(57)【要約】  ＴＨＩの振幅変調法を用いた超音波撮像において、非線形成分のみを高い精度で抽出し、高品質の画像を得る技術を提供する。音圧レベルが異なる超音波のエコー信号に対するアナログ増幅による電気的歪みの影響を略同等とし、基本波成分を高い精度で取り除き、非線形成分のみを高い精度で抽出する。例えば、増幅部の増幅率を制御することにより、上記影響を同等とする。また、フィルタによりデジタルデータを修復することにより、上記影響を同等とする。
2014119746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を介して撮像対象の所定位置に超音波ビームを複数回送信する送信部と、
前記超音波探触子を介して予め定めたチャンネル単位で前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーをそれぞれ受信し、アナログ増幅後、非線形成分を抽出する受信処理部と、
前記非線形成分を用いて前記撮像対象の画像を構築する画像処理部と、
前記受信処理部および前記送信部を制御する制御部と、を備え、
前記複数回の送信には、前記超音波ビームを予め定めた設定振幅で送信する非変調送信が１回含まれ、
前記制御部は、前記アナログ増幅によるエコーに対する影響を、前記非変調送信のエコーと、当該非変調送信以外の送信である変調送信のエコーとの間で、略一致させるよう前記受信処理部を制御すること
を特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記受信処理部は、前記受信したエコーを前記アナログ増幅する増幅部を備え、
前記制御部は、前記増幅部の増幅率を制御することにより、前記アナログ増幅によるエコーに対する影響を略一致させること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記受信処理部は、
前記アナログ増幅後の前記エコーをデジタル変換してデジタルデータを得るアナログデジタル変換部と、
前記デジタルデータに対しフィルタ処理を行うフィルタと、を備え、
前記フィルタは、前記アナログ増幅による電気的な歪みと略同等の伝達関数を有し、
前記制御部は、前記フィルタ処理の実行を制御することにより、前記アナログ増幅によるエコーに対する影響を略一致させること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記変調送信のエコーに対する前記増幅部の増幅率を、当該増幅部での増幅後の波形歪みが前記非変調送信のエコーの増幅後の波形歪みと略同等となるよう制御すること
を特徴とする請求項２記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記フィルタに、前記変調送信のエコーから得たデジタルデータに対して前記フィルタ処理を実行させること
を特徴とする請求項３記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記送信部は、第１回目の送信として、前記非変調送信を行い、
前記受信処理部は、前記非変調送信のエコーの振幅を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した振幅が予め定めた閾値以上の場合、前記増幅率を制御すること
を特徴とする請求項２記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記受信処理部は、
前記アナログ増幅後のエコーをデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
前記デジタルデータをデジタル増幅するデジタルゲインと、をさらに備え、
前記制御部は、前記増幅部の増幅率を予め定めた設定増幅率のｋ（kは実数）倍にして増幅したエコーから得たデジタルデータを１／ｋ倍に増幅するよう前記デジタルゲインを制御すること
を特徴とする請求項２記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記受信処理部は、
前記アナログ増幅後のエコーをデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
前記チャンネル毎のデジタルデータを整相加算して受信ビームを得る整相加算器と、
前記受信ビームに対し演算処理を施し、前記非線形成分を抽出する信号処理部と、を備えること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記受信処理部は、
前記アナログ増幅後のエコーをデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
前記デジタルデータを、前記チャンネル毎に保存するチャンネルメモリと、
前記チャンネルメモリに保存されたデジタルデータに対し演算処理を施し、前記チャンネル毎に前記非線形成分を抽出する演算器と、
前記抽出されたチャンネル毎の非線形成分を整相加算する整相加算器と、を備えること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記受信処理部は、
前記デジタルデータを、前記チャンネル毎に保存するチャンネルメモリと、
前記フィルタ処理後のデジタルデータを整相加算して受信ビームを得る整相加算器と、
前記受信ビームに対し演算処理を施し、前記非線形成分を抽出する信号処理部と、をさらに備えること
を特徴とする請求項３記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記送信部は、前記超音波探触子が備える複数の電気音響変換素子を駆動させることにより、前記超音波ビームを生成し、
前記制御部は、前記非変調送信時は、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を駆動させ、前記変調送信時は、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を前記チャンネル単位で選択的に駆動させるよう前記送信部を制御すること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記変調送信の回数は１回であり、
前記変調送信時は、前記非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の１／２の電気音響変換素子を駆動させること
を特徴とする請求項１１記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記変調送信の回数は２回であり、
前記２回の変調送信時に選択される前記電気音響変換素子は、前記非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の中から、各送信間で排他的に選択されること
を特徴とする請求項１１記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記受信処理部は、所定の変調係数で増幅後の変調送信のエコーから得たデジタルデータの平均値を算出し、得られた値を、前記非変調送信のエコーから得たデジタルデータから減算することにより、前記非線形成分を抽出し、
前記所定の変調係数は、変調送信の超音波ビームの振幅の、設定振幅に対する比の逆数であること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
撮像対象の所定の位置に、予め設定された設定振幅で超音波ビームを送信する１回の非変調送信と、前記設定振幅を変調した振幅で前記超音波ビームを送信する１回以上の変調送信とを行い、それぞれエコーを得、
前記非変調送信のエコーと前記変調送信のエコーとの間でアナログ増幅による電気的な歪みの影響を略一致させ、
得られた結果から非線形成分を抽出し、
前記抽出した非線形成分から前記撮像対象の画像を構成する超音波撮像方法。
【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撮像（イメージング）技術に関し、特に、非線形イメージング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いたイメージングは、物体に照射した超音波の反射波（エコー）に基づいて、画像データ、時系列データを生成する。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。このとき、音圧の高い部分は早く進み、低い部分は遅く進むという音波の特性により、波形歪みが生じる。【０００３】
この波形歪みにより、照射音波の基本波成分の他に、高調波や差周波から成る非線形成分が生成される。基本波成分も含んだ全てのエコーを画像化に用いる通常撮像法に比べ、非線形成分のみを画像化に用いると、像の明暗の差をより強調でき、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。【０００４】
ＴＨＩにおいて、エコーから非線形成分を抽出する手法に、振幅変調法と呼ばれる手法がある（例えば、特許文献１参照）。一般に、基本波成分は、振幅に比例し、波形歪み成分として生成された非線形成分は、送信した基本波音圧の振幅の２乗に比例する。振幅変調法は、これを利用し、基本波成分を打ち消す手法である。具体的には、２回目の送信の音圧レベル（振幅）を、１回目の送信の1/ｋ（ｋは１以上の整数）とし、そのエコーをｋ倍して１回目の送信のエコーから差し引くことで、基本波成分を除いた受信信号（受信ビーム）を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
振幅変調法では、上述のように、同じ波形で音圧レベル（振幅）がｋ倍異なる２種類の超音波を送信し、それら２つのエコーを受信し、演算処理によって非線形成分を抽出する。演算処理に先立ち、各エコーは、電気信号（エコー信号）に変換され、アナログ回路においてプリアンプ等で増幅される。一般に、アンプは、入力電圧に対する出力電圧への線形性を保てる範囲（線形範囲）が限られている。従って、線形範囲より大きな電圧の入力信号がプリアンプを通過すると、出力信号の波形が歪む、あるいは飽和（クリップ）する。【０００７】
従って、振幅変調法を用いると、振幅の大きい超音波に応じて得られたエコーのみ、アンプの線形範囲を超え、波形が歪む、あるいは、クリップすることがある。アナログ回路により電気的な歪みを受けると、プリアンプ通過後の２つのエコー信号の振幅比は、送信時の振幅比とはならない。振幅変調法の後段の演算処理では、２つの受信信号が送信時の振幅比であることを前提として演算を行う。このため、正しく演算が行うことができず、最終的に得られる受信ビームから精度よく非線形成分を抽出することができない。【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＴＨＩの振幅変調法を用いた超音波撮像において、非線形成分のみを高い精度で抽出し、高品質の画像を得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】
超音波撮像のＴＨＩの振幅変調法において、音圧レベルが異なる超音波のエコー信号の信号波形に対するアナログ増幅による電気的歪みの影響を略同等とし、非線形成分を高い精度で抽出する。【００１０】
具体的には、超音波探触子を介して撮像対象の所定位置に超音波ビームを複数回送信する送信部と、前記超音波探触子を介して予め定めたチャンネル単位で前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーをそれぞれ受信し、アナログ増幅後、非線形成分を抽出する受信処理部と、前記非線形成分を用いて前記撮像対象の画像を構築する画像処理部と、前記受信処理部および前記送信部を制御する制御部と、を備え、前記複数回の送信には、前記超音波ビームを予め定めた設定振幅で送信する非変調送信が１回含まれ、前記制御部は、前記アナログ増幅によるエコーに対する影響を、前記非変調送信のエコーと、当該非変調送信以外の送信である変調送信のエコーとの間で、略一致させるよう前記受信処理部を制御することを特徴とする超音波撮像装置を提供する。【００１１】
また、撮像対象の所定の位置に、予め設定された設定振幅で超音波ビームを送信する１回の非変調送信と、前記設定振幅を変調した振幅で前記超音波ビームを送信する１回以上の変調送信とを行い、それぞれエコーを得、前記非変調送信のエコーと前記変調送信のエコーとの間でアナログ増幅による電気的な歪みの影響を略一致させ、得られた結果から非線形成分を抽出し、前記抽出した非線形成分から前記撮像対象の画像を構成する超音波撮像方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
ＴＨＩの振幅変調法を用いた超音波撮像において、非線形成分のみを高い精度で抽出し、高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一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である。
【図２】（ａ）は、第一の実施形態の超音波探触子１０８を説明するための説明図であり、（ｂ）は、第一の実施形態の信号処理部のブロック図である。
【図３】第一の実施形態の受信部のブロック図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、２回送信時の振幅変調法によるＴＨＩを説明するための説明図である。
【図５】第一の実施形態のＴＨＩのフローチャートである。
【図６】第二の実施形態の受信部のブロック図である。
【図７】第二の実施形態のＴＨＩのフローチャートである。
【図８】第三の実施形態の受信部のブロック図である。
【図９】第四の実施形態の受信部のブロック図である。
【図１０】第五の実施形態の受信部のブロック図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の他の振幅変調手法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜＜第１の実施形態＞＞
本発明を適用する第一の実施形態について説明する。以下、各実施形態を説明するための全図において、特に断らない限り、基本的に同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
まず、本実施形態の超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の超音波撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の超音波撮像装置１００は、送受切替部１０１と、送信部（送信ビームフォーマ）１０２と、受信処理部１０５と、画像処理部１０７と、超音波探触子１０８と、を備える。また、ユーザからの指示、各種パラメータの入力を受け付けるインタフェースとしてユーザインタフェイス（ＵＩ）１２１と、処理結果を表示する表示部１２２とをさらに備える。
【００１６】
超音波探触子１０８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）を複数個備える。これらの電気音響変換素子は、超音波探触子１０８に所定の配列で１次元または２次元に配列され、超音波送受面を構成する。超音波探触子１０８は、超音波送受面を撮像対象１２０に接触させて使用するのに適した外形に仕立てられる。
【００１７】
配列された複数の電気音響変換素子は、図２（ａ）に示すように、予め定められた複数のチャンネル８０１に仮想的もしくは物理的に分割される。各チャンネル８０１は、１つもしくは複数の電気音響変換素子によって構成される。
【００１８】
送信部１０２は、超音波探触子１０８の複数の電気音響変換素子に送信信号を受け渡してチャンネル８０１単位で駆動させ、撮像対象１２０の所定位置に超音波ビームを送信する。送信部１０２は、制御部１０６からの指示に従って、波形種類、チャンネル８０１毎の遅延時間、振幅変調、重み付け等を決定し、送信波形（送信信号）を生成し、送受切替部１０１に受け渡す。なお、制御部１０６は、ＵＩ１２１を介してユーザ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）に従って、指示を送信する。
【００１９】
これにより、チャンネル８０１毎に送波焦点に合わせた遅延時間を持つ送波信号が送信部１０２から出力され、送受切替部１０１を介して超音波探触子１０８の各チャンネル８０１を構成する電気音響変換素子に送られる。
【００２０】
各電気音響変換素子は、送信信号を音波に変換する。各電気音響素子から音波（送信パルス）を発することにより、ユーザ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。
【００２１】
本実施形態では、ＴＨＩの振幅変調法を実現する。このため、本実施形態の送信部１０２は、超音波探触子１０８を介して撮像対象の所定位置に、同じ波形で音圧レベル（振幅）が異なる超音波ビームを、複数回送信する。
【００２２】
撮像対象１２０で反射された超音波ビーム（送信ビーム）のエコーは、超音波探触子１０８の各電気音響変換素子で受信され、電気信号（受信信号）に変換される。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、受信処理部１０５に受け渡される。
【００２３】
受信処理部１０５は、超音波探触子１０８を介して予め定めたチャンネル８０１単位で、撮像対象１２０からの超音波ビームのエコーをそれぞれ受信し、アナログ増幅後、当該受信信号をデジタル変換することによりデジタルデータを得、得られたデジタルデータに含まれる非線形成分を抽出する。
【００２４】
本実施形態の受信処理部１０５は、図１に示すように、チャンネル８０１毎のデジタルデータを整相加算して受信ビームを得る受信部（受信ビームフォーマ）１０３と、受信ビームに演算処理を施し、非線形成分を抽出する信号処理部１０４と、を備える。
【００２５】
受信部１０３は、超音波探触子１０８の複数の電気音響素子で受信した受信信号にアナログ信号処理を施した後、デジタル変換し、受信ビームを生成する。アナログ信号処理では、信号増幅を行う。このため、受信部１０３は、図３に示すように、受信したエコーを、アナログ増幅（または減衰）するアナログ回路（増幅部）３１０と、アナログ増幅後のエコーをデジタルデータに変換するアナログデジタル変換回路（アナログデジタル変換部；Ａ／Ｄ変換部）３２０と、整相加算器３３０と、を備える。整相加算器３３０は、チャンネル８０１毎のデジタルデータに、フォーカス点に対応した遅延時間をそれぞれ与え、加算することにより受信ビームを生成する。
【００２６】
本実施形態では、増幅部３１０とＡ／Ｄ変換部３２０とは、超音波探触子１０８のチャンネル毎に設けられる。また、増幅部３１０には、例えば、ＬＮＡ３１１、ＶＧＡ３１２などの増幅器が備えられる。増幅部３１０が備える各増幅器の増幅率は、制御部１０６からの制御信号により制御される。増幅部３１０は、例えば、制御部１０６から、予め定めた増幅率に変更するよう制御信号を受信している間のみ、増幅率を、当該制御信号で指定される増幅率に変更する。
【００２７】
信号処理部１０４は、受信部１０３から受信した信号（受信ビーム）に対し、増幅処理、フィルタ処理、信号演算処理を行う。このため、図２（ｂ）に示すように、メモリ４０１と、信号演算処理を行う演算処理部４０２と、フィルタ処理を行うフィルタ処理部４０３と、を備える。増幅処理は、ユーザインタフェイス１２１を介してユーザが設定したＴＧＣ（Ｔｉｍｅ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）または増幅率などに応じて行う。また、必要に応じて、受信ビームは、メモリ４０１に一時的に格納される。信号処理部１０４からの出力は、画像処理部１０７に受け渡される。
【００２８】
画像処理部１０７は、信号処理部１０４からの出力である非線形成分を用い、画像データ、時系列データを構築する。構築された画像データ、時系列データは、表示部１２２に出力され、表示される。
【００２９】
制御部１０６は、送信部１０２と、受信処理部１０５と、画像処理部１０７との動作を制御する。本実施形態では、制御部１０６は、これらの各部に制御信号を送信することにより動作を制御し、ＴＨＩを実現する。本実施形態の制御部１０６による制御の詳細は、後述する。
【００３０】
制御部１０６は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備え、記憶装置に格納したプログラムを、ＣＰＵがメモリにロードして実行することにより、上記各機能を実現する。
【００３１】
なお、超音波撮像装置１００の、超音波探触子１０８を除いた他の構成は、本体装置として超音波探触子１０８とは別の筐体に搭載することも可能である。また、一部の構成を、超音波探触子１０８内に配置することも可能である。
【００３２】
本実施形態の制御部１０６による制御の説明に先立ち、本実施形態の超音波撮像装置１００で実現するＴＨＩの振幅変調法について説明する。
【００３３】
振幅変調法では、同一撮像部位に対して複数回の超音波ビームの送信を行い、各送信のエコー（受信信号）を保存し、保存した複数の受信信号から、予め定めた撮像領域の画像データを生成する。以下、送信回数を２回とする場合を例にあげて説明する。
【００３４】
振幅変調法では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、１回目の送信（第一送信）では、送信信号５１１の振幅を予め定めた振幅（設定振幅）ｐに設定し、超音波ビームを送信する。２回目の送信（第二送信）では、送信信号５２１の振幅を設定振幅ｐの1/ｋ（ｋは、ｋ＞１を満たす実数）倍に変調し、超音波ビームを送信する。以後、送信信号の振幅が設定振幅ｐである送信（第一送信）を非変調送信、送信信号の振幅が設定振幅を変調したものである送信（第二送信）を変調送信と呼ぶ。また、１／ｋは、変調送信時の送信信号５２１から生成される超音波ビームの、非変調送信時の送信信号５１１から生成される超音波ビームに対する振幅比である。なお、ｋは、変調係数とも呼ぶ。
【００３５】
各送信により得られる受信信号（エコー）を、それぞれ、非変調受信信号５１２、変調受信信号５２２とする。なお、送信信号の基本波成分の中心周波数をｆ０とする。この場合、非線形成分の主な中心周波数は２ｆ０である。
【００３６】
非線形成分は、エコーの音圧レベル（振幅）の２乗に比例して生成される。従って、図４（ｂ）に示すように、変調受信信号５２２の非線形成分５２２ｂの振幅は、非変調受信信号５１２の非線形成分５１２ｂの振幅ｐの１／ｋ２となり、変調受信信号５２２からの非線形成分の生成率は、非変調受信信号５１２からの同生成率より小さくなる。また、エネルギー保存則より、生成される非線形成分５２２ｂ、５１２ｂに応じて、元々の信号成分である基本波帯域成分５１２ａ、５２２ａのエネルギーは減少する。
【００３７】
振幅変調法では、演算処理部４０２において、変調受信信号５２２のエネルギーが非変調受信信号５１２のエネルギーに一致するよう変調係数ｋを乗算する乗算処理を行い、その結果を、非変調受信信号５１２から減算し、非線形成分が主体の音響歪み成分（ＴＨＩ信号）を抽出する。
【００３８】
具体的には、図４（ｃ）に示す演算処理５５０を行い、非線形成分が主体の音響歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０を抽出する。演算処理５５０では、変調受信信号５２２をｋ倍する乗算処理５５１を行い、非変調受信信号５１２と数値上、エネルギーを同一にした信号５２３を生成する。そして、生成した信号５２３を、非変調受信信号５１２から減算する減算処理５５２を行う。
【００３９】
なお、図４（ｄ）に示すように、この信号５２３の基本波帯域成分５２３ａおよび非線形成分５２３ｂは、非変調受信信号５１２の基本波帯域成分５１２ａおよび非線形成分５１２ｂとそれぞれと異なる。これらの２つの帯域における差異は、ともに非線形伝搬によって生じたものである。減算処理５５２により、非線形成分の差５４０ｂのみならず、基本波帯域成分の差５４０ａも音響歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０として得られる。この音響歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０は、送信音波の音圧振幅ｐの２乗に比例した成分であり、このＴＨＩ信号から画像を構築し、ＴＨＩを実現する。
【００４０】
なお、演算処理５５０において、乗算処理５５１は、非変調受信信号５１２に１／ｋの乗算を行うよう構成してもよい。
【００４１】
一般に、演算処理５５０は、アナログ増幅器でアナログ増幅後、デジタルデータに変換されたデジタルデータに対して行われる。しかし、アナログ増幅器の、入力信号に対する出力信号への線形性が保たれるダイナミックレンジ（線形増幅範囲）は限られている。入力信号の電圧振幅が各アナログ増幅器の線形増幅範囲を逸脱すると、出力信号の増幅量や位相特性が変形し、出力信号の波形が歪む、あるいは、飽和（クリップ）を引き起こす。
【００４２】
非変調送信信号の振幅ｐと、変調送信信号の振幅ｐ/ｋとが大きく異なる場合、振幅の高い受信信号である非変調受信信号５１２の波形のみが大きく歪み、想定する振幅と異なるものとなる。従って、アナログ増幅器通過後の非変調受信信号５１２と変調受信信号５２２との振幅比も、通過前の振幅比（１／ｋ）と異なるものとなる。演算処理５５０は、非変調受信信号５１２が、送信時の振幅比（１／ｋ）であることを前提として行われるため、振幅比が前提と異なると、正しく演算を行うことができない。
【００４３】
例えば、増幅部３１０の増幅率をＧとすると、非変調受信信号５１２の振幅ｐおよび変調受信信号５２２の振幅ｐ/ｋがともに増幅部３１０の線形増幅範囲であれば、それぞれの出力信号の振幅はｐ＊Ｇ、ｐ＊Ｇ／ｋとなる。一方、非変調受信信号５１２の振幅ｐが増幅部３１０の線形増幅範囲外もしくは出力限界に達する場合、出力後の信号波形が歪む、あるいは、クリップすることにより、非変調受信信号５１２の、増幅部３１０からの出力信号の振幅が想定より小さくなる。すなわち、増幅部３１０通過後の非変調受信信号５１２の振幅がｐ＊Ｇよりも小さくなる。従って、増幅部３１０通過後に得られる２つの信号の振幅比は１／ｋとはならない。
【００４４】
このような場合に、図４（ｃ）に示す演算処理５５０を行うと、非線形伝搬における音響的な波形の歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０のみを取り出すことができず、ＴＨＩ信号とは関係のない電気的な歪み信号が残る。
【００４５】
本実施形態では、これを避けるため、制御部１０６は、アナログ増幅による受信信号（エコー）の信号波形に対する電気的な歪みの影響を、非変調送信のエコーから得た受信信号と、変調送信のエコーから得た受信信号との間で、略一致させるよう受信処理部１０５を制御する。本実施形態では、増幅部３１０の増幅率を制御することにより、これを実現する。
【００４６】
具体的には、本実施形態の制御部１０６は、変調送信のエコーから得た受信信号の増幅部３１０での増幅後の波形歪みが、非変調送信のエコーから得た受信信号の増幅部３１０での増幅後の波形歪みと略同等となるよう、変調送信のエコーから得た受信信号に対する増幅部３１０の増幅率を制御する。
【００４７】
例えば、図４（ａ）の例では、変調受信信号５２２の増幅部３１０での増幅後の波形歪みが、非変調受信信号５１２の増幅部３１０での増幅後の波形歪みと略同等となるよう、変調受信信号５２２の増幅率を制御する。波形歪みが略同等となる増幅率は、例えば、図４（ａ）の例、すなわち、変調送信時の超音波ビームの振幅を、設定振幅ｐの１／ｋ（ｋは、ｋ＞１を満たす実数）とする場合、上述したように、設定増幅率Ｇのｋ倍である。なお、設定増幅率Ｇは、予め増幅部３１０に設定された増幅率であり、非変調送信のエコーに対する増幅部３１０の増幅率である。
【００４８】
本制御は、制御部１０６からの制御信号を増幅部３１０に送信することにより行う。本実施形態の増幅部３１０は、制御部１０６から制御信号を受信していない場合は、設定増幅率で受信信号を増幅する。一方、制御部１０６から制御信号を受信すると、制御信号に従った増幅率で受信信号を増幅する。
【００４９】
なお、本実施形態の信号処理部１０４の演算処理部４０２では、減算処理５５２のみを行い、非線形成分を抽出する。これは、上述の演算処理５５０の乗算処理５５１は、変調受信信号５２２の増幅率を設定増幅率Ｇのｋ倍とする処理に等しいためである。
【００５０】
本実施形態では、増幅部３１０において、例えば、ＶＧＡ３１２の増幅率を変化させる。例えば、図４（ａ）の例では、非変調受信信号５１２に対するＶＧＡ３１２の増幅率（設定増幅率）をＧｖとすると、変調受信信号５２２に対するＶＧＡ３１２の増幅率を、ｋ*Ｇｖ倍とする。この結果、ＶＧＡ３１２通過後の、変調受信信号５２２は、非変調受信信号５１２と同等な電気的歪みまたはクリップの特徴を持つ信号波形となる。これらの信号に対し、減算処理５５２を行うと、ＶＧＡ３１２における電気的な歪み成分は打ち消され、音波が伝搬中に生成した音響的な歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０のみが残る。
【００５１】
なお、増幅部３１０における増幅率の変更は、ＶＧＡ３１２に限られない。例えば、その前段に接続されるＬＮＡ３１１において行ってもよい。また、ＶＧＡ３１２、ＬＮＡ３１１以外の増幅器が接続される場合、そのいずれの増幅器で行ってもよい。
【００５２】
また、上記において、振幅変調法を２回の送信で実現する場合を例にあげて説明したが、振幅変調法の送信回数は２回に限られない。Ｎ回（Ｎは３以上の整数）であってもよい。例えば、１回目を、非変調送信とし、２回目以降を、変調送信とし、非変調送信の振幅（設定振幅）をｐ、ｎ回（ｎは２以上Ｎ以下の整数）目の送信である変調送信の変調係数をｋｎ（ｋｎ＞１）とすると、その送信信号の振幅は、ｐ／ｋｎに設定される。なお、非変調送信は１回目に限られない。
【００５３】
なお、演算処理５５０では、非変調受信信号のエネルギーと変調受信信号のエネルギーの総和を一致させてから、両者の差を計算する。従って、送信回数がＮ回の場合、変調受信信号のエネルギーの総和を一致させるために、各変調受信信号に変調係数ｋｎの乗算処理を行った後、平均値を算出する。
【００５４】
すなわち、ｎ回目の受信信号の振幅（信号強度）をＳｎとすると、変調受信信号に変調係数ｋｎを乗算する乗算処理５５１は、以下の式（１）で算出される。乗算処理５５１の結果をＳＭとする。また、乗算処理結果の平均値算出処理は、以下の式（２）で算出される。平均値算出処理の結果をＳＡとする。また、最後の減算処理５５２は、その結果をＳＳとすると、以下の式（３）で算出される。
ＳＭ＝ｋ２＊Ｓ２＋ｋ３＊Ｓ３＋…＋ｋＮ＊ＳＮ・・・（１）
ＳＡ＝ＳＭ/（Ｎ−１）・・・（２）
ＳＳ＝Ｓ１−ＳＡ・・・（３）
このＳＳが、音波が伝播中に生成した音響歪み成分（ＴＨＩ信号）５４０である。
【００５５】
すなわち、送信回数がＮ回の場合、非線形成分は、変調係数ｋｎ分増幅後の変調送信のエコーから得たデジタルデータの平均値を算出し、得られた値を、非変調送信のエコーから得たデジタルデータから減算することにより抽出される。なお、変調係数ｋｎは、変調送信の超音波ビームの振幅の、設定振幅に対する比の逆数である。
【００５６】
なお、上記式（１）において、変調係数を乗算する処理は、各受信信号に、-ｋｎを乗算する演算処理としてもよい。この場合、式（３）は、Ｓ１とＳＡとを加算する演算処理となる。
【００５７】
従って、送信回数がＮ回の場合、制御部１０６は、変調送信時は、エコーの受信毎に、増幅部３１０に制御信号を送信し、増幅率を制御する。具体的には、変調係数がｋｎの変調受信信号を増幅する際は、増幅部３１０の増幅率をｋｎ*Ｇとするよう制御信号を送信する。なお、Ｇは、増幅部３１０の設定増幅率である。
【００５８】
また、信号処理部１０４は、上記式（２）の平均値算出処理および上記式（３）の減算処理のみ行う。
【００５９】
なお、非変調送信が何回目であるか、各変調送信時の振幅の変調係数は、予め制御部１０６が備える記憶装置等に格納される。制御部１０６は、これらの情報に基づき、上記制御信号を生成し、増幅部３１０に送信する。
【００６０】
次に、本実施形態の振幅変調法によるＴＨＩの処理の流れを説明する。本実施形態では、撮像対象の所定の位置に、予め設定された設定振幅で超音波ビームを送信する１回の非変調送信と、設定振幅を変調した振幅で超音波ビームを送信する１回以上の変調送信とを行い、それぞれエコーを得、非変調送信のエコーと変調送信のエコーとの間でアナログ増幅による電気的な歪みの影響を略一致させ、得られた結果から非線形成分を抽出する。
【００６１】
図５は、本実施形態のＴＨＩの処理フローである。ここでは、予め定めた撮像領域の画像データ作成のための送信回数をＮ回とし、１回目の送信信号の振幅を設定振幅ｐ、２回目以降のｎ回目の送信の変調係数を、それぞれ、ｋｎとする。すなわち、２回目以降のｎ回目の送信の送信信号の振幅はｐ/ｋｎとする。また、増幅部３１０の増幅率を設定増幅率Ｇとする。設定振幅ｐ、係数ｋｎおよび設定増幅率Ｇは、予め定め、記憶装置に保持しておく。
【００６２】
制御部１０６は、まず、各部を初期化する（ステップＳ１００１）。ここでは、カウンタとして用いるｎを１とし、送信信号の振幅を設定振幅ｐに、増幅部３１０の増幅率を設定増幅率Ｇに設定する。
【００６３】
次に、制御部１０６は、カウンタｎが１であるかを判別し（ステップＳ１１０２）、１以外であれば、送信信号の振幅を変調係数ｐ／ｋｎに変調するよう、送信部１０２に制御信号を送信し（ステップＳ１１０３）、超音波ビームを送信させる（ステップＳ１１０４）。一方、ステップＳ１１０２において、ｎが１であれば、そのままステップＳ１１０４へ移行し、超音波ビームを送信させる。
【００６４】
エコーを受信すると（ステップＳ１１０５）、制御部１０６は、カウンタｎが１であるかを判別し（ステップＳ１１０６）、１以外であれば、増幅率をｋｎ*Ｇとするよう、増幅部３１０に制御信号を送信し（ステップＳ１１０７）、受信したエコーからチャンネル毎に生成した受信信号を、増幅部３１０に増幅させる（ステップＳ１１０８）。一方、ステップＳ１１０６において、ｎが１であれば、そのままステップＳ１１０８へ移行し、チャンネル毎の受信信号を増幅部３１０に増幅させる。このときの増幅率は設定増幅率Ｇである。
【００６５】
その後、制御部１０６は、Ａ/Ｄ変換部３２０に、増幅後のチャンネル毎の受信信号をデジタル信号に変換させ（ステップＳ１１０９）、整相加算器３３０に各チャンネルのデジタル信号を整相加算させて受信ビームを生成させる（ステップＳ１１１０）。制御部１０６は、フィルタ処理部４０３にフィルタ処理を行わせ、メモリ４０１にデジタルデータとして格納する（ステップＳ１１１１）。
【００６６】
制御部１０６は、ステップＳ１１０２からステップＳ１１１１の処理を、全受信信号について繰り返す。すなわち、ｎがＮになるまで繰り返す（ステップＳ１１１２、Ｓ１１１３）。
【００６７】
以上の処理を終えると、制御部１０６は、信号処理部１０４に制御信号を送信し、演算処理部４０２に、メモリ４０１に格納されたデジタルデータを用いて演算処理を行わせ（ステップＳ１１１４）、ＴＨＩ信号を取り出す。そして、制御部１０６は、取り出したＴＨＩ信号を用い、画像処理部１０７に画像を構築させる（ステップＳ１１１５）。
【００６８】
なお、各送信信号の振幅ｋｎは、送信毎に異なっていてもよいし、２回目以降は、同一としてもよい。また、非変調送信は、第１回目でなくてもよい。予め、何回目に非変調送信を行うかを定めておき、制御部１０６は、非変調送信時のみ、増幅部３１０の増幅率Ｇをそのまま用いるよう制御する。
【００６９】
上記フローにおいて、例えば、送信回数Ｎが３であり、各変調係数をｋ２＝２、ｋ３＝２とする場合の処理を具体的に説明する。ここで、設定振幅はｐ、増幅部３１０の設定増幅率はＧとする。また、１回目、２回目、３回目の送信のエコーから生成された受信信号を、それぞれ、第一受信信号、第二受信信号、および第三受信信号と呼ぶ。
【００７０】
この場合、制御部１０６は、第一受信信号の増幅時は、増幅部３１０の増幅率を設定増幅率Ｇとする。一方、第二受信信号および第三受信信号の増幅時は、増幅率を２*Ｇとするよう、増幅部３１０に制御信号を出力する。
【００７１】
Ａ/Ｄ変換部３２０は、増幅後の各受信信号を、それぞれデジタル変換しデジタルデータを得る。整相加算器３３０は、得られたデジタルデータをそれぞれ整相加算後、メモリ４０１にデジタルデータとして格納する。第三受信信号のメモリ４０１への格納が終了すると、演算処理部４０２は、メモリ４０１の全デジタルデータを用い、予め定めた演算処理を行う。
【００７２】
ここでは、増幅部３１０で、第二受信信号と第三受信信号とを第一受信信号の２倍に増幅しているため、第二受信信号と第三受信信号とのエネルギーの総和は、第一受信信号のエネルギーに対して２倍となる。両者を一致させるため、第二受信信号から得たデジタルデータおよび第三受信信号から得たデジタルデータに対し、上述の平均値算出処理を行う。そして、その結果を、第一受信信号から得たデジタルデータから減算する。なお、この演算処理は、第二受信信号から得たデジタルデータおよび第三受信信号から得たデジタルデータの加算結果に−１／２を乗算し、第一受信信号から得たデジタルデータと加算する演算処理としてもよい。
【００７３】
上記実施形態では、変調受信信号の増幅時に増幅率を高めるよう制御しているが、変調送信の変調係数が全て等しくｋである場合、非変調受信信号の増幅時に増幅率を低減させてもよい。すなわち、変調受信信号の増幅率は、そのまま設定増幅率Ｇとし、非変調受信信号の増幅率を、Ｇ/ｋとしてもよい。
【００７４】
すなわち、制御部１０６は、変調送信時の超音波ビームの振幅が、設定振幅ｐの１／ｋ倍である場合、非変調受信信号に対する増幅部３１０の増幅率を、設定増幅率Ｇの１／ｋ倍とするよう制御する。このとき、変調受信信号に対する増幅率は、設定増幅率Ｇとする。すなわち、制御部１０６は、非変調送信のエコー受信時、上記増幅率の変更を指示する制御信号を増幅部３１０に送信する。そして、変調送信のエコー受信時は、制御信号を送信しない。
【００７５】
この場合、演算処理部４０２では、非変調受信信号から得たデジタルデータと、変調受信信号から得たデジタルデータとのエネルギーの総和を等しくしてから、減算処理を行う。
【００７６】
また、上記実施形態では、チャンネル毎に１つの増幅部３１０を備え、変調受信信号増幅時に増幅率を変更するよう構成しているが、増幅部３１０の構成は、これに限られない。例えば、変調送信の変調係数が全て等しくｋである場合、非変調受信信号の増幅に使用する増幅部と変調受信信号の増幅に使用する増幅部とを、それぞれ、別個に設け、スイッチなどにより、使用する増幅部を制御するよう構成してもよい。また、増幅部３１０の中で、増幅率を変化させる増幅器のみ、送信毎に備えるよう構成してもよい。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＴＨＩの振幅変調法において、非変調送信のエコーと、変調送信のエコーとの間で、アナログ増幅によるエコーに対する影響を略一致させ、非線形成分を抽出する。本実施形態では、アナログ増幅によるエコーに対する影響を、増幅部３１０の増幅率を制御することにより略一致させる。例えば、本実施形態では、変調送信のエコーに対する、増幅部３１０の増幅率を変更する。変調送信のエコーに対する増幅率は、増幅部３１０での増幅後の波形歪みが、非変調送信の増幅後の波形歪みと略同等となるものとする。具体的には、変調送信時の超音波ビームの振幅が、非変調送信時の超音波ビームの振幅の１／ｋ倍である場合、非変調送信のエコーに対する増幅率のｋ倍とする。
【００７８】
これにより、非変調受信信号と変調受信信号との増幅後の波形歪みが略同等となるため、アナログ増幅後の両者の振幅比が想定どおりとなり、それを前提としたその後の演算処理を正確に行うことができる。従って、精度よく、非線形成分を抽出することができ、そこから得る画質も向上する。
【００７９】
超音波撮像装置１００では、様々な強度のエコーを同時に処理する必要がある。これは、強いエコーが生じる撮像対象と、そうではない撮像対象とを同時に撮像することがあり、更に、エコーの強度は、超音波探触子１０８に対する撮像対象の位置および角度に依存して変化するためである。このため、超音波探触子１０８のある一部分のチャンネルは高エコーを受信し、一方で、それ以外のチャンネルでは低エコーを受信することが生じる。また、撮像領域が変わるごとに、超音波探触子１０８の受けるエコーの強度は様々に変化する。
【００８０】
ところが、超音波撮像装置１００が受信する可能性のある全ての強度に応じることのできる幅広いダイナミックレンジを、アナログ回路（増幅器）において確保することは困難である。したがって、高エコーおよび低エコーの両方の受信信号を増幅器のダイナミックレンジ内に収め、両方の信号を高精度に増幅させることは困難である。特に、低エコーの受信信号を精度良く取り出すためには、増幅器における信号振幅の増幅は不可欠であるため、増幅器のダイナミックレンジは低エコー信号に応じる範囲に設定することが望まれる。このため、特に高エコーとなる受信信号は増幅器のダイナミックレンジ外に達し易い。
【００８１】
しかしながら、本実施形態によれば、幅広いダイナミックレンジを有する増幅器でない場合も、増幅後の受信波形への影響（電気的な歪みもしくはクリップ）を同等とすることができる。従って、上述の高精度な非線形成分の抽出を実現することができる。
【００８２】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第二の実施形態を説明する。本実施形態においても、第一の実施形態同様、増幅部の増幅率を制御することにより、アナログ増幅によるエコーに対する影響を全エコー間で略一致させる。このとき、第一の実施形態では、全ての画像データを得る複数回の送信において、変調受信信号と非変調受信信号との間で増幅率を変化させているが、本実施形態では、非変調受信信号の振幅が増幅部の線形増幅範囲を逸脱している場合のみ、増幅率を変更する。
【００８３】
本実施形態の超音波撮像装置１００の構成は、基本的に第一の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、上述のように、非変調受信信号の振幅が、増幅部３１０の線形増幅範囲を逸脱するか否かを判断する。従って、受信部１０３の構成が異なる。また、信号処理部１０４および制御部１０６の処理も異なる。以下、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて、説明する。
【００８４】
本実施形態の受信部１０３は、図６に示すように、増幅部３１０の前段に接続され、非変調送信のエコーから得た受信信号（非変調受信信号）の振幅を検出する検出部３４０をさらに備える。検出部３４０は、制御部１０６からの制御信号に応じて、非変調受信信号の受信時に、その最大振幅を検出し、その結果を制御部１０６に通知する。
【００８５】
本実施形態の制御部１０６は、受信信号の振幅を検出する指示を検出部３４０に与えるとともに、検出結果に応じ、変調受信信号増幅時の増幅部３１０の増幅率を変更するか否かを判断する。そして、変更すると判断した場合のみ、増幅部３１０に制御信号を送信する。それ以外は、増幅部３１０に制御信号を送信しない。本実施形態では、非変調受信信号が、増幅部３１０内で、その線形増幅範囲を逸脱し、出力信号の波形が歪む、あるいは、クリップする場合、変更すると判断する。
【００８６】
変更するか否かの判断は、検出部３４０が検出した最大振幅が、予め定めた閾値を越えるか否かにより行う。予め定めた閾値を越える場合、変更すると判断する。閾値は、増幅部３１０内に接続される各増幅回路の接続順、各増幅回路の線形増幅範囲に応じて予め算出し、制御部１０６の記憶装置に保持される。
【００８７】
増幅部３１０は、第一の実施形態同様、制御部１０６から制御信号を受信した場合のみ、増幅率を変更する。本実施形態においても、制御部１０６は、第一の実施形態同様、変調係数がｋｎの変調受信信号を増幅する際は、増幅部３１０の増幅率をｋｎ*Ｇとするよう制御信号を送信する。なお、Ｇは、増幅部３１０の設定増幅率である。
【００８８】
また、本実施形態の制御部１０６は、増幅率を変更すると判断した場合、制御信号を信号処理部１０４にも送信する。信号処理部１０４の演算処理部４０２は、制御部１０６から制御信号を受信しない場合、演算処理５５０として、上記式（１）の乗算処理５５１、同式（２）の、平均値算出処理、および、同式（３）の減算処理５５２を行う。しかし、制御部１０６から制御信号を受信した場合、乗算処理５５１を行わない。乗算処理５５１に相当する処理を、前段の増幅部３１０で行っているためである。
【００８９】
なお、図６では、検出部３４０は、受信部１０３の最前段に配置されているが、配置位置は、これに限られない。例えば、増幅部３１０の内部、後段であってもよい。制御部１０６は、検出部３４０の配置位置と、各増幅回路の線形増幅範囲のデータとに応じて、上記閾値を予め決定し、記憶装置等に保持しておく。また、ＬＮＡ３１１やＶＧＡ３１２などの増幅回路そのものが検出部３４０として機能するよう構成してもよい。
【００９０】
なお、本実施形態では、非変調受信信号の振幅に応じて、変調受信信号の増幅率を決定する。このため、非変調送信を、第一回目の送信（第一送信）とする。
【００９１】
次に、本実施形態の振幅変調法によるＴＨＩの処理の流れを説明する。本実施形態では、上述のように、非変調受信信号の振幅がアナログ増幅を行う増幅部３１０の線形増幅範囲を超えている場合のみ、変調受信信号をアナログ増幅する際の増幅部３１０の増幅率を変化させる。
【００９２】
図７は、本実施形態のＴＨＩの処理フローである。ここでは、第一の実施形態同様、予め定めた撮像領域の画像データ作成のための送信回数をＮ回とし、１回目の送信信号の振幅を設定振幅ｐ、２回目以降のｎ回目の送信の変調係数を、それぞれ、ｋｎとする。すなわち、２回目以降のｎ回目の送信の送信信号の振幅はｐ/ｋｎとする。また、増幅部３１０の増幅率を設定増幅率Ｇとする。設定振幅ｐ、係数ｋｎおよび設定増幅率Ｇは、予め定め、記憶装置に保持しておく。
【００９３】
制御部１０６は、まず、各部を初期化する（ステップＳ１２０１）。ここでは、カウンタとして用いるｎを１とし、送信信号の振幅を設定振幅ｐに、ＶＧＡ３１２の増幅率を設定増幅率Ｇに設定する。また、本実施形態では、後述するフラグも初期化する。
【００９４】
次に、制御部１０６は、カウンタｎが１であるかを判別し（ステップＳ１２０２）、１以外であれば、送信信号の振幅を変調係数ｐ／ｋｎに変調するよう、送信部１０２に制御信号を送信し（ステップＳ１２０３）、超音波ビームを送信させる（ステップＳ１２０４）。一方、ステップＳ１２０２において、ｎが１であれば、そのままステップＳ１２０４へ移行し、超音波ビームを送信させる。
【００９５】
エコーを受信すると（ステップＳ１２０５）、制御部１０６は、カウンタｎが１であるかを判別する（ステップＳ１２０６）。
【００９６】
１であれば、制御部１０６は、検出部３４０に振幅を検出するよう制御信号を送出し、振幅を検出させ、その検出結果を受け取る（ステップＳ１２０７）。そして、受け取った検出結果と閾値とを比較し、増幅部３１０の線形増幅範囲内であるか否かを判別する（ステップＳ１２０８）。閾値を越えている場合、フラグを設定し（ステップＳ１２０９）、増幅部３１０による増幅処理にすすむ(ステップＳ１２１２）。このフラグは、変調送信に応じた受信信号の増幅率を増大させることを意味するフラグである。一方、閾値を越えていない場合は、フラグを設定せず、そのまま増幅処理（ステップＳ１２１２）に進む。
【００９７】
また、１以外であれば、制御部１０６は、フラグが設定されているか否かを判別し（ステップＳ１２１０）、フラグが設定されている場合、増幅率をｋｎ*Ｇとするよう、増幅部３１０に制御信号を送信し（ステップＳ１２１１）、増幅部３１０に増幅させる（ステップＳ１２１２）。一方、フラグが設定されていない場合は、増幅率を変更する制御信号は送信せず、そのまま、増幅率Ｇで増幅処理を行わせる（ステップＳ１２１２）。
【００９８】
その後、制御部１０６は、Ａ/Ｄ変換部３２０に、増幅後のチャンネル毎の受信信号をデジタル信号に変換させ（ステップＳ１２１３）、整相加算器３３０に各チャンネルのデジタル信号を整相加算させて受信ビームを生成させる（ステップＳ１２１４）。制御部１０６は、フィルタ処理部４０３にフィルタ処理を行わせ、メモリ４０１にデジタルデータとして格納する（ステップＳ１２１５）。
【００９９】
制御部１０６は、ステップＳ１２０２からステップＳ１２１４の処理を、全受信信号について繰り返す。すなわち、ｎがＮになるまで繰り返す（ステップＳ１２１６、Ｓ１２１７）。
【０１００】
以上の処理を終えると、制御部１０６は、演算処理部４０２に、メモリ４０１に格納されたデジタルデータを用いて演算処理を行わせ（ステップＳ１２１８）、ＴＨＩ信号を取り出す。なお、本実施形態では、フラグが設定されていない場合、第一の実施形態で説明した、演算処理５５０を実行する。一方、フラグが設定されている場合は、乗算処理５５１は行わず、平均値算出処理と、減算処理５５２とのみを行う。これらは、制御部１０６からの制御信号により指示される。そして、制御部１０６は、取り出したＴＨＩ信号を用い、画像処理部１０７に画像を構築させる（ステップＳ１２１９）。
【０１０１】
なお、本実施形態においても、各変調送信の送信信号の振幅を決定する変調係数ｋｎは、送信毎に異なっていてもよいし、全て同一としてもよい。
【０１０２】
例えば、送信回数Ｎが２であり、変調送信時の変調係数ｋを２とする場合を例にあげて具体的に説明する。ここで、設定振幅はｐ、増幅部３１０の設定増幅率はＧとする。また、１回目、２回目の送信のエコーから生成された受信信号を、それぞれ、第一受信信号、第二受信信号と呼ぶ。
【０１０３】
制御部１０６は、第一受信信号を受信すると、検出部３４０に振幅を検出させ、その振幅が予め定めた閾値以下であるか否かを判別する。そして、否の場合、第二受信信号受信時に増幅率を変更することを意味するフラグを設定する。一方、範囲内との判別結果であれば、フラグは設定しない。
【０１０４】
第二受信信号を受信すると、制御部１０６は、フラグを参照し、設定されていれば、増幅率を２*Ｇとするよう指示する制御信号を増幅部３１０に送信し、増幅させる。その後、演算処理部４０２では、第一受信信号から生成されたデジタルデータから減算し、ＴＨＩ信号を取り出す。
【０１０５】
一方、フラグが設定されていない場合は、制御信号は送信せず、第二受信信号をそのまま増幅率Ｇで増幅させる。その後、演算処理部４０２では、得られたデジタルデータを２倍し、第一受信信号から生成されたデジタルデータから減算し、ＴＨＩ信号を取り出す。
【０１０６】
なお、本実施形態においても、フラグが設定されている場合、演算処理部４０２において、２回目以降の受信信号から得たデジタルデータに、−１／ｋｎを乗算し、第一受信信号と加算するよう構成してもよい。また、フラグが設定されている場合、２回目以降の受信信号から得たデジタルデータに−１を乗算し、第一受信信号と加算するよう構成してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態においても、変調送信の変調係数が全て等しくｋである場合、非変調受信信号の増幅率を変更するよう構成してもよい。すなわち、非変調受信信号の振幅が予め定めた閾値より大きい場合、非変調受信信号の増幅率を、Ｇ／ｋとする。このとき、変調受信信号の増幅率は、設定増幅率Ｇとする。
【０１０８】
さらに、本実施形態においても、変調送信の変調係数が全て等しくｋである場合、増幅率がｋである増幅部と増幅率がｋ*Ｇである増幅部とを別個に備え、指定された増幅率に応じて、使用する増幅部を切り替えるよう構成してもよい。
【０１０９】
以上説明したように、本実施形態によれば、非変調送信のエコーの振幅を検出する検出部３４０をさらに備える。そして、制御部１０６は、前記検出部３４０が検出した振幅が予め定めた閾値以上の場合、前記増幅部３１０の増幅率を第一の実施形態と同様に制御する。例えば、非変調受信信号５１２が増幅部３１０の線形増幅範囲を超える場合のみ、変調受信信号５２２の増幅部３１０の増幅率を変更する。従って、１つの走査線を形成する各受信信号の、アナログ増幅後の波形歪みを、第一の実施形態に比べ、効率的に略同等とすることができる。従って、効率的に、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第三の実施形態を説明する。本実施形態では、第二の実施形態同様、非変調受信信号の振幅が、増幅部３１０の線形増幅範囲を超えた場合、増幅部３１０の増幅率を制御する。ただし、本実施形態では、その後、信号処理部１０４への入力前に、増幅率を変化させて増幅した受信信号の振幅を元にもどす。そして、信号処理部１０４では、非変調送信の振幅の大小によらず、演算処理５５０を行う。
【０１１１】
本実施形態の超音波撮像装置１００の構成は、基本的に第二の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、上述のように、受信部１０３において、変調受信信号を、増幅率を変えて増幅した後、元の振幅に戻す。このため、図８に示すように、受信部１０３は、Ａ/Ｄ変換部３２０の後段に、デジタル変換後の受信信号（デジタルデータ）をデジタル増幅（減衰）するデジタルゲイン３５０を備える。
【０１１２】
デジタルゲイン３５０は、如何なる振幅の信号であっても、線形的に所望の増幅率で増幅する回路である。例えば、増幅部３１０において電気的な波形歪みを起こした信号は、デジタルゲイン３５０の通過後であっても、その歪み波形を保つ。本実施形態では、制御部１０６からの制御信号に従って、増幅部３１０で増幅後の、変調受信信号を、元の振幅に戻す。
【０１１３】
制御部１０６は、フラグが設定されている場合、すなわち、非変調受信信号の振幅が、予め定めた閾値を超えた場合、増幅率の変更を指示する制御信号を、増幅部３１０のみではなく、デジタルゲイン３５０にも送信する。例えば、制御部１０６は、変調送信のエコー（変調受信信号）に対する増幅部３１０の増幅率をｋ倍にした場合、当該エコーから得たデジタルデータを１／ｋ倍するようデジタルゲイン３５０を制御する。このように、本実施形態の受信部１０３では、増幅部３１０において、増幅率をｋ倍高めて増幅したデータを、デジタルゲイン３５０において、1/ｋ倍に増幅し、元にもどす。
【０１１４】
デジタルゲイン３５０通過後の、各受信信号のエネルギー関係は、受信部１０３入力時の、エコー波であった時点でのエネルギー関係と等しくなる。従って、増幅部３１０における増幅率を変更したか否かに関わらず、後段の演算処理部４０２における演算処理は、従来同様、第一の実施形態で説明した演算処理５５０でよい。従って、本実施形態の制御部１０６は、フラグの設定の有無に関わらず、後段の信号処理部１０４には、制御信号を送信しない。
【０１１５】
例えば、送信回数Ｎを２、１回目の送信を非変調送信、２回目の送信を変調送信とし、変調送信の変調係数ｋ２を２とする。この場合の２つの送信信号の波のエネルギーは４：１である。第一受信信号が、増幅部３１０の線形増幅範囲外である場合、第二受信信号は、増幅部３１０で、第一受信信号の２倍の増幅率で増幅される。これにより、第一受信信号と第二受信信号のエネルギーは数値上等しくなり、かつ、第二受信信号は、第一受信信号と同様な電気的な波形歪みを持つ信号波形となる。
【０１１６】
増幅部３１０で２倍の増幅率で増幅された第二受信信号は、後段のデジタルゲイン３５０で１／２倍に増幅される。これにより、第二受信信号は、歪んだ波形は保ったまま、振幅のみが１／２となる。従って、２つの信号のエネルギー比は、送信時と同じ、４：１となる。
【０１１７】
整相加算後に最終的に得られる第一受信信号の振幅（信号強度）をＳ１、第二受信信号の振幅（信号強度）をＳ２とすると、その後の演算処理部４０２における演算処理は、従来同様、乗算処理５５１と減算処理５５２、すなわち、Ｓ１−（ｋ２＊Ｓ２）、つまりＳ１−２＊Ｓ２となる。
【０１１８】
例えば、送信回数Ｎが３、第１回目の送信が非変調送信、第２回目および第３回目の送信を変調送信とし、第２回目の送信の変調係数ｋ２および第３回目の送信の変調係数ｋ３をそれぞれ２とする場合を例にあげて説明する。第一受信信号が、増幅部３１０の線形増幅範囲外である場合、制御部１０６は、第二受信信号および第三受信信号に対する増幅部３１０における増幅率を２倍に変更する。増幅後の各受信信号のエネルギーは、数値上等しくなる。
【０１１９】
２倍の増幅率で増幅された第二受信信号および第三受信信号は、後段のデジタルゲイン３５０で、１／２倍に増幅される。これにより、各受信信号のエネルギー比は、送信時と同じになる。整相加算後に最終的に得られる各受信信号をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とすると、その後の演算処理部４０２における演算処理は、従来同様、乗算処理５５１と、平均値算出処理と、減算処理５５２、すなわち、Ｓ１−（ｋ２＊Ｓ２＋ｋ３＊Ｓ３）／（３−１）つまりＳ１−（Ｓ２＋Ｓ３）となる。
【０１２０】
なお、本実施形態においても、変調送信の変調係数が全て同一（ｋ）である場合、非変調受信信号が増幅部３１０の線形増幅範囲外であるとき、非変調受信信号の増幅率を、１／ｋ倍とし、デジタルゲイン３５０において、ｋ倍するよう構成してもよい。この場合、変調受信信号については、増幅部３１０の増幅率も変更しないし、デジタルゲイン３５０において増幅も行わない。
【０１２１】
また、本実施形態では、図８に示すように、デジタルゲイン３５０は、Ａ/Ｄ変換部３２０の直後に接続される。デジタルゲイン３５０は、デジタルデータに変換後の受信信号の振幅を変更するものであるため、受信部１０３内で、Ａ/Ｄ変換部３２０より後段であれば、どこに配置してもよい。例えば、整相加算器３３０の後段であってもよい。
【０１２２】
また、上記説明では、第二の実施形態と組み合わせる場合を例にあげて説明したが、これに限られない。第一の実施形態と組み合わせることも可能である。この場合、制御部１０６は、全ての変調送信のエコー受信時に、デジタルゲイン３５０に制御信号を送信する。また、第一の実施形態と組み合わせる場合、非変調送信は、１回目でなくてもよい。
【０１２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタルデータをデジタル増幅するデジタルゲイン３５０をさらに備える。そして、制御部１０６は、変調送信のエコーに対する増幅部３１０の増幅率をｋ（ｋは実数）倍にした場合、当該エコーから得た前記デジタルデータを１／ｋ倍に増幅するよう前記デジタルゲイン３５０を制御する。
【０１２４】
すなわち、本実施形態によれば、ＴＨＩの振幅変調法において、送信される超音波ビームの振幅に応じて、当該超音波ビームのエコーから得た受信信号のアナログ増幅時の増幅率を変更する。変更は、アナログ増幅によるエコーに対する影響が各エコー間で略一致するよう行う。そして、増幅部３１０の増幅率を変更した場合、デジタルゲイン３５０において、元にもどす。
【０１２５】
これにより、非変調受信信号と変調受信信号との増幅後の波形歪みが略同等となるため、アナログ増幅後の両者の振幅比が想定どおりとなり、それを前提としたその後の演算処理を正確に行うことができる。このとき、本実施形態では、演算処理前の両者の振幅比は、従来同様１／ｋとなる。このため、本実施形態では、信号処理部１０４における演算処理に、従来の演算処理部をそのまま用いることができる。従って、本実施形態によれば、信号処理部１０４を変更することなく、第一の実施形態または第二の実施形態同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第四の実施形態について説明する。本実施形態においても、第一の実施形態から第三の実施形態と同様に、増幅部の増幅率を制御することにより、アナログ増幅によるエコーに対する影響を各受信信号間で合致させる。ただし、上記各実施形態では、チャンネル毎のデータを整相加算後、演算処理を行っているが、本実施形態では、チャンネル毎のデータに対し、整相加算前に演算処理を行う。
【０１２７】
本実施形態の超音波撮像装置１００は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。ただし、受信部１０３および信号処理部１０４の構成と、整相加算器３３０およびこれらを制御する制御部１０６の処理と、が異なる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【０１２８】
本実施形態の受信部１０３は、図９に示すように、Ａ/Ｄ変換部３２０で変換後の受信信号（デジタルデータ）を、チャンネル毎に保存するチャンネルメモリ３６０とチャンネルメモリ３６０に保存されたデジタルデータに対し、演算処理を施し、チャンネル毎に非線形成分を抽出する演算器３７０とをさらに備える。
【０１２９】
チャンネルメモリ３６０は、Ａ/Ｄ変換部３２０の後段に接続され、Ｎ回の受信それぞれの受信信号から変換されたデジタルデータを、チャンネル毎に保存する。
【０１３０】
演算器３７０は、チャンネルメモリ３６０の後段に接続され、Ｎ回の受信後、チャンネルメモリ３６０の各デジタルデータを用いて、チャンネル毎に演算処理を行う。ここでは、制御部１０６からの制御信号に従って、上述の、平均値算出処理および減算処理５５２を行う。
【０１３１】
本実施形態の整相加算器３３０は、演算処理後のデータを整相加算する。すなわち、抽出されたチャンネル毎の非線形成分を整相加算する。そして、本実施形態の画像処理部１０７は、整相加算結果を用い、画像を構築する。
【０１３２】
なお、本実施形態の信号処理部１０４は、演算処理を演算器３７０で行うため、演算処理部４０２は備えなくてもよい。
【０１３３】
また、本実施形態においても、第一の実施形態同様、非変調受信信号の増幅率を変更するよう構成してもよい。また、増幅率毎に増幅器を備えるよう構成してもよい。
【０１３４】
また、本実施形態においても、第二の実施形態のように、増幅部３１０の前に、検出部３４０を備え、非変調受信信号の振幅が増幅部３１０の線形増幅範囲を超える場合のみ、変調送信受信信号の増幅率を変えるよう構成してもよい。
【０１３５】
この場合、制御部１０６は、増幅率を変えた際、演算器３７０にも、制御信号を送信する。制御信号を受け、演算器３７０は、チャンネル毎のデータに対し、上記平均値算出処理および減算処理５５２に加え、乗算処理５５１も行う。
【０１３６】
さらに、第三の実施形態同様、増幅率を変更して増幅した信号に対しては、演算処理前に振幅を元に戻すよう構成してもよい。この場合、演算器３７０では、どの信号に対しても従来同様の演算処理を行う。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタル変換部３２０で変換後のデジタルデータを、チャンネル毎に保存するチャンネルメモリ３６０と、チャンネルメモリ３６０に保存されたデジタルデータに対し演算処理を施し、前記チャンネル毎に前記非線形成分を抽出する演算器３７０と、抽出されたチャンネル毎の非線形成分を整相加算する整相加算器３３０と、を備える。
【０１３８】
すなわち、本実施形態によれば、ＴＨＩの振幅変調法において、送信される超音波ビームの振幅に応じて、当該超音波ビームのエコーから得た受信信号のアナログ増幅時の増幅率を変更する。変更は、アナログ増幅によるエコーに対する影響が各エコー間で略一致するよう行う。そして、その後、チャンネル毎に非線形成分を抽出する。
【０１３９】
これにより、非変調受信信号と変調受信信号との増幅後の波形歪みが略同等となるため、アナログ増幅後の両者の振幅比が想定どおりとなり、それを前提としたその後の演算処理を正確に行うことができる。このとき、本実施形態では、整相加算前のデジタルデータが、既に非線形成分となっているため、予め定めた撮像領域の画像データを作るための整相加算処理が１回のみで済む。従って、本実施形態によれば、各送信に対して整相加算処理することなく、１回の整相加算処理で第一の実施形態同様、精度よく、非線形成分を抽出することができ、そこから得る画質も向上する。
【０１４０】
＜＜第五の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第五の実施形態を説明する。本実施形態では、アナログ増幅器で構成される増幅部３１０で受ける信号波形の電気的な歪みの影響を、フィルタにより、全ての受信信号に略同等にする。本実施形態の前提は、増幅部３１０の入出力特性が既知であることである。
【０１４１】
本実施形態の超音波撮像装置１００は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。ただし、受信部１０３の構成が異なり、また、これらを制御する制御部１０６の処理が異なる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【０１４２】
本実施形態の受信部１０３は、図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換部３２０により変換されたデジタルデータをチャンネル毎に保存するチャンネルメモリ３６０と、デジタルデータに対しフィルタ処理を行うフィルタ３８０と、をさらに備える。
【０１４３】
本実施形態の増幅部３１０は、従来の超音波撮像装置同様、予め定めた増幅率（設定増幅率）Ｇで、非変調受信信号および変調受信信号を、それぞれ増幅する。第一の実施形態の超音波撮像装置１００の増幅部３１０とは異なり、変調受信信号、非変調受信号に応じて、増幅率を変更しない。
【０１４４】
チャンネルメモリ３６０は、第四の実施形態同様、Ａ/Ｄ変換部３２０の後段に接続され、Ｎ回受信する受信信号それぞれから変換されたデジタルデータを、チャンネル毎に保存する。
【０１４５】
本実施形態のフィルタ３８０は、増幅部３１０入出力特性と略同等の伝達関数を有する。すなわち、フィルタ３８０通過後の波形は、増幅部３１０通過後と略同等の電気的な歪み方を示す。従って、本実施形態のフィルタ３８０によるフィルタ処理は、非変調受信信号が受けた電気的歪みと同様な波形歪みを変調受信信号に対して与える処理である。本実施形態のフィルタ３８０は、全ての送信終了後、チャンネルメモリ３６０からデータを読み出し、変調受信信号から得たデジタルデータに対し、このフィルタ処理を実施する。フィルタ３８０によるフィルタ処理は、制御部１０６からの制御信号に従って行われる。
【０１４６】
本実施形態の整相加算器３３０は、フィルタ処理後のチャンネル毎のデジタルデータに対し、整相加算処理を行う。そして、本実施形態の信号処理部１０４は、整相加算後の受信ビームに対し、第一の実施形態と同様の演算処理を行う。すなわち、平均値算出処理と減算処理５５２とを行い、非線形成分を抽出する。そして、本実施形態の画像処理部１０７は、信号処理部１０４により抽出された非線形成分から、画像を構築する。
【０１４７】
なお、本実施形態のフィルタ３８０は、変調受信信号からえたデジタルデータに対して歪みを与える処理を行っているが、これに限られない。非変調受信信号が増幅部３１０により受けた電気的歪みを修復する特性を有するものであってもよい。この場合、チャンネルメモリ３６０のデータのうち、非変調受信信号から得たデジタルデータに対し、当該受信信号が受けた電気的歪みを補正するようフィルタ処理を行う。
【０１４８】
また、フィルタ３８０の位置は、上記位置に限られない。例えば、Ａ／Ｄ変換部３２０の直後に配置してもよい。この場合、制御部１０６は、Ｎ回の受信のうち、フィルタ処理を行う受信の場合、その旨、指示をする制御信号をフィルタ３８０に対して送信する。なお、受信毎に、フィルタ処理を行うか否かを判別する場合、チャンネルメモリ３６０は、配置しても配置しなくてもよい。
【０１４９】
さらに、本実施形態のフィルタ３８０は、信号処理部１０４が備えるよう構成してもよい。この場合、整相加算後の受信ビームにおいて、アナログ増幅により受けた電気的歪みを調整する。調整は、上述のように、非変調受信信号が受けた電気的歪みと、変調受信信号が受けた電気的歪みとを、略一致させるよう、それぞれの受信信号から生成した受信ビームに対して行う。
【０１５０】
この場合、受信部１０３の構成は、増幅部３１０と、Ａ／Ｄ変換部３２０と、整相加算器３３０とする。
【０１５１】
また、本実施形態においても、増幅部３１０の前段に検出部３４０を備え、非変調エコー信号の振幅が、増幅部３１０の線形増幅範囲を超える場合のみ、フィルタ３８０によりフィルタ処理を行うよう構成してもよい。
【０１５２】
この場合、検出部３４０による検出結果に応じて、制御部１０６が、フィルタ３８０に制御信号を送信する。すなわち、検出部３４０が、非変調受信信号の振幅が、予め定めた閾値以上の場合、フィルタ３８０に変調受信信号にフィルタ処理を行うよう制御信号を送信する。あるいは、非変調受信信号の波形を修復するようフィルタ３８０に制御信号を送信する。
【０１５３】
また、本実施形態においても、演算器３７０を整相加算器３３０の前段に備え、整相加算前に演算処理を行うよう構成してもよい。この場合、演算器３７０は、フィルタ３８０の後段に配置する。また、この場合、信号処理部１０４は備えなくてもよい。
【０１５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換部３２０で変換後のデジタルデータに対しフィルタ処理を行うフィルタ３８０を備え、制御部１０６は、フィルタ処理の実行を制御することにより、アナログ増幅によるエコーに対する影響を略一致させる。例えば、フィルタ３８０に、前記変調送信のエコーから得たデジタルデータに対しフィルタ処理を実行させる。このフィルタ３８０は、アナログ増幅による電気的な歪みと略同等の伝達関数を有するものとする。
【０１５５】
すなわち、本実施形態によれば、フィルタ３８０により波形を補正することで、ＴＨＩの振幅変調法において、複数回の送信のエコーに対し、アナログ回路による影響を略同等のものとする。波形の補正は、非変調受信信号がアナログ回路から受ける電気的歪みと同等の歪みを、変調受信信号にも与える、あるいは、非変調受信信号が受けた電気的歪みを修復するものとする。これにより、非変調受信信号と変調受信信号との増幅後の波形歪みが略同等となるため、アナログ増幅後の両者の振幅比が想定どおりとなり、それを前提としたその後の演算処理を正確に行うことができる。従って、精度よく、非線形成分を抽出することができ、そこから得る画質も向上する。
【０１５６】
さらに、本実施形態によれば、上述のように、電気的歪みの補正を、フィルタ３８０により行うため、より簡素な構成で、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
なお、上記各実施形態においては、変調送信時、送信部において、送信ビームの送信波形の振幅を１／ｋ倍することにより、音圧変調を実現している。しかし、変調の実現手法はこれに限られない。例えば、送信される音圧が、超音波送受面内の面積に比例することを利用し、この面積を変化させることにより、変調を実現してもよい。
【０１５８】
面積は、超音波探触子１０８の駆動するチャンネル８０１の数により決定する。従って、駆動するチャンネル数（駆動する電気音響素子の数）を変えることにより、送信ビーム全体の音圧（振幅）を調整する。このとき、各電気音響変換素子に入力する送信信号の波形は、同一のものとする。
【０１５９】
具体的には、送信部１０２は、超音波探触子１０８が備える複数の電機音響変換素子を駆動させることにより超音波ビームを生成する。このとき、制御部１０６は、非変調送信時は、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素子全てを駆動させ、変調送信時は、所定の面積となる電気音響変換素子のうちの一部のみをチャンネル単位で選択的に駆動させる。
【０１６０】
すなわち、変調送信時は、非変調送信時よりも、超音波送受面における駆動面積を小さくする。例えば、送信回数Ｎが２の場合、図１１（ａ）に示すように、非変調送信時（第一送信時）は、開口部内の全てのチャンネル８０１を駆動する。一方、変調送信時(第二送信時）は、非変調送信時の半分のチャンネル８０１を駆動する。なお、図１１（ａ）および図１１（ｂ）において、黒く塗りつぶされたチャンネル８０１が、駆動チャンネルである。このとき、駆動するチャンネルの配置は、問わない。これにより、変調送信時は、１／２の音圧の超音波ビームを送出できる。
【０１６１】
つまり、変調送信の回数が１回である場合、変調送信時は、非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の１／２の電気音響変換素子を駆動させる。
【０１６２】
例えば、送信回数Ｎが３の場合の各送信時の駆動チャンネルを図１１（ｂ）に示す。ここでは、各チャンネル８０１に端部から連番を付す。本図に示すように、非変調送信時（第一送信時）は、開口部内の全てのチャンネルを駆動する。一方、２回の変調送信時のうち、１回（第二送信時）は、奇数番が付されたチャンネル８０１を駆動し、他の回(第三送信時）は、偶数番が付されたチャンネルを駆動する。
【０１６３】
奇数番が付されたチャンネルを駆動した場合、チャンネルピッチが送信パルスの波長よりも拡大することによって、主軸と異なる方向に指向性を持つグレーティングローブが生成される場合がある。上述するように、３回目の送信で、偶数番が付されたチャンネルを駆動することで、グレーティングローブを低減することができる。
【０１６４】
つまり、変調送信の回数が２回以上である場合、２回以上の変調送信時に選択される電気音響変換素子は、非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の中から、各送信間で排他的に選択される。
【０１６５】
なお、上述するような排他的に位置する電気音響変換素子を駆動チャンネルとして時間的に選択する場合（異なる送信タイミングで選択する場合）以外にも、空間的に選択する場合でも同様な効果が得られる。
【０１６６】
図１１（ｃ）に示すように、超音波ビームを形成するための遅延制御のかかった信号を入力するアレイ方向をＸ、Ｘ方向に直交する方向をＹとすると、Ｙ方向のアレイにおいて、駆動チャンネルを排他的に位置させる。
【０１６７】
例えば、図１１（ｃ）に、２次元的にチャンネルが配置されている場合を示す。非変調送信時（第一送信時）は、開口部内の全てのチャンネル８０１を駆動する。変調送信時(第二送信時）は、非変調送信時の半分のチャンネル８０１を駆動する。
【０１６８】
具体的には、Ｘ方向のｃｈ＃１についてみるとＹ方向のｃｈ＃２を駆動する。Ｘ方向のｃｈ＃２についてみると、Ｙ方向のｃｈ＃１を駆動する。このように、Ｘ方向アレイにおいて、Ｙ方向のｃｈ＃１か＃２のいずれかが駆動する構成になっている。
【０１６９】
第二送信における全体の駆動チャンネル数は第一送信に対して１／２となるが、Ｘ方向アレイの駆動チャンネルは第一送信に対して同等である。この場合、送信回数ＮをＮ＞２からＮ＝２に低減することができる。
【０１７０】
なお、Ｘ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、Ｙ方向おけるチャンネルは何回でも駆動してよい。したがって、更にＹ方向のアレイが増えた場合、図１１（ｃ）の第二送信のような駆動チャンネルパターンを繰り返し配置した構成にすることも可能である。
【０１７１】
駆動面積を変えることにより、変調を実現すると、次のような場合においても理想的なＴＨＩが行える。すなわち、電気音響変換素子が送信信号の電圧に対して非線形に応答し、送信パルスの波形を維持したまま振幅のみを変調することが困難となる場合である。このような場合においても、非変調送信時、変調送信時を問わず、供給される送信信号の波形が各電気音響変換素子において同一となるため、電気音響素子の非線形の影響を受けない送信パルスを送信でき、その結果、超音波ビームの音圧を小さくすることができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１００：超音波撮像装置、１０１：送受切替部、１０２：送信部、１０３：受信部、１０４：信号処理部、１０５：受信処理部、１０６：制御部、１０７：画像処理部、１０８：超音波探触子、１２０：撮像対象、１２１：ユーザインタフェイス、１２２：表示部、３１０：増幅部、３１１：ＬＮＡ、３１２：ＶＧＡ、３２０：Ａ／Ｄ変換部、３３０：整相加算器、３４０：検出部、３５０：デジタルゲイン、３６０：チャンネルメモリ、３７０：演算器、３８０：フィルタ、４０１：メモリ、４０２：演算処理部、４０３：フィルタ処理部、５１１：送信信号、５１２：非変調受信信号、５１２ａ：基本波帯域成分、５１２ｂ：非線形成分、５２１：送信信号、５２２：変調受信信号、５２２ａ：基本波帯域成分、５２２ｂ：非線形成分、５２３：信号、５２３ａ：基本波帯域成分、５２３ｂ：非線形成分、５４０ａ：基本波帯域成分の差、５４０ｂ：非線形成分の差、５５０：演算処理、５５１：乗算処理、５５２：減算処理、８０１：チャンネル
【図１】
2014119746.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月20日(2016.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を介して撮像対象の所定位置に超音波ビームを複数回送信する送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを受信した前記超音波探触子の出力するアナログ信号である受信信号を処理し、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出する受信処理部と、
前記受信処理部および前記送信部を制御する制御部とを備え、
前記複数回の送信には、前記超音波ビームを予め定めた設定振幅ｐで送信する１回の非変調送信と、前記超音波ビームの振幅を前記設定振幅ｐの１／ｋの振幅に変調して送信する変調送信とが含まれ、
前記受信処理部は、前記受信信号を所定の増幅率Ｇでアナログ増幅するアナログ増幅部と、前記アナログ増幅後の前記受信信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、前記デジタルデータに対し所定の変調係数ｋを乗算処理する信号処理部とを有し、
前記制御部は、前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号の振幅が予め定めた閾値を超えている場合、前記変調送信による前記超音波探触子の受信信号を増幅する際に、前記増幅部の増幅率Ｇをそのｋ倍に変更してアナログ増幅させ、前記信号処理部では乗算処理を行わせないことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
超音波探触子を介して撮像対象の所定位置に超音波ビームを複数回送信する送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを受信した前記超音波探触子の出力するアナログ信号である受信信号を処理し、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出する受信処理部と、
前記受信処理部および前記送信部を制御する制御部とを備え、
前記複数回の送信には、前記超音波ビームを予め定めた設定振幅ｐで送信する１回の非変調送信と、前記超音波ビームの振幅を前記設定振幅ｐの１／ｋの振幅に変調して送信する変調送信とが含まれ、
前記受信処理部は、前記受信信号を所定の増幅率Ｇでアナログ増幅するアナログ増幅部と、前記アナログ増幅後の前記受信信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、前記デジタルデータに対しフィルタ処理を行うフィルタと、を備え、
前記フィルタは、前記アナログ増幅による電気的な歪みと略同等の伝達関数を有し、
前記制御部は、前記変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号の前記デジタルデータに対し、前記フィルタ処理を実行させることにより、前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号が前記アナログ増幅部のアナログ増幅で受ける電気的な歪と略同等の歪を生じさせること
を特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
前記送信部は、第１回目の送信として、前記非変調送信を行い、
前記受信処理部は、前記非変調送信のエコーの振幅を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した振幅が予め定めた閾値以上の場合、前記増幅率の変更を行うこと
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
超音波探触子を介して撮像対象の所定位置に超音波ビームを複数回送信する送信部と、
前記撮像対象からの前記超音波ビームのエコーを受信した前記超音波探触子の出力するアナログ信号である受信信号を処理し、前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出する受信処理部と、
前記受信処理部および前記送信部を制御する制御部とを備え、
前記複数回の送信には、前記超音波ビームを予め定めた設定振幅ｐで送信する１回の非変調送信と、前記超音波ビームの振幅を前記設定振幅ｐの１／ｋの振幅に変調して送信する変調送信とが含まれ、
前記受信処理部は、前記受信信号をアナログ増幅するアナログ増幅部と、前記アナログ増幅後の前記受信信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、前記デジタルデータをデジタル増幅するデジタルゲインを有し、
前記制御部は、前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号の振幅が予め定めた閾値を超えている場合、前記増幅部の増幅率を予め定めた設定増幅率Ｇのｋ（kは実数）倍にして増幅させ、増幅後の受信信号をアナログデジタル変換して得たデジタルデータを１／ｋ倍に増幅するよう前記デジタルゲインを制御することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
前記超音波探触子は、複数のチャンネルを有し、前記複数のチャンネルごとに前記受信信号を出力し、
前記受信処理部は、
前記チャンネル毎の受信信号を前記アナログデジタル変換部が変換したデジタルデータを整相加算して受信ビームを得る整相加算器と、
前記受信ビームに対し演算処理を施し、前記非線形成分を抽出する演算処理部と、をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記超音波探触子は、複数のチャンネルを有し、前記複数のチャンネルごとに前記受信信号を出力し、
前記受信処理部は、
前記チャンネル毎の受信信号を前記アナログデジタル変換部が変換した前記デジタルデータを、前記チャンネル毎に保存するチャンネルメモリと、
前記チャンネルメモリに保存されたデジタルデータに対し演算処理を施し、前記チャンネル毎に前記非線形成分を抽出する演算器と、
前記抽出されたチャンネル毎の非線形成分を整相加算する整相加算器と、を備えること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記超音波探触子は、複数のチャンネルを有し、前記複数のチャンネルごとに前記受信信号を出力し、
前記受信処理部は、
前記チャンネル毎の受信信号を前記アナログデジタル変換部が変換した前記デジタルデータを、前記チャンネル毎に保存するチャンネルメモリと、
前記フィルタ処理後のデジタルデータを整相加算して受信ビームを得る整相加算器と、
前記受信ビームに対し演算処理を施し、前記非線形成分を抽出する演算処理部と、をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記超音波探触子は、複数の電気音響変換素子を備えて構成され、１以上の電気音響変換素子によりそれぞれ構成される複数のチャンネルを有し、前記複数のチャンネルごとに前記受信信号を出力し、
前記送信部は、前記超音波探触子が備える複数の前記電気音響変換素子を駆動させることにより、前記超音波ビームを生成し、
前記制御部は、前記非変調送信時は、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を駆動させ、前記変調送信時は、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を前記チャンネル単位で選択的に駆動させるよう前記送信部を制御すること
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記変調送信の回数は１回であり、
前記変調送信時は、前記非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の１／２の電気音響変換素子を駆動させること
を特徴とする請求項８記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記変調送信の回数は２回であり、
前記２回の変調送信時に選択される前記電気音響変換素子は、前記非変調送信時に駆動する電気音響変換素子の中から、各送信間で排他的に選択されること
を特徴とする請求項８記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記変調送信は、複数回であり、
前記受信処理部は、前記信号処理部が所定の変調係数ｋで乗算処理後の、複数回の変調送信のエコーから得たデジタルデータの平均値を算出し、得られた値を、前記非変調送信のエコーから得たデジタルデータから減算することにより、前記非線形成分を抽出する
を特徴とする請求項１記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
超音波探触子を介して、撮像対象の所定の位置に、予め設定された設定振幅ｐで超音波ビームを送信する１回の非変調送信と、前記設定振幅ｐの１／ｋに変調した振幅で前記超音波ビームを送信する１回以上の変調送信とを行い、それぞれ送信した前記超音波ビームのエコーの受信信号を超音波探触子を介して取得した後、信号処理により前記受信信号に含まれる非線形成分を抽出する超音波撮像方法であって、
前記信号処理は、
前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号を増幅率Ｇでアナログ増幅するとともに、
前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号の振幅が予め定めた閾値を超えていない場合、前記変調送信による前記受信信号を増幅率Ｇでアナログ増幅させた後デジタルデータに変換し、さらに前記デジタルデータに所定の変調係数ｋを乗算処理し、
前記非変調送信による前記超音波探触子の前記受信信号の振幅が予め定めた閾値を超えている場合、前記変調送信による前記受信信号の増幅率Ｇをそのｋ倍に変更してアナログ増幅させ、前記デジタルデータ変換後の乗算処理を行わない
ことを特徴とする超音波撮像方法。
【国際調査報告】
2014119746.tif 000014
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