JP2010263936A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基本波モードにおけるサイドローブの影響を抑制するとともに、非基本波モードでは、表示領域を狭くすることなく非基本波による高画質な画像を形成することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】基本波モードでは、アポダイゼーション手段を複数の圧電素子の中心素子に対応するアポダイゼーション係数を１、周辺素子に対応する前記アポダイゼーション係数を１より小に設定して重み付けを行い、非基本波モードではアポダイゼーション手段による重み付けを行わないか、または基本波モードでのアポダイゼーション係数の平均値よりも、平均値が大きいアポダイゼーション係数にアポダイゼーション手段を設定して重み付けすることを特徴とする超音波診断装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。

従来、このような超音波診断装置では、超音波の非線形な伝播により生じる高調波成分を取りだし、この高調波成分に基づいて超音波画像を生成し、表示するハーモニックイメージング（ＨＩ）法と呼ばれている手法が用いられてきた。

上記ハーモニックイメージングは、超音波の受信信号に含まれる高調波成分を検出して、映像化する手法であり（例えば２ＭＨｚの超音波を送信し、４ＭＨｚの高調波でイメージング）、微小気泡よりなる超音波造影剤をより効率的に検出することを目的として開発された。

微小気泡は強い非線形散乱特性を有しており、その散乱信号は生体組織と比べて大きな高調波成分を含んでいる。そこで、この高調波成分のみを検出することにより、通常（基本波）では周囲組織からのエコーに埋もれてしまうような微小な血流（パフュージョン）の映像化が可能となる。

近年、組織ハーモニック映像法（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ；ＴＨＩ）が注目されている。これはハーモニックイメージング法が有する画質改善効果に着目したもので、どのような患者でもノイズの低減された高コントラストのＢモード画像が得られ、心内膜等の描出に優れることが特徴である。組織ハーモニック映像法では、送信された超音波が生体内を歪みながら“伝播”するいわゆる伝播の非線形性により発生する高調波を映像化している。

この高調波の振幅は、超音波の伝播距離および基本波の音圧の二乗に比例するため、超音波ビームの中心軸上（音圧の高い領域）に集中して発生する。すなわち基本波を用いた場合に比べ、メインローブが細くかつサイドローブレベルが低いシャープな超音波ビームが形成可能である。

このようにハーモニック映像法ではビーム幅が狭くかつサイドローブレベルの低いビーム形成が可能なため、ビーム幅の低減により方位方向分解能が向上し、またサイドローブレベルの低減によりコントラスト分解能が向上する。

しかしながら、実際に組織ハーモニックイメージングを行うと、（１）高調波があまり効率的に発生せず思ったほど画質が向上しない、（２）超音波を収束させているはずの関心領域において画質があまり向上しない、（３）通常のイメージングと組織ハーモニックイメージングとを切り替えると、その都度、画質の高い領域の場所が変わってしまう、（４）関心領域が体表から浅い領域にあるような場合には、十分な伝播距離を確保できず、高調波成分があまり発生せず、映像化が困難となる、といったいろいろな問題が生じている。

このような問題を解決するため、基本波モードと非基本波モードとを選択可能に構成し、非基本波モードのときの開口を基本波モードより大きくすることによって超音波の収束強度を基本波モードのときよりも高くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、通常のビームフォーミングにおいて解決すべき課題としては、超音波ビームの「サイドローブ」の問題がある。超音波ビームが人体又は他の媒体を通過するときに、超音波ビームの望ましいメインローブに付随する側方部分（すなわち「サイドローブ」）を形成しながらビームが回折する現象が発生する。サイドローブ位置に超音波の反射体があれば、本来観察すべきメインローブ位置に反射体がなくてもエコーが生じ、偽像が得られてしまう。

サイドローブを抑制するために従来から、中心素子に対し周辺素子の放射する超音波のエネルギーを減衰させるアポダイゼーションが各種の手法で行われている。この方法では放射した超音波ビームのサイドローブを減衰させて超音波画像の解像度を改善するようにできる。

例えば、通常はガウス関数又はハニング関数である振幅アポダイゼーション関数を電気信号に適用して、アレイによって受波される電気信号を成形し、サイドローブを抑制する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている方法では、アポダイゼーション関数は、信号のサンプリング領域の端辺部を滑らかにゼロに減衰させるように適用される。

特許４１１６１４３号公報 米国特許第４，８４１，４９２号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、非基本波モードで開口を大きく設定するので、その分非基本波モードでの電子スキャン可能領域が減少し、表示領域が狭くなるという問題があった。

一方、特許文献２に開示されている方法では、通常、圧電素子を駆動する最大駆動エネルギーは限られており、アポダイゼーションは駆動エネルギーを減少する方向で重み付けを行うため、同一開口の時は、アポダイゼーションによって焦点の音圧は低下してしまう。また実質的に開口を狭めてビームフォーミングすることになるため、開口幅／焦点距離の値が減少してメインローブのビーム集束性が低下し、ビームが太くなるという弊害もあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、基本波モードにおけるサイドローブの影響を抑制するとともに、非基本波モードでは、表示領域を狭くすることなく非基本波による高画質な画像を形成す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。

上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。

１．複数の圧電素子を配列した超音波探触子に駆動信号をタイミングを変えて印加し、該圧電素子から発生する超音波をビーム状に形成して被検体の内部の所定の深さで収束するように送信し、該被検体から反射した反射波の受信信号に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化する基本波モードと、前記受信信号に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体内を映像化する非基本波モードと、の何れかのモードを選択して動作するように構成された超音波診断装置であって、
前記駆動信号および前記受信信号の少なくとも一つに、設定されたアポダイゼーション係数に応じた重み付けをするアポダイゼーション手段を有し、
前記基本波モードでは、前記アポダイゼーション手段を前記複数の圧電素子の中心素子に対応する前記アポダイゼーション係数を１、周辺素子に対応する前記アポダイゼーション係数を１より小に設定して重み付けを行い、
前記非基本波モードでは前記アポダイゼーション手段による重み付けを行わないか、または前記基本波モードでのアポダイゼーション係数の平均値よりも、平均値が大きいアポダイゼーション係数に前記アポダイゼーション手段を設定して重み付けすることを特徴とする超音波診断装置。

２．前記アポダイゼーション手段は、
前記駆動信号に、設定されたアポダイゼーション係数に応じた重み付けをすることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。

３．前記非基本波モードでは、
前記反射波に含まれる前記基本周波数の３次高調波の成分を主体として前記被検体内を映像化することを特徴とする前記１または２に記載の超音波診断装置。

本発明によれば、サイドローブが問題となる基本波モードではアポダイゼーションを行い、サイドローブ程度の音圧では非基本波の発生が少なく、相対的にサイドローブの影響度が小さい非基本波モードにおいてはアポダイゼーションを行わないか、または基本波モードよりアポダイゼーション係数の平均値を高くする。

したがって、基本波モードにおけるサイドローブの影響を抑制するとともに、非基本波モードでは、表示領域を狭くすることなく非基本波による高画質な画像を形成することができる超音波診断装置を提供することができる。

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。 本実施形態の超音波探触子２と送信処理部１の内部を説明する図である。 本実施形態の超音波探触子２と受信処理部３の内部を説明する図である。 開口幅Ｄと焦点深度Ｚ_０の関係を説明する図である。 実施例１、実施例２と比較例３の基本波のビーム形状を示すグラフである。 実施例１、実施例２と比較例３の３次高調波のビーム形状を示すグラフである。 実施例１または実施例２と比較例３の基本波、第２次高調波の中心軸音圧を示すグラフである。 実施例１または実施例２と比較例３の第３次高調波の中心軸音圧を示すグラフである。

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が、本発明は該実施の形態に限られない。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。

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る。

超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、モニタ１０に表示する。

超音波探触子２は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子２は、図１に示すように、ケーブル１５を介して超音波診断装置本体１４と接続されている。

入力部１３は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドの入力や、後に説明する基本波モードまたは非基本波モードの選択、被検体の個人情報等のデータの入力をするために設けられている。

モニタ１０は、液晶パネルなどから成り、画像化した超音波画像を表示する。

図２は、本実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図、図３は、送信処理部１と周辺回路のブロック図、図４は受信処理部３と周辺回路のブロック図である。

最初に、図２を用いて全体の構成を説明する。

超音波探触子２の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の圧電素子８が配列されている（図２には図示せず）。なお、ここでは、１つの圧電素子が１チャンネルを構成するものとして説明する。超音波探触子２には、送信処理部１が接続されている。

送信処理部１は、超音波をビーム状に形成し、また任意の深さで収束させて焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を、モードに応じて重み付けを行って超音波探触子２の各チャンネルに印加する。これにより、各チャンネルの圧電素子は振動し、超音波を発生する。なお、この超音波の周波数スペクトラムは、駆動信号の周波数（基本周波数ｆ_０）を中心として通常は若干分散している。

超音波探触子２から発生された超音波は、被検体に送信され、被検体内部を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、エコーとして超音波探触子２に返ってくる。このエコーには、基本周波数ｆ_０の基本波成分の他に、超音波が生体内を歪みながら“伝播”する、いわゆる伝播の非線形性により基本周波数ｆ_０以外の非基本波周波数の成分が発生する。非基本波周波数の成分のなかでも、基本周波数ｆ_０の２倍の２次高調波成分、３倍の３次高調波成分などを診断のための画像形成に利用することができる。

また、非基本波周波数の成分は、少なくとも２種類の基本周波数で超音波を送信した場合の、この２種類の基本周波数どうしの和あるいは差の周波数成分でもよいし、２種類の基本周波数それぞれの高調波周波数の和あるいは差の周波数成分でもよい。さらに、２種類の基本周波数とそれぞれの高調波周波数との和あるいは差の周波数成分でもよい。

超音波探触子２に返ってきたエコーは、送信時とは逆に、超音波探触子２に配列された図２には図示せぬ圧電素子８を機械的に振動させ、微弱な電気信号を発生させる。この信号は、受信信号処理部３に取り込まれ、プリアンプで増幅され、送信時と同じ遅延処理を経て加算される。

この受信信号は、基本波モード（通常のイメージング法）時には、受信信号から基本波成分を主に抽出するために通過帯域が基本周波数ｆ_０を中心とした所定の帯域に設定されている基本波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）４を通ってＢモード処理系６に送られる。

また非基本波モード（組織ハーモニック映像法）時には、受信信号から高調波成分を抽出するために通過帯域が基本周波数ｆ_０の２倍または３倍の周波数を中心とした所定の帯域に設定されている高調波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）５を通って、Ｂモード処理系６に送られる。

Ｂモード処理系６は、基本波モード時には基本波用帯域通過型フィルタ４からの基本波成分に基づいて通常のＢモード像を生成し、また非基本波モード時には高調波用帯域通過型フィルタ５からの高調波成分に基づいて組織ハーモニック画像を生成する。これらの画像はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）９によって再構成された後、ビデオ信号に変換され、モニタ１０に表示される。

制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）と記憶部９６等から構成され、記憶部９６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。制御部９９は、記憶部９６のＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭに読み出し、当該プログラムに従って超音波診断装置１００の各部を制御する。

制御部９９は、操作者によって入力部１３から入力されたモード（基本波モード又は非基本波モード）に対応する送信条件を記憶部９６から読み出し、読み出した送信条件に従って送信処理部１を制御してアポダイゼーション係数を設定する。

なお、本実施形態では、操作者が入力部１３でモード切り替え操作したときに基本波モードと非基本波モードとが、切り替わる例を説明するが、例えば、１断面分を１回走査する毎に、または１回送受信する毎に自動的に切り替えるようにしてもよい。

次に、図３、図５を用いて超音波探触子２と送信処理部１の内部を説明する。図３は、本実施形態の超音波探触子２と送信処理部１の内部を説明する図、図５は、開口幅Ｄと焦点深度Ｚ_０の関係を説明する図である。

図３に示すように超音波探触子２には、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の圧電素子８ａ〜８ｕがアレイ状に配列されている。ここでは、１つの圧電素子８が１チャンネルを構成するものとして説明する。基本波モード、非基本波モードとも開口素子数は同じであり、表示領域を狭くすることはない。なお、本実施形態では、基本波モード、非基本波モードとも開口素子数は同じ２１チャンネルの例を説明するが、チャンネル数はこの例に限定されるものではない。

本実施形態の送信処理部１は、信号発生部３０、送信ビームフォーマ３１とアポダイゼーション部３２から成る。アポダイゼーション部３２は、駆動信号および受信信号の少なくとも一つにアポダイゼーション係数を用いて重み付けする本発明のアポダイゼーション手段である。

信号発生部３０は、所定の繰り返し周期で超音波を送信するためのパルスを発生し、ｎチャンネルの送信ビームフォーマ３１にパルスを送る。送信ビームフォーマ３１は、超音波をビーム状に形成して被検体の内部の所定の深さで収束するように送信するビームフォーミングを行うため、送信ビームフォーマ３１に入力されたｎチャンネルのパルス信号にそれぞれ位相の遅延を与える。

制御部９９は、信号発生部３０に信号を送り、パルス発生時期、パルス繰り返し周期を制御し、また送信ビームフォーマ３１を制御して焦点深度Ｚ_０に収束する超音波ビームを形成させる。

アポダイゼーション部３２は、ｎチャンネルの重み付け部３３ａ〜３３ｕを有し、送信ビームフォーマ３１から入力されたｎチャンネルのパルス信号にそれぞれ所定のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０で重み付けを行って、重み付け部３３ａ〜３３ｕにそれぞれ接続されている圧電素子８ａ〜８ｕを駆動する。

表１は、重み付け部３３ａ〜３３ｕにそれぞれ設定されるアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の係数値の例である。このような係数値は予め記憶部９６に記憶されている。

制御部９９は、設定されたモードに応じて記憶部９６から読み出したアポダイゼーション係数をアポダイゼーション部３２に設定する。

表１の係数値１は、制御部９９が基本波モードのときアポダイゼーション部３２に設定するアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の一例であり、係数値２、係数値３は、制御部９９が非基本波モードのときアポダイゼーション部３２に設定するアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の一例である。

最初に、基本波モードの場合を説明する。

係数値１のアポダイゼーション係数が重み付け部３３ａ〜３３ｕにそれぞれ設定されると、アレイ状に配列された圧電素子８ａ〜８ｕの中心の位置にあたる圧電素子８_ｋに接続されている重み付け部３３ｋには、アポダイゼーション係数Ａ_０＝１が設定される。すると、圧電素子８_ｋには送信ビームフォーマ３１から入力されたパルス信号は重み付け１、すなわち減衰せずにそのままの信号が印加される。

また、圧電素子８_ｋの両側に位置する圧電素子８_ｊ、圧電素子８_ｌに接続されている重み付け部３３ｊ、３３ｌにはそれぞれアポダイゼーション係数Ａ_−１＝Ａ_１＝０．９７が設定されるので、送信ビームフォーマ３１から入力されたパルス信号は重み付け０．９７、すなわち０．９７倍に減衰された信号が圧電素子８_ｊ、圧電素子８_ｌに印加される。

同様に、中央に位置する圧電素子８_ｋから離れるほど重み付け部３３に小さいアポダイゼーション係数が設定され、圧電素子８に印加される励振エネルギーが減衰されるので、圧電素子８の放射する超音波のエネルギーも減衰される。

アレイ状に配列された圧電素子８ａ〜８ｕの両端の位置にあたる圧電素子８_ａ、圧電素子８_Ｕに接続されている重み付け部３３ａ、３３ｕにはそれぞれアポダイゼーション係数Ａ_−１０＝Ａ_１０＝０が設定されるので、０倍になり圧電素子８から超音波は放射されない。

このように、係数値１にアポダイゼーション係数を設定すると、中心の位置の圧電素子８_ｋに対し周辺の圧電素子８の放射する超音波のエネルギーを減衰させるので、超音波ビームのサイドローブを抑制することができる。

次に、非基本波モードの場合を説明する。

係数値２のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の平均値は表１に示すように０．７３１であり、係数値１のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の平均値０．４７６より大きくなっている。

係数値２を用いた場合、例えば、アレイ状に配列された圧電素子８ａ〜８ｕの両端の位置にあたる圧電素子８_ａ、圧電素子８_Ｕに接続されている重み付け部３３ａ、３３ｕにはそれぞれアポダイゼーション係数Ａ_−１０＝Ａ_１０＝０．５が設定されるので、０．５倍に減衰された信号が圧電素子８_ｊ、圧電素子８_ｌに印加される。

係数値３のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０は全て１であり、アポダイゼーション部３２による重み付けを行わないことになる。すなわち全ての圧電素子８に送信ビームフォーマ３１からの信号がそのまま印加される。

このように、非基本波モードにおいて、アポダイゼーション係数の平均値が大きい係数値２、または係数値３に設定すると、圧電素子８の放射する超音波のエネルギーの減衰量が基本波モードよりも少なくなるか、または全く減衰させないので、メインローブの音圧を高く保つことができる。また、高い音圧で送信できるので、生体内で発生する非基本波成分も高い音圧で発生し、高画質な画像が得られる。

一方、サイドローブの抑制効果は係数値１より少なくなるが、非基本波モードではサイドローブ程度の音圧では非基本波の発生が少なく、相対的にサイドローブの影響度が小さく特に問題にならない。また、非基本波モードでも、基本波モードと同じ開口幅にできるのでスキャン可能領域を減少させることなく、基本波モードと同等の距離まで超音波ビームを到達させることができる。

なお、本実施形態では基本波モードと非基本波モードとでアポダイゼーション係数をそれぞれ設定する例を説明したが、例えば係数値１のアポダイゼーション部３２と係数値２のアポダイゼーション部３２とを設け、モードに応じて切り替えても良い。あるいは、基本波モードでは圧電素子８と送信ビームフォーマ３１との間に係数値１のアポダイゼーション部３２を接続し、基本波モードでは圧電素子８と送信ビームフォーマ３１とを直接接続するように切り替えるように構成しても良い。

次に、図４を用いて超音波探触子２と受信処理部３の内部を説明する。

本実施形態では、図４に示すように、図３で説明した複数の圧電素子８ａ〜８ｕは、それぞれ受信処理部３にも接続され、送信、受信ともに用いられているものとする。なお、送信用の圧電素子と、受信用の圧電素子とがそれぞれ設けられ、送信処理部１、受信処理部３がそれぞれの圧電素子に接続されるように構成しても良い。

本実施形態の受信処理部３は、プリアンプ４２、アポダイゼーション部３２、受信ビームフォーマ４１、加算ユニット４３とから成る。アポダイゼーション部３２は、送信処理部１と同じ構成であり、プリアンプ４２ａ〜４２ｕを介して入力された圧電素子８ａ〜８ｕの受信信号に、重み付け部３３ａ〜３３ｕでそれぞれ所定のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の重み付けを行って、受信ビームフォーマ４１に送信する。

受信ビームフォーマ４１は、受信ビームフォーマ４１に入力されたｎチャンネルの受信信号にそれぞれ位相の遅延を与え、ビームフォーミングを行って加算ユニット４３に出力する。加算ユニット４３は各チャンネルの信号を加算して出力する。

本実施形態では、制御部９９は、送信処理部１と同じアポダイゼーション係数を受信処理部３のアポダイゼーション部３２にも設定するものとする。すなわち、基本波モードのときは、表１の係数値１をアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０として設定し、非基本波モードのときは係数値２または３を設定するものとする。

最初に、基本波モードの場合を説明する。

係数値１のアポダイゼーション係数が重み付け部３３ａ〜３３ｕにそれぞれ設定されると、アレイ状に配列された圧電素子８ａ〜８ｕの中心の位置にあたる圧電素子８_ｋにプリアンプ４２_ｋを介して接続されている重み付け部３３ｋには、アポダイゼーション係数Ａ_０＝１が設定される。すると、圧電素子８_ｋから入力された受信信号は重み付け１、すなわち減衰せずにそのままの受信ビームフォーマ４１に送信される。

また、圧電素子８_ｋの両側に位置する圧電素子８_ｊ、圧電素子８_ｌに接続されている重み付け部３３ｊ、３３ｌにはそれぞれアポダイゼーション係数Ａ_−１＝Ａ_１＝０．９７が設定されるので、圧電素子８_ｊ、圧電素子８_ｌから入力された受信信号は重み付け０．９７、すなわち０．９７倍に減衰された信号が受信ビームフォーマ４１に送信される。

同様に、中央に位置する圧電素子８_ｋから離れるほど重み付け部３３に小さいアポダイゼーション係数が設定され、受信信号が減衰される。

このように、中心の位置の圧電素子８_ｋに対し周辺の圧電素子８の受信信号を減衰させるので、サイドローブによる偽像の発生を抑制することができる。

次に、非基本波モードの場合を説明する。

前述のように、係数値２のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の平均値は０．７３１であり、係数値１のアポダイゼーション係数Ａ_−１０〜Ａ_１０の平均値０．４７６より大きくなっている。

このように、非基本波モードにおいて、アポダイゼーション係数の平均値が大きい係数値２、または係数値３に設定すると、圧電素子８の受信した受信信号の減衰量が基本波モードよりも少なくなるか、または全く減衰させないので、受信感度を高く保つことができる。

なお、本実施形態では、受信処理部３のアポダイゼーション部３２と、送信処理部１のアポダイゼーション部３２とにそれぞれ同じアポダイゼーション係数を設定する例を説明したが、それぞれに最適なアポダイゼーション係数を設定しても良い。

また、送信処理部１と受信処理部３にそれぞれアポダイゼーション部３２を設けた例を説明したが、送信処理部１と受信処理部３の何れか一方にアポダイゼーション部３２を設けても良い。特に、送信処理部１にアポダイゼーション部３２を設け本実施形態のようにアポダイゼーション係数を設定すると、基本波モードでサイドローブを抑制しながら、非基本波モードでは高い音圧で送信することができるので、受信時の高調波の発生も多くＳ／Ｎの良い画像が得られるのでより好ましい。

また、本実施形態では基本波モードと非基本波モードとでアポダイゼーション係数をそれぞれ設定する例を説明したが、例えば係数値１のアポダイゼーション部３２と係数値２のアポダイゼーション部３２とを設け、モードに応じて切り替えても良い。あるいは、基本波モードではプリアンプ４２と受信ビームフォーマ４１との間に係数値１のアポダイゼーション部３２を接続し、基本波モードではプリアンプ４２と受信ビームフォーマ４１とを直接接続するように切り替えるように構成しても良い。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

図１〜図４で説明した超音波診断装置１００を用いて実験し、本発明の効果を確認した。実験では、超音波ビームのビーム形状と中心軸音圧の比較と、超音波診断装置１００による同一の被検者の同じ患部の画像評価を行った。

［実験条件］
実験では基本波モード、非基本波モードとも開口幅Ｄ＝２０ｍｍ、焦点深度Ｚ_０＝２６ｍｍの条件でビームフォーミングを行った。また、非基本波モードでは基本波の２次高調波を用いた場合と３次高調波を用いた場合とをそれぞれ評価した。

［実施例１、実施例２］
実施例１では、基本波モードではアポダイゼーション係数を係数値１に設定し、非基本波モードではアポダイゼーション係数を、係数値１より平均値の高い係数値２に設定した。実施例２では、基本波モードではアポダイゼーション係数を係数値１に設定し、非基本波モードではアポダイゼーション係数を係数値３、すなわちアポダイゼーション無し、に設定した。

［比較例１、比較例２、比較例３］
比較例１では、アポダイゼーション係数を基本波モードと非基本波モードとで同じ係数値１を設定した。比較例２では、アポダイゼーション係数を基本波モードと非基本波モードとで同じ係数値２を設定した。比較例３では、アポダイゼーション係数を基本波モードと非基本波モードで同じ係数値３、すなわちアポダイゼーション無し、に設定した。

表２に実施例、比較例の条件設定を示す。

［結果１］
図６は、実施例１または実施例２と比較例３の基本波のビーム形状を示すグラフ、図７は、実施例１、実施例２と比較例３の３次高調波のビーム形状を示すグラフである。

図６、図７の横軸は、メインローブ５０のピーク位置を０とした時の超音波ビームのアジマス方向の位置Ｆ（ｍｍ）である。縦軸は、メインローブ５０のピーク音圧を１とした時の相対音圧Ｂである。図６のαはアポダイゼーション係数を係数値１に設定した実施例１の基本波のビーム形状、βはアポダイゼーション係数を係数値３に設定した比較例３の基本波のビーム形状である。図７のαはアポダイゼーション係数を係数値２に設定した実施例１の３次高調波のビーム形状、βはアポダイゼーション係数を係数値３に設定した実施例２または比較例３の３次高調波のビーム形状である。

図６、図７の図中に示す閾値Ｌｕは、サイドローブ５１がこの相対音圧値を越えると、被検体が音波の低反射体であっても画像が劣化し画像診断を行う際に問題となるレベルである。一方、閾値Ｌｌは、サイドローブ５１がこの相対音圧値を下回れば、被検体に音波の高反射体が存在しても全く画質に影響をおよぼさないレベルである。本実施例の超音波診断装置１００の閾値Ｌｕは０．３、閾値Ｌｌは０．１である。

図６、図７のようにサイドローブのピーク音圧の相対音圧Ｂを、実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３のそれぞれ基本波、２次高調波、３次高調波について求めた結果を表３に示す。

表３と図６からわかるように、実施例１、実施例２の基本波のサイドローブは０．１３であり閾値Ｌｕの０．３を大きく下回り、画像診断を行う際に問題にならないレベルである。一方、比較例３の基本波のサイドローブのピーク値０．３５であり閾値Ｌｕを越え、画像診断を行う際に問題になるレベルである。なお、比較例１のサイドローブは実施例１、実施例２と同じレベルの０．１３であり、比較例２のサイドローブは実施例１、実施例２と比較例３との中間のレベルの０．２８であった。

このように、実施例１、実施例２では係数値１にアポダイゼーション係数を設定することによりサイドローブ５２の画質への影響を軽減し、画像診断を行う際に問題にならないレベルにできた。

一方、表３と図７からわかるように、実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３の３次高調波のサイドローブ５１は、いずれも閾値Ｌｕの０．３を大きく下回り画像診断を行う際に問題にならないレベルであった。

図８は、実施例１または実施例２と比較例３の基本波、第２次高調波の中心軸音圧を示すグラフである。図９は、実施例１または実施例２と比較例３の第３次高調波の中心軸音圧を示すグラフである。

図８、図９の横軸は超音波探触子２の放射面からの距離Ｚ（ｍｍ）、Ｚ_０は焦点距離であり、縦軸は超音波ビームの中心軸音圧Ｃを実施例１の基本波のピーク音圧を１として正規化した相対音圧である。図８は、基本波、第２次高調波の距離Ｚに対する中心軸音圧Ｃを示し、図９は、図８と縦軸のスケールを変えて、第３次高調波の距離Ｚに対する中心軸音圧Ｃを示している。図９の図中に示す閾値Ｂｍは、メインローブがこの相対音圧値以下では、画像化ができなくなるレベルである。本実施例の超音波診断装置１００のＢｍは０．０１である。

図８のｂはアポダイゼーション係数を係数値１に設定した実施例１または実施例２の基本波のグラフ、ａはアポダイゼーション係数を係数値３に設定した比較例３の基本波のグラフである。また、ｃはアポダイゼーション係数を係数値３に設定した実施例２または比較例３の２次高調波のグラフ、ｄはアポダイゼーション係数を係数値２に設定した実施例１の２次高調波のグラフ、ｅはアポダイゼーション係数を係数値１に設定した比較例１の２次高調波のグラフである。

図９のｇはアポダイゼーション係数を係数値２に設定した実施例１または比較例２の３次高調波のグラフ、ｆはアポダイゼーション係数を係数値３に設定した実施例２または比較例３の３次高調波のグラフ、ｈはアポダイゼーション係数を係数値１に設定した比較例１の３次高調波のグラフである。

図８、図９からわかるように２次高調波、３次高調波と高次の高調波になるに従い、中心軸音圧のピークは徐々に遠くなる。図８、図９のように中心軸音圧の相対音圧Ｃを、実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３のそれぞれ基本波、２次高調波、３次高調波について求めた結果を表４に示す。

表４と図９からわかるように、実施例１、実施例２とも基本波、２次高調波、３次高調波の中心軸音圧は閾値Ｂｍの値０．０１を上回っており画像化することができる。一方、比較例１の３次高調波を用いた場合は中心軸音圧は０．００８であり閾値Ｂｍの値０．０１を下回っており画像化できない。

［結果２］
表５に実施例１、実施例２と比較例１、比較例２、比較例３の画像評価結果を示す。

表中、高画質な画像が得られた場合は○、やや不鮮明な画像の場合は△、画像が得られない場合や不鮮明な場合は×で示す。

表５のように、実施例１、実施例２の基本波モードでは、十分にサイドローブが抑制され偽像の無い画像が得られ、２次高調波を用いた非基本波モード、３次高調波を用いた非基本波モードでも高画質な画像が得られた。

一方、比較例１の基本波モードでは、偽像の無い画像が得られたが、２次高調波を用いた非基本波モードでは時々画像が不鮮明になることがあり、３次高調波を用いた非基本波モードでは画像が得られなかった。比較例２の基本波モードでは、薄い偽像が発生しやや不鮮明な画像になることがあった。比較例３の基本波モードでは、サイドローブのため偽像が発生し不鮮明な画像になり画像診断を行う際に問題になるレベルだった。

以上このように、本発明によれば、基本波モードにおけるサイドローブの影響を抑制するとともに、非基本波モードでは、表示領域を狭くすることなく非基本波による高画質な画像を形成することができる超音波診断装置を提供することができる。

１ 送信処理部
２ 超音波探触子
３ 受信処理部
４ 基本波用帯域通過型フィルタ
５ 高調波用帯域通過型フィルタ
６ Ｂモード処理系
８ 圧電素子
９ デジタルスキャンコンバータ
１０ 表示部
１３ 入力部
１４ 超音波診断装置本体
１５ ケーブル
３０ 信号発生器
３１ 送信ビームフォーマ
３２ アポダイゼーション部
３３ 重み付け部
４１ 送信ビームフォーマ
４２ プリアンプ
４３ 加算ユニット
５０ メインローブ
５１ サイドローブ
９６ 記憶部
９８ ＣＰＵ
９９ 制御部
１００ 超音波診断装置

Claims (3)

1. 複数の圧電素子を配列した超音波探触子に駆動信号をタイミングを変えて印加し、該圧電素子から発生する超音波をビーム状に形成して被検体の内部の所定の深さで収束するように送信し、該被検体から反射した反射波の受信信号に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化する基本波モードと、前記受信信号に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体内を映像化する非基本波モードと、の何れかのモードを選択して動作するように構成された超音波診断装置であって、
   前記駆動信号および前記受信信号の少なくとも一つに、設定されたアポダイゼーション係数に応じた重み付けをするアポダイゼーション手段を有し、
   前記基本波モードでは、前記アポダイゼーション手段を前記複数の圧電素子の中心素子に対応する前記アポダイゼーション係数を１、周辺素子に対応する前記アポダイゼーション係数を１より小に設定して重み付けを行い、
   前記非基本波モードでは前記アポダイゼーション手段による重み付けを行わないか、または前記基本波モードでのアポダイゼーション係数の平均値よりも、平均値が大きいアポダイゼーション係数に前記アポダイゼーション手段を設定して重み付けすることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記アポダイゼーション手段は、
   前記駆動信号に、設定されたアポダイゼーション係数に応じた重み付けをすることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記非基本波モードでは、
   前記反射波に含まれる前記基本周波数の３次高調波の成分を主体として前記被検体内を映像化することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。

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