JP6365243B2 - 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等に関係する。

被検体である人体の内部を検査するために用いる装置として、対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する超音波測定装置が注目されている。さらに、超音波測定装置は、内臓脂肪の測定や血流量の測定など、被検体の表層の画像診断にも応用されている。

このような超音波測定装置を用いて画像診断を行う場合には、超音波エコーの画像処理の高分解能化を図る必要があり、例えば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）などが利用されている。

ここで、ハーモニックイメージングにおいては、超音波エコーのハーモニック成分を抽出する必要があるが、そのためのハーモニック成分抽出方法としては、フィルター法や、特許文献１等に記載される位相反転法がある。特許文献１では、３次以上の高次の高調波を用いて位相反転法を行う超音波画像装置が開示されている。

特開２００２−３６０５６９号公報

従来のＢモード画像生成処理では、距離分解能と方位分解能がほぼ同じであったため、距離分解能の向上は課題とはならなかった。しかし、ハーモニックイメージングや適応型ビームフォーミングを適応すると、距離分解能よりも方位分解能が高くなり、生成された画像における分解能の異方性が新たに生じることとなった。例えば、前述した特許文献１でも、方位分解能に対して距離分解能が相対的に低下している。そのため、距離分解能の向上が必要である。

本発明の幾つかの態様によれば、超音波による対象物の測定結果の方位分解能だけでなく、距離分解能も向上させ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等を提供することができる。

本発明の一態様は、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と、送信した前記超音波に対する超音波エコーの受信処理を行う受信処理部と、前記受信処理部からの受信信号に対して処理を行う処理部と、を含み、前記処理部は、前記送信処理部により送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、前記受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、前記結合係数特定処理により特定された複数の結合係数と、前記第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、前記受信信号から再構成信号への変換処理を行う超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様では、送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、特定された複数の結合係数と、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、受信信号から再構成信号への変換処理を行う。よって、超音波による対象物の測定結果の方位分解能だけでなく、距離分解能も向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記受信信号に対応する高調波に対し、前記第１基底波の前記結合係数特定処理を行った後に、前記変換処理を行って、前記再構成信号として、前記第２基底波による再構成波を生成してもよい。

これにより、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波から構成される再構成波に、受信波を変換し、対象物の測定結果における距離分解能を向上させること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記複数の第１基底波は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の第１基底波であり、前記Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数）の第１基底波は、第ｉの測定点に配置された第ｉの点散乱体からの前記超音波の受信信号に対応する高調波であり、前記Ｍ個の第１基底波のうちの第（ｉ＋１）の第１基底波は、前記超音波の送信点から、前記第ｉの測定点よりも遠い位置である第（ｉ＋１）の測定点に配置された第（ｉ＋１）の点散乱体からの超音波の受信信号に対応する高調波であってもよい。

これにより、設定した各測定点の間隔に対応する距離分解能で、受信波から第１基底波成分を抽出すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記第１基底波は、前記受信信号から抽出可能な高調波であってもよい。

これにより、受信信号を複数の第１基底波に分解すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記送信処理部は、互いに位相を反転させた２つのパルス信号を前記対象物に送信し、前記処理部は、送信された前記２つのパルス信号に対応する２つの受信信号に基づいて減算処理を行って、１つの差分信号を求め、求めた前記差分信号に対して第１フィルター処理を行って、高調波成分を抽出し、抽出された前記高調波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する高調波を、前記第１基底波として求めてもよい。

これにより、対象物内の所与の測定点の点散乱体からの反射波成分に対応する第１基底波を特定すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記複数の第１基底波は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の第１基底波であり、前記Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数）の第１基底波は、前記送信パルス信号のパルス幅又は前記受信信号のパルス幅に対応する位相差よりも短い位相差で、第（ｉ＋１）の第１基底波と相互に位相がずれていてもよい。

これにより、送信パルス信号のパルス幅又は受信信号のパルス幅に対応する位相差よりも短い距離の距離分解能で、対象物を測定すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、複数の第２基底波に基づいて、前記変換処理を行い、前記複数の第２基底波は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の第２基底波であり、前記Ｎ個の第２基底波のうちの第ｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｎの整数）の第２基底波は、第ｊの測定点に配置された第ｊの点散乱体からの前記超音波の受信信号に対応する高調波であり、前記Ｎ個の第２基底波のうちの第（ｊ＋１）の第２基底波は、前記超音波の送信点から、前記第ｊの測定点よりも遠い位置である第（ｊ＋１）の測定点に配置された第（ｊ＋１）の点散乱体からの超音波の受信信号に対応する高調波であってもよい。

これにより、超音波による対象物の測定結果による距離分解能を、設定した各測定点の間隔まで向上させること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記第２基底波は、前記受信信号から抽出可能な基本波に対して、時間成分の圧縮処理を行って得られてもよい。

これにより、減算処理、フィルター処理及び時間成分の圧縮処理等の簡易な処理で、第２基底波を特定すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記送信処理部は、互いに位相を反転させた２つのパルス信号を前記対象物に送信し、前記処理部は、送信された前記２つのパルス信号に対応する２つの受信信号に基づいて減算処理を行って、１つの差分信号を求め、求めた前記差分信号に対して第２フィルター処理を行って、基本波成分を抽出し、抽出された前記基本波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する基本波を求め、求めた前記基本波に対して時間成分の圧縮処理を行って、前記第２基底波を求めてもよい。

これにより、対象物内の所与の測定点の点散乱体からの反射波成分に対応する第１基底波の波長を短くした第２基底波を特定すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記第２基底波は、前記第１基底波と位相差が同じで、波数が少なくてもよい。

これにより、受信波を構成する基底波のパルス幅を短くすること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記変換処理後に得られた前記再構成信号に対して、包絡線検波処理を行ってもよい。

これにより、ユーザーが測定結果を判別しやすい波形データを表示部に表示すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記結合係数特定処理として、前記受信信号のデコンボリューション処理を行ってもよい。

これにより、受信波を構成する第１基底波の結合係数を特定すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記再構成信号の前記変換処理として、前記第２基底波のコンボリューション処理を行ってもよい。

これにより、受信波又は受信波から抽出可能な高調波を構成する第１基底波の波数を削減した第２基底波によって、再構成波を生成すること等が可能になる。

また、本発明の他の態様は、超音波測定装置と、前記再構成信号に基づいて生成された表示用画像データを表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。

また、本発明の他の態様は、対象物に対して超音波を送信する処理を行い、送信した前記超音波に対する超音波エコーの受信処理を行い、送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、前記受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、前記結合係数特定処理により特定された複数の結合係数と、前記第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、前記受信信号から再構成信号への変換処理を行う超音波測定方法に関係する。

フィルター法の説明図。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、位相反転法の説明図。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、位相反転法とフィルター処理を併用する処理の説明図。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、距離分解能とパルス幅の関係についての説明図。 本実施形態のシステム構成例。 本実施形態の超音波画像装置の詳細なシステム構成例。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、超音波測定装置の具体的な機器構成の一例。 図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、再構成波の生成処理の説明図。 本実施形態の全体の処理の流れを説明するフローチャート。 再構成波の生成処理の流れを説明するフローチャート。 第１基底波及び第２基底波の生成処理の流れを説明するフローチャート。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、第２基底波の生成処理の詳細な説明図。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、点散乱体と第１基底波及び第２基底波の対応関係の説明図。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、測定結果の説明図。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、各チャンネルに対応して設けられる超音波トランスデューサー素子群の構成例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．概要
被検体である人体の内部を検査するために用いる装置として、対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する超音波測定装置が知られている。さらに、超音波測定装置の応用例としては、内臓脂肪の測定や血流量の測定など、被検体の表層の画像診断を行うポケット型超音波ビューアなどがあり、ヘルスケア分野への展開が期待されている。

上記のように、超音波測定装置を用いて画像診断を行う場合には、超音波エコーの画像処理の高分解能化を図る必要がある。そして、高分解能化を実現する為の画像処理技術としては、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）がある。

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、音圧の高い部分は速く、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（これをハーモニック成分又は非線形成分とも言う）が含まれるようになる。このような非線形効果は、超音波の音圧の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。

そして、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ハーモニック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泡が共振、崩壊する時に発生するハーモニック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。まず、ハーモニック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、ハーモニック成分の振幅は、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。

また、超音波画像に乗る主なノイズとしては、多重反射によるノイズとサイドローブによるノイズがある。ここで、反射した超音波エコーは音圧が低く、ハーモニック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、サイドローブでもハーモニック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。

本実施形態では、ハーモニックイメージングの中でも、３次高調波成分を映像化する３次ハーモニックイメージングを行う。３次ハーモニックイメージングは、２次高調波成分を映像化する手法に対して、ビーム幅が細くなるため、更に方位分解能を向上することができる。

ここで、３次ハーモニックイメージングにおいては、超音波エコーの３次高調波成分を抽出する必要があるが、そのための抽出方法としては、フィルター法と位相反転法とがある。

まず、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）により基本波成分及び２次高調波成分と、３次高調波成分とを分離し、３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、フィルター法を説明する図として、基本波帯域の中心周波数がｆ_０であり、２次高調波帯域の中心周波数が２ｆ_０であり、３次高調波帯域の中心周波数が３ｆ_０である受信信号を、縦軸を信号強度、横軸を周波数とした図１のグラフに示す。実際には図１に示すように、受信する基本波成分及び２次高調波成分と、３次高調波成分は、ある帯域幅を有しているため、２次高調波成分と３次高調波成分は重複し、両者を分離できなくなり、画像劣化の要因となる。こ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。

一方で、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。図２（Ａ）に示すように、２回目の送信波は、１回目の送信波に対して位相が１８０度異なる。

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ハーモニック成分を含むため、歪んだ波形となる。各回の送信波に対する受信波を、基本波、２次高調波及び３次高調波に分解して図示すると、図２（Ｂ）のようになる。図２（Ｂ）に示すように、この２回の受信波の間には、送信波を１回目と２回目で反転させているために基本波成分及び奇数次高調波成分（３次高調波成分）は反転しているが、偶数次高調波成分（２次高調波成分）は反転していないという関係がある。つまり、この２回の送信波に対する２回の受信波は、基本波成分及び奇数次高調波成分は互いに位相反転しているが、偶数次高調波成分は同相となる。

そのため、２回の受信波を減算すると、図２（Ｃ）に示すように、２次高調波成分は除去され、基本波成分と３次高調波成分は振幅が２倍になって残る。従って、基本波成分と３次高調波成分を抽出することが可能となる。

さらに、位相反転法により抽出した基本波成分、奇数次高調波成分、または、偶数次高調波成分から、目的とするＮ次高調波成分のみを抽出する場合は（Ｎは２以上の整数）、前述したフィルター法と組合せる必要がある。本実施形態では、図３（Ａ）に示す、位相反転法により抽出した基本波成分と３次高調波成分から、周波数フィルター（ハイパスフィルター又はバンドパスフィルター）により基本波成分と３次高調波成分とを分離し、図３（Ｂ）に示すように３次高調波成分だけを抽出して映像化する。

このように、位相反転法とフィルター法を併用することにより、従来の基本波成分のみからＢモード画像を生成する手法と比べて、サイドローブや多重反射によるアーチファクトが少なく、方位分解能を向上させた高品質なＢモード画像を生成することができる。

しかし、上記のような方法でＢモード画像を生成した場合でも、距離分解能は向上しない。距離分解能Δｘは、パルス幅によって決まり、下式（１）により求められる。なお、下式（１）において、ｎは波数であり、λは波長である。

例えば、図４（Ａ）に示す送信波に対する受信波では、基本波成分ＰＳ１の波長λ１に比べて、３次高調波成分ＰＳ３の波長λ３が１／３になるが、３次高調波成分ＰＳ３の波数ｎ３が、基本波成分ＰＳ１の波数ｎ１の３倍となる。そのため、３次高調波成分を用いて画像を生成しても、距離分解能Δｘは基本波成分を用いる場合と変わらない。図４（Ｂ）に示すように、波長も波数も基本波成分よりも小さい波を用いることができれば、距離分解能を向上させることができる。

そこで、以下で説明する本実施形態では、超音波の受信信号に対して、受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、特定された複数の結合係数と、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、受信信号から再構成信号への変換処理を行う。つまり、本実施形態では、後述する図８（Ａ）に示すような受信波Ｘを再構成して、図８（Ｄ）に示す再構成波Ｘ’を生成する。この再構成波Ｘ’は、図８（Ｃ）に示す第２基底波により構成される。第２基底波は、元の受信波Ｘを構成する図８（Ｂ）の第１基底波と、波長が同じで、波数が少ない。そのため、距離分解能を向上させることができる。

２．システム構成例
次に、本実施形態の超音波測定装置の構成例を図５に示す。超音波測定装置１００は、送信処理部１１０と、受信処理部１２０と、処理部１３０とを含む。

さらに、本実施形態の超音波画像装置の具体的な構成例を図６に示す。超音波画像装置は、超音波測定装置１００と、超音波プローブ２００と、表示部３００と、を含む。また、図６に示す超音波測定装置１００は、送信処理部１１０と、受信処理部１２０と、処理部１３０と、送受信切替スイッチ１４０と、ＤＳＣ（Digital Scan Convertor）１５０と、制御回路１６０とを含む。

なお、超音波測定装置１００及びこれを含む超音波画像装置は、図５及び図６の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。また、本実施形態の超音波測定装置１００及びこれを含む超音波画像装置の一部又は全部の機能は、通信により接続されたサーバーにより実現されてもよい。

次に各部で行われる処理について説明する。

超音波プローブ２００は、超音波トランスデューサーデバイスを含む。

そして、超音波トランスデューサーデバイスは、走査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は、複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子アレイ）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。そして、超音波トランスデューサー素子としては、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いたものを用いる。超音波トランスデューサー素子（振動素子）は、電気的な振動を機械的な振動に変換するものであるが、この場合には、圧電素子が面内で伸び縮みすると貼り合わせた金属板（振動膜）の寸法はそのままであるため反りが生じる。

また、超音波トランスデューサーデバイスでは、近隣に配置された数個の超音波トランスデューサー素子で一つのチャンネルを構成し、１回に複数のチャンネルを駆動しながら、超音波ビームを順次移動させるものであってもよい。

なお、超音波トランスデューサーデバイスとしては、圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えばｃ‐ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプの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。超音波トランスデューサー素子及び超音波トランスデューサーデバイスのさらに詳細な説明については、後述する。

次に、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。また、例えば図６に示す送信処理部１１０は、送信パルス発生器１１１と、送信遅延回路１１３とを含む。

具体的に、送信パルス発生器１１１は、送信パルス電圧を印加させ、超音波プローブ２００を駆動させる。

また、送信遅延回路１１３は、送波ビームをフォーカシングする。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。

また、送受信切替スイッチ１４０は、超音波の送受信の切り替え処理を行う。送受信切替スイッチ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。

一方で、受信処理部１２０は、送信した超音波に対する超音波エコーの受信処理を行う。また、例えば図６に示す受信処理部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。

そして、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。

また、メモリー１２５は、フィルター回路１２３から出力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などにより実現できる。

また、処理部１３０は、受信処理部１２０からの受信信号に対して処理を行う。例えば図６に示す処理部１３０は、ハーモニック処理部１３１と、再構成波生成部１３２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。

具体的に、ハーモニック処理部１３１は、前述したように、ハーモニック成分（主に３次高調波成分）の抽出処理を行う。

再構成波生成部１３２は、後に詳述するように、抽出されたハーモニック成分（主に３次高調波成分）に基づいて、受信信号を再構成信号へ変換する変換処理を行う。

そして、検波処理部１３３は、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。

さらに、対数変換処理部１３５は、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確認しやすいように、表現形式を変換する。

そして、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。

また、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。

そして、ＤＳＣ１５０は、Ｂモード画像データに走査変換処理を行う。例えば、ＤＳＣ１５０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。

また、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、送受信切替スイッチ１４０と、ハーモニック処理部１３１の制御を行う。

また、表示部３００は、再構成信号に基づいて生成された表示用画像データを表示する。表示部３００は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどにより実現できる。

ここで、本実施形態の超音波画像装置（広義には電子機器）の具体的な機器構成の例を図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示す。図７（Ａ）はハンディタイプの超音波画像装置の例であり、図７（Ｂ）は据置タイプの超音波画像装置の例である。図７（Ｃ）は超音波プローブ２００が本体に内蔵された一体型の超音波画像装置の例である。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）の超音波画像装置は、超音波プローブ２００と超音波測定装置１００を含み、超音波プローブ２００と超音波測定装置１００はケーブル２１０により接続される。超音波プローブ２００の先端部分には、プローブヘッド２２０が設けられており、超音波測定装置本体１０１には、画像を表示する表示部３００が設けられている。図７（Ｃ）では、表示部３００を有する超音波画像装置に超音波プローブ２００が内蔵されている。図７（Ｃ）の場合、超音波画像装置は、例えばスマートフォンなどの汎用の携帯情報端末により実現できる。

３．処理の詳細
３．１． 再構成波の生成処理
本実施形態の処理部１３０は、送信処理部１１０により送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、結合係数特定処理により特定された複数の結合係数と、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、受信信号から再構成信号への変換処理を行う。

これにより、生成した再構成信号に基づいて、対象物内の測定を行うことができる。この再構成信号は、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波から構成されている。なお、第１基底波及び第２基底波の波数は、必ずしも自然数である必要はなく、例えば１．５波等であってもよい。

ここで、再構成信号（再構成波）とは、受信信号（受信波）に含まれる対象物内の各点散乱体からの各反射信号成分（反射波成分）を、元の反射信号成分よりもパルス幅の短い信号（波形）にそれぞれ置き換えて、置き換えた後の信号（波形）を元の反射信号成分の受信タイミングと同じタイミングで重ね合わせ直した信号である。再構成信号は、例えば後述する図８（Ｄ）のような再構成波である。つまり、前述した第１基底波が、各点散乱体からの各反射信号成分（反射波成分）に対応し、第２基底波が、第１基底波を置換する、元の反射信号成分よりもパルス幅の短い信号（波形）に対応する。

そして、第１基底波は、受信信号のうち、対象物内の所与の深さに存在する点散乱体からの反射波成分に対応する波であり、例えば後述する図８（Ｂ）に示すような波である。後述するように、受信信号に第１基底波成分が含まれているか否かを判断することにより、その第１基底波に対応する点散乱体が対象物に含まれているか否かを判断することができる。また、その第１基底波に対応する点散乱体が対象物に含まれていると判断できる場合には、受信信号に含まれる第１基底波成分の信号強度（反射強度）により、点散乱体の反射特性等を特定することができる。この反射強度を特定する処理が、結合係数特定処理である。なお、第２基底波については後述する。

このように、本実施形態では、受信波の各反射波成分をパルス幅の短い第２基底波に置換して、受信波を再構成するため、再構成信号に基づく対象物の測定結果における距離分解能を向上させることができる。よって、超音波による対象物の測定結果の方位分解能だけでなく、距離分解能も向上させることが可能となる。

具体的には、処理部１３０は、例えば図８（Ａ）に示すように、受信信号に対応する高調波（受信波Ｘ）に対し、図８（Ｂ）に示すように第１基底波（Ｓ_ｉ）の結合係数特定処理を行った後に、図８（Ｃ）に示すように受信波Ｘを構成する第１基底波（Ｓ_ｉ）を第２基底波（Ｓ’_ｉ）へ変換する変換処理を行って、図８（Ｄ）に示すように再構成信号として、第２基底波（Ｓ’_ｉ）による再構成波Ｘ’を生成する。なお、図８（Ａ）に示す高調波Ｘは、元の受信波に対してフィルター処理を行って抽出された高調波等であってもよい。

これにより、第１基底波よりも波数が少ない第２基底波から構成される再構成波に、受信波を変換し、対象物の測定結果における距離分解能を向上させること等が可能になる。

ここで、第１基底波は、受信信号から抽出可能な高調波である。これにより、受信信号を複数の第１基底波に分解すること等が可能になる。

例えば、図８（Ｂ）の例では、第１基底波は、基底関数Ｓ_ｉにより表される波である。本実施形態では、第１基底波は１つではなく、複数の波である。例えば図８（Ｂ）の例では、複数の第１基底波は、Ｍ個の第１基底波であるものとし、Ｍは２以上の整数であり、ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数であるものとする。

そして、Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉの第１基底波は、送信パルス信号のパルス幅又は受信信号のパルス幅に対応する位相差よりも短い位相差で、第（ｉ＋１）の第１基底波と相互に位相がずれている。

これにより、送信パルス信号のパルス幅又は受信信号のパルス幅に対応する位相差よりも短い距離の距離分解能で、対象物を測定すること等が可能になる。

さらに、受信波Ｘを構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行うと、図８（Ｂ）に示すように、各第１基底波Ｓ_ｉに対して各結合係数ａ_ｉが求められる。この結合係数ａ_ｉは、対応する第１基底波Ｓ_ｉが受信波Ｘにどの程度の割合で含まれているかを決定付ける値である。つまり、受信波Ｘは下式（２）に示すように、各第１基底波と各結合係数の積の和により表される。

また、第２基底波は、第１基底波と位相差が同じで、波数が少ない波である。なお、この位相差とは、第ｉの第１基底波と第（ｉ＋１）の第１基底波の間の位相差のことである。

そして、各第２基底波Ｓ’_ｉに対しては、受信波Ｘを複数の第１基底波Ｓ_ｉに分解する際（結合係数特定処理）に求めた各結合係数ａ_ｉを対応付ける。よって、受信波Ｘは下式（３）により表される。

これにより、受信波を構成する基底波のパルス幅を短くすること等が可能になる。

次に、図９のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れについて説明する。

まず、走査線番号ｎの初期値を１に設定する（Ｓ１０１）。

次に、送信パルス発生器１１１が、位相０°のパルス電圧を生成する（Ｓ１０２）。

そして、送信遅延回路１１３が送信フォーカス制御を行い（Ｓ１０３）、超音波プローブ２００が、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（Ｓ１０４）。さらに、超音波プローブ２００は、出射した超音波ビームが対象物に反射し、返ってきた超音波エコーを受信する（Ｓ１０４）。

これに対して、受信遅延回路１２１は受信フォーカス制御を行い（Ｓ１０５）、フィルター回路１２３が、受信フォーカス制御後の受信信号に対してＢＰＦ（バンドパスフィルター）処理を行い（Ｓ１０６）、ＢＰＦ処理後の受信信号をメモリー１２５に保存する（Ｓ１０７）。

次に、送信パルス発生器１１１が、位相１８０°のパルス電圧を生成する（Ｓ１０８）。そして、この位相反転後のパルスについて、前述したステップＳ１０２〜ステップＳ１０７の処理と同様の処理を行う（Ｓ１０９〜Ｓ１１３）。

その後に、全ての走査線についてステップＳ１０２〜Ｓ１１３の処理を行ったか否かを判断する（Ｓ１１４）。具体的には、現在の走査線番号ｎが全走査線数Ｎよりも小さいか否かを判定する。

全ての走査線についてステップＳ１０２〜Ｓ１１３の処理を行っていないと判断した場合、すなわち、現在の走査線番号ｎが全走査線数Ｎよりも小さいと判定した場合には、現在の走査線番号ｎに１を加算して（Ｓ１１５）、再度ステップＳ１０２〜Ｓ１１４の処理を行う。

一方、ステップＳ１１５において、全ての走査線についてステップＳ１０２〜Ｓ１１４の処理を行ったと判断した場合、すなわち、現在の走査線番号ｎが全走査線数Ｎと等しいと判定した場合には、ハーモニック処理部１３１が高調波成分（ハーモニック成分）の抽出処理を行う（Ｓ１１６）。具体的に本抽出処理では、前述した図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、位相０°の送信波に対応する受信波と、位相１８０°の送信波に対応する受信波の減算処理を行って、基本波と３次高調波を抽出する。その後に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、抽出した基本波と３次高調波に対して、ハイパスフィルター処理を行って、３次高調波のみを抽出する。

次に、再構成波生成部１３２が、抽出された３次高調波に基づいて再構成波を生成する（Ｓ１１７）。ここで、本実施形態における再構成波の生成処理の流れを図１０のフローチャートに示す。

まず、再構成波生成部１３２が、不図示のメモリーから基底関数（第１基底波及び第２基底波）を読み込む（Ｓ２０１）。次に、再構成波生成部１３２が、周波数フィルター処理（ＢＰＦ）を行い、メモリーから読み出した第１基底波に基づいて、前述した図８（Ｂ）に示すように、３次高調波における第１基底波成分を抽出する（Ｓ２０２）。

そして、再構成波生成部１３２は、抽出結果に基づいて、３次高調波を構成する第１基底波の結合係数の特定処理を行う（Ｓ２０３）。

具体的には、再構成波生成部１３２（処理部１３０）は、結合係数特定処理として、受信信号のデコンボリューション（deconvolution）処理を行う。

これにより、受信波を構成する第１基底波の結合係数を特定すること等が可能になる。

その後に、再構成波生成部１３２は、各第１基底波を位相が同じ各第２基底波に置き換えて、特定した結合係数と第２基底波に基づいて、再構成波を生成する（Ｓ２０４）。言い換えれば、受信信号を再構成信号へ変換する変換処理を行う。

具体的に、処理部１３０は、再構成信号の変換処理として、第２基底波のコンボリューション（convolution）処理を行う。

これにより、受信波又は受信波から抽出可能な高調波を構成する第１基底波の波数を削減した第２基底波によって、再構成波を生成すること等が可能になる。

そして、検波処理部１３３が、生成した再構成波に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出し（Ｓ１１８）、対数変換処理部１３５が、対数変換処理を行う（Ｓ１１９）。

そして、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７が、信号強度及び関心領域を調整し（Ｓ１２０）、ＳＴＣ１３９が、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（Ｓ１２１）。

さらに、ＤＳＣ１５０が、走査変換処理を行って、Ｂモード画像データ（表示用画像データ）を生成し（Ｓ１２２）、表示部３００が生成された表示用画像データを表示し（Ｓ１２３）、処理を終了する。

３．２． 第１基底波及び第２基底波の生成処理
図９及び図１０のフローチャートの処理で用いた第１基底波及び第２基底波は、これらの処理を行う前に（前処理で）予め生成して、不図示のメモリーに記憶しておく必要がある。以下では、第１基底波及び第２基底波の生成処理の流れについて、図１１のフローチャートを用いて説明する。

まず、超音波ファントムのワイヤー初期位置Ｐを設定する（Ｓ３０１）。ここでは、初期位置Ｐを、超音波測定装置の超音波プローブの測定面に最も近い位置Ｐ_ｍｉｎに設定する。またワイヤー位置とは、点散乱体の位置のことである。

そして、送信処理部１１０が、互いに位相を反転させた２つのパルス信号を対象物（超音波ファントム）に送信し、受信処理部１２０が、送信された２つのパルス信号に対応する２つの受信信号（ＲＦデータ）をそれぞれ受信する（Ｓ３０２）。

そして、処理部１３０は、前述した図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、送信された２つのパルス信号に対応する２つの受信信号に基づいて減算処理を行って、１つの差分信号を求め、前述した図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、求めた差分信号に対して第１フィルター処理を行って、高調波成分（３次高調波成分）を抽出する。ここで、第１フィルター処理とは、例えばハイパスフィルター処理やバンドパスフィルター処理等である。

さらに、処理部１３０は、抽出された高調波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する高調波を、第１基底波として求める（Ｓ３０３）。

前述した図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の例では、受信波（高調波）Ｘが、対象物内の様々な点散乱体からの反射波成分を含んでおり、予め特定されている第１基底波と比較しなければ、受信波Ｘに含まれる所与の測定点からの第１基底波成分を特定することができない。これに対して、本処理では第１フィルター処理後の高調波成分が、超音波ファントム内の所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分だけを含んでいる。この高調波成分には、ノイズ等も含まれるが、容易にノイズ成分と切り分け可能である。

そのため、対象物内の所与の測定点の点散乱体からの反射波成分に対応する第１基底波を特定すること等が可能になる。そして、処理部１３０は、特定した第１基底波をメモリーに保存する（Ｓ３０４）。

さらに、処理部１３０は、図１２（Ａ）に示す減算処理により求めた差分信号に対して第２フィルター処理を行って、図１２（Ｂ）に示すように基本波成分を抽出する（Ｓ３０５）。そして、処理部１３０は、抽出された基本波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する基本波を求め、求めた基本波に対して、図１２（Ｃ）に示すように時間成分の圧縮処理を行って、第２基底波を求める（Ｓ３０６）。時間成分を１／ｙに圧縮する処理を行った場合には、図１２（Ｃ）の第２基底波の波長λ３は、図１２（Ｂ）の基本波の波長λ１の１／ｙ（ｙは正の数）になる。

このように、対象物内の所与の測定点の点散乱体からの反射波成分に対応する第１基底波の波長を短くした第２基底波を特定すること等が可能になる。

また、第２基底波は、受信信号から抽出可能な基本波に対して、時間成分の圧縮処理を行って得られる。

これにより、減算処理、フィルター処理及び時間成分の圧縮処理等の簡易な処理で、第２基底波を特定すること等が可能になる。そして、処理部１３０は、特定した第２基底波をメモリーに保存する（Ｓ３０７）。

その後に、処理部１３０は、ワイヤー位置Ｐが測定範囲の最大値Ｐ_ｍａｘよりも大きいか否かを判断し（Ｓ３０８）、ワイヤー位置Ｐが測定範囲の最大値Ｐ_ｍａｘ以下であると判断した場合には、ワイヤー位置Ｐを下式（４）に基づいて更新して（Ｓ３０９）、ステップＳ３０２に戻る。なお、式（４）において、Ｋは所与の定数であり、λは波長である。

一方、処理部１３０は、ワイヤー位置Ｐが測定範囲の最大値Ｐ_ｍａｘよりも大きいと判断した場合には、処理を終了する。

以上をまとめると、例えば図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉの第１基底波ｓ_ｉは、第ｉの測定点に配置された第ｉの点散乱体ＳＰｉからの超音波の受信信号に対応する高調波である。なお、Ｍは２以上の整数であり、ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数である。

さらに、Ｍ個の第１基底波のうちの第（ｉ＋１）の第１基底波ｓ_{（ｉ＋１）}は、超音波の送信点ＴＰから、第ｉの測定点よりも遠い位置である第（ｉ＋１）の測定点に配置された第（ｉ＋１）の点散乱体ＳＰ（ｉ＋１）からの超音波の受信信号に対応する高調波である。

これにより、設定した各測定点の間隔に対応する距離分解能で、受信波から第１基底波成分を抽出すること等が可能になる。

そして、例えば図１３（Ａ）及び図１３（Ｃ）に示すように、Ｎ個の第２基底波のうちの第ｊの第２基底波ｓ’_ｊは、第ｊの測定点に配置された第ｊの点散乱体ＳＰｊからの超音波の受信信号に対応する高調波である。なお、Ｎは２以上の整数であり、ｊは、１≦ｊ≦Ｎの整数である。本例では、Ｍ＝Ｎであるが、Ｍ≠Ｎであってもよい。

さらに、Ｎ個の第２基底波のうちの第（ｊ＋１）の第２基底波ｓ’_{（ｊ＋１）}は、超音波の送信点ＴＰから、第ｊの測定点よりも遠い位置である第（ｊ＋１）の測定点に配置された第（ｊ＋１）の点散乱体ＳＰ（ｊ＋１）からの超音波の受信信号に対応する高調波である。

これにより、超音波による対象物の測定結果による距離分解能を、設定した各測定点の間隔まで向上させること等が可能になる。

ただし、本実施形態の第１基底波及び第２基底波の生成処理は、以上で説明した処理に限定されない。例えば、各第２基底波を、対応する各第１基底波の波数を削減することにより生成してもよい。さらに、第１基底波及び第２基底波の生成処理を行わずに、あらかじめメモリーに記憶された第１基底波及び第２基底波を用いても良い。なお、上記の超音波プローブ及び測定点は、シミュレーション上のものであってもよい。

３．３． 測定結果
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に、本実施形態の測定結果の一例を示す。本例では、図１４（Ａ）に示すように、波長λ＝０．４４ｍｍで、波数１、周波数３．５ＭＨｚの超音波パルスを対象物に送信する例を示す。

図１４（Ａ）の例では、図面の上方向を対象物の深さ方向とし、対象物内に３つの点散乱体（ＳＰ１〜ＳＰ３）が存在するものとする。そして、超音波トランスデューサー素子と点散乱体ＳＰ１は３０ｍｍ離れており、点散乱体ＳＰ１と点散乱体ＳＰ２は（４／１０）λ離れており、点散乱体ＳＰ２と点散乱体ＳＰ３は（５／１０）λ離れているものとする。さらに、点散乱体ＳＰ１からの反射強度は０．５、点散乱体ＳＰ２からの反射強度は１．０、点散乱体ＳＰ３からの反射強度は０．７であるものとする。

この場合に、位相反転法とフィルター法のみを用いてＢモード画像を生成すると、同図の画像ＢＩＭ１が生成される。この画像ＢＩＭ１では、各点散乱体からの反射波が互いに重複しているため、画像全体の色味の変化が少なく、３つの点散乱体の詳細な位置を特定することは困難である。

一方、前述した本実施形態による再構成波に基づいて、Ｂモード画像を生成すると、同図の画像ＢＩＭ２が生成される。この画像ＢＩＭ２では、色層Ｌ１が点散乱体ＳＰ１からの反射に対応しており、色層Ｌ２が点散乱体ＳＰ２からの反射に対応しており、色層Ｌ３が点散乱体ＳＰ３からの反射に対応していることがはっきりと分かる。つまり、位相反転法とフィルター法のみを用いる手法に比べて、距離分解能が向上している。

また、処理部１３０は、変換処理後に得られた再構成信号に対して、包絡線検波処理を行ってもよい。

例えば、図１４（Ｂ）に示すように、位相反転法とフィルター法による処理を受信信号ＲＳに行った後の波形に対して、包絡線検波処理を行うと、波形ＡＳ１が得られる。波形ＡＳ１では、大きな２つの山が確認できるが、ここから対象物に３つの点散乱体が含まれていると判断することは困難である。

これに対し、受信信号ＲＳに本実施形態の処理を行って、波形ＡＲＳを得て、波形ＡＲＳに対して、包絡線検波処理を行うと、波形ＡＳ２が得られる。波形ＡＳ２では、３つの山が確認でき、これらが点散乱体からの反射に対応する山であると容易に判断することができる。また、波形ＡＳ１に比べて、波形ＡＳ２の山の位置が実際の対象物における点散乱体の分布と近くなっている。

このように、ユーザーが測定結果を判別しやすい波形データを表示部３００に表示すること等が可能になる。

４．超音波トランスデューサー素子
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイスの超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。

図１５（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１０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１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１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２１は、図１５（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１０に接続される配線であってもよい。

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２１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（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。

第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１５（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１０に接続される配線であってもよい。

振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２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２１、２２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ことができる。

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の開口部４５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１５（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１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２２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。

５．超音波トランスデューサーデバイス
図１６に、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。本構成例の超音波トランスデューサーデバイスは、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１６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の各超音波ト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１７（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１７（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。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の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。

そして図１７（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からの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図１７（Ａ）のような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１７（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。

図１６に示すように、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が有する第１の電極（例えば下部電極）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を介して出力される。

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が有する第２の電極は、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１６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ューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）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は一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、超音波トランスデューサー素子の配置は、図１６に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。

また図１７（Ａ）〜図１７（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。

なお、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。この場合には、ＣＰＵ等のプロセッサーがプログラムを実行することで、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等が実現される。具体的には、非一時的な情報記憶装置に記憶されたプログラムが読み出され、読み出されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサーが実行する。ここで、情報記憶装置（コンピューターにより読み取り可能な装置）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、或いはメモリー（カード型メモリー、ＲＯＭ等）などにより実現できる。そして、ＣＰＵ等のプロセッサーは、情報記憶装置に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち、情報記憶装置には、本実施形態の各部としてコンピューター（操作部、処理部、記憶部、出力部を備える装置）を機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム）が記憶される。

また、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等は、プロセッサーとメモリーを含んでも良い。ここでのプロセッサーは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。ただし、プロセッサーはＣＰＵに限定されるものではなく、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、各種プロセッサーを用いることが可能である。また、プロセッサーはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によるハードウェア回路でもよい。また、メモリーはコンピューターにより読み取り可能な命令を格納するものであり、当該命令がプロセッサーにより実行されることで、本実施形態に係る超音波測定装置及び超音波画像装置等の各部が実現されることになる。ここでのメモリーは、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーであってもよいし、レジスターやハードディスク等でもよい。また、ここでの命令は、プログラムを構成する命令セットの命令でもよいし、プロセッサーのハードウェア回路に対して操作を指示する命令であってもよい。

以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層、２２ 第２電極層、
３０ 圧電体層、４０ 開口、４５ 開口部、５０ 振動膜、６０ 基板、
１００ 超音波測定装置、１０１ 超音波測定装置本体、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、１３２ 再構成波生成部、１３３ 検波処理部、
１３５ 対数変換処理部、１３７ ゲイン・ダイナミックレンジ調整部、
１３９ ＳＴＣ、１４０ 送受信切替スイッチ、１５０ ＤＳＣ、１６０ 制御回路、
２００ 超音波プローブ、２１０ ケーブル、２２０ プローブヘッド、３００ 表示部

Claims (15)

1. 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と、
   送信した前記超音波に対する超音波エコーの受信処理を行う受信処理部と、
   前記受信処理部からの受信信号に対して処理を行う処理部と、
   を含み、
   前記処理部は、
   前記送信処理部により送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、前記受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、
   前記結合係数特定処理により特定された複数の結合係数と、前記第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、前記受信信号から再構成信号への変換処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記処理部は、
   前記受信信号に対応する高調波に対し、前記第１基底波の前記結合係数特定処理を行った後に、前記変換処理を行って、前記再構成信号として、前記第２基底波による再構成波を生成することを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記複数の第１基底波は、
   Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の第１基底波であり、
   前記Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数）の第１基底波は、
   第ｉの測定点に配置された第ｉの点散乱体からの前記超音波の受信信号に対応する高調波であり、
   前記Ｍ個の第１基底波のうちの第（ｉ＋１）の第１基底波は、
   前記超音波の送信点から、前記第ｉの測定点よりも遠い位置である第（ｉ＋１）の測定点に配置された第（ｉ＋１）の点散乱体からの超音波の受信信号に対応する高調波であることを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第１基底波は、
   前記受信信号から抽出可能な高調波であることを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記送信処理部は、
   互いに位相を反転させた２つのパルス信号を前記対象物に送信し、
   前記処理部は、
   送信された前記２つのパルス信号に対応する２つの受信信号に基づいて減算処理を行って、１つの差分信号を求め、
   求めた前記差分信号に対して第１フィルター処理を行って、高調波成分を抽出し、
   抽出された前記高調波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する高調波を、前記第１基底波として求めることを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記複数の第１基底波は、
   Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の第１基底波であり、
   前記Ｍ個の第１基底波のうちの第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの整数）の第１基底波は、
   前記送信パルス信号のパルス幅又は前記受信信号のパルス幅に対応する位相差よりも短い位相差で、第（ｉ＋１）の第１基底波と相互に位相がずれていることを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記処理部は、
   複数の第２基底波に基づいて、前記変換処理を行い、
   前記複数の第２基底波は、
   Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の第２基底波であり、
   前記Ｎ個の第２基底波のうちの第ｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｎの整数）の第２基底波は、
   第ｊの測定点に配置された第ｊの点散乱体からの前記超音波の受信信号に対応する高調波であり、
   前記Ｎ個の第２基底波のうちの第（ｊ＋１）の第２基底波は、
   前記超音波の送信点から、前記第ｊの測定点よりも遠い位置である第（ｊ＋１）の測定点に配置された第（ｊ＋１）の点散乱体からの超音波の受信信号に対応する高調波であることを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記第２基底波は、
   前記受信信号から抽出可能な基本波に対して、時間成分の圧縮処理を行って得られることを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記送信処理部は、
   互いに位相を反転させた２つのパルス信号を前記対象物に送信し、
   前記処理部は、
   送信された前記２つのパルス信号に対応する２つの受信信号に基づいて減算処理を行って、１つの差分信号を求め、
   求めた前記差分信号に対して第２フィルター処理を行って、基本波成分を抽出し、
   抽出された前記基本波成分に基づいて、所与の測定点に配置された点散乱体からの反射波成分に対応する基本波を求め、
   求めた前記基本波に対して時間成分の圧縮処理を行って、前記第２基底波を求めることを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記第２基底波は、
    前記第１基底波と位相差が同じで、波数が少ないことを特徴とする超音波測定装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記変換処理後に得られた前記再構成信号に対して、包絡線検波処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記結合係数特定処理として、前記受信信号のデコンボリューション処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記再構成信号の前記変換処理として、前記第２基底波のコンボリューション処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の超音波測定装置と、
    前記再構成信号に基づいて生成された表示用画像データを表示する表示部と、
    を含むことを特徴とする超音波画像装置。
15. 対象物に対して超音波を送信する処理を行い、
    送信した前記超音波に対する超音波エコーの受信処理を行い、
    送信された送信パルス信号に対応する受信信号に対して、前記受信信号を構成する複数の第１基底波の結合係数特定処理を行い、
    前記結合係数特定処理により特定された複数の結合係数と、前記第１基底波よりも波数が少ない第２基底波とに基づいて、前記受信信号から再構成信号への変換処理を行うことを特徴とする超音波測定方法。