(57)【要約】【課題】超音波測定装置に適応型ビームフォーミングを適用し、より高い分解能の画像を得る。【解決手段】超音波測定装置は、対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信する受信処理部と、前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するハーモニック処理部と、前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算する信号処理部と、前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、を有する。【選択図】図５
2015077393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信する受信処理部と、
前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するハーモニック処理部と、
前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算する信号処理部と、
前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、を有することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波測定装置であって、
前記受信処理部は、複数のチャンネルを有する超音波素子アレイを介して、前記超音波エコーを前記チャンネル毎の受信信号として受信し、
前記ハーモニック処理部は、前記チャンネル毎に、当該チャンネルの受信信号から前記ハーモニック成分を抽出し、
前記信号処理部は、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分の値に応じて、前記チャンネル毎の重みを異ならせ、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分を重み付き加算する、
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波測定装置であって、
前記信号処理部は、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分に対して、チャンネルに応じたディレイ処理を行い、前記ディレイ処理後の前記チャンネル毎のハーモニック成分の値に応じて、前記チャンネル毎の重みを異ならせる、
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波測定装置であって、
前記信号処理部は、前記ディレイ処理後の前記チャンネル毎のハーモニック成分について、前記複数のチャンネルで構成される開口から複数のサブ開口を取り出して空間平均法を行い、前記チャンネル毎の重みを求める、
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
請求項２〜４いずれか一項に記載の超音波測定装置であって、
前記チャンネル毎の受信信号に対して、又は、前記チャンネル毎のハーモニック成分に対して、フィルター処理を行うことによりノイズ除去を行うフィルター処理部、を有することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか一項に記載の超音波測定装置であって、
前記受信処理部は、前記対象物に対して送信された、所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーを受信信号として受信し、
前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信信号を加算することで、前記ハーモニック成分を抽出する、
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項１〜５いずれか一項に記載の超音波測定装置であって、
前記ハーモニック処理部は、フィルター処理を行うことにより前記ハーモニック成分を抽出する、
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信する受信処理部と、
前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するハーモニック処理部と、
前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算する信号処理部と、
前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記生成された画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波画像装置。
【請求項９】
対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信するステップと、
前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するステップと、
前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算するステップと、
前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする超音波測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置、及び超音波測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波測定装置において、送信した基本周波数の超音波についての超音波エコーから、基本周波数の成分を抽出し、これに対して適応型ビームフォーミングを行う技術が知られている。適応型ビームフォーミングは、所望の方向からの受信波の感度を最大化したり、所望の方向以外の方向からの不要波の感度を最小化したりすることができるので、例えば、レーダーシステムや潜水艦のソナーシステムで実用化されている。
【０００３】
適応型ビームフォーミングの例として、特許文献１には、入力された超音波信号を観測空間上で複数の領域に分割し、領域別の加重値を計算し、それぞれの画素に対する画素加重値を計算し、ビーム形成値を計算する超音波ビーム形成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７０８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の適応型ビームフォーミングを、生体を画像化するような超音波測定装置にそのまま適用しても、実用上問題がある。
【０００６】
例えば、レーダーシステムの場合、遠くに航空機や山岳があっても、途中の空間には電波を大量に反射するような物体は存在しない。潜水艦のソナー装置においても、超音波が海水中を伝搬していくので、そこに強い反射体は存在しない。一方、超音波測定装置の場合、生体内の特定の臓器や腫瘍などからの超音波エコーを取得しようとしても、当該特定の臓器等の周囲やプローブから当該特定の臓器等までの間には、他の多数の臓器、脂肪、筋肉、血管壁などが超音波の反射体として存在する。そのため、それぞれの反射体の音響インピーダンスを識別して画像化しなければ、分解能の高い画像を得られない。更に、生体内における超音波の多重反射屈折による虚像であるアーチファクトなど、超音波測定装置特有の課題もある。
【０００７】
従って、超音波測定装置に対して単純に上記の適応型ビームフォーミング技術を適用したとしても、実際には、不要波の区別が極めて困難になり、計算処理が複雑になるばかりでなく、計算自体が収束しなくなるおそれがある。その結果、分解能の高い画像が得られないこととなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、超音波測定装置に適応型ビームフォーミングを適用しつつ、より高い分解能の画像を得られる技術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】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信する受信処理部と、前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するハーモニック処理部と、前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算する信号処理部と、前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、を有することを特徴とする超音波測定装置である。第一の態様によれば、ハーモニック処理で抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、ハーモニック処理で抽出されたハーモニック成分に対して重み付き加算処理が適用される。これにより、方位分解能を向上した画像を得ることができる。
【００１０】
前記受信処理部は、複数のチャンネルを有する超音波素子アレイを介して、前記超音波エコーを前記チャンネル毎の受信信号として受信し、前記ハーモニック処理部は、前記チャンネル毎に、当該チャンネルの受信信号から前記ハーモニック成分を抽出し、前記信号処理部は、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分の値に応じて、前記チャンネル毎の重みを異ならせ、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分を重み付き加算処理する、ことを特徴としていてもよい。これにより、方位分解能をより向上した画像を得ることができる。
【００１１】
前記信号処理部は、前記抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分に対して、チャンネルに応じたディレイ処理を行い、前記ディレイ処理後の前記チャンネル毎のハーモニック成分の値に応じて、前記チャンネル毎の重みを異ならせる、ことを特徴としていてもよい。これにより、各チャンネルのハーモニック成分の位相を揃えることができるため、重みの計算や重み付け加算の精度を向上し、方位分解能をさらに向上した画像を得ることができる。
【００１２】
前記信号処理部は、前記ディレイ処理後の前記チャンネル毎のハーモニック成分について、前記複数のチャンネルで構成される開口から複数のサブ開口を取り出して空間平均法を行い、前記チャンネル毎の重みを求める、ことを特徴としていてもよい。これにより、方位推定精度を改善し、方位分解能をより向上した画像を得ることができる。
【００１３】
前記超音波測定装置は、前記チャンネル毎の受信信号に対して、又は、前記チャンネル毎のハーモニック成分に対して、フィルター処理を行うことによりノイズ除去を行うフィルター処理部、を有することを特徴としていてもよい。これにより、ノイズが除去され、分解能をより向上した画像を得ることができる。
【００１４】
前記受信処理部は、前記対象物に対して送信された、所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーを受信信号として受信し、前記ハーモニック処理部は、前記所定の周波数における位相差が１８０°の２つの超音波についての超音波エコーの受信信号を加算処理することで、前記ハーモニック成分を抽出する、ことを特徴としていてもよい。これにより、ハーモニック成分と基本波成分等の他の成分との重複がより少なくなるため、広帯域受信が可能となり、距離分解能を改善することができる。
【００１５】
前記ハーモニック処理部は、フィルター処理を行うことにより前記ハーモニック成分を抽出する、ことを特徴としていてもよい。これにより、ハーモニック成分を抽出するための超音波の受信の回数を減らし、時間分解能（フレームレート）を向上させることができる。
【００１６】
上記の課題を解決するための本発明の第二の態様は、対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信する受信処理部と、前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するハーモニック処理部と、前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算する信号処理部と、前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、前記生成された画像を表示する表示部と、を有することを特徴とする超音波画像装置である。これにより、方位分解能をより向上した画像を得ることができる。
【００１７】
上記の課題を解決するための本発明の第三の態様は、対象物に対して送信された超音波についての超音波エコーを受信信号として受信するステップと、前記受信された受信信号から前記超音波エコーのハーモニック成分を抽出するステップと、前記抽出されたハーモニック成分の値に応じて異ならせた重みを用いて、前記抽出されたハーモニック成分を重み付き加算するステップと、前記重み付き加算された信号に基づいて画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする超音波測定方法である。これにより、方位分解能をより向上した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波画像装置の外観の一例を示す図である。
【図２】超音波トランスデューサー素子の構成の一例を示す図である。
【図３】超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）の構成の一例を示す図である。
【図４】超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の構成の例を示す図であり、（Ａ）は素子列数が４列の場合を示し、（Ｂ）は素子列数が１列の場合を示す。
【図５】制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】メモリーに格納される各チャンネルのデータの構造の一例を説明する図である。
【図７】制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。
【図８】超音波画像装置が行うハーモニック処理の一例を説明する図である。
【図９】各チャンネルに届く信号の遅延を説明する図である。
【図１０】空間平均法におけるサブ開口を説明する図である。
【図１１】超音波画像装置により実現される処理の一例を示すフローチャート（その１）である。
【図１２】超音波画像装置により実現される処理の一例を示すフローチャート（その２）である。
【図１３】超音波画像装置により実現される処理の一例を示すフローチャート（その３）である。
【図１４】超音波画像装置により実現される処理の一例を示すフローチャート（その４）である。
【図１５】Ｂモード画像の表示に関するシミュレーション環境を説明する図である。
【図１６】Ｂモード画像の表示に関するシミュレーションの結果（その１）を説明する図である。
【図１７】Ｂモード画像の表示に関するシミュレーションの結果（その２）を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波画像装置の外観の一例を示す図である。超音波画像装置１は、例えばハンディタイプの装置であり、超音波プローブ１０と、超音波画像装置本体２０とを有する。超音波プローブ１０と超音波画像装置本体２０とは、ケーブル１５により接続される。なお、超音波画像装置１は、ハンディタイプには限定されず、例えば据え置きタイプでもよいし、超音波プローブが装置本体に内蔵された一体型でもよい。
【００２１】
超音波プローブ１０は、超音波トランスデューサーデバイス１１を有する。超音波トランスデューサーデバイス１１は、走査面に沿って対象物をスキャンしながら、対象物に対して超音波ビームを送信するとともに、超音波ビームによる超音波エコーを受信する。
【００２２】
圧電素子を用いるタイプを例にとれば、超音波トランスデューサーデバイス１１は、複数の超音波トランスデューサー素子１２（超音波素子アレイ、図２等参照）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。
【００２３】
図２に、超音波トランスデューサー素子の構成の一例を示す。本実施の形態では、超音波トランスデューサー素子１２として、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）とを張り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を採用する。
【００２４】
図２（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１２の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ’沿った断面を示す断面図である。
【００２５】
超音波トランスデューサー素子１２は、圧電素子部と、振動膜（メンブレン、支持部材）５０とを有する。圧電素子部は、圧電体層（圧電体膜）３０と、第１電極層（下部電極）３１と、第２電極層（上部電極）３２とを有する。
【００２６】
圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層３１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ3）などを用いてもよい。
【００２７】
第１電極層３１は、振動膜５０の上層に、例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層３１は、図２（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１２に接続される配線であってもよい。
【００２８】
第２電極層３２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層３２は、図２（Ａ）に示すように、素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１２に接続される配線であってもよい。
【００２９】
超音波トランスデューサー素子１２の下部電極（第１電極）は、第１電極層３１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層３２により形成される。具体的には、第１電極層３１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層３２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
【００３０】
開口４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図２（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
【００３１】
振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ2薄膜とＺｒＯ2薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層３１、３２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させる。
【００３２】
図３に、超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）の構成の一例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス１１は、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｍの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｎのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｍ）やコモン電極線の本数（ｎ）は、図３に示す本数には限定されない。
【００３３】
複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波卜ランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。
【００３４】
図４（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図４（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により溝成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波卜ランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。
【００３５】
そして図４（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイスの１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また駆動電極線ＤＬらの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図４（Ａ）に示すような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図４（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。
【００３６】
図３の説明に戻る。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｍの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の駆動電極線ＤＬｉ（第ｉのチャンネル）は、第ｉの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｉの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。
【００３７】
超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。
【００３８】
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｎのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図３に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）のコモン電極線ＣＬｊは、第ｊ行に配置される超音波トランスデユ一サー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。
【００３９】
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。
【００４０】
そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。
【００４１】
なお、超音波トランスデユーサー素子の配置は、図３に示すマトリックス配置に限定されず、隣接する２例の素子が互い違いにジグザグに配置されるいわゆる千烏配置等であってもよい。また図４（Ａ）、（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。
【００４２】
また、超音波トランスデューサー素子１２は、圧電素子を用いる形態に限定されない。例えば、ｃ−ＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）等の容量性素子を用いるトランスデューサーを採用してもよいし、バルクタイプのトランスデューサーを採用してもよい。
【００４３】
図１の説明に戻る。超音波画像装置本体２０には、表示部２１が設けられる。表示部２１は、超音波画像装置本体２０内に設けられた制御部２２（図５参照）により生成された表示用画像データを表示する。表示部２１には、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパー等の表示装置を用いることができる。
【００４４】
図５は、制御部２２の機能構成の一例を示すブロック図である。制御部２２は、送信処理部１１０と、受信処理部１２０と、画像処理部１３０と、送信受信切り替えスイッチ１４０と、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５０と、制御回路１６０とを有する。なお、本実施の形態では、制御部２２は超音波画像装置本体２０に設けられているが、制御部２２の少なくとも一部の構成は、超音波プローブ１０内に設けられていてもよい。
【００４５】
送信処理部１１０は、対象物に対して超音波を送信する処理を行う。送信処理部１１０は、送信パルス発生器１１１と、送信遅延回路１１３とを有する。
【００４６】
送信パルス発生器１１１は、送信パルス電圧を印加して超音波プローブ１０を駆動させる。
【００４７】
送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い、超音波プローブ１０に、生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射させる。そのために、送信遅延回路１１３は、送信パルス電圧の印加タイミングに関して、チャンネル間で時間差を与え、複数の振動素子から発生した超音波を集束させる。このように、遅延時間を変化させることにより、焦点距離を任意に変化させることが可能である。
【００４８】
リニアスキャンの場合、全開口（図３に示す例では、６４チャンネル）を分割し、分割した開口（使用開口）で送受信を行い、使用開口をずらしながら各ラインを生成していく。使用開口は、例えば８チャンネルとすることができる。なお、使用開口が大きいほど、ビーム幅が狭くなり、方位分解能が上がる。セクタスキャンの場合は、全開口を使用開口として使用し、ビームの方向を変えながら各ラインを生成していく。
【００４９】
送信受信切り替えスイッチ１４０は、超音波の送受信の切り替え処理を行う。送信受信切り替えスイッチ１４０は、送信時の振幅パルスが受信処理部１２０に入力されないように保護し、受信時の信号を受信処理部１２０に通す。
【００５０】
受信処理部１２０は、送信した超音波に対する超音披エコーの受信波（以下、受信波という）を受信する処理を行う。受信処理部１２０は、受信回路１２１と、フィルター回路１２３と、メモリー１２５とを有する。
【００５１】
受信回路１２１は、チャンネル毎の受信波（アナログ信号）を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路１２３に出力する。なお、受信波のフォーカシング制御は、後述の画像処理部１３０にて行われる。
【００５２】
フィルター回路１２３は、受信回路１２１から出力されたチャンネル毎の受信信号に対して、帯域通過フィルターなどによりフィルター処理を行い、雑音を除去する。そして、フィルター回路１２３は、フィルター処理が適用されたチャンネル毎の受信信号を、メモリー１２５に出力する。
【００５３】
メモリー１２５は、フィルター回路１２３から出力されたチャンネル毎の受信信号を、チャンネル毎に記憶する。メモリー１２５の機能は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置を利用することにより実現できる。
【００５４】
図６は、メモリーに格納される各チャンネルのデータの構造の一例を説明する図である。メモリー１２５は、一回の超音波の送信とそれに対する超音波エコーの受信波を、Ｍ個のチャンネルそれぞれについて、Ｎ個のサンプル受信信号の波形データとして格納する。なお、Ｍは使用開口のチャンネル総数であり、Ｎはサンプリング総数である。サンプリング総数は、例えば、超音波画像装置１の規定のサンプリング周波数（例えば、５０ＭＨｚ）と、一回の受信波の観測時間により決まる。
【００５５】
図５の説明に戻る。受信処理部１２０の機能は、例えば、ＬＮＡ（低雑音増幅器）、ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）、フィルター回路、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタルコンバータ）等により構成されるＡＦＥ（アナログフロントエンド）により実現できる。
【００５６】
なお、受信処理部１２０の構成は、図示した例に限られない。例えば、フィルター回路１２３を、ハーモニック処理部１３１とＭＶＢ処理部１３２の間に設け、チャンネル毎のハーモニック成分に対してフィルター処理を施すようにしてもよい。この場合、フィルター回路の機能を、ソフトウェアで実現するようにしてもよい。
【００５７】
画像処理部１３０は、受信処理部１２０のメモリー１２５に格納されている受信信号を取得し、各種の画像処理を行う。画像処理部１３０は、ハーモニック処理部１３１と、ＭＶＢ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｖａｒｉａｎｃｅ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）処理部１３２と、検波処理部１３３と、対数変換処理部１３５と、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７と、ＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）１３９とを有する。なお、ＭＶＢ処理部を信号処理部と呼んでもよい。また、画像処理部１３０の機能のうち画像生成に関する機能（検波処理部１３３、対数変換処理部１３５、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７、及びＳＴＣ１３９により実現される。）を、画像生成部と呼んでもよい。
【００５８】
ハーモニック処理部１３１は、メモリー１２５に格納されているチャンネル毎の受信信号に基づいて、チャンネル毎にハーモニック成分（高調波成分ともいう）を抽出する。ハーモニック処理の詳細については、後述する。
【００５９】
ＭＶＢ処理部１３２は、ハーモニック処理部１３１により抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分に基づいて、方向に拘束を付けた適応型ビームフォーミングであるＭＶＢ処理を行う。そのため、ＭＶＢ処理部１３２は、受信フォーカス処理部１３２１と、空間平均処理部１３２２と、ウェイト計算部１３２３と、重み付け加算部１３２４と、を有する。ＭＶＢ処理の詳細については、後述する。
【００６０】
検波処理部１３３は、ＭＶＢ処理後の受信信号に対して、絶対値（整流）処理を行い、その後低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する。
【００６１】
対数変換処理部１３５は、抽出された非変調信号に対しＬｏｇ圧縮を行い、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に碓認しやすいように、表現形式を変換する。
【００６２】
ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する。例えば、ゲイン調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の入力信号に対して、直流成分を加える。また、ダイナミックレンジ調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の入力信号に対して、任意の数を乗算する。
【００６３】
ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正し、画面全体で一様な明るさの画像を取得する。
【００６４】
なお、画像処理部１３０の機能は、各種プロセッサー（ＣＰＵ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
【００６５】
ＤＳＣ１５０は、Ｂモード画像データに走査変換処理を行う。例えば、ＤＳＣ１５０は、バイリニアなどの補間処理により、ライン信号を画像信号に変換する。そして、ＤＳＣ１５０は、画像信号を表示部２１に出力する。これにより、画像が表示部２１に表示される。
【００６６】
制御回路１６０は、送信パルス発生器１１１、送信遅延回路１１３、送信受信切り替えスイッチ１４０、受信回路１２１、メモリー１２５、ハーモニック処理部１３１等の制御を行う。
【００６７】
以上の超音波画像装置１の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。超音波画像装置１の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。
【００６８】
図７は、制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。図７に示すように、制御部２２は、例えば、演算装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２２１と、揮発性の記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２２と、不揮発性の記憶装置であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２３と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２４と、制御部２２と他のユニットを接続するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路２２５と、外部の装置と通信を行う通信装置２２６と、これらを互いに接続するバス２２７と、を備えるコンピューターにより実現することができる。
【００６９】
上記の制御部２２の機能の少なくとも一部は、例えば、ＣＰＵ２２１がＲＯＭ２２３又はＨＤＤ２２４に格納された所定のプログラムをＲＡＭ２２２に読み出して実行することにより実現される。なお、所定のプログラムは、例えば、予めＲＯＭ２２３又はＨＤＤ２２４にインストールされてもよいし、通信装置２２６を介してネットワークからダウンロードされてインストール又は更新されてもよい。
【００７０】
次に、ハーモニック処理の詳細について説明する。本実施の形態では、ハーモニック処理とは、超音波エコーの画像の高分解能を実現するためのハーモニックイメージングにおいて、ハーモニック成分を抽出する処理をいう。
【００７１】
ハーモニックイメージングとは、ハーモニック成分（高調波成分）を映像化する手法のことをいう。ここで、媒質中を伝搬する超音波（粗密波）の速度は、音圧の高い部分は早く、低い部分では遅くなるという性質がある。したがって、単純な正弦波であっても伝搬過程で徐々に歪みが生じて波形が変化し、基本波には含まれなかった基本周波数の整数倍の高調波成分（非線形成分ともいう）が含まれるようになる（非線形効果）。この非線形効果は、超音波の基本波成分の音圧の２乗に比例して大きくなり、また伝搬距離に比例して蓄積する。
【００７２】
ハーモニックイメージングは、超音波が組織を伝搬する時に組織自身から発生する高調波成分を映像化するティッシュハーモニックイメージングと、超音波造形剤の微小気抱が共振、崩壊する時に発生する高調波成分を映像化する造影ハーモニックイメージングの二つに大別される。本実施の形態では、ティッシュハーモニックイメージングを用いる。
【００７３】
また、ハーモニックイメージングには２つの利点がある。高調波成分の振幅は送信超音波の振幅の２乗に比例するという特徴があることから、高調波成分の振幅は、音圧の高い送信ビーム中央では強いが、ビーム中央から端になるほど急激に弱くなる。これにより、ハーモニックイメージングでは、非線形効果の生じる範囲はビーム中央に制限され、結果的に他の手法に比べて方位分解能が向上する。これが第１の利点である。
【００７４】
超音波画像に現れる主なノイズの原因には、多重反射によるノイズとサイドローブによるノイズとがある。ここで、反射した超音波エコーは音庄が低く、高調波成分自体が発生しない。そのため、多重反射によるノイズが低減される。さらに、サイドローブは音圧が低く、サイドローブでも高調波成分自体が発生しない。そのため、サイドローブによるノイズも低減される。このように、ハーモニックイメージングでは、多重反射によるノイズもサイドローブによるノイズも低減することができる。これが第２の利点である。
【００７５】
ハーモニック成分を抽出するには、フィルター法及び位相反転法の少なくとも１つが用いられる。
【００７６】
フィルター法とは、周波数フィルター（ハイパスフィルター）により基本波成分と高調波成分とを分離し、例えば２次高調波成分だけを抽出し、映像化する手法である。例えば、２次高調波成分を分離、抽出する場合を説明する。基本波帯域の中心周波数がｆ0であり、２次高調波帯城の中心周波数が２ｆ0であるとする。フィルター法は簡単な構成で実現でき、少ない超音波の送受信の回数で高調波成分を分離することができる。よって、フレームレートを落とさずに、画像を生成できる。その一方で、受信する基本波成分と２次高調波成分はそれぞれある帯域幅を有しているため、基本波成分と２次高調波成分とが重複して両者を完全には分離できなくなることがある。その結果、基本波成分と２次高調波成分とを完全には分離できた場合と比べると画像が劣化する。つまり、ハーモニックイメージングの効果を十分には得られないことになる。この基本波成分と２次高調波成分との重複を少なくするためには、パルス幅を長くする必要性がある。しかし、パルス幅が長くなると距離分解能が低下する。
【００７７】
位相反転法は、フィルター法の欠点を改善するために開発された手法である。この手法は、同一方向に続けて２回の超音波の送信を行う。２回目の送信波は、１回目の送信波に対して位相が１８０°異なるという特微がある。そして、生体や造影剤から反射して戻ってくる受信波は、その非線形な伝播特性により高調波成分を含むため、歪んだ波形となる。送信波を１回目と２回目とで反転させているために基本波成分（１次）は反転しているが、２次高調波成分は反転していない（同相）という関係がある。結果として、２回の受信波を加算すると、基本波成分は除去され、２次高調波成分は振幅が２倍になって残るため、２次高調波成分のみを映像化することが可能となる。また、２次高調波成分のみが抽出できるため、広帯域送受信が可能となり、フィルター法の欠点である距離分解能の低下も改善する。
【００７８】
なお、受信波成分の偶数の次数を２ａ（ａは１以上の自然数）、奇数の次数を２ａ−１１と表すと、１回目の受信波と２回目の受信波とでは、次数２ａの成分が同相の関係にあり、次数２ａ−１の成分が逆相の関係にある。すなわち、１回目の受信波と２回目の受信波の加算処理を行うと、次数２ａの成分が残る。
【００７９】
本実施の形態では、位相反転法を用いるものとして説明する。図８は、超音波画像装置が行うハーモニック処理の一例を説明する図である。図８に示すように、超音波画像装置１は、周波数１ｆの第１の超音波パルスと、周波数１ｆであり第１の超音波パルスに対して位相差が１８０°（位相が反転された）の第２の超音波パルスとを送信し、第１の超音波パルスの受信信号と第２の超音波パルスの受信信号とを加算処理することで、次数２ａの高調波を抽出する。
【００８０】
ここで、図６で説明したように、チャンネルの総数をＭ個、サンプリング総数をＮサンプルとする。また、ｍ（１〜Ｍ）番目のチャンネルの受信信号をｘmと表し、チャンネルｍにおけるサンプリング点ｎ（１〜Ｎ）における受信信号をｘm［ｎ］と表す。また、第１の超音波パルス（正相）の受信信号のデータを、ｘ＿ｐｏｓm［ｎ］表し、第２の超音波パルス（逆相）の受信信号のデータを、ｘ＿ｎｅｇm［ｎ］と表す。
【００８１】
ハーモニック処理部１３１は、チャンネル毎に、第１の超音波パルスの受信信号のデータと、第２の超音波パルスの受信信号のデータとを加算し、次数２ａ−１の成分（基本波、３次高調波・・・）を打ち消し、次数２ａの成分（２次高調波、４次高調波・・・）を抽出する。ハーモニック処理部１３１は、各チャンネルの各サンプリング点のハーモニック成分ｘ＿Ｈａｒｍｏｎｉｃm［ｎ］を、下記の式（１）を用いて求めることができる。
【００８２】
【数１】
2015077393.tif 000003
【００８３】
なお、フィルター法を用いた場合、ハーモニック成分は、下記の式（２）で求められる。ｆｉｌｔｅｒは、フィルター成分を表す。
【００８４】
【数２】
2015077393.tif 000004
【００８５】
以下では、説明を分かり易くするため、ハーモニック成分を抽出した各チャンネルのデータを、式（３）に示すように、簡略化して表す。本実施の形態では、高調波成分として２次高調波を使用する。上述の通り、３次以上の奇数次の高調波成分は打ち消される。４次以上の偶数次の高調波成分は無視して扱うこととするが、元々の発生量が少ないことと伝搬中の減衰が起こりやすいことから、無視したとしても特に問題とはならない。
【００８６】
【数３】
2015077393.tif 000005
【００８７】
次に、ＭＶＢ処理の詳細について説明する。
【００８８】
まず、ＭＶＢ処理との比較のため、従来のビームフォーミング処理について説明する。従来のビームフォーミングは、各チャンネルの信号の位相を揃えて加算し（整相加算）、信号を増幅する処理である。位相の一致する信号のみを増幅することが出来るため、所望の方向からくる波を抽出することができる。これは、フーリエ変換と等価な処理である。
【００８９】
ここで、従来のビームフォーミングでは、各チャンネルの信号に固定値のウェイト（重み）を用いて重み付け加算を行っている。例えば、ウェイトには、方形窓、ハニング窓といった窓関数等が用いられる。窓関数によって、受信波のスペクトルのメインローブおよびサイドローブの形状は変化するが、受信指向性は固定である。メインローブとは、すなわち、所望の方向への波に対する感度であり、サイドローブとは、所望の方向以外からの波に対しての感度である。メインローブが細く、サイドローブのレベルが低いほど、方位分解能が良くなる。
【００９０】
メインローブおよびサイドローブの形状は開口と周波数で決まる。開口が無限大であれば、感度特性はデルタ関数となり、特定の角度のみからの受信が可能となる。実際には有限の開口を使用するため、サイドローブの発生は免れない。また、同じ開口であれば、周波数が高いほど、メインローブが細くなる。
【００９１】
しかしながら、所望の方向以外にも感度があり、波を受信してしまうことが問題となる。すなわち、メインローブの広がり、あるいは、サイドローブによって、所望方向以外の波を受信してしまうことである。
【００９２】
例えば、リニアスキャンでは、開口から鉛直方向に対し１ライン画像を生成する。従って、できる限り正面のみに存在する物体（すなわち、所望方向＝０度）からの反射信号を取得したい。そこで、送信時には、各チャンネルにディレイ時間を持たせ、正面の音圧が強くなるような超音波ビームとして送信する。しかし、超音波は、球面上に広がる特性をもつため、正面以外の角度にある反射体に届き、反射してしまう。そのため、受信信号には、所望方向以外の不要波も含まれることとなる。上述のように、従来のビームフォーミングでは、所望方向以外から来る不要波に対しても、受信感度を持つため、方位分解能が悪化する。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、ＭＶＢ処理を用いる。適応型ビームフォーミングとは、各チャンネルのウェイトを到来波に応じて変えることで、動的に感度特性を変化させ、不要波に関して感度を持たないようにする処理である。適応型ビームフォーミングは、方向に拘束をつけ、不要波に関して感度を持たないようにするため、不要波による方位分解能の低下という問題を改善することができる。なお、上述したように、ＭＶＢ処理部１３２は、ハーモニック処理部１３１により抽出された各チャンネルのハーモニック成分に対して、ＭＶＢ処理を実行する。
【００９４】
具体的には、受信フォーカス処理部１３２１は、各チャンネルの位相がそろった信号となるように、各チャンネルの受信信号（ハーモニック成分）に、各チャンネルについて予め定められたディレイ時間Ｄmの遅延をかける。すると、ｍ番目のチャンネルの出力信号ｘmは、式（４）で求められる。また、各チャンネルの出力信号は、式（５）のように表すことができる。
【００９５】
【数４】
2015077393.tif 000006
【００９６】
【数５】
2015077393.tif 000007
【００９７】
図９に示すように、超音波トランスデューサーデバイスから深さ方向Ｚにある反射物から反射した超音波は、球面波となって各チャンネルの素子に到達する。従って、反射信号が各チャンネルの素子に到達する時間は、反射物から各チャンネルの素子までの直線距離ｑmで決まり、反射物から遠い素子ほど超音波が遅延して届く。素子ごとの到達時間Ｄ’mは、式（６）に示すように幾何学的に求められ、チャンネルの位置ｐmと、深さ距離Ｚによって決まる。ｃは音速（固定値）である。この素子ごとの到達時間Ｄ’mが、受信開始時間からのディレイ時間Ｄmに変換されて使用される。
【００９８】
【数６】
2015077393.tif 000008
【００９９】
なお、受信フォーカス処理は、基本的に従来のビームフォーミングにおける整相処理と同様である。
【０１００】
受信フォーカス処理部１３２１で算出された出力信号は、空間平均法を用いるように設定されている場合は、空間平均処理部１３２２に出力される。空間平均法を用いるように設定されていない場合は、ウェイト計算部１３２３及び重み付け加算部１３２４に出力される。説明を分かり易くするため、空間平均法を用いない場合をまず説明する。
【０１０１】
ウェイト計算部１３２３は、各チャンネルの受信信号にかけるウェイトを算出する。
【０１０２】
ウェイトの計算方法について説明する。各チャンネルのウェイトをｗmとすると、重み付け加算部１３２４により出力される出力ｚは、各チャンネルのウェイトｗmと、受信フォーカス処理部１３２１から出力される各チャンネルのディレイ処理後の信号ｘmとを乗算して、足し合わせた結果であり、式（７）で表わされる。
【０１０３】
【数７】
2015077393.tif 000009
【０１０４】
これをベクトル表記で表すと、数式（８）、（９）のようになる。Ｈは複素共役転値であり、*は複素共役である。
【０１０５】
【数８】
2015077393.tif 000010
【０１０６】
【数９】
2015077393.tif 000011
【０１０７】
相関行列Ｒは数式（１０）、（１１）で与えられる。
【０１０８】
【数１０】
2015077393.tif 000012
【０１０９】
【数１１】
2015077393.tif 000013
【０１１０】
数式（１０）、（１１）においてｚ［ｎ］の分散を最小化するようなウェイトを算出するため、数式（１２）、（１３）に示すような条件付き最小化問題を解くと、数式（１４）に示すようにウェイトが求められる。
【０１１１】
【数１２】
2015077393.tif 000014
【０１１２】
【数１３】
2015077393.tif 000015
【０１１３】
【数１４】
2015077393.tif 000016
【０１１４】
ここで、ａはステアリングベクトルである。本実施の形態では、すでに整相されているため、方向は０度である。したがって、ａを１とすればよい。
【０１１５】
重み付け加算部１３２４は、ウェイト計算部１３２３で算出された各チャンネルのウェイトと、受信フォーカス処理部１３２１で算出された各チャンネルの受信信号とを用いて、重み付け加算を行う。すなわち、式（７）による演算を行って、出力ｚを得る。重み付け加算部１３２４で算出された信号は、検波処理部１３３に出力される。
【０１１６】
空間平均法を用いる場合について説明する。空間平均処理部１３２２は、Ｍ個のチャンネルで構成される開口から、複数のサブ開口を取り出し、それぞれ平均をとる処理である空間平均法という処理を行う。空間平均法は、各チャンネルの値をそのまま用いたときに、相関性のある干渉波の影響により方位推定精度が悪くなることを防止するために行う処理である。なお、空間平均法に変えて、各チャンネルの時間方向に平均をとる時間平均法という処理を行ってもよい。空間平均処理部１３２２により処理が行われた信号は、ウェイト計算部１３２３及び重み付け加算部１３２４に出力される。
【０１１７】
例えば、図１０に示すように、チャンネル総数がＭの開口から、チャンネル数がＳのサブ開口をＫ個（Ｋ＝Ｍ−Ｓ＋１）取り出す場合を考える。この場合、ｓ番目の各サブ開口の入力ベクトルは、式（１５）のように表せる。
【０１１８】
【数１５】
2015077393.tif 000017
【０１１９】
また、相関行列は、式（１６）のように表せる。
【０１２０】
【数１６】
2015077393.tif 000018
【０１２１】
このとき、最適なウェイトは、式（１７）で求められる。
【０１２２】
【数１７】
2015077393.tif 000019
【０１２３】
重み付け加算部１３２４は、ウェイト計算部１３２３で算出された各チャンネルのウェイトと、空間平均処理部１３２２で算出された各チャンネルの受信信号とを用いて、重み付け加算を行う。すなわち、式（１８）による演算を行って、出力ｚを得る。重み付け加算部１３２４で算出された信号は、検波処理部１３３に出力される。
【０１２４】
【数１８】
2015077393.tif 000020
【０１２５】
次に、超音波画像装置により実現される動作の流れを説明する。
【０１２６】
図１１〜図１４は、超音波画像装置により実現される処理の一例を示すフローチャート（その１〜その４）である。なお、図１１〜図１４のフローチャートは、１フレーム分の画像を生成する流れを示している。
【０１２７】
まず、制御回路１６０は、画像を生成するラインを示す番号である走査線番号ｌを１に初期設定（ｌ＝１）する（ステップＳ１００）。走査線番号ｌは、図３に示すような超音波トランスデューサーデバイスを構成する超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４のうちのどの素子群であるかを示す番号である。例えば、任意の端に設けられた素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１の走査線番号ｌを「１」とする。また、走査線番号「１」の素子群に隣接する素子群、ここでは超音波トランスデューサー素子群ＵＧ２の走査線番号ｌを「２」とする。このようにして、全ての素子群に走査線番号ｌを付与する。超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４と走査線番号ｌとの関係は、ＲＯＭ等のメモリーに記憶しておけばよい。
【０１２８】
次に、制御回路１６０は、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｌ又は後述するステップＳ１２８で更新された走査線番号ｌに対応する使用開口の全チャンネルを介して、周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスの送受信を行う（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６）。例えば、走査線番号「１」のときの使用開口のチャンネルは、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ８であり、走査線番号「２」のときの使用開口のチャンネルは、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ２〜ＵＧ９である。走査線番号と対応する使用開口のチャンネルとの関係は、ＲＯＭ等のメモリーに記憶しておけばよい。
【０１２９】
送信パルス発生器１１１は、周波数１ｆで位相が０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１０１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１０２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１０１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１０３）。
【０１３０】
制御回路１６０は、送信受信切り替えスイッチ１４０を介して送受信の切り替え処理を行う。超音波プローブ１０は、出射した超音波ビームが対象物で反射し、帰ってきた受信波を使用開口の全チャンネルで受信して、受信した信号を受信処理部１２０に通す。受信回路１２１は、使用開口のチャンネル毎の受信波（アナログ信号）を、デジタルの受信信号に変換し、フィルター回路１２３に出力する（ステップＳ１０４）。
【０１３１】
フィルター回路１２３は、使用開口のチャンネル毎の受信信号に対してバンドパスフィルター処理を行う（ステップＳ１０５）。制御回路１６０は、フィルター回路１２３から出力された使用開口のチャンネル毎の受信信号をメモリー１２５に保存する（ステップＳ１０６）。
【０１３２】
次に、制御回路１６０は、ステップＳ１００で初期設定された走査線番号ｌ又は後述するステップＳ１２８で更新された走査線番号ｌに対応する使用開口の全チャンネルを介して、周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスの送受信を行う（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６、図９参照）。すなわち、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６では、制御回路１６０は、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６で送受信した超音波パルスに対して位相差が１８０°（位相が反転された）の超音波パルスを送受信する。
【０１３３】
送信パルス発生器１１１は、周波数１ｆで位相が１８０°の超音波パルスを送信するためのパルス電圧を生成する（ステップＳ１１１）。送信遅延回路１１３は、送波フォーカシング制御を行い（ステップＳ１１２）、超音波プローブ１０は、ステップＳ１１１で生成されたパルス電圧に対応する超音波ビームを対象物に対して出射する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１４の処理はステップＳ１０４と同じであり、ステップＳ１１５の処理はステップＳ１０５と同じであり、ステップＳ１１６の処理はステップＳ１０６と同じであるため、説明を省略する。
【０１３４】
次に、制御回路１６０はハーモニック処理部１３１に指示を出し、ハーモニック処理部１３１は、使用開口のチャンネル毎に、ステップＳ１０６でメモリー１２５に保存された正相の受信信号と、ステップＳ１１６でメモリー１２５に保存された逆相の受信信号とを取得し、これらを加算処理することにより、高調波成分を抽出する（ステップＳ１２１）。詳細は上述したとおりである。
【０１３５】
次に、ＭＶＢ処理部１３２は、ステップＳ１２１でハーモニック処理部１３１により抽出された使用開口のチャンネル毎のハーモニック成分に基づいて、方向に拘束を付けた適応型ビームフォーミングであるＭＶＢ処理を行う（ステップＳ１２２）。詳細は上述したとおりである。すなわち、受信フォーカス処理部１３２１は、各チャンネルのハーモニック成分に対して各チャンネルについて予め定められたディレイ処理を施し、空間平均処理部１３２２は、受信フォーカス処理部１３２１がディレイ処理を施した信号に対して空間平均法処理を行う。そして、ウェイト計算部１３２３は、各チャンネルに対するウェイトを算出し、重み付け加算部１３２４は、算出されたウェイトを用いて、各チャンネルの信号を重み付け加算する。
【０１３６】
次に、検波処理部１３３は、ステップＳ１２２でＭＶＢ処理部１３２により出力された走査線番号ｌについての高調波成分に対して、絶対値（整流）処理後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する、すなわち包絡線検波を行う（ステップＳ１２３）。それから、対数変換処理部１３５は、対数変換処理を行う（ステップＳ１２４）。
【０１３７】
それから、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部１３７は、信号強度及び関心領域を調整する（ステップＳ１２５）。それから、ＳＴＣ１３９は、深さに応じて増幅度（明るさ）を補正する（ステップＳ１２６）。
【０１３８】
次に、制御回路１６０は、画像を生成するラインを示す番号である走査線番号ｌが、走査線数Ｌより小さいか否かを判断する（ステップＳ１２７）。走査線数Ｌは、図３に示すような超音波トランスデューサーデバイスの場合、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４の数である。
【０１３９】
走査線番号ｌが、走査線数Ｌより小さい場合（ステップＳ１２７でＹＥＳ）は、制御回路１６０は、走査線番号ｌに「１」を追加して、走査線番号ｌを更新する（ステップＳ１２８）。そして、処理をステップＳ１０１（図１１）に戻す。
【０１４０】
一方、走査線番号ｌが、走査線数Ｌより小さくない場合（ステップＳ１２７でＮＯ）は、すなわち走査線番号ｌが走査線数Ｌと一致する場合、制御回路１６０は画像処理部１３０に指示を出し、画像処理部１３０はステップＳ１２１〜ステップＳ１２６で処理された全ての走査線の信号からフレーム画像を生成し、処理をステップＳ１３１に進める。
【０１４１】
ＤＳＣ１５０は、画像処理部１３０により生成された全ての走査線の信号（フレーム画像）に基づいて、走査変換処理を行ってＢモード画像データ（表示用画像データ）を生成して表示部２１に出力する（ステップＳ１３１）。表示部２１は、生成された表示用画像データを表示する（ステップＳ１３２）。これにより、図１１〜図１４に示すフローチャートの処理が終了する。
【０１４２】
最後に、本実施形態を適用した超音波画像装置により表示されるＢモード画像と、従来の技術を適用した超音波画像装置により表示されるＢモード画像とを、比較する。
【０１４３】
下記の（Ａ）〜（Ｄ）の機能を有する超音波画像装置について、同じ環境でシミュレーションを行った。なお、（Ａ）〜（Ｃ）が従来の技術に相当し、（Ｄ）が本実施形態に相当する。
（Ａ）被検体に対して送信された所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波から、基本波成分を取得し、取得した基本波成分に基づいてＢモード画像を生成する。
（Ｂ）被検体に対して送信された所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波から、高調波成分を取得し、取得した高調波成分に基づいてＢモード画像を生成する。
（Ｃ）被検体に対して送信された所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波から、基本波成分を取得し、取得した基本波成分に対して適応型ビームフォーミングを施して、Ｂモード画像を生成する。
（Ｄ）被検体に対して送信された所定の周波数の超音波についての超音波エコーの受信波から、高調波成分を取得し、取得した高調波成分に対して適応型ビームフォーミングを施して、Ｂモード画像を生成する。
【０１４４】
図１５は、Ｂモード画像の表示に関するシミュレーション環境を説明する図である。本図に示すように、超音波プローブにより被検体を検査した。被検体の内部には、その表面から深さ３０ｍｍの位置に、２つの反射物を５ｍｍの間隔を空けて設置した。その他のシミュレーション条件としては、超音波プローブに備えられた超音波トランスデューサー素子群は２５６個であり、出射される超音波の周波数は３．５ＭＨｚである。
【０１４５】
図１６は、Ｂモード画像の表示に関するシミュレーションの結果（その１）を説明する図である。図１７は、Ｂモード画像の表示に関するシミュレーションの結果（その２）を説明する図である。図１６（Ａ）は、上記の従来の超音波画像装置（Ａ）のシミュレーション結果である。図１６（Ｂ）は、上記の従来の超音波画像装置（Ｂ）のシミュレーション結果である。図１７（Ｃ）は、上記の従来の超音波画像装置（Ｃ）のシミュレーション結果である。図１７（Ｄ）は、本実施形態に相当する上記の超音波画像装置（Ｄ）のシミュレーション結果である。
【０１４６】
図１６〜図１７に示すＢモード画像の表示例と輝度値グラフとから明らかなように、（Ｂ）は、（Ａ）と比較して、輝度値グラフにおいて２つの反射物の間の山が低くなっているとともに、輝度値の広がりが少なくなっており、方位分解能が向上している。そして、（Ｃ）は、（Ａ）および（Ｂ）と比較して、Ｂモード画像において２つの反射物の区別ができるようになっており、方位分解能が向上している。そして、（Ｄ）は、（Ｃ）と比較して、Ｂモード画像において２つの反射物の区別がより明確になっているとともに、輝度値グラフにおいて輝度値の広がりがより少なくなっており、さらに方位分解能が向上している。
【０１４７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。本実施形態によれば、超音波画像装置に適応型ビームフォーミングを適用しつつ、より高い分解能の画像を得ることができる。
【０１４８】
すなわち、本実施形態では、ハーモニック処理で抽出したハーモニック成分に対して、適応型ビームフォーミングを適用している。これにより、方位分解能を向上した画像を得ることができる。その結果、実用化に耐えうるように、超音波画像装置に適応型ビームフォーミングを適用することができる。具体的には、ハーモニック成分は、基本は成分に比べて、強度の方位分布がビーム中央に寄っているため、不要波となる成分が少ない。したがって、適応型ビームフォーミングにハーモニック成分を適用すると、重みづけ加算におけるウェイトをより精度良く求めることができ、適応型ビームフォーミングの利点である方位分解能の向上の度合いを、より高めることができる。なお、高調波は、超音波の伝搬過程で発生する微小信号であるため、Ｓ／Ｎ比が悪いが、適応型ビームフォーミングによりノイズが抑えられる。また、高調波を取り出す際には、位相ずれなどにより偽信号が発生することがあるが、適応型ビームフォーミングにより抑制することができる。
【０１４９】
本実施形態は、あらゆる周波数の超音波を用いる装置に適用することが可能である。好適には１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの周波数の超音波を用いる装置に適用することができ、より好適には２ＭＨｚ〜８ＭＨｚの周波数の超音波を用いる装置に適用することができる。また、本実施形態は、被検体の表面から深さ９０ｍｍの位置にある２ｍｍ以下の間隔の対象物を分離して観測するための装置に適用することができ、さらに被検体の表面から深さ１３０ｍｍの位置にある１ｍｍ以下の間隔の対象物を分離して観測するための装置に適用することができる。
【０１５０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、超音波画像装置に限らず、超音波画像装置の画像処理方法、超音波画像装置のプログラム、当該プログラムが格納された記憶媒体など、様々な態様で提供することができる。また、本発明は、超音波画像装置本体２０が表示部２１を有さず、生成した表示用画像データを外部の表示部へ出力する、超音波測定装置として提供することもできる。また、超音波測定装置の画像処理方法、超音波測定装置のプログラム、当該プログラムが格納された記憶媒体など、様々な態様で提供することができる。なお、本発明では、超音波プローブを含めずに、超音波画像装置本体を超音波画像装置と呼んでもよいし、超音波測定装置本体を超音波測定装置と呼んでもよい。
【０１５１】
なお、本発明は、プローブの開口を分割してサブ開口によりラインを生成するリニアスキャン、各チャンネルの遅延時間を調整することにより超音波ビームに角度を付けたセクタスキャン、コンベックス形プローブに使用されるオフセットセクタスキャン等、いずれのスキャン方式についても適用することができる。また、開口合成法といった、ライン毎に送受信を行わないスキャン方式であっても適用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１：超音波画像装置、１０：超音波プローブ、１１：超音波トランスデューサーデバイス、１２：超音波トランスデューサー素子、１５：ケーブル、２０：超音波画像装置本体、２１：表示部、２２：制御部、３０：圧電体層、３１：第１電極層、３２：第２電極層、４０：開口、５０：振動膜、６０：基板、１１０：送信処理部、１１１：送信パルス発生器、１１３：送信遅延回路、１２０：受信処理部、１２１：受信回路、１２３：フィルター回路、１２５：メモリー、１３０：画像処理部、１３１：ハーモニック処理部、１３２：ＭＶＢ処理部、１３２１：受信フォーカス処理部、１３２２：空間平均処理部、１３２３：ウェイト計算部、１３２４：重み付け加算部、１３３：検波処理部、１３５：対数変換処理部、１３７：ゲイン・ダイナミックレンジ調整部、１３９：ＳＴＣ、１４０：送信受信切替スイッチ、１５０：ＤＳＣ、１６０：制御回路、２２１：ＣＰＵ、２２２：ＲＡＭ、２２３：ＲＯＭ、２２４：ＨＤＤ、２２５：Ｉ／Ｆ回路、２２６：通信装置、２２７：バス、ＣＬ：コモン電極線、ＤＬ：駆動電極線、ＵＥ：超音波トランスデューサー素子、ＵＧ：超音波トランスデューサー素子群、ＶＣＯＭ：コモン電圧、ＶＲ：受信信号、ＶＴ：送信信号。
【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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