(57)【要約】  非線形性の高い電気音響変換素子を用いた場合であっても、より多くの非線形成分を抽出した非線形イメージングを行う。  撮像対象の同位置に対して、送信部から超音波ビームを２回送信させ、２回の送信のたびに得た受信信号を信号処理部に演算させ、受信信号に含まれる非線形成分を抽出させる。２回の送信のうち、１回は複数の電気音響変換素子の全てに送信部から送信信号を受け渡して駆動させ、他の１回は、複数の電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に送信信号を受け渡して駆動させる。
2012144243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを前記複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、
前記受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、
前記送信部と前記信号処理部とを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記撮像対象の同位置に対して、前記送信部から前記超音波ビームを２回送信させ、該２回の送信のたびに得た前記受信信号を前記信号処理部に演算させ、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出させ、
前記２回の送信のうち、１回の送信は前記複数の電気音響変換素子のうち所定の面積となる電気音響変換素子全てに前記送信部から前記送信信号を受け渡して駆動させ、他の１回の送信は、前記所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に前記送信信号を受け渡して駆動させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記他の１回の送信で、前記一部の電気音響変換素子に受け渡される送信信号の波形は、前記１回の送信でその電気音響変換素子に受け渡される送信信号の波形と同じであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記受信部は、前記２回の送信の前記超音波ビームのエコーそれぞれを、同一の電気音響変換素子により受信させ、前記受信信号を得ることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割された構成であり、前記他の１回の送信では、前記送信信号を受け渡して駆動させる前記電気音響変換素子が、前記チャンネル単位で選択されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、撮像パラメータに応じて予め定められている前記他の１回の送信で駆動させる電気音響変換素子のパターンに従って、前記送信信号を受け渡す電気音響変換素子を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、グレーティングローブを最小にするためのパターンを、前記撮像パラメータに応じて選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、グレーティングローブを最小にするために、前記受信信号を所定の周波数領域について取り出すフィルタリング処理を前記撮像パラメータに応じて設定することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項５に記載の超音波撮像装置において、撮像パラメータの入力を操作者から受け付けるユーザーインターフェイスをさらに有し、前記制御部は、ユーザーインターフェイスが受け付けた撮像パラメータに応じて、前記パターンを選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割され、前記チャンネルは、さらに複数のサブチャンネルに分割された構造であり、
前記他の１回の送信では、前記チャンネルごとに、前記複数のサブチャンネルの中から１以上のサブチャンネルが選択され、該サブチャンネル内の前記電気音響変換素子に前記送信信号が受け渡され駆動されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記複数の電気音響変換素子は、静電容量型の電気音響変換素子であり、前記電気音響変換素子には、直流バイアス電圧と、前記送信部から前記送信信号として供給される交流電圧信号とが印加され、
前記制御部は、前記他の１回の送信で、前記所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に前記送信信号を受け渡す電気音響変換素子に対しては前記直流バイアス電圧を供給し、それ以外の電気音響素子に対しては前記直流バイアス電圧を供給しないことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記チャンネルは、所定の長軸方向と短軸方向の２次元に配列され、前記長軸に沿った各列で駆動されるチャンネルは、列同士で排他的な位置に配置されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記信号処理部は、受信信号を所定の周波数帯域で取り出すフィルタリング処理を行い、
前記所定の周波数帯域は、駆動される複数のチャンネルの間隔をｄ、撮像対象内の音速をｃとしたとき、ｃ／ｄ以下の周波数帯域であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の超音波撮像装置において、前記他の１回の送信では、前記制御部は、隣り合うチャンネルを連続させて前記送信信号を受け渡すことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１４】
所定の超音波送受面に配列された複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを前記複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、
前記受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、
前記送信部と前記信号処理部とを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記撮像対象の同位置に対して、前記送信部から振幅の異なる前記超音波ビームを２回以上送信させ、該２回以上の送信のたびに得た前記受信信号を前記信号処理部に演算させ、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出させ、
前記２回以上の送信には、前記超音波送受面の全ての電気音響変換素子を駆動させる送信と、前記超音波送受面のうち一部領域の前記電気音響変換素子のみを駆動させる送信とが含まれることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１５】
複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを前記複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、
前記受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、
前記送信部と前記信号処理部とを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記撮像対象の同位置に対して、前記送信部から前記超音波ビームを３回以上送信させ、該３回以上の送信のたびに得た前記受信信号を前記信号処理部に演算させ、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出させ、
前記３回以上の送信のうち、１回の送信は前記複数の電気音響変換素子のうち所定の面積となる電気音響変換素子全てに前記送信部から前記送信信号を受け渡して駆動させ、残りの２回以上の送信は、前記所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に前記送信信号を受け渡して駆動させ、
前記残りの２回以上の送信で選択される前記一部の電気音響変換素子は、前記所定の面積となる複数の電気音響変換素子から、各送信間で排他的に選択されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の超音波撮像装置において、前記信号処理部は、前記1回の送信で得た受信信号から、前記残りの２回以上の送信で得た受信信号をすべて差し引くことにより、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の超音波撮像装置において、前記残りの２回以上の送信により、前記所定の面積となる複数の電気音響変換素子の全てが１回ずつ駆動されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の超音波撮像装置において、前記残りの２回以上の送信ごとに、前記制御部は、前記送信信号を受け渡して駆動させる前記電気音響変換素子の面積が、それぞれ一定となるように、前記送信信号を受け渡して駆動させる前記電気音響変換素子を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の超音波撮像装置において、前記複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割された構成であり、
前記残りの２回以上の送信では、前記送信信号を受け渡して駆動させる前記電気音響変換素子が、前記チャンネル単位で選択されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の超音波撮像装置において、前記複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割され、前記チャンネルは、さらに複数のサブチャンネルに分割された構造であり、
前記残りの２回以上の送信では、前記送信信号を受け渡して駆動させる前記電気音響変換素子が、前記サブチャンネル単位で選択されることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、前記残りの２回以上の送信で、送信信号を受け渡して駆動させるチャンネルと、前記送信信号を受け渡さないチャンネルとを少なくとも１チャンネルごと交互に選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の超音波撮像装置において、前記残りの２回以上の送信では、前記チャンネルごとに、前記複数のサブチャンネルの中から送信信号を受け渡して駆動させるサブチャンネルと、前記送信信号を受け渡さないサブチャンネルが少なくとも１サブチャンネルごと交互に選択されることを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置におけるハーモニックイメージングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた撮像技術とは、電気信号を電気音響変換素子（トランスデューサー）によって超音波に変換させ、その超音波を物体に照射し、物体で反射した反射波（エコー）を再び電気音響変換素子で受信することで電気信号に変換し、その信号に基づいて生成した画像データや、時系列データをモニター上に表示するものである。超音波は物体中を進みながら音響インピーダンスの異なる境界で一部反射され、インピーダンスの差に依存した強度のエコー信号を作るため、その境界面を物体の断層像として表示できる。このような撮像技術は、構造物の非破壊検査や、生体の断層像を低侵襲で撮像する診断装置などとして、広く用いられている。【０００３】
照射された超音波は物体中を伝搬するに伴って、音波波形の歪みが生じる。これは、送信された音波の波形の音圧の高い部分は早く進み、低い部分は遅く進む、音響非線形性による現象のためである。音波が長く伝搬するほどこの現象が蓄積されるため、波形の歪みが強くなる。【０００４】
この音響非線形性を利用したより高画質な撮像法が超音波診断装置に備えられている。生体内に超音波を照射すると、伝搬する過程で波形歪みを生じ、照射音波の基本周波数成分の他に高調波から成る非線形成分が生成される。この非線形成分は基本波音圧の振幅のほぼ２乗に比例して生成されるため、基本波による通常撮像法に比べ、像の明暗の差をより強調して画像化でき、分解能の高い画像が得られる。このような生体組織の非線形成分を撮像するイメージングをＴＨＩ（Tissue  harmonic  imaging）と呼ぶ。【０００５】
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が、基本波成分のそれと比べて小さい。そのため、非線形成分のみでイメージングするためには、基本波成分から非線形成分を分離し、非線形成分を抽出する必要がある。従来、非線形成分を抽出する手法としては、フィルタを用いて非線形成分を分離する手法（例えば特許文献１）、ＰＩ（Pulse  inversion）法（例えば特許文献２）、ならびに、振幅変調法（例えば特許文献３）が知られている。これらの手法を以下簡単に説明する。【０００６】
まず、フィルタを用いて非線形成分を分離する手法を簡単に説明する。中心周波数ｆ０の超音波を送信した場合、生体から得られるエコー信号には、送信周波数と同じ中心周波数ｆ０まわりに生成される基本波成分（線形成分）と、音響非線形性によって周波数２ｆｏまわりに生成された第２高調波成分（非線形成分）等が混在する。非線形成分は線形成分より高周波領域に生成されるため、高周波域にフィルタをかけることにより、非線形成分を抽出できる。【０００７】
ＰＩ（Pulse  inversion）法は、生体の同一の部位に対して、音圧波形の正負が互いに反転した２つの超音波パルスを送信し、それらの反射エコーを足し合わせる手法である。基本波成分は線形的にふるまうため、互いに反転した送波パルスを送信した場合には、反射エコーの基本波成分も互いに反転し、足し合わせることにより打ち消される。一方、非線形成分（第２高調波成分）は音圧の正負で異なる歪み方をするため、反転した送信パルスを送信しても反転した波形にはならず、互いに足し合わせても打ち消されない。したがって、反転送信パルスの反射エコーを足し合わせると、非線形成分のみが残ることになる。【０００８】
振幅変調法は、特許文献３に記載されているように、ＰＩ法と同様に超音波の送信は２回行うが、第２送信パルスは、音圧波形を反転させるのではなく、音圧レベル（振幅）を第１送信パルスより低減させる。例えば振幅を半減させるとする。非線形成分（第２高調波成分）は基本波成分の音圧の２乗に比例して生成されるため、第２送信のエコー信号における非線形成分は、第１送信のエコー信号に対して１／４の音圧になる。したがって、第２送信のエコー信号を２倍して第１送信のエコー信号から差し引くことにより、基本波成分は打ち消され、非線形成分のみが残ることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５６７８５５３号
【特許文献２】米国特許第６０９５９８０号
【特許文献３】米国特許第５５７７５０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のフィルタを用いて非線形成分を分離する手法において、線形成分の周波数空間の領域と非線形成分の周波数空間の領域が重なる領域（混在領域）がある場合、非線形成分のみを完全に取り出すためには、混在領域よりも十分高い周波数側にフィルタの帯域を設けなければならないため、十分な信号強度を得にくくなる。このため、必要なＳ／Ｎを確保しにくい問題がある。【００１１】
また、ＰＩ法では、エコー信号中の線形成分を打ち消すために互いに完全に反転した２つの送信パルスを形成する必要があるが、通常この送信パルスの波形形成は電気音響変換素子への入力電圧信号波形を反転させることによって行っている。しかし、電気音響変換素子に非線形性がある場合、反転した入力信号を入力したとしても、完全に反転した送信パルスを形成できない。また、送信回路内には、電圧を増幅する素子が配置されているが、これらの素子にも少なからず非線形性が存在する。このため、電気音響変換素子の非線形性や、送信回路の非線形性により、完全に反転した送信パルスを形成できず、エコー信号中の線形成分を完全に打ち消せないため、ＰＩ法による非線形成分の抽出が困難となる。【００１２】
一方、振幅変調法は、第２送信パルスを第１送信パルスに対して振幅を変調、例えば半分に変調する必要があるが、上記のように電気音響変換素子や送信回路に非線形性がある場合、入力信号の振幅を半分にしたとしても、完全に振幅だけが半分となる送信パルスを形成できないというＰＩ法と同様の問題が生じる。【００１３】
本発明の目的は、非線形性の高い電気音響変換素子を用いた場合であっても、より多くの非線形成分を抽出したＴＨＩを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では以下のような超音波撮像装置を提供する。すなわち、この超音波撮像装置は、複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、送信部と前記信号処理部とを制御する制御部とを有する。制御部は、撮像対象の同位置に対して、送信部から超音波ビームを２回送信させ、２回の送信のたびに得た受信信号を信号処理部に差し引く等の演算をさせ、受信信号に含まれる非線形成分を抽出させる。２回の送信のうち、１回の送信は複数の電気音響変換素子のうち所定の面積となる電気音響変換素子全てに送信部から送信信号を受け渡して駆動させ、他の１回の送信は、所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に送信信号を受け渡して駆動させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、電気音響変換素子や送信回路などあらゆるデバイスに起因する非線形性を除外したＴＨＩが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第1の実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置の送信ビームフォーマのブロック図。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）第１の実施形態の撮像を行う場合の駆動チャンネルパターンの例を示す説明図。
【図４】第１の実施形態の撮像動作の流れを示すフローチャート。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）第２の実施形態で駆動チャンネルパターンを変えた場合の超音波ビームの線形成分の音圧分布を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態で撮像パラメータごとに、グレーティングローブの抑制できる駆動チャンネルパターンを示すテーブル。
【図７】第２の実施形態の撮像動作の流れを示すフローチャート。
【図８】第２の実施形態において、送信開口部内の全チャンネルを駆動させた場合と一部を駆動させた場合の最大音圧差を、駆動面積を変化させて示したグラフ。
【図９】（Ａ）第３の実施形態のチャンネル内にサブチャンネルを設けた構造を示す説明図、（Ｂ）駆動サブチャンネルパターンを示す説明図。
【図１０】第３の実施形態のサブチャンネル単位で駆動した場合の超音波ビームの線形成分の音圧分布を示すグラフ。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）第３の実施形態のサブチャンネルを実現するための構造を示すブロック図。
【図１２】第３の実施形態のＣＭＵＴでサブチャンネルを実現するための構造を示すブロック図。
【図１３】（Ａ）〜（Ｅ）第４の実施形態の２次元にチャンネルを配列する場合の駆動チャンネルパターンを示す説明図。
【図１４】第５の実施形態のフィルタの周波数帯域を示す説明図。
【図１５】第６の実施形態の撮像動作の流れを示すフローチャート。
【図１６】（Ａ）〜（Ｆ）第６の実施形態の駆動チャンネルパターンを示す説明図。
【図１７】（Ａ）〜（Ｄ）第６の実施形態の駆動チャンネルパターンを示す説明図。
【図１８】従来のＴＨＩ法として用いられるＰＩ法を示す説明図。
【図１９】従来のＴＨＩ法として用いられる振幅変調法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明では、第１の態様として、以下のような超音波撮像装置を提供する。すなわち、複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、送信部と前記信号処理部とを制御する制御部とを有する。制御部は、撮像対象の同位置に対して、送信部から超音波ビームを２回送信させ、２回の送信のたびに得た受信信号を信号処理部に差し引く等の演算をさせ、受信信号に含まれる非線形成分を抽出させる。２回の送信のうち、１回の送信は複数の電気音響変換素子のうち所定の面積となる電気音響変換素子全てに送信部から送信信号を受け渡して駆動させ、他の１回の送信は、所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に送信信号を受け渡して駆動させる。
【００１８】
上述の他の１回の送信で、一部の電気音響変換素子に受け渡される送信信号の波形は、１回の送信でその電気音響変換素子に受け渡される送信信号の波形と同じであることが好ましい。
【００１９】
受信部は、例えば、２回の送信の超音波ビームのエコーそれぞれを、同一の電気音響変換素子により受信させ、受信信号を得る構成とする。
【００２０】
上述の複数の電気音響変換素子は、例えば、複数のチャンネルに分割された構成とし、上記他の１回の送信では、送信信号を受け渡して駆動させる電気音響変換素子をチャンネル単位で選択するようにする。
【００２１】
また、上記チャンネルは、さらに複数のサブチャンネルに分割された構造とすることも可能であり、この場合、他の１回の送信では、チャンネルごとに、複数のサブチャンネルの中から１以上のサブチャンネルを選択し、サブチャンネル内の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動するようにすることができる。
【００２２】
上記制御部は、例えば、撮像パラメータに応じて予め定められているパターンにしたがって、他の１回の送信で駆動させる電気音響変換素子を選択し、送信信号を受け渡すように構成する。具体的には、制御部は、ユーザーインターフェイスが操作者から受け付けた撮像パラメータに応じて、パターンを選択する構成とすることができる。
【００２３】
また、制御部は、グレーティングローブを最小にするためのパターンを、撮像パラメータに応じて選択することが好ましい。また、制御部が、グレーティングローブを最小するために、受信信号を所定の周波数領域について取り出すフィルタリング処理を撮像パラメータに応じて設定すること構成にすることも可能である。
【００２４】
上述の複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割され、チャンネルは、さらに複数のサブチャンネルに分割された構造にすることも可能である。この場合、上述の他の１回の送信では、チャンネルごとに、複数のサブチャンネルの中から１以上のサブチャンネルを選択し、サブチャンネル内の電気音響変換素子に送信信号が受け渡して駆動する。
【００２５】
上記チャンネルは、所定の長軸方向と短軸方向の２次元に配列され、長軸に沿った各列で駆動されるチャンネルは、列同士で排他的な位置に配置されていることが望ましい。
【００２６】
受信信号を所定の周波数帯域で取り出すフィルタリング処理を信号処理部が行う構成とすることも可能である。上記所定の周波数帯域としては、駆動される複数のチャンネルの間隔をｄ、撮像対象内の音速をｃとしたとき、ｃ／ｄ以下の周波数帯域に設定する。
【００２７】
上述の他の１回の送信では、制御部は、隣り合うチャンネルを連続させて送信信号を受け渡す構成とすることも可能である。
【００２８】
複数の電気音響変換素子は、静電容量型の電気音響変換素子を用いることも可能である。この場合、電気音響変換素子には、直流バイアス電圧と、送信部から送信信号として供給される交流電圧信号とを印加する。制御部は、他の１回の送信で、選択的に送信信号を受け渡す電気音響変換素子に対しては直流バイアス電圧を供給し、それ以外の電気音響素子に対しては直流バイアス電圧を供給しないことにより、選択した電気音響変換素子を駆動することができる。
【００２９】
また、本発明では、第２の態様として、以下のような超音波撮像装置を提供する。所定の超音波送受面に配列された複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、撮像対象からの超音波ビームのエコーを複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、送信部と信号処理部とを制御する制御部とを有する超音波撮像装置である。この制御部は、撮像対象の同位置に対して、送信部から振幅の異なる超音波ビームを２回以上送信させ、この２回以上の送信のたびに得た受信信号を信号処理部に演算させ、受信信号に含まれる非線形成分を抽出する。上記２回以上の送信には、超音波送受面の全ての電気音響変換素子を駆動させる送信と、超音波送受面のうち一部領域の前記電気音響変換素子のみを駆動させる送信とが含まれる。
【００３０】
また、本発明の第３の態様によれば、以下のような超音波撮像装置が提供される。すなわち、複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象の所定位置に超音波ビームを送信させる送信部と、撮像対象からの超音波ビームのエコーを複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信部と、受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部と、送信部と信号処理部とを制御する制御部とを有する超音波撮像装置である。この制御部は、撮像対象の同位置に対して、送信部から超音波ビームを３回以上送信させ、３回以上の送信のたびに得た受信信号を信号処理部に演算させ、受信信号に含まれる非線形成分を抽出させる。３回以上の送信のうち、１回の送信は複数の電気音響変換素子のうち所定の面積となる電気音響変換素子全てに送信部から送信信号を受け渡して駆動させ、残りの２回以上の送信は、所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に前記送信信号を受け渡して駆動させる。残りの２回以上の送信で選択される一部の電気音響変換素子は、所定の面積となる複数の電気音響変換素子から２回の送信間で排他的に選択される。
【００３１】
上記信号処理部は、例えば、1回の送信で得た受信信号から、残りの２回以上の送信で得た受信信号をすべて差し引くことにより、受信信号に含まれる非線形成分を抽出することができる。
【００３２】
上記残りの２回以上の送信により、所定の面積となる複数の電気音響変換素子の全てが１回ずつ駆動されることが望ましい。
【００３３】
上記残りの２回以上の送信ごとに、制御部は、送信信号を受け渡して駆動させる電気音響変換素子の面積が、それぞれ一定となるように、送信信号を受け渡して駆動させる電気音響変換素子を選択する構成にすることができる。
【００３４】
複数の電気音響変換素子は、複数のチャンネルに分割された構成にすることも可能である。この場合、上記残りの２回以上の送信では、送信信号を受け渡して駆動させる電気音響変換素子を、チャンネル単位で選択することができる。例えば、制御部は、上記残りの２回以上の送信で、送信信号を受け渡して駆動させるチャンネルと、送信信号を受け渡さないチャンネルとを少なくとも１チャンネルごと交互に選択する構成にすることができる。
【００３５】
上述のチャンネルは、さらに複数のサブチャンネルに分割された構造にすることも可能である。この場合、上記残りの２回以上の送信では、送信信号を受け渡して駆動させる電気音響変換素子を、サブチャンネル単位で選択することができる。例えば、上記残りの２回以上の送信では、チャンネルごとに、複数のサブチャンネルの中から送信信号を受け渡して駆動させるサブチャンネルと、送信信号を受け渡さないサブチャンネルを少なくとも１サブチャンネルごと交互に選択することができる。
【００３６】
以下に本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。なお、以下の説明は、一例として医療用の超音波診断装置について行うが、本発明は医療用の装置に限られるものではなく、超音波を使った他の撮像・画像化装置に対しても適用できる。
【００３７】
＜第１の実施形態＞
図１を用いて第１の実施形態の超音波診断装置の全体構成について説明する。図１は、超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図１のように、本装置は、超音波探触子１００と、送受切替部１０１、送信ビームフォーマ１０４、受信ビームフォーマ１０５、制御部１０６、信号処理部１０７、画像処理部１０８、ユーザーインターフェイス１０９、および、表示部１１０を備えている。
【００３８】
超音波探触子１００は、電気信号から音波へ、音波から電気信号へと変換する機能を持つ電気音響変換素子（振動子）を複数個含み、これら電気音響変換素子は、探触子１００に所定の配列で１次元または２次元で配列され、超音波送受面を構成している。探触子１００は、超音波送受面を撮像対象１０２に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられている。
【００３９】
配列された複数の電気音響変換素子は、予め定められた複数のチャンネルに仮想的もしくは物理的に分割されている。各チャンネルは、１以上の電気音響変換素子によって構成されている。
【００４０】
送信ビームフォーマ１０４は、図２に示したように、波形選択部１３０と、送信波形形成・発生部１３１とを含む。波形選択部１３０は、ユーザーインターフェイス１０９がユーザーから受け付けたパラメータ（送信周波数・波数・送波焦点位置・振幅等）の値に対応する波形種類・チャンネルごとの遅延時間設定・振幅変調・重み付け等を予め定めておいた範囲の中から選択する。送信波形形成・発生部１３１は、波形選択部１３０の選択した値で送信波形（送信信号）をチャンネルごとに生成し、送受切替部１０１に受け渡す。
【００４１】
これにより、制御部１０６の制御下で、チャンネルごとに送波焦点に合わせた遅延時間をもつ送波信号が送信ビームフォーマ１０４から出力され、送受切替部１０１を介して超音波探触子１００の各チャンネルを構成する電気音響変換素子に送られる。
【００４２】
各電気音響変換素子は、送信信号を音波に変換する。各電気音響変換素子から音波（送信パルス）を発することにより、ユーザーが設定した焦点位置に焦点を結ぶ音場（超音波ビームあるいは送信ビーム）が形成される。
【００４３】
撮像対象１２０からの反射された、超音波ビーム（送信ビーム）のエコー信号を、探触子１００の各電気音響変換素子で受信し、電気信号（受信信号）に変換する。各々の電気音響変換素子の受信信号は、送受切替部１０１を介して、受信ビームフォーマ１０５に受け渡される。受信ビームフォーマ１０５では、受信したエコー信号に遅延を与え、受信ビームを形成する。受信ビームから得られた信号は、信号処理部１０７に受け渡される。信号処理部１０７は、フィルタ処理部１３２、演算処理部１３３およびメモリ１３４を含む。信号処理部１０７は、制御部１０６の制御下で、受信ビームから得られた信号に対して増幅処理や、所定のフィルタ処理や、信号演算処理を行う。増幅処理は、ユーザーインターフェイス１０９を介してユーザーが設定したTGC（time  gain  compensation）や増幅率等に応じて行う。また、必要ならばメモリ１３４に一時的に格納する。信号処理部１０７からの出力は、画像処理部１０８に受け渡され、画像データや時系列データが構築される。画像データや時系列データは、表示部１１０に出力され、表示される。
【００４４】
それら各部の一連の動作は、制御部１０６によって制御される。これにより、制御部１０６は、ＴＨＩ（Tissue  harmonic  imaging）による撮像方法を実現させる。ユーザーインターフェイス１０９は、装置全体の運転の指示や、撮像方法選択、撮像に必要なパラメータ等をユーザーから受けつける。
【００４５】
超音波診断装置の超音波探触子１００を除いた他の構成は、本体装置として超音波探触子１００とは別の筐体に搭載することも可能であるし、一部を探触子１００の内部に配置することも可能である。
【００４６】
本実施形態の超音波診断装置で実現するＴＨＩによる撮像方法について説明する。
【００４７】
従来ＴＨＩとして用いられてきたＰＩ法や振幅変調法は、２回の送信を行い、それぞれの送信で得られたエコー信号を演算して非線形信号を抽出する。図１８にＰＩ法の説明図を示す。第１送信の送信信号１１０１によって得られるエコー信号１１１１は、線形成分１１１１ａと生体伝搬中に生成された非線形成分１１１１ｂが混ざった状態で受信される。一方、第２送信の送信信号１１０２の波形は、第１送信の送信信号１１０１の波形に対して１８０度位相が反転しており、得られるエコー信号１１１２に含まれる線形成分１１１２ａも１１１１ａに対して反転した形となる。しかし、第２送信のエコー信号１１１２に含まれる非線形成分１１１２ｂの位相は反転しないため、第１と第２のエコー信号を加算演算すると、演算後エコー信号１１２０となり、演算後エコー信号１１２０の線形成分１１２０ａの成分は０となるため、非線形成分１１２０ｂのみ得ることができる。
【００４８】
また振幅変調法では、図１９に示すように、第２送信の送信信号１２０２の波形の振幅は、第１送信の送信信号１２０１の波形の振幅の１／ｎ（ｎ＞１）となるように変調する。第２送信で得られるエコー信号１２１２は、第１送信のエコー信号１２１１に対して、線形成分は１／ｎの音圧で、非線形成分は１／ｎ２の音圧になる。したがって、第２送信のエコー信号１２１２をｎ倍して第１送信のエコー信号１２１１から差し引く等の演算を行うことによって、演算後エコー信号１２２０となり、基本波成分１２２０ａは０となるため、非線形成分１２２０ｂのみが残る。
【００４９】
ＰＩ法では、第１送信パルスに対して第２送信パルスの位相を正確に１８０度を反転させる必要があり、振幅変調法では、第２送信パルスの振幅を正確に変調する必要がある。すなわち、２回目の送信パルスの正確な波形形成が必要である。しかし、電気音響変換素子の非線形性や、送信回路の非線形性が大きい場合、電気音響変換素子に入力する信号波形を正確に反転させたり、振幅を変調させたとしても、線形的な対応ができず、２つのエコー信号の演算で、エコー信号中の線形成分を完全に打ち消すことが困難になる。この結果、エコー信号に電気音響変換素子の非線形性の影響による信号が混ざることになり、撮像対象１２０の生体伝搬によって生成された非線形成分のみ抽出することができない。
【００５０】
本実施形態は、超音波探触子１００の電気音響変換素子が配列された超音波送受面（開口部）における駆動面積（駆動する電気音響変換素子の数）を変えることにより、送信ビーム全体の音圧（振幅）を調節し、振幅変調法を行う。すなわち、２回目の送信ビームの送信時には、１回目の送信ビームの送信時よりも超音波送受面（開口部）における駆動面積を小さくすることで、送信ビームの音圧を小さくする。なぜならば、送信される音圧は超音波送受面（開口部）内の駆動面積に比例するからである。このとき、１回目および２回目の送信時の両方で駆動される電気音響変換素子に入力する送信信号の波形は、同じとする。これにより、電気音響変換素子に非線形性があっても、１回目と２回目の送信ビームの送出時に、供給される送信信号の波形が同一であるため、電気音響変換素子の非線形性の影響を受けないパルスを送信でき、かつ、送信ビームの音圧を小さくすることができる。
【００５１】
また本実施形態では、複数の電気音響変換素子から構成され、同一の信号線に接続されて同一の送信信号が入力されるチャンネルごとに、２回目の送信ビームの送信時に駆動するチャンネル（駆動チャンネル）と、駆動しないチャンネル（非駆動チャンネル）を選択する。駆動チャンネルの電気音響変換素子には、２回目の送信時に、１回目の送信信号と同一波形の送信信号を入力する。非駆動チャンネルには、２回目の送信時に、送信信号を入力しない（信号電圧を０にする）。これにより、所望の割合のチャンネルを選択して、所望の音圧の送信ビームを得ることができる。
【００５２】
送信時において、駆動するチャンネル領域がもっとも大きくなる場合の、超音波送受面の領域全体を「送信時の開口部」、その長径を「送信口径」と呼ぶ。図３（Ａ）〜（Ｅ）に、送信時の開口部内のチャンネルの配列の一例と、２回目の送信時の駆動チャンネルの選択例を示す。図３（Ａ）〜（Ｅ）に示した送信時の開口部には、１２個のチャンネルからなるチャンネル３１が送信口径（長径）方向に一列に配列されている。送信時開口部の短径方向のチャンネル数は１個である。各チャンネル３１は、配列された複数の電気音響変換素子によって構成されている。なお、図３（Ａ）〜（Ｅ）では、理解を容易にするために、隣接するチャンネル３１間に隙間を設けているが、実際の超音波探触子１００では、隣接するチャンネル３１間に隙間がない構成の場合もある。
【００５３】
図３（Ａ）は、１回目の送信ビームの送出時の駆動チャンネルであり、送信時の開口部内のすべてのチャンネル３１が駆動される。図３（Ｂ）〜（Ｅ）は、２回目の送信ビームの送出時の駆動チャンネルであり、図３（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）は、１回目の送出時の駆動チャンネル数の半分を駆動チャンネルにする選択例である。図３（Ｂ）は、１チャンネルおきに駆動チャンネル３１ａと非駆動チャンネル３１ｂを交互に配置し、図３（Ｃ）は、２チャンネルおきに駆動チャンネル３１ａと非駆動チャンネル３１ｂを交互に配置し、図３（Ｅ）は、送信時の開口部の中心付近に駆動チャンネル３１ａを連続して配置し、両脇に非駆動チャンネル３１ｂを配置する。図３（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）のように、駆動チャンネル３１ａの選び方や並べ方が異なっていても、駆動面積が送信時開口部の全体の半分であれば、２回目の送信ビームの音圧を１回目の送信ビームの半分にできる。図３（Ｄ）は、１回目の送出時の駆動チャンネル数の２／３を駆動チャンネルとする例であり、３チャンネルごとに一つの非駆動チャンネルを配置する。
【００５４】
以下、図４のフローチャートを用いて、本実施形態の振幅変調法で撮像する場合の各部の動作について説明する。制御部１０６は、内蔵するメモリに予め格納されているプログラムを読み込んで実行することにより、図４のフローチャートのように各部を制御し、撮像を実行させる。
【００５５】
まず、ステップ４１において、制御部１０６は、表示部１１０に撮像方法の選択をユーザーに促す画面を表示させ、ユーザーがユーザーインターフェイス１０９を介して撮像方法を選択したならば、それを受け付ける（ステップ４１）。例えば、撮像方法としては、本実施形態の振幅変調法、ＰＩ法、ならびに、ＴＨＩではない通常の撮像方法等が選択可能であることを表示し、ユーザーの選択を受け付けることができる。
【００５６】
ステップ４１でユーザーが選択した撮像方法が振幅変調法である場合には、制御部１０６はステップ４２に進み、撮像パラメータを受け付けるための画面を表示部１１０に表示させて、ユーザーインターフェイス１０９を介して撮像パラメータの入力をユーザーから受け付ける。撮像パラメータとしては、送信パルスの周波数、波数、焦点位置、振幅、ならびに、受信信号の処理時のＴＧＣやゲイン等を受け付ける。送信ビームの振幅は、１回目の送信ビームの振幅の他に、２回目の送信ビームの振幅を１回目の振幅の１／ｎ倍（ｎ＞１）にするかについても受け付ける。尚、これらのすべての撮像パラメータはユーザーによって選択される必要はなく、撮像方法に応じて予め用意されたパラメータを制御部１０６が選択することも可能である。
【００５７】
ステップ４１でユーザーが振幅変調法ではない撮像方法を選択した場合には、その撮像方法を実行するステップ（不図示）に進む。
【００５８】
ステップ４２で撮像パラメータを受け付けたならば、ステップ４３に進み、２回目の送信ビームの送信時の超音波探触子１００の駆動チャンネルパターンとして選択可能なものを表示部１１０に表示させ、ユーザーインターフェイス１０９を介してユーザーから選択を受け付ける。具体的には、制御部１０６の内蔵するメモリ内には、図３（Ｂ）〜（Ｅ）のような複数種類の駆動チャンネルパターンが予め格納されており、ステップ４２でユーザーから受け付けた、２回目の送信ビームの振幅の大きさに対応する１以上の駆動チャンネルパターンを表示部１１０に表示する。例えば、ユーザーが、２回目の送信ビームの振幅を１回目の送信ビームの振幅の１／２倍（５０％）にするとステップ４２で入力した場合は、制御部１０６は、図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）のパターンを表示部１１０に表示する。また、ユーザーが、２回目の送信ビームの振幅を１回目の送信ビームの２／３倍（約６７％）にすると入力した場合は、図３（Ｄ）のパターンを表示部１１０に表示する。ユーザーが表示された複数の駆動チャンネルパターンから選択した場合もしくは、表示された駆動チャンネルパターンを了解した場合は、ステップ４４に進む。
【００５９】
なお、ステップ４３では、ユーザーが複数パターンから選択するのではなく、２回目の送信ビームの振幅に応じて予め一つのパターンのみを用意しておき、制御部１０６がそのパターンを選択することも可能である。
【００６０】
ステップ４４では、制御部１０６は、送信ビームフォーマ１０４にステップ４２で受け付けた撮像パラメータ（送信周波数・波数・送波焦点位置・振幅等）と、ステップ４３で選択された２回目の送信ビームの駆動チャンネルパターンを受け渡す。送信ビームフォーマ１０４は、１回目の送信ビーム用の送信信号を生成する。すなわち、波形選択部１３０は、撮像パラメータに対応する波形種類・チャンネルごとの遅延時間・振幅・重みつけ等を予め定めておいた範囲の中から選択し、送信波形形成・発生部１３１は、波形選択部１３０の選択した値で送信波形（送信信号）をチャンネルごとに生成する。
【００６１】
ステップ４５では、制御部１０６は、送受切替部１０１を切り替え、１回目の送波信号を超音波探触子１００の送信時開口部の各チャンネルを構成する電気音響変換素子に受け渡す。１回目の送信ビーム用の送信信号は、図３（Ａ）に示したように、超音波探触子１００の送信時開口部内の全チャンネル３１の電気音響変換素子に受け渡される。これにより、所定の振幅の超音波ビーム（送信ビーム）が、撮像対象１２０に送波される。
【００６２】
撮像対象１２０の生体内からのエコー信号は、超音波探触子１００の受信時の開口部内の電気音響変換素子により受信され、電気信号に変換される。制御部１０６は、送受切替部１０１を切り替えて受信信号を受信ビームフォーマ１０５に受け渡す。受信ビームフォーマ１０５は、受信したエコー信号に遅延を与え、受信ビーム信号を形成し、信号処理部１０７に受け渡す。信号処理部１０７は、メモリに受信ビーム信号を一時記憶する。尚、受信時の開口部は、送信の開口部と必ずしも一致させる必要はない。
【００６３】
つぎに、送信ビームフォーマ１０４は、２回目の送信ビーム用の送信信号を生成する。２回目の送信信号の波形は、ステップ４４で選択された駆動チャンネルパターンの駆動チャンネル３１ａについては、１回目の送信信号波形と同一とする。非駆動チャンネル３１ｂについては送信信号を生成しないか、もしくは電圧ゼロの信号を生成する。制御部１０６は、送受切替部１０１を切り替え、２回目の送信ビーム用の送信信号を送信ビームフォーマ１０４から超音波探触子１００に受け渡す。
【００６４】
これにより、超音波探触子１００からは、２回目の送信ビームが、駆動チャンネル３１ａのみから送波される。２回目の送信ビームは、音圧が、１回目の送信ビームよりも小さく、しかも、電気音響変換素子の非線形応答性の影響を受けず、１回目の送信ビームに対して振幅のみが変調された波形となっている。
【００６５】
２回目の送信ビームの生体内からのエコー信号は、１回目と同様に、超音波探触子１００の受信時開口部内の電気音響変換素子により受信する。制御部１０６は、送受切替部１０１を切り替えて受信信号を受信ビームフォーマ１０５に受け渡し、受信ビーム信号を信号処理部１０７に受け渡す。尚、２回の受信時の開口部は、一致させることが望ましい。但し、実際の使用条件では、受信時の開口部に重み付けを行う場合があり、重みの形状によっては受信時の開口部の両端付近の電気音響変換素子により受信される信号は、開口部の中央付近の電気音響変換素子により受信される信号に対して十分小さくなる。その場合は、１回目の受信時の開口部が、２回目の受信時の開口部と異なっていても構わない。画像化においては、受信時の開口部が異なることによる影響は小さく、実質的には開口部を同じとした場合に等しくなるためである。
【００６６】
ステップ４６では、制御部１０６は、１回目および２回目のエコー信号を演算処理して、非線形成分のみを取り出す処理を信号処理部１０７に行わせる。信号処理部１０７は、受信ビーム信号から得られた受信信号に対して増幅処理および所定のフィルタ処理した後、２回目のエコー信号の受信信号をｎ倍し、１回目のエコー信号の受信信号から差し引く処理を行う。
【００６７】
この処理を具体的に説明する。１回目の送信ビームの音圧をｐとしたとき、線形成分の音圧レベルはｐに比例するＰで表わされ、非線形成分（第２高調波）の音圧レベルはＰ２に比例するため、全体のエコー信号の音圧は、Ｐ＋αＰ２（αは任意の数）と表わせる。２回目の送信ビームの送出時の駆動チャンネル３１ａが送信時開口部に占める駆動面積が、図３（Ｄ）のように２／３の大きさであった場合、２回目の送信ビームの音圧は（２／３）ｐとなり、エコー信号の音圧は、（２／３）Ｐ＋α（４／９）Ｐ２と表わされる。この２つのエコー信号から非線形成分のみ取り出すには、２回目のエコー信号を３／２倍し、１回目のエコー信号から差し引けばよい。この演算で、Ｐの項が打ち消され、α（１／３）Ｐ２のみ残るため、非線形成分のみ抽出することができる。また、１回目のエコー信号を２／３倍し、２回目のエコー信号を差し引いても、同様に非線形成分のみを抽出できる。
【００６８】
よって信号処理部１０７は、ステップ４２においてユーザーが設定した２回目の送信ビームの振幅が１回目の送信ビームの振幅の１／ｎ倍（ｎ＞１）、１回目および２回目の送信ビームのエコー信号の音圧信号をＰ１、Ｐ２とした時、Ｐ１−ｎＰ２または（１／ｎ）Ｐ１−Ｐ２を演算により求める。これにより、線形成分が打ち消され、非線形成分（１−（１／ｎ））Ｐ２または（１／ｎ）（１−（１／ｎ））Ｐ２に比例する成分のみを残すことができる。
【００６９】
得られた非線形成分は、画像処理部１０８に受け渡されて、画像データが構築される。これにより、ＴＨＩによる画像を得ることができる。
【００７０】
なお、１／ｎをできるだけ小さい値に設定し、演算処理としてはＰ１−ｎＰ２を行うことが、非線形信号を大きく抽出できるため望ましい。つまり、２回目の送信において超音波探触子１００の送信時開口部内の駆動するチャンネル数（駆動面積）をできるだけ小さくすることにより、受信信号の演算処理後に得られる非線形成分を増やすことができる。
【００７１】
上記説明では、送信時の開口部内の全チャンネルを駆動チャンネル３１とする１回目の送信ビームの後に、一部のチャンネルのみを駆動チャンネル３１ａとする２回目の送信ビームを送信しているが、１回目の送信と２回目の送信の順番を入れ替えることも可能である。なお、ここでは便宜上、送信時に駆動するチャンネルの領域が最も大きくなる場合の領域全体を送信時の開口部とした。つまり、例えばプローブの持つチャンネル数が送信口径方向に１９６個のときでも、６４チャンネルが駆動するチャンネルの最大領域である場合には、６４チャンネルの領域が送信時の開口部となる。
【００７２】
このように、本実施形態では、図１に記載する超音波探触子１００に配置された複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡して駆動させ、撮像対象１２０の所定位置に超音波ビームを送信させる送信ビームフォーマ１０４と、撮像対象１２０からの前記超音波ビームのエコーを複数の電気音響変換素子で受信させ、受信信号を得る受信ビームフォーマ１０５と、受信信号を演算処理して画像を生成する信号処理部１０７と、送信ビームフォーマ１０４と前記信号処理部とを制御する制御部１０６とを有する超音波撮像装置である。制御部１０６は、撮像対象１２０の同位置に対して、送信ビームフォーマ１０４から超音波ビームを２回送信させ、２回の送信のたびに得た受信信号を信号処理部１０７で演算させ、受信信号に含まれる線形成分を打ち消し、非線形成分を抽出させる。２回の送信のうち、１回の送信は、複数の電気音響変換素子のうち所定の面積（送信時開口部）となる電気音響変換素子全てに送信部から送信信号を受け渡して駆動させ、他の１回の送信は、所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみに選択的に送信信号を受け渡して駆動させる。つまり、駆動チャンネルの数（駆動面積）を低減することにより、送信ビームの振幅を変調するため、駆動チャンネルの電気音響変換素子に対しては、２回の送信とも全く同一波形の入力電圧が印加されている。よって、電気音響変換素子等のデバイスの非線形性からくる電圧依存による波形歪みの影響を受けず、生体内の伝搬により生じた非線形成分のみを精度よく取り出すことができる。
【００７３】
なお、第1の実施形態では、２回の送信のうち、１回目の送信時に、送信時開口部の全てのチャンネルを駆動し、２回目の送信時に、送信時開口部内の一部のチャンネルを駆動チャンネルとする例について説明したが、１回目の送信と２回目の送信の順番を入れ替えて行うことはもちろん可能である。
【００７４】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の超音波診断装置について説明する。
【００７５】
第２の実施形態の超音波診断装置は、第１の実施形態と同様に、送信ビームを２回送波し、１回の送信での駆動チャンネルの数（送信時開口部の駆動面積）を、他の１回の送信でのそれよりも少なく（小さく）することで送信ビームの音圧を変調し、振幅変調法によるＴＨＩを行う超音波診断装置である。第２の実施形態では、さらにグレーティングローブの発生を考慮して、打ち消し残り線形成分を低減し、アーチファクト（画像における虚像）を抑制できる適切な駆動チャンネルパターンを選択可能にする。
【００７６】
まず、グレーティングローブについて説明する。一般に、電子走査型アレイ超音波プローブでは、アレイ状の各電気音響変換素子から発射される超音波の波面が合成され送信ビームを作る。電気音響変換素子は、目的の方向（主軸）に超音波の位相を一致させるように、チャンネルごとに遅延をかけられる。ところが、電気音響変換素子から発する送信パルスは複数の波を含んでいるため、隣り合うチャンネルの電気音響変換素子の一つ遅れた位相とも波面を形成する。よって、その波面を形成する方向にもビームが作られることになり、主軸と異なる方向からも強いエコー信号を受けることになる。このように主軸と異なる方向に指向性を持つビームをグレーティングローブ呼ぶ。
【００７７】
隣り合うチャンネルの間隔（ピッチ）をｄ、超音波の波長をλとしたとき、グレーティングローブは主軸からθ＝ｓｉｎ−１(ｍλ／ｄ）（ただし、ｍは整数）の方向に現れる。つまり、θが撮像したい視野の外にくるように、チャンネルのピッチｄと波長λを設定すれば、グレーティングローブの発生を防ぐことができる。周波数が同じパルスの場合、チャンネルのピッチｄを小さく設定するほどグレーティングローブは発生しにくくなる。
【００７８】
第１の実施形態では、２回の送信のうち１回の送波時に、超音波探触子１００の駆動チャンネル数（送信時開口部内の駆動面積）を全チャンネル数（送信時開口部の全領域）よりも少なくすることにより、デバイスの非線形性を除外したＴＨＩを行っている。通常の超音波探触子１００は、チャンネルのピッチｄが送信パルスの周波数に対してグレーティングローブが発生しないように設計されているため、送信開口部内の駆動面積を減らすために選択する駆動チャンネルパターンによっては、ピッチｄを拡大させるのと同様になり、グレーティングローブ発生条件を満たしてしまう場合がある。
【００７９】
以下これを具体的に説明する。図５（Ａ)は、超音波探触子１００としてリニアアレイ探触子を用いた場合の、送信ビームの深度２０ｍｍのフォーカス付近での線形成分音場を求めたシミュレーション結果である。シミュレーションでは、生体中の音速を１５００ｍ／ｓ、減衰係数を０．５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚと仮定した。超音波探触子１００の超音波送受面は、チャンネルのピッチｄが０．２ｍｍで全４２チャンネルからなり、送信口径約８．４ｍｍであるとした。図５（Ａ）の縦軸は音圧を示し、横軸は方位方向の角度を正弦関数で示し、送信ビームの主軸はｓｉｎθ＝０の方向となっている。
【００８０】
図５（Ａ）のプロット１９０１は、全チャンネルを駆動して、中心周波数９ＭＨｚ、比帯域幅７０％のパルスを送波した場合の送信ビームの線形成分の音圧分布である。ここで比帯域幅とは、送信スペクトラムのうち帯域を中心周波数で割ったものである。
【００８１】
プロット１９０２は、図３（Ｂ）のように、駆動チャンネル３１ａと非駆動チャンネル３１ｂを交互に設定した駆動チャンネルパターンを用い、駆動面積を全チャンネル駆動時の半分とした場合の送信ビームの音圧分布である。但し、プロット１９０１，１９０２はともに、それぞれの最大音圧で規格化している。
【００８２】
プロット１９０１とプロット１９０２を比較すると、主軸（ｓｉｎθ＝０の方向）付近は両者でよく一致しているが、プロット１９０２は、主軸からずれた方位角ｓｉｎθ＝０．５の方向付近に音圧の盛り上がりが現れ、音場の違いが大きい。プロット１９０２の場合、駆動チャンネル３１ａが実際のチャンネルの一つおきになるため、実質的なチャンネルピッチが実際のチャンネルピッチｄの２倍となり、グレーティングローブの発生を完全に抑制できなくなっているためである。このように、隣り合う駆動チャンネル３１ａの間隔が図３（Ｂ）の場合のようにチャンネル一つ分よりも広くなると、グレーティングローブが生じるため、駆動チャンネル３１ａの間隔は、グレーティングローブの許容範囲に応じて設定する必要がある。例えば、チャンネルの２つ分よりも小さい間隔であることが好ましい。グレーティングローブが発生すると、図４のステップ４６における演算処理により、主軸における線形信号を打ち消して非線形信号を抽出しても、グレーティングローブによる線形信号は打ち消すことができないため、処理後の信号に線形信号が残存する。つまり、打ち消し残った線形成分による信号が、非線形信号と同時に画像上に表示されることになり、アーチファクト（画像における虚像）の原因となる。
【００８３】
一方、駆動チャンネルパターンを図３（Ｅ）とし、他の条件はプロット１９０２と同じにした場合の送信ビームの音圧分布が、図５（Ａ）のプロット１９０３である。図３（Ｅ）の駆動チャンネルパターンは、駆動チャンネル３１ａが送信時開口部内の中心にまとまっており、隣り合う駆動チャンネル同士のピッチｄは、駆動面積を低減しても広がらないため、プロット１９０３にはグレーティングローブは発生しない。従って、プロット１９０３はプロット１９０１の音場に近いものになっている。この場合、図４のステップ４６での演算処理により主軸における線形信号を打ち消して非線形信号を抽出する際、処理後の信号に残る線形信号はプロット１９０２の場合よりも小さくなる。
【００８４】
このように、駆動チャンネルパターンとして適切なパターンを選択することにより、グレーティングローブの発生を抑制でき、線形信号の打ち消し残りを小さくできることがわかる。
【００８５】
そこで、第２の実施形態では、装着されている超音波探触子１００のチャンネルピッチｄと、撮像パラメータとしてユーザーから設定される送信パルスの周波数、波数、フォーカス深度等に応じて、グレーティングローブを抑制可能な撮像チャンネルパターンを予め演算または実験により求め、これを図６のようなテーブル等にして、制御部１０６内のメモリに予め格納しておく。
【００８６】
図７のフローに示すように、第２の実施形態の撮像方法では、ステップ４２で、周波数、波数、焦点位置、振幅等の撮像パラメータの入力をユーザーから受け付けたならば、制御部１０６は、ステップ８３に進み、メモリ内の図６のテーブルから撮像パラメータとして設定された周波数、波数、フォーカス深度に対応する、最適な駆動チャンネルパターンを読み出す。ここでは、駆動チャンネルパターンとして、パターンＮ、Ａ、Ｂの３種類のいずれかが図６のテーブルに従って選択される。
【００８７】
なお、装着されている超音波探触子１００のチャンネルピッチｄについては、使用可能な超音波探触子１００の種類が固定的である場合には、固定値としてテーブル内に組み込んでおくことが可能であるし、ピッチの異なる複数種類の超音波探触子１００をユーザーが選択して使用できる場合には、ステップ４２において撮像パラメータの一つとしてユーザーからピッチｄの入力を受け付けることも可能である。また、装着可能な超音波探触子１００の種類と、そのチャンネルピッチｄとの関係をテーブル等にして制御部１０６内のメモリに予め格納しておき、ステップ４２において、ユーザーが装着した超音波探触子１００の種類を選択することで、制御部１０６は、選択された超音波探触子１００のチャンネルピッチｄをテーブルから読み出し、図６のテーブルの駆動チャンネルパターンの選択に用いることも可能である。
【００８８】
制御部１０６は、読み出した駆動チャンネルパターンと、このパターンがグレーティングローブの抑制に最適であることを表示部１１０に表示し、ユーザーに示す。ユーザーがこのパターンに了解したならば、ステップ４４に進む。また、ステップ８３においてユーザーが、表示部１１０に示された最適パターン以外の他の駆動チャンネルパターンを任意に選択できるようにすることも可能であり、この場合は、制御部１０６は、ユーザーが選択したパターンを用いる。
【００８９】
他のステップ４１〜４２、４４〜４６は、第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。また、装置構成についても第１の実施形態と同様である。
【００９０】
このように、第２の実施形態では、撮像パラメータに応じて、グレーティングローブを抑制できる最適な駆動チャンネルパターンを選択できるため、信号処理部１０７で処理後にグレーティングローブに起因する線形成分の打ち消し残りを低減できる。よって、打ち消し残った線形成分によるアーチファクトを抑制でき、より非線形信号の割合の高いＴＨＩ画像を得ることができる。
【００９１】
また、グレーティングローブの発生は、送信パルスの比帯域幅にも依存する。例えば、電気音響変換素子としてＣＭＵＴ（Capacitive  micro-machined  ultrasonic  transducers：静電容量型マイクロマシン超音波トランスデューサ）や単結晶圧電体を用いる場合、広く用いられているＰＺＴ（Lead  zirconate  Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた素子よりも広帯域に送信パルスを作ることができる。広帯域パルスは、ほぼ単一パルスになるため、主軸以外の方向で波の重なり合う領域が減りグレーティングローブは発生しにくくなる。具体例として、図５（Ｂ）に、送信パルスの比帯域幅を１２５％にし、他の条件は、図５（Ａ）と同様とした場合のシミュレーション結果を示す。プロット１９０５は、全チャンネルを駆動した場合であり、プロット１９０６が図３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンの場合であり、プロット１９０７が図３（Ｅ）の駆動チャンネルパターンの場合である。図５（Ａ）のプロット１９０２と図５（Ｂ）のプロット１９０６を比較すると、比帯域幅が１２５％の広帯域パルスを用いることにより、図３（Ｂ）の交互に駆動チャンネルを設定する駆動チャンネルパターンを選択した場合であっても、グレーティングローブが抑制されていることがわかる。
【００９２】
このように、送信パルスの比帯域幅によっても、グレーティングローブを抑制できる適切な駆動チャンネルパターンは変化するため、最適な駆動チャンネルパターンを求める際のパラメータとして、送信パルスの帯域幅を考慮することも可能である。比帯域幅は送信波形の時間領域では波数に対応するため、送信パルスの波数をパラメータとしても本質的には同じ事である。この場合、図６のテーブルを予め演算等により求める際に、送信パルスの比帯域幅もしくは波数をパラメータとして含むテーブルを作成し、図７のステップ４２において制御部１０６は、送信パルスの帯域幅をユーザーから受け付ける構成にする。
【００９３】
また、駆動チャンネルパターンのみならず、駆動面積の割合を最適にすることにより、線形成分の打ち消し残りを低減することも可能である。これを図８のプロットを用いて説明する。プロットの横軸は送信時開口部の総面積に対する駆動チャンネルの面積の割合を表し、縦軸はその駆動面積を用いた場合の送信ビームの最大音圧差の変化を示している。最大音圧差とは、送信口径内の全チャンネルを駆動させたときの送信ビーム全体との差分のうち、最大となる点の音圧差を表す。このプロットは、図５（Ａ）のプロット１９０３と同様なシミュレーション条件を用いた計算結果より求めた。
【００９４】
駆動面積を低減した送信（２回目の送信）時の駆動面積が、送信時開口部の総面積に近い（１００％に近い）ほど、全チャンネル送信時（１回目の送信）との最大音圧差は小さくなるため、図７のステップ４６の受信エコー演算後に残存する線形成分は低減される。このため、打ち消し残り線形成分を低減し、アーチファクトを抑制する観点からは、２回目の送信時の駆動面積が送信時開口部の総面積に近いことが望ましい。一方、駆動面積を低減した送信（２回目の送信）時の駆動面積が小さいほど、送信ビームの音圧が小さくなるため、図７のステップ４６の演算後の非線形成分は大きく得られ、Ｓ／Ｎの高いＴＨＩが可能となる。このため、非線形成分を大きく得るためには、２回目の送信の駆動面積は小さい方が望ましい。
【００９５】
そこで、打ち消し残り線形成分低減と非線形成分増加を両立できる範囲に駆動面積を設定する。具体的には、打ち消し残り線形成分に起因するアーチファクトが画像上で認識できる量が、最大音圧差３ｄＢ相当であるとすると、打ち消し残り線形成分低減の観点からは駆動面積の割合が、図８の例では約７４％以上であることが望ましい。一方、Ｓ／Ｎ向上の観点からは、２回目の送信の駆動面積が小さい方が望ましい。そこで、両方を考慮して、最適な駆動面積として７４％を選択する。これにより、Ｓ／Ｎの高いＴＨＩを実現しながら打ち消し残り線形成分をより低減できる。
【００９６】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の超音波診断装置について説明する。
【００９７】
第１および第２の実施形態では、２回の送信のうち１回の送信で、超音波探触子１００に駆動チャンネルと非駆動チャンネルを設けることにより駆動面積（駆動する電気音響変換素子の数）を低減し、送信ビームの音圧を低減した。第３の実施形態では、チャンネル内に設けられたサブチャンネルの単位で、駆動するサブチャンネルと駆動しないサブチャンネルを設けることにより、送信ビームの音圧を低減する。
【００９８】
例えば、図９（Ａ）に示される様に、各チャンネル３１に２つ以上のサブチャンネル９１を設置する。駆動面積を低減して送信ビームを送信する際には、図９（Ｂ）のように、２つ以上のサブチャンネル９１のうち一部のサブチャンネル９１ａのみを駆動させ、残りは非駆動サブチャンネル９１ｂとする。これにより、チャンネル３１内の駆動するサブチャンネル９１ａの割合により、送信ビームの音圧を低減することができる。このとき、図９（Ｂ）のように超音波探触子１００の送信時開口部内で、駆動サブチャンネル９１ａの間隔を一定になるようにすれば、駆動サブチャンネル９１ａのピッチは必ずチャンネル３１のピッチｄと同等になる。よって、駆動面積を低減する際にチャンネル３１の実質的なピッチが拡大することがなく、ピッチ拡大によるグレーティングローブの発生の懸念はない。ただし、非駆動サブチャンネル９１ｂを設けることにより、実質的なチャンネル３１の幅が異なるため、これに起因する音場の違いは多少生じる。
【００９９】
図１０は、超音波探触子１００としてリニアアレイ探触子を用いた場合の、送信ビームの深度２０ｍｍのフォーカス付近での線形成分音場を求めたシミュレーション結果である。シミュレーションでは、生体中の音速を１５００ｍ／ｓ、減衰係数を０．５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚと仮定した。超音波探触子１００の超音波送受面は、チャンネルのピッチｄが０．２ｍｍで全４２チャンネルからなり、送信口径約８．４ｍｍであるとした。送信パルスの中心周波数９ＭＨｚ、比帯域７０％である。図１０の縦軸は音圧を示し、横軸は方位方向の角度を正弦関数で示し、送信ビームの主軸はｓｉｎθ＝０の方向となっている。
【０１００】
図１０において、プロット２５０１は、全チャンネル３１のすべてのサブチャンネルを駆動した場合の送信ビームの音圧分布であり、プロット２５０２は、図９（Ｂ)のように各チャンネルを構成する二つのサブチャンネル９１の一方のサブチャンネル９１ａを駆動し、駆動面積を半分にした場合のものである。但し、プロット２５０１，２５０２はともに、それぞれの最大音圧で規格化している。
【０１０１】
図１０から明らかなように、プロット２５０２の送信ビームの音圧分布は、プロット２５０１の送信ビームの音圧分布とほぼ一致しており、グレーティングローブの発生が抑制されていることがわかる。このように、チャンネル３１を構成するサブチャンネルの単位で、駆動サブチャンネル９１ａと非駆動サブチャンネル９１ｂを設定することにより、駆動面積を低減してもグレーティングローブを抑制でき、打ち消し残り線形成分によるアークファクトを低減できる。
【０１０２】
なお、チャンネル３１にサブチャンネルの単位で駆動サブチャンネル９１ａと非駆動サブチャンネル９１ｂを設定するためには、例えば、図１１（Ａ）のように、送受切替部１０１内にスイッチ２４０２をチャンネル３１ごとに設置し、スイッチ２４０２が送信ビームフォーマ１０４からの送信信号を駆動サブチャンネル９１ａに受け渡すように切り替える構成とする。スイッチ２４０２の切り替えは、制御部１０６の制御下で送受切替部１０１が行う。
【０１０３】
また、超音波探触子１００の電気音響変換素子としてＣＭＵＴのような容電型トランスデューサを用いる場合、振動膜および下部基板内に設置された２つの電極間にＤＣバイアスおよびＡＣ（交流）電圧をかけることで電極間に電位差を発生させ、振動膜を振動させる。ＣＭＵＴではバイアス電圧が印加されなければ電気音響変換効率は極めて悪く、またＡＣ電圧の周波数の２倍の周波数で振動してしまうため、実効的には関心帯域における送信が不可能となる。そのため、超音波探触子１００には、各電気音響変換素子（ＣＭＵＴ）の一方の電極にＤＣバイアスを供給する電源９２が接続され、ＤＣバイアス電源９２には、図１２のように、ＤＣバイアス電圧を制御する制御部９３が接続されている。送信ビームフォーマ１０４は、送信信号としてＡＣ電圧をチャネルごとに供給する。
【０１０４】
そこで、ＣＭＵＴを用いる超音波探触子１００において、各チャンネルにサブチャンネルを設ける場合には、図１１（Ａ）のように、ＡＣ電圧をスイッチ２４０２により、駆動するサブチャンネル９１ａのＣＭＵＴにのみ受け渡す構成にすることが可能であるし、図１１（Ｂ）のように、駆動するサブチャンネル９１ａのＣＭＵＴのみにＤＣバイアスを供給し、非駆動サブチャンネル９１ｂにはＤＣバイアスを供給しない構成とすることも可能である。図１１（Ｂ）の構成の場合、ＤＣバイアスは駆動されるチャンネルで一定電圧（共通電圧）であるため、一つのチャンネル内に配置するサブチャンネルの数と同数のＤＣバイアス系統９５ａ，９５ｂを設けるのみで、駆動サブチャンネル９１ａには系統９５ａからＤＣバイアスを印加して駆動させ、非駆動サブチャンネル９１ｂには系統９５ｂからＤＣバイアスを印加せずに非駆動にすることができる。全サブチャンネルを駆動する際には、全系統９５ａ，９５ｂからＤＣバイアスを供給する。これにより、チャンネル数と同数のスイッチを設ける必要がなく、系統の数と同数（図１１（Ｂ）の場合は二つ）のスイッチをＤＣバイアス電源９２に設け、ＤＣバイアス電圧制御部９３の制御により二つのスイッチを切り替えるのみの簡単な構成にすることができる。
【０１０５】
なお、図１１（Ａ）、(Ｂ)では、１つのチャンネルに２つのサブチャンネルを配置する例を示しているが、サブチャンネル数を３以上にし、駆動面積をより小さくすることも可能である。
【０１０６】
また、本実施形態によるサブチャンネル単位での駆動面積の低減と、第１および第２の実施形態のようにチャンネル単位での駆動面積の低減とを組み合わせて行うことも可能である。
【０１０７】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態では、第２および第３の実施形態で示したグレーティングローブによる打ち消し残り線形成分を抑圧する、さらに別の形態について説明する。
【０１０８】
一般的にリニア型、コンベックス型などのアレイ型の超音波探触子１００は、長方形にかたどられた電気音響変換素子の配列構造を持ち、送信口径（長軸）方向に複数のチャンネルがアレイ状に配置され、長軸方向に撮像対象の断層像を描く。また、送信口径と直交する短軸方向にも複数のチャンネルがアレイ状に配置されているものがある。例えば、図１３（Ａ）のように、２次元にチャンネル３１が配置されている場合、長軸方向のチャンネルの遅延時間を操作するなどによって、超音波ビーム（送信ビーム）のフォーカス点を変化させる。短軸方向のチャンネルは、音響レンズによってフォーカス点が固定されている場合や、フォーカス点の深さによって、短軸方向の駆動チャンネル数を変化させる場合がある。
【０１０９】
このように、長軸方向のみならず短軸方向にもチャンネルが並べられた探触子１００を用いる場合には、以下のように駆動するチャンネル３１ａを選択すれば、２回送信のうち１回の送信で送信ビームの音圧を低減するとき、グレーティングローブを抑えることができる。すなわち、図１３（Ｂ）、（Ｃ）のように短軸方向１列目の駆動チャンネル３１ａのパターンを設定したならば、短軸２列目以降のチャンネルの駆動チャンネル３１ａは、短軸１列目の駆動チャンネル３１ａに対して排他的にする。すなわち、短軸１列目とは異なる位置のチャンネル３１を駆動チャンネル３１ａとする。このとき、短軸方向各列の駆動チャンネル３１ａがその列に占める面積割合は、一定とすることも可能であるし、列ごとに異なっていてもよい。
【０１１０】
このように駆動チャンネル３１ａを配置することで、例えば図１３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンの駆動面積は、送信開口部の総面積に対して１／２であるが、長軸方向についてみると、短軸１列目と２列目の駆動チャンネル３１ａが非駆動チャンネルの位置を互いに補い合うように位置しているため、長軸方向については駆動チャンネル３１ａのピッチが、送信開口部内の全チャンネル駆動時と実質的に同等となる。したがって、長軸方向については、形成される送信ビームの音場が全チャンネル駆動時のビームフォーミングよる音場と同等となり、撮像対象の断層画像ではグレーティングローブ発生を抑えることができる。
【０１１１】
同様に、図１３（Ｃ）の駆動チャンネルパターンの駆動面積は、送信開口部の総面積に対して１／３であるが、長軸方向についてみると、短軸１列目と２列目の３列目の駆動チャンネル３１ａが相互に補い合う位置にあるため、長軸方向については、駆動チャンネル３１ａのピッチが送信開口部内の全チャンネル駆動時と実質的に同等である。
【０１１２】
なお、送信開口部内に２次元にチャンネルが配置されている場合に、図１３（Ｂ）、（Ｃ）のようにチャンネル３１ａを駆動するためには、送信ビームフォーマ１０４は、２次元に配列された全チャンネルにそれぞれ送信信号を出力する構成とすることももちろん可能であるが、長軸方向に沿った１列分のチャンネルに送信信号を出力する構成を備え、送受切替スイッチ１０１を介して、短軸１列目、２列目、３列目のいずれかのチャンネルに選択的に送信信号を受け渡すよう切り替える構成とすることも可能である。これにより、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）のようなパターンで、駆動チャンネル３１ａを駆動することができる。
【０１１３】
上記図１３（Ｃ）では短軸方向に３列の場合のチャンネルが配置されている探触子１００において，短軸各列の駆動チャンネルが互いに補い合うようなチャンネルパターンについて説明したが、長軸方向について全チャンネル駆動時と同じ送信開口となれば，短軸列におけるチャンネルは何回でも駆動してよい。例えば図１３（Ｄ）に示すようなパターンで，長軸１列目についてみると短軸１列目と３列目の２チャンネルが駆動している。このような場合でも，長軸方向については駆動チャンネル３１ａのピッチが、送信開口部内の全チャンネル駆動時と実質的に同等となるため，グレーティングローブの発生を抑えることができる。このため，４列以上のチャンネルが短軸方向に配置されている場合には、図１３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンまたは図１３（Ｃ）の駆動チャンネルパターンを繰り返し配置した駆動チャンネルパターンの構成にすることも可能である。例えば図１３（Ｅ）のように、短軸方向に４列のチャンネルが配置されている探触子の場合には、図１３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンを短軸方向に２回繰り返し配置したパターンにすることができる。また、短軸方向に６列のチャンネルが配置されている場合には、図１３（Ｃ）の駆動チャンネルパターンを２回繰り返し配置したパターンにすることができる。また、図１３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンと図１３（Ｃ）の駆動チャンネルパターンを短軸方向に交互に繰り返し配置したパターンにすることも可能である。これらの場合も、図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）と同様に、グレーティングローブ発生を抑制する効果が得られる。このように、図１３（Ｂ）や図１３（Ｃ）のパターンを繰り返し配置することにより、長軸と短軸の区別のない２次元アレイ超音波探触子においても、グレーティングローブの発生を抑制することができるため、長軸と短軸の区別のない２次元アレイ超音波探触子を用いて複数方向の断層像を写すような場合に有効である。
【０１１４】
２回の送信のうち、駆動面積を低減させる送信に用いるチャンネルパターン以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、本実施形態を第３の実施形態で示されるサブチャンネル駆動の方法を用いて、サブチャンネル単位で駆動面積を低減させる方法と組み合わせることも可能である。
【０１１５】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態では、グレーティングローブを避けるさらに別の形態として、信号処理部１０７のフィルタ処理部１３２より、エコー信号の周波数を選択する構成について説明する。すなわち、低周波領域の非線形信号のみを取得するようにフィルタをかけて、グレーティングローブを避ける。
【０１１６】
図１４に示したように、中心周波数ｆ０で帯域幅２ｆｓのパルスを送信した場合、生体伝搬中に発生する非線形信号は、２ｆ０を中心とした第２高調波成分３１１５以外にも、ｆｓ、２ｆｓなどを中心とした低周波領域の非線形成分（差音成分）３１１０が生成されることが知られている。
【０１１７】
一方、リニア型探触子のような主軸が口径に対して垂直の場合、グレーティングローブの発生条件は、実質的なチャンネルピッチをｄ、超音波の波長をλとしたとき、０＜（λ/d）＜１のときである。λは、音速をｃ、周波数をｆとすると、λ＝ｃ／ｆと書き直せる。つまり、図１４のように、グレーティングローブ３１２０が発生する周波数領域はｆ＞ｃ／ｄとなる。例えば、図３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンを用い、実質的なチャンネルピッチが０．４ｍｍの探触子から送信ビームを生成する場合、発生するグレーティングローブ成分は３．９ＭＨｚ以上の周波数領域に現れることになる。
【０１１８】
本実施形態では、この性質を利用してグレーティングローブ３１２０を除去する。すなわち、図４のステップ４６において、信号処理部１０７のフィルタ処理部１３２は、受信フィルタをかけて高周波をカットする際に、高域カットオフ値をグレーティングローブ成分の周波数領域の下限ｃ／ｄより下に設定し、除去する。これにより、グレーティングローブ３１２０による線形信号が、受信信号に残存することを防止でき、低周波領域に生成する差音成分３１１０の非線形信号を抽出できる。なお、セクタ型探触子のような主軸を傾けて深部で広い視野を得るような走査型探触子では、グレーティンローブ発生条件は広い範囲となり得る。したがって、探触子１００の物理的なチャンネルピッチと、駆動チャンネルパターンから、実質的なチャンネルピッチｄを求め、求めたｄとグレーティングローブ発生条件から受信フィルタ帯域の高域カットオフ周波数を決定する。
【０１１９】
具体的な例を用いてさらに説明する。物理的なチャンネルピッチが０．２ｍｍの構造のリニア探触子１００で、１回目の送信では送信開口部内の全チャンネルを駆動し、２回目の送信では送信開口部内の１／２のチャンネルのみを駆動する場合を考える。２回目の送信では、図３（Ｂ）の駆動チャンネルパターンを用いる。この場合、２回目の送信では、駆動チャンネル３１ａの実質的なピッチは０．４ｍｍとなるため、中心周波数９ＭＨｚの超音波を送信すれば、グレーティングローブが発生するが、グレーティングローブの出現する領域は、約３．９ＭＨｚ以上の周波数領域である。したがって、２回の送信におけるエコー信号に対しては、ステップ４６において信号処理部１０７のフィルタ処理部１３２が、３．９ＭＨｚよりも低域にセットした受信フィルタで信号をフィルタリングし、差音成分３１１０の非線形信号を抽出する演算処理を行う。
【０１２０】
他のステップは、第１の実施形態の図４と同様にする。また、装置の全体構成についても、第1の実施形態と同様である。
【０１２１】
このように、本実施形態では、フィルタ処理によってグレーティングローブを除去し、非線形信号（差音成分）を抽出できるため、グレーティングローブによるアーチファクトを抑制した差音成分によるＴＨＩ像を得ることができる。
【０１２２】
また、第１の実施形態に限らず、第２〜第３の実施形態と本実施形態のフィルタ処理とを組み合わせることも可能である。
【０１２３】
＜第６の実施形態＞
第６の実施形態の超音波診断装置について説明する。第２〜第５の実施形態では、２回の送受信を行う振幅変調法において、グレーティングローブを抑制し、打ち消し残り線形成分を低減させながらデバイスの非線形性に影響されないＴＨＩを実現する方法について述べた。第６の本実施形態では、３回以上の送受信を行って、グレーティングローブの影響を完全に除外する撮像方法を説明する。
【０１２４】
本実施形態では、第１送信時には、超音波探触子１００の送信時開口部内の全チャンネルを駆動し、第２〜第ｋ送信時（ただし、ｋ≧３、ｋは整数）では、それぞれ第１送信時よりも面積の小さい駆動領域（駆動チャンネル）を駆動する。このとき、第２〜第ｋ送信時の送信時開口部内の駆動領域（駆動チャンネル）を重ね合わせた合計が、第１送信時の駆動領域（送信開口部内の全チャンネル）と一致するように、第２〜第ｋ送信時の駆動領域（駆動チャンネル）を決定する。すなわち、第２〜第ｋ送信時の駆動チャンネルを相互に排他的に配置する。
【０１２５】
送信超音波のエコー信号中の線形成分は、送信ビームの音圧に比例して生成される。第１送信時の駆動面積に対して例えば１／ｎ倍（ｎ＞１）の駆動面積を持つ第２〜第ｋ送信のエコー信号中の線形信号は、第１送信のエコー信号中の線形信号の１／ｎ倍（ｎ＞１）となる。しかも、第２〜第ｋ送信時の駆動領域を重ね合わせた合計の面積は、第１送信時の駆動面積と一致するため、理論上、第２〜第ｋ送信の超音波ビーム（送信ビーム）の音場の線形成分の合算は、第１送信の送信ビームの音場の線形成分のそれと完全に一致する。このため、第２〜第ｋ送信の各エコー信号の受信信号を合算して、第１送信のエコー信号の受信信号から差し引く等の演算を行えば、受信信号中の線形成分は完全に打ち消される。グレーティンググローブも線形成分であるので、完全に除去される。
【０１２６】
一方、超音波が生体を伝搬中に生成させる高調波成分を主とする非線形成分は、送信ビームの音圧の２乗に比例して生成される。このため、第１送信時の駆動面積に対して１／ｎ倍（ｎ＞１）の駆動面積を持つ第２〜第ｋ送信のエコー信号中の非線形信号は、１／ｎ２倍され、１／ｎよりも小さくなる。つまり、得られるエコー信号に含まれる非線形信号の割合は、線形信号よりも小さくなるため、第２〜第ｋ送信のエコー信号を第１送信のエコー信号から差し引いても、非線形信号は残る。よって、振幅変調法によって非線形成分を抽出することができる。
【０１２７】
具体的な撮像時の動作として、図１５に示すように、第1の実施形態の図４のステップ４１、４２と同様の撮像方法、撮像パラメータをユーザーから受け付ける。このとき、ステップ４２において、送信回数ｋの入力を他のパラメータとともに受け付ける。
【０１２８】
制御部１０６に内蔵されるメモリには、設定された送信回数ｋごとに１以上の駆動チャンネルパターンが予め格納されている。ステップ４２において撮像パラメータが設定されたならば、制御部１０６は、ステップ１５３に進み、設定された送信回数ｋに対応する駆動チャンネルパターンをメモリから読み出し、表示部１１０に表示し、ユーザーに表示された駆動チャンネルパターンの中から、所望のパターンを選択するように促す。ユーザーがユーザーインターフェイス１０９を介してパターンを選択したならば制御部１０６はこれを受け付け、ステップ４４に進む。ステップ４４では、第１の実施形態と同様に、送信ビームフォーマ１０４に撮像チャンネルパターンと撮像パラメータを制御部１０６出力する。
【０１２９】
ステップ１５５に進み、制御部は、設定された撮像チャンネルパターンの駆動チャンネル３１ａを駆動して、第１回から第ｋ回の送信ビームを送信し、その都度エコー信号を受信する。受信信号は、信号処理部１０７がフィルタ処理等してメモリ１３４に格納する。尚、それぞれの送信と受信で用いる開口部は第１の実施形態と同様な扱いである。
【０１３０】
ステップ１５６では、信号処理部が、第１回目のエコー信号（受信信号）Ｐ１から第ｋ回目のエコー信号（受信信号）Ｐｋを用いて、Ｐ１−（Ｐ２＋Ｐ３・・・＋Ｐｋ）を演算することにより、線形成分を打ち消し、非線形成分を抽出する。その後画像処理部１０８が画像構築等を行う。
【０１３１】
これにより、第６の実施形態のグレーティングローブをほぼ完全に打ち消したＳ／Ｎの高い非線形信号によるＴＨＩ像を得ることができる。
【０１３２】
図１６（Ａ）〜（Ｆ）に、３回送受信（ｋ＝３）を行う際の、駆動チャンネルパターンの例を示す。図１６（Ａ）は、第２〜第３送信の駆動チャンネルパターンが、１チャンネルおきに排他的に駆動チャンネル配置したパターンである。図１６（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、２チャンネルおき、および、３チャンネルおきに排他的に駆動チャンネルを配置したパターンである。図１６（Ｄ）は、第３の実施形態で説明したサブチャンネル構造を備えた装置を用いる場合で、チャンネル内に２つのサブチャンネルを配置し、第２送信で第１サブチャンネルを駆動サブチャンネル９１ａとして駆動させ、第３送信で第２サブチャンネルを駆動サブチャンネル９１ａとして駆動させるパターンである。また、図１６（Ｅ）は、第２送信では送信口径に向かって左半分の領域に位置する複数のチャンネルを駆動チャンネル３１ａとし、第３送信では右半分の領域に位置する複数のチャンネルを駆動チャンネル３１ａとするパターンである。図１６（Ｆ）は、第２送信では、送信開口部の外側領域の複数チャンネルを駆動チャンネル３１ａとし、第３送信では送信開口部の中央領域の複数チャンネルを駆動チャンネル３１ａとするパターンである。
【０１３３】
図１７（Ａ）〜（Ｃ）に、５回送受信（ｋ＝５）を行う際の、駆動チャンネルパターンの例を示す。また、図１７（Ｄ）には、６回送受信（ｋ＝６）のパターンの例を示す。図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、第２〜第５送信で２チャンネルずつ駆動するパターンである。図１７（Ａ）では、隣接する２チャンネルを駆動チャンネル３１ａとし、送信ごとにその位置をずらしていくパターンであり、図１７（Ｂ）は、チャンネルアレイの両脇に位置する二つのチャンネルを駆動チャンネル３１ａとし、送信ごとに順次内側のチャンネルを選んでいくパターンである。図１７（Ｃ）は、３チャンネルを挟んだ二つのチャンネルを駆動チャンネル３１ａとし、二つの駆動チャンネル３１ａの間隔を保ったまま、送信ごとにチャンネルの位置をずらしていくパターンである。図１７（Ｄ）は、駆動するチャンネルの数も位置もランダムにしたパターンである。
【０１３４】
図１６、図１７に示したいずれの駆動チャンネルパターンを行った場合、第２から第ｋ送信の駆動チャンネル３１ａを重ね合わせると、第１送信の駆動チャンネル３１ａに等しいため、第２から第ｋ送信で受信するエコー信号の線形音場の合算は、第１送信で受信するエコー信号の線形音場と完全に一致する。よって、ステップ１５６で第２から第ｋ送信で受信する全てのエコー信号の合算（Ｐ２＋Ｐ３・・・＋Ｐｋ）を、第１送信のエコー信号（Ｐ１）から差し引く受信したエコー信号の演算を行うと、線形成分を完全に打ち消し、非線形信号のみ残る。
【０１３５】
図１７（Ａ）の場合、受信したエコー信号の演算で抽出できる非線形信号量は、第１送信のエコー信号Ｐ１の非線形信号量がαＰ２とすれば、第２から第５送信は第１送信の駆動面積の１／４を使用しているため、得られるエコー信号はそれぞれα（１／１６）Ｐ２となる。よって、ステップ１５６で、線形成分を打ち消す演算（Ｐ１−（Ｐ２＋Ｐ３・・・＋Ｐｋ）を行うと、αＰ２−４×α（１／１６）Ｐ２＝α（３／４）Ｐ２の非線形成分が得られる。
【０１３６】
Ｎ回送信（ｋ＝Ｎ）を考えたとき、第２〜第Ｎ回の各送信の駆動面積は一定値とすると、各送信の駆動面積は、送信開口部の総面積の１／（Ｎ−１）倍と表わされる。第１送信でのエコー信号の音圧をＰとしたとき、第２〜第Ｎ回の各送信のエコー信号は、線形成分と非線形成分を合わせて記述すれば、（１／（Ｎ−１））Ｐ＋α（１／（Ｎ−１）２）Ｐ２と表されるから、第２〜第Ｎ回送信のエコー信号の総和は、上式を（Ｎ−１）倍して、Ｐ＋α（１／（Ｎ−１））Ｐ２と表される。１回目のエコー信号（Ｐ＋αＰ２）からこれを差し引くと、得られる非線形成分は、αＰ２（１−１／（Ｎ−１））と表される。つまり、送信回数Ｎ（＝ｋ）が大きければ大きいほど、演算処理後に得られる非線形信号がより大きくなる。
【０１３７】
よって、非線形信号を多く得たい場合には、総送信回数ｋを大きく設定することが望ましい。また、高フレームレートを優先する場合には、３回送受が望ましい。なお、３回送受信の場合には、第２送信と第３送信の駆動チャンネルの面積を等しくすると、演算後に得られる非線形信号が大きくなる。
【０１３８】
また、演算処理により、多くの非線形信号を抽出するためには、第２〜第ｋ回送信のエコー信号に含まれる非線形信号をより小さくすることが望ましい。なぜなら、ステップ１５６での演算処理の際、第１送信のエコー信号から第２〜第ｋ回送信のエコー信号を差し引くため、第１送信のエコー信号の非線形信号が演算処理により低減するためである。このため、第２〜第ｋ回送信の駆動チャンネルパターンをなるべく非線形信号量が小さくなるパターンとするのが望ましい。すなわち、音源を分散させるアレイパターンが良く、第２〜第ｋ回送信の送信開口部内の駆動チャンネルのアレイパターンに偏りがない方がよい。例えば、３回送信の図１６（Ａ）〜（Ｆ）のパターンの中では、図１６（Ａ）および（Ｄ）に挙げているパターンがこの条件を満たすため望ましい。図１６（Ｆ）のパターンでは、第２送信と第３送信における駆動チャンネルの並び方に偏りがあるため、第２〜第ｋ回送信の非線形信号が他のパターンより大きくなり、演算後に得られる非線形信号量が小さくなる。
【０１３９】
本実施形態は、第３の実施形態で示されるサブチャンネル駆動による駆動面積を変化させる方法を用いて、サブチャンネル単位での駆動面積の低減と、チャンネル単位での駆動面積の低減とを組み合わせて行う駆動パターンを組み合わせることも可能である。また、第４の実施形態で示される短軸方向におけるチャンネルを駆動アレイパターンに組み合わせることも可能である。
【０１４０】
第６の実施形態では、第１送信により送信時開口部内の全チャンネルを駆動し、第２〜第ｋ送信で、送信時開口部内の一部のチャンネルを駆動しているが、全チャンネルを駆動する送信は、第１〜第ｋ送信の任意の回の送信で行うことが可能である。この場合、残りの回の送信で、一部のチャンネルを駆動した送信を行う。
【０１４１】
また、送信時開口部の全チャンネルを駆動する送信を、複数回に分けて行うことも可能である。例えば、送信時開口部の全チャンネルのうち１／２のチャンネルを駆動して第１送信を行い、残りの１／２のチャンネルを駆動して第２送信を行い、第１送信および第２送信のエコー信号を合算することにより、送信時開口部の全チャンネル駆動による送信時と同様のエコー信号を得る。そして、残りの第３送信から第（ｋ＋１）送信で、一部のチャンネルを駆動した送信を行い、得られたエコー信号を、第１送信と第２送信のエコー信号の合算から差し引くことにより、非線形成分を抽出することができる。
【０１４２】
＜第７の実施形態＞
第１〜第６の実施形態は、それぞれＴＨＩを行う撮像方法を説明したが、第１〜第６の実施の形態の撮像方法が選択的に実行できる超音波診断装置の構成にすることも可能である。その場合、実際に使用する条件において、必要とされる最適な方法を選択できるため望ましい。
【０１４３】
例えば、フレームレートが必要とされる時は、２回送信でＴＨＩが可能となる第１〜第５の実施形態の撮像方法を選択し、高分解能の撮像を必要とする時は第６の実施形態の撮像方法を、自動あるいは手動で調節できるように構成すればよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１００  超音波探触子
１０１  送受切替部
１０４  送信ビームフォーマ
１０５  受信ビームフォーマ
１０６  制御部
１０７  信号処理部
１０８  画像処理部
１０９  ユーザーインターフェイス
１１０  表示部
１２０  撮像対象
１３２  フィルタ処理部
１３３  演算処理部
１３４  メモリ
１３０  波形選択部
１３１  送信波形形成・発生部
１１０１  第１送信パルス
１１０２  第２送信パルス
１１１１  第１送信のエコー信号
１１１２  第２送信のエコー信号
１１２０  演算後のエコー信号
１２０１  第１送信パルス
１２０２  第２送信パルス
１２１１  第１送信のエコー信号
１２１２  第２送信のエコー信号
１２２０  演算後のエコー信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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