WO2015194253A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

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慎吾 吉澤
将則 久津
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日立アロカメディカル株式会社
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    • G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an apparatus that uses harmonics of ultrasonic waves.
  • Harmonic imaging technology using harmonic components generated by nonlinear effects of ultrasonic waves propagating in a living body is known. Near the body surface, the propagation distance of ultrasonic waves is short and almost no harmonic components are generated, so it is difficult to be affected by artifacts such as multiple echoes, and because harmonic components are generated in proportion to the square of sound pressure, side lobes are generated. Ultrasound diagnostic apparatuses equipped with a harmonic imaging function are widely used for reasons such as being reduced and improving contrast resolution.
  • transmission aperture synthesis is known as a technique related to transmission / reception of ultrasonic waves (see, for example, Patent Document 1).
  • Transmission aperture synthesis is attracting attention as an alternative to a method of forming and scanning an ultrasonic beam by phasing addition processing or the like.
  • the inventor of the present application has conducted research and development on a technique related to harmonics of ultrasonic waves, for example, harmonic imaging as a representative example.
  • a technique related to harmonics of ultrasonic waves for example, harmonic imaging
  • the present invention has been made in the course of its research and development, and an object thereof is to provide an improved technique by combining a technique related to ultrasonic harmonics and a technique related to transmission aperture synthesis.
  • a suitable ultrasonic diagnostic apparatus for the above purpose includes a probe that transmits and receives an ultrasonic wave, a transmission unit that outputs a transmission signal to the probe so as to transmit the ultrasonic wave multiple times while changing the position of the sound source, and A reception unit that obtains an ultrasonic reception signal from the probe for each transmission of a plurality of times, a synthesis processing unit that synthesizes the reception signals of the ultrasonic waves obtained over a plurality of times, and reception of the synthesized ultrasonic waves A harmonic extraction unit that extracts a harmonic component from a signal, an image forming unit that forms an ultrasonic image based on the extracted harmonic component, and a transmission signal transmitted by adjusting a transmission time interval over a plurality of times And a control unit for controlling the voltage.
  • the probe preferably includes a plurality of vibration elements each transmitting and receiving an ultrasonic wave.
  • the position of the sound source may be, for example, on the probe transmission / reception surface (including the vicinity thereof), or a position away from the probe, for example, a transmission focus position may be a virtual sound source.
  • the harmonic component may be extracted using, for example, a band pass filter (high pass filter), or may be extracted by a known method such as pulse inversion.
  • the allowable range of the transmission voltage can be changed by adjusting the transmission time interval when controlling the transmission voltage.
  • the transmission voltage so as not to exceed the desired transmission energy.
  • control unit controls the transmission voltage so as to be ⁇ m times (m is a real number larger than 1) a standard voltage set as a standard state.
  • m is a real number larger than 1
  • the signal value of the harmonic component can be set to m times the standard state.
  • control unit adjusts the transmission time interval so as to be m times the standard time set as the standard state when controlling the transmission voltage so as to be ⁇ m times the standard voltage. It is characterized by. Thereby, for example, the signal value of the harmonic component can be m times that of the standard state while maintaining the transmission energy in the standard state.
  • control unit adjusts the transmission time interval over a plurality of times to control the transmission voltage of the transmission signal, and sets the number of transmissions according to the adjusted transmission time interval.
  • the control unit adjusts the transmission time interval over a plurality of times to control the transmission voltage of the transmission signal, and sets the number of transmissions according to the adjusted transmission time interval.
  • control unit adjusts the transmission time interval so as to be m times the standard time set as the standard state (m is a real number greater than 1), and the standard number of times set as the standard state The number of transmissions is set so as to be 1 / m times. Thereby, for example, the standard frame rate can be maintained.
  • control unit adjusts the transmission time interval so as to be m times the standard time set as the standard state, and becomes 1 / m times the standard number set as the standard state.
  • the number of transmissions is set, and the transmission voltage is controlled to be ⁇ m times the standard voltage set as the standard state.
  • the signal-to-noise ratio of the harmonic component can be set to ⁇ m times the standard state while maintaining the transmission energy and the frame rate in the standard state.
  • an improved technique is provided by combining a technique related to ultrasonic harmonics and a technique related to transmission aperture synthesis.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus that is preferable in the practice of the present invention. It is a figure for demonstrating the specific example 1 of a transmission aperture synthetic
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for implementation of the present invention.
  • the probe 10 is an ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic wave to a region including a diagnosis target.
  • the probe 10 includes a plurality of vibration elements that transmit and receive ultrasonic waves.
  • the probe 10 is preferably a linear type or sector type ultrasonic probe, but may be an ultrasonic probe of another type (type). Good.
  • the transmission unit 12 outputs a transmission signal to the probe 10 so as to transmit the ultrasonic wave multiple times while changing the position of the sound source.
  • the receiving unit 14 obtains an ultrasonic reception signal from the probe 10 every time transmission is performed a plurality of times.
  • the ultrasonic reception signals obtained a plurality of times are stored in the storage unit 16.
  • the synthesizing unit 20 synthesizes the reception signal (reception signal data) stored in the storage unit 16, that is, the ultrasonic reception signal obtained over a plurality of times.
  • the transmission unit 12, the reception unit 14, and the synthesis processing unit 20 execute a transmission / reception process called transmission aperture synthesis to obtain a synthesized ultrasonic reception signal.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a specific example 1 of transmission aperture synthesis.
  • N transmissions from transmission 1 to transmission N (N is a natural number) are performed with different sound source positions, and N reception signals from reception 1 to reception N are obtained.
  • a specific example is shown in which the frame data after the synthesis process is obtained by synthesizing the received signal.
  • the probe 10 includes N vibration elements. Each vibration element is indicated by a rectangle, and an element number (1 to N) is attached to the rectangle.
  • ultrasonic waves are transmitted from one vibration element in each transmission, and ultrasonic waves are received by N vibration elements in each reception.
  • an ultrasonic wave is transmitted (transmitted) only from the vibration element 1, and a reflected wave accompanying the transmitted ultrasonic wave is received (received) in each of the vibration elements 1 to N. That is, an ultrasonic reception signal is obtained in each of the vibration elements 1 to N.
  • an ultrasonic wave is transmitted only from the vibration element 2, and a reflected wave accompanying the transmitted ultrasonic wave is received by each of the vibration elements 1 to N.
  • transmission and reception for the third and subsequent times are repeated.
  • the Nth transmission ultrasonic waves are transmitted only from the vibration element N, and ultrasonic reception signals are obtained in the vibration elements 1 to N, respectively.
  • each reception beam is formed with each of the plurality of sample points on each beam line as a reception focus, and a reception signal (reception beam signal) corresponding to each beam line is formed. Is obtained.
  • FIG. 2 shows a sample point P as a representative example of a plurality of sample points on each beam line.
  • the synthesizing unit 20 obtains frame data composed of the synthesized received signals by synthesizing the received signals from reception 1 to reception N several times.
  • the synthesis processing unit 20 adds the received signals of the respective sample points included in the received signals (received beam signals) from reception 1 to reception N, thereby performing synthesis processing relating to the sample points.
  • a later received signal is obtained. For example, N reception signals at the sample points P included in the reception signals from reception 1 to reception N are added, and a reception signal after combining processing at the sample points P is obtained.
  • a reception signal is obtained from each of the vibration elements 1 to N at each reception, and the reception signal for N times from reception 1 to reception N is synthesized. By doing so, the frame data after the synthesis processing may be obtained.
  • M transmissions are discretely performed by M (M is a natural number smaller than N) vibration elements with several vibration elements in between, and ultrasonic waves are received by N vibration elements at each reception. Then, the received signal obtained over M times may be synthesized to obtain frame data after the synthesis processing.
  • M times of transmission for example, although it is desirable that the positions of the sound sources (vibrating elements that transmit ultrasonic waves) be set at a constant interval, the intervals between the sound sources are not limited to a fixed interval.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a specific example 2 of transmission aperture synthesis.
  • a virtual sound source is realized by the transmission focus, and N transmissions from transmission 1 to transmission N (N is a natural number) are performed while changing the position of the virtual sound source.
  • N received signals from 1 to N are obtained, and the N received signals are combined to obtain combined frame data.
  • the probe 10 shown in FIG. 3 also includes N vibration elements. Each vibration element is indicated by a rectangle, and an element number (1 to N) is assigned to the rectangle.
  • ultrasonic waves are transmitted from several vibrating elements so that transmission focus is realized in each transmission, and ultrasonic waves are received by N vibrating elements in each reception.
  • an ultrasonic wave is transmitted (transmitted) from the vibration elements 1 to 5 with the transmission focus F1 as a focus, and a reflected wave accompanying the transmitted ultrasonic wave is received by each of the vibration elements 1 to N ( Received). That is, an ultrasonic reception signal is obtained in each of the vibration elements 1 to N.
  • the second transmission ultrasonic waves are transmitted from the vibration elements 2 to 6 with the transmission focus F2 as a focal point, and reflected waves associated with the transmitted ultrasonic waves are received by the vibration elements 1 to N, respectively.
  • each reception beam is formed with each of the plurality of sample points on each beam line as a reception focus, and a reception signal (reception beam signal) corresponding to each beam line is formed. Is obtained.
  • FIG. 3 shows a sample point P as a representative example of a plurality of sample points on each beam line.
  • the synthesizing unit 20 obtains frame data composed of the synthesized received signals by synthesizing the received signals from reception 1 to reception N several times. Similar to the specific example 1 in FIG. 2, in the specific example 2 in FIG. 3, the synthesis processing unit 20 adds the reception signals of the respective sample points included in the reception signals (reception beam signals) from reception 1 to reception N. By performing the processing, a reception signal after the synthesis processing regarding the sample point is obtained. For example, N reception signals at the sample points P included in the reception signals from reception 1 to reception N are added, and a reception signal after combining processing at the sample points P is obtained.
  • a reception signal is obtained from each of the vibration elements 1 to N at each reception, and the reception signal for N times from reception 1 to reception N is synthesized. By doing so, the frame data after the synthesis processing may be obtained.
  • the interval between the virtual sound sources (transmission focus F1, F2,...) Is widened, and, for example, M transmissions are performed with each of M transmission focus F1 to FM (M is a natural number smaller than N) as a focus. It is also possible to receive the ultrasonic waves by N vibration elements in each reception, and to combine the reception signals obtained over M times to obtain frame data after the combination processing.
  • M times of transmission for example, it is desirable to set the positions of virtual sound sources (transmission focus F1 to FM) at a constant interval, but the interval between sound sources is not limited to a constant interval.
  • the harmonic extraction unit 30 extracts a harmonic component contained in the combined received signal obtained from the synthesis processing unit 20.
  • the harmonic extraction unit 30 obtains the synthesized frame data (see FIGS. 2 and 3) from the synthesis processing unit 20, and receives the synthesized signal included in the frame data, for example, the synthesized signal corresponding to each beam line.
  • Harmonic components (for example, second harmonic components) are extracted from the received signal.
  • the harmonic component may be extracted using, for example, a band pass filter (high pass filter) or may be extracted by a known method such as pulse inversion.
  • the image forming unit 40 forms an ultrasonic image (image data) based on the harmonic component extracted by the harmonic extracting unit 30.
  • the image forming unit 40 forms an ultrasonic image of harmonic imaging, for example.
  • the ultrasonic image formed in the image forming unit 40 is displayed on the display unit 42.
  • the control unit 50 generally controls the inside of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 preferably includes operation devices such as a mouse, a keyboard, a trackball, a touch panel, and a joystick.
  • the overall control by the control unit 50 also reflects an instruction received from the user via the operation device or the like.
  • each part given a reference numeral shown in FIG. It can be realized using hardware, and a device such as a memory may be used as necessary in the realization.
  • functions corresponding to the above-described units may be realized by cooperation of hardware such as a CPU, a processor, or a memory, and software (program) that defines the operation of the CPU or the processor.
  • a preferable specific example of the storage unit 16 is a semiconductor memory or a hard disk, and a preferable specific example of the display unit 42 is a liquid crystal display or the like.
  • the control unit 50 can be realized by, for example, cooperation between hardware such as a CPU, a processor, and a memory, and software (program) that defines the operation of the CPU and the processor.
  • the control unit 50 controls the transmission voltage of a transmission signal by adjusting a transmission time interval over a plurality of times. Furthermore, the control unit 50 adjusts the number of transmissions according to the adjusted transmission time interval when controlling the transmission voltage of the transmission signal by adjusting the transmission time interval over a plurality of times.
  • the transmission voltage is the maximum voltage of the transmission signal output from the transmission unit 12 to each vibration element of the probe 10 (for example, the maximum voltage in the transmission pulse waveform), and the transmission time interval spans multiple times of transmission aperture synthesis. This is the time between transmissions in transmission (that is, pulse repetition period: PRT), and the number of transmissions is the number of transmissions in transmission aperture synthesis.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is provided with various design regulation values (for example, Ispta, MI, TI, probe surface temperature rise, etc.) from the viewpoint of safety to the subject.
  • various regulation values for example, Ispta, MI, TI, probe surface temperature rise, etc.
  • the probe surface temperature rise is often the most severe condition.
  • the probe surface temperature rise is proportional to the power energy input to the probe 10. That is, the probe surface temperature rise is proportional to the product of input power and 1 / PRT, and is therefore proportional to the product of the square of the transmission voltage and 1 / PRT.
  • the PRT is determined according to the time for which the ultrasonic waves reciprocate to the depth to be diagnosed. Therefore, the standard PRT is a standard PRT set in the apparatus based on the depth to be diagnosed, that is, a PRT (transmission time interval) set as a standard state. In the case of standard PRT, the maximum transmission voltage that conforms to the limit of the probe surface temperature rise (not exceeding the limit) is set as the standard transmission voltage V.
  • the control unit 50 sets the PRT longer (larger) than the standard PRT when using transmission aperture synthesis in harmonic imaging.
  • the PRT (transmission time interval) in the transmission aperture synthesis is set to m times the standard PRT (m is a real number greater than 1).
  • control unit 50 adjusts the number of transmissions according to the adjusted PRT (transmission time interval). That is, the standard transmission count set as the standard state is adjusted. For example, when the PRT is set to m times the standard PRT, the control unit 50 sets the number of transmissions to 1 / m times the standard number of transmissions. Thereby, the frame rate in the standard state is maintained.
  • PRT transmission time interval
  • the harmonic signal (harmonic component extracted from the received signal) is m times that of the standard transmission voltage V. This is because the harmonic signal (for example, the second harmonic component) is proportional to the square of the transmission voltage. Therefore, when the transmission voltage becomes ⁇ m times the standard transmission voltage V, the electrical noise does not change, so the SNR (signal-to-noise ratio) of the harmonic signal is m times that of the standard transmission voltage V.
  • the SNR is (1 / ⁇ m) times that in the case of the standard number of transmissions.
  • the SNR becomes ⁇ m times due to the SNR improvement (m times) accompanying the adjustment of the transmission voltage and the SNR change (1 / ⁇ m times) accompanying the adjustment of the number of transmissions. That is, in harmonic imaging by transmission aperture synthesis, it is possible to improve the SNR while complying with the restriction on the probe surface temperature rise. As described above, the frame rate in the standard state can also be maintained.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a specific example of control by the control unit 50.
  • FIG. 4 shows a specific example related to control of a transmission time interval (PRT) or the like when transmission aperture synthesis is used in harmonic imaging.
  • PRT transmission time interval
  • the control unit 50 sets the transmission time interval (PRT) to m times the standard PRT, sets the maximum transmission voltage to ⁇ m times the standard transmission voltage V, and sets the number of transmissions to 1 / m times the standard number of transmissions.
  • PRT transmission time interval
  • the harmonic signal is m times that of the standard transmission voltage V
  • the SNR is ⁇ m times that of the standard state.
  • FIG. 4 shows a comparative example in which transmission aperture synthesis is used in the fundamental wave mode for comparison with the harmonic image.
  • a fundamental wave component fundamental wave signal included in the received signal is used.
  • the transmission voltage is ⁇ m times the standard transmission voltage V
  • the fundamental wave component is ⁇ m times that of the standard transmission voltage V. Therefore, in the fundamental wave mode, when the transmission voltage is ⁇ m times the standard transmission voltage V, the SNR (signal-to-noise ratio) is ⁇ m times that of the standard transmission voltage V.
  • the SNR signal-to-noise ratio
  • the SNR is (1 / ⁇ m) times that of the standard number of transmissions.
  • the SNR increases by a factor of 1 ( ⁇ m times) due to the adjustment of the transmission voltage and the SNR changes (1 / ⁇ m times) due to the adjustment of the number of transmissions. do not do.

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Abstract

送信部（１２）は、音源の位置を異ならせつつ複数回に亘って超音波を送信するようにプローブ（１０）へ送信信号を出力する。受信部（１４）は、複数回に亘る送信の各回ごとにプローブ（１０）から超音波の受信信号を得る。合成処理部（２０）は、複数回に亘って得られた超音波の受信信号を合成する。高調波抽出部（３０）は、合成された超音波の受信信号から高調波成分を抽出する。画像形成部（４０）は、抽出された高調波成分に基づいて超音波画像を形成する。制御部（５０）は、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御する。

Description

超音波診断装置
　本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波の高調波を利用する装置に関する。
　生体内を伝播する超音波の非線形効果により発生する高調波成分を利用したハーモニックイメージング技術が知られている。体表付近では超音波の伝播距離が短く高調波成分がほとんど発生しないため多重エコーなどのアーティファクトの影響を受け難いこと、高調波成分が音圧の２乗に比例して発生するためサイドローブが低減されてコントラスト分解能が向上することなどの理由から、ハーモニックイメージングの機能を搭載した超音波診断装置は広く普及している。
　また、超音波の送受に係る技術として送信開口合成が知られている（例えば特許文献１参照）。整相加算処理等により超音波ビームを形成して走査する方式に代わる技術として送信開口合成は注目されている。
特開２００９－１０１１６５号公報
　上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、例えばハーモニックイメージングを代表例とする超音波の高調波に係る技術について研究開発を重ねてきた。特に、超音波の高調波に係る技術と送信開口合成に係る技術の複合に注目した。
　本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波の高調波に係る技術と送信開口合成に係る技術の複合による改良技術を提供することにある。
　上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、音源の位置を異ならせつつ複数回に亘って超音波を送信するようにプローブへ送信信号を出力する送信部と、複数回に亘る送信の各回ごとにプローブから超音波の受信信号を得る受信部と、複数回に亘って得られた超音波の受信信号を合成する合成処理部と、合成された超音波の受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、抽出された高調波成分に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
　上記装置において、プローブは、各々が超音波を送受する複数の振動素子を備えていることが望ましい。また、音源の位置は、例えば、プローブの送受波面上（その近傍を含む）であってもよいし、プローブから離れた位置、例えば送信フォーカス位置が仮想的な音源とされてもよい。また、高調波成分は、例えば、バンドパスフィルタ（ハイパスフィルタ）を利用して抽出されてもよいし、パルスインバージョン等の公知の手法により抽出されてもよい。
　上記装置によれば、送信電圧を制御するにあたり、送信の時間間隔を調整することにより、例えば送信電圧の許容範囲を変更することができる。これにより、例えば、所望の送信エネルギーを超えないように送信電圧を制御すること等が可能になる。
　望ましい具体例において、前記制御部は、標準状態として設定された標準電圧の√ｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）となるように送信電圧を制御することを特徴とする。これにより、例えば、高調波成分の信号値を標準状態のｍ倍とすることができる。
　望ましい具体例において、前記制御部は、標準電圧の√ｍ倍となるように送信電圧を制御するにあたり、標準状態として設定された標準時間のｍ倍となるように送信の時間間隔を調整することを特徴とする。これにより、例えば、標準状態の送信エネルギーを維持しつつ、高調波成分の信号値を標準状態のｍ倍とすることができる。
　望ましい具体例において、前記制御部は、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御するにあたり、調整された送信の時間間隔に応じて送信の回数を設定することを特徴とする。調整された送信の時間間隔に応じて送信の回数を設定することにより、例えば、送信の時間間隔の調整に伴うフレームレートの変動を抑制することができる。
　望ましい具体例において、前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定することを特徴とする。これにより、例えば、標準状態のフレームレートを維持することができる。
　望ましい具体例において、前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定し、さらに、標準状態として設定された標準電圧の√ｍ倍となるように送信電圧を制御することを特徴とする。これにより、例えば、標準状態の送信エネルギーとフレームレートを維持しつつ、高調波成分の信号対雑音比を標準状態の√ｍ倍とすることができる。
　本発明により、超音波の高調波に係る技術と送信開口合成に係る技術の複合による改良技術が提供される。
本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。 送信開口合成の具体例１を説明するための図である。 送信開口合成の具体例２を説明するための図である。 制御部による制御の具体例を示す図である。
　図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成図である。プローブ１０は、診断対象を含む領域に超音波を送受する超音波探触子である。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えており、例えばリニア型またはセクタ型の超音波探触子であることが望ましいものの、他の型（タイプ）の超音波探触子でもよい。
　送信部１２は、音源の位置を異ならせつつ複数回に亘って超音波を送信するようにプローブ１０へ送信信号を出力する。受信部１４は、複数回に亘る送信の各回ごとにプローブ１０から超音波の受信信号を得る。複数回に亘って得られた超音波の受信信号は、記憶部１６に記憶される。
　合成処理部２０は、記憶部１６に記憶された受信信号（受信信号データ）、つまり複数回に亘って得られた超音波の受信信号を合成処理する。送信部１２，受信部１４，合成処理部２０は、送信開口合成と称される送受信処理を実行して、合成された超音波の受信信号を得る。
　図２は、送信開口合成の具体例１を説明するための図である。図２には、音源の位置を異ならせつつ送信１から送信Ｎ（Ｎは自然数）までのＮ回の送信を行い、受信１から受信ＮまでのＮ回の受信信号を得て、Ｎ回の受信信号を合成処理することにより合成処理後のフレームデータを得る具体例が図示されている。図２において、プローブ１０は、Ｎ個の振動素子を備えており、各振動素子が矩形で示されて矩形内に素子番号（１～Ｎ）が付されている。
　図２の具体例１では、各回の送信において１個の振動素子から超音波が送信され、各回の受信においてＮ個の振動素子により超音波が受信される。例えば、１回目の送信では、振動素子１のみから超音波が送信（送波）され、送信された超音波に伴う反射波が振動素子１～Ｎの各々において受信（受波）される。つまり、振動素子１～Ｎの各々において超音波の受信信号が得られる。また、２回目の送信では、振動素子２のみから超音波が送信され、送信された超音波に伴う反射波が振動素子１～Ｎの各々において受信される。同様に３回目以降の送信と受信が繰り返され、Ｎ回目の送信では、振動素子Ｎのみから超音波が送信され、振動素子１～Ｎの各々において超音波の受信信号が得られる。
　また、図２の具体例１では、各回の受信において、破線で示すＮ本のビームラインに対応したＮ本の受信ビームが形成される。つまり、振動素子１～Ｎが受信した受信信号に基づいて、各ビームライン上における複数サンプル点の各々を受信フォーカスとして各受信ビームが形成され、各ビームラインに対応した受信信号（受信ビーム信号）が得られる。図２には、各ビームライン上における複数サンプル点のうちの代表例としてサンプル点Ｐが図示されている。
　合成処理部２０は、受信１から受信Ｎまでの複数回に亘る受信信号を合成処理することにより、合成された受信信号で構成されるフレームデータを得る。図２の具体例１において、合成処理部２０は、受信１から受信Ｎまでの受信信号（受信ビーム信号）に含まれる各サンプル点の受信信号を加算処理することにより、当該サンプル点に関する合成処理後の受信信号を得る。例えば、受信１から受信Ｎまでの受信信号に含まれるサンプル点ＰにおけるＮ個の受信信号が加算処理され、サンプル点Ｐにおける合成処理後の受信信号が得られる。
　図２の具体例１により、各サンプル点において送信フォーカスと受信フォーカスの両方を実現しつつ、複数サンプル点における受信信号からなる合成処理後のフレームデータを得ることができる。
　なお、各回の受信において受信ビームを形成せずに、例えば、各回の受信において振動素子１～Ｎの各々から受信信号を得て、受信１から受信ＮまでのＮ回に亘る受信信号を合成処理することにより、合成処理後のフレームデータを得るようにしてもよい。
　また、いくつかの振動素子を間に挟んで離散的にＭ個（ＭはＮより小さい自然数）の振動素子によりＭ回の送信を行い、各回の受信においてＮ個の振動素子により超音波を受信し、Ｍ回に亘って得られる受信信号を合成処理して、合成処理後のフレームデータを得るようにしてもよい。Ｍ回の送信を行うにあたっては、例えば、音源（超音波を送信する振動素子）の位置を一定間隔とすることが望ましいものの、音源の間隔は一定間隔に限定されない。
　図３は、送信開口合成の具体例２を説明するための図である。図３の具体例２では、送信フォーカスにより仮想的な音源が実現され、仮想的な音源の位置を異ならせつつ送信１から送信Ｎ（Ｎは自然数）までのＮ回の送信が行われ、受信１から受信ＮまでのＮ回の受信信号を得て、Ｎ回の受信信号を合成処理することにより合成処理後のフレームデータが得られる。図３に示すプローブ１０も、Ｎ個の振動素子を備えており、各振動素子が矩形で示されて矩形内に素子番号（１～Ｎ）が付されている。
　図３の具体例２では、各回の送信において送信フォーカスが実現されるように数個の振動素子から超音波が送信され、各回の受信においてＮ個の振動素子により超音波が受信される。例えば、１回目の送信では、送信フォーカスＦ１を焦点として振動素子１～５から超音波が送信（送波）され、送信された超音波に伴う反射波が振動素子１～Ｎの各々において受信（受波）される。つまり、振動素子１～Ｎの各々において超音波の受信信号が得られる。また、２回目の送信では、送信フォーカスＦ２を焦点として振動素子２～６から超音波が送信され、送信された超音波に伴う反射波が振動素子１～Ｎの各々において受信される。同様に３回目以降の送信と受信が繰り返され、Ｎ回目の送信では、振動素子Ｎとその近傍の振動素子から送信フォーカスＦＮを焦点として超音波が送信され、振動素子１～Ｎの各々において超音波の受信信号が得られる。
　また、図３の具体例２では、各回の受信において、破線で示すＮ本のビームラインに対応したＮ本の受信ビームが形成される。つまり、振動素子１～Ｎが受信した受信信号に基づいて、各ビームライン上における複数サンプル点の各々を受信フォーカスとして各受信ビームが形成され、各ビームラインに対応した受信信号（受信ビーム信号）が得られる。図３には、各ビームライン上における複数サンプル点のうちの代表例としてサンプル点Ｐが図示されている。
　合成処理部２０は、受信１から受信Ｎまでの複数回に亘る受信信号を合成処理することにより、合成された受信信号で構成されるフレームデータを得る。図２の具体例１と同様に、図３の具体例２においても、合成処理部２０は、受信１から受信Ｎまでの受信信号（受信ビーム信号）に含まれる各サンプル点の受信信号を加算処理することにより、当該サンプル点に関する合成処理後の受信信号を得る。例えば、受信１から受信Ｎまでの受信信号に含まれるサンプル点ＰにおけるＮ個の受信信号が加算処理され、サンプル点Ｐにおける合成処理後の受信信号が得られる。
　なお、各回の受信において受信ビームを形成せずに、例えば、各回の受信において振動素子１～Ｎの各々から受信信号を得て、受信１から受信ＮまでのＮ回に亘る受信信号を合成処理することにより、合成処理後のフレームデータを得るようにしてもよい。
　また、仮想的な音源（送信フォーカスＦ１，Ｆ２，・・・）の間隔を広げて、例えばＭ個（ＭはＮより小さい自然数）の送信フォーカスＦ１～ＦＭの各々を焦点としてＭ回の送信を行い、各回の受信においてＮ個の振動素子により超音波を受信し、Ｍ回に亘って得られる受信信号を合成処理して、合成処理後のフレームデータを得るようにしてもよい。Ｍ回の送信を行うにあたっては、例えば、仮想的な音源（送信フォーカスＦ１～ＦＭ）の位置を一定間隔とすることが望ましいものの、音源の間隔は一定間隔に限定されない。
　図１に戻り、高調波抽出部３０は、合成処理部２０から得られる合成後の受信信号に含まれる高調波成分を抽出する。高調波抽出部３０は、合成処理部２０から合成後のフレームデータ（図２，図３参照）を得て、フレームデータに含まれる合成後の受信信号、例えば各ビームラインに対応した合成後の受信信号から高調波成分（例えば２次高調波成分）を抽出する。高調波成分は、例えば、バンドパスフィルタ（ハイパスフィルタ）を利用して抽出されてもよいし、パルスインバージョン等の公知の手法により抽出されてもよい。
　画像形成部４０は、高調波抽出部３０において抽出された高調波成分に基づいて超音波画像（画像データ）を形成する。画像形成部４０は、例えばハーモニックイメージングの超音波画像を形成する。画像形成部４０において形成された超音波画像は、表示部４２に表示される。
　制御部５０は、図１に示す超音波診断装置内を全体的に制御する。図１の超音波診断装置は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル、ジョイスティック等の操作デバイスを備えていることが望ましい。そして、制御部５０による全体的な制御には、操作デバイス等を介してユーザから受け付けた指示も反映される。
　図１に示す構成（符号を付した各部）のうち、送信部１２，受信部１４，合成処理部２０，高調波抽出部３０，画像形成部４０の各部は、例えば電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、上記各部に対応した機能が、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現されてもよい。
　記憶部１６の好適な具体例は半導体メモリやハードディスク等であり、表示部４２の好適な具体例は液晶ディスプレイ等である。制御部５０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。
　図１の超音波診断装置において、制御部５０は、ハーモニックイメージングにおいて送信開口合成を利用する場合に、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御する。さらに、制御部５０は、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御するにあたり、調整された送信の時間間隔に応じて送信の回数を調整する。
　送信電圧は、送信部１２からプローブ１０の各振動素子へ出力される送信信号の最大電圧（例えば送信パルス波形内の最大電圧）であり、送信の時間間隔は、送信開口合成の複数回に亘る送信における送信と送信の間の時間（つまりパルス繰り返し周期：ＰＲＴ）であり、送信の回数は、送信開口合成における送信の回数である。
　超音波診断装置には、被検者に対する安全性の観点から、設計上の様々な規制値（例えば、Ｉｓｐｔａ，ＭＩ，ＴＩ，プローブ表面温度上昇など）が設けられている。様々な規制値の中で、特に、プローブ表面温度上昇が最も厳しい条件となる場合が多い。プローブ表面温度上昇は、プローブ１０に投入される電力エネルギーに比例する。つまり、プローブ表面温度上昇は、投入電力と１／ＰＲＴとの積に比例し、従って、送信電圧の２乗と１／ＰＲＴとの積に比例する。
　一般にＰＲＴは、診断したい深さまで超音波が往復する時間に応じて決定される。そこで、診断したい深さを基準として装置に標準設定されたＰＲＴ、つまり標準状態として設定されたＰＲＴ（送信の時間間隔）を標準ＰＲＴとする。また、標準ＰＲＴのときに、プローブ表面温度上昇の制限に従う（制限を超えない）最大の送信電圧を標準送信電圧Ｖとする。
　図１の超音波診断装置において、制御部５０は、ハーモニックイメージングにおいて送信開口合成を利用する場合に、ＰＲＴを標準ＰＲＴよりも長く（大きく）設定する。例えば、送信開口合成におけるＰＲＴ（送信の時間間隔）を標準ＰＲＴのｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）とする。
　ＰＲＴを標準ＰＲＴのｍ倍とすることにより、プローブ表面温度上昇の制限に従う最大の送信電圧を、標準送信電圧Ｖの√ｍ倍まで高めることが可能になる。プローブ表面温度上昇は、プローブ１０に投入される電力エネルギーに比例し、従って、送信電圧の２乗と１／ＰＲＴの積に比例するためである。
　さらに、制御部５０は、調整されたＰＲＴ（送信の時間間隔）に応じて送信の回数を調整する。つまり、標準状態として設定された標準送信回数が調整される。制御部５０は、例えば、ＰＲＴを標準ＰＲＴのｍ倍とした場合に送信の回数を標準送信回数の１／ｍ倍にする。これにより、標準状態におけるフレームレートが維持される。
　送信電圧を標準送信電圧Ｖの√ｍ倍とすることにより、ハーモニック信号（受信信号から抽出される高調波成分）は、標準送信電圧Ｖの場合のｍ倍となる。ハーモニック信号（例えば２次高調波成分）は、送信電圧の２乗に比例するためである。したがって、送信電圧が標準送信電圧Ｖの√ｍ倍となると、電気ノイズは変わらないので、ハーモニック信号のＳＮＲ（信号対雑音比）は標準送信電圧Ｖの場合のｍ倍となる。
　一方、送信開口合成において送信の回数を標準送信回数の１／ｍ倍とすると、ＳＮＲは標準送信回数の場合の（１／√ｍ）倍となる。
　送信電圧の調整に伴うＳＮＲの向上分（ｍ倍）と、送信回数の調整に伴うＳＮＲの変化（１／√ｍ倍）とにより、総じて、ＳＮＲは√ｍ倍となる。つまり、送信開口合成によるハーモニックイメージングにおいて、プローブ表面温度上昇の制限を遵守しつつ、ＳＮＲを向上することが可能になる。また、上述したとおり、標準状態におけるフレームレートを維持することもできる。
　一般に、送信開口合成における送信回数が少なくなるにつれて、超音波の送受信特性が劣化して、サイドローブやグレーティングローブ等のアーティファクトが増える傾向にある。ハーモニックイメージングにおいては、もともと、これらのアーティファクトが少ないため、送信開口合成における送信回数の減少をある程度まで許容できる。但し、ｍを大きくしすぎると、つまり送信回数が減少しすぎると、アーティファクト等の影響が無視できなくなると考えられる。そのため、画像のＳＮＲの向上と画像に現れるアーティファクト等のバランスに応じて、適宜にｍを設定することが望ましい。
　図４は、制御部５０による制御の具体例を示す図である。図４には、ハーモニックイメージングにおいて送信開口合成を利用した場合における、送信時間間隔（ＰＲＴ）等の制御に係る具体例が図示されている。
　上述したとおり、制御部５０は、送信時間間隔（ＰＲＴ）を標準ＰＲＴのｍ倍とし、最大の送信電圧を、標準送信電圧Ｖの√ｍ倍とし、送信回数を標準送信回数の１／ｍ倍にする。これにより、ハーモニック信号が標準送信電圧Ｖの場合のｍ倍となり、ＳＮＲが標準状態の場合の√ｍ倍となる。
　また、図４には、ハーモニックイメージとの比較のために、基本波モードにおいて送信開口合成を利用した場合の比較例が図示されている。基本波モードにおいては、受信信号に含まれる基本波成分（基本波信号）が利用される。送信電圧が標準送信電圧Ｖの√ｍ倍とされると、基本波成分は、標準送信電圧Ｖの場合の√ｍ倍となる。したがって、基本波モードにおいて、送信電圧が標準送信電圧Ｖの√ｍ倍となると、ＳＮＲ（信号対雑音比）は、標準送信電圧Ｖの場合の√ｍ倍となる。一方、送信開口合成において送信回数を標準送信回数の１／ｍ倍とすると、ＳＮＲは、標準送信回数の場合の（１／√ｍ）倍となる。基本波モードでは、送信電圧の調整に伴うＳＮＲの向上分（√ｍ倍）と、送信回数の調整に伴うＳＮＲの変化（１／√ｍ倍）とにより、総じてＳＮＲは１倍となりＳＮＲが向上しない。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
　１０　プローブ、１２　送信部、１４　受信部、１６　記憶部、２０　合成処理部、３０　高調波抽出部、４０　画像形成部、４２　表示部、５０　制御部。

Claims (12)

  1. 　超音波を送受するプローブと、
    　音源の位置を異ならせつつ複数回に亘って超音波を送信するようにプローブへ送信信号を出力する送信部と、
    　複数回に亘る送信の各回ごとにプローブから超音波の受信信号を得る受信部と、
    　複数回に亘って得られた超音波の受信信号を合成する合成処理部と、
    　合成された超音波の受信信号から高調波成分を抽出する高調波抽出部と、
    　抽出された高調波成分に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
    　複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御する制御部と、
    　を有する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準状態として設定された標準電圧の√ｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）となるように送信電圧を制御する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 　請求項２に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準電圧の√ｍ倍となるように送信電圧を制御するにあたり、標準状態として設定された標準時間のｍ倍となるように送信の時間間隔を調整する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  4. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御するにあたり、調整された送信の時間間隔に応じて送信の回数を設定する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  5. 　請求項４に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  6. 　請求項５に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定し、さらに、標準状態として設定された標準電圧の√ｍ倍となるように送信電圧を制御する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  7. 　請求項３に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、複数回に亘る送信の時間間隔を調整して送信信号の送信電圧を制御するにあたり、調整された送信の時間間隔に応じて送信の回数を設定する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  8. 　請求項７に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍（ｍは１よりも大きい実数）となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  9. 　請求項８に記載の超音波診断装置において、
    　前記制御部は、標準状態として設定された標準時間のｍ倍となるように送信の時間間隔を調整し、標準状態として設定された標準回数の１／ｍ倍となるように送信の回数を設定し、さらに、標準状態として設定された標準電圧の√ｍ倍となるように送信電圧を制御する、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  10. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記プローブは、複数の振動素子を備え、
    　各回の送信において１個の振動素子から超音波が送信され、
    　前記送信部は、複数回に亘る送信において超音波を送信する振動素子を異ならせることにより音源の位置を異ならせる、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  11. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記プローブは、複数の振動素子を備え、
    　各回の送信において送信フォーカスが実現されるように数個の振動素子から超音波が送信され、
    　前記送信部は、複数回に亘る送信において送信フォーカスの位置を異ならせることにより音源の位置を異ならせる、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
  12. 　請求項１に記載の超音波診断装置において、
    　前記プローブは、複数の振動素子を備え、
    　前記受信部は、複数回に亘る送信の各回ごとに、プローブが備える複数の振動素子が受信した受信に基づいて、複数のビームラインに対応した受信ビームを形成し、各ビームラインに対応した受信信号を得る、
    　ことを特徴とする超音波診断装置。
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