JP6237007B2 - 超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法に関する。

特許文献１には、被検体に超音波を送波しそのエコーの第２高調波成分を利用する超音波撮像装置において、被検体に第１の位相の超音波と第１の位相とは実質的に１８０°異なる第２の位相の超音波とを交互に送波し、第１の位相で送波した超音波に基づくエコーと第２の位相で送波した超音波に基づくエコーとを受信し、第１の位相で送波した超音波に基づくエコー受信信号と第２の位相で送波した超音波に基づくエコー受信信号との和の信号を求める超音波画像診断装置が記載されている。

特開２００４−１１３８１８号公報

ここで、特許文献１に記載の発明のように、ハーモニック成分（以下、高調波成分という）による超音波画像の生成、すなわちハーモニックイメージングを行うと、距離分解能より方位分解能が高くなる場合がある。

距離分解能と方位分解能について説明する。距離分解能は、数式（１）に示すように、波長及び波数、すなわちパルス幅に比例する。パルス幅とは、１以上の波数によって構成される１個のパルスの長さである。それに対し、方位分解能は、数式（２）に示すように、波長に比例する。ここで、ｎは波数であり、λは波長であり、ｎλはパルス幅であり、ｘは深さ方向の距離、Ｄは超音波振動子の直径である。

距離分解能Δｘ＝ｎλ／２ ・・・（１）
方位分解能Δｙ＝（１．２２λ／Ｄ）×ｘ ・・・（２）

高調波成分は、基本波に対して波長が短くなる。しかしながら、高調波成分のパルス幅は、基本波と同一である。したがって、高調波成分による超音波画像の生成を行うと、波長に比例する方位分解能は高くなるが、パルス幅に比例する距離分解能は高くならない。

そのため、特許文献１に記載の発明のように、高調波成分による超音波画像の生成（以下、ハーモニックイメージングという）を行うことにより、画像に分解能の異方性が生じるという問題がある。分解能の異方性によりが生じると、画像の方向（例えば、縦方向と横方向）によって画像のぼやけ方が異なることとなり、これは画質の劣化となって現れる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ハーモニックイメージングを行う場合に、生成される画像の距離分解能を高くすることができる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法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の本発明の第一の態様は、超音波測定装置であって、対象物に対して送信された所定の周波数の超音波及び前記所定の周波数より高い周波数の超音波についての超音波エコーの受信波を取得する受信処理部と、前記取得した前記所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数より高い周波数の超音波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のＮ次高調波成分（Ｎは３以上の自然数）を１波抽出するハーモニック処理部と、前記抽出したＮ次高調波成分１波に基づいて画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする。

第一の態様によれば、対象物に対して送信された所定の周波数の超音波及び所定の周波数より高い周波数の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波に基づいて、超音波エコーの受信波に含まれる所定の周波数のＮ次高調波成分（Ｎは３以上の自然数）を１波抽出して画像を生成する。これにより、ハーモニックイメージングを行う場合に、生成される画像の距離分解能を高くすることができる。したがって、分解能の異方性を解消し、高品質な画像を得ることができる。

ここで、前記受信処理部は、対象物に対して送信された所定の周波数の超音波１波及び前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数の超音波１波についての超音波エコーの受信波を取得し、前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のＮ次高調波成分である第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数のＮ−１次高調波成分である第２の高調波成分を抽出し、前記第１の高調波成分から前記第２の高調波成分を減算処理することで、前記所定の周波数のＮ次高調波成分を１波抽出してもよい。これにより、所定の周波数のＮ次高調波成分を１波抽出するときに用いる２つの受信波のビーム幅の差を小さくし、方位方向に対するアーチファクトを低減することができる。

ここで、前記受信処理部は、前記所定の周波数及び前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数のそれぞれに対して、位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を取得し、前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第２の高調波成分を抽出してもよい。これにより、第１の高調波成分の信号成分が増えるため、Ｓ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を上げることができる。また、複数の周波数領域で重複している部分を分離することができるため、広帯域送受信が可能となり、距離分解能を向上させ、高品質な画像を得ることができる。

ここで、前記ハーモニック処理部は、前記第１の高調波成分から前記第２の高調波成分を減算処理するときに、前記第１の高調波成分に対して、前記第１の高調波成分の信号強度の最大値と前記第２の高調波成分の信号強度の最大値とが同じとなるような増幅処理を行ってもよい。これにより、加算処理、減算処理という簡単な処理で所定の周波数のＮ次高調波成分１波を抽出することができる。その結果、処理時間を短くすることができる。

ここで、前記受信処理部は、前記対象物に対して送信された所定の周波数の超音波１波及び前記所定の周波数のｘ倍（ｘは３以上の自然数）の周波数の超音波ｘ−１波についての超音波エコーの受信波を取得し、前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のＮ次高調波成分である第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ倍の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ倍の周波数の基本波成分である第１の基本波を抽出し、前記第１の高調波成分から前記第１の基本波成分を減算処理することで、前記所定の周波数のＮ次高調波成分を１波抽出してもよい。これにより、Ｓ／Ｎ比の良い基本波を利用するため、３次高調波成分のうちの１波を抽出するときに、ノイズの影響により発生する残留成分を低くすることができる。その結果、距離方向のアーチファクトを低減することができる。

ここで、前記受信処理部は、前記所定の周波数に対して、位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を取得し、前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第１の高調波成分を抽出してもよい。これにより、第１の高調波成分の信号成分が増えるため、Ｓ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を上げることができる。

ここで、前記ハーモニック処理部は、前記第１の高調波成分から前記第１の基本波成分を減算処理するときに、前記第１の高調波成分に対して、前記第１の高調波成分の信号強度の最大値と前記第１の基本波成分の信号強度の最大値とが同じとなるような増幅処理を行ってもよい。これにより、加算処理、減算処理という簡単な処理で所定の周波数のＮ次高調波成分１波を抽出するができる。その結果、処理時間を短くすることができる。

ここで、前記ハーモニック処理部は、フィルター処理を行うことにより前記第１の高調波成分を抽出してもよい。加算処理又は減算処理と、フィルター処理とを行う場合には、周波数領域との重複している部分を分離することができるため、広帯域送受信を可能とし、距離分解能が低下を防ぐことができる。また、フィルター処理のみを行う場合には、超音波パルスの送受信を回数を減らし、時間分解能（フレームレート）を向上させることができる。

上記の課題を解決するための本発明の第二の態様は、超音波画像装置であって、対象物に対して送信された所定の周波数の超音波及び前記所定の周波数より高い周波数の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波を取得する受信処理部と、前記取得した前記所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数より高い周波数の超音波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のＮ次高調波成分（Ｎは３以上の自然数）を１波抽出するハーモニック処理部と、前記抽出したＮ次高調波成分１波に基づいて画像を生成する画像生成部と、前記生成された画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。これにより、距離分解能を高くした高品質な画像を表示することができる。

上記の課題を解決するための本発明の第三の態様は、超音波測定方法であって、対象物に対して送信された所定の周波数の超音波及び前記所定の周波数より高い周波数の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波を取得するステップと、前記取得した前記所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数より高い周波数の超音波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のＮ次高調波成分（Ｎは３以上の自然数）を１波抽出するステップと、前記抽出したＮ次高調波成分１波に基づいて画像を生成するステップと、を有することを特徴とする。これにより、ハーモニックイメージングを行う場合に、生成される画像の距離分解能を高くすることができる。したがって、分解能の異方性を解消し、高品質な画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波画像装置１の概略構成を示す斜視図である。 超音波トランスデューサー素子の概略構成の一例を示す図である。 超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）の構成例を示す図である。 超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す図であり、（Ａ）は素子列数が４列の場合を示し、（Ｂ）は素子列数が１列の場合を示す。 制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 制御部２２の概略構成の一例を示す図である。 超音波画像装置１が行うハーモニック処理を模式的に示す図である。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置１がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る超音波画像装置２が行うハーモニック処理を模式的に示す図である。 超音波画像装置２がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置２がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置２がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置２がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る超音波画像装置３が行うハーモニック処理を模式的に示す図である。 超音波画像装置３がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置３がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置３がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置３がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る超音波画像装置４が行うハーモニック処理を模式的に示す図である。 超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理の流れを示すフローチャートである。

本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波画像装置１の概観を示す図である。超音波画像装置１は、例えばハンディタイプの超音波測定装置である。超音波画像装置１は、位相反転法及びフィルター法を用いて画像を生成及び表示する。

超音波画像装置１は、主として、超音波プローブ１０と、超音波測定装置本体２０とを有し、超音波プローブ１０と超音波測定装置本体２０とはケーブル１５により接続される。なお、超音波画像装置１は、ハンディタイプには限定されず、例えば据え置きタイプでもよいし、超音波プローブが本体に内蔵された一体型でもよい。

超音波プローブ１０は、超音波トランスデューサーデバイス１１を有する。超音波トランスデューサーデバイス１１は、操作面に沿って対象物をスキャンしながら、対象物に対して超音波ビームを送信すると共に、超音波ビームによる超音波エコーを受信する。

圧電素子を用いるタイプを例にとれば、超音波トランスデューサーデバイス１１は、複数の超音波トランスデューサー素子１２（超音波素子アレイ、図２等参照）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。

図２は、超音波トランスデューサーデバイス１１の超音波トランスデューサー素子１２の構成例を示す。本実施の形態では、超音波トランスデューサー素子１２として、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）とを張り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を採用する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス１１の超音波トランスデューサー素子１２の溝成例を示す。図２（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１２の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ’沿った断面を示す断面図である。

超音波トランスデューサー素子１２は、圧電素子部と、振動膜（メンブレン、支持部材）５０とを有する。圧電素子部は、主として、圧電体層（圧電体膜）３０と、第１電極層（下部電極）３１と、第２電極層（上部電極）３２とを有する。

圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層３１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

第１電極層３１は、振動膜５０の上層に、例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層３１は、図２（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１２に接続される配線であってもよい。

第２電極層３２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくともー部を覆うように設けられる。この第２電極層３２は、図２（Ａ）に示すように、素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１２に接続される配線であってもよい。

超音波トランスデューサー素子１２の下部電極は、第１電極層３１により形成され、上部電極は、第２電極層３２により形成される。具体的には、第１電極層３１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層３２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

開口４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図２（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ_２薄膜とＺｒＯ_２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層３１、３２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させる。

図３に、超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）１１の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス１１は、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図３に示す本数には限定されない。

複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波卜ランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。

図４（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図４（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により溝成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波卜ランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ４８にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。

そして図４（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイス１１の１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また駆動電極線ＤＬらの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出カされる。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図４（Ａ）に示すような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図４（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。

図３の説明に戻る。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子１２が有する第１電極層３１に接続される。

超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子１２に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出カされる。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子１２が有する第２電極層３２は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図３に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデユ一サー素子が有する第２電極層３２に接続される。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭはー定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。

なお、超音波トランスデユーサー素子の配置は、図３に示すマトリックス配置に限定されず、隣接する２列の素子が互い違いにジグザグに配置されるいわゆる千烏配置等であってもよい。また図４（Ａ）、（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施の形態はこれに限定されない。例えば、送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。

また、超音波トランスデューサー素子１２は、圧電素子を用いる形態に限定されない。例えば、ｃ−ＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）等の容量性素子を用いるトランスデューサーを採用してもよいし、バルクタイプのトランスデューサーを採用してもよい。

図１の説明に戻る。超音波測定装置本体２０には、表示部２１が設けられる。表示部２１は、制御部２２（図５参照）により生成された表示用画像データを表示する。表示部２１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパー等を用いることができる。

図５は、超音波測定装置本体２０内に設けられた制御部２２の機能構成の一例を示すブロック図である。制御部２２は、送信処理部１１０と、受信処理部１２０と、処理部１３０と、送信受信切り替えスイッチ１４０と、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５０と、制御回路１６０とを含む。なお、本実施の形態では、制御部２２は超音波測定装置本体２０に設けられているが、超音波プローブ１０内に設けられていてもよい。

送信処理部１１０は、対象物に対して超音波を送信する処理を行う。送信処理部１１０は、送信パルス発生器１１１と、送信遅延回路１１３とを含む。

送信パルス発生器１１１は、送信パルス電圧を印加して超音波プローブ１０を駆動させる。

送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い、送信パルス電圧に対応する超音波ビームを超音波プローブ１０から対象物に対して出射する。そのために、送信遅延回路１１３は、送信パルス電圧の印加タイミングに関して、チャンネル間で時間差を与え、複数の振動素子から発生した超音波を集束させる。このように、遅延時間を変化させることにより、焦点距離を任意に変化させることが可能である。

送信受信切り替えスイッチ１４０は、超音波の送受信の切り替え処理を行う。送信受信切り替えスイッチ１４０は、送信時の振幅パルスが受信回路に入力されないように保護し、受信時の信号を受信回路に通す。

受信処理部１２０は、送信した超音波に対する超音披エコーの受信波（以下、受信波という）を受信する（受信処理）。受信処理部１２０は、受信遅延回路１２１と、フィルター回路１２３と、メモリー１２５とを含む。

受信遅延回路１２１は、受波ビームをフォーカシングする。ある反射体からの反射波は球面上に広がるため、受信遅延回路１２１は、各振動子に到達する時間が同じになるように遅延時間を与え、遅延時間を考慮して反射波を加算する。

フィルター回路１２３は、受信信号に対して帯域通過フィルターによりフィルター処理を行い、雑音を除去する。

メモリー１２５は、フィルター回路１２３から出カされた受信信号を記憶するもので、その機能はＲＡＭ等のメモリーやＨＤＤ等により実現できる。

処理部１３０は、受信処理部１２０から出力された受信信号に対して処理を行う。処理部１３０は、ハーモニック処理部１３１と、検波処理部１３３と、対数変換処理部１３５と、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７と、ＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１３９とを含む。なお、検波処理部１３３と、対数変換処理部１３５と、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７と、ＳＴＣ１３９とは、本発明の画像生成部として機能する。

ハーモニック処理部１３１は、後に詳述する高調波成分の抽出処理を行う。

検波処理部１３３は、抽出されたハーモニック成分に対して、絶対値（整流）処理を行い、その後低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する。

対数変換処理部１３５は、抽出された非変調信号に対しＬｏｇ圧縮を行い、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に碓認しやすいように、表現形式を変換する。

ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する。具体的に、ゲイン調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の入力信号に対して、直流成分を加える。また、ダイナミックレンジ調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の入力信号に対して、任意の数を乗算する。

ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正し、画面全体で一様な明るさの画像を取得する。

なお、処理部１３０の機能は、各種プロセッサー（ＣＰＵ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。

ＤＳＣ１５０は、Ｂモード画像データに走査変換処理を行う。例えば、ＤＳ１５０は、バイリニアなどの補間処理により、ライン信号を画像信号に変換する。ＤＳＣ１５０は、画像信号を表示部２１に出力する。これにより、画像が表示部２１に表示される。

制御回路１６０は、送信パルス発生器１１１と、送信遅延回路１１３と、受信遅延回路１２１と、送信受信切り替えスイッチ１４０と、ハーモニック処理部１３１との制御を行う。

以上の超音波画像装置１の構成は、本実施の形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。超音波画像装置１の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

図６は、制御部２２の少なくとも一部の概略構成の一例を示すブロック図である。図示するように、制御部２２は、演算装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２１と、揮発性の記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２２と、不揮発性の記憶装置であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２３と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２４と、制御部２２と他のユニットを接続するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路２２５と、外部の装置と通信を行う通信装置２２６と、これらを互いに接続するバス２２７と、を備える。

上記の各機能部は、例えば、ＣＰＵ２２１がＲＯＭ２２３に格納された所定のプログラムをＲＡＭ２２２に読み出して実行することにより実現される。なお、所定のプログラムは、例えば、予めＲＯＭ２２３にインストールされてもよいし、通信装置２２６を介してネットワークからダウンロードされてインストール又は更新されてもよい。

次に、本実施の形態における、上記構成からなる超音波画像装置１の処理について説明する。本実施の形態では、超音波エコーの画像の高分解能を実現するために、ハーモニックイメージング（ハーモニックイメージング法）を用いる。

ハーモニックイメージングとは、後述するハーモニック成分（高調波成分）を映像化する手法のことをいう。ここで、媒質中を伝搬する超音波（粗密波）の速度は、音圧の高い部分は早く、低い部分では遅くなるという性質がある。したがって、単純な正弦波であっても伝搬過程で徐々に歪みが生じて波形が変化し、基本波には含まれなかった基本周波数の整数倍の高調波成分（非線形成分とも言う）が含まれるようになる（非線形効果）。この非線形効果は、超音波の基本波成分の音圧の２乗に比例して大きくなり、また伝搬距離に比例して蓄積する。

ハーモニックイメージングは、超音波が組織を伝搬する時に組織自身から発生する高調波成分を映像化するティッシュハーモニックイメージングと、超音波造形剤の微小気抱が共振、崩壊する時に発生する高調波成分を映像化する造影ハーモニックイメージングの二つに大別される。本実施の形態では、ティッシュハーモニックイメージングを用いる。

また、ハーモニックイメージングには２つの利点がある。高調波成分の振幅は送信超音波の振幅の２乗に比例するという特徴があることから、高調波成分の振幅は、音圧の高い送信ビーム中央では強いが、ビーム中央から端になるほど急激に弱くなる。これにより、ハーモニックイメージングでは、非線形効果の生じる範囲はビーム中央に制限され、結果的に他の手法に比べて方位分解能が向上する。これが第１の利点である。

超音波画像に現れる主なノイズの原因には、多重反射によるノイズとサイドローブによるノイズとがある。ここで、反射した超音波エコーは音庄が低く、高調波成分自体が発生しない。そのため、多重反射によるノイズが低減される。さらに、サイドローブは音圧が低く、サイドローブでも高調波成分自体が発生しない。そのため、サイドローブによるノイズも低減される。このように、ハーモニックイメージングでは、多重反射によるノイズもサイドローブによるノイズも低減することができる。これが第２の利点である。

高調波成分を抽出するには、フィルター法及び位相反転法の少なくとも１つが用いられる。

フィルター法とは、周波数フィルター（ハイパスフィルター）により基本波成分と高調波成分とを分離し、２次高調波成分だけを抽出し、映像化する手法である。例えば、２次高調波成分を分離、抽出する場合を説明する。基本波帯域の中心周波数がｆ_０であり、２次高調波帯城の中心周波数が２ｆ_０であるとすると、受信する基本波成分と２次高調波成分はそれぞれある帯域幅を有しているため、基本波成分と２次高調波成分とが重複して両者を分離できなくなる。その結果、画像が劣化する。この基本波成分と２次高調波成分との重複を少なくするためには、パルス幅を長くする必要性がある。しかし、パルス幅が長くなると距離分解能が低下する。なぜならば、距離分解能は、数式（１）に示すようにパルス幅に比例するからである。

位相反転法は、フィルター法の欠点を改善するために開発された手法である。この手法は、同一方向に続けて２回の超音波の送信を行う。２回目の送信波は、１回目の送信波に対して位相が１８０°異なるという特微がある。そして、生体や造影剤から反射して戻ってくる受信波は、その非線形な伝播特性により高調波成分を含むため、歪んだ波形となる。送信波を１回目と２回目とで反転させているために基本波成分は反転しているが、２次高調波成分は反転していない（同相）という関係がある。結果として、２回の受信波を加算すると、基本波成分は除去され、２次高調波成分は振幅が２倍になって残るため、２次高調波成分のみを映像化することが可能となる。また、２次高調波成分のみが抽出できるため、広帯域送受信が可能となり、フィルター法の欠点である距離分解能の低下も改善する。

しかしながら、高調波成分のパルス幅ｎλ（波数×波長）は基本波と同じとなるため、高調波成分をそのまま使用する場合には、距離分解能を向上させることはできない。そのため、高調波成分を１波だけ抽出することで、より距離分解能の向上を図ることができる。さらに、高調波成分の次数をより高くすることで、より波長を短くし、より距離分解能の向上を図ることができる。例えば、２次高調波成分の波長は基本波の１／２であるのに対し、３次高調波成分の波長は基本波の１／３と短くなる。

本実施の形態は、２次より高い次数の高調波成分（例えば、３次高調波成分）を１波だけ抽出してハーモニックイメージングを行う点に特徴がある。以下、超音波画像装置１の特徴的な処理について説明する。

図７〜１３は、第１の実施の形態における超音波画像装置１が高調波成分を抽出して画像を表示する（ハーモニックイメージング）処理について説明する。図７は、高調波成分の抽出を模式的に示す図であり、図８〜１３は、ハーモニックイメージングの処理の流れを示すフローチャートである。

まず、図７を用いて、高調波成分の抽出について説明する。
周波数１ｆの第１の超音波パルス（１波）と、周波数１ｆであり第１の超音波パルスに対して位相が１８０°異なる（位相が反転された）第２の超音波パルス（１波）とを送信し、第１の超音波パルスの受信信号と第２の超音波パルスの受信信号とを減算処理することで、基本波と３次高調波成分とを抽出する。基本波と３次高調波成分とが抽出された結果に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、３次高調波成分を抽出する。この３次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は３である（図７（Ａ）参照）。

また、周波数１．５ｆの第３の超音波パルス（１波）と、周波数１．５ｆであり第３の超音波パルスに対して位相が１８０°異なる（位相が反転された）第４の超音波パルス（１波）とを送信し、第３の超音波パルスの受信信号と第４の超音波パルスの受信信号とを加算処理し、２次高調波成分を抽出する。この２次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は２である（図７（Ｂ）参照）。

そして、第１の超音波パルスと第２の超音波パルスとに基づく３次高調波成分（振幅をＡ倍処理したもの。後に詳述）と、第３の超音波パルスと第４の超音波パルスとに基づく２次高調波成分を減算処理する。この結果、周波数３ｆの１波が抽出される（図７（Ｃ）参照）。

次に、図８〜１３を用いて、３次高調波成分のうちの１波に基づくハーモニックイメージングの処理の流れについて説明する。

制御回路１６０は、走査線番号ｍを１に初期設定（ｍ＝１）する（ステップＳ１００）。走査線番号ｍは、図３に示すような超音波トランスデューサーデバイスを構成する超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４のうちのどの素子群であるかを示す番号である。例えば、任意の端に設けられた素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１の走査線番号ｍを１とする。また、走査線番号１の素子群に隣接する素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群ＵＧ２の走査線番号ｍを２とする。このようにして、全ての素子群に走査線番号ｍを付与する。超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４と走査線番号ｍとの関係は、ＲＯＭ等のメモリーに記憶しておけばよい。

制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６）。

送信パルス発生器１１１は、周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１０１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１０２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１０１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１０３）。

制御回路１６０は、送信受信切り替えスイッチ１４０を介して送受信の切り替え処理を行う。超音波プローブ１０は、出射した超音波ビームが対象物で反射し、帰ってきた受信波を受信して、受信した信号を受信処理部１２０に入力する。受信遅延回路１２１は、受信処理部１２０に入力された受信時の信号に対して遅延時間を与えて加算することで、受波ビームをフォーカシングする（ステップＳ１０４）。

フィルター回路１２３は、受信信号に対してバンドパスフィルター処理を行う（ステップＳ１０５）。制御回路１６０は、フィルター回路１２３から出力された信号をメモリー１２５に保存する（ステップＳ１０６）。

次に、制御回路１６０は、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６、図９参照）。すなわち、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６では、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６で送受信した超音波パルスに対して位相が１８０°異なる（位相が反転された）の超音波パルスを送受信する。

送信パルス発生器１１１は、周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１１１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１１２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１１１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１４の処理はステップＳ１０４と同じであり、ステップＳ１１５の処理はステップＳ１０５と同じであり、ステップＳ１１６の処理はステップＳ１０６と同じであるため、説明を省略する。

次に、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１．５ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１２１〜ステップＳ１２６、図１０参照）。

送信パルス発生器１１１は、周波数１．５ｆで位相が０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１２１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１２２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１２１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１２３）。ステップＳ１２４の処理はステップＳ１０４と同じであり、ステップＳ１２５の処理はステップＳ１０５と同じであり、ステップＳ１２６の処理はステップＳ１０６と同じであるため、説明を省略する。

次に、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１．５ｆで位相が１８０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１３１〜ステップＳ１３６、図１１参照）。すなわち、ステップＳ１３１〜ステップＳ１３６では、制御回路１６０は、ステップＳ１２１〜ステップＳ１２６で送受信した超音波パルスに対して位相が１８０°異なる（位相が反転された）超音波パルスを送受信する。

送信パルス発生器１１１は、周波数１．５ｆで位相が１８０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１３１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１３２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１３１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１３３）。ステップＳ１３４の処理はステップＳ１０４と同じであり、ステップＳ１３５の処理はステップＳ１０５と同じであり、ステップＳ１３６の処理はステップＳ１０６と同じであるため、説明を省略する。

制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１３６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さいか否かを判断する（ステップＳ１３７）。走査線数Ｍは、図３に示すような超音波トランスデューサーデバイスを構成する超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４の数であり、図３に示す例ではＭは６４である。

ステップＳ１０１〜Ｓ１３６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さい場合（ステップＳ１３７でＹＥＳ）は、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１３６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍに１を追加して、走査線番号ｍを更新する（ステップＳ１３８）。これにより、ステップＳ１０１に処理が戻る。

一方、ステップＳ１０１〜Ｓ１３６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さくない場合（ステップＳ１３７でＮＯ）は、走査線番号ｍが走査線数Ｍと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群ＵＧにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。したがって、制御回路１６０は処理部１３０に指示を出し、処理部１３０はハーモニック処理を行う（ステップＳ１４１〜Ｓ１５６、図１２、１３参照）。

ハーモニック処理部１３１は、高調波成分を抽出する（ステップＳ１４１）。図１３は、高調波成分を抽出する処理（ステップＳ１４１）の流れを示すフローチャートである。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１０６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）と、ステップＳ１１６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスに基づく受信信号）とをメモリー１２５から取得し、これらを減算処理することにより、周波数１ｆの基本波成分と３次高調波成分を抽出する（ステップＳ１４１１）。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４１１で抽出した基本波成分と３次高調波成分に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数１ｆの３次高調波成分を抽出する（ステップＳ１４１２）。

一方、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１２６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１．５ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）と、ステップＳ１３６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１．５ｆで位相が１８０°の超音波パルスに基づく受信信号）とをメモリー１２５から取得し、これらを加算処理することにより、周波数１．５ｆの２次高調波成分を抽出する（ステップＳ１４１４）。

そして、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４１２で抽出した周波数１ｆの３次高調波成分とステップＳ１４１４で抽出された周波数１．５ｆの２次高調波成分との信号強度の最大値が同じとなるように、ステップＳ１４１２で抽出した周波数１ｆの３次高調波成分をＡ倍処理する（ステップＳ１４１３）。ここで、Ａは、以下の数式（３）で算出される。

Ａ＝ステップＳ１４１４で抽出される周波数１．５ｆの２次高調波成分の信号強度の最大値／ステップＳ１４１２で抽出される周波数１ｆの３次高調波成分の信号強度の最大値 ・・・（３）

なお、ハーモニック処理部１３１がステップＳ１４１１〜Ｓ１４１４の処理を行う順番は任意である。例えば、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４１４の処理を、ステップＳ１４１１の処理の前に行ってもよいし、ステップＳ１４１１の処理とステップＳ１４１２の処理との間で行ってもよい。

ハーモニック処理部１３１はステップＳ１４１３で求められた周波数１ｆの３次高調波成分と、ステップＳ１４１４で求められた周波数１．５ｆの２次高調波成分とを減算処理する（ステップＳ１４１５）。これにより、周波数１ｆの３次高調波成分が１波だけ抽出される。

図１２の説明に戻る。検波処理部１３３は、ステップＳ１４１で抽出された高調波成分に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する、すなわち包絡線検波を行う（ステップＳ１５１）。対数変換処理部１３５は、対数変換処理を行う（ステップＳ１５２）。

ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する（ステップＳ１５３）。ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（ステップＳ１５４）。

ＤＳＣ１５０は、操作変換処理を行ってＢモード画像データ（表示用画像データ）を生成して表示部２１に出力する（ステップＳ１５５）。表示部２１は、生成された表示用画像データを表示する（ステップＳ１５６）。これにより、図８〜図１３に示す処理が終了する。

本実施の形態によれば、３次高調波成分のうちの１波のみを抽出することができる。その結果、パルス幅が小さくなり、距離分解能を向上させることができる。したがって、分解能の異方性を解消し、高品質な画像を得ることができる。

なお、高調波成分は、対象物の内部で他の周波数の波の成分と合成されたものが受信されるため、３次高調波成分のうちの１波を抽出する処理は、本実施の形態のように、回路内部で加算処理、減算処理を行うことでしか抽出することはできない。そして、加算処理、減算処理という簡単な処理で３次高調波成分のうちの１波を抽出することで、高速な処理をすることができる、すなわち処理時間を短くすることができる。

また、本実施の形態では、３次高調波成分を抽出するときに２つの受信信号を減算処理するため、３次高調波成分が加算されている。３次高調波成分は基本波より信号が弱くなるが、３次高調波成分を加算することにより、信号成分を増やし、Ｓ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を上げることができる。

また、本実施の形態では、所定の周波数の３次高調波成分３波のうちの１波を抽出するときに、所定の周波数の１．５倍の周波数の２次高調波成分を用いるため、算出に用いる２つの受信波のビーム幅の差を小さくし、方位方向に対するアーチファクトを低減することができる。

なお、本実施の形態では、３次高調波成分を例に高調波成分のうちの１波のみを抽出する処理について説明したが、３次以上の高調波成分全てに対して同様の処理を行うことができる。本実施の形態では、周波数１ｆの超音波と、周波数１．５ｆの超音波との受信信号に基づいて３次高調波成分１波を抽出したが、これを３次以上の高調波成分に一般化する場合には、周波数ｆ１の超音波と、周波数ｆ１のｘ／（ｘ−１）倍（周波数１ｆより高い周波数）の周波数ｆ２の超音波との受信信号に基づいてＮ次高調波成分１波を抽出すればよい。なお、ｘは３以上の自然数である。

具体的には、４次高調波成分のうちの１波を抽出するには、周波数ｆ１の超音波と、周波数ｆ１の４／３倍の超音波を送信し、周波数ｆ１の超音波の受信信号から４次高調波成分（波数は４）を抽出し、周波数４／３×ｆ１の超音波の受信信号から３次高調波成分（波数は３）を抽出し、４次高調波成分から３次高調波成分を減算することで４次高調波成分の１波のみが抽出される。また、４次高調波成分のうちの１波を抽出するには、周波数ｆ１の超音波と、周波数５／４×ｆ１の超音波を送信し、周波数ｆ１の超音波の受信信号から５次高調波成分（波数は５）を抽出し、周波数５／４×ｆ１の超音波の受信信号から４次高調波成分（波数は４）を抽出し、５次高調波成分から４次高調波成分を減算することで４次高調波成分の１波のみが抽出される。

ただし、高調波成分の次数が高くなるにつれて振幅が小さくなる。例えば、基本波の振幅が０．８８である場合に、２次高調波成分の振幅は０．３５、３次高調波成分の振幅は０．２１である。したがって、３次以上の高調波成分全てに対して、高調波成分のうちの１波を抽出して画像を生成する処理を行うことができるが、３次高調波成分のうちの１波を抽出して画像を生成することがより望ましい。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る超音波画像装置１は、位相反転法及びフィルター法を用いて３次高調波成分のうちの１波を抽出したが、３次高調波成分のうちの１波を抽出するのに位相反転法及びフィルター法の両方を用いなくてもよい。

第２の実施の形態に係る超音波画像装置２は、位相反転法を用いず、フィルター法を用いて３次高調波成分のうちの１波を抽出するものである。以下、超音波画像装置２について説明する。なお、超音波画像装置２の構成は超音波画像装置１の構成（図１〜６参照）と同一であるため、超音波画像装置２の構成についての説明を省略し、超音波画像装置２がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理についてのみ説明する。また、超音波画像装置１の処理と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

まず、図１４を用いて、超音波画像装置２における高調波成分の抽出について説明する。
周波数１ｆの超音波パルス（１波）を送信し、この超音波パルスの受信信号に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、３次高調波成分を抽出する。この３次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は３である（図１４（Ａ）参照）。

また、周波数１．５ｆの超音波パルス（１波）を送信し、この超音波パルスの受信信号に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、２次高調波成分を抽出する。この２次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は２である（図１４（Ｂ）参照）。

そして、周波数１ｆの超音波パルスに基づく３次高調波成分（振幅をＡ倍処理したもの、後に詳述）と、周波数１．５ｆの超音波パルスに基づく２次高調波成分を減算処理する。この結果、周波数３ｆが１波だけ抽出される（図１４（Ｃ）参照）。

次に、図１５〜１８を用いて、３次高調波成分のうちの１波に基づくハーモニックイメージングの処理の流れについて説明する。

制御回路１６０は、走査線番号ｍを１に初期設定（ｍ＝１）する（ステップＳ１００）。制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又はステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６、図１５参照）。

制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１．５ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１２１〜ステップＳ１２６、図１６参照）。

制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１２６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さいか否かを判断する（ステップＳ１３７）。ステップＳ１０１〜Ｓ１２６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さい場合（ステップＳ１３７でＹＥＳ）は、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１３６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍに１を追加して、走査線番号ｍを更新する（ステップＳ１３８）。これにより、処理がステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１〜Ｓ１２６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さくない場合（ステップＳ１３７でＮＯ）は、走査線番号ｍが走査線数Ｍと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群ＵＧにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。したがって、制御回路１６０は処理部１３０に指示を出し、処理部１３０はハーモニック処理を行う（ステップＳ１４２〜Ｓ１５６、図１７、１８参照）。

ハーモニック処理部１３１は、高調波成分を抽出する（ステップＳ１４２）。図１８は、高調波成分を抽出する処理（ステップＳ１４２）の流れを示すフローチャートである。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１０６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数１ｆの３次高調波成分を抽出する（ステップＳ１４２１）。

一方、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１２６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１．５ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数１．５ｆの２次高調波成分を抽出する（ステップＳ１４２３）。

そして、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４２１で抽出した３次高調波成分とステップＳ１４２３で抽出された２次高調波成分との信号強度の最大値が同じとなるように、ステップＳ１４２１で抽出した３次高調波成分をＡ倍処理する（ステップＳ１４２２）。ここで、Ａは、以下の数式（４）で算出される。

Ａ＝ステップＳ１４２３で抽出される周波数１．５ｆの２次高調波成分の信号強度の最大値／ステップＳ１４２１で抽出される周波数１ｆの３次高調波成分の信号強度の最大値 ・・・（４）

なお、ハーモニック処理部１３１がステップＳ１４２１〜Ｓ１４２３の処理を行う順番は任意である。例えば、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４２３の処理を、ステップＳ１４２１の処理の前に行ってもよいし、ステップＳ１４２１の処理の後に行ってもよい。

ハーモニック処理部１３１はステップＳ１４２２で求められた周波数１ｆの３次高調波成分と、ステップＳ１４２３で求められた周波数１．５ｆの２次高調波成分とを減算処理する（ステップＳ１４２４）。これにより、周波数１ｆの３次高調波成分の１波が抽出される。

図１７の説明に戻る。検波処理部１３３は、ステップＳ１４２で抽出された高調波成分に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する、すなわち包絡線検波を行う（ステップＳ１５１）。対数変換処理部１３５は、対数変換処理を行う（ステップＳ１５２）。

ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する（ステップＳ１５３）。ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（ステップＳ１５４）。

ＤＳＣ１５０は、操作変換処理を行ってＢモード画像データ（表示用画像データ）を生成して表示部２１に出力する（ステップＳ１５５）。表示部２１は、生成された表示用画像データを表示する（ステップＳ１５６）。これにより、図１５〜１８に示す処理が終了する。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、３次高調波成分から基本波の２倍の波数を打ち消し、１波を抽出することができる。そして、抽出する波数を１つにするため、距離分解能の低下を改善し、高品質な画像を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、２回の送受信で１ラインのデータが生成できる（第１の実施の形態では、４回の送受信が必要）ため、時間分解能（フレームレート）を向上させることができる。

なお、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、３次以上の高調波成分全てに対して適用することができる。

＜第３の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る超音波画像装置２は、周波数１ｆの超音波パルスと、周波数１．５ｆの超音波パルスとに基づいて、周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出したが、周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出する方法はこれに限られない。

第３の実施の形態に係る超音波画像装置３は、周波数１ｆの超音波パルスと、周波数３ｆの超音波パルスとに基づいて、周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出するものである。以下、超音波画像装置３について説明する。なお、超音波画像装置３の構成は超音波画像装置１の構成（図１〜６参照）と同一であるため、超音波画像装置３の構成についての説明を省略し、超音波画像装置３がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理についてのみ説明する。また、超音波画像装置１及び超音波画像装置２の処理と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

まず、図１９を用いて、超音波画像装置３における高調波成分の抽出について説明する。
周波数１ｆの超音波パルス（１波）を送信し、この超音波パルスの受信信号に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、３次高調波成分を抽出する。この３次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は３である（図１９（Ａ）参照）。

また、周波数３ｆの超音波パルス（２波）を送信し、この超音波パルスの受信信号に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、基本波成分を抽出する。この基本波成分の周波数は３ｆであり、波数は２である（図１９（Ｂ）参照）。

そして、周波数１ｆの超音波パルスに基づく３次高調波成分（振幅をＡ倍処理したもの、後に詳述）と、周波数３ｆの超音波パルスの基本波成分を減算処理する。この結果、周波数３ｆの超音波が１波だけ抽出される（図１９（Ｃ）参照）。

次に、図２０〜２３を用いて、３次高調波成分のうちの１波基づくハーモニックイメージングの処理の流れについて説明する。

制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、走査線番号ｍを１に初期設定（ｍ＝１）する（ステップＳ１００）。制御回路１６０は、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１６８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６、図２０参照）。

次に、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１６８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数３ｆで位相が０°の超音波２波を送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１６１〜ステップＳ１６６、図２１参照）。

送信パルス発生器１１１は、周波数３ｆで位相が０°の超音波パルス（２波）を送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１６１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い、超音波プローブ１０は、ステップＳ１６１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１６２）。ステップＳ１６３の処理はステップＳ１０３と同じであり、ステップＳ１６４の処理はステップＳ１０４と同じであり、ステップＳ１６５の処理はステップＳ１０５と同じであり、ステップＳ１６６の処理はステップＳ１０６と同じであるため、説明を省略する。

制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さいか否かを判断する（ステップＳ１６７）。当該処理は、ステップＳ１３７と同じである。

一方、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さい場合（ステップＳ１６７でＹＥＳ）は、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍに１を追加して、走査線番号ｍを更新する（ステップＳ１６８）。当該処理は、ステップＳ１３８と同じである。

ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さくない場合（ステップＳ１６７でＮＯ）は、走査線番号ｍが走査線数Ｍと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群ＵＧにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。したがって、制御回路１６０は処理部１３０に指示を出し、処理部１３０はハーモニック処理を行う（ステップＳ１７１〜Ｓ１８６、図２２、２３参照）。

ハーモニック処理部１３１は、高調波成分を抽出する（ステップＳ１７１）。図２３は、高調波成分を抽出する処理（ステップＳ１７１）の流れを示すフローチャートである。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１０６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数１ｆの３次高調波成分を抽出する（ステップＳ１７１１）。ステップＳ１７１１の処理は、ステップＳ１４２１の処理と同一である。

一方、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１６６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数３ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数３ｆの基本波成分を抽出する（ステップＳ１７１３）。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１７１１で抽出した周波数１ｆの３次高調波成分と、ステップＳ１７１３で抽出した周波数３ｆの基本波成分との信号強度の最大値が同じとなるように、ステップＳ１４２１で抽出した３次高調波成分をＡ倍処理する（ステップＳ１７１２）。ここで、Ａは、以下の数式（５）で算出される。

Ａ＝ステップＳ１７１３で抽出される周波数３ｆの基本波成分の信号強度の最大値／ステップＳ１７１１で抽出される周波数１ｆの３次高調波成分の信号強度の最大値 ・・・（５）

なお、ハーモニック処理部１３１がステップＳ１７１１〜Ｓ１７１３の処理を行う順番は任意である。例えば、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１７１３の処理を、ステップＳ１７１１の処理の前に行ってもよいし、ステップＳ１７１１の処理の後に行ってもよい。

ハーモニック処理部１３１はステップＳ１７１２で求められた周波数１ｆの３次高調波成分と、ステップＳ１７１３で求められた周波数３ｆの基本波成分とを減算処理する（ステップＳ１７１４）。これにより、周波数１ｆの３次高調波成分が１波だけ抽出される。

図２２の説明に戻る。検波処理部１３３は、ステップＳ１７１で抽出された高調波成分に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する、すなわち包絡線検波を行う（ステップＳ１８１）。対数変換処理部１３５は、対数変換処理を行う（ステップＳ１８２）。

ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する（ステップＳ１８３）。ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（ステップＳ１８４）。

ＤＳＣ１５０は、操作変換処理を行ってＢモード画像データ（表示用画像データ）を生成して表示部２１に出力する（ステップＳ１８５）。表示部２１は、生成された表示用画像データを表示する（ステップＳ１８６）。なお、ステップＳ１８１〜Ｓ１８６の処理は、ステップＳ１５１〜Ｓ１５６と同一である。これにより、図２０〜２３に示す処理が終了する。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様、３次高調波成分から基本波の２倍の波数を打ち消し、１波を抽出することができる。その結果、距離分解能の低下を改善し、高品質な画像を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、２次高調波より振幅が高い、つまりＳ／Ｎ比の良い基本波を利用するため、３次高調波成分のうちの１波を抽出するときに、ノイズの影響により発生する残留成分を低くすることができる。その結果、距離方向のアーチファクトを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様、２回の送受信で１ラインのデータが生成できる（第１の実施の形態では、４回の送受信が必要）ため、時間分解能（フレームレート）を向上させることができる。

なお、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、３次以上の高調波成分全てに対して適用することができる。本実施の形態では、周波数１ｆの超音波と、周波数３ｆの超音波との受信信号に基づいて３次高調波成分１波を抽出したが、これを３次以上の高調波成分に一般化する場合には、周波数ｆ１の超音波１波と、周波数ｆ１のｘ倍（周波数１ｆより高い周波数）の周波数ｆ２の超音波ｘ−１波との受信信号に基づいてＮ次高調波成分１波を抽出すればよい。なお、ｘは３以上の自然数である。

具体的には、４次高調波成分のうちの１波を抽出するには、周波数ｆ１の超音波１波と、周波数ｆ１の４倍の周波数ｆ２の超音波３波とを送信し、周波数ｆ１の超音波の受信信号から４次高調波成分（波数は４）を抽出し、周波数ｆ２の超音波３波の受信信号から基本波成分（波数は３）を抽出し、４次高調波成分から基本波成分を減算することで４次高調波成分の１波のみが抽出される。５次高調波成分のうちの１波を抽出するには、周波数ｆ１の超音波１波と、周波数ｆ１の５倍の周波数ｆ２の超音波４波とを送信し、周波数ｆ１の超音波の受信信号から５次高調波成分（波数は５）を抽出し、周波数ｆ２の周波数の超音波４波の受信信号から基本波成分（波数は４）を抽出し、５次高調波成分から基本波成分を減算することで５次高調波成分の１波のみが抽出される。

＜第４の実施の形態＞
第３の実施の形態に係る超音波画像装置３は、周波数１ｆの超音波パルスと、周波数３ｆの超音波パルスとに基づいて、フィルター法を用いて周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出したが、周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出する方法はこれに限られない。

第４の実施の形態に係る超音波画像装置３は、周波数１ｆの超音波パルスと、周波数３ｆの超音波パルスとに基づいて、フィルター法及び位相反転法を用いて周波数１ｆの超音波パルスの３次高調波成分のうちの１波を抽出するものである。以下、超音波画像装置４について説明する。なお、超音波画像装置４の構成は超音波画像装置１の構成（図１〜６参照）と同一であるため、超音波画像装置４の構成についての説明を省略し、超音波画像装置４がハーモニック成分を抽出して画像を表示する処理についてのみ説明する。また、超音波画像装置１及び超音波画像装置２及び超音波画像装置３の処理と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

まず、図２４を用いて、超音波画像装置４における高調波成分の抽出について説明する。
周波数１ｆの第１の超音波パルス（１波）と、周波数１ｆであり第１の超音波パルスに対して位相が１８０°異なる（位相が反転された）第２の超音波パルス（１波）とを送信し、第１の超音波パルスの受信信号と第２の超音波パルスの受信信号とを減算処理することで、基本波と３次高調波成分とを抽出する。基本波と３次高調波成分とが抽出された結果に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、３次高調波成分を抽出する。この３次高調波成分の周波数は３ｆであり、波数は３である（図２４（Ａ）参照）。

また、周波数３ｆの超音波パルス（２波）を送信し、この超音波パルスの受信信号に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター）を行い、基本波成分を抽出する。この基本波成分の波長は３ｆであり、波数は２である（図２４（Ｂ）参照）。

そして、周波数１ｆの超音波パルスに基づく３次高調波成分（振幅をＡ倍処理したもの、後に詳述）と、周波数３ｆの超音波パルスの基本波成分を減算処理する。この結果、周波数３ｆの超音波が１波だけ抽出される（図２４（Ｃ）参照）。

次に、図２５〜２９を用いて、３次高調波成分のうちの１波に基づくハーモニックイメージングの処理の流れについて説明する。

次に、制御回路１６０は、走査線番号ｍを１に初期設定（ｍ＝１）する（ステップＳ１００）。制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１６８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６、図２５参照）。

それから、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１６８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルス（１波）を送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６、図２６参照）。

制御回路１６０は、制御回路１６０は、送信処理部１１０、受信処理部１２０等を介して、、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｍ又は後述するステップＳ１３８で更新された走査線番号ｍの超音波トランスデューサー素子群ＵＧから周波数３ｆで位相が０°の超音波パルス（２波）を送信し、その超音波エコーの受信波を超音波トランスデューサー素子群ＵＧで受信する（ステップＳ１６１〜ステップＳ１６６、図２７参照）。

制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さいか否かを判断する（ステップＳ１６７）。当該処理は、ステップＳ１３７と同じである。

ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さい場合（ステップＳ１６７でＹＥＳ）は、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群の走査線番号ｍに１を追加して、走査線番号ｍを更新する（ステップＳ１６８）。当該処理は、ステップＳ１３８と同じである。

一方、ステップＳ１０１〜Ｓ１６６で超音波パルスの送受信を行った超音波トランスデューサー素子群ＵＧの走査線番号ｍが、走査線数Ｍより小さくない場合（ステップＳ１６７でＮＯ）は、走査線番号ｍが走査線数Ｍと一致する場合、すなわちすべての超音波トランスデューサー素子群ＵＧにおいて超音波パルスの送受信が終了した場合である。したがって、制御回路１６０は処理部１３０に指示を出し、処理部１３０はハーモニック処理を行う（ステップＳ１７２〜Ｓ１８６、図２８、２９参照）。

ハーモニック処理部１３１は、高調波成分を抽出する（ステップＳ１７２）。図２９は、高調波成分を抽出する処理（ステップＳ１７２）の流れを示すフローチャートである。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１０６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）と、ステップＳ１１６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスに基づく受信信号）をメモリー１２５から取得し、これらを減算処理することにより、周波数１ｆの基本波成分と３次高調波成分とを抽出する（ステップＳ１７２１）。ステップＳ１７２１の処理は、ステップＳ１４１１の処理と同一である。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１４１１で抽出した周波数１ｆの基本波成分と３次高調波成分とに対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数１ｆの３次高調波成分を抽出する（ステップＳ１７２２）。ステップＳ１７２２の処理は、ステップＳ１４１２の処理と同一である。

一方、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１６６でメモリー１２５に保存された受信信号（周波数３ｆで位相が０°の超音波パルスに基づく受信信号）に対して周波数フィルター処理（バンドパスフィルター処理）を行い、周波数３ｆの基本波成分を抽出する（ステップＳ１７２４）。

ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１７２２で抽出した周波数１ｆの３次高調波成分とステップＳ１７２４で抽出された周波数３ｆの基本波成分との信号強度の最大値が同じとなるように、ステップＳ１７２２で抽出した３次高調波成分をＡ倍処理する（ステップＳ１７２３）。ここで、Ａは、以下の数式（６）で算出される。

Ａ＝ステップＳ１７２４で抽出される周波数３ｆの基本波成分の信号強度の最大値／ステップＳ１７２２で抽出される周波数１ｆの３次高調波成分の信号強度の最大値 ・・・（６）

なお、ハーモニック処理部１３１がステップＳ１７２１〜Ｓ１７２４の処理を行う順番は任意である。例えば、ハーモニック処理部１３１は、ステップＳ１７２４の処理を、ステップＳ１７２１の処理の前に行ってもよいし、ステップＳ１７２１の処理の後で行ってもよい。

ハーモニック処理部１３１はステップＳ１４１３で求められた周波数１ｆの３次高調波成分と、ステップＳ１７１１で求められた周波数３ｆの基本波成分とを減算処理する（ステップＳ１７２）。これにより、周波数１ｆの３次高調波成分の１波が抽出される。

図２８の説明に戻る。検波処理部１３３は、ステップＳ１７１で抽出された高調波成分に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する、すなわち包絡線検波を行う（ステップＳ１８１）。対数変換処理部１３５は、対数変換処理を行う（ステップＳ１８２）。

ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する（ステップＳ１８３）。ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（ステップＳ１８４）。

ＤＳＣ１５０は、操作変換処理を行ってＢモード画像データ（表示用画像データ）を生成して表示部２１に出力する（ステップＳ１８５）。表示部２１は、生成された表示用画像データを表示する（ステップＳ１８６）。なお、ステップＳ１８１〜Ｓ１８６の処理は、ステップＳ１５１〜Ｓ１５６と同一である。これにより、図２５〜２９に示す処理が終了する。

本実施の形態によれば、２次高調波成分の周波数領域と３次高調波成分の周波数領域とで重複している部分を分離することができるため、広帯域送受信が可能となる。その結果、距離分解能を向上させ、高品質な画像を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様に、２次高調波より振幅が高い、つまりＳ／Ｎ比の良い基本波を利用するため、３次高調波成分のうちの１波を抽出するときに、ノイズの影響により発生する残留成分を低くすることができる。その結果、距離方向のアーチファクトを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、３回の送受信で１ラインのデータが生成できる（第１の実施の形態では、４回の送受信が必要）ため、時間分解能（フレームレート）を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、位相反転法により３次高調波成分を抽出するときに、２回分の受信信号を加算しているため、第３の実施の形態と比較して、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。

なお、本実施の形態は、第３の実施の形態と同様に、３次以上の高調波成分全てに対して適用することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明した。第１の実施の形態〜第４の実施の形態は、それぞれ、他の実施の形態に対して以下に示すようなメリットがある。

第１の実施の形態は、第２の実施の形態〜第４の実施の形態に対して、２次高調波成分の周波数領域と３次高調波成分の周波数領域とで重複している部分を分離することができるため、広帯域送受信が可能となり、距離分解能が高くなるというメリットがある。

第１の実施の形態は、第２の実施の形態に対して、加算処理をするために抽出される３次高調波の振幅が高いというメリットがある。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態は、第３の実施の形態及び第４の実施の形態に対して、（１）減算処理に基本波成分を用いないため、送信する２つの周波数の差、つまりビーム幅の差が小さく、方位方向のアーチファクトが発生しにくい、（２）減算処理に用いる基本波成分の基となる超音波パルスの波長が長いため、周波数帯域が広い超音波トランスデューサー素子が必要ない、というメリットがある。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、超音波の送受信の回数が少なく、時間分解能が向上する、というメリットがある。

第３の実施の形態は、第１の実施の形態及び第４の実施の形態に対して、超音波の送受信の回数が少なく、時間分解能が向上する、というメリットがある。

第３の実施の形態及び第４の実施の形態は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に対して、Ｓ／Ｎ比の良い基本波を利用することで、３次高調波成分のうちの１波を抽出するときにノイズの影響により発生する残留成分を低くし、距離方向のアーチファクトを低減することができる、というメリットがある。

第４の実施の形態は、第３の実施の形態に対して、（１）加算処理をするためにＳ／Ｎ比をよくすることができる、（２）広帯域送受信が可能となり、距離分解能を向上させ、高品質な画像を得ることができる、というメリットがある。

したがって、第１の実施の形態〜第４の実施の形態を、場合によって使い分けることで、より良いハーモニック処理を行うことができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、超音波測定装置に限らず、超音波測定装置において行う画像処理方法、超音波測定装置に画像処理方法を行わせるプログラム、プログラムが格納された記憶媒体等として提供することもできる。

特に、上記実施の形態では、超音波測定装置本体２０の内部に表示部２１が設けられた超音波画像装置１、２、３、４を例に本発明を説明したが、表示部２１は超音波画像装置１、２、３、４に設けられていなくてもよい。例えば、表示部を有さず、生成した表示用画像データを外部の表示装置へ出力する超音波測定装置として本発明に係る装置を提供してもよい。

１、２、３、４：超音波画像装置、１０：超音波プローブ、１１：超音波トランスデューサーデバイス、１２：超音波トランスデューサー素子、１５：ケーブル、２０：超音波測定装置本体、２１：表示部、２２：制御部、３０：圧電体層、３１：第１電極層、３２：第２電極層、４０：開口、５０：振動膜、６０：基板、１１０：送信処理部、１１１：送信パルス発生器、１１３：送信遅延回路、１２０：受信処理部、１２１：受信遅延回路、１２３：フィルター回路、１２５：メモリー、１３０：処理部、１３１：ハーモニック処理部、１３３：検波処理部、１３５：対数変換処理部、１３７：ダイナミックレンジ調整部、１４０：送信受信切り替えスイッチ、１６０：制御回路、２２１：ＣＰＵ、２２２：ＲＡＭ、２２３：ＲＯＭ、２２５：Ｉ／Ｆ回路、２２６：通信装置、２２７：バス、ＣＬｉ：コモン電極線、ＤＬ：駆動電極線、ＵＥ：超音波トランスデューサー素子、ＵＧ：超音波トランスデューサー素子群

Claims (11)

1. 対象物に対して送信された所定の周波数の超音波１波及び前記所定の周波数の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数（ｘは３以上の自然数）の超音波１波についての超音波エコーの受信波を取得する受信処理部と、
   前記取得した前記所定の周波数の超音波１波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の超音波１波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のｘ次高調波成分を１波抽出するハーモニック処理部と、
   前記抽出したｘ次高調波成分１波に基づいて画像を生成する画像生成部と、
   を備えることを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１に記載の超音波測定装置であって、
   前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ次高調波成分である第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数のｘ−１次高調波成分である第２の高調波成分を抽出し、前記第１の高調波成分から前記第２の高調波成分を減算処理することで、前記所定の周波数のｘ次高調波成分を１波抽出する
   ことを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２に記載の超音波測定装置であって、
   前記受信処理部は、前記所定の周波数及び前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数のそれぞれに対して、位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を取得し、
   前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第２の高調波成分を抽出する
   ことを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項２又は３に記載の超音波測定装置であって、
   前記ハーモニック処理部は、前記第１の高調波成分から前記第２の高調波成分を減算処理するときに、前記第１の高調波成分に対して、前記第１の高調波成分の信号強度の最大値と前記第２の高調波成分の信号強度の最大値とが同じとなるような増幅処理を行う
   ことを特徴とする超音波測定装置。
5. 対象物に対して送信された所定の周波数の超音波１波及び前記所定の周波数の周波数のｘ倍の周波数（ｘは３以上の自然数）の超音波ｘ−１波についての超音波エコーの受信波を取得する受信処理部と、
   前記取得した前記所定の周波数の超音波１波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数の周波数のｘ倍の超音波ｘ−１波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のｘ次高調波成分を１波抽出するハーモニック処理部と、
   前記抽出したｘ次高調波成分１波に基づいて画像を生成する画像生成部と、
   を備えることを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項５に記載の超音波測定装置であって、
   前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ次高調波成分である第１の高調波成分を抽出し、前記所定の周波数のｘ倍の周波数についての超音波エコーの受信波から前記所定の周波数のｘ倍の周波数の基本波成分である第１の基本波を抽出し、前記第１の高調波成分から前記第１の基本波成分を減算処理することで、前記所定の周波数のｘ次高調波成分を１波抽出する
   ことを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項５又は６に記載の超音波測定装置であって、
   前記受信処理部は、前記所定の周波数に対して、位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を取得し、
   前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信波を減算処理又は加算処理することで前記第１の高調波成分を抽出する
   ことを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項５から７に記載の超音波測定装置であって、
   前記ハーモニック処理部は、前記第１の高調波成分から前記第１の基本波成分を減算処理するときに、前記第１の高調波成分に対して、前記第１の高調波成分の信号強度の最大値と前記第１の基本波成分の信号強度の最大値とが同じとなるような増幅処理を行う
   ことを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項２から８のいずれか一項に記載の超音波測定装置であって、
   前記ハーモニック処理部は、フィルター処理を行うことにより前記第１の高調波成分を抽出する
   ことを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項２から８のいずれか一項に記載の超音波測定装置と、
    前記生成された画像を表示する表示部と、
    を備えたことを特徴とする超音波画像装置。
11. 対象物に対して送信された所定の周波数の超音波１波及び前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍又はｘ倍の周波数の超音波１波又はｘ−１波についての超音波エコーの受信波を取得するステップと、
    前記取得した前記所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波と、前記取得した前記所定の周波数のｘ／（ｘ−１）倍又はｘ倍の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波とに基づいて、前記超音波エコーの受信波に含まれる前記所定の周波数のｘ次高調波成分を１波抽出するステップと、
    前記抽出したｘ次高調波成分１波に基づいて画像を生成するステップと、
    を有することを特徴とする超音波測定方法。

Images