(57)【要約】  【課題】  複雑な駆動パターン等を用いることなく広帯域のチャープ波を形成することができる超音波送信方法を提供する。  【解決手段】  この超音波送信方法は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する方法であって、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するステップ（ｃ）とを具備する。【選択図】  図１
2005342141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する方法であって、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、
互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するステップ（ｃ）と、
を具備する超音波送信方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）が、前記複数の超音波トランスデューサの各々を駆動するための駆動波形として、チャープ波形を設定することを含む、請求項１記載の超音波送信方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）が、前記複数の超音波トランスデューサの各々を駆動するための駆動波形として、インパルス波形と、該インパルス波形の駆動タイミングとを設定することを含む、請求項１記載の超音波送信方法。
【請求項４】
複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する方法であって、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形及び駆動タイミングを設定するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において設定された駆動波形及び駆動タイミングに基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、
互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なるパルス状の超音波をそれぞれ送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するステップ（ｃ）と、
を具備する超音波送信方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）が、前記複数種類の超音波トランスデューサからそれぞれ送信される複数の異なるパルス状の超音波に基づいて合成されるチャープ波形に所望の重み付けを与えるために、前記複数種類の超音波トランスデューサに印加される電圧を調節することを含む、請求項４記載の超音波送信方法。
【請求項６】
ステップ（ａ）が、互いに異なる共振周波数を有する１組の超音波トランスデューサからチャープ波形を有する超音波を送信するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定すると共に、複数組の超音波トランスデューサを順次駆動するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定することを含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波送信方法。
【請求項７】
複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイを用いて超音波を送受信することにより、チャープ波形を有する検出信号を形成する方法であって、
互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形の成分を有する超音波を同時に送信するように、前記複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、
互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信するステップ（ｃ）と、
前記複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力すると共に、該複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成するステップ（ｄ）と、
を具備する超音波送受信方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）が、共振周波数が互いに隣接する複数種類の超音波トランスデューサの内の一方から、時間と共に周波数が上昇するチャープ波形を有する超音波を送信し、共振周波数が互いに隣接する前記複数種類の超音波トランスデューサの内の他方から、時間と共に周波数が下降するチャープ波形を有する超音波を送信するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定することを含む、請求項７記載の超音波送受信方法。
【請求項９】
複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイを用いて超音波を送受信することにより、チャープ波形の成分を有する検出信号を形成する方法であって、
所定の音圧レベルにおいて互いに周波数帯域が分離している複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形の成分を有する超音波を同時に送信するように、前記複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、
互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信するステップ（ｃ）と、
前記複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力すると共に、該複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成するステップ（ｄ）と、
を具備する超音波送受信方法。
【請求項１０】
複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する超音波送受信装置であって、
前記複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定する駆動波形設定手段と、
前記駆動波形設定手段によって設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
互いに異なる共振周波数を有し、前記駆動信号発生手段からそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波を送信する複数種類の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイと、
前記複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力される複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成する波形合成手段と、
を具備する超音波送受信装置。
【請求項１１】
前記駆動波形設定手段が、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信するように駆動波形を設定する、請求項１０記載の超音波送受信装置。
【請求項１２】
前記駆動波形設定手段が、前記複数の超音波トランスデューサの各々を駆動するための駆動波形として、チャープ波形を設定する、請求項１１記載の超音波送受信装置。
【請求項１３】
前記駆動波形設定手段が、前記複数の超音波トランスデューサの各々を駆動するための駆動波形として、インパルス波形と、該インパルス波形の駆動タイミングとを設定する、請求項１１記載の超音波送受信装置。
【請求項１４】
前記駆動波形設定手段が、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形を有する超音波を同時に送信するように、駆動信号及び駆動タイミングを設定する、請求項１１〜１３のいずれか１項記載の超音波送受信装置。
【請求項１５】
前記駆動波形設定手段が、共振周波数が互いに隣接する複数種類の超音波トランスデューサの内の一方から、時間と共に周波数が上昇するチャープ波形を有する超音波を送信し、共振周波数が互いに隣接する前記複数種類の超音波トランスデューサの内の他方から、時間と共に周波数が下降するチャープ波形を有する超音波を送信するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定する、請求項１４記載の超音波送受信装置。
【請求項１６】
前記駆動波形設定手段が、所定の音圧レベルにおいて互いに周波数帯域が分離している複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形を有する超音波を同時に送信するように、駆動信号及び駆動タイミングを設定する、請求項１１〜１３のいずれか１項記載の超音波送受信装置。
【請求項１７】
前記波形合成手段が、前記駆動波形設定手段によって前記複数種類の超音波トランスデューサの各々に設定された駆動タイミングに応じて、前記信号処理手段から出力される検出信号の位相を調整することにより、チャープ波形を有する信号を合成する、請求項１１〜１６のいずれか１項記載の超音波送受信装置。
【請求項１８】
前記駆動波形設定手段が、前記複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なるパルス状の超音波をそれぞれ送信するように駆動波形及び駆動タイミングを設定する、請求項１０記載の超音波送受信装置。
【請求項１９】
前記駆動設定手段が、前記複数種類の超音波トランスデューサからそれぞれ送信される複数の異なるパルス状の超音波に基づいて合成されるチャープ波形に所望の重み付けを与えるために、前記複数種類の超音波トランスデューサに印加される電圧を調節する、請求項１８記載の超音波送受信装置。
【請求項２０】
前記駆動波形設定手段が、互いに異なる共振周波数を有する１組の超音波トランスデューサからチャープ波形を有する超音波を送信するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定すると共に、複数組の超音波トランスデューサを順次駆動するように、駆動波形及び駆動タイミングを設定することを含む、請求項１０〜１９のいずれか１項記載の超音波送受信装置。
【請求項２１】
前記波形合成手段によって合成されたチャープ波形を有する信号に対して、自己相関演算を施すことによりチャープ圧縮データを生成するチャープ圧縮手段と、
前記チャープ圧縮手段によって生成されたチャープ圧縮データに基づいて、超音波エコーの強度に関連する画像データを生成する画像データ生成手段と、
をさらに具備する請求項１０〜２０のいずれか１項記載の超音波送受信装置。
【請求項２２】
前記信号処理手段から出力される複数種類の検出信号にそれぞれ含まれている複数の周波数成分に基づいて、所定の期間内に取得された検出信号に関する特徴量を求め、該特徴量に関連する第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段をさらに具備する請求項２１記載の超音波送受信装置。
【請求項２３】
前記第２の画像データ生成手段が、所定の期間に求められた複数の周波数成分の強度の相対関係に基づいて第２の画像データを生成する、請求項２２記載の超音波送受信装置。
【請求項２４】
前記画像データ生成手段によって生成された画像データと前記第２の画像データ生成手段によって生成された第２の画像データとに基づいて合成画像データを生成する合成画像データ生成手段をさらに具備する請求項２２又は２３記載の超音波送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波撮像において用いられる超音波送信方法、及び、超音波送受信方法、並びに、超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断に用いられる超音波送受信装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子（プローブ）が用いられる。そのような超音波用探触子から、複数の超音波の合波によって形成される超音波ビームを送信し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信する。受信した超音波エコーの強度に基づいて超音波画像を構成することにより、被検体内部の様子を表示部の画面に再現することができる。
【０００３】
近年、超音波撮像において、パルス圧縮技術を用いることが検討されている。このパルス圧縮においては、超音波信号を周波数変調することによってチャープ波形を有する信号を生成し、これを被検体に送信すると共に、受信された超音波エコー信号（チャープ波）について送信波形との相関を取ることにより圧縮信号を生成する。生成された圧縮信号を超音波情報として用いることにより、超音波画像における分解能及びＳＮ比を向上させることができる。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、複数の周波数帯域で分割されたチャープ信号を合成することにより、多重チャープ信号を発生する多重チャープ信号発生部と、多重チャープ信号の超音波を送信して、測定対象からの反射波を受信する探触子と、該探触子からの受信信号と、複数の周波数帯域で分割したチャープ信号との相関を取ることで、複数の圧縮信号を得て、上記複数の圧縮信号を合成することにより、受信信号の圧縮信号を得る圧縮信号生成部とを備えることを特徴とする超音波測定装置が開示されている。
【０００５】
この超音波測定装置によれば、チャープ信号を多重化することにより、パルス幅を拡大することなく、ドプラ・シフトの感度を上昇させることができる。しかしながら、そのような多重チャープ信号を送信するためには、例えば、１〜４ＭＨｚ（第４頁）の超音波を送信できる広帯域のトランスデューサが必要となるので、現実に実施することは困難であった。また、送信系において、多重チャープ信号を形成するための回路構成が複雑となる。さらに、受信系において、多重化されたチャープ波形の周波数帯域を分離するための複数のフィルタが必要となる。
【０００６】
特許文献２には、フレームレートの低下なしに超音波映像の解像度を改善するために、重み直交チャープ信号を利用した同時多重送信集束技法を用いた超音波撮像方法が開示されている。この超音波撮像方法においては、互いに直交するＮ個の直交コードを含む重み直交信号を設け、重み直交信号を超音波送信信号としてオブジェクト内に対応するＮ個の集束点に同時に送信し、送信した超音波信号に対して対応するＮ個の集束点から反射された信号を受信し、反射信号から格納されたＮ個の直交コードを取り出し、各々の直交コードに対してパルス圧縮を行い、受信集束した信号を処理して該処理信号をディスプレイする。しかしながら、この超音波撮像方法においても、多重化された受信信号を分離する際には（第１３頁）特殊なフィルタが必要となるので、信号処理が煩雑となる。
【０００７】
特許文献３には、時間的なずれを生じることなく、周波数成分毎に収束点の異なる超音波を送信することにより、全深度で良好な分解能を有する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、送信部が、制御部から送信の指示を受け取ると、任意符号発生器によりチャープ波形を発生し、増幅器により増幅して、探触子内の個々の振動子を駆動する。また、探触子から放射された超音波は、生体内で反射し探触子によって受信され、受信部において増幅され、目的とする地点で反射された信号の位相が一致するように遅延を与えられた後に加算され、信号処理部において、送信した超音波の周波数と収束深度との関係から中心周波数と帯域を決定してバンドパスフィルタ処理が行われる。しかしながら、この超音波診断装置においても、広帯域のトランスデューサが必要となると共に、受信された信号を分離する際にはバンドパスフィルタが用いられるので、やはり、信号処理が煩雑となる。なお、この超音波診断装置においては、チャープ波形の圧縮は行われていない。
【０００８】
特許文献４には、超音波診断装置において、コード送信及びパルス圧縮の技術を適用する場合に、パルス圧縮処理部に入力される受信信号から超音波振動子の周波数特性の影響を除外することが開示されている。この超音波診断装置においては、送信信号発生器において生成される送信信号が、超音波振動子の周波数特性Ｄ（ω）をキャンセルするように、事前に補正される。これにより、パルス圧縮処理部には超音波振動子の周波数特性の影響が除外された受信信号が入力されることになるので、パルス圧縮処理を適正に行うことができ、感度を向上させることができる。しかしながら、特許文献４においては、互いに周波数特性が異なる複数種類の超音波振動子を利用して、送信又は受信における波形をトータルに補正することについては示唆されていない。
【０００９】
一方、広帯域の超音波を送信することができる超音波用探触子を実現するために、様々な検討が為されている。例えば、特許文献５には、超音波を送受信する複数の振動子素子が２次元に配列された超音波探触子であって、上記２次元に配列された複数の振動子素子が、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子から成り、２次元配列内に混在するように設けられている超音波探触子が開示されている。このような超音波探触子を用いることにより、ハーモニックイメージングに用いられる基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とをカバーする広帯域な超音波を送信及び受信することができる。しかしながら、特許文献５においては、広帯域の超音波を送信することができる超音波用探触子をチャープ波形生成のために用いることは示唆されていない。
【００１０】
特許文献６には、超音波の周波数を変化させて超音波走査することにより、複数のエコーデータを得て観察を行うことができる超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、超音波を送受波する広帯域超音波振動子を有する超音波プローブと、広帯域超音波振動子に付与する駆動周波数を変化させて供給すると共に、この広帯域超音波振動子から発せられた超音波のエコー信号を受信してエコーデータを得る送受信部と、この送受信部で得られたエコーデータを記憶する記憶手段と、送受信部で発生された駆動周波数の変化を制御するとともに、この駆動周波数の変化に対応させて上記エコーデータを記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、記憶制御手段に駆動周波数に対応して記憶されているエコーデータに基づいて超音波断層像を生成する画像処理手段とを備えている。この超音波診断装置によれば、超音波プローブから被検部までの距離に応じて、１つの超音波プローブから駆動周波数の異なる超音波をシーケンシャルに送受信し、それによって得られたエコーデータを用いて超音波断層像を構築することができる。特許文献６においては、広帯域超音波振動子を駆動するために、７．５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚ、又は、７．５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの駆動周波数を用いることが記載されているが（第４頁）、そのような広帯域超音波振動子を作製することは現状では困難である。
【特許文献１】特開２００２−１３６５２２号公報（第２頁、第４〜５頁、図６）
【特許文献２】特開２００３−１９０１６４号公報（第１頁、第１３頁）
【特許文献３】特開２００２−５８６７０号公報（第１頁）
【特許文献４】特開２００３−３２５５０６号公報
【特許文献５】特開２００３−１６９８００号公報
【特許文献６】特開２００１−３３３９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複雑な駆動パターン等を用いることなく広帯域のチャープ波を形成することができる超音波送信方法及び超音波送受信方法、並びに、そのような超音波送信方法又は超音波送受信方法を用いることにより、分解能及びＳＮ比の高い超音波画像を生成することができる超音波送受信装置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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る超音波送信方法は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する方法であって、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するステップ（ｃ）とを具備する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る超音波送信方法は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する方法であって、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形及び駆動タイミングを設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された駆動波形及び駆動タイミングに基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なるパルス状の超音波をそれぞれ送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するステップ（ｃ）とを具備する。
【００１４】
本発明の第１の観点に係る超音波送受信方法は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイを用いて超音波を送受信することにより、チャープ波形を有する検出信号を形成する方法であって、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形の成分を有する超音波を同時に送信するように、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信するステップ（ｃ）と、複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力すると共に、該複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１５】
本発明の第２の観点に係る超音波送受信方法は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイを用いて超音波を送受信することにより、チャープ波形を有する検出信号を形成する方法であって、所定の音圧レベルにおいて互いに周波数帯域が分離している複数種類の超音波トランスデューサから、チャープ波形の成分を有する超音波を同時に送信するように、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生するステップ（ｂ）と、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給し、複数種類の超音波トランスデューサから複数の異なる周波数特性を有する超音波をそれぞれ送信するステップ（ｃ）と、複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力すると共に、該複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１６】
さらに、本発明に係る超音波送受信装置は、複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイからチャープ波形を有する超音波を送信する超音波送受信装置であって、複数の超音波トランスデューサを駆動するための駆動波形を設定する駆動波形設定手段と、駆動波形設定手段によって設定された駆動波形に基づいて複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、互いに異なる共振周波数を有し、駆動信号発生手段からそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波を送信する複数種類の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイと、複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによりそれぞれ発生する複数の検出信号に信号処理を施すことにより、信号処理が施された複数種類の検出信号を出力する信号処理手段と、信号処理手段から出力される複数種類の検出信号に基づいて、チャープ波形を有する信号を合成する波形合成手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサから送信された複数の異なる超音波を送信することによりチャープ波形を有する超音波を合成するので、広帯域の振動子や複雑な駆動波形等を用いることなく、広帯域のチャープ波を形成することができる。また、互いに異なる共振周波数を有する複数種類の超音波トランスデューサを用いて超音波エコーを受信することにより、複数の周波数成分を求めるためにバンドパスフィルタ等の処理を行う必要がなく、検出信号の周波数帯域を容易に分離することができる。従って、そのような広帯域のチャープ波を送受信することによって得られた検出信号に基づいて、分解能及びＳＮ比の高い超音波画像を生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。この超音波送受信装置は、複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波用探触子（プローブ）１と、超音波を送信する送信系として、送受信位置決定部２０、振動子特性記憶部２１、駆動波形設定部２２、及び、駆動信号発生部２３ａ〜２３ｄと、受信された超音波を処理する受信系として、信号処理部３１ａ〜３１ｄ、受信フォーカス処理部３２ａ〜３２ｄ、Ａ／Ｄ変換器３３ａ〜３３ｄ、及び、１次記憶部３４ａ〜３４ｄとを含んでいる。
【００１９】
超音波用探触子１は、互いに異なる共振周波数を有する４種類の振動子１０ａ〜１０ｄを含んでおり、それらの振動子１０ａ〜１０ｄに対応して、送信系の駆動信号発生部２３ａ〜２３ｄ、及び、受信系の信号処理部３１ａ〜１次記憶部３４ｄが設けられている。なお、図１においては、超音波用探触子１に含まれている多数の振動子の内の４つのみを示している。
【００２０】
また、この超音波送受信装置は、波形合成部３５と、チャープ圧縮部３６と、Ｂモード画像データ生成部３７と、周波数解析部３８と、抽出周波数演算部３９と、注目周波数自動決定部４０と、周波数画像データ生成部４１と、周波数画像表示領域判断部４２と、画像合成部４３と、２次記憶部４４と、画像処理部４５と、表示部４６とを含んでいる。さらに、この超音波送受信装置は、オペレータによる命令等を入力するために用いられる操作卓２４と、ＣＰＵを含み、超音波送受信装置の各部を制御する制御部２５と、制御部２５のＣＰＵに各種の動作を実行させるための制御プログラムや振動子の送受信における周波数特性等を記録している記録部２６とを含んでいる。記録部２６としては、例えば、ハードディスク等が該当する。
【００２１】
図２の（ａ）は、図１に示す超音波用探触子において用いられる超音波トランスデューサアレイを示す平面図であり、図２の（ｂ）は、超音波トランスデューサアレイを含む超音波用探触子を示す側面図であり、図２の（ｃ）は、図２の（ａ）に示す面II−IIにおける断面図である。
【００２２】
超音波トランスデューサアレイ１０に含まれている４種類の振動子１０ａ〜１０ｄは、印加される駆動信号に基づいて、互いに異なる周波数帯域ΔｆＡ、ΔｆＢ、ΔｆＣ、ΔｆＤをそれぞれ有する超音波ビームを送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。本願において、周波数帯域とは、周波数を変化させながら駆動信号を振動子に供給した場合に、ピークとなる共振周波数における音圧レベルから所定の値だけ音圧レベルが低下するまでの周波数範囲をいう。例えば、音圧レベルがピークに対して−１０ｄＢとなるまでの周波数範囲を、その振動子の周波数帯域とする。
【００２３】
本実施形態においては、１次元状に配列された複数の振動子１０ｄの外側に、１次元状に配列された複数の振動子１０ｃ、１０ｂ、１０ａを順に配置することにより、１．５次元の超音波トランスデューサアレイ１０が構成されている。本願において、１．５次元の配列とは、１次元配列を数行程度（例えば、３〜５行）並べたものをいう。
【００２４】
このようにして、超音波用探触子においては、４種類の振動子１０ａ〜１０ｄによって構成される振動子の組が、複数組設けられている。なお、振動子の配列としては１．５次元に限定されることはなく、その他にも様々な配列を用いることができる。例えば、複数の振動子を２次元マトリクス状やスパース状に配置しても良い。また、音響レンズを設けることなく、各振動子の駆動タイミングを電気的に制御することにより、送信される超音波を所望の領域に集束させても良い。
【００２５】
振動子１０ａ〜１０ｄの各々は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成することによって構成される。このような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が送信される。
【００２６】
そこで、図２の（ｂ）に示すように、振動子群１０１に含まれている３組の振動子を、所定の遅延を伴って駆動することにより、それらの振動子から送信される超音波の合成によって所望の方向に伝播する超音波ビームＵＳが形成される。同様に、位置をずらして設定された振動子群１０１、１０２、…を順次駆動することにより、超音波ビームの送信位置が矢印方向に移動する。これにより、被検体をリニアに走査することができる。また、振動子１０ａ〜１０ｄは、超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。
【００２７】
図２の（ｃ）に示すように、本実施形態においては、振動子の電界方向の長さを変えることにより、それらの振動子の共振周波数を変化させている。例えば、長さＬＡの振動子１０ａは、共振周波数ｆＡを有しており、共振周波数ｆＡを含む周波数帯域ΔｆＡの超音波を送受信する。また、長さＬＢ（ＬＢ＜ＬＡ）の振動子１０ｂは、共振周波数ｆＢ（ｆＢ＞ｆＡ）を有しており、共振周波数ｆＢを含む周波数帯域ΔｆＢの超音波を送受信する。あるいは、振動子の材料や幅を変えることにより、各振動子の共振周波数を変化させても良い。
【００２８】
また、図２の（ｃ）に示すように、超音波トランスデューサアレイ１０の背面には、バッキング層１１が配置されており、超音波トランスデューサアレイ１０の前面には、音響レンズ１２が配置されている。
バッキング層１１は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに、フェライト又は金属の粉体やセラミックスの粉末を混入した材料のように、音響減衰の大きい材料によって形成されており、超音波トランスデューサアレイ１０から発生した不要な超音波を早く減衰させる。
【００２９】
音響レンズ１２は、領域１２ａ〜１２ｄを含んでいる。これらの領域は、シリコンゴム等により、それぞれ所定の形状に成形されている。音響レンズ１２は、振動子１０ａ〜１０ｄから送信された超音波を、焦点距離Ｆに集束させる。音響レンズ１２は、本実施形態におけるように、領域１２ａ〜１２ｄが一体となるように成形されたものでも良いし、領域１２ａ〜１２ｄの形状を有する音響レンズを組み合わせて用いても良い。
【００３０】
超音波ビームの半径は、超音波の音速ｖと、周波数ｆと、焦点距離Ｆと、開口幅Ｄとを用いて、次式（１）によって表される。
ビーム半径＝１．２２×（ｖ／ｆ）×Ｆ／Ｄ  …（１）
従って、振動子１０ａ〜１０ｄからそれぞれ送信された超音波ビームを、式（１）によって表される超音波ビームの焦点Ｆにおいてビーム半径が一致するように、各振動子の開口幅ＤＡ、ＤＢ、…を規定すれば良い。
【００３１】
本実施形態においては、このような複数種類の振動子１０ａ〜１０ｄを用いて、互いに周波数帯域の異なる複数の超音波を被検体の同一領域（例えば、焦点Ｆを含む領域）に送信することにより、広帯域なチャープ信号を形成する。ここで、チャープ信号とは、周波数を時間的に変化させた信号のことであり、エネルギーを時間軸方向に分散させる効果がある。また、焦点Ｆを含む領域から取得される広帯域な成分を含む超音波エコー信号は、Ｂモード画像を生成する他に、周波数画像を生成するためにも用いられる。
【００３２】
再び、図１を参照すると、送受信位置決定部２０は、超音波ビームの送信位置と超音波エコーの受信位置とを順次決定する。また、振動子特性記憶部２１は、超音波トランスデューサアレイ１０に含まれる振動子１０ａ〜１０ｄが有する特性を記憶している。振動子の特性としては、例えば、印加された電圧に対する振幅特性や、時間的な応答特性が含まれる。
【００３３】
駆動波形設定部２２は、送受信位置決定部２０によって決定された送信位置に基づいて、駆動される振動子群１０１、１０２、…（図２参照）を設定すると共に、それらの振動子群の各々から送信される超音波が所定の深さに集束するチャープ信号を形成するために、各振動子に供給される駆動信号の駆動波形及び駆動タイミングを設定する。その際に、駆動波形設定部２２は、振動子特性記憶部２１に記憶されている各振動子の特性に応じて、望ましい波形やタイミングで超音波が送信されるように、駆動信号の波形等を決定する。駆動波形設定部２２は、各振動子をチャープ波形で時分割又は同時に駆動するための駆動波形を設定しても良いし、各振動子をインパルス波形で時分割又は同時に駆動するための駆動波形を設定しても良い。さらに、駆動波形設定部２２は、超音波エコーを受信する際に、送信されたチャープ信号の波形を、チャープ圧縮部３６に出力する。
【００３４】
駆動信号発生部２３ａ〜２３ｄの各々は、複数の駆動信号発生回路と、複数の遅延回路とを含んでいる。複数の駆動信号発生回路は、駆動波形設定部２２によって設定されたタイミングに従って、複数の振動子に与えられる駆動信号をそれぞれ発生する。例えば、図３に示すように、駆動信号発生部２３ａが、周波数帯域ΔｆＡ（１ＭＨｚ〜２ＭＨｚ）の振動子１０ａに、設定されたチャープ波形を有する駆動信号を時刻ｔＡに供給することにより、チャープ波形成分ＣＷＡが送信される。同様に、駆動信号発生部２３ｂ〜２３ｄが、周波数帯域ΔｆＢ（１．６ＭＨｚ〜３．２ＭＨｚ）の振動子１０ｂ、ΔｆＣ（２．５６ＭＨｚ〜５．１２ＭＨｚ）の振動子１０ｃ、ΔｆＤ（４．１ＭＨｚ〜８．２ＭＨｚ）の振動子１０ｄに、設定されたチャープ波形を有する駆動信号を所定のタイミング（時刻ｔＢ、ｔＣ、ｔＤ）にそれぞれ供給することにより、チャープ波形成分ＣＷＢ、ＣＷＣ、ＣＷＤが順次送信される。これらの超音波の合成により、１ＭＨｚ〜４．８ＭＨｚを含む広い周波数帯域を有するチャープ波形が形成される。
【００３５】
あるいは、駆動信号発生部２３ａ〜２３ｄが、図４の（ａ）に示すタイミングで振動子１０ａ〜１０ｄをそれぞれインパルス駆動することによって、図４の（ｂ）に示すチャープ波形を形成するようにしても良い。その際に、各振動子に印加される電圧を調節することにより、図４の（ｃ）に示すように、形成されるチャープ波形に重み付けをしても良い。
【００３６】
図３においては、複数種類の振動子を順次駆動しているが、それらを同時に駆動することにより、複数種類のチャープ波形成分を同時に多重送信するようにしても良い。例えば、図５に示すように、周波数帯域ΔｆＡ〜ΔｆＤの振動子１０ａ〜１０ｄを同時（時刻ｔ０）に駆動することにより、チャープ波形成分ＣＷＡ〜ＣＷＤがほぼ同時に送信される。これらの多重化されたチャープ波形成分ＣＷＡ〜ＣＷＤを、振動子１０ａ〜１０ｄによって受信し、それらの波形の位相をずらして合成する演算を行うことにより、受信チャープ波形を形成することができる。ここで、チャープ波形成分を受信する際にも、周波数帯域が互いに異なる振動子１０ａ〜１０ｄを用いるので、フィルタ処理を行うことなく複数種類のチャープ波形成分を分離することができる。
【００３７】
また、複数種類のチャープ波形成分を同時に多重送信する際に、共振周波数が隣接する振動子、或いは、周波数帯域の一部が所定の音圧レベル以上において重なる複数の振動子の間で、送信波形を変化させても良い。例えば、図６に示すように、周波数帯域ΔｆＡの振動子及び周波数帯域ΔｆＣの振動子から、時間と共に周波数が上昇するアップ・チャープ波形成分ＣＷＡ及びＣＷＣを送信し、周波数帯域ΔｆＢの振動子及び周波数帯域ΔｆＤから、時間と共に周波数が下降するダウン・チャープ波形成分ＣＷＢ’及びＣＷＤ’を送信する。それにより、受信時において、より簡単に複数種類のチャープ波形成分を分離することが可能になる。
【００３８】
さらに、複数種類のチャープ波形成分を同時に多重送信する際に、所定の音圧レベル（例えば、ピークの音圧レベル−１０ｄＢ）において互いに周波数帯域が分離している振動子のみを同時に駆動するようにしても良い。例えば、図７に示すように、周波数帯域ΔｆＡの振動子及び周波数帯域ΔｆＣの振動子とを時刻ｔ１に駆動することにより、チャープ波形成分ＣＷＡ及びＣＷＣを送信し、周波数帯域ΔｆＢの振動子及び周波数帯域ΔｆＤの振動子を時刻ｔ２に駆動することにより、チャープ波形成分ＣＷＢ及びＣＷＤを送信する。このように、周波数帯域が分離している振動子の組からチャープ波形成分を同時に送信することにより、受信時において、フィルタ等を用いることなく、複数種類のチャープ波形成分を容易に分離することができる。
【００３９】
或いは、別の超音波送信方法として、複数種類の振動子を順次インパルス駆動することにより、広帯域なチャープ波形を形成しても良い。図８に示すように、この超音波送信方法においては、互いに異なる周波数帯域Δｆ１〜Δｆ７をそれぞれ有し、中心周波数ｆＣが１．３倍ずつ異なる７種類の振動子（ｆＣ＝１ＭＨｚ、１．３ＭＨｚ、１．７ＭＨｚ、２．２ＭＨｚ、２．９ＭＨｚ、３．７ＭＨｚ、４．８ＭＨｚ）を用いて超音波の送信を行う。そのため、図１に示す超音波送受信装置において、それらの７種類の振動子を用いて超音波用探触子１を用いると共に、超音波の送信系及び受信系を、７種類の振動子に対応して７系統設ける必要がある。
【００４０】
図８に示すように、周波数帯域Δｆ１の振動子を、時刻ｔ１にパルス駆動することにより、パルス波形成分ＰＷ１を有する超音波が送信される。同様に、周波数帯域Δｆ２〜Δｆ７の振動子を、所定のタイミング（時刻ｔ２〜ｔ７）で駆動することにより、パルス波形成分ＰＷ２〜ＰＷ７を有する超音波が送信される。これらのパルス波形成分ＰＷ１〜ＰＷ７を合成することにより、チャープ波形を有する送信波ＣＷ２が形成される。この送信波は、１ＭＨｚ〜４．８ＭＨｚを含む広い周波数帯域を有している。
【００４１】
また、図９に示すように、７種類の振動子に供給される駆動電圧を調整することにより、パルス波形成分ＰＷ１’〜ＰＷ７’の合成によって形成されるチャープ波形ＣＷ３を所望の量だけアポダイズすることも可能である。
このように、互いに異なる周波数帯域を有する７種類の振動子から送信された超音波のエコーを受信することにより出力される検出信号（音線信号）を、図１に示す波形合成部３５において合成することにより、チャープ波形を再現することができる。図８又は図９に示す超音波送信方法においては、複数種類の振動子によって超音波エコーを時分割で受信することができるので、フィルタ処理を行うことなく、複数の帯域を分離することが可能である。また、インパルス駆動であるため、駆動回路を簡単に構成することができる。
【００４２】
再び図１を参照すると、信号処理部３１ａは、複数の振動子１０ａに対応する複数のチャンネルを有している。同様に、信号処理部３１ｂ〜３１ｄは、複数の振動子１０ｂ〜１０ｄの各々に対応する複数のチャンネルを有している。信号処理部３１ａ〜３１ｄの各チャンネルは、対応する振動子から出力される検出信号を、制御部２５の制御の下で所定のタイミングで取り込む。検出信号の取り込みタイミングを制御することにより、被検体の所定の深さにおいて反射した超音波エコーを表す信号を取得することができる。さらに、信号処理部３１ａ〜３１ｄに含まれる各チャンネルは、取り込んだ検出信号を増幅すると共に、ＳＴＣ（sensitivity time control：センシティビティ・タイム・コントロール）増幅器を用いて距離による減衰の補正を施す。
【００４３】
受信フォーカス処理部３２ａ〜３２ｄの各々は、信号処理部３１ａ〜３１ｄのそれぞれに含まれている複数のチャンネルにおいて処理された複数の検出信号に所定の遅延を与えて、それらを加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。なお、受信フォーカス処理は、ＳＴＣ増幅器による補正の前に行うようにしても良い。
【００４４】
Ａ／Ｄ変換器３３ａ〜３３ｄの各々は、受信フォーカス処理を施された音線信号をディジタル変換することにより、音線データを生成する。Ａ／Ｄ変換器３３ａ〜３３ｄにおけるサンプリング周波数は、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度であることが必要であり、超音波の周波数の１６倍以上であることが望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の分解能は、１０ビット以上であることが望ましい。なお、エリアシング（折り返し歪）を低減又は除去するために、Ａ／Ｄ変換を行う前に、音線信号にローパスフィルタ処理等のアンチエリアシングフィルタ処理を施すことが望ましい。また、Ａ／Ｄ変換は、受信フォーカス処理を行う前の検出信号について施されても良い。
【００４５】
１次記憶部３４ａ〜３４ｄは、Ａ／Ｄ変換器３３ａ〜３３ｄによって生成された音線データをそれぞれ記憶する。これらの音線データによって表される複数種類のチャープ波形成分は、図３に示すように、互いに異なる周波数帯域ΔｆＡ、ΔｆＢ、ΔｆＣ、ΔｆＤをそれぞれ有している。
【００４６】
波形合成部３５は、１次記憶部３４ａ〜３４ｄに記憶されている音線データによって表される複数種類のチャープ波形成分を合成する。ここで、波形合成部３５の動作について、図３及び図１０を参照しながら詳しく説明する。
図１０の（ａ）は、図１に示す探触子１から送信される超音波の波形を示している。このようなチャープ波形を形成するために、図３に示すように、各振動子の周波数帯域に対応すると共に、各振動子の特性に応じて決定された駆動波形を有する駆動信号が生成される。それにより、図１０の（ｂ）に示すように、振動子１０ａ〜１０ｄからチャープ波形ＣＷＡ〜ＣＷＤを有する超音波が所定の時刻ｔＡ〜ｔＤにそれぞれ送信される。図１０の（ｃ）に示すように、これらの送信波は被検体内において反射され、受信波ＲＷＡ〜ＲＷＤが時刻ｔＡ’〜ｔＤ’にそれぞれ受信される。
【００４７】
波形合成部３５は、駆動波形設定部２２において設定された駆動波形に基づいて、これらの受信波ＲＷＡ〜ＲＷＤに対して各振動子の特性に応じた補正を行う。これにより、図１０の（ｄ）に示すように、強度補正された受信波ＲＷＡ’〜ＲＷＤ’が得られる。次に、図１０の（ｅ）に示すように、波形合成部３５は、補正された受信波ＲＷＡ’〜ＲＷＤ’について、各振動子の特性に応じた超音波の送信タイミング及び受信タイミングの補正量や、共振周波数が隣接する振動子間における周波数帯域の重なり量等を考慮しつつ位相を調整する。さらに、位相を調整された受信波ＲＷＡ’〜ＲＷＤ’を合成することにより、図１０の（ｆ）に示すチャープ受信波が形成される。
【００４８】
ここで、超音波を受信する振動子は、その超音波を送信した振動子に限定する必要はない。例えば、図３に示すように、振動子１０ｂの周波数帯域ΔｆＢの一部は、振動子１０ａの周波数帯域ΔｆＡや、振動子１０ｃの周波数帯域ΔｆＣと重なっている。そのため、振動子１０ｂから送信された超音波のエコー信号を、振動子１０ａや振動子１０ｃで受信することも可能である。そのように受信した場合においても、振動子１０ａ〜１０ｄによって受信された信号は、波形合成部３５において合成されるので、最終的に取得される結果は、本実施形態において説明したものと同様になる。
【００４９】
チャープ圧縮部３６は、図１０の（ｆ）に示す波形合成部３５によって合成されたチャープ信号に対して、図１０の（ａ）に示す駆動波形設定部２２から供給される送信波のエンコードに用いられたのと同じチャープコードを掛けて足し合わせることにより、図１０の（ｇ）に示す自己相関係数を求める。このようにして音線データをデコードすることにより、広帯域のチャープ信号に含まれている複数の周波数成分が有する情報を圧縮して、超音波エコーの強度に関する時間分解能及びＳＮ比の高い情報を得ることができる。
本実施形態においては、波形合成部３５における位相調整により、チャープ信号の波形が正確に合成されているので、特別なアポダイゼーション等を行うことなく、サイドローブが小さいパルス圧縮を行うことが可能になる。
Ｂモード画像データ生成部３７は、チャープ圧縮部３６から出力されるデコードされた音線データに基づいて、Ｂモード画像データを生成する。
【００５０】
図１１に、音線データによって表されるチャープ信号の波形と自己相関計数との関係を示す。図１１においては、時間ｔ１及びｔ２において大きな自己相関計数が観測されており、これらは、軟部組織と硬部組織との境界のように超音波の反射率の大きな部分において超音波が反射されたことを示している。このようにして、超音波の反射位置が求められる。
【００５１】
周波数解析部３８は、１次記憶部３４ａ〜３４ｄに記憶されている音線データに対してフーリエ変換を行うことにより、互いに異なる周波数帯域を有する複数種類の検出信号（音線信号）に含まれている複数の周波数成分を求める。なお、周波数解析部３８において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う場合には、周波数解析部３８の前段に、音線データを構成するデータ数が２Ｎ個（Ｎは整数）になるように補間を行う補間処理部を設ける。
【００５２】
抽出周波数演算部３９は、周波数解析部３８によって求められた複数の周波数成分に基づいて、周波数画像を表示するために用いられる周波数成分を抽出すると共に、抽出された周波数成分に対して所定の演算処理を行う。ここで、抽出周波数演算部３９は、複数の周波数成分の内から、例えば、強度の大きい１つの周波数成分を抽出して出力しても良いし、複数の周波数成分を抽出し、それらの間の差や比のように、強度の相対関係を算出して出力しても良い。これにより、所定の期間内に取得された検出信号に関して、被検体の深さ方向の各領域における組織特有の情報を表す特徴量が求められる。
【００５３】
超音波エコー強度の大きい部分に着目する場合には、その部分における特定の組織の周波数特性に関する特徴に基づいて周波数成分を決定することにより、その特定の組織をより強調して表示することができる。反対に、超音波エコー強度の小さい部分に着目して周波数成分を決定することにより、多数の弱いエコーが加算され干渉した結果として生じるスペックル成分を低減することも可能である。いずれにしても、ＳＮ比を改善することができる。また、複数の周波数成分の相対値を算出する場合には、その相対値に基づいて、特定の組織の２次元的な分布を正確に求めることができる。
【００５４】
注目周波数自動決定部４０は、抽出周波数演算部３９において用いられる注目すべき周波数を自動的に決定する。その際に、注目周波数自動決定部４０は、予め定められている複数の周波数を自動的に決定しても良い。例えば、注目周波数自動決定部４０は、周波数解析部３８によって算出された複数の周波数成分の中から、被検体の深さ方向の全部又は一部の領域について、大きなピーク又はディップを有する少なくとも１つの周波数を自動的に決定しても良いし、所定の値だけ離れた周波数成分の組み合わせを用いても良い。
【００５５】
さらに、振動子の送受信における周波数特性を記録部２６に記録しておき、制御部２５の制御の下で、振動子の周波数特性に対応して、駆動信号の振幅や検出信号の振幅を補正するようにすれば、より正確に周波数成分を抽出することができる。また、検出信号の周波数成分のみならず、位相成分も抽出して超音波画像の生成に利用すれば、さらに多くの情報を得ることができる。
【００５６】
周波数画像データ生成部４１は、抽出周波数演算部３９から出力される特徴量に基づいて、該特徴量に関連する周波数画像データを生成する。その際には、被検体の深さ方向の各領域に対応する周波数画像上の領域を、抽出周波数演算部３９からの出力値に応じて色分け、又は、輝度別に表示するようにしても良い。
【００５７】
周波数画像表示領域判断部４２は、抽出周波数演算部３９における演算結果に基づいて、Ｂモード画像に合成して表示される周波数画像の領域（表示領域）を判断する。例えば、抽出周波数演算部３９において求められた特徴量が、複数の周波数成分の間の差である場合に、その差が所定の値以上である領域を表示領域とする。これにより、特定の性状を有する組織等をＢモード画像と重ね合わせて表示することができる。
【００５８】
画像合成部４３は、Ｂモード画像データ生成部３７によって生成されたＢモード画像と、周波数画像データ生成部４１によって生成された周波数画像データとに対して所定の演算処理を施すことにより、合成画像データを生成する。この合成画像データは、Ｂモード画像と周波数画像とが重ね合わせられた画像を表す。周波数画像を重ね合わせて表示する領域は、操作卓２４を用いてオペレータによりマニュアル指定されても良いし、周波数画像表示領域判断部４２によって判断された表示領域を用いて設定されても良い。あるいは、それ以外の表示条件を予め設定しておき、その条件に従い、周波数画像の表示領域が自動的に指定されるようにしても良い。
【００５９】
２次記憶部４４は、画像合成部４３から出力される画像データを記憶する。画像処理部４５は、２次記憶部４４に記憶されている画像データに、各種の画像処理を施す。表示部４６は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、画像処理部４５によって画像処理が施された画像データに基づいて超音波画像を表示する。
【００６０】
図１２は、本実施形態に係る超音波送受信装置によって生成される超音波画像を模式的に表す図である。なお、図１２においては、参考のために、超音波用探触子（プローブ）１の位置が示されている。この超音波画像は、関節を含む上肢を超音波撮像することによって得られるものであり、このような領域は、主に整形外科の分野において、しばしば撮像対象とされる。本実施形態においては、チャープ圧縮を行うことによって生成されたＢモードの全体像１１０に、周波数ｆｉ成分及びｆｊ成分（ｉ≠ｊ）に基づいて得られた周波数画像を重ね合わせて、１枚の画像を生成している。
【００６１】
ここで、骨部の表面１１１等の硬部組織は、周波数ｆｉに関する周波数画像に表されたものであり、皮膚や筋肉等の軟部組織１１２や骨部の内部組織１１３は、周波数ｆｊに関する周波数画像に表されたものであり、腱及び靭帯１１４や軟骨１１５は、周波数ｆｉ成分とｆｊ成分とを用いて演算を行うことによって表されたものである。このように、分解能が高く、且つ、ＳＮ比が高いＢモード画像に、組織の性状等が表された周波数画像を重ね合わせることにより、診断対象となる領域を明確に画像化することができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態においては、互いに異なる共振周波数を有する複数の振動子からチャープ波形の複数種類の成分を順次送信し、順次受信された複数種類の成分に基づいて、広帯域のチャープ波形を合成している。そのため、それぞれの振動子の周波数帯域が狭くても、振動子の種類（例えば、Ｎ種類）に応じた量だけ（例えば、Ｎ倍）周波数掃引したチャープ圧縮を行うことが可能となる。従って、時間分解能を向上させることができる。また、複数種類の振動子を組み合わせることにより、広帯域の振動子を使用することなく、実質的に広帯域の超音波用探触子を実現することができる。
【００６３】
本実施形態においては、周波数帯域の異なる４種類の振動子を使用しているが、振動子の種類は少なくとも２種類あれば良く、あるいは、４種類以上の振動子を用いても良い。その場合には、駆動信号発生部を含む送信系や、信号処理部〜１次記憶部を含む信号処理系を、振動子の種類に応じて変更すれば良い。振動子の種類を増やすことにより、超音波用探触子をさらに広帯域化し、チャープ圧縮率を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波撮像において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波送受信装置において用いられる超音波用探触子の構造を示す図である。
【図３】図１に示す超音波送受信装置において用いられる超音波送信方法について説明するための図である。
【図４】インパルス駆動によりチャープ波形を形成する場合について説明するための図である。
【図５】複数種類のチャープ波形成分を同時に多重送信する超音波送信方法について説明するための図である。
【図６】複数種類のチャープ波形成分を同時に多重送信する別の超音波送信方法について説明するための図である。
【図７】周波数帯域が分離している複数種類の振動子を同時に駆動する超音波送信方法について説明するための図である。
【図８】パルス波形の合成によりチャープ波形を形成する超音波送信方法について説明するための図である。
【図９】パルス波形の合成によりアポダイズされたチャープ波形を形成する超音波送信方法について説明するための図である。
【図１０】波形合成部の動作を説明するための図である。
【図１１】音線データによって表されるチャープ信号の波形と自己相関計数との関係を示す図である。
【図１２】図１に示す超音波送受信装置によって生成される超音波画像を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  超音波用探触子
１０  超音波トランスデューサアレイ
１０ａ〜１０ｄ  超音波トランスデューサ（振動子）
１１  バッキング層
１２  音響整合層
１２ａ〜１２ｄ  音響整合層の領域
２０  送受信位置決定部
２１  振動子特性記憶部
２２  駆動波形設定部
２３ａ〜２３ｄ  駆動信号発生部
２４  操作卓
２５  制御部
２６  記録部
３１ａ〜３１ｄ  信号処理部
３２ａ〜３２ｄ  受信フォーカス処理部
３３ａ〜３３ｄ  Ａ／Ｄ変換器
３４ａ〜３４ｄ  １次記憶部
３５  波形合成部
３６  チャープ圧縮部
３７  Ｂモード画像データ生成部
３８  周波数解析部
３９  抽出周波数演算部
４０  注目周波数自動決定部
４１  周波数画像データ生成部
４２  周波数画像表示領域判断部
４３  画像合成部
４４  ２次記憶部
４５  画像処理部
４６  表示部
１０１、１０２、……  振動子群
１１０  Ｂモード画像
１１１  骨部表面
１１２  軟部組織
１１３  骨部内部組織
１１４  腱及び靭帯
１１５  軟骨
【図１】
2005342141.tif 000003
【図２】
2005342141.tif 000004
【図３】
2005342141.tif 000005
【図４】
2005342141.tif 000006
【図５】
2005342141.tif 000007
【図６】
2005342141.tif 000008
【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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