JP2010213965A - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置において、距離分解能を向上する。
【解決手段】送信部は、（ａ）のように同じ包絡線で３６０°／Ｎ（図では３）ずつ相互に位相をずらしたパルスを一定間隔で連続して被検体内へ送信し、それによる（ｂ）のような反射波を受信部で受信し、相関部が、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ符号として、（ｄ）のように送信信号（基本波）との間で順次相関処理を行い、αのように最も相関値が高くなる期間Ｗを判定する。一方、高調波を抽出するために、（ｄ）のように別の参照信号との相関値を求めており、βのような期間Ｗの相関値から、高調波成分を抽出する。したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み成分が戻ってきたタイミングを正確に検出でき、距離分解能を向上できるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、非線形歪み成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、超音波画像診断装置に関し、特に造影剤を用いた診断を行うようにしたものに関する。

従来から、Ｘ線撮像装置や磁気共鳴撮像装置（ＭＲＩ）では、造影剤を用いた診断が行われている。一方、前記超音波画像診断装置でも、ミクロンオーダーの微小気泡（マイクロバブル）を安定化できる造影剤が登場したことで、従来の生体組織の画像とともに、造影剤を用いた診断も行われるようになってきている。この造影剤による超音波診断の原理は、直径が１μｍ程度の前記マイクロバブルが、超音波診断に用いられる数ＭＨｚの超音波に良く共振し、その周波数域の超音波を散乱することを利用するものである。そして、前記マイクロバブル系の造影剤は前記超音波の散乱特性に強い非線形を有し、前記マイクロバブルで散乱された反射超音波（エコー）信号は、送信超音波の第２高調波成分を多く含むという特徴を有している。したがって、反射超音波（エコー）信号から、この第２高調波成分を抽出することで、前記造影剤による造影を行うことができる。

一方、生体組織、特に軟部組織は、入力音圧に対して伝搬速度が異なる非線形性（音圧が高くなる程、速くなる）を有している。このため特許文献１では、３６０°／Ｎ（Ｎは３以上）ずつ位相をずらしたパルスを発生し、生体から来た超音波信号を整相加算し、フィルタリングし、さらに包絡線検波を行うことで、伝搬途中の前記軟部組織による非線形歪み（高調波）を除去し、造影剤の所で発生した非線形歪み（高調波）だけを取出すことができるようにしている。また、非加算の信号から、軟部組織に基づく高調波信号を得ている。

そして、フレームレートが低下するので、Ｎ＝３として、その３パルス法を用いる一方、従来のいわゆるパルスインバージョン法（２パルス法）を用いても分解能に大差が無い場合はそちらを用いることで、少しでもフレームレートの低下を抑えている。また、共通の包絡線信号で振幅変調された超音波の搬送波の位相を６０°ずつ回転させた相互に位相が異なる６種類の送信パルスを繰返し送信し、それによる６種類のエコー信号を受信波形メモリに順次更新して保持し、その内１２０°ずつ位相が異なる３種類のエコー信号を読出して加算処理することで、前記３パルス法による造影画像を得ている。これによって、通常のＢモード画像のフレームレートで、３パルス法による造影画像を得ている。

特開２００６−２７１７９１号公報

上述の従来技術では、３６０°／Ｎ個のパルスによって基本波およびＮ−２次以下の高調波を効率良く取り除き、Ｎ−１次以上の高調波を抽出し、方位分解能を向上できるものの、距離分解能に関しては、向上しないという問題がある。

本発明の目的は、３６０°／Ｎ個のパルスを用いて、距離分解能を向上することができる超音波画像診断装置を提供することである。

本発明の超音波画像診断装置は、送信部から、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上）ずつ相互に位相をずらしたパルスを第１の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる被検体からの第２の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって非線形歪み（高調波）成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、前記信号処理部は、前記受信部で受信された第２の超音波信号から、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ符号として、順次予め定める参照信号との相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定する相関部と、前記相関部で判定された期間における前記第２の超音波信号と参照信号との相関値から、前記第２の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み（所望周波数）成分を抽出する抽出部とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、送信部から、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつ相互に位相をずらしたパルスを第１の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第２の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって基本波（前記第１の超音波信号）成分を効率良く除去し、非線形歪み（高調波）成分を抽出して、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させるようにした超音波画像診断装置において、前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、前記信号処理部は、前記受信部で受信された第２の超音波信号から、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ（Phase Sift Keying）符号として、相関処理によって前記非線形歪み（所望周波数）成分を抽出する。このため、前記信号処理部に、相関部と、抽出部とを設け、前記相関部は、前記Ｎ個のパルス成分を予め定める参照信号との間で順次相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定し、抽出部は、その最も相関値が高くなる期間における相関値から、前記第２の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み（所望周波数）成分を抽出する。

したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み（高調波）成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み（高調波）成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。

また、本発明の超音波画像診断装置では、前記送信部は、前記パルスとして（周波数が増加または減少する）チャープ波を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、単純な３６０°／Ｎずらしのガウシアンエンベロープ波形ではなく、それを中心周波数として、周波数が増加または減少するチャープ波を用いることで、レンジサイドロープ（時間的サイドロープ）を抑制することができる。

さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、前記相関部は、ＣＣＤ原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、微弱な信号レベルである高調波成分でもより適切に相関処理を行うことが可能となる。

また、本発明の超音波画像診断装置では、前記送信部における超音波振動子は、送信用の無機圧電素子上に、受信用の有機圧電素子を積層して成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記送信部における超音波振動子に、送信用として大パワー送信可能な無機圧電素子を用い、受信用として比較的広帯域で超音波を受信することができる有機圧電素子を用いることで、高調波成分を高感度に受信可能となり、前記のような分解能を一層向上することができる。

本発明の超音波画像診断装置は、以上のように、送信部は、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上）ずつ相互に位相をずらしたパルスを第１の超音波信号として予め定める一定間隔で連続して被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第２の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が、前記受信部で受信された第２の超音波信号から、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ符号として、相関処理によって前記Ｎ個のパルス成分を予め定める参照信号との間で順次相関処理を行って最も相関値が高くなる期間を判定し、その最も相関値が高くなる期間における相関値から、前記第２の超音波信号中に含まれる非線形歪み（所望周波数）成分を抽出する。

それゆえ、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み（高調波）成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み（高調波）成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。

実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。 実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。 実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す図である。 相関処理および画像処理の説明に当たって、実施形態にかかる超音波診断装置のより具体的な構成を示す図である。 電荷を転送する動作を説明するための図である。 １個の電荷を２個の電荷に２等分する動作を説明するための図である。 ２個の電荷を１個の電荷に統合する動作を説明するための図である。 相関演算を説明するための波形図である。 相関演算から高調波成分の抽出方法を説明するための波形図である。 相関演算から高調波成分の抽出方法を説明するための波形図である。 高調波成分を検出する動作を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。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。また、本明細書において、適宜、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図であり、図２は実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。

超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信すると共に、この被検体や造影剤で反射（エコー）もしくは発生した超音波（第２超音波信号）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に被検体に対して第１超音波信号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内から来た第２超音波信号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内の内部状態を超音波画像として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。

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、相関部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、参照信号記憶部１８と、タイミング発生部１９と、高調波成分抽出部１０とを備えて構成されている。

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の個人情報等のデータの入力を受け付ける装置であり、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。

送信部１２は、制御部１７の制御に従って、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供給して超音波探触子２に第１超音波信号を発生させる回路である。第１超音波信号には、通常自然界に存在することなく相関処理によって検出することが容易である観点から、例えば、周波数を時間経過に伴って予め設定された所定割合で変化させるチャープ波の後述するような連続パルスが用いられる。チャープ波の前記所定割合は、周波数が時間経過に従って徐々に高くなるチャープ波であってもよく、また、周波数が時間経過に従って徐々に低くなるチャープ波であってもよい。送信部１２は、例えば、制御部１７からの送信信号に応じて送信ビームを形成する送信ビームフォーマ回路１２２（図４参照）およびその送信ビームに応じて超音波探触子２の各無機圧電素子２２を実際に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路１２１（図４参照）等を備えて構成される。各送信信号には、フォーカルポイント（フォーカス点）および／またはステアリング角度（方位）に対応した時間差が付与されている。受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２の各有機圧電素子２１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回路であり、この受信信号を相関部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増幅器等を備えて構成される。

相関部１４は、後述するようにして、受信部１３の出力と予め設定された参照信号との相関処理を行うことによって、受信部１３で受信された第２超音波信号から、送信の第１超音波信号を基本周波数とした場合に、前述のように高精細な画像構成が可能な高調波成分が多く含まれているタイミングを検出するものである。そのタイミングに応答して、高調波成分抽出部１０は、前記第２超音波信号から高調波成分を抽出し、画像処理部１５へ与える。本実施形態では、高調波成分抽出部１０は、第２高調波を抽出するものとするが、高次の高調波を抽出してもよく、或いは複数の次数の高調波を抽出するようにしてもよい。また、相関部１４は、前記参照信号として、簡単のために前記送信信号を用いるものとするが、検出すべき高調波の次数、被検体の診断部位（診断部位の種類）、および被検体の診断深度に応じて適宜設定するようにしてもよい（例えば、参照信号の振幅は、フォーカルポイントの深度（深さ）に応じて増減されていてもよい。）。その場合、これら検出すべき高調波の次数、被検体の診断部位および被検体の診断深度は、例えば、操作入力部１１から入力される。

参照信号記憶部１８は、例えば、ＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭ等の記憶素子を備えて構成され、前記参照信号を記憶する回路である。本実施形態では、参照信号記憶部１８は、送信信号も記憶している。なお、この参照信号は、送信部１２から相関部１４へ供給されてもよい。

タイミング発生部１９は、超音波診断装置本体１の各部の動作タイミングを生成し、動作タイミングの必要な各部へ出力する回路である。

画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、前述のように高調波成分抽出部１０で抽出された、第２高調波成分に基づいて被検体の内部状態の画像（超音波画像）を形成する回路である。なお、画像処理部１５は、受信部１３での受信信号から、従来のＢモード断層画像を生成する機能などを適宜備えていてもよい。

表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された被検体の超音波断層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、有機ＥＬディスプレイおよ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。

制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およ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、相関部１４、画像処理部１５、表示部１６、参照信号記憶部１８および高調波成分抽出部１０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。

図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子２を構成する超音波振動子２０の断面図である。超音波探触子（超音波プローブ）２は、被検体内に第１超音波信号を送信し、この第１超音波信号に基づく被検体内から来た第２超音波信号を受信する装置であって、無機および有機の圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間の変換を行う。すなわち、大略的に、超音波振動子２０は、前記無機圧電素子２２上に有機圧電素子２１が積層されて成る。具体的には、この図３に示すように、バッキング層となる平板状の音響制動部材２３と、この音響制動部材２３上に積層された複数の前記無機圧電素子２２と、これら複数の無機圧電素子２２における隙間に充填される音響吸収材２４と、これら複数の無機圧電素子２２上に積層された共通接地電極層２５と、この共通接地電極層２５上に積層される中間層２６と、この中間層２６上に積層されるシート状の前記有機圧電素子２１と、この有機圧電素子２１上に積層される音響整合層２７とを備えて構成される。

前記音響制動部材２３は、超音波を吸収する材料から構成され、無機圧電素子２２から背面側へ放射された超音波を吸収するものである。音響吸収材２４には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられ、前記音響制動部材２３と同様に超音波を吸収し、複数の各無機圧電素子２２間におけるクロストークを低減する。

各無機圧電素子２２は、無機圧電材料から構成される圧電体（素圧電体）２２１の両表面にそれぞれ電極（素電極）２２２，２２３を備えて構成される。前記無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等である。

これらの無機圧電素子２２は、音響制動部材２３に、それを貫通して信号電極２２４が形成された上に、シート状の圧電体２２１の両表面に電極２２２，２２３が積層されたものが積層された後、各無機圧電素子２２に切出され、各無機圧電素子２２間に音響吸収材２４が充填されて成り、或いは各無機圧電素子２２が切出され、音響吸収材２４が充填されて成るシート状の部材が音響制動部材２３上に積層されて成る。電極２２３は共通接地電極層２５を介して接地され、信号電極２２４から電極２２２には前記送信部１２の駆動信号生成回路からケーブル３を介して個別の駆動信号が入力される。

中間層２６は、無機圧電素子２２上に有機圧電素子２１を積層するための部材であり、それらの音響インピーダンスを整合させるものである。

有機圧電素子２１は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電体２１１と、この圧電体２１１の一方の面に形成された個別電極２１２と、圧電体２１１の他方の面に略全面に亘って一様に形成された共通電極２１３とを備えて構成されたシート状の圧電素子である。このように構成することで、一体的なシート状に形成しても、各有機圧電素子２１を個別に動作させることができ、有機圧電素子２２のように素子の切出しや隙間の充填といった作業が不要になり、製造工程を簡略化することができる。個別電極２１２は、受信部１３の受信ビームフォーマに受信信号を出力する。

なお、有機圧電素子２１の素子数などによっては、幾つかの素子でグループを構成し、前記共通電極２３１は、それらのグループ毎に設けられてもよい。また、図３に示す例では、有機圧電素子２１は無機圧電素子２２の全体に亘って積層されているけれども、一部に亘って積層されるだけでもよい。また、有機圧電素子２１と無機圧電素子２２との素子数は、同一でもよいが、異なっていてもよく、それぞれの占有面積はそれぞれの素子に要求される仕様に応じて設計されればよい。この図３のように、有機圧電素子２１の素子数を無機圧電素子２２の素子数より多く形成する場合、無機圧電素子２２の１個当りのサイズ（大きさ）を大きくすることが可能となり、該無機圧電素子２２を送信に用いるにあたって、送信パワーを大きくすることができると共に、有機圧電素子２１の素子数を多くでき、該有機圧電素子２１を受信に用いるにあたって、受信分解能を向上することができる。前記有機圧電素子２１で、例えば６４×６４の４０９６個が２次元マトリクス状に配列される。

前記有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）の重合体を用いることができる。また例えば、前記有機圧電材料には、フッ化ビニリデン系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン／３フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が６０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が８５ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電体を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２構造を挙げることができる。ここで、Ｒは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。

音響整合層２７は、無機圧電素子２２の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとると共に、有機圧電素子２１の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。そして、音響整合層２７は、円弧状に膨出した形状とされ、被検体に向けて送信される超音波を収束する音響レンズとしての機能も備えている。

このような構成の超音波診断装置Ｓでは、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１７の制御によって送信部１２では、ＲＯＩ（注目領域）を基に指定するステアリング角度（方位）とフォーカルポイントの深度とからビームフォーマの遅延が付与されるとともにＰＣＭによって形成された上記チャープ波の送信信号が生成される。この送信信号は、ケーブル３を介して超音波探触子２の無機圧電素子２２の内、ビームフォミングすべき素子へ供給され、その素子が厚さ方向に伸縮し、共振することで、大きな振幅の超音波振動を発生することができる。この超音波振動は、第１超音波信号として、中間層２６から有機圧電素子２１および音響整合層２７を通って、被検体内に入射される。なお、超音波探触子２は、被検体（生体）の体表面上に接触して用いられてもよいし、被検体の内部、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。

この被検体に対して送信された超音波は、前記ステアリング角度（方位）のフォーカルポイントで収束され、被検体内部における音響インピーダンスが異なる１または複数の境界面で反射され、超音波の反射波（第２超音波信号）となる。この第２超音波信号には、送信された第１超音波信号の周波数成分だけでなく、この第１超音波信号の周波数を基本周波数とした場合に、その整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。このため、受信用には広帯域の超音波信号を受信可能なように、前記有機圧電素子２１が用いられる。本実施の形態は、有機圧電素子２１での受信信号から、以下に詳述するように、この高調波成分を高調波成分抽出部１０で抽出し、画像処理部１５での断層画像の作成に用いる。

次に、相関処理に関し、より具体的に説明する。図４は、前記相関部１４の具体的な一構成例を示す図である。ここで、高調波成分が受信信号全体に占めるエネルギー量は微弱であるので、受信したアナログ信号（第２の超音波信号）をデジタル変換してから相関処理を行ったのでは、良質な超音波画像の形成に必要なダイナミックレンジが取れない。そのため、注目すべきは、本実施形態における相関部１４は、相関処理自体をアナログ処理で行うものである。

そのため、相関部１４は、ｍ個の有機圧電素子２１毎に設けられ、対応する有機圧電素子２１の各出力がそれぞれ入力される相関処理部３０−１，３０−２，３０−３，・・・，３０−ｍ（総称するときは、以下参照符号３０で示す）を備えて構成される。各相関処理部３０は、対応する有機圧電素子２１からの受信信号（第２の超音波信号）と、係数設定部３３で予め設定された参照信号との相関処理を行うことによって、相関値のピークタイミングを検出する回路であり、同様に構成されている。本実施形態では、上述したように、参照信号は送信信号と同一であり、参照信号記憶部１８に記憶されている係数列が制御部１７によって読出され、前記送信信号として送信部１２の送信ビームフォーマ１２２に与えられるとともに、テンプレートデータ列として前記係数設定部３３に設定される。

前記相関処理部３０は、ＣＣＤ原理に基づくアナログ積和演算を行うことによって受信部１３の出力と参照信号との相関を演算する回路であり、例えば、サンプルホールド部３１と、電荷転送部３２と、前記係数設定部３３と、デジタルアナログ乗算部３４と、加算部３５とを備えて構成される。

サンプルホールド部３１は、タイミング発生部１９からの動作タイミングに応じたサンプリング周期で、受信部１３の出力（当該サンプルホールド部３１に接続されている有機圧電素子２１の出力）を保持する回路である。サンプルホールド部３１は、動作タイミングに応じたタイミングで、この保持した受信部１３の出力に対応する電荷Ｑを電荷転送部３２へ出力する。

電荷転送部３２は、前記電荷Ｑを保持する複数の電荷保持部３２１−１，３２１−２，３２１−３，・・・，３２１−ｎ（総称するときは、以下参照符号３２１で示す）を備えて構成され、これら各電荷保持部３２１は、直列に接続されている。そして、前記サンプルホールド部３１のサンプリングタイミングで、保持している電荷Ｑを後段の電荷保持部３２１へ出力し、前段の電荷保持部の電荷Ｑを取込み、こうしてシフトレジスタのように保持電荷Ｑを順次転送してゆく。

このような電荷転送部３２は、例えば、図５に示すように、半導体４１と、該半導体４１上に形成された絶縁体層４２と、連続的に配置されるように絶縁体層４２上に形成された複数の電極（ゲート電極）４３とを備えて構成され、これら各電極４３に電荷Ｑを転送するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、或る電極下のポテンシャル井戸に蓄積された電荷Ｑを順次に後段の電極下のポテンシャル井戸へ転送する電荷転送素子（電荷結合素子、Charge-Coupled Devices、ＣＣＤ）ＴＤによって構成することができる。図５に示す例では、６個の電極４３−１〜４３−６を備える電荷転送素子ＴＤが示されている。また、各電極４３（４３−１〜４３−６）には、電極４３に電圧を印加するための信号線Ｐ４１〜Ｐ４３が接続されている。例えば、時刻ｔ１において、第１電極４３−１に電圧が印加されることによって形成された第１ポテンシャル井戸ＰＷ１に電荷Ｑが保持されている。次の動作タイミングの時刻ｔ２（ｔ２１、ｔ２２）において、まず、第１および第２電極４３−１，４３−２のそれぞれに電圧が印加されることによって、第１ポテンシャル井戸ＰＷ１が第１電極４３−１下だけでなく第２電極４３−２下にも拡がり、電荷Ｑがこれら各電極４３−１，４３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ１２に保持され（時刻ｔ２１）、続いて、第２電極４３−２の電圧がそのままで、第１電極４３−１の電圧が時間経過に従って徐々に０へ変化されることによって、第１ポテンシャル井戸ＰＷ１の電荷Ｑが徐々に第１ポテンシャル井戸ＰＷ２へ移動する（時刻ｔ２２）。そして、次の動作タイミングの時刻ｔ３において、第１電極４３−１に印加されていた電圧が解消されることで、前記の電荷Ｑが第２電極４３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ２に完全に移動する。このような動作を繰返すことで、第１電極４３−１下のポテンシャル井戸ＰＷ１に蓄積されていた電荷Ｑが、隣接する第２電極４３−２下のポテンシャル井戸ＰＷ２へ転送されて保持される。このような動作をサンプリング周期内で順次下流側の電荷保持部３２１−ｎから上流側の電荷保持部３２１−１に向って行われることで、上述のように各電荷保持部３２１内の電荷が順次後段側へ転送されてゆく。

デジタルアナログ乗算部３４は、電荷転送部３２の各電荷保持部３２１（３２１−１〜３２１−ｎ）に対応して設けられた複数のデジタルアナログ乗算器（ＤＡ乗算器）３４１−１〜３４１−ｎ（総称するときは、以下参照符号３４１で示す）を備えて構成されている。ＤＡ乗算器３４１は、係数設定部３３によって予め設定されている係数ｇ（ｌ）（０≦ｇ（ｌ）＜１）で対応する電荷保持部３２１の電荷Ｑを乗算し、その乗算結果を加算部３５へ出力する回路である。より具体的には、ｇ（ｌ）×Ｑ＝ｇ１（ｌ）×２−１Ｑ＋ｇ２（ｌ）×２−２Ｑ＋ｇ３（ｌ）×２−３Ｑ＋・・・＋ｇｎ（ｌ）×２−ｎＱと表現することができることから、ＤＡ乗算器３４１では、電荷保持部３２１に保持されている電荷（アナログ信号）Ｑが２等分され、一方がさらに２等分され、これが繰り返されることで、２−１Ｑ、２−２Ｑ、２−３Ｑ、・・・、２−ｎＱの複数の電荷が生成され、これら各電荷が、乗数である係数ｇ（ｌ）の２進表現ｇ１（ｌ）、ｇ２（ｌ）、ｇ３（ｌ）、・・・、ｇｎ（ｌ）に従って取捨され、そのうちの取り上げられた電荷が１個に統合されることで、前記ｇ（ｌ）×Ｑの乗算をアナログ処理で行うものである。

このようなＤＡ乗算器３４１も、電荷転送素子（電荷結合素子）を用いて構成することができ、例えば、電荷分割部ＣＤと、電荷統合部ＳＤとを備えて構成することができる。例えば、１個の電荷Ｑを２個の電荷に２等分する電荷分割部ＣＤは、図６に示すように、半導体５１と、該半導体５１上に形成された絶縁体層５２と、絶縁体層５２上に連続的に形成された複数の電極（ゲート電極）５３（５３−１〜５３−６）とを備えて構成され、３個１組の電極５３を含んで１個の分割部ＣＤｋが構成され、図６には、電極５３−１〜５３−３を含む第１分割部ＣＤ１と、電極５３−４〜５３−６を含む第２分割部ＣＤ２とが図示されている。また、各電極５３（５３−１〜５３−６）には、電極５３に電圧を印加するための信号線Ｐ５１〜Ｐ５３が接続されている。このような電荷分割部ＣＤでは、電極５３に外部から電圧を印加することによって電極５３下の半導体３１内にポテンシャル井戸ＰＷが形成される。ポテンシャル井戸ＰＷは、その対応する電極５３に外部から印加される電位によってその深さが制御される。このような電荷分割部ＣＤでは、第１および第２分割部ＣＤ１、ＣＤ２における各電極５３−１〜５３−３；５３−４〜５３−６に、電荷Ｑを分割するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、第１分割部ＣＤ１に保持されている電荷Ｑが２個の電荷Ｑ１，Ｑ２（Ｑ１＝Ｑ２＝Ｑ／２）に等分され、各電荷Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ第１および第２分割部ＣＤ１，ＣＤ２に保持される。例えば、時刻ｔ１１において、初期状態（２等分前、分割前）として、第１分割部ＣＤ１の第３電極５３−３に電圧が印加されることによって形成された第１分割部ＣＤ１の第１ポテンシャル井戸ＰＷ３に電荷Ｑが保持されているとする。そして、次の動作タイミングの時刻ｔ１２において、第１分割部ＣＤ１の第２および第３電極５３−２，５３−３ならびに第２分割部ＣＤ２の第１電極５３−４のそれぞれに電圧が印加されることによって、第１分割部ＣＤ１の第１ポテンシャル井戸ＰＷ３が第３電極５３−３下だけでなく第１分割部ＣＤ１の第２電極５３−２下および第２分割部ＣＤ２の第１電極５３−４下にも拡がり、電荷Ｑがこれら各電極５３−２〜５３−４下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ２３４に保持される。次の動作タイミングの時刻ｔ１３において、第１分割部ＣＤ１の第３電極５３−３に印加されていた電圧が解消され、そして、第１分割部ＣＤ１の第２電極５３−２および第２分割部ＣＤ２の第１電極５３−４に電圧が印加されることによって、電荷Ｑが第１分割部ＣＤ１の第２電極５３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ２および第２分割部ＣＤ２の第１電極５３−４下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ４にそれぞれ分割されて保持される。このように１個のポテンシャル井戸ＰＷ３に蓄積されていた電荷Ｑが、電極５３に所定パターンの駆動電圧を印加することによって、このポテンシャル井戸ＰＷ３に隣接するポテンシャル井戸ＰＷ２，ＰＷ４へ２等分されて保持される。続いて、図６では、次の動作タイミングの時刻ｔ１４において、第１分割部ＣＤ１では、第１および第２電極５３−１、５３−２に電圧が印加されることによって、第１分割部ＣＤ１の第２ポテンシャル井戸ＰＷ２が第２電極５３−２下だけでなく第１電極５３−１下にも拡がり、電荷Ｑ１（＝Ｑ／２）がこの第１および第２電極５３−１、５３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ１２に保持される。そして、第２分割部ＣＤ２では、第１および第２電極５３−４，５３−５に電圧が印加されることによって、第２分割部ＣＤ２の第１ポテンシャル井戸ＰＷ４が第１電極５３−４下だけでなく第２電極５３−５下にも拡がり、電荷Ｑ２（＝Ｑ／２）がこの第１および第２電極５３−４，５３−５下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ４５に保持される。次の動作タイミングの時刻ｔ１５において、第１分割部ＣＤ１では、第１分割部ＣＤ１の第２電極５３−２に印加されていた電圧が解消されるとともに、第１分割部ＣＤ１の第１電極３３−１に電圧が印加されることによって、２等分された電荷Ｑ１が第１分割部ＣＤ１の第１電極５３−１下に形成された第１分割部ＣＤ１の第１ポテンシャル井戸ＰＷ１に保持される。そして、第２分割部ＣＤ２では、第２分割部ＣＤ２の第１電極５３−４に印加されていた電圧が解消されるとともに、第２分割部ＣＤ２の第２電極５３−５に電圧が印加されることによって、２等分された電荷Ｑ２が第２分割部ＣＤ２の第２電極５３−５下に形成された第２分割部ＣＤ２の第２ポテンシャル井戸ＰＷ５に保持される。このように電荷分割部Ｄは、電荷Ｑを２等分に分割するような所定パターンの駆動電圧を各電極５３に印加することによって、第１分割部ＣＤ１の第３ポテンシャル井戸ＰＷ３に保持されている電荷Ｑを２等分し、第１分割部ＣＤ１の第２ポテンシャル井戸ＰＷ２（第１ポテンシャル井戸ＰＷ１）および第２分割部ＣＤ２の第２ポテンシャル井戸ＰＷ５（第３ポテンシャル井戸ＰＷ６）のそれぞれへ導き保持することによって、電荷Ｑを２個の電荷に２等分することができる。

そして、複数の電荷を１個の電荷に統合する電荷統合部ＳＤも、例えば、図７に示すように、半導体６１と、半導体６１上に形成された絶縁体層６２と、絶縁体層６２上に連続的に形成された複数の電極（ゲート電極）６３（６３−１〜６３−６）とを備えて構成され、３個１組の電極６３を含んで１個の統合部ＳＤｋが構成され、図７には、電極６３−１〜６３−３を含む第１統合部ＳＤ１と、電極６３−４〜６３−６を含む第２統合部ＳＤ２とが図示されている。また、各電極６３（６３−１〜６３−６）には、電極６３に電圧を印加するための信号線Ｐ６１〜Ｐ６３が接続されている。このような電荷統合部ＳＤでは、電極６３に外部から電圧を印加することによって電極６３下の半導体６１内にポテンシャル井戸ＰＷが形成される。ポテンシャル井戸ＰＷは、その対応する電極６３に外部から印加される電位によってその深さが制御される。このような電荷統合部ＳＤでは、第１および第２統合部ＳＤ１、ＳＤ２における各電極６３−１〜６３−３；６３−４〜６３−６に電荷を統合するような所定パターンの駆動電圧を印加することによって、第１統合部ＳＤ１に保持されている第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２に保持されている第２電荷Ｑ２とが合わせられて１個の電荷Ｑ（Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）に統合され、この電荷Ｑが第１統合部ＳＤ１（第２統合部ＳＤ２）に保持される。例えば、時刻ｔ２１において、初期状態（加算処理前）として、第１統合部ＳＤ１の第１電極６３−１に電圧が印加されることによって形成された第１統合部ＳＤ１の第１ポテンシャル井戸ＰＷ１に第１電荷Ｑ１が保持され、第２統合部ＳＤ２の第２電極６３−５に電圧が印加されることによって形成された第２統合部ＳＤ２の第２ポテンシャル井戸ＰＷ５に第２電荷Ｑ２が保持されている。次の動作タイミングの時刻ｔ２２において、第１統合部ＳＤ１では、第１統合部ＳＤ１の第１および第２電極６３−１，６３−２に電圧が印加されることによって、第１統合部ＳＤ１の第１ポテンシャル井戸ＰＷ１が第１電極６３−１下だけでなく第２電極６３−２下にも拡がり、第１電荷Ｑ１がこの第１および第２電極６３−１，６３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ１２に保持される。そして、第２統合部ＳＤ２では、第２統合部ＳＤ２の第１および第２電極６３−４，６３−５に電圧が印加されることによって、第２統合部ＳＤ２の第２ポテンシャル井戸ＰＷ５が第２電極６３−５下だけでなく第１電極６３−４下にも拡がり、第２電荷Ｑ２がこの第１および第２電極６３−４，６３−５下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ４５に保持される。次の動作タイミングの時刻ｔ２３において、第１統合部ＳＤ１では、第１統合部ＳＤ１の第１電極６３−１に印加されていた電圧が解消され、そして、第２電極６３−２に電圧が印加されることによって、第１および第２電極６３−１，６３−２下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ１２に保持されていた第１電荷Ｑ１が第２電極６３−２下に形成された第１統合部ＳＤ１の第２ポテンシャル井戸ＰＷ２に移動して保持される。そして、第２統合部ＳＤ２では、第２統合部ＳＤ２の第２電極６３−５に印加されていた電圧が解消され、そして、第１電極６３−４に電圧が印加されることによって、第１および第２電極６３−４，６３−５下に形成されたポテンシャル井戸ＰＷ４５に保持されていた第２電荷Ｑ２が第１電極６３−４下に形成された第２統合部の第１ポテンシャル井戸ＰＷ４に移動して保持される。このような動作によって第１統合部ＳＤ１の第１電荷Ｑ１が第２統合部ＳＤ２へ寄るとともに、第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２が第１統合部ＳＤ１へ寄り、第１統合部ＳＤ１の第２電極６３−２と第２統合部ＳＤ２の第１電極６３−４とが１個の電極（第１統合部の第３電極６３−３）６３を隔てて配置される。そして、次の動作タイミングの時刻ｔ２４において、第１統合部ＳＤ１の第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２とを隔てているこの第１統合部ＳＤ１の第３電極６３−３に、第１統合部ＳＤ１の第２電極６３−２および第２統合部ＳＤ２の第１電極６３−４にそれぞれ印加されている電圧と同じ電圧が印加されることによって、第１統合部ＳＤ１の第２ポテンシャル井戸ＰＷ２が第２電極６３−２下だけでなく第３電極６３−３下にも拡がるとともに、第２統合部ＳＤ２の第１ポテンシャル井戸ＰＷ４が第１電極６３−４下だけでなく第１統合部ＳＤ１の第３電極６３−３下にも拡がる結果、第１統合部ＳＤ１の第２および第３電極６３−２，６３−３下ならびに第２統合部ＳＤの第１電極６３−４下に亘るポテンシャル井戸ＰＷ２３４が形成され、第１統合部ＳＤ１の第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２とが統合される。そして、次の動作タイミングの時刻ｔ２５において、第１統合部ＳＤ１の第２電極６３−２に印加されていた電圧が解消されるとともに第２統合部ＳＤ２の第１電極６３−４に印加されていた電圧が解消され、そして、第１統合部ＳＤ１の第３電極６３−３に電圧が印加されることによって、この統合された第１統合部ＣＤ１の第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２とが第１統合部ＳＤ１の第３電極６３−３下に形成された第１統合部ＳＤ１の第３ポテンシャル井戸ＰＷ３に保持され、加算結果Ｑ（＝Ｑ１＋Ｑ２）となる。このように電荷統合部ＳＤは、所定パターンの駆動電圧を各電極に印加することによって、第１統合部ＳＤ１のポテンシャル井戸ＰＷに保持されている第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２のポテンシャル井戸ＰＷに保持されている第２電荷Ｑ２とを１個のポテンシャル井戸ＰＷへ導き統合することによって、第１統合部ＳＤ１の第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２とを電荷のままで加算することができるものである。すなわち、電荷統合部ＳＤは、第１統合部ＳＤ１の第１電荷Ｑ１と第２統合部ＳＤ２の第２電荷Ｑ２とをアナログで加算することができる。

ＤＡ乗算器３４１は、例えば、係数ｇ（ｌ）の２進表現に従ったビット数個の直列に接続された複数の前記電荷分割部ＣＤと、前記電荷統合部ＳＤとを備え、電荷保持部３２１の出力値に対応する電荷量Ｑを、前述のように電荷分割部ＣＤで２等分し、その一方を、この２等分した電荷分割部ＣＤにおける後段の電荷分割部ＣＤで２等分し、これを繰り返すことで、２−１Ｑ、２−２Ｑ、２−３Ｑ、・・・、２−ｎＱの複数の電荷を生成し、これら各電荷を、係数ｇ（ｌ）の２進表現ｇ１（ｌ）、ｇ２（ｌ）、ｇ３（ｌ）、・・・、ｇｎ（ｌ）に従って取捨し、そのうち取り上げた電荷を電荷統合部ＳＤで統合することで、Ｇ（ｌ）×Ｑの乗算をアナログで行うことができるものである。そのため、係数ｇ（ｌ）の２進表現ｇ１（ｌ），ｇ２（ｌ），ｇ３（ｌ），・・・，ｇｎ（ｌ）に従った取捨では、ビットが０の場合には捨て、ビットが１の場合には残す。例えば、Ｑ×０．３６８２７(１０進数)の乗算を行う場合は、Ｑ×０．０１０１１１１０(２進数)となって、Ｑ×（０＋０／２＋１／４＋０／８＋１／１６＋１／３２＋１／６４＋１／１２８＋０／２５６）となる。なお、ＤＡ乗算器３４１では、電荷保持部３２１の電荷量Ｑをセンシングフローティングゲートを介して転写し、電荷保持部３２１の出力値（電荷量Ｑ）と等しい電荷量Ｑが保持される。

このように相関処理部３０は、アナログ信号である電荷Ｑを用い、上述したように、遅延（転送）、乗算および加算が可能な、ＣＣＤ原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されたデバイスであり、これを用いることで、高分解能、高速かつ低消費電力に、相関処理演算が可能となる。

なお、このような構成の相関処理部３０では、扱われる電荷Ｑが正の値であることから、受信部１３の正負いずれの出力にも対応すべく、例えば、受信部１３とサンプルホールド部３１との間に、入力信号の絶対値を出力するとともに入力信号における正負の符号（符号ビット列）を出力する絶対値化回路が介挿されてもよく、この場合では、この符号（符号ビット列）は、以後、絶対値化された信号の各処理に伴って、サンプルホールド部３１、電荷転送部３２、デジタルアナログ乗算部３４および加算部３５の各部を伝播するように、これら各部が構成される。

このようなＤＡ乗算器３４１は、例えば、特開平０６−２３７１７３号公報（特許第２５９９６７９号公報）、特開平０６−３５０４５３号公報（特許第２９５５７３４号公報）、特開平０７−３３５８６６号公報（特許第２６６５７２６号公報）および特開平０８−０５０５４６号公報も参照することができる。

係数設定部３３は、参照信号記憶部１８に記憶されている参照信号に基づいて、デジタルアナログ乗算部３４の各ＤＡ乗算器３４１に対し、係数ｇ（ｌ）を設定する回路である。

このような構成の相関処理部３０は、次のように動作する。相関部１４における相関処理とは、２つの波形がどの程度似ているかを判定する処理であり、例えば、２つの数列ｘｎとｚｎとがあった場合、次の式１で示される相関値Ｙが大きい程、２つの数列が似通っていることになる。

Ｙ＝Σｘｋｚｋ ・・・（１）
ただし、Σは、ｋ＝１からｋ＝ｎまでの和を求める。

ここで、送信信号（参照信号）をｓ（ｔ）とし、該送信信号ｓ（ｔ）に雑音を含ませたものを受信信号ｘ（ｔ）とし、上記の式１からなる相関値（判定基準）をＹとすると、図８に波線で示すように、参照信号ｓ（ｔ）と受信信号ｘ（ｔ）とが重なる瞬間に急峻なピークが検出されることになる。このピークが大きければ大きいほど、参照信号ｓ（ｔ）とよく類似した信号が受信されたことになる。なお、図８では、送信信号ｓ（ｔ）は、太い実線で示され、受信信号ｘ（ｔ）は、細い実線で示されている。また、図８では、相関のピークがずれているように見えるけれども、参照信号ｓ（ｔ）と受信信号ｘ（ｔ）との相関演算後、相関結果を信号の開始タイミングに合わせて出力しており、デジタル演算で相対的な時間遅延が生じ、このような波形となる。

また、ノイズ耐性を高める観点から、可能な限り冗長な、自然界に無い信号を送信信号ｓ（ｔ）に用いることが望ましい。実際には、図４のように、受信部１３で受信される連続的な受信信号ｘ（ｔ）が時間τでサンプルホールドされ、離散量ｆ（ｔ）、ｆ（ｔ−τ）、ｆ（ｔ−２τ）、ｆ（ｔ−３τ）、ｆ（ｔ−４τ）、・・・とされる。図４に示す例では、ｆ（ｔ）＝ｘａ（１）、ｆ（ｔ−τ）＝ｘａ（２）、ｆ（ｔ−２τ）＝ｘａ（３）、ｆ（ｔ−３τ）＝ｘａ（４）、ｆ（ｔ−４τ）＝ｘａ（５）、・・・である。相関値Ｙは、式２に示すように、これら各々に相当する係数ｇ（１）〜ｇ（ｌ）を掛けて総和を取ることによって、得られる。

Ｙ＝Σｆ（ｔ−ｋτ）ｇ（ｋ） ・・・（２）
ただし、Σは、ｋ＝１からｋ＝ｎまでの和を求める。

このように電荷転送部３２の電荷保持部３２１の各ステージに蓄えられている電荷量Ｑｋに参照信号（テンプレート）の対応する係数ｇ（ｌ）を乗じ、和をとることで、ノイズの中に信号が存在するか否かを高いＳ／Ｎ比で計算することができる。

この相関値Ｙの値を各相関処理部３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎからの出力ｙ１，ｙ２，・・・，ｙｎとしてモニタするタイミング判定部３６が相関部１４に設けられており、このタイミング判定部３６は、前記出力ｙ１，ｙ２，・・・，ｙｎがある閾値より大きい場合に、第２超音波信号における基本波成分を相関値Ｙに比例する強度で受信したものとして、高調波成分抽出部１０にトリガを与える。高調波成分抽出部１０にはまた、前記受信部１３からの信号が入力されており、その信号から基本波成分を減算することで、高調波成分を求めており、そのトリガ期間における第２の超音波信号中から、前記非線形歪み（所望周波数）成分を抽出し、画像処理部１５へ出力する。

ここで、前記参照信号記憶部１８からは、各無機圧電素子２２に対して、前記のようにステアリング角度（方位）やフォーカルポイントに応じた相互間の遅延時間を有し、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上）ずつ相互に位相をずらした一定間隔のパルスが、送信信号および参照信号として出力される。送信部１２は、その送信信号を前記第１の超音波信号として、各無機圧電素子２２に被検体内へ連続して送信させる。例えば、Ｎ＝２の場合、図９（ａ）で示すように位相が１８０°ずれた（逆相の）２つのパルスが送信されることになり、Ｎ＝３の場合、図１０（ａ）で示すように位相が１２０°ずつずれた３つのパルスが送信されることになる。なお、図９および図１０では、縦軸が振幅で横軸は時間を表し、時間経過は図に向って右から左となっている。

これに対して、各有機圧電素子２１から受信部１３で受信される信号は、図９（ｂ）および図１０（ｂ）で示すようになる。これを前記相関部１４において、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ符号として、順次前記参照信号と相関演算を行うと、図９（ｃ）および図１０（ｃ）で示すようになる。前記タイミング判定部３６は、この相関演算結果から、参照符号αで示すようなピークの期間Ｗの期間だけ、高調波成分抽出部１０にトリガを与え、参照符号βで示す高調波成分を抽出させる。なお、上述のように位相をずらした同一信号を連続送信する場合１音線で位相をずらした複数の信号を送波するので、フレームレートは変化しない。すなわち、音線毎に位相をずらした信号送波ではない。

高調波成分抽出部１０は、上述の相関部１４と同様な構成を有し、参照信号としては、前記被検体の診断部位および被検体の診断深度に応じた複数の参照信号が前記参照信号記憶部１８に記憶されており、その参照信号の１つが制御部１７によって選択される。その参照信号を用いて、高調波成分抽出部１０は高次調波を抽出しており、前記のようにタイミング判定部３６からトリガが与えられた期間Ｗの相関演算結果を、出力ｙ１’，ｙ２’，・・・，ｙｎ’として画像処理部１５へ出力する。ただし、前記タイミング判定部３６にてトリガタイミングが判定される時点は、電荷転送部３２から信号が出力された時点と時間差があり、このため該高調波成分抽出部１０には、その信号をトリガタイミングの幅だけ保持しておく遅延回路が設けられている。

ここで、例えば、３ＭＨｚ〜５ＭＨｚのチャープ波を送信信号に用いた場合には、高調波成分抽出部１０が使用する参照信号は、以下のようになる。

s(t)=A・sin{2π[(fc-Bw/2)t+（Bw/(2Tw)）t2]}・W(t) ・・・（３）
ただし、Ｗ（ｔ）は、窓関数（本実施形態では例えばハミング窓を使用）であり、ｆｃは、チャープ波の中心周波数であり、Ｂｗは、チャープ波の掃引周波数であり、Ｔｗは、チャープ波の時間幅である。本実施形態においては、ｆｃ＝４ＭＨｚ、Ｂｗ＝２ＭＨｚとし、Ｔｗは、診断領域の面積により設定される。

相関処理によって検出する高調波の次数をｍとすると、ｍが偶数の場合の参照信号の波形ｒ（ｔ）は、下式となる。

r(t)＝f(d,m)・(s(t)/|s(t)|)・{s(t)}m ・・・（４）
一方、ｍが奇数の場合の波形ｒ（ｔ）は、下式となる。

r(t)＝f(d,m)・{s(t)}m ・・・（５）
ただし、ｆ（ｄ、ｍ）は、前記のように診断深度、診断対象および次数によって決定される項である。このｆ（ｄ、ｍ）は、フォーカルポイント毎に用意された係数ｇ（ｌ）を操作入力部１１等によって、ユーザが出力画像を見つつ最適な値を選択してもよい。この関数ｒ（ｔ）を規定のサンプリング周波数でデジタル化したものが参照信号のｇ（１）〜ｇ（ｎ）に書き込まれる値として、診断深度、診断対象および検出次数毎に参照信号記憶部１８に記憶される。

画像処理部１５は、例えば、位相ばらつき検出部１５１と、遅延補正部１５２と、整相加算部１５３とを備えて構成される。位相ばらつき検出部１５１は、相関処理部３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの各出力ｙ１，ｙ２，・・・，ｙｎから位相のばらつきを検出する回路である。フォーカルポイントと超音波探触子２の圧電素子２１，２２との間における平均音速は、圧電素子２１，２２毎に異なっているため、位相がずれてしまうことが知られている。位相ばらつき検出部１５１は、この位相のずれを検出するものである。

遅延補正部１５２は、高調波成分抽出部１０からの各出力ｙ１’，ｙ２’，・・・，ｙｎ’に対し、前述のような音速補正を行うとともに、フォーカルポイント（フォーカス点）および／またはステアリング角度（方位）に対応した時間差を付与することによって遅延（位相）を調整する。整相加算部１５３は、遅延補正部１５２で音速補正および遅延補正された高調波成分抽出部１０からの各出力ｙ１’，ｙ２’，・・・，ｙｎ’を整相加算する回路である。そして、画像処理部１５は、その加算値Ｙ（ｔ）に基づいて超音波画像を生成する。

このような構成の相関部１４、高調波成分抽出部１０および画像処理部１５の動作を示すと、図１１で示すようになる。すなわち、相関部１４および高調波成分抽出部１０では、受信部１３からの出力を各有機圧電素子２１毎に、一定の動作タイミングの制御クロックによって、サンプルホールド部３１によって時間方向に離散化し、順次電荷転送部３２に入力される。電荷転送部３２の電荷保持部３２１の段数ｎは、基本波に対する前記３６０°／Ｎの期間に対応している。そして、前述のように基本波の相関部１４側の相関処理部３０での相関処理結果から、タイミング判定部３６が高調波の抽出タイミングを判定し、高調波成分抽出部１０側の相関処理部３０へトリガを与える。こうして最も相関の高い期間Ｗだけ、高調波の相関処理結果が抽出され、その結果には、画像処理部１５において、位相ばらつき検出部１５１で検出された基本波の位相ばらつきの検知結果に対応して、遅延補正部１５２で位相ばらつきが補正され、整相加算部１５３で、前記フォーカルポイントやステアリング角度に応じた遅延時間が調整されて相互に加算される。

以上のように、本実施の形態の超音波画像診断装置Ｓは、送信部１２から、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつ相互に位相をずらしたパルスを第１の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる反射波などの被検体から来た第２の超音波信号を受信部１３で受信し、信号処理部が所定の信号処理を行うことで基本波（前記第１の超音波信号）成分を効率良く除去し、非線形歪み（高調波）成分を抽出して、その抽出結果から、画像処理部１５が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部１６に表示させるようにした超音波画像診断装置において、前記送信部１２が前記パルスを連続して送信する一方、前記信号処理部として、前記受信部１３で受信された第２の超音波信号から、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ（Phase Sift Keying）符号として所定の参照信号との間で順次相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間Ｗを判定する相関部１４と、前記期間Ｗにおける相関値から、前記第２の超音波信号中に含まれる前記非線形歪み（所望周波数）成分を抽出する高調波成分抽出部１０とを設ける。

したがって、相関処理による符号検出を用いることで、非線形歪み（高調波）成分が戻ってきたタイミングを正確に検出することができ、距離分解能を向上することができるとともに、そのタイミングで成分抽出を行うことで、前記非線形歪み（高調波）成分も高精度に抽出し、方位分解能も向上することができる。また、送信部１２は、パルスを連続して送信するので、フレームレートを落とすことはない。

また、前記送信部１２は、前記パルスとして、単純な３６０°／Ｎずらしのガウシアンエンベロープ波形ではなく、それを中心周波数として、周波数が増加または減少するチャープ波を用いるので、レンジサイドロープ（時間的サイドロープ）を抑制することができる。

さらにまた、前記相関部１４は、ＣＣＤ原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されるので、微弱な信号レベルである高調波成分でもより適切に相関処理を行うことが可能となる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。特に、上述の実施形態では、画像処理部１５は、高調波信号から断層画像を作成するようにしたけれども、基本波の反射波も併用して、断層画像を作成するようにしてもよい。

Ｓ 超音波診断装置
１ 超音波診断装置本体
１０ 高調波成分抽出部
１４ 相関部
１５ 画像処理部
１８ 参照信号記憶部
３０ 相関処理部
３１ サンプルホールド部
３２ 電荷転送部
３３ 係数設定部
３４ デジタルアナログ乗算器
３５ 加算部
３６ タイミング判定部

Claims (4)

1. 送信部から、同じ包絡線で３６０°／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつ相互に位相をずらしたパルスを第１の超音波信号として予め定める一定間隔で被検体内へ送信し、それによる被検体からの第２の超音波信号を受信部で受信し、信号処理部が予め定める信号処理によって非線形歪み成分を抽出し、その抽出結果から、画像処理部が前記被検体内の断層画像を作成し、表示部に表示させる超音波画像診断装置において、
   前記送信部は、前記パルスを連続して送信し、
   前記信号処理部は、
   前記受信部で受信された第２の超音波信号から、Ｎ個分のパルス成分をＰＳＫ符号として、順次予め定める参照信号との相関処理を行い、最も相関値が高くなる期間を判定する相関部と、
   前記相関部で判定された期間における前記第２の超音波信号と参照信号との相関値から、前記非線形歪み成分を抽出する抽出部とを含むことを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 前記送信部は、前記パルスとしてチャープ波を用いることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
3. 前記相関部は、ＣＣＤ原理に基づくアナログ積和演算装置を備えて構成されることを特徴とする請求項１または２記載の超音波画像診断装置。
4. 前記送信部における超音波振動子は、送信用の無機圧電素子上に、受信用の有機圧電素子を積層して成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。