(57)【要約】【課題】単純な処理によって実現可能である、距離分解能を向上させた超音波診断装置および超音波信号処理方法を提供する。【解決手段】受信信号を、反射基本波成分と反射高調波成分とに分離する分離部と、所定の波形と反射基本波成分とを用いて、超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成する基本波反射率推定部と、高調波波形と反射高調波成分とを用いて、超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成する高調波反射率推定部と、基本波反射率信号と高調波反射率信号とを合成し反射率信号を生成する反射率合成部と、反射率信号に基づいて画像を生成する画像生成部とを備える。【選択図】図３
2018143617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を用いて超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波探触子を用いて、所定の波形を有する送信信号を送信超音波に変換し前記送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、
前記超音波探触子が受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて受信信号を生成する受信部と、
前記所定の波形を基本波としたときその高調波である高調波波形を生成する高調波波形生成部と、
前記受信信号を、前記所定の波形と周波数帯が一致する反射基本波成分と、前記反射基本波成分の高調波成分である反射高調波成分とに分離する分離部と、
前記所定の波形と前記反射基本波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成する基本波反射率推定部と、
前記高調波波形生成部が生成した高調波波形と前記反射高調波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成する高調波反射率推定部と、
前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とを合成し反射率信号を生成する反射率合成部と、
前記反射率信号に基づいて画像を生成する画像生成部と
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記基本波反射率推定部は、基本波反射率モデルを保持し、前記保持している基本波反射率モデルをさらに用いて超音波反射率を推定することで、前記基本波反射率信号を生成し、
前記高調波反射率推定部は、高調波反射率モデルをさらに用いて超音波反射率を推定することで、前記高調波反射率信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記基本波反射率信号に基づいて基本波反射率モデルを推定する基本波反射率モデル推定部
をさらに備え、
前記基本波反射率推定部は、保持している前記基本波反射率モデルを、前記基本波反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルで置き換える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記基本波反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルを用いて前記高調波反射率モデルを生成する高調波反射率モデル推定部をさらに備える
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記基本波反射率推定部は、前記基本波反射率モデル推定部が基本波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の基本波反射率モデルを用いる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記高調波反射率モデル推定部は、前記基本波反射率モデルを事前分布とする最大事後確率推定により、前記高調波反射率モデルを生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記基本波反射率推定部は、自己回帰モデルを用いて前記基本波反射率信号を生成する
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの関係を用いて、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とに基づいて、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとを推定する反射率モデル推定部をさらに備え、
前記基本波反射率推定部は、保持している前記基本波反射率モデルを、前記反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルで置き換え、
前記高調波反射率推定部は、高調波反射率モデルを保持し、保持している前記高調波反射率モデルを、前記反射率モデル推定部が推定した高調波反射率モデルで置き換える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの前記関係とは、前記高調波反射率モデルが基本波反射率モデルと一致することであり、
前記反射率モデル推定部は、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号との両方に基づいて、単一の反射率モデルを、前記基本波反射率モデルおよび前記高調波反射率モデルとして推定する
請求項８に記載の超音波処理装置。
【請求項１０】
被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの前記関係とは、前記高調波反射率モデルが基本波反射率モデルに基づいて構築できることであり、
前記反射率モデル推定部は、前記基本波反射率モデルと前記高調波反射率モデルとが前記関係を満たすように、前記基本波反射率モデルと前記高調波反射率モデルとを推定する
請求項８に記載の超音波処理装置。
【請求項１１】
前記基本波反射率推定部は、前記反射率モデル推定部が基本波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の基本波反射率モデルを用い、
前記高調波反射率推定部は、前記反射率モデル推定部が高調波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の高調波反射率モデルを用いる
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記基本波反射率推定部と前記反射率モデル推定部とは、ＥＭアルゴリズムにより前記基本波反射率信号を生成し、
前記高調波反射率推定部と前記反射率モデル推定部とは、ＥＭアルゴリズムにより前記高調波反射率信号を生成する
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記合成部は、前記反射率信号における信号幅が最小となるように、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号との少なくとも一方に対し位相を制御する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
超音波探触子を用いて超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて画像を生成する超音波信号処理方法であって、
前記超音波探触子を用いて、所定の波形を有する送信信号を送信超音波に変換し前記送信超音波を前記被検体内に送信し、
前記超音波探触子が受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて受信信号を生成し、
前記所定の波形を基本波としたときその高調波である高調波波形を生成し、
前記受信信号を、前記所定の波形と周波数帯が一致する反射基本波成分と、前記反射基本波成分の高調波成分である反射高調波成分とに分離し、
前記所定の波形と前記反射基本波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成し、
前記高調波波形と前記反射高調波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成し、
前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とを合成して反射率信号を生成し、
前記反射率信号に基づいて画像を生成する
ことを特徴とする超音波信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置および超音波信号処理方法に関し、特に、超音波の送受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により生体内情報を取得し、断層像として表示する医療用画像機器である。Ｘ線や放射線等を用いる他モダリティに比べて、安価で被曝の危険性がなく、リアルタイム性に優れる特徴を生かして、その活用領域を拡げつつある。
この超音波診断装置において、画質を向上させるためのさまざまな工夫がなされており、例えば、ＴＨＩ（Ｔｉｓｓｕｅ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれる技術が用いられている。ＴＨＩでは、超音波が生体組織内を伝搬する際に生じる非線形成分、具体的には、高調波成分を抽出して画像化する手法である。ＴＨＩは、生体組織そのものの画像化に用いられるほか、強い高調波成分を発生する超音波造影剤と組み合わせて造影画像を生成する用途にも用いることができる。高調波成分は基本波成分より周波数が高いため、多重反射や低周波ノイズ等の影響を受けにくく、また、不要なサイドローブ成分が小さいため、高Ｓ／Ｎ比の信号を得ることができる。さらに、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているように、次数の異なる複数の高調波を用いたり、さらに周波数の異なる２つの基本波に対応する和周波または差周波を用いたりすることで、信号の広帯域化による信号品質の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９８６２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４２０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基本波成分より周波数が高い成分を用いるもう一つの利点として、超音波のパルスの時間長（以下、パルス長と略記する）を短縮することで距離分解能を向上することが可能であることが挙げられる。しかしながら、高調波成分は基本波成分が伝搬する際に生じるものであるため、基本波成分と高調波成分とでパルス長はほぼ変わらない。したがって、引用文献１に開示されているような単純に高調波成分を用いる方法では、パルスの時間長が基本波と変わらないため、距離分解能を向上させることができない。
【０００５】
パルス長を短縮する具体的な方法として、特許文献２に開示されているように、時間と共に周波数が変化（掃引）する信号（いわゆる「チャープ信号」）を送受信し、送受信信号間の相関処理によりパルス圧縮を行う方法がある。しかしながら、超音波周波数を掃引するためにはアナログ処理が必要であるため、回路の複雑化、高コスト化を招く問題がある。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するためになされたもので、単純な処理によって実現可能である、距離分解能を向上させた超音波診断装置および超音波信号処理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】
【０００７】
本開示の一態様に係る超音波診断装置は、超音波探触子を用いて超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波探触子を用いて、所定の波形を有する送信信号を送信超音波に変換し前記送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、前記超音波探触子が受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて受信信号を生成する受信部と、前記所定の波形を基本波としたときその高調波である高調波波形を生成する高調波波形生成部と、前記受信信号を、前記所定の波形と周波数帯が一致する反射基本波成分と、前記反射基本波成分の高調波成分である反射高調波成分とに分離する分離部と、前記所定の波形と前記反射基本波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成する基本波反射率推定部と、前記高調波波形生成部が生成した高調波波形と前記反射高調波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成する高調波反射率推定部と、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とを合成し反射率信号を生成する反射率合成部と、前記反射率信号に基づいて画像を生成する画像生成部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、距離分解能がパルス長に依存しなくなるため、送信信号（基本波成分）の周波数に関係なく高い空間解像度を実現することができる。さらに、基本波成分と高調波成分とのそれぞれで推定を行うことにより、推定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る超音波診断装置１のブロック図である。
【図２】従来技術における送信波形、受信波形、反射率の関係を示す模式図である。
【図３】実施の形態１に係る反射率推定部５２の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に係る超音波診断装置１の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る送受信イベントの動作を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１に係る送信波形、受信波形、反射率信号の波形例である。
【図７】実施の形態２に係る反射率推定部１５２の構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態２に係る送受信イベントの動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３に係る超音波診断装置１Ａの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
≪発明を実施するための形態に至った経緯≫
発明者は、超音波の周波数やパルス長に依存することなく距離分解能を向上させるために、種々の検討を行った。
上述したように、距離分解能を向上させるもっとも単純な方法は、送信超音波のパルス長を短くすることである。パルス長を短くするには、送信超音波の周波数を高くする、波数を少なくする、のうち少なくとも一方を行えばよい。しかしながら、超音波は周波数が高いほど伝搬減衰が大きいため、送信超音波の周波数が高くなると超音波画像のペネトレーション性が低下する問題がある。すなわち、送信超音波の周波数が高くなると超音波の送受信が可能な被検体内の最大深度が浅くなり、過度に周波数を高めることができない。また、送信超音波の波数を過度に小さくすると、信号パワーそのものが低下するため、受信信号の品質を低下させる原因となる。したがって、パルス長の短縮には限界がある。
【００１１】
送信超音波のパルス長を短くする他の方法としては、例えば、特許文献２に開示されているように、相関処理を用いたパルス圧縮技術が挙げられる。特許文献２では、高調波成分を高調波の次数ごとに分離し、２次高調波、３次高調波、４次高調波、５次高調波のそれぞれをパルス圧縮して結果を合成している。しかしながら、この技術では、送信パルスとしてチャープ信号を用いている。チャープ信号の生成には周波数掃引のためのアナログ処理が必要となるため、特許文献２に開示の方法では、回路の複雑化、高コスト化を招くこととなってしまう。
【００１２】
そこで、発明者は、超音波のパルス長に依存することなく距離分解能を向上させる方法について検討した。
距離分解能が送信超音波のパルス長に依存するのは、受信信号から超音波反射率を取得する手段として、包絡線検波を用いていることに起因している。超音波診断装置が画像化する対象は、超音波反射率ｈである。しかしながら、図２に示すように、受信信号ｙRは、送信波形ＷFを超音波反射率ｈでスケーリングしたものを、深さ方向に重ね合わせた波形を有している。受信信号ｙRから送信波形ＷFを取り除くことは困難であるため、一般的には、超音波反射率ｈ（レベル情報）が有する周波数（直流〜低周波成分）より受信波形ｙRの周波数が高いことを利用し、包絡線検波（低域濾波）により超音波反射率ｈを抽出している。しかしながら、包絡線検波は超音波反射率ｈの周波数より受信波形ｙRの周波数が高いことを利用しているため、抽出された超音波反射率ｈの周波数帯域幅が受信波形ｙRの周波数を超えることはできない。すなわち、送信超音波（受信信号）の波長より短い距離分解能を実現することが不可能である。
【００１３】
そこで、発明者は、包絡線検波によらず超音波反射率ｈを算出する、という着想を得た。具体的には、送信波形Ｗをモデル化し、時系列信号である受信波形ｙから時系列信号である超音波反射率ｈを推定する、というものである。これにより、包絡線検波によらず反射率ｈを受信波形ｙから直接算出可能となるため、距離分解能は送信超音波のパルス長に依存しなくなる。
【００１４】
以下、概略を、簡単な例を用いて説明する。
理想的には、受信波形ｙFと送信波形ＷF、超音波反射率ｈは以下の関係となる。なお、上述したように、受信波形ｙFと送信波形ＷF、超音波反射率ｈはいずれも時系列信号であり、以下の式は、同一の時刻における複数の時系列信号の値の関係を示したものである。
【００１５】
【数１】
2018143617.tif 000003
【００１６】
しかしながら、実際には、受信信号波形には、伝搬時の非線形効果による高調波の発生や波形のひずみが生じる。そのため、受信波形ｙRと伝搬信号波形ＷR、超音波反射率ｈは以下の関係となる。
【００１７】
【数２】
2018143617.tif 000004
【００１８】
ｎは雑音成分である。なお、ｎも時系列信号であり、時間をまたいで一定であるとは限らない。
そこで、以下の近似を用いる。まず、伝搬信号波形ＷRについて、送信波形ＷFと、高調波成分ＷSの重ね合わせと仮定する。
【００１９】
【数３】
2018143617.tif 000005
【００２０】
同様に、受信波形ｙRについて、送信波形ＷFと同じ周波数を有する周波数成分である基本波受信波形ｙFと、送信波形ＷFの高調波成分と同じ周波数を有する周波数成分である高調波受信波形ｙSとの重ね合わせと仮定し、ノイズｎを無視する。
【００２１】
【数４】
2018143617.tif 000006
【００２２】
そして、基本波成分について、式１の逆演算により、基本波受信波形に基づく反射率（以下、「基本波反射率」と呼ぶ）ｈFを算出する。これは、受信波形ｙのひずみは高調波やノイズであるため、受信信号の基本波成分ｙFと送信波形ＷFとの関係は、式１の関係が満たされていると推定できるからである。後述するように、この演算は、モデルを用いた推定により行う。
【００２３】
【数５】
2018143617.tif 000007
【００２４】
そして同様に、高調波成分について、式１の逆演算と同等の処理により、高調波受信波形に基づく反射率（以下、「高調波反射率」と呼ぶ）ｈSとを算出する。この演算も、モデルを用いた推定により行うが、この際、例えば、基本波反射率ｈF算出のためのモデル（以下、「基本波反射率モデル」と呼ぶ）と高調波反射率ｈS算出のためのモデル（以下、「高調波反射率モデル」と呼ぶ）を同等のものとして扱うことができる。
【００２５】
【数６】
2018143617.tif 000008
【００２６】
最後に、基本波受信波形ｙFと高調波受信波形ｙSとの位相差θを加味した上で、これらを合成して反射率ｈTを算出する。なお、基本波受信波形ｙFと高調波受信波形ｙSとはいずれも時系列信号であり、位相差θも時系列信号となる（あらゆる時刻に対して一定とは限らない）。
【００２７】
【数７】
2018143617.tif 000009
【００２８】
以下、実施の形態に係る超音波診断装置および超音波信号処理方法について図面を用いて詳細に説明する。
≪実施の形態１≫
実施の形態１に係る超音波診断装置１のブロック図を図１に示す。超音波診断装置１は、送信信号生成部１０、送信部２０、切替部３０、受信部４０、分離部５１、反射率推定部５２、整相加算部５３、超音波画像生成部７０、表示制御部８０を備える。なお、送信信号生成部１０、送信部２０、切替部３０、受信部４０、分離部５１、反射率推定部５２、整相加算部５３は、超音波信号処理回路５０を構成する。また、切替部３０には超音波探触子２が、表示制御部８０には表示部３が、それぞれ接続可能に構成されている。図１は超音波診断装置１に超音波探触子２、表示部３がそれぞれ接続された状態を示している。
【００２９】
超音波探触子２は、例えば、一次元方向に配列された複数の振動子（不図示）を有する。超音波探触子２は、送信部２０で生成された電気信号（以下、「素子駆動信号」と呼ぶ）を超音波に変換する。超音波探触子２は、超音波探触子２の振動子側外表面を被検体の皮膚表面などに接触させた状態で、複数の振動子から発せられる複数の超音波からなる超音波ビームを被検体内の測定対象に向けて送信する。そして、超音波探触子２は、測定対象からの複数の反射超音波を受信し、複数の振動子によりこれら反射超音波をそれぞれ電気信号（以下、「素子受信信号」と呼ぶ）に変換し、素子受信信号を切替部３０に供給する。
【００３０】
送信信号生成部１０は、素子駆動信号を生成するための送信信号を生成する回路である。送信信号生成部１０は、基本波成分である所定の周波数帯、例えば、４ＭＨｚを中心周波数とするパルス信号を生成する。ここで、パルス信号とは、原則として正弦波（余弦波）を基本波形とし、かつ、連続波ではなく１〜数周期程度の有限長の信号である。なお、送信信号生成部１０は、さらに、高調波成分に対応する、基本波成分に対して整数倍の周波数を有するパルス信号を生成し、基本波成分のパルス信号と合成して出力してもよい。
【００３１】
送信部２０は、振動子ごとに遅延時間を設定することで、送信信号に基づく超音波ビームのフォーカシングやステアリングを行う回路である。具体的には、超音波ビームの送信タイミングについて振動子毎に遅延時間を設定する。そして、送信信号生成部１０が生成した送信信号を遅延時間だけ遅らせることで、素子駆動信号を振動子ごとに生成する。素子駆動信号は、例えば、超音波探触子２を構成する各振動素子から送出される送信超音波が送信フォーカス点に同時に届く焦点波となるように生成される、振動素子ごとにタイミングの異なるパルス状の電気信号である。または、素子駆動信号は、例えば、超音波探触子２を構成する各振動素子から送出される送信超音波が特定の向きに進行する平面波となるように生成されてもよい。具体的には、振動素子ごとにタイミングを揃えたパルス状の電気信号、または、振動子列の一方の端から他方の端まで固定ピッチで段階的に動作タイミングをずらしたパルス状の電気信号である。
【００３２】
切替部３０は、送信時に素子駆動信号で駆動させる超音波探触子２の振動子を選択し、選択した振動子と送信部２０とを接続するセレクタ回路である。また、切替部３０は、受信時には素子受信信号を生成させる超音波探触子２の振動子を選択し、選択した振動子と受信部４０とを接続する。
受信部４０は、反射超音波に基づく素子受信信号のそれぞれについて、増幅した後にＡ／Ｄ変換を行い、デジタル受信信号に変換する回路である。
【００３３】
分離部５１は、デジタル受信信号を周波数帯ごとに分離し、基本波成分と高調波成分とのそれぞれを、反射率推定部５２に出力する回路である。周波数帯ごとの分離は、例えば、バンドパスフィルタを用いて行うことができる。
反射率推定部５２は、基本波成分と高調波成分とに基づいて、被検体内の超音波反射率を推定する回路である。詳細は後述する。反射率推定部５２は、デジタル受信信号に対し１対１で反射率信号を生成し、整相加算部５３に出力する。
【００３４】
整相加算部５３は、反射率信号に整相加算を行って、音響線信号を生成する回路である。送信超音波が焦点波である場合、反射超音波に基づく音響線信号は、送信超音波が通過した領域の一部である、送信フォーカス点およびその近傍を含む、着目領域を素子列方向に分割した領域に対して生成される。したがって、送信超音波が焦点波である場合、着目領域全体の音響線信号を得るため、送信フォーカス点を素子列方向に移動させながら、送信超音波の送信と反射超音波の受信が繰り返し行われる。一方、送信超音波が平面波である場合、送信超音波は着目領域全体に行き渡るように送信され、着目領域全体の音響線信号が反射超音波に基づいて生成される。
【００３５】
超音波画像生成部７０は、１枚の断層画像を構築する上で必要な複数の音響線信号に対して包絡線検波、対数圧縮による輝度変換を行い、直交座標系への座標変換を行うことでＢモード画像信号を生成する回路である。
表示制御部８０は、超音波画像生成部７０が生成したＢモード画像信号を表示部３に画像として表示させる回路である。
【００３６】
表示部３は、表示制御部８０に接続される画像表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等である。
送信信号生成部１０、送信部２０、切替部３０、受信部４０、分離部５１、反射率推定部５２、整相加算部５３、超音波画像生成部７０、表示制御部８０はそれぞれ、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｇｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハードウェアにより実現される。なお、これらのうち２以上を単一の要素として構成してもよく、例えば、超音波信号処理回路５０を単一のＦＰＧＡ、または、ＡＳＩＣで実現してもよい。また、これらは、それぞれ個別に、または、２以上を１まとめとして、メモリと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプログラマブルデバイスとソフトウェアで実現されてもよい。
【００３７】
＜反射率推定部５２の詳細＞
実施の形態１に係る反射率推定部５２の機能ブロック図を図３に示す。反射率推定部５２は、基本波推定部５２１、高調波推定部５２２、高調波波形生成部５２３、反射率合成部５２４を備える。
基本波推定部５２１は、自己回帰モデル（ＡＲモデル）を用いて、送信信号波形ＷFと、デジタル受信信号の基本波成分ｙFから、対応する被検体内組織の超音波反射率ｈFを算出する回路である。
【００３８】
基本波推定部５２１は、基本波反射率推定部５２１１と、基本波反射率モデル推定部５２１３と、基本波反射率推定部５２１１に内包される基本波反射率モデル保持部５２１２とを備える。
基本波反射率推定部５２１１は、送信信号波形ＷFと、基本波反射率モデル保持部５２１２に保持されている基本波反射率モデルとしてのＡＲモデルと、デジタル受信信号の基本波成分ｙFから、対応する被検体内組織の超音波反射率ｈFを算出する。ＡＲモデルｐ（ｈF）は、例えば、以下の一般式で与えられる。
【００３９】
【数８】
2018143617.tif 000010
【００４０】
ここで、Δｔは基本波成分ｙFのサンプリング周期、ε（ｔ）はホワイトノイズ（分散値）である。また、ｐはＡＲモデルｐ（ｈF）の次数であり、１以上の整数である。φiは、ＡＲモデルｐ（ｈF）を構成するパラメータである。つまり、ある時刻の反射率ｈF（ｔ）は、１〜ｐ個前のサンプル、すなわちｔからΔｔ〜ｐΔｔだけ前の時刻の反射率ｈF（ｔ−Δｔ）〜ｈF（ｔ−ｐΔｔ）から算出される。ここで、反射率ｈF（ｔ−Δｔ）〜ｈF（ｔ−ｐΔｔ）については、基本波成分ｙFがノイズを含まないとし、上述の式５から算出される。なお、基本波成分ｙFは、必ずしもノイズレスであることを要件とはしない。基本波反射率推定部５２１１は、算出した超音波反射率ｈFを、反射率合成部５２４と、基本波反射率モデル推定部５２１３とに出力する。
【００４１】
基本波反射率モデル推定部５２１３は、基本波反射率推定部５２１１が生成した超音波反射率ｈFに基づき、基本波反射率モデルであるＡＲモデルｐ（ｈF）のパラメータφiを再帰的に算出する。パラメータφiを算出する方法としては、例えば、最小二乗法により、式５により算出されるｈFと、式８により算出されるｈFとの差を最小とする方法がある。なお、パラメータの算出法は最小二乗法に限られず、例えば、ユール−ウォーカー方程式を用いてもよい。基本波反射率モデル推定部５２１３は、算出した基本波反射率モデルを反射率合成部５２４に出力するとともに、基本波反射率モデル保持部５２１２が保持している基本波反射率モデルに上書きする。
【００４２】
基本波反射率モデル保持部５２１２は、上述したＡＲモデルｐ（ｈF）を保持する回路であり、例えば、ＲＡＭ等で構成される。基本波反射率モデル保持部５２１２は、基本波反射率モデル推定部５２１３が算出した最新のＡＲモデルｐ（ｈF）を保持する。なお、基本波反射率モデル推定部５２１３がＡＲモデルｐ（ｈF）を算出する前は、所定のＡＲモデルｐ（ｈF）を保持している。なお、基本波反射率モデル保持部５２１２は、例えば、ＡＲモデルｐ（ｈF）の初期値を保持する不揮発性メモリと、基本波反射率モデル推定部５２１３が算出した最新のＡＲモデルｐ（ｈF）を保持する揮発性メモリの組み合わせで実現されてもよい。
【００４３】
高調波波形生成部５２３は、送信信号波形ＷFから、高調波波形ＷSを生成する回路である。
高調波推定部５２２は、最大事後確率推定（ＭＡＰ推定）を用いて、高調波波形ＷSと、デジタル受信信号の高調波成分ｙSから、対応する被検体内組織の超音波反射率ｈSを算出する回路である。
【００４４】
高調波推定部５２２は、高調波反射率モデル推定部５２２１と、高調波反射率推定部５２２２とを備える。
高調波反射率モデル推定部５２２１は、最大事後確率推定（ＭＡＰ推定）を用いて、基本波反射率モデルｐ（ｈF）から高調波反射率モデルｐ（ｈS）を生成する回路である。具体的には、基本波反射率モデルｐ（ｈF）の標本分布を事前分布として用いることで、高調波反射率モデルｐ（ｈS）を算出する。
【００４５】
高調波反射率推定部５２２２は、算出された高調波反射率モデルｐ（ｈS）に、高調波波形ＷSと、デジタル受信信号の高調波成分ｙSから式６：ｈS＝ＷS-1ｙSを用いて算出された反射率ｈS（ｔ−Δｔ）〜ｈS（ｔ−ｐΔｔ）を代入して超音波反射率ｈSを算出する。高調波反射率推定部５２２２は、算出した超音波反射率ｈSを、反射率合成部５２４に出力する。
【００４６】
反射率合成部５２４は、超音波反射率ｈFと、超音波反射率ｈSとを合成し、反射率信号ｈTを生成する。即ち、基本波帯域の反射率hFと高調波帯域の反射率hSとから、より広帯域の反射率hを得ることができる。合成は、例えば上述の式７に基づいて行われる。より具体的には、以下のようになる。
【００４７】
【数９】
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【００４８】
ここで、θは、時系列信号である超音波反射率ｈFの各時刻において、超音波反射率ｈSの位相が超音波反射率ｈFの位相に対してどれだけ進んでいる／遅れているかを示す時系列信号である。すなわち、超音波反射率ｈFと、超音波反射率ｈSとの位相を合わせるための位相パラメータである。これは、基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとの間の位相差がゼロではなく、位相差に起因した超音波反射率ｈF、ｈSの時刻ずれが発生しうるためである。そこで、基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとの位相差を打ち消す処理を合成時に行う。具体的には、合成後の反射率信号ｈTにおけるパルス幅（半値幅）が最小となるように、θを設定する。これにより、基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとの双方に基づいた、広帯域かつ半値幅が小さい（時間解像度の高い）反射率を得ることができる。
【００４９】
＜動作＞
実施の形態１に係る超音波診断装置１の動作について説明する。図４は、超音波診断装置１の動作を示すフローチャートである。
まず、送信信号生成部１０において送信信号を生成する（ステップＳ１０）。図６（ａ）に、送信パルス波形ＷFの例を示す。図６（ａ）の送信パルス２１０は、２周期分の基本波成分のみからなる。なお、送信パルスの時間長は基本波成分の２周期分でなく、例えば、基本波成分の１周期分や３周期分などほかの長さでもよいが、基本波成分の１周期分以上であることが好ましい。
【００５０】
次に、送受信イベントの実施を行う（ステップＳ２０）。ここで、送受信イベントとは、送信信号に基づいて超音波を被検体に送信し、反射超音波に基づく信号処理を行う一連の処理のことを指す。図５は送受信イベントの詳細を示すフローチャートである。以下、図５に基づいて送受信イベントに係る超音波診断装置１の動作について説明する。
まず、高調波波形生成部５２３において、送信信号に対応する高調波波形を生成する（ステップＳ２１）。具体的には、ステップＳ１０の送信パルス２１０に対し、２倍の周波数を有し、同じ長さのパルスを生成する。上述の例では、４周期分の２次高調波成分のみからなる。なお、高調波波形は、２次高調波成分のみならず、３次以上の高調波成分を含んでもよい。
【００５１】
次に、送信部２０が送信ビームフォーミングを行う（ステップＳ２２）。具体的には、上述したように、超音波ビームの送信タイミングについて振動子毎に遅延時間を設定し、送信信号を遅延時間だけ遅らせることで、素子駆動信号を振動子毎に生成する。送信部２０は、切替部３０を介して、生成した素子駆動信号を超音波探触子２の対応する各振動子に送出する。
【００５２】
次に、超音波探触子２より被検体内に超音波ビームを送信する（ステップＳ２３）。具体的には、上述したように、超音波探触子２の各振動子が自身に対応する素子駆動信号を超音波に変換することで、送信フォーカス点で焦点が合うように、超音波ビームが被検体内に送出される。
これにより、送出された超音波ビームが被検体内を伝搬し、その際、生体組織の非線形性により、様々な次数の高調波成分が発生する。超音波ビームと、被検体内で発生した高調波成分は、生体組織の音響インピーダンスの境界等により反射し、反射超音波として超音波探触子２に到達する。
【００５３】
次に、超音波探触子２が被検体内から得た反射超音波を素子受信信号に変換する（ステップＳ２４）。具体的には、上述したように、超音波探触子２の各振動子がそれぞれ反射超音波を電気信号に変換し、その電気信号を素子受信信号として、切替部３０を介して受信部４０に送出する。
次に、受信部４０が素子受信信号をデジタル受信信号に変換する（ステップＳ２５）。具体的には、受信部４０は、素子受信信号を増幅、Ａ／Ｄ変換してデジタル受信信号に変換する。
【００５４】
次に、分離部５１が、デジタル受信信号ｙRを基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとに分離する（ステップＳ２６）。具体的には、バンドパスフィルタを用いて、デジタル受信信号を、基本波成分と、２次高調波成分を含む高調波成分とに分離する。図６（ｂ）にデジタル受信信号ｙRの波形２２０を、図６（ｃ）に基本波成分ｙFの波形２２１を、図６（ｅ）に高調波成分ｙSの波形２２２を、それぞれ例示する。図６（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）は、被検体内に超音波の反射源となる場所が、２つある場合を示している。分離部５１は、基本波成分を基本波推定部５２１に、高調波成分を高調波推定部５２２に、それぞれ出力する。
【００５５】
次に、基本波反射率推定部５２１１が基本波反射率モデルを用いて基本波反射率ｙFを推定する（ステップＳ２７）。上述したように、基本波反射率推定部５２１１は、送信パルス波形ＷFと基本波成分ｙFから算出した反射率ｈFと、基本波反射率モデル保持部５２１２に保持されている基本波反射率モデルｐ（ｈF）とを用いて、基本波に基づいて算出した超音波の反射率ｈF（以下、「基本波反射率」と呼ぶ）を算出する。これにより、図６（ｄ）に示すように、送信信号ＷFのパルス幅に依存しない距離分解能を有する反射率波形２３１が得られる。
【００５６】
次に、基本波反射率モデル推定部５２１３が、基本波反射率推定部５２１１が算出した基本波反射率ｈFに基づき、基本波反射率モデルｐ（ｈF）を生成する（ステップＳ２８）。基本波反射率モデル推定部５２１３は、生成した基本波反射率モデルｐ（ｈF）で、基本波反射率モデル保持部５２１２に保持されている基本波反射率モデルｐ（ｈF）を上書きする（ステップＳ２９）。
【００５７】
次に、高調波反射率モデル推定部５２２１が、基本波反射率モデル推定部５２１３が生成した基本波反射率モデルｐ（ｈF）を事前分布として、ＭＡＰ推定により高調波反射率モデルｐ（ｈS）を生成する（ステップＳ３１）。
次に、高調波反射率推定部５２２２が、高調波波形ＷSと基本波成分ｙSから算出した反射率ｈSと、高調波反射率モデルｐ（ｈS）とを用いて、高調波に基づいて算出した超音波の反射率ｈS（以下、「高調波反射率」と呼ぶ）を算出する。これにより、図６（ｆ）に示すように、送高調波波形ＷSのパルス幅に依存しない距離分解能を有する反射率波形２３２が得られる。
【００５８】
次に、反射率合成部５２４が、基本波反射率ｈFと、高調波反射率ｈSとを合成し、反射率信号ｈTを生成する（ステップＳ３２）。これにより、図６（ｇ）に示すように、基本波反射率ｈFと高調波反射率ｈSとのピークを合わせて合成した、高い距離分解能を有する反射率波形２３３が得られる。
最後に、整相加算部５３は、反射率信号に対して整相加算を施し、音響線信号に変換する（ステップＳ３３）。整相加算部５３は、音響線信号を生成する対象である対象領域内の各観測点について、観測点からの受信タイミングが同一となるように反射率信号各々に遅延処理を行い、遅延後の反射率信号を加算することで音響線信号を生成する。ここでは、観測点は、送信フォーカス点および送信フォーカス点と深さだけが異なる点、またはその近傍である。
【００５９】
以上で、１回の送受信イベントを終了する。図４に戻って続きを説明する。
次に、Ｂモード画像を生成すべき着目領域全体に対して音響線信号を取得したか否かを判断する（ステップＳ３０）。音響線信号を取得していない領域がある場合には、超音波ビームが送信される位置を変更し、ステップＳ２０の送受信イベントを再度実施して音響線信号の生成を行う。一方、Ｂモード画像を生成すべき着目領域全体に対して音響線信号が生成されている場合は、ステップＳ４０に進む。
【００６０】
次に、超音波画像生成部７０は、着目領域全体の音響線信号に対して、包絡線検波、対数圧縮による輝度変換、直交座標系への座標変換を行い、Ｂモード画像を生成する（ステップＳ４０）。
最後に、表示制御部８０は、超音波画像生成部７０が生成したＢモード画像を表示部３に表示させる（ステップＳ５０）。
【００６１】
＜まとめ＞
上記構成により、反射率信号の距離分解能、すなわち、ピークの幅（半値幅）が送信波形に依存することがなくなる。そのため、送信信号の周波数を上げることなく、生成するＢモード画像の距離分解能を改善させることが可能となる。
＜その他＞
なお、非線形成分である高調波成分の振幅が十分である場合には、基本波成分に基づく反射率分布を加味して高調波成分に基づく反射率分布が生成可能であるため、広帯域の信号に基づいた高分解能の反射率推定を行うことができる。一方で、非線形成分である高調波成分の振幅が過小である場合には、基本波成分のみを用いて反射率を推定することができる。したがって、深度等の条件に応じて、広帯域の超音波による分解能の向上と、低周波超音波によるペネトレーション性の向上とを適宜切り替える効果も享受することができる。
【００６２】
≪実施の形態２≫
実施の形態１では、基本波に基づき自己回帰モデル（ＡＲモデル）により反射率を推定し、そのモデルに基づいて高調波の自己回帰モデル（ＡＲモデル）をＭＡＰ推定により作成して高調波に基づき反射率を推定する構成について説明した。これに対し、実施の形態２では、基本波の反射率推定と高調波の反射率推定をそれぞれＥＭアルゴリズムにより行う構成であることを特徴とする。
【００６３】
＜構成＞
実施の形態２に係る超音波診断装置は、反射率推定部５２に替えて反射率推定部１５２を備えることに特徴がある。図７に、反射率推定部１５２のブロック図を示す。なお、図２と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、反射率推定部１５２以外の超音波診断装置の構成は、超音波診断装置１と同じ構成である
反射率推定部１５２は、基本波推定部１５２１、高調波推定部１５２２、反射率モデル推定部１５２５、高調波波形生成部５２３、反射率合成部５２４を備える。
【００６４】
基本波推定部１５２１は、基本波反射率推定部５２１４を備える。基本波反射率推定部５２１４は、反射率モデル推定部１５２５が備える反射率モデル保持部１５２６に保持されている反射率モデルのうち基本波反射率モデルを構成するＡＲモデルｐ（ｈF）と、送信波形ＷFと基本波成分ｙFとを事前分布として、Ｅステップにより、基本波反射率ｈFを算出する回路である。具体的には、ＭＡＰ推定により、基本波反射率ｈFを算出する。
【００６５】
高調波推定部１５２２は、高調波反射率推定部５２２３を備える。高調波反射率推定部５２２３は、反射率モデル推定部１５２５が備える反射率モデル保持部１５２６に保持されている反射率モデルのうち高調波反射率モデルを構成するＡＲモデルｐ（ｈS）と、高調波波形Ｗｓと高調波成分ｙSと事前分布として、Ｅステップにより、高調波反射率ｈSを算出する回路である。
【００６６】
反射率モデル推定部１５２５は、反射率モデル保持部１５２６を備える。反射率モデル保持部１５２６は、基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）からなる反射率モデルを保持する回路である。反射率モデル推定部１５２６は、基本波反射率推定部５２１４が算出した基本波反射率ｈFと、高調波反射率推定部５２２３が算出した高調波反射率ｈSとから、Ｍステップにより、尤度の期待値を最大化するＡＲパラメータを算出する。そして、算出したＡＲパラメータを含む基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）とを、反射率モデル保持部１５２６に上書き保存する。さらに、反射率モデル推定部１５２５は、算出したＡＲパラメータと、上書き直前に反射率モデル保持部１５２６に保持されていた基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルにおけるＡＲパラメータとの差異を算出し、差異が所定の閾値を下回ったときに、反射率合成部５２４を動作させる。ＡＲパラメータとの差異が所定の閾値以上である場合には、新たな基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルに基づく反射率を、再度、基本波推定部１５２１と高調波推定部１５２２に生成させる。
【００６７】
以上の説明では、反射率モデル保持部１５２６に保持される反射率モデルは、基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）からなるとしたが、両モデルが完全に独立であることは少なく、原則として、一方に基づき他方を構築できるなど、所定の関係性を有している。ここで、超音波診断の対象となる生体等が単純な構造である場合、所定の関係性とは、両モデルが一致することである。また、対象が複雑な構成である場合にも、両モデルは完全に独立のものとなる可能性は少なく、たとえば、反射率モデルｐ（ｈS）は、基本波反射率モデルｐ（ｈF）を拡張する等の手法（例えば、ＡＲモデルのパラメータを追加する）により構築できる。いずれの場合も、基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）は完全に独立のものとして扱わなければならない必要性は低いため、基本波反射率推定部５２１４から出力される基本波反射率ｈFと高調波反射率推定部５２２３から出力される高調波反射率ｈSを併用することにより、反射率モデルの推定精度を向上させることができる。なお、基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）の所定の関係性として上記のようないずれのパターンを選択するかは、対象となる生体部位によって予め決定することになる。
【００６８】
＜動作＞
実施の形態２に係る超音波診断装置の動作について説明する。本実施の形態に係る超音波診断装置の動作は、実施の形態１に対して送受信イベントの内容が異なることに特徴があり、送受信イベント以外の動作は超音波診断装置１と同様である。以下、送受信イベントについて説明する。図８は超音波診断装置における送受信イベントの動作を示すフローチャートである。なお、図５と同じ動作については同じステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６９】
まず、高調波波形生成部５２３において、送信信号に対応する高調波波形を生成する（ステップＳ２１）。
次に、送信部２０が送信ビームフォーミングを行う（ステップＳ２２）。
次に、超音波探触子２より被検体内に超音波ビームを送信する（ステップＳ２３）。
次に、超音波探触子２が被検体内から得た反射超音波を素子受信信号に変換する（ステップＳ２４）。
【００７０】
次に、受信部４０が素子受信信号のそれぞれをデジタル受信信号に変換する（ステップＳ２５）。
次に、分離部５１が、デジタル受信信号ｙRを基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとに分離する（ステップＳ２６）。
次に、基本波反射率推定部５２１４が基本波反射率モデルを用いて基本波反射率ｈFを推定する（ステップＳ１２１）。基本波反射率推定部５２１４は、送信パルス波形ＷFと基本波成分ｙFから算出した反射率ｈFと、基本波反射率モデル保持部５２１５に保持されている基本波反射率モデルｐ（ｈF）とを用いて、基本波反射率ｈFを算出する。これにより、送信信号ＷFのパルス幅に依存しない距離分解能を有する反射率信号が得られる。
【００７１】
次に、高調波反射率推定部５２２３が高調波反射率モデルを用いて高調波反射率ｈSを推定する（ステップＳ１２２）。高調波反射率推定部５２２３は、高調波波形ＷSと高調波成分ｙSから算出した反射率ｈSと、高調波反射率モデル保持部５２２４に保持されている高調波反射率モデルｐ（ｈS）とを用いて、高調波反射率ｈSを算出する。これにより、高調波波形ＷSのパルス幅に依存しない距離分解能を有する反射率信号が得られる。
【００７２】
次に、反射率モデル推定部１５２５が、基本波反射率推定部５２１４が生成した基本波反射率ｈFと、高調波反射率推定部５２２３が生成した高調波反射率ｈSとから、最尤推定値を最大化した基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）とを生成する（ステップＳ１２３）。そして、反射率モデル保持部１５２６に保持されている反射率モデルを読み出し、生成した基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）とからなる反射率モデルを反射率モデル保持部１５２６に、上書き保存する（ステップＳ１２４）。
【００７３】
次に、反射率モデル推定部１５２５は、ステップＳ１２４で反射率モデル保持部１５２６から読み出した基本波反射率モデルｐ（ｈF）および高調波反射率モデルｐ（ｈS）と、ステップＳ１２３で生成した基本波反射率モデルｐ（ｈF）および高調波反射率モデルｐ（ｈS）との差異を算出する（ステップＳ１２５）。差異は、例えば、ステップＳ１２４で読み出したＡＲパラメータφiと、ステップＳ１２３で算出したＡＲパラメータφiの差の絶対値をｉごとに算出し、その合計値として算出することができる。なお、差異を示す値は、例えば、ｉごとのＡＲパラメータφiの差の２乗値を合計した値など、パラメータの違いを示すものであればよい。そして、差異の値が所定の閾値以上である場合には、ステップＳ１２１に戻り、再度、基本波反射率推定部５２１４が基本波反射率モデルを用いて基本波反射率ｈFを推定し、高調波反射率推定部５２２３が高調波反射率モデルを用いて高調波反射率ｈSを推定する。このとき、直前のステップＳ１２３で生成され、直前のステップＳ１２４で保存された、基本波反射率モデルｐ（ｈF）と高調波反射率モデルｐ（ｈS）とが使用される。これにより、尤度の期待値を最大化した反射率モデルに基づいた、より尤度の高い反射率が推定されることとなる。一方、差異の値が所定の閾値を下回った場合には、ステップＳ３３に進む。これは、尤度の期待値が十分に高まっており、ステップＳ１２１、Ｓ１２２で算出された基本波反射率ｈFと高調波反射率ｈSが最尤推定値とみなせるからである。
【００７４】
次に、反射率合成部５２４が、基本波反射率ｈFと、高調波反射率ｈSとを合成し、反射率信号ｈTを生成する（ステップＳ３２）。
最後に、整相加算部５３は、反射率信号に対して整相加算を施し、音響線信号に変換する（ステップＳ３３）。
＜まとめ＞
上記構成により、ＥＭアルゴリズムによって、基本波反射率、高調波反射率、基本波反射率モデル、高調波反射率モデルの尤度を最大化することができる。また、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの関係性を用いることにより、基本波反射率モデル、高調波反射率モデルは、デジタル受信信号における基本波成分と高調波成分との双方を含む広帯域の信号に基づいて推定されるため、高精度の推測が可能となる。したがって、超音波反射率の推定精度をより高め、距離解像度を最大化させることができる。
【００７５】
≪実施の形態３≫
実施の形態１および実施の形態２では、超音波プローブの各振動子に対応するデジタル受信信号ｙRについて、それぞれを基本波成分ｙFと高調波成分ｙSとに分離して反射率推定を行い、反射率信号を整相加算して音響線信号に変換する場合について説明した。これに対し、実施の形態３では、超音波プローブの各振動子に対応するデジタル受信信号ｙRを整相加算して音響線信号を生成してから、音響線信号の基本波成分と高調波成分とに基づいて反射率推定を行い、反射率信号を音響線信号として処理する構成であることを特徴とする。
【００７６】
実施の形態３に係る超音波診断装置１Ａのブロック図を図９に示す。なお、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。超音波診断装置１Ａは、送信信号生成部１０、送信部２０、切替部３０、受信部４０、整相加算部５３Ａ、分離部５１Ａ、反射率推定部５２Ａ、超音波画像生成部７０、表示制御部８０を備える。なお、送信信号生成部１０、送信部２０、切替部３０、受信部４０、整相加算部５３Ａ、分離部５１Ａ、反射率推定部５２Ａは、超音波信号処理回路５０Ａを構成する。
【００７７】
整相加算部５３Ａは、デジタル受信信号に整相加算を行って、音響線信号を生成する回路である。詳細な動作は、整相加算の対象が反射率信号ではなくデジタル受信信号であること以外は、整相加算部５３と同じである。
分離部５１Ａは、音響線信号を周波数帯ごとに分離し、基本波成分と高調波成分とのそれぞれを、反射率推定部５２Ａに出力する回路である。周波数帯ごとの分離は、例えば、バンドパスフィルタを用いて行うことができる。
【００７８】
反射率推定部５２Ａは、音響線信号の基本波成分と高調波成分とに基づいて、被検体内の超音波反射率を推定する回路である。詳細な構成は、デジタル信号の基本波成分ｙFに替えて音響線信号の基本波成分ｓFを、デジタル信号の高調波成分ｙSに替えて音響線信号の高調波成分ｓSを、それぞれ用いることを除き、反射率推定部５２と同じであるため省略する。反射率推定部５２Ａは、時系列信号である音響線信号のそれぞれに対して反射率を推定し、時系列信号である反射率信号を生成する。すなわち、音響線信号に対応する観測点のそれぞれに対し、超音波反射率が推定される。なお、反射率推定部５２Ａは、実施の形態２に係る反射率推定部１５２と同様の構成であってもよい。
【００７９】
実施の形態３に係る超音波診断装置１Ａの動作は、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２６からステップＳ３３を実施せず、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０でＹｅｓとなった後ステップＳ４０の前に、音響線信号に対して、ステップＳ２６からステップＳ３３の処理を行う動作となる。すなわち、送受信イベント内では反射率推定を行うことなく整相加算を行い、音響線信号に対して反射率推定を行う。
【００８０】
このような構成及び処理により、反射率推定は、超音波探触子の各振動子に対応するデジタル受信信号のそれぞれの時刻ではなく、整相加算における観測点のそれぞれに対して行われる。したがって、実施の形態１、２に係る超音波診断装置に対して、反射率推定の演算量を大きく削減することができるため、必ずしも演算能力の高いプロセッサ等を用いる必要がない。そのため、実施の形態３に係る超音波診断装置は、実施の形態１、２に係る超音波診断装置と比べ、安価、かつ、容易に実現することができる。
【００８１】
≪実施の形態に係るその他の変形例≫
（１）各実施の形態では、送信超音波ビームにおいて、フォーカス型のビームフォーミングを行う場合について説明した。しかしながら、例えば、送信超音波ビームを平面波として送出し、１度の送信に対して着目領域全域の音響線信号を生成するとしてもよい。この場合、１枚のＢモード画像のデータを生成するために必要な送受信イベントの回数を削減し、Ｂモード画像のフレームレートを向上させることができる。なお、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングは上述の場合に限られず、合成開口法など、任意のビームフォーミングを用いてよい。
【００８２】
（２）実施の形態２では、反射率モデル推定部が、算出した基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルと、算出直前の基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルとの比較において、算出した基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルを反射率モデル保持部に上書きする直前に、算出直前の基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルを読み出すこととした。しかしながら、処理方法は上述したものに限られず、例えば、基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルの算出前に、算出直前の基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルを読み出すとしてもよい。または、例えば、反射率モデル保持部が、保存された最新の基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルに加えて、１回前に保存された基本波反射率モデルおよび高調波反射率モデルを保持し、反射率モデル推定部が、それらを全て反射率モデル保持部から読みだして比較を行う、としてもよい。
【００８３】
（３）実施の形態１では自己回帰モデル（ＡＲモデル）とＭＡＰ推定、実施の形態２ではさらにＭＡＰ推定を含むＥＭアルゴリズムを用いて反射率を推定する場合について説明した。しかしながら、推定に用いるモデルや推定手法は上述したものに限られず、ベイズ理論に基づき最尤推定を行う手法であれば、任意のモデルと、モデル作成手法を用いることができる。
【００８４】
（４）各実施の形態では、反射率合成部において、合成後の反射率信号の半値幅が最小となるよう、高調波反射率ｈSの位相を調整する場合について説明した。しかしながら、位相調整の方法は上述したものに限られず、基本波反射率ｈFの位相を調整するものであってもよいし、または、基本波反射率ｈFと高調波反射率ｈSの双方の位相を調整するものであってもよい。
【００８５】
（５）各実施の形態では、超音波診断装置は１つのＢモード画像を生成するとしたが、例えば、複数のＢモード画像を連続生成するとしてもよく、さらに、表示部がＢモード画像を動画として表示してもよい。また、生成したＢモード画像を記憶媒体や他の装置に出力するとしてもよいし、音響線信号を記憶媒体や他の装置に出力するとしてもよい。
（６）各実施の形態では、超音波探触子２は、一次元方向に配列された複数の振動子を有するとしたが、例えば、コンベックス型であってもよいし、振動子が二次元方向に配列されていてもよい。また、超音波探触子２は、切替部３０、送信部２０、受信部４０の全部または一部を内蔵しているとしてもよい。
【００８６】
また、超音波探触子２、表示部３は超音波診断装置に接続可能に構成されているとしたが、超音波診断装置に内蔵されていてもよい。
（７）各実施の形態に係る超音波診断装置は、その構成要素の全部又は一部を、１チップ又は複数チップの集積回路で実現してもよいし、コンピュータのプログラムで実現してもよいし、その他どのような形態で実施してもよい。例えば、分離部と反射率推定部とを１チップで実現してもよいし、送信信号生成部のみを１チップで実現し、超音波変換部等を別のチップで実現してもよい。
【００８７】
集積回路で実現する場合、典型的には、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現される。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００８８】
さらには、半導体技術の進歩、又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
また、各実施の形態および各変形例に係る超音波診断装置は、記憶媒体に書き込まれたプログラムと、プログラムを読み込んで実行するコンピュータとで実現されてもよい。記憶媒体は、メモリカード、ＣＤ−ＲＯＭなどいかなる記録媒体であってもよい。また、本発明に係る超音波診断装置は、ネットワークを経由してダウンロードされるプログラムと、プログラムをネットワークからダウンロードして実行するコンピュータとで実現されてもよい。
【００８９】
（８）以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００９０】
また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
さらに、超音波診断装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について当該技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。尚、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００９１】
≪補足≫
（１）実施の形態に係る超音波診断装置は、超音波探触子を用いて超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波探触子を用いて、所定の波形を有する送信信号を送信超音波に変換し前記送信超音波を前記被検体内に送信する送信部と、前記超音波探触子が受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて受信信号を生成する受信部と、前記所定の波形を基本波としたときその高調波である高調波波形を生成する高調波波形生成部と、前記受信信号を、前記所定の波形と周波数帯が一致する反射基本波成分と、前記反射基本波成分の高調波成分である反射高調波成分とに分離する分離部と、前記所定の波形と前記反射基本波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成する基本波反射率推定部と、前記高調波波形生成部が生成した高調波波形と前記反射高調波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成する高調波反射率推定部と、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とを合成し反射率信号を生成する反射率合成部と、前記反射率信号に基づいて画像を生成する画像生成部とを備えることを特徴とする。
【００９２】
また、実施の形態に係る超音波信号処理方法は、超音波探触子を用いて超音波を被検体に対して送受信し、反射超音波に基づいて画像を生成する超音波信号処理方法であって、前記超音波探触子を用いて、所定の波形を有する送信信号を送信超音波に変換し前記送信超音波を前記被検体内に送信し、前記超音波探触子が受信した前記被検体からの反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記所定の波形を基本波としたときその高調波である高調波波形を生成し、前記受信信号を、前記所定の波形と周波数帯が一致する反射基本波成分と、前記反射基本波成分の高調波成分である反射高調波成分とに分離し、前記所定の波形と前記反射基本波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、基本波反射率信号を生成し、前記高調波波形と前記反射高調波成分とを用いて、前記被検体内の観測点における超音波反射率を推定し、高調波反射率信号を生成し、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とを合成して反射率信号を生成し、前記反射率信号に基づいて画像を生成することを特徴とする。
【００９３】
上記構成により、距離分解能がパルス幅に依存しなくなるため、基本波成分の周波数に関係なく高い空間解像度を実現することができる。さらに、基本波成分と高調波成分とのそれぞれで推定を行うことにより、推定の精度を向上させることができる。
（２）また、上記（１）の超音波診断装置は、前記基本波反射率推定部は、基本波反射率モデルを保持し、前記保持している基本波反射率モデルをさらに用いて反射率を推定することで、前記基本波反射率信号を生成し、前記高調波反射率推定部は、高調波反射率モデルをさらに用いて反射率を推定することで、前記高調波反射率信号を生成する、としてもよい。
【００９４】
上記構成により、基本波と高調波のそれぞれについて、ベイズ理論に基づく最尤推定により高精度に超音波反射率を推定することができる。
（３）また、上記（２）の超音波診断装置は、前記基本波反射率信号に基づいて基本波反射率モデルを推定する基本波反射率モデル推定部をさらに備え、前記基本波反射率推定部は、保持している前記基本波反射率モデルを、前記基本波反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルで置き換える、としてもよい。
【００９５】
上記構成により、基本波反射率モデルの精度をより向上させることができる。
（４）また、上記（３）の超音波診断装置は、前記基本波反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルを用いて前記高調波反射率モデルを生成する高調波反射率モデル推定部をさらに備える、としてもよい。
上記構成により、受信信号において高調波成分のＳ／Ｎ比が高くなくても、基本波成分に基づいて高調波反射率モデルを生成できる。したがって、高調波反射率モデルの推定精度を高くすることができる。
【００９６】
（５）また、上記（３）〜（４）の超音波診断装置は、前記基本波反射率推定部は、前記基本波反射率モデル推定部が基本波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の基本波反射率モデルを用いる、としてもよい。
上記構成により、基本波反射率モデルが推定される以前においても、所定の基本波反射率モデルにより、反射率の推定を行うことができる。
【００９７】
（６）また、上記（４）〜（５）の超音波診断装置は、前記高調波反射率モデル推定部は、前記基本波反射率モデルを事前分布とする最大事後確率推定により、前記前記高調波反射率モデルを生成する、としてもよい。
上記構成により、基本波反射率モデルに基づき、高調波反射率モデルを高精度に生成することができる。
【００９８】
（７）また、上記（３）〜（６）の超音波診断装置は、前記基本波反射率推定部は、自己回帰モデルを用いて前記基本波反射率信号を生成する、としてもよい。
上記構成により、高精度に超音波の反射率を推定することができる。
（８）また、上記（２）の超音波診断装置は、被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの関係を用いて、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号とに基づいて、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとを推定する反射率モデル推定部をさらに備え、前記基本波反射率推定部は、保持している前記基本波反射率モデルを、前記反射率モデル推定部が推定した基本波反射率モデルで置き換え、前記高調波反射率推定部は、高調波反射率モデルを保持し、保持している前記高調波反射率モデルを、前記反射率モデル推定部が推定した高調波反射率モデルで置き換える、としてもよい。
【００９９】
上記構成により、高調波に基づく推定と、基本波に基づく推定とを、相互に補完しながら高精度に行うことができる。
（９）また、上記（８）の超音波診断装置は、被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの前記関係とは、前記高調波反射率モデルが基本波反射率モデルと一致することであり、前記反射率モデル推定部は、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号との両方に基づいて、単一の反射率モデルを、前記基本波反射率モデルおよび前記高調波反射率モデルとして推定する、としてもよい。
【０１００】
上記構成により、基本波帯域における超音波反射特性と高調波帯域における超音波反射特性が大きく異ならない被検体に対しては、基本波と高調波を含む広帯域な信号に基づき、高精度に反射率モデルを推定することができる。
（１０）また、上記（９）の超音波診断装置は、被検体の特性に基づく基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの前記関係とは、前記高調波反射率モデルが基本波反射率モデルに基づいて構築できることであり、前記反射率モデル推定部は、前記基本波反射率モデルと前記高調波反射率モデルとが前記関係を満たすように、前記基本波反射率モデルと前記高調波反射率モデルとを推定する、としてもよい。
【０１０１】
上記構成により、高調波反射率モデルが基本波反射率モデルに基づいて構築できる被検体に対しては、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの関係を保つように反射率モデルの推定を行う。これにより、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルとの乖離を防ぐことができ、高精度の推定を行うことができる。
（１１）また、上記（８）〜（１０）の超音波診断装置は、前記基本波反射率推定部は、前記反射率モデル推定部が基本波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の基本波反射率モデルを用い、前記高調波反射率推定部は、前記反射率モデル推定部が高調波反射率モデルを推定する前は、あらかじめ保持している所定の高調波反射率モデルを用いる、としてもよい。
【０１０２】
上記構成により、基本波反射率モデルと高調波反射率モデルが推定される以前においても、反射率の推定を行うことができる。
（１２）また、上記（８）〜（１１）の超音波診断装置は、前記基本波反射率推定部と前記反射率モデル推定部とは、ＥＭアルゴリズムにより前記基本波反射率信号を生成し、前記高調波反射率推定部と前記反射率モデル推定部とは、ＥＭアルゴリズムにより前記高調波反射率信号を生成する、としてもよい。
【０１０３】
上記構成により、推定された反射率の尤度を最大限に向上させることができる。
（１３）また、上記（１）〜（１２）の超音波診断装置は、前記合成部は、前記反射率信号における信号幅が最小となるように、前記基本波反射率信号と前記高調波反射率信号との少なくとも一方に対し位相を制御する、としてもよい。
上記構成により、反射率信号の距離分解能を最大化することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係る超音波診断装置、超音波信号処理方法は、複雑な回路を必要とせず、距離分解能の向上を図ることができる。また、高調波が受信できない領域では基本波成分による画像化が可能となり、医療診断機器等において利用条件に左右されない高い適応性を持つ。
【符号の説明】
【０１０５】
１  超音波診断装置
２  超音波探触子
３  表示部
１０  送信信号生成部
２０  送信部
３０  切替部
４０  受信部
５０、５０Ａ  超音波信号処理回路
５１、５１Ａ  分離部
５２、５２Ａ、１５２  反射率推定部
５２１、１５２１  基本波推定部
５２１１、５２１４  基本波反射率推定部
５２１２  基本波反射率モデル保持部
５２１３  基本波反射率モデル推定部
５２２、１５２２  高調波推定部
５２２２、５２２３  高調波反射率推定部
５２２１  高調波反射率モデル推定部
１５２５  反射率モデル推定部
１５２６  反射率モデル保持部
５２３  高調波波形生成部
５２４  反射率合成部
５３、５３Ａ  整相加算部
７０  超音波画像生成部
８０  表示制御部
【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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