JPWO2011152260A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

超音波造影画像において高ＣＴＲな画像を描出するための超音波診断装置を提供する。送信パルスを被検体へ送波して、前記被検体に注入された超音波造影剤からの反射エコーを超音波プローブで受信し、画像化する超音波診断装置であって、前記被検体の音響非線形性によって、前記送信パルスが前記被検体を伝搬する過程で、前記送信パルスを構成する周波数成分の非線形相互作用によって発生する和音成分と差音成分とが、前記超音波プローブの周波数感度域に発生しないように前記送信パルスを送波する。

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に生体内に注入された超音波造影剤を画像化する超音波診断装置に関するものである。

超音波診断装置は、超音波プローブから超音波パルスを生体内に送信し、生体内で散乱あるいは反射した超音波エコーを超音波プローブによって受信して、受信された超音波エコーに対して各種信号処理を行うことにより、生体組織断層像や血流画像などを得る装置であり、医療診断に広く用いられている。

この超音波診断装置の撮像法の一つに超音波造影剤を使った超音波造影法がある。超音波造影法は、ミクロン・オーダーのサイズの微小気泡（マイクロバブル）を何らかの方法で安定化した製剤を超音波造影剤として予め生体内に静注し、超音波撮像を行う手法であり、悪性腫瘍や梗塞のような血管系に反映される疾患の診断に広く用いられるようになってきている。

超音波診断で主として用いられる数ＭＨｚの超音波に対しては、このマイクロバブル系の超音波造影剤は非常に強い非線形応答を示す。したがって、超音波造影法における超音波エコーの非線形成分には、超音波造影剤からの超音波エコーが多く含まれており、この非線形成分の超音波エコーを抽出して画像化することによって、血管構造などを描出する試みがなされている。この従来技術について、図２及び図３を用いて詳細に説明する。

図２は、上記従来技術における、超音波の送信パルス及び受信エコーの周波数帯域と、超音波プローブの感度域とを併せて示した周波数スペクトル図である。

プローブ感度域１０の超音波プローブから送信パルス２００を送信して、超音波造影法による撮像を行うと、線形組織エコー成分３００と、非線形組織エコー成分４００及び５００と、造影エコー成分６００とが受信エコーに含まれて受信される。ここで、線形組織エコー成分３００は、送信パルス２００の基本波成分による組織からの受信エコーである。また、非線形組織エコー４００は送信パルス２００が生体内を伝搬する過程で生じる第２高調波成分（送信パルス２００に含まれる基本波の周波数成分の和音）による組織からの受信エコーである。非線形組織エコー成分５００は、非線形組織エコー成分４００と同様に、送信パルス２００が生体内を伝搬する過程で生じる非線形成分による組織からの受信エコーであり、送信パルス２００に含まれる基本波の周波数成分の差音によるものである。

造影エコー成分６００は、造影剤の強い非線形応答により、プローブ感度域１０の周波数範囲内に高い強度で広く分布するが、非線形組織エコー成分４００及び５００は生体組織の音響非線形効果（波形歪みやその蓄積）によって生じた成分であるため、線形組織エコー成分３００に対する強度の比率は小さい。そこで、非線形組織エコー成分４００が分布する周波数帯域を、通過帯域４０で表されるようなフィルタなどで処理することによって、造影エコー成分６００の強度のみが比較的大きな周波数成分を抽出することができ、このようにして抽出された周波数成分の信号で画像化を行うことが行われている。これにより、組織からの信号に比較的埋もれない血管画像を描出することが可能になる。この従来技術においては、線形組織エコー成分３００が分布する周波数帯域と非線形組織エコー成分４００が分布する周波数帯域とが十分分離されている必要があり、必然的にプローブ感度域１０の低周波数側の帯域は画像化には使われない。

次に、別の従来技術について図３を用いて説明する。

図３は、第１の送信パルス２１０によって得られる受信エコーＲ１と、第１の送信パルス２１０を正負反転させ、第１の送信パルス２１０と同一走査線上に送信した第２の送信パルス２１１によって得られる受信エコーＲ２との加算を行うことにより、送信パルスの基本波成分による組織からの反射エコーを除去する手法について説明したものであり、パルス・インバージョン法と呼ばれる。

第１の送信パルス２１０からの受信エコーＲ１には、送信パルス２１０の基本波成分による組織からの線形組織エコー成分３１０と、第１の送信パルス２１０が生体内を伝搬する過程において生じる和音及び差音の非線形成分による組織からの非線形組織エコー成分４１０及び５１０と、造影エコー成分６１０とが含まれている。また、第２の送信パルス２１１からの受信エコーＲ２には、送信パルス２１１の基本波成分による組織からの線形組織エコー成分３１１と、第１の送信パルス２１１が生体内を伝搬する過程において生じる和音及び差音の非線形成分による組織からの非線形組織エコー成分４１１及び５１１と、造影エコー成分６１１とが含まれている。

受信エコーＲ１と受信エコーＲ２とを加算することによって、線形組織エコー成分３１０および３１１は、線形過程であるため除去され、最終的に造影エコー成分６１０及び６１１を加算して得られる造影エコー成分６１２と、和音の非線形組織エコー成分４１０及び４１１を加算して得られる和音の非線形組織エコー成分４１２と、差音の非線形組織エコー成分５１０及び５１１を加算して得られる差音の非線形組織エコー成分５１２とが抽出される。

このパルス・インバージョン法によれば、和音及び差音の非線形組織エコー成分４１２及び５１２の強度は、除去された基本波に対する線形組織エコー成分３１０及び３１１の強度よりも小さく、プローブ感度域１０に広範囲に含まれる造影エコー成分６１２の信号成分を使った画像化が可能であるため、広帯域且つ組織からの信号に比較的埋もれない造影エコーで血管画像を構築することが可能になる。

以上のように、超音波造影法では、超音波造影剤からのエコーと生体組織からのエコーとの強度比（Ｃｏｎｔｒａｓｔ−ｔｏ−Ｔｉｓｓｕｅ Ｒａｔｉｏ、あるいはＣＴＲという）を高くすることが重要であり、上述の従来技術の他にも、以下に示すような高ＣＴＲ化手法が公知となっている。

例えば、特許文献１には、送信と受信のそれぞれにおいて振幅と位相が制御された送受信シーケンスを同一走査線に対して３回以上行い、組織エコー成分を抑圧する方法が開示されている。この技術によれば、３回の送受信シーケンスの例としては、１回目に振幅１、位相０度の送信パルスＰ１による送受信、２回目に振幅２、位相１８０度の送信パルスＰ２による送受信、３回目に振幅１、位相０度の送信パルスＰ３による送受信を行い、３回の受信エコーの重みを１：１：１にして加算が行われる。この結果、組織エコーの線形成分は抑圧されるが、造影剤からのエコーは送信パルスの振幅や位相に対して非線形の応答を示すため、上記加算によっても抑圧されない。これによって造影エコーと組織エコーの分離を図るものであるが、上述の図２や図３を用いて説明した従来技術との大きな違いは、送信パルスの基本波成分に対する造影エコー成分を積極的に使って高ＣＴＲ化を図る点にある。

別の高ＣＴＲ化手法の例として、特許文献２には、和音の非線形組織エコー成分の周波数帯域がプローブ感度域外に発生するような送信パルスによって、同一走査線に対して２回以上行い、送信パルスの基本波成分に対する造影エコー成分を積極的に使って高ＣＴＲ化を図る方法が開示されている。前記２回以上の各送信パルスは振幅、位相もしくは極性の少なくとも一つにおいて異なった変調が施されており、線形組織エコー成分と和音の非線形組織エコー成分を抑圧することで高ＣＴＲ化を図っている。

米国特許６４９４８４１号 特表２００４−５０４９１１号報

上述した従来技術における高ＣＴＲ化手法は、主として画像化に用いる造影エコーの周波数成分によって、大きく２つに分けられる。一つは、図２及び図３を用いて説明したような、造影剤の第２高調波領域での応答を用いるものであり、他の一つは、特許文献１及び特許文献２に示されているような、造影剤の基本波領域での応答を用いるものである。

前者は、使用する造影エコー成分の領域に和音の非線形組織エコー成分が存在する。また、広帯域な送信パルスを用いれば、差音の非線形組織エコー成分もプローブ感度域に入ってくるようになる。このためＣＴＲで見ると、Ｃの成分に対してＴの成分が比較的大きくなってしまうという問題がある。

後者は、主として造影剤の基本波領域の応答を用いているが、特許文献１に開示の技術では、非線形組織エコー成分もプローブ感度域に含まれる。ＣＴＲで見ると、Ｃの成分を向上させて高ＣＴＲ化を図るものであるが、送信パルスの音圧が大きい場合には、Ｔの成分も比較的大きな割合で発生してしまうという問題がある。

また、特許文献２に開示の技術では、非線形組織エコー成分のうち、和音の非線形組織エコー成分はプローブ感度域外に発生させているものの、差音の非線形組織エコー成分はプローブ感度域内に発生してしまい、送信パルスの音圧が大きく、比較的広い帯域の送信パルスを用いると、差音の非線形組織エコー成分が無視できないレベルになり、ＣＴＲの低下を招くという問題がある。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、和音と差音の両方の非線形組織エコー成分をほぼ抑圧あるいはほぼ排除することにより、高ＣＴＲな超音波造影画像を描出する超音波診断装置を提供するものである。

すなわち、本発明の超音波診断装置は、送信パルスを被検体へ送波して、前記被検体に注入された超音波造影剤からの反射エコーを超音波プローブで受信し、画像化する超音波診断装置であって、前記被検体の音響非線形性によって、前記送信パルスが前記被検体を伝搬する過程で、前記送信パルスを構成する周波数成分の非線形相互作用によって発生する和音成分と差音成分の一方もしくは両方が、前記超音波プローブの感度域外に排除されるように前記送信パルスを送波する。ここにおいて、プローブの感度域とは、プローブが送受信できる超音波の周波数帯域のことである。

また、本発明の超音波診断装置は、送信パルスを被検体へ送波して、前記被検体に注入された超音波造影剤からの反射エコーを超音波プローブで受信し、画像化する超音波診断装置であって、前記被検体の音響非線形性によって、前記送信パルスが前記被検体を伝搬する過程で、前記送信パルスを構成する周波数成分の非線形相互作用によって発生する和音成分と差音成分の一方もしくは両方が、前記送信パルスの周波数帯域外に排除されるように前記送信パルスを送波し、前記超音波プローブで受信したエコーの、前記送信パルスの周波数帯域に相当する帯域成分を抽出する手段を備えている。

画像化に用いる造影エコーは、前記送信パルスの基本波成分の領域に対する応答を主とし、基本波成分に対する組織エコーを抑圧するために、パルス・インバージョン法のように、同一走査線に対しては２回の送受信を行う。２回の送受信に対しては、振幅変調や極性反転を施し、基本波成分に対する組織エコーを抑圧する送受信シーケンス処理を行う。

本発明の第１の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、中心周波数ｆ_ｐｃ、比帯域Ｂ_ｐの周波数感度域を有する超音波プローブから、第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、前記超音波プローブから第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２とから、前記走査線上における受信エコーＲを得る。このとき、第１の送信パルスＰ１は、前記中心周波数ｆ_ｐｃと略同一の中心周波数と、（２−Ｂ_ｐ）／２以下の比帯域を有したパルスに設定されており、第２の送信パルスＰ２は、第１の超音波パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にしたパルスに設定されている。さらに、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’とを減算して、受信エコーＲを得ることによって、組織エコー成分を抑圧した受信信号が取得できる。

本発明の第２の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、中心周波数ｆ_ｐｃ、比帯域Ｂ_ｐの周波数感度域を有する超音波プローブから、第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、前記超音波プローブから第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２とから、前記走査線上における受信エコーＲを得る。このとき、第１の送信パルスＰ１は、前記中心周波数ｆ_ｐｃと略同一の中心周波数と、（２−Ｂ_ｐ）／２以下の比帯域を有したパルスであり、第２の送信パルスＰ２は、第１の送信パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にし、且つ正負を反転したパルスに設定されている。さらに、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’とを加算して、受信エコーＲを得ることによって、組織エコー成分を抑圧した受信信号が取得できる。

本発明の第３の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、比帯域が２／３以上の周波数感度域を有する超音波プローブから、第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、前記超音波プローブから第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２とから、前記走査線上における受信エコーＲを得る。このとき、第１の送信パルスＰ１は、比帯域が２／３以下の周波数帯域を有したパルスであり、第２の送信パルスＰ２は、第１の超音波パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にしたパルスに設定されている。さらに、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’とを減算した受信エコーを、第１乃至は第２の送信パルスＰ１乃至はＰ２と略同一の周波数帯域を有する帯域制限フィルタに通過させて、受信エコーＲを得ることによって、組織エコー成分を抑圧した受信信号が取得できる。

本発明の第４の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、比帯域が２／３以上の周波数感度域を有する超音波プローブから、第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、前記超音波プローブから第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２とから、前記走査線上における受信エコーＲを得る。このとき、第１の送信パルスＰ１は、比帯域が２／３以下の周波数帯域を有したパルスであり、第２の送信パルスＰ２は、第１の超音波パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にし、且つ正負を反転したパルスに設定されている。さらに、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’とを加算した受信エコーを、第１乃至は第２の送信パルスＰ１乃至はＰ２と略同一の周波数帯域を有する帯域制限フィルタに通過させて、受信エコーＲを得ることによって、組織エコー成分を抑圧した受信信号が取得できる。

本発明の第５の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、第３及び第４の態様において、前記超音波プローブの周波数感度域の下限側周波数と、前記第１の送信パルスＰ１の周波数帯域の下限側周波数とを、略同一とすることができる。これにより、被検体の深部での造影エコーの感度が向上できる。

本発明の第６の態様によれば、以下のような超音波診断装置を提供する。すなわち、第３及び第４の態様において、前記超音波プローブの周波数感度域の上限側周波数と、前記第１の送信パルスＰ１の周波数帯域の上限側周波数とが、略同一とすることができる。これにより、高分解能な造影画像を得ることができる。

第１の超音波パルスＰ１の振幅と第２の超音波パルスＰ２の振幅の比率を表すｎは、ｍを整数として、２のｍ乗で表すことができる。これによって、計算コストを低減できる。

また、望ましくは、上記ｎを２（上記ｍを１）と設定する。これによって、組織エコーの抑圧と造影エコーの抽出とを効果的に行うことができる。

本発明の超音波診断装置においては、前記送信パルスＰ１の振幅、中心周波数及び比帯域、前記送信パルスＰ２の振幅、中心周波数及び比帯域、前記受信エコーＲ１の振幅及び位相、前記受信エコーＲ２の振幅及び位相、あるいは、前記ｎもしくは前記ｍのパラメータのうち、少なくとも一つのパラメータの補正乃至は調整を行う指示をユーザーから受け付ける受け付け手段を有する構成にすることも可能である。この場合、前記受け付け手段が受け付けたパラメータ増減量に応じて、該当するパラメータの増減を行う補正手段乃至は調整手段を備える。なお、前記超音波プローブは、複数のチャンネルからなるアレイ構造を有しており、前記補正手段乃至は調整手段は、前記チャンネル毎に設けられて構成することもできる。

また、下記の構成でもできる。波形発生手段と、増幅手段と、を備え、送信信号を発生する送信部と、前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信する超音波プローブと、前記受信した反射エコーの信号処理をする受信部と、を備えた超音波診断装置において、前記超音波プローブは、比帯域が２／３以上の周波数感度域を有し、比帯域が２／３以下の周波数帯域を有したパルスである第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に、第１の超音波パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にしたパルスである第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２と、を受信し、前記受信部は、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’と、を減算した受信エコーを、第１乃至は第２の送信パルスＰ１乃至はＰ２と略同一の周波数帯域を有する帯域制限フィルタに通過させることによって、受信エコーＲを得る信号処理手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。

波形発生手段と、増幅手段と、を備え、送信信号を発生する送信部と、前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信する超音波プローブと、前記受信した反射エコーの信号処理をする受信部と、を備えた超音波診断装置において、前記超音波プローブは、比帯域が２／３以上の周波数感度域を有し、比帯域が２／３以下の周波数帯域を有したパルスである第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に、第１の超音波パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にし、かつ正負を反転したパルスである第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２と、を受信し、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍した受信エコーＲ２’と、を加算した受信エコーを、第１乃至は第２の送信パルスＰ１乃至はＰ２と略同一の周波数帯域を有する帯域制限フィルタに通過させることによって、受信エコーＲを得る信号処理手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。

以上本発明によれば、和音成分又は差音成分を超音波プローブから受信しないように送波信号を発生させるので、超音波造影画像でノイズ成分となる基本波成分に対する組織エコー成分と、和音と差音の両方の非線形組織エコー成分とをほぼ除去した受信信号で画像化が可能なため、高いＣＴＲが実現され、高画質な超音波造影画像が取得できる。

本発明の超音波診断装置の一実施例を示した装置構成ブロック図である。 従来技術の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 別の従来技術の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 本発明による第１及び第２の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 本発明による第１の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信シーケンスを示した信号処理フロー図である。 本発明による第２の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信シーケンスを示した信号処理フロー図である。 本発明による第３及び第４の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 本発明による第５の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 本発明による第６の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。 本発明による超音波診断装置の超音波送信時のアレイ口径振幅重みを示した概要図である。 本発明による超音波診断装置の超音波送信時の別のアレイ口径振幅重みを示した概要図である。 本発明による超音波診断装置の一実施例を示したオペレーション概念図である。 シミュレーションによる造影エコー成分を示した周波数特性図である。 シミュレーションによる非線形組織エコー成分を示した周波数特性図である。 シミュレーション結果をまとめたＣＴＲ比較表である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を用いて詳細に説明する。

本実施の形態は、送信パルスを被検体へ送波して、前記被検体に注入された超音波造影剤からの反射エコーを超音波プローブで受信し、画像化する超音波診断装置であり、前記送信パルスの基本波成分に対する線形の組織エコー成分と、前記被検体の音響非線形性によって、前記送信パルスが前記被検体を伝搬する過程で、前記送信パルスを構成する周波数成分の非線形相互作用によって発生する和音成分と差音成分、すなわち、非線形組織エコー成分とを、効果的に排除するための構造を備えるものである。これにより、超音波造影画像の画質を表す重要な指標の、超音波造影剤からのエコーと生体組織からのエコーとの強度比（Ｃｏｎｔｒａｓｔ−ｔｏ−Ｔｉｓｓｕｅ Ｒａｔｉｏ、あるいはＣＴＲという）を大幅に改善することができる。

まず、図１を用いて、本実施の形態の超音波診断装置を説明する。

超音波診断装置１は、プローブ２０と、装置本体１００と、外部インターフェイス２と、画像表示部３とを具備している。

プローブ２０は、送信時には装置本体１００からの送信信号を送信音響信号に変換し、被検体３０へ超音波を送信した後、被検体３０からの反射エコー信号を受信電気信号に変換して、装置本体１００へ伝送する。被検体３０の内部の血管３１には、予め超音波造影剤３２が静注されている。プローブ２０は、通常、１次元や２次元のアレイ構造をなしており、送信ビーム及び受信ビームをフォーカスしたり、偏向したりすることができる構造となっている。

装置本体１００は、プローブ２０から送信する送信波形を発生する波形発生手段１１２と、波形発生手段１１２からの送信波形を増幅する送信アンプ１１１と、プローブ２０からの受信信号を増幅する受信アンプ１１４と、送信時において送信アンプ１１１とプローブ２０とを電気的に連結し、受信時において受信アンプ１１４とプローブ２０とを電気的に連結する送受分離（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１３と、受信アンプ１１４で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１５と、前記受信信号に所定の遅延を与え、受信ビームを形成する受信遅延回路部１１６と、前記受信ビームに、下記詳細に記す信号処理を施すための信号処理部１１７と、信号処理部１１７の出力から画像データを構築する画像処理部１１８と、以上の本体構成要素１１０に対して、送受信タイミング、送信波形、受信アンプゲイン、遅延量、信号処理などを制御する制御部１２０とを具備している。

画像処理部１１８からの出力は、画像表示部３で２次元断層像や３次元画像などの映像として表示される。操作者は、外部インターフェイス２から、装置本体１００の上記構成要素に対する制御や、画像表示部３の制御を制御部１２０を介して行えるように構成されている。なお、外部インターフェイス２が付加されていない場合においても、予め定められた制御条件で撮像を行うこともできる。

次に、本発明の超音波診断装置におけるパルスの送受信の動作及び信号処理部１１７における処理シーケンスを図５及び図６を用いて説明する。

本発明の超音波診断装置では、図５あるいは図６に示すように、少なくとも２レートの送受信で一つの受信データを得る。図５は本発明による第１の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信シーケンスを示しており、図６は本発明による第２の態様の超音波診断装置の超音波造影時における送受信シーケンスを示している。なお、本発明の特徴となる送信パルスの周波数帯域については、後で詳しく説明する。

まず、波形発生手段１１２において、制御部１２０によって所定の送信パルス波形を形成し、送信アンプ１１１、送受分離スイッチ１１３を介して、プローブ２０から被検体３０へ第１の送信パルスＰ１が照射される。第１の送信パルスＰ１は被検体３０内において、組織の音響非線形効果によって波形歪みを生じながら、音響インピーダンスの異なる部分において反射、透過を繰り返して伝搬する。また、血管３１内部に存在する超音波造影剤３２の存在によって、第１の送信パルスＰ１は超音波造影剤３２による反射や散乱を生じる。さらに、超音波造影剤３２には第１の送信パルスＰ１によって非線形振動が励起される。

第１の送信パルスＰ１がプローブ２０から照射されると、制御部１２０からの指示により送受分離スイッチ１１３は、受信アンプ１１４とプローブ２０を電気的に接続する。被検体３０からの反射エコーは、プローブ２０に近い場所から順に第１の受信エコーＲ１として連続的にプローブ２０に到来し、撮像領域の最深部からの第１の受信エコーＲ１が返ってくるとみなされる時間経過後に１レート目の送受信を完了する。第１の受信エコーＲ１は、送受分離スイッチ１１３、受信アンプ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、受信遅延回路１１６を経て、信号処理部１１７に伝送され、信号処理部１１７内に設けられた図示しない一時メモリなどに、一時的に記憶される。

１レート目の送受信が完了した後、送受分離スイッチ１１３によって再び送信アンプ１１１とプローブ２０とが電気的に連結される。次に、波形発生手段１１２において別の送信パルス波形を形成し、送信アンプ１１１、送受分離スイッチ１１３を介してプローブ２０に伝送され、プローブ２０から被検体３０へ第２の送信パルスＰ２が照射される。

本発明による第１の態様の超音波診断装置においては、図５に示すように、第２の送信パルスＰ２は、第１の送信パルスＰ１の波形の振幅を１／ｎ（但し、ｎ＞０）の大きさにした波形となっている。また、本発明による第１の態様の超音波診断装置においては、図６に示すように、第２の送信パルスＰ２は、第１の送信パルスＰ１の波形の正負を略反転し、且つ、第１の送信パルスＰ１の波形の振幅を１／ｎ（但し、ｎ＞０）の大きさにした波形となっている。なお、波形発生手段１１２は、例えば、送信アンプ１１１で生じる電気的歪みや、プローブ２０の周波数特性に依存した位相回転の影響を除去し、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の少なくとも一方の波形を調整する手段を具備していることが望ましい。

第２の送信パルスＰ２は被検体３０内において、組織の音響非線形効果によって波形歪みを生じながら、音響インピーダンスの異なる部分において反射、透過を繰り返して伝搬する。また、血管３１内部に存在する超音波造影剤３２の存在によって、第２の送信パルスＰ２は超音波造影剤３２による反射や散乱を生じる。さらに、超音波造影剤３２には第２の送信パルスＰ２によって非線形振動が励起される。

第２の送信パルスＰ２がプローブ２０から照射されると、制御部１２０からの指示により送受分離スイッチ１１３は、受信アンプ１１４とプローブ２０を電気的に接続する。被検体３０からの反射エコーは、プローブ２０に近い場所から順に第２の受信エコーＲ２として連続的にプローブ２０に到来し、撮像領域の最深部からの第２の受信エコーＲ２が返ってくるとみなされる時間経過後に２レート目の送受信を完了する。第２の受信エコーＲ２は、送受分離スイッチ１１３、受信アンプ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、受信遅延回路１１６を経て、信号処理部１１７に伝送され、信号処理部１１７内に設けられた図示しない一時メモリなどに、一時的に記憶される。

信号処理部１１７では、上記一時メモリに記憶された第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２を用いて、以下のような信号処理が行われる。すなわち、本発明による第１の態様の超音波診断装置においては、図５に示すように、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍して得られる第２の受信エコーＲ２’との減算によって受信エコーＲを得る。また、本発明による第２の態様の超音波診断装置においては、図６に示すように、第１の受信エコーＲ１と、第２の受信エコーＲ２をｎ倍して得られる第２の受信エコーＲ２’との加算によって受信エコーＲを得る。

上述の第１の受信エコーＲ１は、第１の送信パルスＰ１に対する被検体３０からの反射エコーであり、この反射エコー成分は、被検体３０を構成する生体組織や血管からの第１の送信パルスＰ１に対する線形の組織エコー成分と、第１の送信パルスＰ１が被検体３０を伝搬する過程で生じる非線形の組織エコー成分と、第１の送信パルスＰ１によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第１の送信パルスＰ１が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分とから成る。また、上述の第２の受信エコーＲ２は、第２の送信パルスＰ２に対する被検体３０からの反射エコーであり、この反射エコー成分は、被検体３０を構成する生体組織や血管からの第２の送信パルスＰ２に対する線形の組織エコー成分と、第２の送信パルスＰ２が被検体３０を伝搬する過程で生じる非線形の組織エコー成分と、第２の送信パルスＰ２によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第２の送信パルスＰ２が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分とから成る。このうち線形の組織エコー成分については、波形の反転や波形振幅のｎ倍化などに対して線形的な振る舞いを示す。したがって、図５あるいは図６に示した処理シーケンスによって、受信エコーＲでは線形の組織エコー成分は取り除かれる。

なお、上記ｎを２のｍ乗（ｍは整数）とすると、ｎ倍化のデジタル処理はビットシフトで可能となり、演算コストの低減や処理速度の向上が可能である。また、第２の受信エコーＲ２のｎ倍化は、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’との減算あるいは加算によって線形の組織エコー成分が取り除かれることが目的であり、第２の受信エコーＲ２のｎ倍化がＡ／Ｄ変換器１１５を通過した後に行われることから、量子化誤差も含めて線形の組織エコー成分が最大に取り除かれるように、第２の受信エコーＲ２のｎ倍化のｎを最適に調整してもよい。

次に、本発明の特徴となる第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２の周波数帯域について、図４を用いて詳しく説明する。

本実施の形態では、１レート目の第１の送信パルスＰ１及び２レート目の第２の送信パルスＰ２の基本波成分として、それぞれ周波数成分２２０及び周波数成分２２１の周波数帯域を有している。プローブ２０で受信する直前の第１の送信パルスＰ１に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３２０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２２０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４２０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２２０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５２０と、第１の送信パルスＰ１によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第１の送信パルスＰ１が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６２０とから構成されている。また、プローブ２０で受信する直前の第２の送信パルスＰ２に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３２１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２２１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４２１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２２１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５２１と、第２の送信パルスＰ２によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第２の送信パルスＰ２が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６２１とから構成されている。

高ＣＴＲな超音波造影画像を得るためには、造影エコー成分６２０及び６２１を効率よく捕捉し、線形組織エコー成分２２０及び２２１や非線形組織エコー成分４２０、５２０、４２１、５２１を効率よく抑圧あるいは排除することが考えられるが、本発明の最も大きな特徴は、パルス・インバージョン法のような線形演算では除去できない非線形組織エコー成分４２０、５２０、４２１、５２１を、プローブ２０のプローブ感度域１０によって抑制することにある。すなわち、和音の非線形組織エコー成分４２０及び４２１をプローブ感度域１０の高周波数域側帯域外に、また、差音の所望の非線形組織エコー成分５２０及び５２１をプローブ感度域１０の低周波数域側帯域外に排除されるように、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を送信する。

第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２の基本波成分に対する線形組織エコー３２０及び３２１は、波形の反転や波形振幅のｎ倍化などに対して線形的な振る舞いを示すので、上述したように、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２の線形演算によって取り除くことができる。これに対し、和音の非線形組織エコー成分４２０、４２１や差音の非線形組織エコー成分５２０、５２１は、ｎ倍化や減算、加算処理などによって取り除くことができず、仮にプローブ２０のプローブ感度域１０による帯域制限がなければ、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２のｎ倍との減算あるいは加算によっても、和音の非線形組織エコー成分４２２及び差音の非線形組織エコー成分５２２として残ることになる。しかし、本発明では、和音、差音のいずれの非線形組織エコー成分もプローブ感度域１０の周波数帯域外に排除されるように、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を形成しているため、これらの非線形組織エコー成分はプローブ２０で受信することによって除去される。

上述のようなプローブ感度域１０での帯域制限に加え、さらに非線形組織エコー成分の抑制を行うには、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２とで、振幅や位相の関係がより等しくなるように設定すればよい。非線形組織エコーは、被検体３０内組織中の非線形音響伝搬に伴う波形歪みとして現れ、差音も和音も基本波送信パルスの位相関係に基づいて生じる。例えば、和音で表される第２高調波成分は、基本波送信パルスと同位相で発生し、伝搬と共に波形歪みが蓄積されていく。波形歪みの歪み量は、特に音圧の大きさに依存し、音圧が大きいほど非線形成分へのエネルギー変換が顕著に起こり、波形歪み量が大きくなる。したがって、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２とで、位相が等しく、両者の振幅比率ｎが１に近いほど、発生する非線形組織エコーの位相や大きさも等しくなる。この場合、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’との減算によって、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の位相は等しいので、受信後の処理シーケンスは図５で示すような減算処理を行うことになる。このような送受信シーケンスによって、プローブ感度域１０に加え、受信後の減算処理によっても非線形組織エコーが抑圧され、ＣＴＲを大きくすることができる。

さらに、上述したように、演算コストの低減や処理速度の向上のため、ｎは２のｍ乗（ｍは整数）にすることができる。これを考慮すると、最も１に近いｎとして、ｎ＝２とすることが望ましい。すなわち、第１の送信パルスＰ１の振幅をＰ_０とすれば、第２の送信パルスＰ２の振幅はＰ_０／２とすればよい。一般に超音波診断装置に用いられるプローブ２０は、圧電素子などの電気音響変換素子が複数チャンネル並んだアレイ構造をなしており、送信及び受信の際には所望の走査線方向に超音波ビームをフォーカスして送受信信号のＳ／Ｎを向上させている。このような場合、上述の第１の送信パルスＰ１の振幅をＰ_０、第２の送信パルスＰ２の振幅をＰ_０／２という条件は、送信フォーカスされた第１の送信パルスＰ１による超音波ビームと、第２の送信パルスＰ２による超音波ビームとの音圧の振幅比率が２になっていればよい。このようなアレイ構造をなしたプローブ２０から、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２を作る方法を、図１０及び図１１を用いて説明する。

図１０は、本発明による超音波診断装置の超音波送信時のアレイ口径振幅重みを示した概要図である。プローブ２０は、圧電素子などの電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚが、図１０に示すように例えば一次元状に配列されている。波形発生手段１１２は、電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚの個々のチャンネルに対して選択的に印加電圧や遅延時間が変えられる機能を有しており、送信アンプ１１１と送受分離スイッチ１１３を介して各チャンネルに印加電圧が与えられる。図１０に示すように、まず、１レート目では、送信ビームフォーカスに使用する電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚから、音圧振幅Ｐ_０の第１の送信パルスＰ１が送信される。次に、２レート目では、送信ビームフォーカスに使用する電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚから、音圧振幅Ｐ_０／２の第２の送信パルスＰ２が送信される。このような送信シーケンスにより、第１の送信パルスＰ１による超音波ビームと、第２の送信パルスＰ２による超音波ビームとの音圧の振幅比率を２にすることができる。さらに、電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚの送信感度ばらつきやパルス形状（送信パルスの中心周波数や比帯域など）を補正したり調整したりする手段が波形発生手段１１２に具備されていてもよく、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’との減算処理を行った結果、線形の組織エコーが最も抑圧されるように補正あるいは調整することも可能である。このような感度、中心周波数、比帯域の補正あるいは調整は、第１の受信エコーＲ１や第２の受信エコーＲ２のレベルで行ってもよく、例えば、受信ビームを形成する受信遅延回路部１１６に補正あるいは調整機能を備えておけばよい。

図１１は、本発明による超音波診断装置の超音波送信時の別のアレイ口径振幅重みを示した概要図である。図１１においては、第１の送信パルスＰ１による超音波ビームと、第２の送信パルスＰ２による超音波ビームとの音圧の振幅比率を２にするために、１レート目と２レート目で送信面積を変化させている。すなわち、１レート目の第１の送信パルスＰ１は、全ての電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚから音圧振幅Ｐ_０で送信されており、２レート目の第２の送信パルスＰ２は、１チャンネル毎に音圧振幅がＰ_０、０と繰り返されるように送信される。このような送信シーケンスによって、第２の送信パルスＰ２による超音波ビームは、送信面積が１レート目に対して半分になるため、超音波ビームのレベルで送信音圧の振幅比率を２にすることができる。この場合も、波形発生手段１１２は、電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚの個々のチャンネルに対して選択的に印加電圧や遅延時間が変えられる機能を有しており、送信アンプ１１１と送受分離スイッチ１１３を介して各チャンネルに印加電圧が与えられる構成としておけばよい。このような送信シーケンスによって、１レート目と２レート目で音波を送信すべき電気音響変換素子には同じ条件の電圧が印加されるので、前記音響変換素子２１ａ〜２１ｚや送信アンプ１１１の、電圧依存の波形歪みの影響などを除去することが可能となる。さらに、電気音響変換素子２１ａ〜２１ｚの送受信感度ばらつきを補正する手段が波形発生手段１１２に具備されていてもよく、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’との減算処理を行った結果、線形の組織エコーが最も抑圧されるように、前記送受信感度ばらつき補正を行うことも可能である。このような感度、中心周波数、比帯域の補正あるいは調整は、第１の受信エコーＲ１や第２の受信エコーＲ２のレベルで行ってもよく、例えば、受信ビームを形成する受信遅延回路部１１６に補正あるいは調整機能を備えておけばよい。

一方、超音波造影剤３２は、内部が空洞のマイクロカプセルのような構造を有しており、周囲からの超音波励振に対して非線形の応答（膨張と収縮）を示す。この非線形性は、周囲の超音波の音圧や位相に対する非線形性であり、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２に対するそれぞれの造影エコー成分６２０及び６２１は、基本的に振幅や位相の関係が異なっている。さらに、例え第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２とがまったく同じ送信パルスであったとしても、１レート目と２レート目では送受信のタイミングが時間的にずれているため、超音波造影剤３２の集合体の形が、第１の送信パルスＰ１の送受信時と第２の送信パルスＰ２の送受信時で異なっている。したがって、超音波造影剤３２の集合体からの反射波や散乱波による造影エコー成分も、１レート目と２レート目で異なっている。これらのことから、造影エコー成分６２０と造影エコー成分６２１のｎ倍とを減算あるいは加算したとしても、造影エコー成分６２２が信号として残る。このため、プローブ感度域１０による帯域制限を受けたとしても、特に送信パルスの基本波成分に対する応答が主たる造影エコー成分として捕捉できる。

以上述べたように、本発明の超音波診断装置では、造影エコー成分６２２からプローブ感度域１０を通して造影信号が得られ、基本波に対する線形組織エコー成分を、１レート目で得られる線形組織エコー成分３２０と２レート目で得られる線形組織エコー成分３２１との線形演算処理によって抑圧し、差音や和音の非線形組織エコー成分を主としてプローブ感度域１０による帯域制限によって除去するため、高いＣＴＲの超音波造影画像が取得できる。

次に、和音の非線形組織エコー成分４２０、４２１と、差音の非線形組織エコー成分５２０、５２１を、プローブ感度域１０の周波数帯域外に発生させるための送信パルス条件について詳細に説明する。

まず、プローブ感度域１０の周波数帯域を（ｆ_ｐ１〜ｆ_ｐ２）とし、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域を（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）とする。ここで、周波数帯域とは、通常−６ｄＢ帯域幅などで定義されるが、本発明においては、最終的な超音波造影画像に対して影響を与えうる感度や強度の周波数帯域幅であり、−６ｄＢ帯域幅に限定されるものではない。

周波数帯域が（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）の第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２が非線形音響伝搬することによって生じる送信和音成分の周波数帯域は、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を形成する、あらゆる周波数成分の和音で決定され、（２ｆ_ｔ１〜２ｆ_ｔ２）となる。また、周波数帯域が（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）の第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２が非線形音響伝搬することによって生じる送信差音成分の周波数帯域は、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を形成する、あらゆる周波数成分の差音で決定され、（ＤＣ〜ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）となる。第１の送信パルスＰ１に対する和音及び差音の非線形組織エコー成分４２０、５２０、または第２の送信パルスＰ２に対する和音及び差音の非線形組織エコー成分４２１、５２１は、上述の送信和音成分及び送信差音成分に対する反射エコー成分であるので、和音の非線形組織エコー成分４２０及び４２１の周波数帯域は（２ｆ_ｔ１〜２ｆ_ｔ２）、差音の非線形組織エコー成分５２０及び５２１の周波数帯域は（ＤＣ〜ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）となる。したがって、和音の非線形組織エコー成分４２０及び４２１と、差音の非線形組織エコー成分５２０及び５２１を、プローブ感度域１０の周波数帯域外に発生させるための条件は、次のようになる。
ｆ_ｐ１≧ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１ｆ_ｐ２≦２ｆ_ｔ１
したがって、高分解能な画像を取得するための条件として、最大の周波数帯域を有する第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を得るためには、周波数帯域が（ｆ_ｐ２／２〜ｆ_ｐ１＋ｆ_ｐ２／２）となるような第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２とすればよい。

ここで、プローブ感度域１０の周波数帯域条件（ｆ_ｐ１〜ｆ_ｐ２）を、中心周波数と比帯域で表すこととし、中心周波数ｆ_ｐｃ、比帯域Ｂ_ｐで表すと、
ｆ_ｐ１＝（（２−Ｂ_ｐ）／２）ｆ_ｐｃ
ｆ_ｐ２＝（（２＋Ｂ_ｐ）／２）ｆ_ｐｃ
の関係式が成り立つ。これらの関係式を用いて、上述の第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域条件（ｆ_ｐ２／２〜ｆ_ｐ１＋ｆ_ｐ２／２）を書き直すと、
（ｆ_ｐ２／２〜ｆ_ｐ１＋ｆ_ｐ２／２）→（（２＋Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４〜（６−Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４）
となる。さらに、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域条件（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）を、中心周波数ｆ_ｔｃ（＝（ｆ_ｔ１＋ｆ_ｔ２）／２）と比帯域Ｂ_ｔ（＝（ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）／ｆ_ｔｃ）で書き直すと、まず、中心周波数ｆ_ｔｃに関して、以下のような関係式が得られる。
ｆ_ｔｃ ＝（ｆ_ｔ１＋ｆ_ｔ２）／２
＝（（２＋Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４＋（６−Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４）／２
＝ｆ_ｐｃ
すなわち、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の中心周波数ｆ_ｔｃは、プローブ感度域１０の中心周波数ｆ_ｐｃと等しくすればよい。次に、比帯域Ｂ_ｔに関して、以下のような関係式が得られる。
Ｂ_ｔ ＝（ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）／ｆ_ｔｃ
＝（（６−Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４−（２＋Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４）／ｆ_ｐｃ
＝（２−Ｂ_ｐ）／２
上式から、例えばプローブ２０の比帯域Ｂ_ｐが８０％である場合には、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の比帯域を６０％にすればよく、プローブ２０の比帯域Ｂ_ｐが１００％である場合には、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の比帯域を５０％にすればよい。通常、比帯域Ｂ_ｐと比帯域Ｂ_ｔは、Ｂ_ｐ≧Ｂ_ｔの関係にあるため、上式との関係からＢ_ｐ≧２／３となり、プローブ感度域１０は６７％以上の比帯域を有することが望ましい。上述のような送信パルスＰとしては、例えば、次のような１００％振幅変調波が考えられる。
Ｐ＝Ｐ’（１＋ｃｏｓ（２πｆ_ｓｔ））ｓｉｎ（２πｆ_ｐｃｔ）
上式において、Ｐ’は送信パルスＰの振幅、ｆ_ｓは送信パルスＰの変調周波数であり、ｆ_ｓ＝（２−Ｂ_ｐ）ｆ_ｐｃ／４と表される。

使用するプローブ２０が決まれば、プローブ２０のプローブ感度域１０が決まり、中心周波数ｆ_ｐｃと比帯域Ｂ_ｐが定まるため、本発明の超音波診断装置における第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の条件が定まる。波形発生手段１１２では、送信アンプ１１１と、送受分離スイッチ１１３を介して、プローブ２０から送信されるパルスが、中心周波数ｆ_ｐｃ且つ比帯域（２−Ｂ_ｐ）／２の送信パルスとなるように波形整形が行われる。このようにして送信された第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２によって、和音の非線形組織エコー成分４２０、４２１と、差音の非線形組織エコー成分５２０、５２１を、プローブ感度域１０の周波数帯域外に発生させることが可能となる。

図５に示したように、本発明の第１の態様の超音波診断装置においては、第１の送信パルスＰ１の振幅Ｐ１’と、第２の送信パルスＰ２の振幅Ｐ２’との比率がｎ（＝Ｐ１’／Ｐ２’＞０）となっており、各送信パルスがプローブ２０から送信されるような波形整形が波形発生手段１１２で行われて、１レート目に第１の送信パルスＰ１に対する第１の受信エコーＲ１を、２レート目に第２の送信パルスＰ２に対する第２の受信エコーＲ２を受信する。第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２は、信号処理部１１７内に設けられた図示しない一時メモリに記憶されており、１レート目と２レート目の送受信完了後、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２をｎ倍した第２の受信エコーＲ２’との減算処理が行われ、受信エコーＲを得る。

また、図６に示したように、本発明の第２の態様の超音波診断装置においては、第１の送信パルスＰ１の振幅Ｐ１’と、第２の送信パルスＰ２の振幅Ｐ２’との比率がｎ（＝Ｐ１’／Ｐ２’＞０）となっており、さらに第２の送信パルスＰ２は第１の送信パルスＰ１を反転した波形となっている。各送信パルスがプローブ２０から送信されるような波形整形が波形発生手段１１２で行われて、１レート目に第１の送信パルスＰ１に対する第１の受信エコーＲ１を、２レート目に第２の送信パルスＰ２に対する第２の受信エコーＲ２を受信する。第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２は、信号処理部１１７内に設けられた図示しない一時メモリに記憶されており、１レート目と２レート目の送受信完了後、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２をｎ倍した第２の受信エコーＲ２’との加算処理が行われ、受信エコーＲを得る。

なお、上記の第１の態様及び第２の態様の超音波診断装置では、第２の受信エコーＲ２をｎ倍しているが、この演算操作は、第１の送信パルスＰ１に対する応答と第２の送信パルスＰ２に対する応答の強度比率を１：１にして、基本波に対する線形組織エコー成分を抑制することが目的であって、例えば第１の受信エコーＲ１を１／ｎ倍にするなど、強度比率を１：１にするような演算操作であればよく、上述の態様における例に限定されない。

本発明の第１の態様あるいは第２の態様の超音波診断装置において、上述のようにして得られた受信エコーＲは、さらに信号処理部１１７で検波処理などが施され、その出力は画像処理部１１８へ伝送される。画像処理部１１８は信号処理部１１７からの出力から画像データを構築し、画像処理部１１８からの出力は、画像表示部３で２次元断層像や３次元画像などの映像として表示される。

以上のようにして得られた映像は、組織エコー成分がほとんど抑圧されるため、超音波造影画像においては高ＣＴＲな画像となり、血管構造を鮮明に描出するなど、臨床的価値の高い超音波診断画像を提供することができる。
上述の実施の形態では、プローブ感度域１０によって、差音及び和音の非線形組織エコー成分を除去しているが、図７〜図９に示すように、送信パルスの周波数帯域に応じて、フィルタとの組み合わせによって除去することも可能である。すなわち、和音や差音の非線形組織エコーをプローブ感度域外ではなく、送信パルスの周波数帯域外に排除されるように発生させ、信号処理部１１７に設けられた、図示しない前記送信パルスの周波数帯域と同じ通過帯域のフィルタによって、受信エコーＲをフィルタリングすればよい。以下、和音や差音の非線形組織エコーを送信パルスの周波数帯域外に排除するように発生させるための送信パルス条件について説明する。

前述したように、周波数帯域が（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）の第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２が非線形音響伝搬することによって生じる和音成分の周波数帯域は、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を形成する、あらゆる周波数成分の和音で決定され、（２ｆ_ｔ１〜２ｆ_ｔ２）となる。また、周波数帯域が（ｆ_ｔ１〜ｆ_ｔ２）の第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２が非線形音響伝搬することによって生じる送信差音成分の周波数帯域は、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を形成する、あらゆる周波数成分の差音で決定され、（ＤＣ〜ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）となる。したがって、和音や差音の非線形組織エコーを送信パルスの周波数帯域外に発生させるための送信パルス条件は、次のようになる。
ｆ_ｔ１≧ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１ｆ_ｔ２≦２ｆ_ｔ１
これらの関係式から、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域は最大で（ｆ_ｔ１〜２ｆ_ｔ１）となり、（ｆ_ｔ１〜２ｆ_ｔ１）の周波数帯域がプローブ感度域１０の周波数帯域と重なる限り、中心周波数には制限を受けない。これを送信パルスの比帯域Ｂ_ｔで表せば、
Ｂ_ｔ＝（ｆ_ｔ２−ｆ_ｔ１）／ｆ_ｔｃ＝（２ｆ_ｔ１−ｆ_ｔ１）／（（ｆ_ｔ１＋２ｆ_ｔ１）／２）＝２／３
となり、すなわち、比帯域２／３（約６７％）の送信パルスを第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２とすればよい。以下、上述の和音や差音の非線形組織エコーを送信パルスの周波数帯域外に排除するように発生させる、本発明の別の３つの実施の形態における、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２の周波数帯域について、図７〜図９を用いて説明する。

（送信パルスの中心周波数とプローブ感度域の中心周波数がほぼ等しい場合）
図７は、本発明の第３及び第４の態様の超音波診断装置における、送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。本実施の形態では、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の中心周波数とプローブ感度域１０の中心周波数がほぼ等しくなっており、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の比帯域は２／３（約６７％）になっている。

１レート目の第１の送信パルスＰ１及び２レート目の第２の送信パルスＰ２の基本波成分として、それぞれ周波数成分２３０及び周波数成分２３１の周波数帯域を有している。プローブ感度域１０のプローブ２０で受信する直前の第１の送信パルスＰ１に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３３０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２３０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４３０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２３０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５３０と、第１の送信パルスＰ１によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第１の送信パルスＰ１が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６３０とから構成されている。また、プローブ２０で受信する直前の第２の送信パルスＰ２に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３３１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２３１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４３１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２３１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５３１と、第２の送信パルスＰ２によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第２の送信パルスＰ２が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６３１とから構成されている。

高ＣＴＲな超音波造影画像を得るためには、造影エコー成分６３０及び６３１を効率よく捕捉し、線形組織エコー成分２３０及び２３１や非線形組織エコー成分４３０、５３０、４３１、５３１を効率よく抑圧あるいは排除することが考えられるが、本実施の形態では、パルス・インバージョン法のような線形演算では除去できない非線形組織エコー成分４３０、５３０、４３１、５３１が、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２３０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２３１と重ならないように、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を送信し、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２３０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２３１と同じ周波数帯域４１を有するバンドパスフィルタによって受信信号をフィルタリングする。すなわち、和音の非線形組織エコー成分４３０及び４３１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２３０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２３１の高周波数域側帯域外に、また、差音の所望の非線形組織エコー成分５３０及び５３１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２３０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２３１の低周波数域側帯域外に発生するように、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を送信し、得られた受信エコーＲから、和音や差音の非線形組織エコー成分をフィルタリングによって除去する。

本発明の第３の態様の超音波診断装置では、第２の送信パルスＰ２は、振幅を第１の送信パルスＰ１の振幅の１／ｎ倍（ｎ＞０）にした送信パルスと等しく、図５に示すように、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’の減算処理によって受信エコーＲを得る。また、本発明の第４の態様の超音波診断装置では、第２の送信パルスＰ２は、第１の送信パルスＰ１を反転（位相を１８０度回転）させ、さらに、振幅を第１の送信パルスＰ１の振幅の１／ｎ倍（ｎ＞０）にした送信パルスと等しく、図６に示すように、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’の加算処理によって受信エコーＲを得る。

このようにして得られた受信エコーＲからは、いずれも線形組織エコー成分３３０及び３３１は線形演算によって取り除かれており、和音の非線形組織エコー成分４３２、差音の非線形組織エコー成分５３２、造影エコー成分６３２を、プローブ感度域１０でフィルタリングした成分で構成されているが、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２３０または２３１に相当する周波数帯域部分には、造影エコー成分６３２しか存在しない。これを信号通過帯域４１を有するバンドパスフィルタによってフィルタリングすることで、高ＣＴＲな受信信号が得られると共に、プローブ感度域１０内でも前記バンドパスフィルタによる帯域制限がかかっていることから、電気ノイズなどの抑制も同時に行われ、電気ノイズに対するＳＮ比も大きく、高ＣＴＲな超音波造影画像を得ることができる。

（送信パルスの下限周波数とプローブ感度域の下限周波数がほぼ等しい場合）
図８は、本発明の第５の態様の超音波診断装置における、送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。本実施の形態では、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の下限周波数とプローブ感度域１０の下限周波数がほぼ等しくなっており、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の比帯域は２／３（約６７％）になっている。

１レート目の第１の送信パルスＰ１及び２レート目の第２の送信パルスＰ２の基本波成分として、それぞれ周波数成分２４０及び周波数成分２４１の周波数帯域を有している。プローブ感度域１０のプローブ２０で受信する直前の第１の送信パルスＰ１に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３４０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２４０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４４０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２４０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５４０と、第１の送信パルスＰ１によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第１の送信パルスＰ１が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６４０とから構成されている。また、プローブ２０で受信する直前の第２の送信パルスＰ２に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３４１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２４１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４４１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２４１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５４１と、第２の送信パルスＰ２によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第２の送信パルスＰ２が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６４１とから構成されている。

高ＣＴＲな超音波造影画像を得るためには、造影エコー成分６４０及び６４１を効率よく捕捉し、線形組織エコー成分２４０及び２４１や非線形組織エコー成分４４０、５４０、４４１、５４１を効率よく抑圧あるいは排除することが考えられるが、本実施の形態では、パルス・インバージョン法のような線形演算では除去できない非線形組織エコー成分４４０、５４０、４４１、５４１が、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２４０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４１と重ならないように、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を送信し、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２４０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４１の上限側周波数がカットオフ周波数となっている、信号通過帯域４２を有するローパスフィルタによって受信信号をフィルタリングする。すなわち、和音の非線形組織エコー成分４４０及び４４１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２４０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４１の高周波数域側帯域外に、また、差音の所望の非線形組織エコー成分５４０及び５４１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２４０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４１の低周波数域側帯域外に発生するように、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を送信し、得られた受信エコーＲから、和音や差音の非線形組織エコー成分をフィルタリングとプローブ感度域１０による帯域制限によって除去する。なお、上記ローパスフィルタの代わりに、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２４０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４１と同じ信号通過帯域を有したバンドパスフィルタを用いてフィルタリングしてもよい。

本発明の第５の態様の超音波診断装置では、第２の送信パルスＰ２は、振幅を第１の送信パルスＰ１の振幅の１／ｎ倍（ｎ＞０）にした送信パルスと等しく、本発明の第３の態様、または第４の態様と同様に、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２が同位相の場合には、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’で減算処理を、また、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２が逆位相の場合には、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’で加算処理を行い、受信エコーＲを得る。

このようにして得られた受信エコーＲからは、いずれも線形組織エコー成分３４０及び３４１は線形演算によって取り除かれており、差音の非線形組織エコー成分５４２は、プローブ感度域１０の帯域制限によって取り除かれる。したがって、受信エコーＲは、和音の非線形組織エコー成分４４２、造影エコー成分６４２を、プローブ感度域１０でフィルタリングした成分で構成されているが、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２４０または２４１に相当する周波数帯域部分には、造影エコー成分６４２しか存在しない。これを信号通過帯域４２を有するローパスフィルタによってフィルタリングすることで、高ＣＴＲな受信信号が得られると共に、プローブ感度域１０内でも前記ローパスフィルタによる帯域制限がかかっていることから、電気ノイズなどの抑制も同時に行われ、電気ノイズに対するＳＮ比も大きく、高ＣＴＲな超音波造影画像を得ることができる。さらに、プローブ感度域１０の低周波数帯域側で造影エコー信号が得られることから、深部感度にも優れた超音波造影画像を得ることができる。

（送信パルスの上限周波数とプローブ感度域の上限周波数がほぼ等しい場合）
図９は、本発明の第６の態様の超音波診断装置における、送受信パルス帯域及び超音波プローブ感度域の関係を示した周波数スペクトル図である。本実施の形態では、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の上限周波数とプローブ感度域１０の上限周波数がほぼ等しくなっており、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の比帯域は２／３（約６７％）になっている。

１レート目の第１の送信パルスＰ１及び２レート目の第２の送信パルスＰ２の基本波成分として、それぞれ周波数成分２５０及び周波数成分２５１の周波数帯域を有している。プローブ感度域１０のプローブ２０で受信する直前の第１の送信パルスＰ１に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３５０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２５０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４５０と、第１の送信パルスＰ１を構成する周波数成分２５０の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５５０と、第１の送信パルスＰ１によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第１の送信パルスＰ１が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６５０とから構成されている。また、プローブ２０で受信する直前の第２の送信パルスＰ２に対する受信エコーの周波数成分は、基本波成分に対する線形組織エコー成分３５１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２５１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する和音の非線形組織エコー成分４５１と、第２の送信パルスＰ２を構成する周波数成分２５１の被検体３０内での非線形相互作用によって発生する差音の非線形組織エコー成分５５１と、第２の送信パルスＰ２によって励起される超音波造影剤３２の非線形振動や第２の送信パルスＰ２が超音波造影剤３２によって反射、散乱することによって生じる造影エコー成分６５１とから構成されている。

高ＣＴＲな超音波造影画像を得るためには、造影エコー成分６５０及び６５１を効率よく捕捉し、線形組織エコー成分２５０及び２５１や非線形組織エコー成分４５０、５５０、４５１、５５１を効率よく抑圧あるいは排除することが考えられるが、本実施の形態では、パルス・インバージョン法のような線形演算では除去できない非線形組織エコー成分４５０、５５０、４５１、５５１が、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２５０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５１と重ならないように、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２を送信し、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２５０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５１の下限側周波数がカットオフ周波数となっている、信号通過帯域４３を有するハイパスフィルタによって受信信号をフィルタリングする。すなわち、和音の非線形組織エコー成分４５０及び４５１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２５０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５１の高周波数域側帯域外に、また、差音の所望の非線形組織エコー成分５５０及び５５１を、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２５０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５１の低周波数域側帯域外に発生するように、第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を送信し、得られた受信エコーＲから、和音や差音の非線形組織エコー成分をフィルタリングとプローブ感度域１０による帯域制限によって除去する。なお、上記ハイパスフィルタの代わりに、第１の送信パルスＰ１の周波数帯域２５０、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５１と同じ信号通過帯域を有したバンドパスフィルタを用いてフィルタリングしてもよい。

本発明の第６の態様の超音波診断装置では、第２の送信パルスＰ２は、振幅を第１の送信パルスＰ１の振幅の１／ｎ倍（ｎ＞０）にした送信パルスと等しく、本発明の第３の態様、または第４の態様と同様に、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２が同位相の場合には、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’で減算処理を、また、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２が逆位相の場合には、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２’で加算処理を行い、受信エコーＲを得る。

このようにして得られた受信エコーＲからは、いずれも線形組織エコー成分３５０及び３５１は線形演算によって取り除かれており、和音の非線形組織エコー成分４５２は、プローブ感度域１０の帯域制限によって取り除かれる。したがって、受信エコーＲは、差音の非線形組織エコー成分５５２、造影エコー成分６５２を、プローブ感度域１０でフィルタリングした成分で構成されているが、第１の送信パルスＰ１、または第２の送信パルスＰ２の周波数帯域２５０または２５１に相当する周波数帯域部分には、造影エコー成分６５２しか存在しない。これを信号通過帯域４３を有するハイパスフィルタによってフィルタリングすることで、高ＣＴＲな受信信号が得られると共に、プローブ感度域１０内でも前記ハイパスフィルタによる帯域制限がかかっていることから、電気ノイズなどの抑制も同時に行われ、電気ノイズに対するＳＮ比も大きく、高ＣＴＲな超音波造影画像を得ることができる。さらに、プローブ感度域１０の高周波数帯域側で造影エコー信号が得られることから、空間分解能にも優れた超音波造影画像を得ることができる。

上述してきた本発明の超音波診断装置による高ＣＴＲの効果を確認するために、周囲流体の圧縮性を考慮したＫｅｌｌｅｒ−Ｍｉｋｓｉｓの方程式に基づく超音波造影剤の超音波パルス応答シミュレーションと、ＫＺＫの式（Ｋｈｏｋｈｌｏｖ−Ｚａｂｏｌｏｔｓｋａｙａ−Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ ｅｑｕａｔｉｏｎ）に基づく非線形音響伝搬シミュレーションを行い、前者によって造影エコーで示されるシグナル成分の評価を、後者によって組織エコーで示されるノイズ成分の評価をそれぞれ行い、図３に示した従来手法と図４に示した本発明による手法とのＣＴＲ比較を行った。その結果を以下説明する。

まず、プローブ感度域は、中心周波数３（ＭＨｚ）、比帯域１００％の周波数帯域を仮定し、ハニング窓でのフィルタを作成する要領で定義した。また、従来手法における送信パルス条件としては、中心周波数２（ＭＨｚ）、波数４波のハニング重み（比帯域５０％）、最大音圧振幅２１２（ｋＰａ）を仮定し、本発明による手法における送信パルス条件としては、中心周波数３（ＭＨｚ）、波数４波のハニング重み（比帯域５０％）、第１の送信パルスＰ１の最大音圧振幅５２０（ｋＰａ）、第２の送信パルスＰ２の最大音圧振幅（２６０ｋＰａ）、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の位相は等しいと仮定した。上述の条件は、生体の超音波に対する安全性の指標として用いられるメカニカル・インデックス（ＭＩ）の値が、従来手法と本発明による手法とで等しくなるように仮定されている。すなわち、ＭＩは送信パルスの中心周波数ｆ_ｃ（ＭＨｚ）と負圧の最大音圧振幅Ｐ_０（ＭＰａ）とから、ＭＩ＝Ｐ_０／√ｆ_ｃで定義され、上述の条件では、従来手法、本発明による手法ともに、ＭＩ＝０．３となる条件になっている。

超音波造影剤としては、ソナゾイドを仮定して、半径を１（μｍ）、シェル厚さを１０（ｎｍ）、シェルせん断弾性係数を５０（ＭＰａ）、シェル粘性係数を０．８（Ｐａ・ｓ）とし、造影剤内のガスについては、密度を１．６１（ｋｇ／ｍ^３）、熱伝導率を２６．２×１０^−３（Ｗ／ｍＫ）、熱容量を１００７（Ｊ／ｋｇＫ）、比熱比を１．４とした。周囲の流体は血液（密度１０２５（ｋｇ／ｍ^３）、粘性係数４×１０^−３（Ｐａ・ｓ）、音速１５７０（ｍ／ｓ））を仮定した。このような条件のもと、従来手法に対しては、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２のそれぞれに対して、超音波造影剤一つあたりの応答をシミュレーションによって求め、第１の送信パルスＰ１に対する応答波形と、第２の送信パルスＰ２に対する応答波形との加算処理を行った後、上述のプローブ感度域の条件でフィルタリングして造影エコー成分を得た。また、本発明による手法に対しては、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２のそれぞれに対して、超音波造影剤一つあたりの応答をシミュレーションによって求め、第１の送信パルスＰ１に対する応答波形と、第２の送信パルスＰ２に対する応答波形を２倍した波形との減算処理を行った後、上述のプローブ感度域の条件でフィルタリングして造影エコー成分を得た。

また、非線形音響伝搬シミュレーションでは、生体の物性に近い一様な音響媒質を仮定し、音速を１５４０（ｍ／ｓ）、密度を１０００（ｋｇ／ｍ^３）、非線形パラメータＢ／Ａを７、周波数依存の吸収係数を０．７（ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ）とした。本非線形音響伝搬シミュレーションでは、この音響媒質の２次元平面を仮定し、プローブの口径を１０（ｍｍ）、フォーカス距離を８０（ｍｍ）として、フォーカス点における音圧波形をシミュレーションによって求めた。なお、本発明による手法では、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２の口径振幅重みは、図１０に示したように、全口径を使って、第１の送信パルスＰ１の音圧に対し、第２の送信パルスＰ２の音圧が１／２となるようにした。このような条件のもと、従来手法に対しては、第１の送信パルスＰ１と第２の送信パルスＰ２のそれぞれに対して、非線形音響伝搬波形をシミュレーションによって求め、第１の送信パルスＰ１に対する波形と、第２の送信パルスＰ２に対する波形との加算処理を行った後、上述のプローブ感度域の条件でフィルタリングして非線形組織エコー成分を得た。また、本発明による手法に対しては、第１の送信パルスＰ１に対する波形と、第２の送信パルスＰ２に対する波形を２倍した波形との減算処理を行った後、上述のプローブ感度域の条件でフィルタリングして非線形組織エコー成分を得た。

以下、シミュレーションの結果について説明する。

まず、超音波造影剤に応答について、図１３を用いて説明する。図１３は、従来手法と本発明による手法に対する超音波造影剤の造影エコー成分を示した周波数特性図である。図１３には、プローブ感度域に相当する周波数帯域（最大感度で正規化）と、従来手法及び本発明による手法におけるそれぞれの第１の送信パルスＰ１に相当する周波数帯域（それぞれの最大強度で正規化）も併せて示してある。なお、超音波造影剤一つあたりの応答に対する音圧レベルは非常に小さいため、表示の都合上、超音波造影剤の応答に対する音圧レベルを１４０ｄＢ底上げして表示している。本結果から、本発明による手法に対する造影エコー成分は、従来手法のそれに対して音圧レベルは若干小さくなるものの、プローブ感度域全体に渡って発生しており、特に低周波数側への信号の拡がりが顕著で、非常に広帯域な信号になっていることが分かる。すなわち、本発明による手法によって、造影エコー成分は広帯域化され、超音波造影画像の空間分解能と深部感度を向上することができる。

次に、非線形音響伝搬シミュレーションによって得られた非線形組織エコー成分について、図１４を用いて説明する。図１４は、従来手法と本発明による手法に対する非線形組織エコー成分を示した周波数特性図である。図１４には、プローブ感度域に相当する周波数帯域（最大感度で正規化）と、従来手法及び本発明による手法におけるそれぞれの第１の送信パルスＰ１に相当する周波数帯域（それぞれの最大強度で正規化）も併せて示してある。本結果から、本発明による手法に対する非線形組織エコー成分は、従来手法のそれに対して音圧レベルが非常に小さく抑圧されていることがわかる。すなわち、従来手法では、送信パルスの第２高調波にあたる領域を画像化に使うため、必然的に第２高調波領域の非線形組織エコー成分が大きくなってしまうが、本発明による手法では、第２高調波（和音）にあたる領域はプローブ感度域の高周波側帯域外に発生するように、さらに、差音の発生領域はプローブ感度域の低周波数側帯域外に発生するように第１の送信パルスＰ１及び第２の送信パルスＰ２を整形しているため、全体として非線形組織エコー成分を除去することができ、高ＣＴＲな超音波造影画像を得ることができる。

従来手法に対する本発明による手法のＣＴＲへの効果を調べるために、上述のシミュレーション結果から、各手法に対する造影エコー成分の波形の包絡線最大振幅と、非線形組織エコー成分の波形の包絡線最大振幅を、従来手法と本発明による手法とでそれぞれ比較すると図１５のようになる。図１５に示したように、造影エコー成分について、従来手法と本発明による手法とを比較すると、それぞれの包絡線最大振幅は、従来手法では−１５７．３６ｄＢ、本発明による手法では−１６２．０６ｄＢとなり、超音波造影画像においてシグナルとなる造影エコー成分は、本発明による手法の方が４．７ｄＢ小さくなる。一方、非線形組織エコー成分について同様の比較を行うと、従来手法ではが−２５．６５ｄＢ、本発明による手法では−４６．３８ｄＢとなり、超音波造影画像においてノイズとなる非線形組織エコー成分は、本発明による手法の方が２０．７ｄＢ小さくなる。したがって、シグナル、ノイズの双方の相対的な比較からＣＴＲの比較を行うと、本発明による手法の方が
−４．７ｄＢ−（−２０．７ｄＢ）＝１６．０ｄＢ
のＣＴＲ改善が得られ、本発明による手法の高ＣＴＲ化の効果が確認された。

以上のような構成および制御のもと行なわれる超音波造影診断時のオペレーションの具体例について、図面を用いて説明する。

図１２は、本発明による超音波診断装置の一実施例を示したオペレーション概念図である。超音波診断装置１は装置本体１００と、ケーブル２２と、プローブ２０と、画像表示部３と、ユーザーが撮像条件を入力するための操作パネル１０１とから構成されている。超音波造影剤が静注される前に、被検体３０にプローブ２０を当てると、画像表示部３の表示画面７０１に撮影画像７０２が映し出される。この時、前記代表的な領域はマーカー７０３でその位置が表示され、ユーザーは操作パネル１０１によって操作して選択することができる。表示画面７０１には、撮像画像７０２のマーカー７０３で示された前記代表的な領域における輝度情報が数値表示部７０４に表示される。操作パネル１０１には第１の送信パルスＰ１や第２の送信パルスＰ２の中心周波数や比帯域を調整するための送信波形調整部１０３及び１０４を操作して、送信パルス波形を変更することができる。操作パネル１０１には、第１の受信エコーＲ１と第２の受信エコーＲ２の振幅比率ｎの調整部を設けてもよい。

ユーザーはまず、超音波造影剤が静注される前の被検体３０の撮影画像に対して、トラックボール１０２によってマーカー７０３を操作し、数値表示部７０４に組織エコーの輝度が表示されるようにする。十分に組織エコーが抑圧されていない場合には、送信波形調整部１０３及び１０４を操作し、数値表示部７０４に表示される輝度がより小さくなるように送信パルスを調整する。このようにして、超音波造影画像取得前に組織エコーを十分に抑圧あるいは排除できる、被検体３０に対する最適な送信パルス条件が設定できる。組織エコーが十分に抑制される条件が決定された後は、超音波造影剤を被検体３０に静注し、超音波造影画像を撮像する。さらに、超音波造影画像撮像時も、送信波形調整部１０３及び１０４を操作して、より最適な撮像条件を探索することも可能である。

以上のような、超音波診断装置のオペレーションによって、最適なＣＴＲの超音波造影画像を取得することができ、患者依存性が強い場合などにおいても設定条件を調整することによって、高画質な診断画像を得ることができる。

１ 超音波診断装置
２ 外部インターフェイス
３ 画像表示部
１０ プローブ感度域
２０ プローブ
２１ａ〜２１ｚ 電気音響変換素子
２２ ケーブル
３０ 被検体
３１ 血管
３２ 超音波造影剤
４１ バンドパスフィルタ信号通過帯域
４２ ローパスフィルタ信号通過帯域
４３ ハイパスフィルタ信号通過帯域
１００ 装置本体
１０１ 操作パネル
１０２ トラックボール
１０３、１０４ 送信波形調整部
１１０ 本体構成要素
１１１ 送信アンプ
１１２ 波形発生手段
１１３ 送受分離（Ｔ／Ｒ）スイッチ
１１４ 受信アンプ
１１５ Ａ／Ｄ変換器
１１６ 受信遅延回路部
１１７ 信号処理部
１１８ 画像処理部
１２０ 制御部
２００、２１０、２１１、２２０、２２１、２３０、２３１、２４０、２４１、２５０、２５１ 送信パルスの周波数成分
３００、３１０、３１１、３２０、３２１、３３０、３３１、 線形組織エコー成分
４００、４１０〜４１２、４２０〜４２２、４３０〜４３２、４４０〜４４２、４５０〜４５２ 和音の非線形組織エコー成分
５００、５１０〜５１２、５２０〜５２２、５３０〜５３２、５４０〜５４２、５５０〜５５２ 差音の非線形組織エコー成分
６００、６１０〜６１２、６２０〜６２２、６３０〜６３２、６４０〜６４２、６５０〜６５２ 造影エコー成分
７０１ 表示画面
７０２ 撮像画像
７０３ マーカー
７０４ 数値表示部

Claims (12)

1. 波形発生手段と、増幅手段とを具備し送信信号を発生する送信部と、
   前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信する超音波プローブと、
   前記受信した反射エコーの信号処理を行う受信部と、
   を備えた超音波診断装置において、
   前記送信部は、前記送信パルスを構成する周波数成分の音波の非線形相互作用によって前記被検体内で発生する和音成分または差音成分を、前記超音波プローブの周波数感度域外に排除するように前記送信信号を発生させることを特徴とする超音波診断装置。
2. 波形発生手段と、増幅手段とを具備し、送信信号を発生する送信部と、
   前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信する超音波プローブと、
   前記受信した反射エコーの信号処理を行う受信部と、
   を備えた超音波診断装置において、
   前記送信部は、前記送信パルスを構成する周波数成分の音波の非線形相互作用によって前記被検体内で発生する和音成分と差音成分とを、前記超音波プローブの周波数感度域外に排除するように前記送信信号を発生させることを特徴とする超音波診断装置。
3. 波形発生手段と、増幅手段とを具備し、送信信号を発生する送信部と、
   前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信する超音波プローブと、
   前記受信した反射エコーの信号処理を行う受信部と、
   を備えた超音波診断装置において、
   前記送信部は、前記送信パルスを構成する周波数成分の音波の非線形相互作用によって前記被検体内で発生する和音成分と差音成分とを、前記送信パルスの周波数帯域外に排除するように前記送信信号を発生させ、
   前記受信部は、前記超音波プローブで受信した反射エコーから、前記送信パルスの周波数帯域に相当する帯域成分を抽出する手段を備えていることを特徴とする超音波診断装置。
4. 波形発生手段と、増幅手段とを具備し、送信信号を発生する送信部と、
   前記送信部から発生した前記送信信号を音響信号に変換して被検体へ超音波の送信パルスを送信し、前記被検体からの反射エコーを受信し、中心周波数ｆ_ｐｃ、比帯域Ｂ_ｐの周波数感度域を有する超音波プローブと、
   前記受信した反射エコーの信号処理をする受信部と、
   を備えた超音波診断装置において、
   前記超音波プローブは、
   前記中心周波数ｆ_ｐｃと略同一の中心周波数と、（２−Ｂ_ｐ）／２以下の比帯域を有したパルスである第１の送信パルスＰ１を送信し、受信される第１の受信エコーＲ１と、
   前記超音波プローブから第１の送信パルスＰ１と同一走査線上に、第１の送信パルスＰ１の振幅を１／ｎ倍（ｎ＞０）にしたパルスである第２の送信パルスＰ２を送信し、受信される第２の受信エコーＲ２と、
   を受信し、
   前記受信部は、
   第１の受信エコーＲ１と、
   第２の受信エコーＲ２の振幅をｎ倍した受信エコーＲ２’と、
   を減算して、前記走査線上における受信エコーＲを得ることを特徴とする超音波診断装置。
5. 前記超音波プローブの周波数感度域とは、前記超音波プローブが送受信できる超音波の周波数帯域のことであることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブの周波数感度域とは、前記超音波プローブが送受信できる超音波の周波数帯域のことであることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
7. 前記送信パルスは、比帯域が２／３以下であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波プローブの周波数感度域とは、前記超音波プローブが送受信できる超音波の周波数帯域のことであることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
9. 前記ｎは、ｍを整数として、２のｍ乗で表されることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
10. 前記ｎは２（前記ｍは１）であることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
11. 前記第１の送信パルスＰ１の振幅をＰ_０であるとき、前記第２の送信パルスＰ２の振幅はＰ_０／２であることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
12. 前記第１の送信パルスＰ１および前記第２の送信パルスＰ２の条件は、前記超音波プローブの周波数感度域から求まる前記中心周波数ｆ_ｐｃと前記比帯域Ｂ_ｐに基づいて定めることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。

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