WO2007111013A1

WO2007111013A1 - 超音波画像装置

Info

Publication number: WO2007111013A1
Application number: PCT/JP2006/325815
Authority: WO
Inventors: Kunio Hashiba
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2007-10-04
Also published as: CN101360455A; EP3249423B1; CN102327129B; JP4931910B2; US20100168575A1; EP2000096A2; US8852108B2; EP2000096A9; US20120197126A1; EP3249423A1; CN102327129A; JPWO2007111013A1; EP2000096A4; CN101360455B; EP2000096B1; US8235899B2

Abstract

　非線形成分を効率よく抽出し、ペネトレーションを向上させることのできる超音波画像装置を提供する。　受信手段は、所定の受信帯域７４を有し、受信帯域７４の下限周波数は、第１周波数ｆ１である。送信手段が送信する超音波の周波数帯域は、第１周波数ｆ１以上、第１周波数ｆ１の３倍以下（ｆ１～３ｆ１）に設定されている。このような帯域の超音波を送信することにより、非線形成分のうち差音成分７２が第１周波数ｆ１以上の周波数を有するため、差音成分７２を受信手段で受信できる。また、和音成分７３の大部分についても、受信帯域７４内に生じさせることができ、和音成分７３の大部分を受信できる。

Description

明細書

超音波画像装置

技術分野

[0001] 本発明は、医療などで用いられる超音波画像装置に関し、特に生体内での音響非線形効果によって生じる非線形成分を用いて撮像する超音波画像装置に関する。背景技術

[0002] 生体内の断層像などを低侵襲で撮像できる超音波画像装置は、医療用として広く用いられている。生体内に超音波を照射したとき、生体組織の音響非線形性によつて波形歪みが生じ、照射された超音波の周波数成分に依存した非線形成分が生じる。この非線形成分を映像ィ匕信号として利用した撮像法は、一般にティシュー 'ハーモニック ·イメージング (THI)と呼ばれる。例えば、周波数 f まわりの基本波成分から

0

なるパルス波を照射したときに発生する、周波数 2f まわりの第 2高調波成分 (あるい

0

は和音成分)で映像化すると、基本波成分 f

0で映像ィ匕したときよりも分解能が向上し

、さらにグレーティング 'ローブなどによるアーチファクトも低減されて、高画質化が図れる。

[0003] THIによる撮像法では、発生する非線形成分による反射エコー強度力基本波成分のそれよりも非常に小さいため、基本波成分と非線形成分を分離する必要がある。従来では、図 17に示したように、反射エコーに含まれる周波数 f まわりの基本波成分

0

と、周波数 2f まわりに生じる第 2高調波成分とをフィルタで分離することによって、第

0

2高調波成分を抽出している。

[0004] 反射エコーに含まれる非線形成分を抽出する別の方法として、パルス'インパージヨン法 (PI法）が用いられている。図 18は、 PI法の概念を周波数空間で示したもので、基本波成分による第 1のノルスを送信して得られる第 1の反射エコーと、第 1のパルスの位相成分を 180度反転させた第 2のパルスを送信して得られる第 2の反射エコーとを加算することによって、非線形成分を抽出する方法である。非線形成分は基本波成分を 2乗した値を用いて表せるため、第 1および第 2の反射エコーに含まれる基本波成分は互いに打ち消しあうが、非線形成分は残ることになる。したがって、 PI法を使用することにより、フレームレートは 1Z2になるが、基本波成分の帯域と非線形成分の帯域とが重なる場合でも非線形成分を抽出することができる。

[0005] 上述したように、第 2高調波による THIでは、高分解能化やアーチファクト低減による高画質ィ匕が図れるが、第 2高調波は基本波よりも高周波であるため、周波数依存性による大きな減衰を受ける。このため、撮像領域の深部においてはぺネトレーションが低下し、一様な輝度の画像が得にくい。そこで特許文献 1 (段落 0018、図 6)では、非線形成分として発生する、基本波成分よりも低い周波数成分の DC差音成分（ゼロ周波数を中心とした若干の広がりのある帯域内の周波数成分)を抽出して映像化することを開示している。 DC差音成分の抽出は、フィルタリングや PI法によって行つている。その際、 DC差音成分の多くが超音波プローブ感度域内に含まれるように、特許文献 1 (段落 0022)には、基本波成分の周波数を超音波プローブ感度域の最も高、帯域に一致させ、 DC差音成分の中心周波数を若干高、帯域にシフトさせることが提案されている。

[0006] また、基本波成分として、図 19のように周波数スペクトル上で 2つのピーク f 、 f (f

a b a

<f )を持つ超音波を照射することにより、 DC差音成分の他に f f の差音成分も発 b b a

生させ、両成分を抽出する方法が上記特許文献 1 (段落 0024、図 8)に開示されている。これにより、より多くの差音成分がプローブ感度域に含まれるようになるため、効率的に差音成分を抽出することができる。

[0007] 一方、特許文献 2 (段落 0038、図 2)では、 f の周波数と位相とを制御することにより

b

、上述の f f の差音成分を 2f に重畳させ、 f f と 2f成分を映像ィヒのために用い

b a a b a a

ることを開示している。この手法によれば、高調波成分 2f と差音成分 f f とを相互

a b a

に制御することによって、従来 THIで使われている周波数帯域よりも広帯域な非線形成分が抽出できる。

特許文献 1：特開 2002— 301068号公報

特許文献 2：特開 2004 - 298620号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 上述した従来の非線形成分を利用する超音波画像装置は、和音成分および差音成分の、ずれか一方、あるいは発生しうる全非線形成分の一部だけを抽出して、る。すなわち、上記したように従来の差音を利用する超音波画像装置は、 DC差音成分のみを抽出するか、または、 2つの周波数 f と f にそれぞれピークを持つ基本波成分

a b

の超音波を照射して、 2f成分と f -f成分の両方、あるいは一方を抽出している。し

a b a

かし、差音成分や和音成分のうち、基本波成分から非線形成分へのエネルギー変換率が高いのは、 2f や f +f の周波数成分である。したがって、従来の差音を利用し

b a b

た超音波画像装置では、多くの非線形成分が映像ィ匕のための信号として使われてヽない。

[0009] また、非線形成分の強度を増カロさせるには、基本波成分の強度を増加させることが最も効果的であるが、生体に対しては、安全性の観点から照射できる超音波強度がメカ-カル ·インデックス（Ml)として規定されている。このため、 2つの周波数 f と f に

a b それぞれピークを持つ基本波成分をもつ超音波パルス波を照射する場合、その f成

a 分の強度は、 f

a単体の周波数成分をもつ超音波パルス波を照射するときの強度よりも低くせざるを得な!ヽ。非線形成分は基本波成分の 2乗値に比例した音圧振幅となるため、結果として fの高調波成分として発生する 2f成分の発生が低く抑えられてしま

a a

[0010] 以上のように、従来の超音波非線形イメージングにお!/、ては、基本波成分から派生する差音成分や和音成分で表される非線形成分のうち、一部のみを抽出して映像ィ匕に利用しているに過ぎない。ぺネトレーシヨン向上のためには、より多くの超音波エネルギ一が必要であるにもかかわらず、エネルギー利用効率が悪ヽと、う問題がある。

[0011] 本発明の目的は、非線形成分を効率よく抽出し、ベネトレーシヨンを向上させることのできる超音波画像装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 上述の課題を解決するために、本発明の第 1の態様によれば、以下のような超音波画像装置を提供する。すなわち、対象に向かって超音波を送信する送信手段と、対象から到来する超音波を受信する受信手段と、受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、受信手段は、第 1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有する。このとき、送信手段が送信する超音波の周波数帯域は、第 1周波数以上、第 1周波数の 3倍以下に設定されている。このような帯域の超音波を送信することにより、非線形成分のうち差音成分が第 1周波数以上の周波数を有するため、差音成分を受信手段で受信できる。

[0013] 上記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て余弦波であるものを用いることができる。これにより、非線形成分が同位相で発生するため、非線形成分の振幅が強め合い、高分解能な画像を得ることが可能になる。

[0014] 上記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て正弦波であるものを用いることができる。これにより、余弦波を用いた場合よりも、大きなパルスパワーをもつ超音波を送信できるため、ぺネトレーシヨンが向上する。

[0015] 送信手段の送信する超音波は、搬送波成分と、これを振幅について変調する変調波成分とを含み、搬送波成分は、余弦波であるものを用いることができる。また、搬送波成分は、正弦波であることものを用いることができる。

[0016] 送信手段が送信する超音波は、搬送波成分とこれを変調する変調波成分とを含み

、搬送波の周波数は、第 1周波数の 2倍、変調波の周波数は、第 1周波数に設定されているものを用いることができる。これにより、送信する超音波の周波数帯域を、第

1周波数以上、第 1周波数の 3倍以下に設定することができる。

[0017] また、変調波の周波数を、第 1周波数を中心に増減する指示をユーザから受け付ける受け付け手段を有する構成とすることもできる。この場合、送信手段は、受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、変調波の周波数を増減するように構成する。

[0018] また、受信手段の受信帯域の上限周波数は、第 2周波数 f である場合、搬送波の

2

周波数 f および変調波の周波数 f は、第 2周波数 f との関係において、 2f + 2f ≤f c s 2 c s 2 を満たすように設定することも可能である。これにより、非線形成分の最も高い周波数を、第 2周波数以下にすることができ、受信することが可能になる。

[0019] 上記送信手段は、超音波として、上記周波数帯域の第 1の超音波と、上記周波数帯域であって第 1の超音波の波形を反転させた第 2の超音波とを送信する構成にすることができる。信号処理部は、前記第 1の音超波に由来して前記対象から到来した超音波を受信手段が受信した第 1の受信信号と、第 2の超音波に由来して対象から到来した超音波を受信手段が受信した第 2の受信信号とを加算し、加算後の信号を用いて前記画像データを生成する、いわゆるパルス'インバージョン法を行うことができる。

[0020] また、本発明の第 2の態様によれば、以下のような超音波画像装置が提供される。

対象に向かって超音波を送信する送信手段と、対象からの超音波を受信する受信手段と、受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、受信手段は、第 1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有する。送信手段が送信する超音波は、搬送波とこれを変調する変調波とを含み、搬送波の周波数は、第 1周波数の 2倍以上、変調波の周波数は、第 1周波数以上に設定されている。このような帯域の超音波を送信することにより、非線形成分のうち差音成分が第 1周波数以上の周波数を有するため、差音成分を受信手段で受信できる。

[0021] 第 2の態様において、搬送波の周波数は、例えば第 1周波数の 2倍、変調波の周波数は、第 1周波数に設定することが可能である。

[0022] 第 2の態様にぉ、て、受信手段の受信帯域の上限周波数は、第 2周波数 f である

2 場合、搬送波の周波数 f および変調波の周波数 f は、前記第 2周波数 f との

c s 2 関係において、 2f + 2f ≤f を満たすものを用いることが可能である。これにより、非線形成 c s 2

分の最も高い周波数を、第 2周波数以下にすることができ、受信することが可能になる。

[0023] 第 2の態様において、送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て余弦波もしくは全て正弦波であるものを用いることができる。全て余弦波の場合には、非線形成分の振幅が強め合い、高分解能な画像を得ることが可能になる。全て正弦波の場合には、大きなパルスパワーをもつ超音波を送信できるため、ぺネトレーシヨンが向上する。

[0024] 第 2の態様において、変調波の周波数を、前記第 1周波数を中心に増減する指示をユーザ力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、送信手段は、前記受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、変調波の周波数を増減する周波数調整手段を備える。

[0025] 第 2の態様において、送信手段は、超音波として、第 1の超音波と、前記第 1の超音波の波形を反転させた第 2の超音波とを送信し、パルス'インバージョン法を行うことが可能である。

発明の効果

[0026] 以上本発明によれば、送信パルスの帯域内成分の非線形相互作用によって生じる様々な差音成分や和音成分がプローブ感度域に効率的に発生するため、エネルギ一利用効率の良い非線形イメージングが可能となる。その結果、非線形成分のうち、高周波数成分のレベルが比較的高い撮像領域の浅部や送信フォーカス点付近までは、広い帯域を使った高分解能な撮像が可能となり、高周波数成分が減衰してしまう撮像領域深部においても、低周波数成分による映像ィ匕によって十分なぺネトレーシヨンが得られ、撮像領域全体に渡って一様な画像を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

本実施の形態は、非線形成分を利用する超音波画像装置であり、プローブ感度域内に差音成分と和音成分とを同時に生じさせるための構造を備えるものである。これにより、非線形成分の多くをプローブで検出することが可能になるため、エネルギー利用効率を高め、ぺネトレーシヨンを向上させることができる。

[0028] まず、図 1を用いて、本実施の形態の超音波画像装置を説明する。ここでは、超音波画像装置の中で、特に、医療用に用いられる超音波診断装置 10について説明するが、本発明の超音波画像装置は、医療用の診断装置に限られるものではない。

[0029] 超音波診断装置 10は、プローブ 11と、装置本体 20と、外部インターフェイス 12と、画像表示部 13とを具備して、る。

プローブ 11は、送信時には装置本体 20からの送信電気信号を送信音響信号に変換し、図示しない被検体へ超音波を送信した後、被検体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 20へ伝送する。プローブ 11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、る。

[0030] 装置本体 20は、プローブ 11から送信する送信波形を発生する波形発生手段 23と、波形発生手段 23からの送信波形を増幅する送信アンプ 22と、プローブ 11からの受信信号を増幅する受信アンプ 24と、送信時にお!、て送信アンプ 22とプローブ 11 とを電気的に連結し、受信時において受信アンプ 24とプローブ 11とを電気的に連結する送受分離 (TZR)スィッチ 21と、受信アンプ 24で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する AZD変換器 25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 26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 27と、信号処理部 27の出力から画像データを構築する画像処理部 28と、以上の構成要素に対して、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 29とを具備している。

[0031] 画像処理部 28からの出力は、画像表示部 13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 12から、装置本体 20の上記構成要素に対する制御や、画像表示部 13の制御を制御部 29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 12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。

[0032] 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 27における処理シーケンスを図 1及び図 2を用いて詳細に述べる。

本発明の超音波診断装置では、図 1に示すように、少なくとも 2レートの送受信で一つの画像データを得るノルス'インバージョン法を用いる。なお、本発明の特徴となる送信パルスの基本波成分の周波数帯域については、後で詳しく説明する。

[0033] まず、波形発生手段 23において、制御部 29によって所定の送信パルス波形を形成し、送信アンプ 22、送受分離スィッチ 21を介して、プローブ 11から被検体へ第 1 基本波パルス 30が照射される。第 1基本波パルス 30は被検体内において、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ぉ、て反射、透過を繰り返して伝搬する。第 1基本波パルス 30がプローブ 11から照射されると、制御部 29からの指示により送受分離スィッチ 21は、受信アンプ 24とプローブ 1 1を電気的に接続する。被検体力もの反射エコーは、プローブ 11に近い場所から順に第 1受信エコー 31として連続的にプローブ 11に到来し、撮像領域の最深部からの第 1受信エコー 31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受信エコー 31は、送受分離スィッチ 21、受信アンプ 24、 AZD変換器 25 、受信遅延回路 26を経て、第 1受信信号 32として信号処理部 27に伝送される。 [0034] 1レート目の送受信が完了した後、送受分離スィッチ 21によって再び送信アンプ 22 とプローブ 11とが電気的に連結される。次に、波形発生手段 23において別の送信パルス波形を形成し、送信アンプ 22、送受分離スィッチ 21を介してプローブ 11に伝送され、プローブ 11から被検体へ第 2基本波パルス 33が照射される。第 2基本波パルス 33は、第 1基本波パルス 30の波形の正負を略反転した波形となっている。なお、波形発生手段 23は、例えば、送信アンプ 22で生じる電気的歪みや、プローブ 11 の周波数特性に依存した位相回転の影響を除去し、第 1基本波パルス 30と第 2基本波パルス 33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。

[0035] 第 2基本波パルス 33は被検体内において、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。第 2基本波パルス 33がプローブ 11から照射されると、制御部 29からの指示により送受分離スィッチ 21は、受信アンプ 24とプローブ 11を電気的に接続する。被検体からの反射エコーは、プローブ 11に近い場所力順に第 2受信エコー 34として連続的にプローブ 11に到来し、撮像領域の最深部力もの第 2受信エコー 34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受信エコー 34は、送受分離スィッチ 21、受信アンプ 24、 AZD変換器 25、受信遅延回路 26を経て、第 2受信信号 35として信号処理部 27に伝送される。

[0036] 図 2に、図 1の信号処理部 27の詳しい構成の一例を示す。信号処理部 27は一時メモリ 40及び 41、加算部 42、直交検波処理部 43、フィルタ処理部 44を含んでおり、フィルタ処理部 44からの出力は、 Bモード処理部 45やドッブラ処理部 46でさらに処理され、画像処理部 28へ出力される。一時メモリ 40及び 41には、 1レート目の第 1受信信号 32及び 2レート目の第 2受信信号 35がそれぞれ一時的に保持され、加算部 42 で加算される。

[0037] ここで加算される受信信号は、第 1基本波パルス 30及び第 2基本波パルス 33を形成して!/ヽる基本波成分による受信信号成分と、これら基本波パルスの被検体内における非線形伝搬に基づ、て発生した非線形成分による受信信号成分とを含んでヽる力第 1基本波パルス 30と第 2基本波パルス 33との基本波成分は、位相力 S180度反転して、るため、理想的には加算処理によってゼロになる。 [0038] これに対し非線形成分は、基本波成分の 2乗値に起因して生じるため、位相は反転せず、加算することによって約 3dBの SZN向上が図れる。よって、加算処理することにより、非線形成分のみが抽出される。なお、受信信号の調整のため、加算部 42より手前で、第 1受信信号 32と第 2受信信号 35の大きさの比率を、時間方向 (撮像領域にとっては深さ方向）に自動あるいはマニュアルで連続的に変化できるように構成することが可能である。また、ユーザが、外部インターフェイス 12を介して上記比率を調整できるように構成することも可能である。

[0039] 直交検波処理部 43では、リファレンス周波数に応じた周波数移動が施され、同相信号成分と直交信号成分が得られる。抽出された非線形成分は、プローブ 11の受信帯域内で生じた差音や和音の成分であるが、高周波数の成分ほど周波数に依存した減衰が大きぐ送信フォーカスによる焦点より深い部分からの受信信号は、ほとんど低周波数の成分となっている。このため、直交検波処理部 43におけるリファレンス周波数は、送信フォーカス点までの比較的浅い部分からの受信信号に対しては高めの周波数を選択し、深部力の受信信号に対しては低めの周波数を選択するようにすることが望ましい。よって、リファレンス周波数を、時間方向（撮像領域にとっては深さ方向）に自動あるいはマニュアルで連続的に変化できるように構成することが可能である。また、ユーザが、外部インターフェイス 12を介してリファレンス周波数を調整できるように構成することも可能である。

[0040] 直交検波後の信号は、フィルタ処理部 44にお、て、画像データとして使われる周波数帯域の信号成分を抽出し、 Bモード処理部 45やドッブラ処理部 46において、反射エコー強度を輝度情報として表示する Bモード画像用のデータや、ドッブラ効果に基づいて計算される血流速度などのデータを構築する。画像処理部 28では、これらのデータを適切な座標変換によって空間情報に変換し、画像表示部 13に受け渡す。これにより、画像表示部 13は Bモード画像や、血流速度データ等を画像として表示する。

[0041] 次に、本実施の形態の送信パルスの基本波成分について、詳しく説明する。

本実施の形態では、第 1基本波パルス 30および第 2基本波パルス 33の基本波成分 71として、図 3に示すように、 1つの周波数ピークをもつ単パルス波を用いる。基本波成分 71のピーク周波数は、帯域幅は 2 である。よって、基本波成分の帯域は ^ -f〜f +fである。この周波数 f および fを図 3のように適切に設定してない場合には、差音成分 72と和音成分 73の多くがプローブ感度域 74の外側に生じるため検出することができないが、本実施の形態では、周波数 fおよび fを、図 4に示すようにプローブ感度域 fl〜f 2との関係において所定の値に設定する。これにより、図 4のように、差音成分 72と和音成分 73の多くをプローブ感度域 f 〜f 内に生じさせることが

1 2

できる。なお、プローブ感度域の下限周波数 f とは、一般によく使われている 6dB 帯域幅によって定義されるものではなぐプローブ通過後の受信エコー信号成分において、画像信号として利用可能な信号成分の下限周波数のことを言う。

[0042] まず、本発明の超音波診断装置において、映像化のために利用される非線形成分と、第 1基本波パルス 30及び第 2基本波パルス 33が持つ基本波成分との関係について、数式及び図面を用いて説明する。

[0043] 本発明における非線形イメージングは、被検体内での音響非線形効果によって基本波成分から派生する非線形成分を効率よく捕捉し、高分解能化とベネトレーシヨンの向上とを両立して達成するものである。音波の非線形伝搬の様子は、数式的には KZKの式 (Khokhlov— Zabolotskaya— Kuznetsov equation)、めレヽ ίま数上で表されるバーガースの式（Burgers， equation)で表現される。

[数 1] d v ― b― S ²p ；― β― d p² ,

d x 2 _P c ³ d ² 2 p c ³ 3 t

[0044] 数 1は、 x方向の 1次元空間における非線形音響伝搬を記述したものであり、 pは音圧、 Pは密度、 cは音速、 |8は非線形係数、 tは X方向に音速 cで移動する座標系における遅れ時間を示している。また、 bは音波の吸収に係わる物質量で、吸収係数を α、角周波数を ωとして、 a =b co ²の関係がある。数 1の右辺は非線形伝搬の過程において生じる仮想音源項を表している。 3次以上の高調波を無視し、波長当たりの減衰が小さぐ X方向の波形変化がそれほど著しくないとすれば、線形の音圧の 2乗値を時間微分することによって、発生する非線形成分を推定することができる。以下、搬送周波数 f =ω /2πに対して、変調度 m、変調の周波数 f =ω /2πで振幅変調した基本波を考えて、発生する非線形成分の帯域及びそれらの位相、大きさについて述べる。

[0045] ここでは、例として、振幅変調波 p(t)=p (l+mcos2 f t)cos2 f tを基本波とする。音響非線形効果によって発生する非線形成分を _dp ²zdtとして計算した結果は、数 2で表される。

[数 2] d p²

dt

、

= { p₀ 1 +mc o s ω _s t ) c o s ω _c t }

d t

2

― - (― 2 m _s s i n o _st - m² _s s i n 2 ω _st ) (1 + c o s 2 ω _c t )

— p o)_c { l + 2mc o s co _s t +—— (1 + c o s 2 ω _s t)} s i n 2 ω _c t

=— 2 m π f _s Po s i n 2 π f _st

一 m² π f _s PQ S i n 4 π f _st

-Ji^ZL(f _c- f _s) s i n 2 π (2 f_c— 2 f _s) t

— m π ( 2 f _c— f _s) p s i n 2 π ( 2 f _c_ f _s) t

— (2 +m²) π ί_ε Ρο s ί η 4 π ί_ε ΐ

— m π (2 f _c+ f _s) s i n 2 π (2 f _c+ f _s) t

2

— J^_ZL( f _c+ f _s) _P2 s i n 2 π (2 f ₀+ 2 f _s) t

[0046] この結果から、非線形成分として発生する周波数成分は、 f 、 2f 、 2f — 2f 、 2f — f

、 2f 、 2f +f 、 2f +2fの 7成分であり、いずれも同位相成分であることがわ力る。

[0047] 基本波を連続波とした場合には、これら 7つの非線形成分が発生するが、本実施の形態では、基本波は、単パルス波であるので、 7つの非線形成分の周波数成分のまわりに、図 5(a)、（b)に示すようにそれぞれ幾らかの帯域を持つようになる。図 5 (a) 〜（c)は、変調度 mを 1、搬送周波数 f を 2. 5MHz,変調の周波数 fを 0. 5MHzとし

、ノルス幅を 9Zf、 3/f、 1/fと変化させたときの非線形成分の振幅スペクトルを示したものである。 [0048] 図 5 (a)〜（c)からわ力るように、パルス幅が短くなるにつれて、前記 7つの周波数成分は、 2つの帯域に大きく分かれ、 fと 2fを主とした差音成分 72と、 2f を中心として 2 f - 2f〜2f + 2f に渡る帯域を主とした和音成分 73とに分かれる。

[0049] 従来の THIや差音を利用した非線形イメージングにお、ては、図 5 (c)で表される差音成分 72と和音成分 73の両者を検出できるような広い感度域のプローブが存在しないため、いずれか一方のみし力抽出することができな力つた。しかし、すでに述ベたように THIにおヽて和音成分 (第 2高調波成分)を利用する場合 (図 17参照）には、深部べネトレーシヨンが不足する。また、 DC差音成分または 2周波数差音成分を利用する場合（図 19参照）には、基本波成分からエネルギー変換された非線形成分のうち、極僅かな変換エネルギーしカゝ使えず、 S/N比やダイナミックレンジが十分に確保できないという問題が生じる。さらに、プローブ自身が持っている感度域によっては、よりいつそうのエネルギー利用効率の低下を招くことになる。

[0050] このような問題に対し、本発明の思想は、基本波成分からエネルギー変換されて発生する非線形成分を、できるだけプローブ感度域 74に発生させると、うものである。これにより、エネルギー利用効率を最大限にし、高分解能化と深部ぺネトレーシヨンの向上を両立させる。

[0051] 図 5 (a)〜（c)でも示したように、ある帯域を持った基本波パルス 71を照射したときに生じる非線形成分は、その帯域に依存した差音成分 72と和音成分 73とに分かれる。受信エコー全体としては、基本波成分 71と非線形成分 72、 73とを含めた、図 3に示したような帯域の反射エコーとなり、非線形成分 72、 73は基本波成分 71から離れた周波数帯域に発生する。本発明は、基本波成分 71の周波数 f および帯域 2fを適 c s 切に設定することにより、非線形成分 72、 73の発生する帯域を基本波成分 71に近づけ、さらには基本波成分 71に重畳させるようにし、非線形成分 72、 73の帯域の多くがプローブ感度域 74内に含まれるようにする。なお、基本波成分 71は、非線形成分 72、 73と重畳していてもパルス'インバージョン法によって除去することができる。

[0052] 以下、差音成分 72と和音成分 73からなる非線形成分の帯域が、プローブ感度域 f 〜f と重なり合うようにするための、基本波成分 71の設定条件について詳しく説明す

2

る。プローブ感度域 74を送信周波数帯域、受信周波数帯域共に f f く f )とする

1〜f (

2 1 2

。基本波成分 71は、上述してきたように、搬送周波数が f 、変調の周波数が fの振幅 c s 変調波である。基本波成分 71の周波数帯域は f f〜f +fであるので、まず、これがプローブ感度域 74に入るように f —f ≥f

c s 1、 f +f ≤f の条件を満たさなければなら c s 2

ない。

[0053] また、数 2から明らかなように、発生する非線形成分のうち発生する非線形成分のうち最も低い周波数成分は、 fである場合と、 2f - 2fである場合とが考えられる。これらの、ずれかがプローブ感度域 74に含まれるようにするための条件は、前者の場合、 f ≥f 、後者の場合、 2f - 2f ≥f となる。

s i c s i

[0054] 非線形成分の最も低!、周波数が fである場合、これがプローブ感度域 74に含まれ s

るようにするために、 f ≥f に設定する必要がある。このとき、基本波成分 71の下限周 s 1

波数がプローブ感度域 74に含まれるための条件 f -f ≥f を同時に満たす必要があるから、 f ≥f かつ f ≥2fとなる。すなわち、本実施の形態では、振幅変調波におい s i c s

ては、変調の周波数 fをプローブ感度域 74の下限周波数 f 以上にし、搬送周波数 f を変調の周波数 f

sの 2倍以上に設定する。

[0055] このときさらに、発生する非線形成分の最も高い周波数成分 2f + 2f (和音成分）がプローブ感度域 74に含まれるようにするための条件は、 2f + 2f ≤f であって、力 c s 2

つ、基本波成分 71の上限周波数がプローブ感度域 74に含ませる条件 f +f ≤f を c s 2 同時に満たす必要がある。しかも下限周波数 fがプローブ感度域 74に含まれるため s

の条件 f ≥f かつ f ≥2fも満たす必要があるため、プローブ感度域 74の上限周波数 s i c s

f について f ≥6f となる必要があることがわかる。

2 2 1

[0056] し力しながら、通常、 PZTなどの圧電材料を用いたプローブ 11では、比帯域が最大でも 80%程度であり、 f ≥6f すなわち f〜6f (比帯域 143%)のような広い感度

2 1 1 1

域 74を有するプローブ 11の実現は現状では困難である。一方、数 2からも明らかなように、発生した非線形成分のうち、和音成分 73は差音成分 72より大きなエネルギ一を含んで、るため、プローブ 11による高周波帯域の和音成分 73の検出レベル (検出されるエネルギー）は、低周波帯域の差音成分 72の検出レベルよりも大きい。そこで、本実施の形態では深部べネトレーシヨンに大きく影響する低周波帯域の差音成分 72の検出レベル向上を優先的に考えて、図 4に示すように、差音成分 72の帯域すべてがプローブ感度域 74に含まれ、和音成分 73の帯域のできるだけ多くがプローブ感度域 74に含まれるようにする。

[0057] 特に、図 4に示すように、差音成分 72の下限周波数がプローブ感度域 74の下限周波数と一致するように設定することにより、差音成分 72の帯域すべてがプローブ感度域 74に含まれ、和音成分 73の帯域のうちプローブ感度域 74に含まれる帯域幅を最大にすることができる。すなわち、発生する非線形成分のうち最も低い周波数成分が fである場合、 f ≥f かつ f ≥2fから、変調周波数 fをプローブ感度域 74の下限周 s s 1 c s s

波数 f とし (f =f )、振幅変調波の f を変調の周波数 fの 2倍 (f = 2f )とする。

1 s i c s c s

[0058] このような条件の下においても、プローブ 11の整合層の調整や単結晶の圧電素子やシリコン探触子の利用などによって、プローブ感度の比帯域をさらに拡げることで、より高周波側の和音成分 73を捕捉することができる。

[0059] なお、 f 〜6f の広い感度域 74を有するプローブ 11が実現できる場合には、発生する非線形成分の最も高い周波数成分 2f + 2f (和音成分)がプローブ感度域 74に c s

含まれるように 2f + 2f ≤f 、 f +f ≤f を満たすように、 f および fを設定する。これ c s 2 c s 2 c s

により、すべての非線形成分をプローブ 11の感度域 74に生じさせることができ、捕捉することができる。

[0060] 次に、非線形成分の最も低!、周波数が 2f — 2fである場合を考えると、これがプロ c s

ーブ 11の下限周波数 f 以上であるための条件は、 2f - 2f ≥f である。このとき、非線形成分のうち差音成分 72として発生する周波数 f は f ≥f の条件を満たしている s s 1

から、 2f - 2f ≥fが成り立っており、 f ≥1. 5fとなる。また、基本波成分 71の下限周波数の条件 f f ≥f を用いて、 f ≥2f の条件が得られる力さらに和音成分 73 c s 1 s i

の上限周波数がプローブ感度域 74に含まれるようにするための条件 2f + 2f ≤f を c s 2 満たすためには、 f ≥10f とならなければならない。よって、前述した f ≥f の場合よ

2 1 s i りも、さらに広いプローブ感度域 74を用意しなければならず、実現性はより困難になる。

[0061] 以上のことから、本実施の形態では、上述のような振幅変調波を基本波成分 71とした場合には、変調の周波数 fをプローブ感度域の下限周波数 f とし (f =f )、搬送周 s 1 s i 波数 f を変調の周波数 fの 2倍 (f = 2f )に設定する。さらに、この振幅変調波の周波数帯域が f -f〜f +fであることを考慮して、より一般的に表すならば、プローブ感度域の下限周波数が f であるとき基本波成分 71の周波数帯域を f 〜3f に設定するものである。

[0062] なお、この基本波成分 71の条件は、プローブ 11の送受信感度域が等しい場合におけるものであり、例えば、プローブ 11を構成するアレイのいくつかを送信専用として利用するような場合には、非線形成分のエネルギー利用効率を向上させるという本発明の思想に基づいて、送信専用アレイの送信周波数帯域および受信用アレイの受信周波数帯域を選定することができる。このような場合においても、発生する差音成分のうち、最も低い周波数成分が受信用アレイで捕捉できるように設定することが望ましい。

[0063] 以上の説明では、基本波成分 71の帯域の設定について説明してきたが、次に、本発明の超音波診断装置による非線形イメージングにおいて、被検体内に照射される基本波の波形にっ、て説明する。

数 2で表される非線形成分は、振幅変調波 p (t) =p (1 +πιοο52 π ί ί) οο52 π ί t

0 s c を基本波としたものである。搬送波成分 f及び変調成分 fのそれぞれについて、正弦波である場合と余弦波である場合とについて同様の計算を行い、それぞれの場合における前記 7つの非線形成分の t=0における位相を示すと、図 6のようにまとめられる。

[0064] 図 6から、搬送波成分 f及び変調成分 fを、ずれも余弦波とした場合に全ての非線 c s

形成分が同位相で発生することがわかる。検出される非線形成分の音圧振幅は、 7 つの非線形成分の波形を加算した振幅であるため、すべての非線形成分が同位相である場合には、検出される最大の音圧振幅は、 7つの非線形成分の振幅の和となる。よって、大きな振幅を検出することができ、高分解能な画質を得ることができる。

[0065] このように、高画質な画像を得るために、広帯域な非線形成分の信号を得るには、 p (t) =p (l +mcos2 π f t) cos2 π f tのように、基本波の搬送波成分及び変調成分

0 s c

が共に余弦波で表されていることが望ましい。このことは、基本波をフーリエ級数に展開したときの全ての周波数成分が余弦波のみで表されるときにも成り立ち、このような基本波成分を持つパルス波を送信することによって、高分解能な非線形イメージングが可能となる。

[0066] 一方、 p (t) =p (l +mcos2 f t) sin2 f tのように、正弦波のスペクトル成分の

0 s c

みで構成される基本波によって生じる非線形成分は、差音成分 72と和音成分 73のそれぞれについて同相となる。生体内を撮像する場合には、安全性の面から、その部位によって規定されるメカ-カル 'インデックス (Ml)という指標があり、特に負圧側の音圧振幅に制限がある。上述のように、基本波のフーリエ級数成分が全て余弦波で与えられる場合には、音圧の最大振幅が各周波数成分の振幅の和として表される力基本波のフーリエ級数成分が全て正弦波で与えられる場合には、音圧の最大振幅が各周波数成分の振幅の和よりも小さくなる。例えば、 cos co t + cos2 co tの最大振幅は 2であるが、 sin co t+ sin2 co tの最大振幅は 3である。このことは、 Ml—定の条件下では、フーリエ級数成分が全て正弦波成分であるような基本波の方が、全て余弦波成分であるような基本波よりも、大きなパルス'パワー (音圧振幅）に設定できることを意味する。

[0067] 数 2からも明らかなように、音響非線形効果によって音波の伝搬と共に生じる非線形成分は、基本波の音圧振幅の 2乗に比例する。よって、フーリエ級数成分が全て正弦波成分であるような基本波を送信することによって、全てが余弦波成分であるような基本波を送信したときよりも、大きな差音レベル及び和音レベルが得られる。したがって、高分解能化よりも撮像領域の深部におけるぺネトレーシヨンの向上を優先させるような場合には、フーリエ級数成分が全て正弦波成分であるような基本波を送信することが望ましい。

[0068] したがって、ユーザが、高分解能を優先させたい場合には、搬送波成分 f及び変調成分 f

sをいずれも余弦波に設定し、高分解能よりもベネトレーシヨン向上を優先させたい場合には、搬送波成分 f及び変調成分 fをいずれも正弦波に設定するよう〖こ

、波形の設定を自動または手動で変更できるように構成することが望まし、。

[0069] 上述してきた基本波の波形が余弦波または正弦波を用いた場合の送信波形の伝搬特性を確認するため、 KZKの式に基づく音波の非線形伝搬解析により送信波形の伝搬特性を求めた。その結果を以下説明する。なお、パルス'インバージョンを行なった結果と等価となる伝搬特性も求めている。ここでは、以下に示す全ての解析において、生体の物性に近い一様な音響媒質を仮定し、音速を 1500mZs、密度を 1 000kg/m³,非線形パラメータ BZAを 7、周波数依存の吸収係数を 0. 7dB/cm /MHzとした。また、アレイは口径 40mmの 1次元アレイとし、アレイ正面 100mmの位置を焦点として、 2次元の音場空間モデルについて計算を行なった。さらに、プローブ 11の送受信感度域としては 1ΜΗζ〜5ΜΗζ程度使えるものとし、プローブ表面における基本波パルスの最大音圧振幅は 4MPa (rms)とした。

[0070] (フーリエ級数成分が全て余弦波で与えられる基本波形）

高分解能化のために広、帯域で大きな振幅を持った非線形成分を発生させるためには、上述したように、フーリエ級数成分が余弦波成分のみ力成り立つていることが望ましい。そこで、変調度 m= lの振幅変調波 p (t) =p (l + cos2 f t) cos2 f tを

0 s c 基本波とした。また、上述した基本波成分 71の設定条件から、変調周波数 fをプロ s 一ブの送受信帯域の下限周波数である 1MHzとし、搬送周波数 fを fの 2倍の 2MHz に設定した。さらに、図 5 (a)、（b)、（c)から明らかなように、非線形成分の広帯域ィ匕のためには、送信する基本波のパルス幅が短い方がよいので、ここでは変調の周波数 f の 1波長長さ lZfをパルス幅とした。送信する基本波パルスの 6dBの帯域は 1

MHz〜3MHzであり、仮定したプローブ感度域に含まれる。

[0071] 図 7は、上記の第 1基本波パルス 30の音軸上における波形変化の様子を示した解析結果であり、それぞれの音軸上の位置からの第 1受信エコー 31の波形に相当する。なお、横軸の時間は、音速と共に音軸方向に移動する遅れ時間で表している。図 8 は、図 7における基本波パルスの正負を反転させた第 2基本波パルス 33について同様に行われた、波形変化の解析結果であり、第 2受信エコー 34の波形に相当する。図 7及び図 8において、（a)はプローブ 11表面、（b)は音軸上距離 10mm、（c)は 10 Omm, (d)は 200mmでの波形を示している。フーリエ級数成分が全て余弦波で与えられる基本波形は、図 7 (a)あるいは図 8 (a)からも明らかなように、基本波パルスの時間中心に対して対称な波形となっている。このような波形は、例えば、コサイン'口ールオフ関数を逆フーリエ変換することによつても得られる。このときのカットオフ周波数は、プローブ感度域 74の下限周波数を f として、 f〜3f の帯域を持つように設定すればよい。

[0072] 図 7及び図 8からわ力るように、音波の伝搬と共に、音波は非線形音響効果による波形歪みを生じ、周波数依存性の減衰を受ける。すなわち、波形歪みは非線形成分の発生を意味し、周波数依存性の減衰は、より高周波側の成分が大きく減衰するため、深部では低周波側の狭帯域な信号成分のみが残ることを意味して、る。

[0073] 図 9 (a)〜 (d)は、図 7と図 8の (a)〜 (d)各距離における波形をそれぞれ加算した波形を示したものである。図 7と図 8の（a)〜（d)の結果をそれぞれ加算することによつて、ノルス'インバージョンを行ったときと等価な波形が得られる。第 1および第 2基本波パルス 30、 33の線形成分は、加算することによって除去されており、図 9 (a)〜（ d)に示した波形は非線形成分のみから形成されて!、る。

[0074] 図 10は、図 9 (b)〜（d)に示した非線形成分力もなる波形の振幅スペクトル図であり、図 11は、パルス'インバージョン後の波形の最大音圧振幅を、音軸上距離に対して示した距離特性図である。図 10から、音軸上距離 10mmでは、プローブ感度域 74と仮定した 1ΜΗζ〜5ΜΗζの領域に非線形成分が集中して生じており、非線形成分のエネルギーが高い効率で映像ィ匕に使えることがわかる。図 11からも明らかなように

、このような広帯域な非線形成分は焦点距離の 100mm程度まで有効であるが、焦点距離を過ぎると急激に減衰する。図 10における音軸上距離 200mmでの振幅スぺタトルからもわ力るように、このような領域では低周波側の狭帯域な信号成分しか残らないので、このような領域においては、第 1および第 2受信エコー 31、 34の加算する比率を変えることによって、線形成分での映像化を行ってもよい。

[0075] また、非線形成分の発生は基本波パルスの和音成分 74において顕著であり、伝搬と共に減衰を受けて、深部においては差音成分 72が残るようになる。したがって、伝搬距離と共に映像ィ匕に使える最適な周波数帯域が変化していくので、パルス'インバ一ジョン後の直交検波処理でのリファレンス周波数を距離方向で変化させることが望ましい。すなわち、本解析を例にすれば、焦点距離の 100mmまでは 5MHz〜4MH z、 150mmで 3MHz、 180mm以降で 2MHzのように連続的にリファレンス周波数を変化させればよい。

[0076] (フーリエ級数成分が全て正弦波で与えられる基本波形）ベネトレーシヨン向上を優先的に考え、エネルギー的に大きな非線形成分を発生させるためには、上述したようにフーリエ級数成分が正弦波成分のみ力成り立つていることが望ましい。そこで、変調度 m= lの振幅変調波 p (t) =ρ (1 + οο₅2 π ί t) sin2

0 s π ί tを基本波とする。上述した基本波の条件から、変調の周波数 fをプローブの送受信帯域の下限周波数である 1MHzとし、搬送周波数 f の 2倍の 2MHzとする。非線形成分は基本波パルスの存在する領域での非線形相互作用によって発生するので、分解能を高くするにはパルス幅を短くすればよい。そこで、ここでは変調の周波数 fsの 1波長長さ lZfをパルス幅とした。送信する基本波パルスの— 6dBの帯域 s

は 1ΜΗζ〜3ΜΗζであり、仮定したプローブ感度域 74に含まれる。

[0077] 図 12は、上記の第 1基本波パルス 30の音軸上における波形変化の様子を示した解析結果であり、それぞれの音軸上の位置からの第 1受信エコー 31に相当する。なお、横軸の時間は、音速と共に移動する遅れ時間で表している。さらに図 13は、図 1 2における基本波パルスの正負を反転させた第 2基本波パルス 33について同様に行われた、波形変化の解析結果であり、第 2受信エコー 34に相当する。図 12及び図 1 3において、（a)はプローブ表面、（b)は音軸上距離 10mm、（c)は 100mm、（d)は 200mmでの波形を示して!/、る。

[0078] 図 12及び図 13からわ力るように、音波の伝搬と共に、音波は非線形音響効果による波形歪みを生じ、周波数依存性の減衰を受ける。すなわち、波形歪みは非線形成分の発生を意味し、周波数依存性の減衰は、より高周波側の成分が大きく減衰するため、深部では低周波側の狭帯域な信号成分のみが残ることを意味して、る。

[0079] 図 14 (a)〜 (d)は、図 12と図 13の (a)〜 (d)各距離における波形をそれぞれ加算した波形を示したものである。図 12と図 13の（a)〜（d)の結果を加算することによつて、パルス'インバージョンを行ったときと等価な波形が得られる。第 1基本波パルス 3 0と第 2基本波パルス 33の線形成分は、加算することによって除去されるため、図 14 で示した波形は非線形成分のみ力形成されている。

[0080] 図 15は、図 14 (b)〜（d)に示した非線形成分力もなる波形の振幅スペクトル図であり、また図 16は、パルス'インバージョン後の波形の最大音圧振幅を、音軸上距離に対して示した距離特性図である。図 15の音軸上距離 10mmでの解析結果からもわかるように、正弦波成分のみで基本波パルスを構成した場合には、差音成分と和音成分とで位相が反転しているため、振幅スペクトル上ではノッチが入ってしまう。しかし、図 10と図 15との結果を比較してわ力るように、基本波パルスの最大音圧振幅が一定という条件下においては、正弦波成分のみで基本波パルスを構成すると、余弦波成分のみの基本波パルスに比べて、元のパルスが持って!/、るエネルギーを大きくすることができ、結果として、基本波成分から非線形成分へのエネルギー変換効率を高めることができる。図 11と図 16の比較からも、正弦波成分のみで基本波パルスを構成した場合の方が、焦点距離を過ぎた 150mmの位置においても 3dB程大き、ことがわかる。

[0081] 一方、図 16から明らかなように、このような非線形成分は焦点距離の 100mm程度まで有効であるが、焦点距離を過ぎると急激に減衰する。図 15における音軸上距離 200mmでの振幅スペクトルからもわ力るように、このような領域では低周波側の狭帯域な信号成分しか残らないので、このような領域においては、第 1受信エコー 31と第 2受信エコー 34との加算する比率を変えることによって、線形成分での映像化を行つてもよい。

[0082] また、非線形成分の発生は、基本波パルスの和音成分 73が顕著であり、伝搬と共に減衰を受けて、深部においては差音成分 72が残るようになる。したがって、伝搬距離と共に映像ィ匕に使える最適な周波数帯域が変化していくので、パルス'インパージヨン後の直交検波処理でのリファレンス周波数を距離方向で変化させることが望ましい。すなわち、本解析を例にすれば、焦点距離の 100mmまでは 5MHz〜4MHz、 150mmで 3MHz、 180mm以降で 2MHzのように連続的にリファレンス周波数を変化させればよい。

[0083] 本発明の超音波診断装置 10では、上述したような基本波の波形 (余弦波または正弦波）の適切な選択が、撮像領域の深度に合わせて、制御部 29によって自動的に調整される機能が付加されていても良いし、外部インターフェイス 12からユーザが任意に選択できるように構成しても良い。また、第 1および第 2基本波パルス 30および 3 3の波形を上述したような振幅変調波として送信する場合、例えば、ユーザが外部ィンターフェイス 12を通じて変調の周波数 fを増減することによって、基本波パルス 30 s 及び 33の帯域を調整できる機能を、制御部 29あるいは波形発生手段 23に持たせても良い。このような調整機能を付加することによって、分解能や輝度、画像の一様性などについて、最適な画質を得ることができる。

[0084] なお、上述の実施例にお!、ては、送信する第 1及び第 2基本波パルスとして振幅変調波を用いている力これと同様の周波数帯域を有する基本波パルスとして、時間軸方向に周波数が推移する波形を用いても良い。また、周波数が低減 (増カロ)するように推移する第 1基本波パルスと、周波数が増カロ (低減)するように推移する第 2基本波パルスを用いても良い。

[0085] ここで、周波数が推移する波形とは、例えば周波数の異なる波形の 1サイクルまたは複数サイクルを連結してなるものであってもよい。また、周波数が異なる波形の 1Z

2サイクル、 1Z4サイクル、 1Z8サイクル等の部分を連結してなる構成としてもよぐ連続的に周波数が変化するチヤープ波形を用いるものであってもよい。

[0086] 以上述べたように、本発明の超音波診断装置は、超音波非線形イメージングにおいて、送信パルスの基本波成分 71の帯域をプローブ感度域 74との関係において所定の値に設定することにより、被検体内での超音波の非線形相互作用によって生じる非線形成分の多くをプローブ感度域 74に含ませることができるため、プローブ 11 によって非線形成分を高効率で捕捉できる。よって、高分解能化と撮像領域深部でのぺネトレーシヨンの向上が両立して行なえ、撮像領域全体に渡って一様で良好な画像が得られる。

[0087] また、送信パルスの基本波波形 (余弦波または正弦波）を、撮像領域の深度に合わせて適切に選択することにより、分解能や輝度、画像の一様性などに優れた画像を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0088] [図 1]本発明の一実施の形態の超音波診断装置の装置構成を示すブロック図である

[図 2]本発明の超音波診断装置に含まれる信号処理部の一実施の形態の構成を示すブロック図である。

[図 3]基本波成分と被検体からの反射エコーに含まれる非線形成分の周波数と振幅を示すスペクトル図である。

[図 4]本発明の実施の形態による基本波成分と発生する非線形成分の周波数と振幅を示すスペクトル図である。

圆 5] (a)〜 (c)本発明の実施の形態において振幅変調波を基本波として発生する非線形成分の振幅スペクトル図である。

圆 6]本実施の形態において振幅変調波を基本波として生じる非線形成分の位相関係を示した説明図である。

圆 7] (a)〜 (d)本実施の形態において余弦波成分力もなる第 1基本波パルス 30の非線形伝搬波形を示すグラフである。

圆 8] (a)〜 (d)本実施の形態にぉ、て余弦波成分力もなる第 2基本波パルス 33の非線形伝搬波形を示すグラフである。

[図 9] (a)〜（d)本実施の形態において余弦波成分力もなる基本波パルスによるパルス 'インバージョン後の波形を示すグラフである。

[図 10]本実施の形態において余弦波成分力もなる基本波ノルスによるパルス'インバージョン後の波形の振幅と周波数を示すグラフである。

[図 11]本実施の形態において余弦波成分力もなる基本波ノルスによるパルス'インバージョン後の波形の最大音圧振幅に関する音軸上距離特性を示すグラフである。圆 12] (a)〜 (d)本実施の形態において正弦波成分力もなる第 1基本波パルスの非線形伝搬波形を示すグラフである。

圆 13] (a)〜 (d)本実施の形態において正弦波成分力もなる第 2基本波パルスの非線形伝搬波形を示すグラフである。

[図 14] (a)〜（d)本実施の形態において正弦波成分力もなる基本波パルスによるパルス'インバージョン後の波形を示すグラフである。

[図 15]本実施の形態において正弦波成分力もなる基本波ノルスによるパルス'インバージョン後の波形の振幅と周波数を示すグラフである。

[図 16]本実施の形態において正弦波成分力もなる基本波ノルスによるパルス'インバージョン後の波形の最大音圧振幅に関する音軸上距離特性を示すグラフである。圆 17]従来の高調波イメージング手法を周波数領域において示す説明図である。 [図 18]パルス'インバージョン法の説明図である。

[図 19]従来の差音を利用した非線形イメージング手法を周波数領域において示す説明図である。

符号の説明

10 超音波診断装置

11 プローブ

12 外咅インターフェイス

13 画像表示部

20 装置本体

21 送受分離スィッチ

22 送信アンプ

23 波形発生手段

24 受信アンプ

25 AZD変

26 受信遅延回路

27 信号処理部

28 画像処理部

29 制御部

30 第 1基本波パルス

31 第 1受信エコー

32 第 1受信信号

33 第 2基本波パルス

34 第 2受信エコー

35 第 2受信信号

0、 41 一時メモリ

2 加算部

3 直交検波処理部

4 フィルタ処理部 Bモード処理部ドッブラ処理部

Claims

請求の範囲

[1] 対象に向かって超音波を送信する送信手段と、前記対象から到来する超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、

前記受信手段は、第 1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有し、前記送信手段が送信する超音波の周波数帯域は、前記第 1周波数以上、前記第 1 周波数の 3倍以下に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。

[2] 請求項 1に記載の超音波画像装置にお!、て、前記送信手段の送信する超音波は

、スペクトル成分が全て余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[3] 請求項 1に記載の超音波画像装置にお!、て、前記送信手段の送信する超音波は

、スペクトル成分が全て正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[4] 請求項 1に記載の超音波画像装置にお！ヽて、前記送信手段の送信する超音波は

、搬送波成分と、これを振幅について変調する変調波成分とを含み、前記搬送波成分は、余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[5] 請求項 1に記載の超音波画像装置にお!、て、前記送信手段の送信する超音波は

、搬送波成分と、これを振幅について変調する変調波成分とを含み、前記搬送波成分は、正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[6] 請求項 1に記載の超音波画像装置にお!、て、前記送信手段が送信する超音波は

、搬送波成分とこれを変調する変調波成分とを含み、前記搬送波の周波数は、前記第 1周波数の 2倍、前記変調波の周波数は、前記第 1周波数に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。

[7] 請求項 6に記載の超音波画像装置において、前記変調波の周波数を、前記第 1周波数を中心に増減する指示をユーザ力受け付ける受け付け手段を有し、前記送信手段は、前記受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、前記変調波の周波数を増減する周波数調整手段を備えることを特徴とする超音波画像装置。

[8] 請求項 1ないし 7のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記受信手段の前記受信帯域の上限周波数は、第 2周波数 f

2であり、

前記搬送波の周波数 f

cおよび変調波の周波数 f

sは、前記第 2周波数 f との

2 関係において、 2f + 2f ≤f を満たすことを特徴とする超音波画像装置。

c s 2

[9] 請求項 1ないし 8のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段は、前記超音波として、前記周波数帯域の第 1の超音波と、前記周波数帯域であつて前記第 1の超音波の波形を反転させた第 2の超音波とを送信し、

前記信号処理部は、前記第 1の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第 1の受信信号と、前記第 2の超音波に由来して前記対象から到来した超音波を前記受信手段が受信した第 2の受信信号とを加算し、加算後の信号を用いて前記画像データを生成することを特徴とする超音波画像装置。

[10] 請求項 1ないし 9のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記画像データを表示する表示手段を有することを特徴とする超音波画像装置。

[11] 対象に向かって超音波を送信する送信手段と、前記対象からの超音波を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号を処理し、画像データを生成する信号処理部とを有し、

前記受信手段は、第 1周波数を下限周波数とする所定の受信帯域を有し、前記送信手段が送信する超音波は、搬送波とこれを変調する変調波とを含み、前記搬送波の周波数は、前記第 1周波数の 2倍以上、前記変調波の周波数は、前記第 1周波数以上に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。

[12] 請求項 11に記載の超音波画像装置において、前記搬送波の周波数は、前記第 1 周波数の 2倍、前記変調波の周波数は、前記第 1周波数に設定されていることを特徴とする超音波画像装置。

[13] 請求項 11または 12に記載の超音波画像装置において、前記受信手段の前記受信帯域の上限周波数は、第 2周波数 f であり、

2

前記搬送波の周波数 f および変調波の周波数 f は、前記第 2周波数 f との関係に c s 2 おいて、 2f + 2f ≤f を満たすことを特徴とする超音波画像装置。

c s 2

[14] 請求項 11ないし 13のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て余弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[15] 請求項 11ないし 13のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段の送信する超音波は、スペクトル成分が全て正弦波であることを特徴とする超音波画像装置。

[16] 請求項 11ないし 15のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記変調波の周波数を、前記第 1周波数を中心に増減する指示をユーザから受け付ける受け付け手段を有し、前記送信手段は、前記受け付け手段が受け付けた増減量に応じて、前記変調波の周波数を増減する周波数調整手段を備えることを特徴とする超音波画像装置。

[17] 請求項 11ないし 16のいずれか 1項に記載の超音波画像装置において、前記送信手段は、前記超音波として、第 1の超音波と、前記第 1の超音波の波形を反転させた第 2の超音波とを送信し、