(57)【要約】【課題】高度な正負駆動対称性を有する送信駆動装置を備えていなくても、鮮明な超音波画像を得ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供する。【解決手段】本発明に係る超音波診断装置１（１ａ）は、それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子２０（２０ａ）の振動子２１（２１ａ）に送信させるための複数の駆動信号であって、振動子２１（２１ａ）から送信される複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成し、振動子２１（２１ａ）に対して出力する送信部１２（１２ａ）と、送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を超音波探触子２０（２０ａ）から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部１４と、を有する。【選択図】図３
2020081322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子の振動子に送信させるための複数の駆動信号であって、前記振動子から送信される前記複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成し、前記振動子に対して出力する送信部と、
前記送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有する、超音波診断装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記超音波探触子が有する複数の前記振動子のうち、互いに隣接する所定数の前記振動子のそれぞれに対して、前記送信音圧波形の非対称性を補償する少なくとも１つの相殺用駆動信号と前記複数の駆動信号のうちの１つの第１駆動信号のいずれを出力するかを示す駆動信号配列データに基づいて、前記所定数の振動子のそれぞれに対して前記第１駆動信号と前記相殺用駆動信号のいずれかを出力する、
請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記送信部は、
前記駆動信号として、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるパルス信号を出力する駆動波形生成部と、
複数の異なる立ち上がり開始時間と、複数の異なる立ち下がり開始時間と、の組み合わせにより構成される複数の異なる駆動信号をそれぞれ含む複数の駆動信号群を前記駆動波形生成部に生成させるパルス制御信号を生成して前記駆動波形生成部に出力するパルス制御信号出力部と、
を有し、
複数の駆動信号群に含まれる全ての駆動信号の波形の可算平均は０である、
請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える駆動信号の波形の種類を示す駆動信号配列データを記憶する配列記憶部と、
前記駆動信号配列データに基づき前記複数の振動子の各振動子を駆動し、超音波を送信させる送信部と、
前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有し、
前記駆動信号配列データは、前記複数の振動子の配列方向において、前記波形の種類が離散的に配列されている、
超音波診断装置。
【請求項５】
前記送信部は、第１の超音波と前記第１の超音波とは異なる第２の超音波とを送信し、
前記画像生成部は、前記第１の超音波が被検体内で反射した第１の反射超音波に基づく受信信号と前記第２の超音波が被検体内で反射した第２の反射超音波に基づく受信信号とを合成することにより高調波成分を抽出し、
前記第１の超音波は、前記駆動信号配列データに基づき送信される、
請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記駆動信号配列データは、前記第２の超音波を送信するための第２の駆動信号と波形が正負対称性を有する第１の駆動信号の波形の種類を示す情報および、前記第１の駆動信号の波形とは異なる波形の種類を示す情報を含む、
請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記駆動信号配列データは、前記第１の駆動信号に基づき送信される超音波と前記第２の超音波とを合成しても相殺されない超音波を相殺するための超音波を送信するための相殺用駆動信号の波形の種類を示す情報を含む、
請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記駆動信号配列データは、前記複数の振動子の配列方向において、前記波形の種類が対称となるように配列されており、前記振動子は、互いに対称な複数の駆動信号の入力に基づいて、非対称な送信音圧波形を有する複数の送信超音波を出力する、
請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記相殺用駆動信号は、前記非対称な送信音圧波形同士を加算した加算音圧波形を、前記振動子の伝達関数の逆関数に基づいて逆変換して生成された信号に基づき設定される、
請求項８に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記第１駆動信号と前記相殺用駆動信号との振幅比に基づいて、前記所定数の振動子に対して出力する前記第１駆動信号と前記相殺用駆動信号の割合が決定される、
請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記駆動信号配列データにおいて、前記第１駆動信号と前記相殺用駆動信号は、それぞれ離散性が最大となるように配置される、
請求項１０に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記振動子は、静電容量型トランスデューサにより形成されている、
請求項４から１１のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える複数の駆動信号群の波形を示す波形データを記憶する波形記憶部と、
前記波形データに基づき前記複数の振動子の各振動子を駆動し、超音波を送信させる送信部と、
前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有し、
前記波形データが示す複数の駆動信号群に含まれる全ての駆動信号の波形の可算平均は０である、
超音波診断装置。
【請求項１４】
前記送信部は、
立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるパルス信号を出力するパルス発生回路と、
複数の異なる立ち上がり開始時間と、複数の異なる立ち下がり開始時間と、の組み合わせにより構成される複数の異なる駆動信号をそれぞれ含む前記複数の駆動信号群を前記パルス発生回路に生成させるパルス制御信号を生成して前記パルス発生回路に出力するパルス制御信号出力部と、
を有する、
請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記立ち上がり開始時間の数と、前記立ち下がり開始時間の数は、前記パルス発生回路の前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間との比に基づいて決定される、
請求項１４に記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子の振動子に送信させるための複数の駆動信号であって、前記振動子から送信される前記複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成して前記振動子に対して出力し、
前記送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する、
超音波画像生成方法。
【請求項１７】
超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える駆動信号の波形の種類を示す駆動信号配列データであって、前記複数の振動子の配列方向において、前記波形の種類が離散的に配列されている前記駆動信号配列データに基づき、前記複数の振動子の各振動子を駆動して超音波を送信させ、
前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する、
超音波画像生成方法。
【請求項１８】
超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える複数の駆動信号群の波形を示す波形データであって、前記波形データが示す前記複数の駆動信号群に含まれる全ての駆動信号の波形の可算平均は０である前記波形データに基づき、前記複数の振動子の各振動子を駆動して超音波を送信させ、
前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する、
超音波画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用した超音波診断装置および超音波画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波探触子を体表に当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子をリアルタイム表示で得ることができ、かつ安全性が高いため、繰り返して検査を行う際に有用である。
【０００３】
このような超音波診断装置において、送信超音波の基本波成分（周波数ｆ０）に対する反射超音波（受信信号）の高調波成分（例えば、周波数２ｆ０，３ｆ０等）を画像化する撮像法が用いられることがある。このような撮像法は、ティッシュ・ハーモニック・イメージング（Tissue Harmonic Imaging）と呼ばれ、コントラストのよい画像が得られることが知られている。
【０００４】
上述した高調波成分は、主に超音波が被検体内を伝播する際に生ずる非線形歪みに起因して発生する。具体的には、超音波が生体内に照射されると、組織の非線形応答により組織伝播中に超音波信号が歪み、高調波成分が増大する。その結果、組織からの反射信号には、基本波ｆ０の整数倍の周波数成分を有する高調波が含まれることになる。高調波の例として、基本波ｆ０の２倍の周波数成分２ｆ０を含むものが第２次高調波、３倍の周波数成分３ｆ０を含むものが第３次高調波と呼ばれる。
【０００５】
ティッシュ・ハーモニック・イメージングによって鮮明な画像を得るためには、受信信号から基本波成分を除去し、高調波成分のみを抽出することが重要である。受信信号から高調波成分のみを抽出する方法としては、例えばパルスインバージョン法が知られている。パルスインバージョン法は、極性を相互に反転させた第１および第２の送信波形を、時間間隔をおいて送信し、それぞれの受信信号を整相加算して基本波成分を打ち消すことによって２次の高調波成分を強調するものである。例えば特許文献１から３には、パルスインバージョン法によりティッシュ・ハーモニック・イメージングを実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３００５５４号公報
【特許文献２】特開２００２−３０１０６８号公報
【特許文献３】特開２００３−３１０６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、ティッシュ・ハーモニック・イメージングにおいて鮮明な超音波画像を得るためには、基本波成分の減殺を十分に行うことが必要である。そのためには、送信超音波における高度な正負駆動対称性が要求される。上記特許文献１から３に記載された技術では、高度な正負駆動対称性を有するパルス信号を出力するため、高精度且つ高価な送信駆動装置を備えている。
【０００８】
しかしながら、医療の現場では、小型かつ低価格で取り扱いやすい超音波診断装置が必要になることもある。小型で低価格の超音波診断装置では、特許文献１から３で用いられている高価な送信駆動装置を採用できないため、分解能やペネトレーション等の画質面で妥協を余儀なくされていた。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、安価な構成で、鮮明な超音波画像を得ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波診断装置は、それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子の振動子に送信させるための複数の駆動信号であって、前記振動子から送信される前記複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成し、前記振動子に対して出力する送信部と、前記送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有する。
【００１１】
本発明の超音波診断装置は、超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える駆動信号の波形の種類を示す駆動信号配列データを記憶する配列記憶部と、前記駆動信号配列データに基づき前記複数の振動子の各振動子を駆動し、超音波を送信させる送信部と、前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有し、前記駆動信号配列データは、前記複数の振動子の配列方向において、前記波形の種類が離散的に配列されている。
【００１２】
本発明の超音波診断装置は、超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える複数の駆動信号群の波形を示す波形データを記憶する波形記憶部と、前記波形データに基づき前記複数の振動子の各振動子を駆動し、超音波を送信させる送信部と、前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、を有し、前記波形データが示す複数の駆動信号群に含まれる全ての駆動信号の波形の可算平均は０である。
【００１３】
本発明の超音波画像生成方法は、それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子の振動子に送信させるための複数の駆動信号であって、前記振動子から送信される前記複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成して前記振動子に対して出力し、前記送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する。
【００１４】
本発明の超音波画像生成方法は、超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える駆動信号の波形の種類を示す駆動信号配列データであって、前記複数の振動子の配列方向において、前記波形の種類が離散的に配列されている前記駆動信号配列データに基づき、前記複数の振動子の各振動子を駆動して超音波を送信させ、前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する。
【００１５】
本発明の超音波画像生成方法は、超音波探触子が有する複数の振動子の各振動子に与える複数の駆動信号群の波形を示す波形データであって、前記波形データが示す複数の駆動信号群に含まれる全ての駆動信号の波形の可算平均は０である前記波形データに基づき、前記複数の振動子の各振動子を駆動して超音波を送信させ、前記超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を前記超音波探触子から取得し、前記複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安価な構成で、高画質の超音波画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超音波診断装置の外観構成を例示した図
【図２】第１の実施の形態における超音波診断装置の機能構成を例示したブロック図
【図３】第１の実施の形態における送信部の構成について例示した図
【図４】駆動信号配列データの一例を示す図
【図５Ａ】振動子に入力された第１駆動信号の波形の例を示す図
【図５Ｂ】振動子に入力された第２駆動信号の波形の例を示す図
【図５Ｃ】振動子から出力された第１送信音圧波形および第２送信音圧波形の例を示す図
【図５Ｄ】第１送信音圧波形と第２送信音圧波形とが加算された結果である加算送信音圧波形の例を示す図
【図５Ｅ】振動子の伝達関数の逆関数を用いて算出された、加算波形を相殺（キャンセル）するための駆動信号の波形（相殺用駆動波形）の例を示す図
【図５Ｆ】近似駆動波形の例を示す図
【図６Ａ】送信開口のチャンネル数（送信開口に含まれる振動子の数）が４４である場合の、駆動信号出力部が出力する駆動信号の配列を示す図
【図６Ｂ】送信開口のチャンネル数が３０である場合の、駆動信号出力部が出力する駆動信号の配列を示す図
【図６Ｃ】送信開口のチャンネル数が１４である場合の、駆動信号出力部が出力する駆動信号の配列を示す図
【図７】第２の実施の形態に係る超音波診断装置の機能構成を例示したブロック図
【図８Ａ】駆動波形生成部に第１駆動信号を発生させるための第１パルス制御信号の波形を例示した図
【図８Ｂ】駆動波形生成部に第２駆動信号を発生させるための第２パルス制御信号の波形を例示した図
【図８Ｃ】駆動波形生成部が出力する第１駆動信号と第２駆動信号のパルス波形の例を示す図
【図８Ｄ】図８Ｃに示す第１駆動信号と第２駆動信号とを加算した加算駆動信号を示す図
【図９】第２の実施の形態における送信部の構成について例示した図
【図１０】パルス制御信号出力部が出力するパルス制御信号を例示した図
【図１１】パルス発生回路が出力する駆動信号を例示した図
【図１２Ａ】図１１に示す第１駆動信号群を時間的に重ねて示した図
【図１２Ｂ】図１１に示す第２駆動信号群を時間的に重ねて示した図
【図１２Ｃ】第１駆動信号群の平均（第１駆動信号平均）、および第２駆動信号群の平均（第２駆動信号平均）を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示した例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
以下では、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２０】
［各構成の概要］
第１の実施の形態に係る超音波診断装置１は、図１および図２に示すように、超音波診断装置本体１０と超音波探触子２０とを備えている。図１は、超音波診断装置１の外観構成を例示した図である。また、図２は、第１の実施の形態における超音波診断装置１の機能構成を例示したブロック図である。
【００２１】
超音波探触子２０は、図示しない生体等の被検体に対して超音波を送信するとともに、この被検体で反射した反射波（反射超音波：エコー）を受信する。
【００２２】
超音波診断装置本体１０は、超音波探触子２０とケーブル３０を介して接続され、超音波探触子２０に電気信号の駆動信号を送信することによって、被検体に対して送信超音波を送信させる。また、超音波診断装置本体１０は、超音波探触子２０にて受信された被検体内からの反射超音波に基づいて超音波探触子２０で生成された電気信号の受信信号を受信し、受信信号を用いて被検体内の内部状態を超音波診断画像として画像化する。
【００２３】
超音波探触子２０は、複数の振動子２１を備える。この振動子２１は、例えば方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、超音波探触子２０は、例えば、数十個〜数百個の振動子２１を備える。なお、振動子２１は、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。
【００２４】
なお、本第１の実施の形態では、超音波探触子２０の備える複数の振動子２１として、ｃＭＵＴ（Capacitive Micromachining Ultrasound Transducer：静電容量型トランスデューサ）素子が使用されている。ｃＭＵＴ素子は、半導体製造技術（ＭＥＭＳ）を用いて形成されており、各素子への配線が容易であるため、多次元アレイへの好適性や回路の集積化の容易性等の長所を有する。
【００２５】
しかしながら、ｃＭＵＴ素子は、基板上に設けられたダイヤフラムが上下に振動することで音波を出力する構造を有しており、振動特性が上下非対称であるため、対称な駆動信号の入力に対して非対称な超音波を送信してしまう、という課題を有する。非対称な送信超音波からは基本波成分を充分に相殺することができず、鮮明な高調波超音波診断画像を生成することが困難であるため、本第１の実施の形態に係る超音波診断装置１では、超音波診断装置本体１０の動作によってこの課題に対応している。
【００２６】
超音波診断装置本体１０は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、画像処理部１５と、ＤＳＣ１６と、表示部１７と、制御部１８とを備える。
【００２７】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力等を行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部１８に出力する。
【００２８】
送信部１２は、制御部１８の制御に従って、送信超音波を発生させるための電気信号である駆動信号を、ケーブル３０を介して超音波探触子２０に供給する。送信部１２は、例えば、超音波探触子２０に配列された全ての振動子のうちの連続する一部に対して駆動信号を出力して送信超音波を発生させる。そして、送信部１２は、送信超音波を発生させる毎に、駆動信号を出力する振動子を方位方向にずらしていく。これにより、超音波診断装置１は、走査線を移動させながら広範囲の走査（スキャン）を行うことができる。
【００２９】
また、送信部１２は、ティッシュ・ハーモニック・イメージングのため、パルスインバージョン法に基づく駆動信号を超音波探触子２０に出力する。より具体的には、送信部１２は、第１駆動信号と、この第１駆動信号とは異なる波形を有する第２駆動信号とを同一走査線上に時間間隔をおいて送信する。送信部１２の詳細については後述する。
【００３０】
受信部１３は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２０からケーブル３０を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。また、受信部１３は、振動子２１毎の受信信号を、予め設定された所定の増幅率で増幅させ、アナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）した後、整相加算して音線データを生成する。
【００３１】
画像生成部１４は、受信部１３からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅等の各処理を実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表した画像データである。画像生成部１４にて生成されたＢモード画像データは、画像処理部１５に送信される。また、画像生成部１４は、高調波成分抽出部１４１を備え、高調波成分抽出部１４１の抽出した高調波成分を用いてＢモード画像データを生成する。
【００３２】
高調波成分抽出部１４１は、ティッシュ・ハーモニック・イメージングのため、受信部１３から出力された受信信号に基づいて高調波成分を抽出する。本実施の形態では、高調波成分抽出部１４１は、２次高調波に代表される偶数次高調波を主体とした信号成分を抽出する。偶数次高調波成分は、２種類の異なるパルス信号に基づいて送信された２つの送信超音波にそれぞれ対応する反射超音波から得られる受信信号を合成（例えば、加算）し、受信信号に含まれる基本波成分を除去した上でフィルタ処理を行うこと等により抽出される。上記と併せて他の受信信号合成（例えば、減算）を行って他の次数（例えば、３次高調波に代表される奇数次高調波成分）を抽出し、これを偶数次高調波成分と合成してＢモード画像データを生成してもよい。
【００３３】
画像処理部１５は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリによって構成された画像メモリ部１５１を備えている。画像処理部１５は、画像生成部１４から出力されたＢモード画像データをフレーム単位で画像メモリ部１５１に記憶する。フレーム単位での画像データを超音波画像データ、あるいはフレーム画像データということがある。画像処理部１５は、画像メモリ部１５１に記憶した超音波画像データを適宜読み出してＤＳＣ１６に出力する。
【００３４】
ＤＳＣ１６は、画像処理部１５より受信した超音波画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部１７に出力する。
【００３５】
表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部１７は、ＤＳＣ１６から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波画像の表示を行う。
【００３６】
制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置１の各部の動作を集中制御する。
【００３７】
ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリ等により構成され、超音波診断装置１に対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
【００３８】
［送信部１２の構成］
以下では、第１の実施の形態における送信部１２の構成と、その動作について詳細に説明する。図３は、第１の実施の形態における送信部１２の構成について例示した図である。図３に示すように、送信部１２は、クロック発生回路１２１と、駆動波形生成部１２２と、駆動波形記憶部１２３と、配列遅延設定部１２４と、駆動信号出力部１２５と、配列記憶部１２６と、を有する。
【００３９】
クロック発生回路１２１は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。
【００４０】
駆動波形生成部１２２は、所定の周期で駆動波形信号を発生させるための回路である。駆動波形生成部１２２は、後述の配列記憶部１２６に格納された波形配列情報に基づき、駆動波形記憶部１２３に格納された駆動波形情報を読み出して複数段階の電圧を切り替えて出力することにより、矩形状の駆動波形信号を発生させることができる。複数段階の電圧とは、例えば＋ＨＶ、０（ＧＮＤ）、−ＨＶの３段階や、＋ＨＶ、＋ＭＶ、０（ＧＮＤ）、−ＭＶ、−ＨＶの５段階等である。本明細書では、駆動波形生成部１２２として、３段階の電圧を出力できる駆動波形生成部（本明細書では、これを３値パルサーと称する）を採用した場合について説明する。このような３値パルサーは、例えば無段階で任意に電圧を変化させることができるパルサーと比較して安価であるため、超音波診断装置１の製造コストを抑えるためには好適である。
【００４１】
また、駆動波形生成部１２２は、制御部１８の制御に基づいて、パルスインバージョン法のための第１駆動波形信号と第２駆動波形信号とを発生させる。
【００４２】
なお、本第１の実施の形態において、駆動波形生成部１２２が発生させる駆動波形信号は、正極性および負極性で同一である。すなわち、駆動波形生成部１２２が発生させる第１駆動波形信号と第２駆動波形信号とは、同一波形選択においては互いに正負反転した駆動波形信号となる。
【００４３】
駆動波形記憶部１２３には、予め設計された駆動波形の情報が複数記憶されている。駆動波形記憶部１２３は駆動波形生成部１２２の要求に応じた駆動波形情報を駆動波形生成部１２２に出力する。
【００４４】
配列遅延設定部１２４は、超音波探触子２０が有する複数の振動子２１のそれぞれに対して、配列記憶部の情報に基づいて駆動波形信号を割り当て、更に送信焦点深度に応じた遅延時間を設定する。これにより、複数の振動子２１のそれぞれの駆動タイミングを制御することができる。
【００４５】
駆動信号出力部１２５は、配列遅延設定部１２４で生成された各振動子２１に対する駆動制御信号に基づいて、超音波探触子２０が有する複数の振動子２１のそれぞれに対して、設定電圧に応じた駆動信号を出力する。
【００４６】
配列記憶部１２６には、駆動信号配列データが記憶されている。配列記憶部１２６は、例えば不揮発性メモリ等の記憶媒体である。
【００４７】
駆動信号配列データとは、超音波探触子２０が有する複数の振動子２１のうち、互いに隣接する所定数の振動子２１に対して出力する駆動信号の波形の配列を示すデータである。図４は、駆動信号配列データの一例を示す図である。図４は、互いに隣接する１１個の振動子２１に対して出力する駆動信号の波形配列の例を示したものである。波形配列とは、ここでは、互いに隣接する振動子２１へ出力する駆動信号の波形の選択情報（種類）を示す。
【００４８】
なお、図４では隣接する１１個の振動子２１に対する駆動信号の波形配列のみを示しているが、それ以外の振動子２１に対しては、図４に示す駆動信号の波形配列を繰り返して使用する。複数の振動子２１のそれぞれに対して出力する駆動信号の波形配列の詳細については後述する。
【００４９】
図４において、上段の「１」〜「１１」は隣接する振動子２１のそれぞれを示す番号であり、下段の「Ｗ１」、「Ｗ１ａ」、「Ｗ１ｂ」はそれぞれ異なる波形の駆動信号を示している。駆動信号Ｗ１ａおよびＷ１ｂは、振動子２１（ｃＭＵＴ）の非対称性を補償するための波形を有する駆動信号である。
【００５０】
［駆動信号配列データの生成方法］
次に、駆動信号配列データの生成方法について説明する。以下説明する駆動信号配列データの生成処理は、超音波診断装置１が実際に超音波診断に使用されるより前に行われる処理である。図５Ａ〜図５Ｆは、駆動信号配列データ生成の流れについて説明するための図である。なお、以下の駆動信号配列データの生成処理は、例えば超音波診断装置１の外部のコンピューター等が行ってもよいし、超音波診断装置本体１０の構成の一部（制御部１８等）を用いて行ってもよいが、人体に用いる超音波診断装置においては、その音響安全性を確保するため、設計段階で有限の組み合わせに限定することが好ましい。生成された駆動信号配列データは、超音波診断装置本体１０に記憶され、超音波画像を生成する際の各振動子２１の駆動条件として設定される。
【００５１】
以下では、各駆動波形および駆動信号配列を生成する方法について具体的に説明する。まず、超音波探触子２０を用いて、各振動子２１が駆動信号の入力に対して出力する送信超音波の波形（送信音圧波形）を計測する。より詳細には、あらかじめ波形が決定された第１駆動信号と、この第１駆動信号を正負反転させた波形を有する仮の第２駆動信号とを実際に各振動子２１に入力し、各振動子２１から出力された送信音圧波形を測定する。この測定は、例えば水中に設置されたハイドロフォンに向けて送信超音波を送出し、ハイドロフォンからの電気信号を外部のオシロスコープ等で計測することにより可能となる。測定に用いるハイドロフォンやオシロスコープは、送出する超音波の周波数帯域に対して充分に広い帯域を有するものを用いて行うことが好ましい。
【００５２】
図５Ａは、振動子２１に入力された第１駆動信号の波形の例を示す図である。図５Ｂは、振動子２１に入力された第２駆動信号の波形の例を示す図である。図５Ｃは、振動子２１から出力された第１送信音圧波形および第２送信音圧波形の例を示す図である。上記したように、本第１の実施の形態では、振動子２１として、入力に対する出力応答が非対称な特性を有するｃＭＵＴが用いられている。このため、図５Ｃに示すように、正負対称な第１駆動信号と第２駆動信号の入力に対して、振動子２１から出力される送信音圧波形は正負非対称となっている。図５Ａから図５Ｃにおいて、第１駆動信号の波形および第１送信音圧波形は実線で、第２駆動信号の波形および第２送信音圧波形は点線で、それぞれ示されている。なお、第１送信音圧波形とは、第１駆動信号の入力に基づいて振動子２１が出力した送信超音波の波形であり、第２送信音圧波形とは、第２駆動信号の入力に基づいて振動子２１が出力した送信超音波の波形である。
【００５３】
以下の説明において、第１駆動信号の波形をＷ１、第２駆動信号の波形をＷ２と記載する。簡単のため、第１駆動信号の波形Ｗ１を、単に第１駆動信号Ｗ１と記載することもある。第２駆動信号の波形Ｗ２についても同様に、単に第２駆動信号Ｗ２と記載することがある。
【００５４】
第１送信音圧波形ＴＸ１と第２送信音圧波形ＴＸ２とが取得されると、次に第１送信音圧波形ＴＸ１と第２送信音圧波形ＴＸ２とが加算される。図５Ｄは、第１送信音圧波形ＴＸ１と第２送信音圧波形ＴＸ２とが加算された結果である加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄの例を示す図である。図５Ｄに示すように、振動子２１の非対称性に起因して、第１送信音圧波形ＴＸ１と第２送信音圧波形ＴＸ２とを加算しても０とはならない。
【００５５】
次に、上記加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄが正負反転され、振動子２１の伝達関数Ｇ（ｓ）の逆関数Ｇ−１（ｓ）を用いて、加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄを相殺（キャンセル）するための駆動信号の波形が生成される。なお、本明細書において、振動子２１の伝達関数とは、駆動信号の入力波形を、振動子２１が出力する送信音圧波形に変換するための関数を意味している。図５Ｅは、振動子２１の伝達関数Ｇ（ｓ）の逆関数Ｇ−１（ｓ）を用いて算出された、加算波形を相殺（キャンセル）するための駆動信号の波形（相殺用駆動波形）の例を示す図である。
【００５６】
次に、図５Ｅに示す相殺用駆動波形を、３値パルサーである駆動波形生成部１２２の取り得る３段階の電圧比にフィッティングした近似駆動波形Ｗ１ａが生成される。すなわち、相殺用駆動波形にできるだけ近くなるように、３値パルサーの取り得る３段階の電圧値と同じ比となるように、その電圧値の持続時間を設定することで図５Ｆに例示する近似駆動波形Ｗ１ａが生成される。つまり、Ｗ１やＷ２のように＋ＨＶと−ＨＶの比が１：１であればＷ１ａをフィッティングする際には＋ＨＶ（Ｗ１ａ）と−ＨＶ（Ｗ１ａ）が１：１の条件でフィッティングを行い、比が１：１でなければＷ１ａのフィッティング時もこの比を維持した条件でフィッティングを行う。すなわち、Ｗ１とＷ１ａでは＋ＨＶと−ＨＶの比は同一とする。これにより、後述のＷ１とＷ１ａの電圧値の違いを振動子２１への波形割り当て比率で制御することが可能となる。相殺用駆動波形の生成を複数回繰り返し、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ、Ｗ１ｃ・・・と多段階で行う場合も同様にその比は維持することが必要となる。
【００５７】
図５Ｆは、近似駆動波形Ｗ１ａの例を示す図である。なお、本第１の実施の形態では駆動波形生成部１２２が３値パルサーであることから３つの電圧値へのフィッティングが行われているが、駆動波形生成部１２２が例えば５つの電圧値を取りうる５値パルサーであった場合、５つの電圧値へのフィッティングが行われてもよい。この場合、相殺用駆動波形生成においては＋ＨＶ、＋ＭＶ、−ＭＶ、−ＨＶの比を維持することが必要となる。
【００５８】
次に、第１駆動信号の波形Ｗ１と近似駆動波形Ｗ１ａとの振幅の比（｜ＨＶ（Ｗ１）｜：｜ＨＶ（Ｗ１ａ）｜）を算出する。この比に従って、超音波探触子２０の全振動子２１のうち、第１駆動信号Ｗ１が入力される振動子２１と近似駆動波形Ｗ１ａが入力される振動子２１との割合が決定される。例えばＷ１とＷ１ａとの振幅の比が３：１であった場合、全振動子２１のうちの７５％の振動子２１に対して第１駆動信号Ｗ１が入力され、２５％の振動子２１に対して近似駆動波形Ｗ１ａが入力される。振幅比が整数比ではない場合、各値が整数となるように近似してもよい。
【００５９】
そして、上記決定された割合で、各振動子２１に対して第１駆動信号Ｗ１または近似駆動波形Ｗ１ａが入力され、各振動子２１が送信した第１送信音圧波形ＴＸ１ａが計測される。そして、第１送信音圧波形ＴＸ１ａと第２送信音圧波形ＴＸ２とが加算されて加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａが算出される。近似駆動波形Ｗ１ａは、上記したように加算波形を相殺するための波形、換言すれば、振動子２１の非対称性に起因する、第１送信音圧波形ＴＸ１と第２送信音圧波形ＴＸ２との非対称性を補償するための波形である。このため、加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａは、近似駆動波形Ｗ１ａが用いられない場合の加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄと比較して、より０に近い波形となっているはずである。
【００６０】
ここで、加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａの振幅値（例えば振幅平均）が所定の閾値未満であるか否かの判定が行われる。加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａの振幅値が所定の閾値未満ではなかった場合、加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａを相殺するための近似駆動波形Ｗ１ｂを算出する処理が新たに行われる。すなわち、加算送信音圧波形ＴＸ＿ａｄｄａを反転して駆動波形生成部１２２の取りうる３値へのフィッティングを行い、近似駆動波形Ｗ１ｂが新たに算出される。加算送信音圧波形の振幅値が所定の閾値未満となるまで、上記処理は繰り返し行われる。なお、閾値の設定はその送信周波数に期待される特性（解像度優先、ペネトレーション優先等）に応じて適宜設定される。
【００６１】
このようにして、加算送信音圧波形を相殺するための近似駆動波形が少なくとも１つ生成される。以下では、近似駆動波形Ｗ１ａと近似駆動波形Ｗ１ｂとが生成された時点で加算送信音圧波形が所定の閾値未満となった場合について説明する。なお、第１駆動信号Ｗ１と、近似駆動波形Ｗ１ａ，Ｗ１ｂとの振幅比は、Ｗ１：Ｗ１ａ：Ｗ１ｂ＝６：３：２であったとする。
【００６２】
次に、互いに隣接する複数の振動子２１のそれぞれに対して、以上のように生成した近似駆動波形Ｗ１ａ、Ｗ１ｂと、第１駆動信号の波形Ｗ１のいずれを出力するかが決定される。具体的には、Ｗ１：Ｗ１ａ：Ｗ１ｂ＝６：３：２である場合、隣接する１１（＝６＋３＋２）個の振動子２１に対して、Ｗ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂが出力される振動子の数が、それぞれ、６個、３個、２個となるように、且つＷ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂのそれぞれが出力される各振動子が最も離散的に配置されるように、Ｗ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂの配列が決定される。このように決定された結果である、１１個の振動子２１のそれぞれに対して出力される駆動信号の配列の例が、図４に示されている。すなわち、図４は、近似駆動波形Ｗ１ａおよびＷ１ｂを用いて、加算送信音圧波形を相殺するために生成された駆動信号配列データの例を示している。
【００６３】
以上のようにして生成された近似駆動波形Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ・・・は、あらかじめ駆動波形記憶部１２３に記憶される。また、駆動信号配列データは、配列記憶部１２６にあらかじめ記憶される。
【００６４】
［駆動信号出力部１２５による駆動信号の出力処理］
次に、上記のようにあらかじめ生成され、配列記憶部１２６に記憶されている駆動信号配列データを用いた、駆動信号出力部１２５による振動子２１への駆動信号の出力処理について詳細に説明する。駆動信号出力部１２５は、まず第１駆動信号として、駆動信号配列データに基づく配列で各振動子２１に対して駆動信号の出力を行う。
【００６５】
図４に例示した駆動信号配列データでは、上記したように、互いに隣接した１１個の振動子２１に対して、駆動信号の波形Ｗ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂのそれぞれが最も離散的となるように配列されている。駆動信号出力部１２５は、このようにあらかじめ決定された配列を用いて、超音波探触子２０が有する複数の振動子２１のそれぞれに対して駆動信号を出力する。
【００６６】
より具体的には、配列遅延設定部１２４は、複数の振動子２１で構成される送信開口の中心から、左右対称に駆動信号配列データに示される配列を適用してこれに応じた駆動波形信号を選択し、更に送信焦点深度に応じた遅延時間を加えた駆動制御信号を駆動信号出力部に出力する。また、振動子２１の数が配列に含まれる数（図４の例では１１個）より多い場合、配列を繰り返して適用する。
【００６７】
図６Ａは、送信開口のチャンネル数（送信開口に含まれる振動子２１の数）が４４である場合の、駆動信号出力部１２５が出力する駆動信号の配列を示す図である。また、図６Ｂは、送信開口のチャンネル数（送信開口に含まれる振動子２１の数）が３０である場合の、駆動信号出力部１２５が出力する駆動信号の配列を示す図である。また、図６Ｃは、送信開口のチャンネル数（送信開口に含まれる振動子２１の数）が１４である場合の、駆動信号出力部１２５が出力する駆動信号の配列を示す図である。
【００６８】
図６Ａに示すように、配列遅延設定部１２４は、送信開口の中心から右側２２チャンネルに対して、図４に示す配列を２セット分適用し、それぞれ駆動信号Ｗ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂのいずれかの出力を行う。送信開口の中心から左側に対しては、図４に示す配列を左右対称にして（送信開口の中心を軸として配列を左右反転して）、右側と同様に２セット分適用している。ただし、図４においては、１セットにおける配列自体が左右対称であるため、図６Ａに示す例では、送信開口から右側と左側とが同じ配列になっている。
【００６９】
図６Ｂに示すように送信開口の全チャンネル数が３０チャンネルである場合、配列遅延設定部１２４は、送信開口の右側１５チャンネルに対して、右側２セット（２２チャンネル）分の配列を適用したもののうち、送信開口中心に近い１５チャンネル分を抽出する。同様に、配列遅延設定部１２４は、送信開口の左側１５チャンネルに対して、図４に示す配列を左右反転した２セット（２２チャンネル）分の配列を適用したもののうち、送信開口中心に近い１５チャンネル分を抽出する。
【００７０】
さらに図６Ｃに示すように送信開口の全チャンネル数が１４チャンネルである場合、配列遅延設定部１２４は、送信開口の右側７チャンネルに対して、右側１セット（１１チャンネル）分の配列を適用したもののうち、送信開口中心に近い７チャンネル分を抽出する。同様に、配列遅延設定部１２４は、送信開口の左側７チャンネルに対して、図４に示す配列を左右反転した１セット（１１チャンネル）分の配列を適用したもののうち、送信開口中心に近い７チャンネル分を抽出する。
【００７１】
配列遅延設定部１２４は、各振動子２１に対して、上記のように第１駆動信号の出力を行った後、時間をずらして第２駆動信号を出力する。本第１の実施の形態では、第２駆動信号に対しては、第１駆動信号のように振動子毎に異なる波形の出力を行わず、全振動子２１に対して同じ波形の第２駆動信号を出力する。しかしながら本発明はこの態様に限定されず、第１、第２の双方において複数の波形を配列して送信する方法をとってもよい。
【００７２】
このように、あらかじめ設定された駆動信号配列データを用いて、駆動信号出力部１２５は、互いに隣接した所定数の振動子２１に対して所定の割合で異なる波形の駆動信号を出力する。これにより、第１駆動信号の入力に対して各振動子２１が出力した第１送信音圧波形と、第２駆動信号の入力に対して各振動子２１が出力した第２送信音圧波形とが、加算されたときにほぼ相殺される波形となる。このため、本第１の実施の形態にかかる超音波診断装置１では、受信超音波における基本波の減殺を好適に行うことができ、高調波成分を用いて明瞭な超音波画像を得ることができるようになる。
【００７３】
＜第２の実施の形態＞
以下では、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７４】
［各構成の概要］
図７は、第２の実施の形態に係る超音波診断装置１ａの機能構成を例示したブロック図である。
【００７５】
以下の説明において、第２の実施の形態に係る超音波診断装置１ａと、上記説明した、第１の実施の形態に係る超音波診断装置１との相違点について主に説明し、同様の構成については説明を省略する。なお、図７および後出の図８において、第１の実施の形態に係る超音波診断装置１と動作が異なる構成については、符号に「ａ」を付して記載する。
【００７６】
第２の実施の形態では、超音波診断装置１ａが有する超音波探触子２０ａの振動子２１ａとして、ｃＭＵＴではなく、例えば圧電素子等、正負対称な波形の駆動信号の入力に対して正負対称な送信音圧波形を出力する振動子が採用される。このため、第２の実施の形態に係る超音波診断装置１ａでは、振動子２１ａの非対称性を考慮する必要はない。
【００７７】
第１の実施の形態では、駆動波形生成部１２２の立ち上がり時と立ち下がり時のスルーレートがほぼ同じ、すなわち立ち上がりに要する時間（以下、立ち上がり時間）と立ち下がりに要する時間（以下、立ち下がり時間）が同じ（立ち上がり時間と立ち下がり時間との差がほぼ０）であった。このため、第１の実施の形態において、第１駆動信号と第２駆動信号とは正負対称な波形の信号であった。
【００７８】
小型で安価な超音波診断装置を製造することを目的として、駆動信号としてのパルス信号を発生させるため、安価なパルス発生回路が採用されることがある。このような安価なパルス発生回路では、立ち上がり時と立ち下がり時のスルーレートが異なることがある。本第２の実施の形態では、駆動波形生成部１２２ａが発生させるパルス信号（駆動信号）の立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なる場合を考慮し、このような場合でもティッシュ・ハーモニック・イメージングにおける基本波成分の減殺を好適に行うことができる超音波診断装置１ａを提供する。
【００７９】
本第２の実施の形態では、このように非対称性を有する駆動波形生成部１２２ａが、第１駆動信号ＤＳ１と、第１駆動信号ＤＳ１を正負反転させた第２駆動信号ＤＳ２とを、時間をずらして出力する場合について考える。
【００８０】
図８Ａは、駆動波形生成部１２２ａに第１駆動信号を発生させるための第１パルス制御信号の波形を例示した図である。また、図８Ｂは、駆動波形生成部１２２ａに第２駆動信号を発生させるための第２パルス制御信号の波形を例示した図である。第１パルス制御信号および第２パルス制御信号の詳細については後述する。また、図８Ｃは、第１パルス制御信号および第２パルス制御信号に基づき、駆動信号出力部１２５ａが出力する第１駆動信号ＤＳ１と第２駆動信号ＤＳ２の実駆動波形の例を示す図である。図８Ｃに示す例では、立ち上がり、すなわち−ＨＶから＋ＨＶまでにかかる時間（立ち上がり時間）がＴｒ、立ち下がり、すなわち＋ＨＶから−ＨＶまでにかかる時間（立ち下がり時間）がＴｆであるとし、Ｔｒ：Ｔｆ＝２：３であるとする。
【００８１】
図８Ｄは、図８Ｃに示す第１駆動信号ＤＳ１と第２駆動信号ＤＳ２とを加算した加算駆動信号ＤＳ＿ａｄｄを示す図である。駆動信号出力部１２５ａが発生させるパルス信号は立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるため、図８Ｄに示すように、第１駆動信号ＤＳ１と第２駆動信号ＤＳ２とを加算しても、互いに相殺されず、差分が残ってしまう。このような第１駆動信号ＤＳ１および第２駆動信号ＤＳ２が振動子２１ａに対して出力されると、第１駆動信号ＤＳ１に基づいて振動子２１ａが出力する超音波の波形（第１送信音圧波形）と、第２駆動信号ＤＳ２に基づいて振動子２１ａが出力する超音波の波形（第２送信超音波）とが正負非対称となる。このため、パルスインバージョン法を用いたティッシュ・ハーモニック・イメージングにおいて、受信超音波の基本波成分を好適に相殺させることができないため高調波成分の抽出が不十分となり、画質のよい超音波画像を得ることが困難となってしまう。
【００８２】
以下では、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なる駆動信号出力部１２５ａを用いても、受信超音波の基本波成分を好適に相殺することができる駆動信号の生成処理について説明する。
【００８３】
図９は、第２の実施の形態における送信部１２ａの構成について例示した図である。図９に示すように、本第２実施の形態において、送信部１２ａは、駆動波形記憶部１２３および配列記憶部１２６を有しておらず、代わりに、パルス制御信号出力部１２７および波形記憶部１２８を有する点で第１の実施の形態における送信部１２の構成と異なっている。
【００８４】
パルス制御信号出力部１２７は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるためのパルス制御信号ＰＳを出力する。この際、パルス制御信号出力部１２７は、あらかじめ波形記憶部１２８に記憶された波形データに基づいて、パルス制御信号ＰＳを生成して出力する。波形記憶部１２８は、例えば不揮発性メモリ等の記憶媒体である。
【００８５】
図１０は、パルス制御信号出力部１２７が出力するパルス制御信号を例示した図である。図１０において、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２は、パルスインバージョン法のための第１駆動信号を出力させるための制御信号である。また、図１０において、第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２は、パルスインバージョン法のための第２駆動信号を出力させるための制御信号である。以下の説明において、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２と第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２とをまとめてパルス制御信号ＰＳと記載することがある。
【００８６】
図１０に示すように、パルス制御信号出力部１２７が出力するパルス制御信号ＰＳは、立ち下がり開始時間を４種類（Ｔｆｓ１〜Ｔｆｓ４）、立ち上がり開始時間を６種類（Ｔｒｓ１〜Ｔｒｓ６）有する。なお、立ち上がり開始時間とは、信号が立ち上がり始める時間を意味し、立ち下がり開始時間とは、信号が立ち下がり始める時間を意味するものとする。このような複数の波形は、駆動波形生成部１２２ａの立ち上がり時間Ｔｒおよび立ち下がり時間Ｔｆに基づいて、あらかじめ設計され、波形データとして波形記憶部１２８に記憶されている。
【００８７】
図１０に示すように、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２には、第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２の各信号と正負非対称である信号が含まれる。より詳細には、ＰＳ１−１とＰＳ２−１およびＰＳ２−７、ＰＳ１−２とＰＳ２−２およびＰＳ２−８、ＰＳ１−７とＰＳ２−３およびＰＳ２−９、並びにＰＳ１−８とＰＳ２−４およびＰＳ２−１０は、それぞれ対称の関係にある信号である。一方、ＰＳ１−３、ＰＳ１−４、ＰＳ１−５、ＰＳ１−６、ＰＳ１−９、ＰＳ１−１０、ＰＳ１−１１、およびＰＳ１−１２と正負対称の関係にある信号は第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２には含まれない。そして、ＰＳ２−５、ＰＳ２−６、ＰＳ２−１１、ＰＳ２−１２と正負対称の関係にある信号は第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２には含まれない。このように、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２は、第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２とどのように組み合わせても少なくとも一部は対称とならない、正負非対称な信号群であると言える。
【００８８】
パルス制御信号出力部１２７は、それぞれ異なる１２種類の第１パルス制御信号を出力する。また、パルス制御信号出力部１２７は、それぞれ異なる１２種類の第２パルス制御信号を出力する。なお、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２および第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２の順番は図１０に示す例に限定されず、互いに入れ替わってもよい。
【００８９】
配列遅延設定部１２４ａは、互いに異なる１２種類の第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１−１２に基づいて、互いに異なる１２種類の第１駆動信号ＤＳ１を送信開口に応じて配列し、更に送信焦点深度に応じた遅延時間を加えた駆動信号を発生させる。また、配列遅延設定部１２４ａは、互いに異なる１２種類の第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２に基づいて、互いに異なる１２種類の第２駆動信号ＤＳ２を送信開口に応じて配列し、更に送信焦点深度に応じた遅延時間を加えた駆動信号を発生させる。
【００９０】
図１１は、駆動信号出力部１２５ａが出力する駆動信号から遅延時間を除いて例示した図である。図１１において、第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２は、それぞれ、第１パルス制御信号ＰＳ１−１〜ＰＳ１〜１２に基づいて駆動信号出力部１２５ａが発生させた駆動信号である。また、第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２は、それぞれ、第２パルス制御信号ＰＳ２−１〜ＰＳ２−１２に基づいて駆動信号出力部１２５ａが発生させた駆動信号である。図１１に示すように、駆動信号出力部１２５ａが出力する駆動信号ＤＳは、パルス制御信号ＰＳと同様に、立ち下がり開始時間を４種類（Ｔｆｓ１〜Ｔｆｓ４）、立ち上がり開始時間を６種類（Ｔｒｓ１〜Ｔｒｓ６）有する。
【００９１】
また、図１１に示すように、パルス制御信号ＰＳに基づいて駆動信号出力部１２５ａが発生させた第１駆動信号ＤＳ１および第２駆動信号ＤＳ２は、立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なる信号である。なお、図１１に示す例では、図８Ａと同様に、立ち上がり時間と立ち下がり時間との比が２：３である。
【００９２】
このように駆動信号出力部１２５ａが発生させた第１駆動信号ＤＳ１および第２駆動信号ＤＳ２は、各振動子２１ａに出力される。超音波診断装置１は、第１駆動信号ＤＳ１に基づいて各振動子２１ａが出力した第１送信超音波に対する被検体からの反射超音波と、第２駆動信号ＤＳ２に基づいて各振動子２１ａが出力した第２送信超音波に対する被検体からの反射超音波と、に基づいて、基本波成分を相殺させ、高調波成分のみを抽出するティッシュ・ハーモニック・イメージングにより超音波診断画像を生成する。
【００９３】
この際、基本波成分を好適に減殺させるためには、上記したように第１駆動信号ＤＳ１と第２駆動信号ＤＳ２との正負対称性が重要である。以下では、図１１に示す第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２と、第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２との正負対称性について説明する。
【００９４】
図１２Ａは、図１１に示す第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２を時間的に重ねて示した図である。また、図１２Ｂは、図１１に示す第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２を時間的に重ねて示した図である。
【００９５】
上記したように、また図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、駆動波形生成部１２２ａが発生させる駆動信号ＤＳは、立ち下がり開始時間を４種類（Ｔｆｓ１〜Ｔｆｓ４）、立ち上がり開始時間を６種類（Ｔｒｓ１〜Ｔｒｓ６）備える。これらの駆動信号ＤＳを平均したものを図１２Ｃに示す。
【００９６】
図１２Ｃは、第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２の平均（第１駆動信号平均）ＤＳ１＿ａｖｅ、および第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２の平均（第２駆動信号平均）ＤＳ２＿ａｖｅを示す図である。図１２Ｃにおいて、第１駆動信号平均ＤＳ１＿ａｖｅは実線で、第２駆動信号平均ＤＳ２＿ａｖｅは点線で、それぞれ示されている。
【００９７】
図１２Ｃに示すように、第１駆動信号平均ＤＳ１＿ａｖｅと、第２駆動信号平均ＤＳ２＿ａｖｅとは、互いに正負対称な波形を有する。従って、図１１に示すような第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２および第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２が振動子２１ａに出力されることで、反射超音波における基本波成分が好適に相殺され、除去されうる。従って、パルス制御信号出力部１２７が図１０に示すようなパルス制御信号を駆動波形生成部１２２ａに出力することで、超音波診断装置１は、ティッシュ・ハーモニック・イメージングによる高画質な超音波診断画像を得ることができる。
【００９８】
［波形データの生成方法］
以下、波形記憶部１２８が記憶する波形データの生成方法について説明する。波形データに含まれる複数の波形は、駆動波形生成部１２２ａの立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆとが異なることに起因する、第１駆動信号と第２駆動信号との正負非対称性を補償できるような波形に設計される。
【００９９】
このような波形は、例えば以下のような方法で設計される。以下説明する波形データの設計処理は、例えば超音波診断装置１の外部のコンピューター等が行ってもよいし、超音波診断装置本体１０の構成の一部（制御部１８等）が行ってもよい。
【０１００】
まず、立ち上がり時間および立ち下がり時間が同じ（Ｔｒ＋Ｔｆ）、かつ正負対称の２つの波形を生成する。次に、生成した２つの波形のうちの１つに基づいて、平均がその波形となり、かつ、２ｎ種類の立ち下がり開始時間Ｔｆｓを有する２ｎｍ個の第１波形群を生成するとともに、生成した２つの波形のうちの他の１つに基づいて、平均がその波形となり、かつ、２ｍ種類の立ち上がり開始時間Ｔｒｓを有する２ｎｍ個の第２波形群を生成する。なお、ｎおよびｍは正の整数であり、立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆとの比ｎ：ｍに基づく数である。
【０１０１】
上記説明した例では、立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆとの比が２：３であったため、図１０に示すように、４種類の立ち下がり開始時間Ｔｆｓを有する１２個の第１駆動信号ＤＳ１−１〜ＤＳ１−１２および６種類の立ち上がり開始時間Ｔｒｓを有する１２個の第２駆動信号ＤＳ２−１〜ＤＳ２−１２が生成されていた。
【０１０２】
このような方法により、駆動信号出力部１２５ａの立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆとが異なることに起因する、第１駆動信号と第２駆動信号との正負非対称性を補償する波形を設計することができる。
【０１０３】
＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明に係る超音波診断装置１（１ａ）は、それぞれ波形が異なる複数の送信超音波を、時間をずらして超音波探触子２０（２０ａ）の振動子２１（２１ａ）に送信させるための複数の駆動信号であって、振動子２１（２１ａ）から送信される複数の送信超音波の送信音圧波形の非対称性を補償した駆動信号を生成し、振動子２１（２１ａ）に対して出力する送信部１２（１２ａ）と、送信超音波が被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号を超音波探触子２０（２０ａ）から取得し、複数の送信超音波に対応する複数の受信信号に基づいて高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に基づいて超音波画像を生成する画像生成部１４と、を有する。
【０１０４】
このような構成により、入力信号に対する出力応答に非対称性を有する構成を備えた超音波診断装置１においても、受信信号における基本波成分を好適に減殺し、高調波成分による鮮明な超音波診断画像を生成することができる。
【０１０５】
また、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置１は、超音波探触子２０が有する複数の振動子２１のうち、互いに隣接する所定数の振動子２１のそれぞれに対して、送信音圧波形の非対称性を補償する少なくとも１つの相殺用駆動信号と複数の駆動信号のうちの１つの第１駆動信号のいずれを出力するかがあらかじめ設定された駆動信号配列データに基づいて、所定数の振動子２１のそれぞれに対して第１駆動信号と差分相殺用駆動信号のいずれかを出力する送信部１２を有する。
【０１０６】
このような構成により、例えば振動子２１として、互いに対称な複数の駆動信号の入力に基づいて、非対称な送信音圧波形を有する複数の送信超音波を出力する、例えばｃＭＵＴ素子を用いた場合でも、受信信号における基本波成分を好適に減殺し、高調波成分による鮮明な超音波診断画像を生成することができる。
【０１０７】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置１ａにおいて、送信部１２ａは、駆動信号として、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるパルス信号を出力する駆動信号出力部１２５ａと、複数の異なる立ち上がり開始時間と、複数の異なる立ち下がり開始時間と、の組み合わせにより構成される複数の異なる駆動信号をそれぞれ含む複数の駆動信号群を駆動信号出力部１２５ａに生成させるパルス制御信号を生成して駆動波形生成部１２２ａに出力するパルス制御信号出力部１２７と、を有し、複数の駆動信号群のそれぞれに含まれる駆動信号の平均は、全ての駆動信号群分加算すると０になる。
【０１０８】
このような構成により、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるパルス信号を出力する駆動波形生成部１２２ａを採用した場合でも、受信信号における基本波成分を好適に減殺し、高調波成分による鮮明な超音波診断画像を生成することができる。
【０１０９】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素は任意に組み合わせられてもよい。
【０１１０】
上記各実施の形態では、ティッシュ・ハーモニック・イメージングを実現するため、パルスインバージョン法を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、互いの異なる波形の送信超音波を、時間をずらして送信し、これらの反射超音波に基づく受信信号から基本波成分を減殺して高調波成分を好適に抽出することができる手法であれば、パルスインバージョン法には限定されない。具体的には、例えば位相を１２０°ずらした３回の送信超音波に対する受信信号に基づいて、これらを合成し、３次高調波成分の抽出を行う方法等に適用してもよい。
【０１１１】
上記第１の実施の形態では、駆動信号配列データをあらかじめ生成して配列記憶部１２６に記憶しておき、これを用いて隣接する所定数の振動子に出力する駆動信号を決定していた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、駆動信号配列データの生成処理を、超音波診断画像の生成処理と平行してリアルタイムで行うようにしてもよい。
【０１１２】
また、上記第２の実施の形態では、波形データをあらかじめ生成して波形記憶部１２８に記憶しておき、これを用いて駆動波形生成部１２２ａに出力するパルス制御信号を決定していた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、波形データの生成処理を、超音波診断画像の生成処理と平行してリアルタイムで行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、入力信号に対する出力応答に非対称性を有する構成を備えた超音波診断装置に好適である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ  超音波診断装置
１０  超音波診断装置本体
１１  操作入力部
１２，１２ａ  送信部
１２１  クロック発生回路
１２２，１２２ａ  駆動波形生成部
１２３  駆動波形記憶部
１２４，１２４ａ  配列遅延設定部
１２５，１２５ａ  駆動信号出力部
１２６  配列記憶部
１２７  パルス制御信号出力部
１２８  波形記憶部
１３  受信部
１４  画像生成部
１４１  高調波成分抽出部
１５  画像処理部
１５１  画像メモリ部
１６  ＤＳＣ
１７  表示部
１８  制御部
２０，２０ａ  超音波探触子
２１，２１ａ  振動子
３０  ケーブル
【図１】
2020081322.tif 000003
【図２】
2020081322.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2020081322.tif 000008
【図５Ｃ】
2020081322.tif 000009
【図５Ｄ】
2020081322.tif 000010
【図５Ｅ】
2020081322.tif 000011
【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
2020081322.tif 000013
【図６Ｂ】
2020081322.tif 000014
【図６Ｃ】
2020081322.tif 000015
【図７】
2020081322.tif 000016
【図８Ａ】
2020081322.tif 000017
【図８Ｂ】
2020081322.tif 000018
【図８Ｃ】
2020081322.tif 000019
【図８Ｄ】
2020081322.tif 000020
【図９】
2020081322.tif 000021
【図１０】
2020081322.tif 000022
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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