ
１１ 探触子
１２ 送受信切替部
１３ 送信部
１４ 整相加算部
１７ パワー比演算部
１８ パワー比参照メモリ
１９ パワー比比較部
２０ 操作入力部
４０ 超音波診断装置
４１ 探触子
４２ 送受信切替部
４３ 送信部
４４ 整相加算部
４７ パワー比演算部
４８ パワー比参照メモリ
４９ パワー比比較部
５０ 操作入力部
７０ 超音波診断装置
７１ 探触子
７２ 送受信切替部
７３ 送信部
７４ 整相加算部
７５ フィルタ部
７６ 検波部
７７ 表示部
１１０ 検波信号抑制部
１１１ 表示部
１５１ 基本波用ＢＰＦ部
１５２ 高調波用ＢＰＦ部
１６１ 基本波用検波部
１６２ 高調波用検波部
４１０ 検波信号抑制部
４１１ 表示部
４５１ 基本波用ＤＢＰＦ部
４５２ 高調波用ＤＢＰＦ部
４６１ 基本波用検波部
４６２ 高調波用検波部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波断層像内に含まれるアーチファクト（虚像）を低減させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非侵襲、かつリアルタイムで被検体の観測が可能である超音波診断装置は、医療分野において欠かせない存在になりつつある。この超音波診断装置は、プローブ（探触子）で発生させた超音波パルスを被検体に送信し、反射してきた超音波エコーに基づいて被検体内の様子を画像化する装置である（非特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、従来の超音波診断装置の構成およびその動作について説明する。
図１０は、従来の超音波診断装置７０の機能構成を示すブロック図である。
図１０に示されるように、従来の超音波診断装置７０は、探触子７１、送受信切替部７２、送信部７３、整相加算部７４、フィルタ部７５、検波部７６および表示部７７を備えている。
【０００４】
探触子７１は、被検体に対して超音波パルスを送信すると共に、被検体から反射してきた超音波（以下、「超音波エコー」という。）の受信を行なう装置である。探触子７１は、超音波パルスの送信時においては、送信部７３から超音波パルスを発生させるためのパルス信号（以下、「送信パルス信号」という。）を受信し、これに基づいて超音波パルスを生成する。一方、超音波エコーの受信時においては、被検体から反射してきた超音波エコーを電気信号（以下、「受信エコー信号」という。）に変換し、送受信切替部７２に出力する。
【０００５】
送受信切替部７２は、超音波パルスの送信時には探触子７１と送信部７３とを接続させ、超音波エコーの受信時には探触子７１と整相加算部７４とを接続するように切り替える。送信部７３は、超音波パルスの送信時に送信パルス信号を生成して送受信切替部７２に出力する。
【０００６】
整相加算部７４は、送受信切替部７２を介して探触子７１から受信した受信エコー信号に対してフォーカシングおよび必要な整相加算を行ない、フィルタ部７５に出力する。フィルタ部７５は、整相加算部７４から出力された受信エコー信号に対してフィルタ処理を施す。検波部７６は、フィルタ部７５から出力されたフィルタ処理後の受信エコー信号に対して包絡線検波を行ない、検波後の受信エコー信号（以下、「受信検波信号」という。）を表示部７７に出力する。表示部７７は、検波部７６から出力された受信検波信号に基づいて断層像を生成し、その表示を行なう。
【０００７】
次に、従来の超音波診断装置７０における動作について説明する。被検体に超音波パルスを送信するために、送信部７３において送信パルス信号が生成され、この送信パルス信号に基づいて生成された超音波パルスが探触子７１から被検体に送信される。被検体に送信された超音波パルスは、被検体内の音響インピーダンス境界において反射され、送信開始時刻から反射深度に応じた時間分だけ遅れて探触子７１に戻ってくる。探触子７１は、受信した超音波エコーを電気的な受信エコー信号に変換して整相加算部７４に出力する。整相加算部７４は、探触子７１を構成する各振動子が超音波エコーを受信した場合の受信時刻の差の補正を行ない、受信エコー信号のフォーカシングを行なう。
【０００８】
さらに、整相加算後の受信エコー信号には、ノイズ成分も含まれているため、フィルタ部７５において中心周波数あるいは中心周波数の２倍となる高調波周波数における受信エコー信号を効率的に抽出するために、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）によってフィルタリングが施される。フィルタ部７５を通過した受信エコー信号は、検波部７６においてヒルベルト変換フィルタなどを用いて複素化された後、包絡線検波が施されることで、断層像を生成するための輝度等を示す受信検波信号に変換される。最後に、表示部７７は、受信検波信号に基づいて断層像を生成し、ディスプレイ装置等に表示する。
【０００９】
なお、超音波診断装置においては、断層像の画質改善を図るため、所望の指向性（例えば、正面方向がより強い音圧を有する特性）をもった超音波パルスが使用される。
【００１０】
【非特許文献１】
伊東・平田編著、「超音波医学ＴＥＸＴ 基礎超音波医学」１９９８年４月、
医歯薬出版株式会社
ｐ．７−２０、ｐ．２４−２５
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に送信される超音波パルスは、所望する方向（正面方向）に送信されるメインローブ以外に、所望としない方向（例えば、左右に４５°）に送信される複数のサイドローブを有している。
【００１２】
図１１は、メインローブ８１の両脇に発生し、かつ所望しない方向（左右の斜め方向。以下、「サイドローブ方向」という。）に送信される複数のサイドローブ８２、８３の概要を示す図である。これらのサイドローブのため、サイドローブ方向にある物体に超音波パルスのサイドローブが送信され、超音波診断装置７０が超音波エコーを受信すると、断層像として表示させたい超音波が反射する物体から反射される超音波パルスのメインローブ以外に、サイドローブ方向にある物体から反射される超音波エコーも同時に受信することになる。その結果、サイドローブ方向からの超音波エコーがアーチファクト（虚像）を生成することになり、アーチファクトを含む断層像によって誤った診断を招いてしまうという問題がある（非特許文献１参照）。
【００１３】
図１２は、上記のサイドローブ８２、８３によって生成されたアーチファクト（虚像）が断層像として表示されるまでの過程を模式的に示した図である。図１２に示されるように、メインローブ方向には、断層像として表示させたい超音波が反射し得る物体９１、９２があり、超音波パルスのメインローブがこれらの物体に反射し、受信エコー信号９６、９７が生成される。しかし、この超音波パルスはサイドローブを有しているため、左右のサイドローブ方向には、断層像として表示させたくない、超音波が反射し得る物体９３〜９５があり、サイドローブがこれらの物体に反射し、受信エコー信号９３ａ〜９５ａが生成されてしまう。その結果として、受信検波信号においても上記サイドローブによる信号９３ａ〜９５ａが残留してしまい、これがアーチファクトとして現われる。
【００１４】
そこで、本発明では、上記課題に鑑みてなされたものであり、サイドローブによって発生するアーチファクト（虚像）による誤診断を防止し得る超音波診断装置および超音波診断方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、前記算出された比の値に基づいて、前記基本波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備える。
【００１６】
さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、前記算出された比の値に基づいて、前記高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備える。
【００１７】
なお、上記目的を達成するために、本発明は、上記超音波診断装置の特徴的な構成手段をステップとする方法として実現したり、それらのステップの全てを含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムは、超音波診断装置が備えるＲＯＭ等に格納しておくだけでなく、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体や通信ネットワーク等の伝送媒体を介して流通させることも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明を行なう。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における超音波診断装置１０の外観図である。本装置１０は、単に断層像を生成するだけでなく、サイドローブによって発生するアーチファクト（虚像）を低減して、より正確な診断が可能な超音波診断装置であり、主に表示装置１０ａ、本体装置１０ｂおよびプローブ１０ｃから構成されている。
【００１９】
表示装置１０ａは、超音波エコー法等により得られた断層像や必要な情報を表示させるための液晶又はＣＲＴ等によるディスプレイ装置であり、オペレータからの入力を受け付けるタッチパネル等を有している。
【００２０】
本体装置１０ｂは、プローブ１０ｃにおける超音波の送受信を制御するための送受信回路、各種の信号や画像を処理するためにＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＲＡＭ等からなる信号・画像処理回路、オペレータからの操作を受け付けるスイッチ群やマウス、タッチパネルを有する液晶ディスプレイ等を備える。
【００２１】
プローブ１０ｃは、超音波を送受信するための超音波振動子や音響レンズ等からなる探触子である。
【００２２】
図２は、本実施の形態における超音波診断装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２に示されるように、本装置１０は、探触子１１、送受信切替部１２、送信部１３、整相加算部１４、基本波用ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部１５１、高調波用ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部１５２、基本波用検波部１６１、高調波用検波部１６２、パワー比演算部１７、パワー比参照メモリ１８、パワー比比較部１９、操作入力部２０、検波信号抑制部１１０および表示部１１１を備えている。
【００２３】
探触子１１は、超音波パルスの生成および被検体から反射してきた超音波エコーの受信を行なう装置である（上記図１のプローブ１０ｃに該当）。この探触子１１は、超音波パルスの送信時においては、送信部１３から受信した送信パルス信号に基づいて超音波パルスを生成する。一方、超音波エコーの受信時においては、被検体から反射してきた超音波エコーを受信エコー信号に変換し、この受信エコー信号を送受信切替部１２に出力する。
【００２４】
送受信切替部１２は、超音波パルスの送信時には探触子１１と送信部１３とを接続させ、超音波エコーの受信時には探触子１１と整相加算部１４とが接続するように切り替える。
【００２５】
送信部１３は、超音波パルスの送信時に、送信パルス信号を生成し、送受信切替部１２に出力する。整相加算部１４は、送受信切替部１２を介して探触子１１から受信した受信エコー信号に対してフォーカシングを行ない、必要な整相加算を行なう。
【００２６】
基本波用ＢＰＦ部１５１は、整相加算部１４から出力された受信エコー信号に対して、超音波パルスの基本波に対応する中心周波数に係る信号成分を抽出するためのフィルタ処理を施す。高調波用ＢＰＦ部１５２は、整相加算部１４から出力された受信エコー信号に対して、超音波パルスの基本波が被検体内を伝播する際に発生した非線形歪を構成する高調波周波数に係る信号成分を抽出するためのフィルタ処理を施す。
【００２７】
基本波用検波部１６１は、基本波用ＢＰＦ部１５１から出力された受信エコー信号の中心周波数に係る信号成分に対して検波を行なう。高調波用検波部１６２は、高調波用ＢＰＦ部１５２から出力された受信エコー信号の高調波周波数に係る信号成分に対して検波を行なう。
【００２８】
パワー比演算部１７は、基本波用検波部１６１および高調波用検波部１６２からそれぞれ出力された受信検波信号におけるパワー比（例えば、高調波の受信検波信号の最大振幅値／基本波の受信検波信号の最大振幅値）を算出する。
【００２９】
パワー比参照メモリ１８は、被検体内における伝播距離（または、「深度」ともいう。）毎に設定されている「パワー比しきい値」を格納する。この「パワー比しきい値」とは、受信検波信号がメインローブに基づくものかサイドローブに基づくものかを判断する際の基準値であり、この値を下回るパワー比の場合は、その受信検波信号はサイドローブに基づく受信検波信号であると判断する。例えば、伝播距離（深度）が「５ｃｍ」の時のパワー比しきい値は「０．３」、伝播距離（深度）が「１０ｃｍ」の時のパワー比しきい値は「０．３５」というように双方が対応付けられて記憶されている。なお、このパワー比しきい値は、操作入力部２０を介してユーザによって変更され得る。
【００３０】
パワー比比較部１９は、パワー比演算部１７の出力である「パワー比」とこれに対応するパワー比参照メモリ１８に格納されている伝播距離（深度）毎の「パワー比しきい値」とを比較し、その結果（「アーチファクトである」、「アーチファクトでない」等）を検波信号抑制部１１０に通知する。例えば、伝播距離（深度）が「５ｃｍ」の場合のパワー比の値が「０．１」で、これに対応するパワー比しきい値の値が「０．３」の場合は、サイドローブに基づくアーチファクトであると判断する。
【００３１】
検波信号抑制部１１０は、パワー比比較部１９から受信した通知に基づいて、基本波用検波部１６１の出力を制御する。例えば、パワー比比較部１９から「サイドローブである」旨の通知を受けた場合は、その基本波に係る受信検波信号を「２０パーセントに低減して出力」するとか、「全く出力しない」というように制御する。
【００３２】
表示部１１１は、基本波用検波部１６１の出力であるエコー信号に基づいて断層像を生成し、その表示を行なう。
【００３３】
次に、本実施の形態の超音波診断装置１０における動作について説明する。
まず、被検体に超音波パルスを送信するためには、送信部１３が送信パルス信号を生成して探触子１１に送信する。さらに、探触子１１がこの送信パルス信号に基づいて超音波パルスを生成して被検体に送信する。
この際、上記発明が解決しようとする課題でも述べたように、探触子１１から送信される超音波パルスは、メインローブおよびサイドローブを有している。このため、サイドローブ方向にある物体にも超音波パルス（サイドローブ）が送信されるので、超音波診断装置１０が超音波エコーを受信した場合は、メインローブ方向にある断層像として表示させたい物体から反射された超音波エコー以外に、サイドローブ方向にある物体から反射された超音波エコーも同時に受信することになる。その結果としてサイドローブ方向からの超音波パルスがアーチファクト（虚像）として表示されることになる。
【００３４】
ここで注目すべき点は２つある。１点目は、送信される超音波パルスにおけるメインローブ方向の送信パワーとサイドローブ方向の送信パワーとの違いである。すなわち、上記図１１から明らかなように、メインローブ方向の送信パワーは、サイドローブ方向の送信パワーよりも大きい点である。２点目は、被検体を超音波パルスが通過した場合の非線形伝播歪み現象である。この現象は、送信された超音波パルスが被検体内を伝播するにつれて超音波パルスの波形が次第に歪んでいく現象であり、超音波パルスは伝播距離（深度）に従って本来の送信周波数（基本波周波数）のＮ倍（２倍、３倍等）の高調波周波数成分が増大する。
【００３５】
図３は、超音波パルスが被検体内を伝播する際の非線形伝播歪み現象を模式的に表わした図であり、（ａ）は、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合（即ち、メインローブの場合）の受信エコー信号波形の例示であり、（ｂ）は、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合（即ち、サイドローブの場合）の受信エコー信号波形の例示である。図３（特に、図３（ａ））に示されるように、伝播距離が長く（深度が深く）なるに従って、受信エコー信号の波形が鋸歯状になっていく。これは、超音波が媒質（被検体の内部）を進む場合は、超音波のパワーが大きい（音圧の大きい）部分は速く、逆にパワーが小さい（音圧の小さい）部分は遅く進むため、波形が鋸歯状になり、図３に示されるような歪みを生ずるのである。
さらに、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、この非線形伝播歪み現象は、送信される超音波パルスのパワーの大小にも密接に関係しており、上記と同様の理由から、超音波パルスのパワーが大きい場合は、パワーが小さい場合に比べて短い伝播距離（深度）で非線形伝播歪みを生じてしまう。言い換えると、パワーが大きい場合は、短い伝播距離（深度）で大きな高調波を有することとなる。
【００３６】
図４は、上記図３の非線形伝播歪み現象における受信検波信号の周波数スペクトルを模式的に表わした図であり、（ａ）は、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合（即ち、メインローブの場合）の受信検波信号の周波数スペクトル例であり、（ｂ）は、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合（即ち、サイドローブの場合）の受信検波信号の周波数スペクトル例示である。
より詳細に説明すると、図４（ａ）には、送信される超音波パルスのパワーが大きい場合の、伝播距離がＺ０とＺ１における受信エコー信号の信号パワー分布が示されており、伝播距離が長くなると（Ｚ１＞Ｚ０）、高調波周波数（Ｆ１＝２Ｆ０）における信号パワーが際立って大きくなる様子が示されている。
【００３７】
一方、図４（ｂ）には、送信される超音波パルスのパワーが小さい場合の、伝播距離がＺ０とＺ１における受信検波信号の信号パワー分布が示されているが、この場合は、伝播距離が長くなっても高調波周波数における信号パワーが際立って大きくなることはない。
【００３８】
以上の注目すべき２点から、基本波周波数成分および高調波周波数成分のパワー比（高調波パワー／基本波パワー）を考慮すると、アーチファクト（虚像）の原因となるサイドローブ方向から受信された超音波エコーは、メインローブ方向から受信した超音波エコーよりもパワー比が小さくなる傾向がある。したがって、このパワー比に基づいて受信検波信号の出力を抑制すればアーチファクトを低減させることが可能となる。
【００３９】
次に、以上のことを踏まえ、実施の形態１に係る超音波診断装置１０における動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、超音波診断装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
最初に、超音波パルスが被検体に送信されると（Ｓ４０１）、その超音波パルスは被検体内の音響インピーダンス境界において反射され、送信開始時間から反射深度に応じた遅延時間分だけ遅れて探触子１１に戻ってくる（Ｓ４０２）。この探触子１１で受信される超音波エコーには、メインローブ方向およびサイドローブ方向からの反射波が重ね合わされて受信されることになる。探触子１１で受信された超音波エコーは、受信エコー信号に変換されて整相加算部１４に送られる。整相加算部１４は、探触子１１を構成する各振動子間での受信エコー信号の到達時間の差の補正を行ない、受信エコー信号のフォーカシングを行なう。整相加算後の受信エコー信号は、メインローブから反射してきた超音波エコーに基づく受信エコー信号なのかサイドローブから反射したきた超音波エコーに基づく受信エコー信号なのかが不明であると共に、ノイズ成分も含んでいるため、基本波用ＢＰＦ部１５１および基本波用検波部１６１を用いて基本波周波数成分を抽出し、その信号パワーを算出する（Ｓ４０３、Ｓ４０４）。一方、高調波用ＢＰＦ部１５２および高調波用検波部１６２を用いて高調波周波数成分を抽出し、その信号パワーを算出する（Ｓ４０３、Ｓ４０４）。
【００４１】
そして、パワー比演算部１７は、基本波用検波部１６１及び高調波用検波部１６２によって算出されたそれぞれの信号パワーの比Ｒｐを算出する（Ｓ４０５）。ここで、ユーザから上記パワー比しきい値Ｒｓについて変更がある場合は（Ｓ４０６）、パワー比参照メモリ１８に格納されているパワー比しきい値Ｒｓの値を更新する（Ｓ４０７）。
【００４２】
さらに、パワー比比較部１９は、パワー比演算部１７で算出されたパワー比Ｒｐとパワー比参照メモリ１８に格納されている伝播距離（深度）毎に記憶されているパワー比しきい値Ｒｓとを比較し、その比較結果に基づく通知を検波信号抑制部１１０に行なう。
【００４３】
検波信号抑制部１１０は、パワー比比較部１９から受信した通知が「アーチファクトである」旨であれば基本波用検波部１６１から出力された受信検波信号の信号レベルを抑制（例えば、２０パーセントに抑制）し（Ｓ４１０）、そうでない場合は基本波用検波部１６１から出力された受信検波信号の信号レベルをそのまま出力する（Ｓ４０９）。
【００４４】
最後に、表示部１１１は、検波信号抑制部１１０から出力された受信検波信号に基づいて断層像を生成し、これを表示する（Ｓ４１１）。以上の処理を超音波診断装置による診断が終了するまで継続する（Ｓ４０１〜Ｓ４１２）。
なお、上記の説明では、検波信号抑制部１１０に入力される受信検波信号は、基本波用検波部１６１から出力された受信エコー信号としているが、高調波による断層像表示モード（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｏｄｅ）を用いる場合は、高調波用検波部１６２から出力された受信検波信号を入力として用いることとする。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置１０によれば、受信検波信号における「高調波パワー／基本波パワー」のパワー比を算出して比較することによって、超音波エコーに含まれるアーチファクトの原因となるサイドローブによって生じた受信エコー信号の検出およびその抑制を行なうので、表示部１１１に表示される断層像をアーチファクトの少ない鮮明な断層像を生成することが可能となり、誤診断を防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２における超音波診断装置は、上記実施の形態１における超音波診断装置１０と同様に、超音波パルスにおけるサイドローブによって生じた受信検波信号のレベルを抑制させることによって、アーチファクトを軽減し得る超音波診断装置であるが、特に、基本波周波数成分又は高調波周波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタとして、ダイナミックバンドパスフィルタを用いる点で上記実施の形態１における超音波診断装置と異なる。
【００４７】
図６は、本実施の形態における超音波診断装置４０の機能構成を示すブロック図である。図６に示されるように、超音波診断装置４０は、探触子４１、送受信切替部４２、送信部４３、整相加算部４４、基本波用ＤＢＰＦ（ダイナミックバンドパスフィルタ）部４５１、高調波用ＤＢＰＦ（ダイナミックバンドパスフィルタ）部４５２、基本波用検波部４６１、高調波用検波部４６２、パワー比演算部４７、パワー比参照メモリ４８、パワー比比較部４９、検波信号抑制部４１０、表示部４１１を備えている。
【００４８】
なお、実施の形態２における超音波診断装置の構成については、上記実施の形態１の場合とほぼ同様であるため、異なる構成について重点的に説明する。図６における探触子４１、送受信切替部４２、送信部４３、整相加算部４４、基本波用検波部４６１、高調波用検波部４６２、パワー比演算部４７、パワー比参照メモリ４８、パワー比比較部４９、検波信号抑制部４１０および表示部４１１については、上記実施の形態１における超音波診断装置１０における探触子１１、送受信切替部１２、送信部１３、整相加算部１４、基本波用検波部１６１、高調波用検波部１６２、パワー比演算部１７、パワー比参照メモリ１８、パワー比比較部１９、検波信号抑制部１１０および表示部１１１と同じであるため、その説明は省略する。
【００４９】
基本波用ＤＢＰＦ部４５１および高調波用ＤＢＰＦ部４５２は、受信深度が深くなるにつれてバンドパス帯域が動的に低周波帯域に移動していくフィルタ特性を有している。このようなフィルタ特性を有するＢＰＦを使用する理由は、送信した超音波パルスのパワーは伝播距離（深度）に応じて減衰することになるが、図７に示すように、周波数が高くなるほどより顕著に信号パワーが減衰する性質があるためである。図８に、このダイナミックバンドパスフィルタの周波数特性例を示す。
そこで、ダイナミックバンドパスフィルタを用いることで伝播距離（深度）に応じたバンドパス帯域を動的に変更するように制御することが可能となるので、Ｓ／Ｎ比の良い受信検波信号を得ることができ、最終的には、誤診断を招きにくい断層像を生成することができる。
【００５０】
次に、以上のことを踏まえ、実施の形態２に係る超音波診断装置４０における動作について、図９を参照しながら説明する。図９は、超音波診断装置４０の動作の流れを示すフローチャートである。図９において明らかなように、基本波用ＤＢＰＦ部４５１においてＤＢＰＦを使用し、高調波用ＤＢＰＦ部４５２においてＤＢＰＦを使用すること（Ｓ９０１）以外は、上記実施の形態１の図５のフローと同じである。
【００５１】
なお、上記の説明では、前記実施の形態１の場合と同様に、検波信号抑制部４１０に入力される受信検波信号は、基本波用検波部４６１から出力された受信検波信号としているが、高調波による断層像表示モード（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｏｄｅ）を用いる場合は、高調波用検波部４６２から出力された受信検波信号を入力として用いることとする。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置４０によれば、受信検波信号における「高調波パワー／基本波パワー」のパワー比を算出して比較することによって、超音波エコーに含まれるアーチファクトの原因となるサイドローブによって生じた受信エコー信号の検出およびその抑制を行ない、さらに、伝播距離（深度）に応じてバンドパス帯域を動的に変更するように制御して、より実際に即した基本波周波数成分および高調波周波数成分の抽出を行なってアーチファクトの低減化を図っているので、表示部１１１に表示される断層像は、より鮮明な断層像を生成することが可能となり、誤診断を防止することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、基本波周波数成分の信号パワーと高調波周波数成分の信号パワーとの比に基づいてサイドローブによるエコー信号か否かを判別してアーチファクトの低減化を図る場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）の信号パワーとＭ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）の信号パワーとの比に基づいて、同様に、サイドローブによるエコー信号か否かを判別してアーチファクトの低減化を図るように構成することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る超音波診断装置は、探触子から送信される超音波パルスにおけるメインローブ方向およびサイドローブ方向への送信パワーの違いと被検体のもつ非線形伝播歪み現象の度合いの違いとを利用することにより、受信検波信号についてアーチファクトを生成する信号であるか否かを判断し、この結果に基づいて受信検波信号の出力レベルを抑制して上記アーチファクトの低減化が実現されるので、その実用的価値は大きい。
【００５５】
なお、さらに、メインローブ方向においても送信方向に広がりがあるので、本発明において利用するパワー比しきい値を適切に設定すれば、方位分解能に関しても向上させることが可能となる。結果として、アーチファクトが低減され、かつ方位分解能が向上した断層像表示が可能な超音波診断装置を構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における超音波診断装置の外観図である。
【図２】実施の形態１における超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】送信パワーの違いによる非線型伝播歪みを受けた信号波形を説明するための図である。
【図４】送信パワーの違いによる非線型伝播歪みを受けた信号スペクトルの一例である。
【図５】実施の形態１における超音波診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２における超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】伝播距離（深度）と受信信号パワーとの関係を表わす曲線の一例である。
【図８】伝播距離（深度）と受信信号の振幅との関係を表わす周波数特性曲線の一例である。
【図９】実施の形態２における超音波診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】従来における超音波診断装置の機能構成を示す概略図である。
【図１１】従来における送信パルスのパワー分布を模式的に示す図である。
【図１２】従来における伝播距離に対する受信パルスのパワー分布を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 超音波診断装置
１０ａ 表示装置
１０ｂ 本体装置
１０ｃ プローブ
１１ 探触子
１２ 送受信切替部
１３ 送信部
１４ 整相加算部
１７ パワー比演算部
１８ パワー比参照メモリ
１９ パワー比比較部
２０ 操作入力部
４０ 超音波診断装置
４１ 探触子
４２ 送受信切替部
４３ 送信部
４４ 整相加算部
４７ パワー比演算部
４８ パワー比参照メモリ
４９ パワー比比較部
５０ 操作入力部
７０ 超音波診断装置
７１ 探触子
７２ 送受信切替部
７３ 送信部
７４ 整相加算部
７５ フィルタ部
７６ 検波部
７７ 表示部
１１０ 検波信号抑制部
１１１ 表示部
１５１ 基本波用ＢＰＦ部
１５２ 高調波用ＢＰＦ部
１６１ 基本波用検波部
１６２ 高調波用検波部
４１０ 検波信号抑制部
４１１ 表示部
４５１ 基本波用ＤＢＰＦ部
４５２ 高調波用ＤＢＰＦ部
４６１ 基本波用検波部
４６２ 高調波用検波部
Claims (15)
- メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、
前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、
前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、
前記算出された比の値に基づいて、前記基本波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、
前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、
前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、
前記算出された比の値に基づいて、前記高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。 - 前記出力制御手段は、
前記パワー比と所定のパワー比しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記制御を行なう
ことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。 - 前記出力制御手段は、
前記パワー比が前記パワー比しきい値以下の場合は、前記電気信号は前記サイドローブに基づく電気信号と判定し、当該電気信号の信号レベルを抑制して出力を行なう
ことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。 - 前記超音波診断装置は、さらに、
ユーザから操作入力を受け付け、当該受け付けられた操作入力に基づいて、前記パワー比しきい値の内容を更新するしきい値更新手段を備え、
前記出力制御手段は、
前記更新されたパワー比しきい値に基づいて、前記比較を行なう
ことを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。 - 前記第１算出手段は、ダイナミックバンドパスフィルタを用いて、前記基本波周波数成分の抽出を行ない、
前記第２算出手段は、ダイナミックバンドパスフィルタを用いて、前記高調波周波数成分の抽出を行なう
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波診断装置。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
前記変換された電気信号に対して、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、
前記変換された電気信号に対して、Ｍ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、
前記算出されたＮ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとＭ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、
前記算出された比の値に基づいて、前記Ｎ次高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
前記変換された電気信号に対して、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出手段と、
前記変換された電気信号に対して、Ｍ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出手段と、
前記算出されたＮ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとＭ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算手段と、
前記算出された比の値に基づいて、前記Ｍ次高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御手段と、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断方法であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信ステップと、
前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出ステップと、
前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出ステップと、
前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算ステップと、
前記算出された比の値に基づいて、前記基本波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御ステップと、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示ステップと
を有することを特徴とする超音波診断方法。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断方法であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信ステップと、
前記変換された電気信号に対して、基本波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出ステップと、
前記変換された電気信号に対して、高調波周波数成分を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出ステップと、
前記算出された基本波周波数成分に係る信号のパワーと高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算ステップと、
前記算出された比の値に基づいて、前記高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御ステップと、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示ステップと
を有することを特徴とする超音波診断方法。 - 前記出力制御ステップは、
前記パワー比と所定のパワー比しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記制御を行なう
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の超音波診断方法。 - 前記出力制御ステップは、
前記パワー比が前記パワー比しきい値以下の場合は、前記電気信号は前記サイドローブに基づく電気信号と判定し、当該電気信号の信号レベルを抑制して出力を行なう
ことを特徴とする請求項１１記載の超音波診断方法。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断方法であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信ステップと、
前記変換された電気信号に対して、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出ステップと、
前記変換された電気信号に対して、Ｍ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出ステップと、
前記算出されたＮ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとＭ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算ステップと、
前記算出された比の値に基づいて、前記Ｎ次高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御ステップと、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示ステップとを有する
ことを特徴とする超音波診断方法。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断方法であって、
前記超音波を生成すると共に、被検体から反射された超音波を受信して電気信号に変換する超音波送受信ステップと、
前記変換された電気信号に対して、Ｎ次高調波周波数成分（Ｎ：２以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第１算出ステップと、
前記変換された電気信号に対して、Ｍ次高調波周波数成分（Ｎ＜Ｍ、Ｍ：３以上の整数）を抽出し、当該信号のパワーを算出する第２算出ステップと、
前記算出されたＮ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとＭ次高調波周波数成分に係る信号のパワーとの比を算出するパワー比演算ステップと、
前記算出された比の値に基づいて、前記Ｍ次高調波周波数成分の電気信号を制御して出力する出力制御ステップと、
前記出力された電気信号に基づいて、断層像を生成して表示する画像表示ステップとを有する
ことを特徴とする超音波診断方法。 - メインローブおよびサイドローブを有する超音波の反射に基づいて被検体の断層像を生成し表示する超音波診断装置のためのプログラムであって、
請求項９〜１４の何れか１項に記載された全てのステップをコンピュータに実行させる
ことを特徴とするプログラム。
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| KR101858137B1 (ko) * | 2017-03-08 | 2018-05-16 | 대진대학교 산학협력단 | 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 초음파 영상의 부엽 억제 필터 평가 방법 |
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