JP4634871B2

JP4634871B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4634871B2
Application number: JP2005169096A
Authority: JP
Inventors: 景文曹; 隆之大西
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006340886A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、基本波画像とハーモニック画像を形成する超音波診断装置に関する。

超音波を送受波することによって得られた受信信号に含まれる高調波成分を利用して超音波画像を形成する技術が知られている。例えば、受信信号に含まれる基本波成分に基づく基本波画像と高調波成分（特に、二次高調波成分）に基づくハーモニック画像の二つの画像を形成する技術が知られている。例えば、特許文献１から４には、ハーモニック画像用の第１基本波と基本波画像用の第２基本波を利用する技術が開示されている。つまり、第１基本波（周波数ｆ₁）を送信することによって得られた受信信号に含まれる２次高調波成分（周波数２ｆ₁）に基づいてハーモニック画像が形成され、第２基本波（周波数ｆ₂）を送信することによって得られた受信信号に含まれる基本波成分（周波数ｆ₂）に基づいて基本波画像が形成される。

ハーモニック画像を形成するためには、受信信号に含まれる２次高調波成分を効率的に抽出する必要がある。受信信号に含まれる２次高調波成分を抽出する手法として、いわゆる、パルスインバージョン法（ＰＩ法）が知られている。このＰＩ法は、極性を正負反転した送信信号を各々送信し、その二つの送信信号に伴う二つの受信信号を加算するものである。二つの受信信号を加算することにより、二つの受信信号に含まれる線形成分（基本波成分）がキャンセルされ、非線形成分である２次高調波成分が効率よく抽出される。ちなみに、極性を正負反転した二つの送信信号に伴う二つの受信信号を減算することによって、二つの受信信号に含まれる線形成分（基本波成分）を抽出することもできる。

特開２００１−６１８４１号公報特開平０９−２０１３５９号公報特開２００１−３２７４９２号公報米国特許第６５１４２０６号明細書特開２００１−２９９７６４号公報

上記特許文献４では、ＰＩ法を応用した送信技術を採用している。つまり、１回目の送信として基本波画像用の第２基本波とハーモニック画像用の第１基本波を結合した送信信号を利用し、２回目の送信信号として基本波画像用の第２基本波のみを極性反転させた送信信号を利用している。そして、２回の送信で得られた二つの受信信号を減算することによって第２基本波から得られる基本波成分を抽出している。しかし、２回目の送信において第１基本波が反転されていないため、二つの受信信号を加算した場合、第１基本波から得られる基本波成分と２次高調波成分が共に残ってしまう。

このため、ハーモニック画像用の第１基本波と基本波画像用の第２基本波を利用する場合においても、受信信号に含まれる基本波成分と２次高調波成分を適切に抽出することができる技術が望まれていた。

ちなみに、上記特許文献５には、第１基本波成分と第２基本波成分を含む送信信号と、その送信信号の極性を反転させた送信信号を利用し、これら二つの送信信号から得られる二つの受信信号を加算および減算する技術が開示されている。しかし、特許文献５に記載の技術は、非線形パラメータを反映する評価値を求める技術である。

本発明は、このような背景においてなされたものであり、その目的は、基本波画像とハーモニック画像を形成する超音波診断装置において、受信信号に含まれる基本波成分と２次高調波成分を適切に分離抽出する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、超音波画像として基本波画像とハーモニック画像を形成する超音波診断装置において、ハーモニック画像用の第１基本波成分と基本波画像用の第２基本波成分を所定条件に基づいて結合して結合送信波形を生成する波形生成手段と、前記結合送信波形に対応した結合送信信号と当該結合送信信号の極性を反転させた反転送信信号を送信する送信手段と、前記結合送信信号から得られる受信信号と前記反転送信信号から得られる受信信号の二種類の受信信号を取得する受信手段と、前記二種類の受信信号を加算して得られる和信号に基づいてハーモニック画像を形成して前記二種類の受信信号を減算して得られる差信号に基づいて基本波画像を形成する画像形成手段と、を有することを特徴とする。

望ましくは、前記波形生成手段は、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分を時間軸上で部分的に重ね合わせて前記結合送信波形を生成することを特徴とする。望ましくは、前記波形生成手段は、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分を時間軸上で全体的に重ね合わせた状態から徐々に引き離していく過程において、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分の合成波形のピーク値と振動子の最大駆動振幅値とを比較して所定条件に適合した合成波形を前記結合送信波形とする、ことを特徴とする。望ましくは、前記波形生成手段は、前記合成波形に対応した送信信号のピーク値が振動子の最大駆動振幅値と実質的に等しくなる場合の合成波形を前記結合送信波形とすることを特徴とする。

望ましくは、前記画像形成手段は、前記和信号と前記差信号を重み付け加算した混合信号に基づいて前記ハーモニック画像と前記基本波画像の混合画像を形成することを特徴とする。望ましくは、前記重み付け加算における和信号の重み係数は近距離ほど大きく、前記重み付け加算における差信号の重み係数は遠距離ほど大きい、ことを特徴とする。

本発明により、受信信号に含まれる基本波成分と２次高調波成分を適切に分離抽出することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の超音波診断装置は、探触子１０によって超音波を送受波して、これにより、基本波画像とハーモニック画像を形成する装置である。探触子１０は、その内部に図示しない複数の振動子を備えており、これら複数の振動子によって超音波ビームを形成し、また、超音波ビームを電子的に走査して三次元空間内に超音波を送受波する。探触子１０は、超音波ビームを二次元平面内で平面的に走査して二次元画像用のエコーデータを取得するタイプのプローブ、あるいは、超音波ビームを三次元空間内で立体的に走査して三次元画像用のエコーデータを取得するタイプのプローブのいずれでもよい。また、探触子１０は、生体表面に当てて用いられるタイプのプローブ、あるいは、生体内に挿入して用いられるタイプのプローブのいずれでもよい。

波形生成部２０は、ハーモニック画像用の第１基本波成分と基本波画像用の第２基本波成分を所定条件に基づいて結合して結合送信波形を生成する。

図２は、結合送信波形のスペクトルを説明するための図である。ハーモニック画像用の第１基本波成分（ｆ₁）は、例えば、中心周波数ｆ₁が２ＭＨｚで比帯域が６０パーセントのガウスパルスである。また、基本波画像用の第２基本波成分（ｆ₂）は、例えば、振幅が第１基本波成分と同じで中心周波数ｆ₂が４ＭＨｚで比帯域が６０パーセントのガウスパルスである。

図２において、第１基本波成分のスペクトルがｆ₁帯域１０２であり、第２基本波成分のスペクトルがｆ₂帯域１０４である。また、本実施形態においては、第１基本波成分および第２基本波成分を結合した結合送信波形が探触子（図１の符号１０）から送信されるため、ｆ₁帯域１０２およびｆ₂帯域１０４は探触子の探触子帯域１００に収まるように設計される。ちなみに、探触子の中心周波数（探触子周波数）ｆ₀は、例えば、３ＭＨｚである。

図３は、第１基本波成分と第２基本波成分の結合を説明するための図である。図３の（ａ）から（ｃ）は、各々、第１基本波成分であるｆ₁パルスと第２基本波成分であるｆ₂パルスの二つのパルスの結合状態を示している。

（ａ）は、二つのパルスが継続結合された状態を示している。つまり、ｆ₁パルスとｆ₂パルスが互いに時間軸上で重ならないように、ｆ₁パルスの直後にｆ₂パルスを継続的に結合した波形である。この継続結合では、ｆ₁パルスとｆ₂パルスが互いに重ならないため、例えば、ｆ₁パルスの最大振幅とｆ₂パルスの最大振幅を探触子（図１の符号１０）の最大駆動振幅にほぼ等しいレベルに設定することができるメリットがある。その一方、時間軸上において完全に分離されているため時間軸方向における広がりを伴うデメリットがある。

（ｂ）は、二つのパルスが一致結合された状態を示している。つまり、時間軸上においてｆ₁パルスの中心とｆ₂パルスの中心が重なるように、ｆ₁パルスとｆ₂パルスを全体的に重ね合わせた波形である。この一致結合では、時間軸上において全体的に重ね合わされているため時間軸方向における広がり抑えることができるメリットがある。その一方、ｆ₁パルスとｆ₂パルスが重ね合わされているため、例えば、ｆ₁パルスの最大振幅とｆ₂パルスの最大振幅が重なった場合、各パルスの最大振幅を探触子（図１の符号１０）の最大駆動振幅の半分のレベルに設定しなければならないデメリットがある。なお、図示した（ｂ）の波形は、振幅が規格化されており、（ａ）の波形に比べてｆ₁パルスとｆ₂パルスの振幅が半値となっている。

（ｃ）は、本実施形態における結合状態を示しており、二つのパルスが部分結合された状態を示している。つまり、ｆ₁パルスとｆ₂パルスが互いに時間軸上で部分的に重ね合わされている。この際、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの合成波形のピーク値と振動子の最大駆動振幅値とを比較して所定条件に適合した合成波形が生成される。なお、本実施形態における合成波形の結合基準については、後に図６から図１０を利用して説明する。

また（ｄ）は、反転送信信号に対応した送信波形を示しており、（ｃ）の波形の極性を反転させた波形を示している。本実施形態では、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの部分結合による結合送信波形に対応した結合送信信号と、この結合送信信号の極性を反転させた反転送信信号が送信される。つまり、（ｃ）の波形に対応した送信信号と、その極性を反転させた（ｄ）の波形に対応した送信信号が送信される。

図１に戻り、送信部３０は、波形生成部２０において生成された結合送信波形に対応した結合送信信号と、この結合送信信号の極性を反転させた反転送信信号を送信する。つまり、送信部３０は、図３（ｃ）に示した結合送信波形（部分結合の波形）に対応した結合送信信号と、図３（ｄ）に示した極性反転波形に対応した反転送信信号を送信する。

そして、探触子１０は、結合送信信号に対応した超音波と反転送信信号に対応した超音波を生体内の対象部位へ送波する。なお、結合送信信号に対応した超音波と反転送信信号に対応した超音波は、生体内の同一箇所に向けて送波される。例えば、結合送信信号に対応した超音波が送波された直後に同一超音波ビーム上で反転送信信号に対応した超音波が送波される。また、超音波ビームが走査されて各超音波ビームごと（各走査方向ごと）に結合送信信号と反転送信信号に対応した超音波が送波される。

受信部４０は、結合送信信号から得られる受信信号と反転送信信号から得られる受信信号の二種類の受信信号を取得する。受信部４０は、必要に応じて、信号の増幅処理やノイズリダクション処理などを施して二種類の受信信号を取得して後段へ出力する。そして、受信信号処理部５０は、受信部４０から供給される二種類の受信信号を加算して和信号を生成し、また、二種類の受信信号を減算して差信号を生成する。

図４は、受信信号処理部５０を説明するための図であり、受信信号処理部５０内部の構成を示すブロック図である。ラインメモリ５２は、少なくとも超音波ビーム一本分のエコーデータを記憶する容量を備えたメモリである。前述のように、結合送信信号に対応した超音波と反転送信信号に対応した超音波は、生体内の同一箇所に向けて送波される。この際、例えば、結合送信信号に対応した超音波が送波された直後に同一超音波ビーム上で反転送信信号に対応した超音波が送波される。このため、ラインメモリ５２に、結合送信信号から得られる超音波ビーム１本分の受信信号（エコーデータ）が一時的に記憶される。そして、結合送信信号の直後に同一超音波ビーム上に送信される反転送信信号に対応した受信信号と、ラインメモリ５２に記憶された結合送信信号に対応した受信信号が、加算回路５３ｂによって加算され、また、減算回路５３ａによって減算される。

図５は、二種類の受信信号の加算後のスペクトルと減算後のスペクトルを説明するための図である。本実施形態では、受信信号に含まれる２次高調波成分を効率的に抽出するために、特許文献５などに詳述される、いわゆる、パルスインバージョン法（ＰＩ法）の原理を利用する。このＰＩ法は、極性を正負反転した送信信号を各々送信し、その二つの送信信号に伴う二つの受信信号を加算あるいは減算するものである。

図５の（ａ）は、二種類の受信信号の加算後のスペクトルの模式図である。極性を正負反転した送信信号の各々には、ハーモニック画像用の第１基本波成分（図２のｆ₁帯域１０２に対応）と基本波画像用の第２基本波成分（図２のｆ₂帯域１０４に対応）が含まれている。このため、二種類の受信信号の各々には、第１基本波成分から得られる基本波成分と２次高調波成分、さらに、第２基本波成分から得られる基本波成分と２次高調波成分が含まれている。ところが、極性を正負反転した送信信号の各々に対応した受信信号を加算することにより、二つの受信信号に含まれる線形成分（基本波成分）がキャンセルされて非線形成分である２次高調波成分が取得される。

図５の（ａ）において、第１基本波成分に対応した２次高調波成分のスペクトルがｆ₁の２次高調波帯域１１２であり、第２基本波成分に対応した２次高調波成分のスペクトルがｆ₂の２次高調波帯域１２２である。第２基本波成分は、基本波画像用の送信信号成分であるため、ハーモニック画像を形成する際には、第２基本波成分に対応した２次高調波成分は利用しなくてもよい。このため、図５（ａ）に示すように、探触子帯域１００が２次高調波帯域１１２を取得できる帯域となるように設計されおり、ｆ₂の２次高調波帯域１２２の大部分が探触子帯域１００の帯域外となっている。

一方、図５の（ｂ）は、二種類の受信信号の減算後のスペクトルの模式図である。二種類の受信信号の各々には、第１基本波成分から得られる基本波成分と２次高調波成分、さらに、第２基本波成分から得られる基本波成分と２次高調波成分が含まれている。ところが、極性を正負反転した送信信号の各々に対応した受信信号を減算することにより、二つの受信信号に含まれる非線形成分（２次高調波成分）がキャンセルされて線形成分である基本波成分が取得される。

図５の（ｂ）において、第１基本波成分に対応した基本波成分のスペクトルがｆ₁基本波帯域１１１であり、第２基本波成分に対応した基本波成分のスペクトルがｆ₂基本波帯域１２１である。第１基本波成分は、ハーモニック画像用の送信信号成分であるため、基本波画像を形成する際には、第１基本波成分に対応した基本波成分は利用しなくてもよい。このため、図５（ｂ）に示すように、ｆ₂基本波帯域１２１を抽出できるようにバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の帯域が設定され、ＢＰＦによってｆ₂基本波帯域１２１が抽出される。

図４に戻り、減算回路５３ａによって減算された差信号、つまり、図５の（ｂ）に示したスペクトラムに対応する信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５４に出力される。ＢＰＦ５４は、差信号からｆ₂基本波帯域１２１を抽出する。つまり、ＢＰＦ５４の帯域が図５の（ｂ）に示す帯域ＢＰＦに設定されており、差信号からｆ₂基本波帯域１２１が抽出される。そして、ＢＰＦ５４の後段の検波器５８において検波処理が施され、検波後の差信号（ｆ₂基本波成分）が出力される。

一方、加算回路５３ｂによって加算された和信号、つまり、図５の（ａ）示したスペクトラムに対応する信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５に出力される。ＢＰＦ５５は、和信号からｆ₁の２次高調波帯域１１２を抽出する。なお、図５（ａ）に示すように、ｆ₂の２次高調波帯域１２２の大部分が探触子帯域１００の帯域外となっている場合には、ＢＰＦ５５を省略してもよい。そして、ＢＰＦ５５の後段の検波器５９において検波処理が施され、検波後の和信号（ｆ₁の２次高調波成分）が出力される。

図１に戻り、画像形成部６０は、受信信号処理部５０から出力される和信号（ｆ₁の２次高調波成分）に基づいてハーモニック画像を形成し、そして、受信信号処理部５０から出力される差信号（ｆ₂基本波成分）に基づいて基本波画像を形成する。つまり、超音波ビームを二次元的に走査して得られる各ビームごとの和信号に基づいて二次元のハーモニック画像を形成し、また、超音波ビームを二次元的に走査して得られる各ビームごとの差信号に基づいて基本波画像（Ｂモード画像）を形成する。もちろん、超音波ビームを三次元的に走査して、三次元のハーモニック画像や三次元の基本波画像を形成してもよい。なお、画像形成部６０は、ハーモニック画像と基本波画像を合成した混合画像を形成してもよい。

つまり、画像形成部６０は、受信信号処理部５０から出力される和信号（ｆ₁の２次高調波成分）に重み係数Ｗ_Hをかけて、さらに、受信信号処理部５０から出力される差信号（ｆ₂基本波成分）に重み係数Ｗ_Fをかけて重み付け加算し、重み付け加算の結果として得られる混合信号に基づいてハーモニック画像と基本波画像を重ね合わせた混合画像を形成する。この際、重み係数Ｗ_F、Ｗ_Hを深さ距離に依存させて、近距離ほどＷ_Hを重くして遠距離ほどＷ_Fを重くする。これにより、近距離において良好なハーモニック画像と遠距離において良好な基本波画像の両方の画像の特性を活かした混合画像を形成することができる。

画像形成部６０において形成されたハーモニック画像や基本波画像、あるいは、これらの混合画像はディスプレイ７０に表示される。なお、ハーモニック画像と基本波画像は選択的に表示されてもよいし、ハーモニック画像と基本波画像が左右や上下に並べられて同時に表示されてもよい。

本実施形態では、波形生成部２０において、ハーモニック画像用の第１基本波成分と基本波画像用の第２基本波成分を所定条件に基づいて結合して結合送信波形が生成される。その際、図３（ｃ）に示した部分結合によって送信波形が生成される。そこで、次に部分結合の結合基準について説明する。

第１基本波成分であるｆ₁パルスと第２基本波成分であるｆ₂パルスの二つのパルスを時間軸上で結合する際、二つのパルスの結合間隔をτとする。この結合間隔は、図３（ｂ）に示した一致結合においてτ＝０であり、二つのパルスが時間軸上で引き離されるに従ってτが大きくなる。

図６は、二つのパルスの結合基準を説明するための図である。図６において、波形Ｐは、ｆ₁パルスとｆ₂パルスを結合した波形の振幅のピーク値である。波形Ｈは、受信信号に含まれるｆ₁の２次高調波成分（図５（ａ）参照）の振幅であり、また、波形Ｆは、受信信号に含まれるｆ₂基本波成分（図５（ｂ）参照）の振幅である。なお、図６において横軸の結合間隔τは、ｆ₁パルスの周波数ｆ₁の１／１６を単位としている。また、右の縦軸はＰの振幅値を、左の縦軸はＦとＨの振幅値を示している。ＦとＨについては、共にτ＝０（一致結合）の場合の振幅値を０ｄＢとしている。

波形Ｈや波形Ｆは、実験やシミュレーションなどから得ることができる。例えば、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの各々のピークを共に探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxとし、結合間隔をτ＝０から段階的に大きくする。そして、各結合間隔ごとに、二つのパルスの結合波形のスペクトルから、受信信号に含まれるｆ₂基本波成分の振幅Ｆの値が得られる。また、受信信号に含まれる２次高調波の振幅は、送信基本波のパワーに比例するため、二つのパルスの結合波形を２乗（パワーに相当する）した後のスペクトルからＨの値が得られる。さらに、波形Ｈや波形Ｆを求める際には、ｆ₁パルスとｆ₂パルスを結合した結合波形のピーク値Ｐが、探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxとなるように、ピーク値Ｐによって結合波形が規格化されている。

図６に示すように、波形Ｐは、τ＝０からτが大きくなるに従って、局所的な増減を伴いながらも大局的に見て減少傾向にある。そして、τ＝２４付近まで減少傾向を示した後は、局所的な増減を伴いながらも大局的に見て略一定値に落ち着いている。これに対し、波形Ｈおよび波形Ｆは、τ＝０からτが大きくなるに従って、局所的な増減を伴いながらも大局的に見て増加傾向にある。そして、τ＝２４付近まで増加傾向を示した後は、局所的な増減を伴いながらも大局的に見て略一定値に落ち着いている。

結合間隔τが小さい領域（例えば、τ＝０〜２４）においては、ｆ₁パルスのピーク付近とｆ₂パルスのピーク付近が重ね合わされるため結合波形のピーク値Ｐが大きい。そして、波形Ｈや波形Ｆを求める際には、結合波形のピーク値Ｐが探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxとなるようにピーク値Ｐによって結合波形が規格化されているため、ピーク値Ｐが大きい領域（例えば、τ＝０〜２４）においては、波形Ｈや波形Ｆが規格化の影響を受けて小さい値を示している。

しかし、結合間隔τが大きい領域、例えばτが２４を超えると、結合波形のピーク値Ｐが探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxとほぼ等しくなる。その結果、結合間隔τが大きい領域では、波形Ｈや波形Ｆが規格化の影響によって抑えられることがなく、大きな値を示している。

このように、結合間隔τに対するＰ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子から、ＨやＦが大きな値を示す良好な受信状態を知ることができる。例えば、図３（ｃ），（ｄ）は結合間隔τ＝２３の結合波形であり、図３（ｂ）の一致結合（τ＝０）の場合に比べて、Ｆが約６ｄＢ、Ｈが約８ｄＢ程度増加する。このため、一致結合の場合に比べて、形成された画像、特にハーモニック画像の感度が良好になる。また、図３（ａ）は結合間隔τ＝５６の結合波形であり、この図３（ａ）の波形に比べて、図３（ｃ），（ｄ）の波形の結合間隔τは半分以下であり、結合波形の時間的な広がりが小さい。このため、図３に示す例においては、結合間隔τ＝２３の結合波形を最適な結合波形とみなすことができる。

図７は、二つのパルスの別の結合基準を説明するための図である。前述の図６と同様、図７において、波形Ｐはｆ₁パルスとｆ₂パルスを結合した波形の振幅のピーク値である。波形Ｈは受信信号に含まれるｆ₁の２次高調波成分（図５（ａ）参照）の振幅であり、また、波形Ｆは受信信号に含まれるｆ₂基本波成分（図５（ｂ）参照）の振幅である。横軸の結合間隔τは、ｆ₁パルスの周波数ｆ₁の１／１６を単位としている。

図７においても、波形Ｈや波形Ｆは、実験やシミュレーションなどから得ることができる。ただし、図７に示す波形Ｈや波形Ｆは、ｆ₁パルスとｆ₂パルスを結合した結合波形のピーク値Ｐが探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxを超える場合に、クリップした際の波形である。図７においても、例えばτが２４を超えると、波形Ｈや波形Ｆが大きな値を示している。

図６や図７においては、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの振幅が等しい場合を例として、Ｐ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子を示している。これに対し、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの振幅が異なる場合などにおいても実験やシミュレーションによって各波形の変化の様子を知り、様々な条件下における結合基準を設けることが可能になる。

図８から図１０は、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの様々な設定条件下におけるＰ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子を示している。なお、図８から図１０の各波形は、図６の場合と同様、波形Ｈや波形Ｆを求める際に、結合波形のピーク値Ｐが探触子の最大駆動振幅であるＶ_maxとなるようにピーク値Ｐによって結合波形が規格化されている。

図８は、二つのパルスの振幅が互いに異なる場合の各波形の変化の様子を示している。図８（ａ）はＰ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子を示しており、図８（ｂ）はｆ₁パルスとｆ₂パルスの結合状態を示している。図８においては、（ｂ）に示すように、ｆ₁パルスの振幅値に対してｆ₂パルスの振幅値が半値となっている。そして（ａ）に示すように、τ＝１６の付近から、波形Ｈや波形Ｆが略一定値に落ち着いている。このため、例えば、結合間隔τ＝１６の結合波形を最適な結合波形とみなすことができる。

図９は、二つのパルスの極性が互いに異なる場合の各波形の変化の様子を示している。図９（ａ）はＰ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子を示しており、図９（ｂ）はｆ₁パルスとｆ₂パルスの結合状態を示している。図９においては、（ｂ）に示すように、ｆ₁パルスの極性とｆ₂パルスの極性が正負反対になっている。そして（ａ）に示すように、τ＝２０の付近から、波形Ｈや波形Ｆが略一定値に落ち着いている。このため、例えば、結合間隔τ＝２０の結合波形を最適な結合波形とみなすことができる。

図１０は、二つのパルスのキャリアが余弦波から正弦波に変化する場合の各波形の変化の様子を示している。図１０（ａ）はＰ、Ｆ、Ｈの各波形の変化の様子を示しており、図９（ｂ）はｆ₁パルスとｆ₂パルスの結合状態を示している。図１０においては、（ａ）に示すように、τ＝２５の付近から、波形Ｈや波形Ｆが略一定値に落ち着いている。このため、例えば、結合間隔τ＝２５の結合波形を最適な結合波形とみなすことができる。

図８から図１０に示したように、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの様々な設定条件下において、最適な結合波形を見出すことができる。また、図８から図１０に示したｆ₁パルスとｆ₂パルスの設定条件の他にも、ｆ₁パルスとｆ₂パルスの比帯域を様々に変化させた場合において最適な結合波形を求めてもよい。

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。例えば、ｆ₁パルスとｆ₂パルスとして矩形波のキャリアによるガウスパルスを利用してもよい。もちろん、ガウスパルス以外のパルスでもよい。また、基本波画像用とハーモニック画像用の送信開口長を互いに異なるように設定してもよい。例えば、ハーモニック画像用の送信開口が基本波画像に比べてΔだけ長い場合、このΔに該当する振動子に与える送信波形のうち基本波画像用のｆ₂パルスの振幅を０（結合なし）にすればよい。

なお、本発明は、ティッシュハーモニックイメージングとコントラスト剤を利用したハーモニックイメージングの両方に適用可能である。また、多方向並列受信などの送受信技術が併用されてもよい。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。結合送信波形のスペクトルを説明するための図である。第１基本波成分と第２基本波成分の結合を説明するための図である。受信信号処理部の内部構成を示すブロック図である。二種類の受信信号の加算後のスペクトルと減算後のスペクトルを説明するための図である。二つのパルスの結合基準を説明するための図である。二つのパルスの別の結合基準を説明するための図である。二つのパルスの振幅が互いに異なる場合の各波形の変化の様子を示す図である。二つのパルスの極性が互いに異なる場合の各波形の変化の様子を示す図である。二つのパルスのキャリアが余弦波から正弦波に変化する場合の各波形の変化の様子を示す図である。

符号の説明

１０探触子、２０波形生成部、３０送信部、４０受信部、５０受信信号処理部、６０画像形成部、７０ディスプレイ。

Claims

超音波画像として基本波画像とハーモニック画像を形成する超音波診断装置において、
ハーモニック画像用の第１基本波成分と基本波画像用の第２基本波成分を所定条件に基づいて結合し、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分を時間軸上で部分的に重ね合わせて結合送信波形を生成する波形生成手段と、
前記結合送信波形に対応した結合送信信号と当該結合送信信号の極性を反転させた反転送信信号を送信する送信手段と、
前記結合送信信号から得られる受信信号と前記反転送信信号から得られる受信信号の二種類の受信信号を取得する受信手段と、
前記二種類の受信信号を加算して得られる和信号に基づいてハーモニック画像を形成して前記二種類の受信信号を減算して得られる差信号に基づいて基本波画像を形成する画像形成手段と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記波形生成手段は、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分の合成波形のピーク値と振動子の最大駆動振幅値とを比較して所定条件に適合した合成波形を前記結合送信波形とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波画像として基本波画像とハーモニック画像を形成する超音波診断装置において、
ハーモニック画像用の第１基本波成分と基本波画像用の第２基本波成分を所定条件に基づいて結合して結合送信波形を生成する波形生成手段と、
前記結合送信波形に対応した結合送信信号と当該結合送信信号の極性を反転させた反転送信信号を送信する送信手段と、
前記結合送信信号から得られる受信信号と前記反転送信信号から得られる受信信号の二種類の受信信号を取得する受信手段と、
前記二種類の受信信号を加算して得られる和信号に基づいてハーモニック画像を形成して前記二種類の受信信号を減算して得られる差信号に基づいて基本波画像を形成する画像形成手段と、
を有し、
前記波形生成手段は、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分を時間軸上で部分的に重ね合わせて前記結合送信波形を生成し、
さらに、
前記波形生成手段は、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分を時間軸上で全体的に重ね合わせた状態から徐々に引き離していく過程において、前記第１基本波成分と前記第２基本波成分の合成波形のピーク値と振動子の最大駆動振幅値とを比較して所定条件に適合した合成波形を前記結合送信波形とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記波形生成手段は、前記合成波形に対応した送信信号のピーク値が振動子の最大駆動振幅値と実質的に等しくなる場合の合成波形を前記結合送信波形とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記画像形成手段は、前記和信号と前記差信号を重み付け加算した混合信号に基づいて前記ハーモニック画像と前記基本波画像の混合画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項５に記載の超音波診断装置において、
前記重み付け加算における和信号の重み係数は近距離ほど大きく、前記重み付け加算における差信号の重み係数は遠距離ほど大きい、
ことを特徴とする超音波診断装置。