(57)【要約】      （修正有）【課題】被検体の深さに応じて適切な周波数を有する超音波ビームを送信できると共に、取得された超音波エコー信号に基づいて、被検体の形状及び組織性状を画像化できる超音波診断装置を提供する。【解決手段】第１の共振周波数を有する第１群の振動子と、その外側に配置され、第２の共振周波数を有する第２群の振動子とを含む超音波トランスデューサアレイと、第１群の振動子から送信された超音波を第１の焦点距離に集束させる第１の音響レンズと、第２群の振動子から送信された超音波を、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に集束させる第２の音響レンズとを備え、第１群及び第２群の振動子群をそれぞれ異なる周波数で駆動し、第１及び第２の超音波ビームを発生させ、これを検出合成することで、被検体の深さに応じた適切な周波数による画像化を実現する。【選択図】図１
2005253751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる共振周波数を有する複数の超音波トランスデューサ群を含む超音波トランスデューサアレイであって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群の外側に、前記所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群が配置されている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群から送信された超音波を、超音波トランスデューサ群毎に異なる焦点距離に集束させることにより、複数の超音波ビームを形成するビーム形成手段であって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離に対して、前記所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離の方が長くなるように超音波を集束させるビーム形成手段と、
前記複数の超音波トランスデューサ群の各々を駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記複数の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記複数の超音波トランスデューサ群が超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、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た複数種類の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
第１の共振周波数を有する第１群の超音波トランスデューサと、前記第１群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数を有する第２群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、
前記第１群の超音波トランスデューサから送信された超音波を第１の焦点距離に集束させることにより第１の超音波ビームを形成する第１の音響レンズと、
前記第２群の超音波トランスデューサから送信された超音波を、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に集束させることにより第２の超音波ビームを形成する第２の音響レンズと、
前記第１群及び第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記第１及び第２の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記第１群及び第２群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第１及び第２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た第１及び第２の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項３】
第１の共振周波数を有する第１群の超音波トランスデューサと、前記第１群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数を有する第２群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、
前記第１群及び第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
第１の焦点距離に集束する第１の超音波ビームを形成するために、前記第１群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与え、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に集束する第２の超音波ビームを形成するために、前記第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与えると共に、前記第１及び第２の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記第１群及び第２群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する複数の検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第１及び第２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た第１及び第２の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記第１及び第２の超音波ビームが送信された時刻から所定の期間内に、前記第１群の超音波トランスデューサから送信される超音波によって第１の焦点距離とは異なる距離に集束する超音波ビームが形成されるように、前記駆動信号発生手段を制御する、請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記第１群の超音波トランスデューサが、前記第１の共振周波数を含む第１の周波数帯域の超音波を送受信し、前記第２群の超音波トランスデューサが、前記第２の共振周波数を含む第２の周波数帯域の超音波を送受信する、請求項２〜４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とが、互いに分離している、請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記第１の共振周波数が、前記第２の共振周波数の２倍よりも大きい、請求項２〜６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記第２の焦点距離が、前記第１の焦点距離の１．５倍以上３倍以下である、請求項２〜７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記信号処理手段から出力された第１及び第２の検出信号に含まれている複数の周波数成分に基づいて第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２〜８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記第２の画像データ生成手段が、前記第１の超音波ビームと前記第２の超音波ビームとが空間的に重なる領域に関する前記第１及び第２の検出信号に含まれる複数の周波数成分に基づいて、前記第２の画像データを生成する、請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記第２の画像データ生成手段が、前記第１及び第２の検出信号に含まれる複数の周波数成分の内から、ピーク又はディップを有する少なくとも１つの周波数成分を選択する、請求項９又は１０記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記第２の画像データ生成手段が、前記第１及び第２の検出信号に含まれる複数の所定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９〜１１のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記第１の画像データと前記第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９〜１２のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断に用いられる超音波撮像装置においては、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。こ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。それらの超音波エコーの強度に基づいて画像を構成することにより、被検体内部の様子を画面に再現することができる。
【０００３】
しかしながら、実際には、撮像対象の領域全体に渡って、適切な超音波エコーの強度や分解能を得られるわけではない。物体における超音波の伝播特性は超音波の周波数によって異なるので、用いられる超音波の周波数により、得られる超音波画像の画質が大きく変化してしまう。例えば、高い周波数の超音波を用いることにより、高分解能の超音波画像を得ることはできるが、一方、そのような超音波は散乱され易いので、被検体の深部において大きく減衰してしまう。反対に、低い周波数の超音波は、伝播特性は良好であるが、分解能を高くすることが困難である。
【０００４】
また、一般的な性質として、超音波は、音響インピーダンスの差が大きい領域において強く反射される。そのため、人体の内部においては、筋肉等の軟部組織と骨等の硬部組織との境界において反射された超音波エコーの強度が大きくなる。従って、超音波画像においては、そのような境界が高輝度で表示される。一方、そのような境界を透過した超音波の強度は大きく低下するので、硬部組織の後方や内部において反射された超音波エコーの強度も小さくなってしまう。そのため、超音波画像において、筋肉等の軟部組織を、骨、腱、髄核等の硬部組織と分離して視認することは、極めて困難である。そこで、超音波画像を生成するに際して、超音波エコーの強度以外の要素を用いることが検討されている。例えば、特許文献１には、皮膚の表皮より深部についても非侵襲的に観察し、皮膚についての様々な鑑別を行うために、所定の範囲から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の周波数の超音波を皮膚の表面から皮膚の内部方向に向かって超音波を発射し、反射波を受信して画像化することが開示されている。
【０００５】
関連する技術として、特許文献２には、複数の振動子を互いに直行する２つの方向に沿って２次元状に配列した超音波探触子において、配列の中央部に、開口幅／厚さ＞３の関係を満たす振動子を配置し、該振動子の外側部に、開口幅／厚さ≦０．３を満たす振動子を配置することが開示されている。２種類の振動子の形状をこのように規定することにより、振動子の配列の中央部においては厚み振動モードとなり、外側部においては縦振動モードとなるので、各振動子の厚さを変更することなく、超音波の共振周波数を変化させて、広帯域の超音波を送信することができる。そこで、撮像する距離に応じて使用する振動子の領域を使い分けることにより、１つの超音波探触子を用いて、近距離から遠距離に渡って高い指向性と高分解能を得ることが可能になる。しかしながら、この超音波診断装置においては、用途に応じて、いずれかの周波数が選択して用いられるので、撮像対象の全領域に関する画像情報を一度に取得することができない。
【０００６】
特許文献３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、そのような超音波探触子を使用する場合には、深さ方向について適切な指向性や分解能を得ることができないので、被検体の組織性状を画像化することはできない。
【０００７】
特許文献４には、所定の点に焦点を結ぶ集束音場を発生する軸対象な中心部振動子素子と、該中心部振動子素子と同軸かつ共焦点を有するように配設された円環状の周辺部振動子素子とを備えた分割型トランスデューサと、中心部振動子素子および周辺部振動子素子の合成音場が上記分割型トランスデューサの所定の焦点とは異なる位置に焦点を結ぶように、中心部振動子素子および周辺部振動子素子を遅延駆動する送信手段とを具備する超音波診断装置が開示されている。このような超音波診断装置を用いることにより、焦点深度が深くかつ超音波ビームの細い送信音場特性又は受信音場特性を得ることができる。しかしながら、この超音波診断装置においては、単一周波数の超音波が用いられているので、例えば、被検体の深部については、十分な超音波エコーの強度を得ることができず、被検体の浅部については、ビーム径が太くなるので方位分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
特許文献５には、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ともに、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を基に、超音波断層像を生成する画像処理手段とを備え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。しかしながら、そのような超音波プローブを作製するためには、広帯域な共振周波数を有する振動子が必要となる。また、１種類の超音波を繰り返して送受信することによって画像構成するので、フレームレートが低下してしまう。
【０００９】
特許文献６には、複数の超音波振動子が２次元平面又は３次元曲面に配列された超音波探触子と、振動子配列面の各々異なった位置へ複数の振動子群を選択する振動子群選択回路と、この振動子群選択回路によって選択された振動子群の各々へ特性の異なった送信信号を供給し各振動子群から被検体内へ同時に超音波ビームを送信しそのエコー信号を受信する送受信手段と、超音波の送受信の繰り返し毎に選択される振動子群の位置を上記選択回路を制御して移動するとともに送受信手段を制御して超音波ビームを送受信することによって被検体内を超音波ビームで３次元走査する手段とを備え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、複数の振動子群から互いに特性の異なる超音波ビームを同時に送信すると共に、受信された超音波エコー信号を周波数に応じて分離することが行われている。しかしながら、被検体の深さに応じて超音波ビームの周波数を変化させることは行われておらず、深さ方向に関して最適な画像を得ることはできない。
【００１０】
特許文献７には、互いに異なる周波数特性を有する超音波送受信手段と、該複数の超音波送受信手段を駆動する制御手段と、複数の超音波送受信手段から出力される受信信号に画面内における超音波送受信手段に対応した位置からの距離に応じた重み付けを行い、一画面に合成して表示する表示手段とを具備する超音波画像処理装置が開示されている。このような超音波画像処理装置を用いることにより、周波数特性の異なる複数の超音波画像を同一の画像上で滑らかな画像として合成表示することが可能になる。しかしながら、超音波プローブを機械的に走査する方式では、高速に画質の良い超音波画像を取得することは困難である。また、被検体の組織性状を画像化することもできない。
【００１１】
特許文献８には、被検体の浅部から深部までを同時に画像化できるようにするために、数十ＭＨｚの共振周波数を有した圧電振動子へ、１／２波長換算で共振周波数が圧電振動子の共振周波数の整数分の一の共振版を貼り付けて超音波探触子を作製し、この探触子と送受信回路、信号処理回路、信号分離回路、画像処理回路、画像読み出し回路及びディスプレイ装置とで超音波検査装置を構成することが開示されている。このような超音波検査装置を用いることにより、浅い領域については低い周波数を用い、深くなるに従い低い周波数を用いて画像を生成することが可能になる。しかしながら、その場合には、特殊な超音波探触子が必要となってしまう。また、被検体の組織性状を画像化することについては触れられていない。
【特許文献１】特開平１１−２９０３１２号公報
【特許文献２】特開平６−１２１３９０号公報
【特許文献３】特開２００３−１６９８００号公報
【特許文献４】特開平８−２８９８８９号公報
【特許文献５】特開２００１−３３３９０２号公報
【特許文献６】再公表ＷＯ０１／０８５０３１号公報
【特許文献７】特開平８−１７３４２０号公報
【特許文献８】特開平９−２８１０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、被検体の深さに応じて適切な周波数を有する超音波ビームを送信できると共に、そのような超音波ビームの超音波エコー信号に基づいて、被検体の形状だけでなく組織性状も画像化することができる超音波診断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】
【００１３】
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診断装置は、互いに異なる共振周波数を有する複数の超音波トランスデューサ群を含む超音波トランスデューサアレイであって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群の外側に、該所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群が配置されている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群から送信された超音波を、超音波トランスデューサ群毎に異なる焦点距離に集束させることにより、複数の超音波ビームを形成するビーム形成手段であって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離に対して、該所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離の方が長くなるように超音波を集束させるビーム形成手段と、複数の超音波トランスデューサ群の各々を駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、複数の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、複数の超音波トランスデューサ群が超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、複数種類の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された複数種類の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。
【００１４】
また、本発明の第２の観点に係る超音波診断装置は、第１の共振周波数を有する第１群の超音波トランスデューサと、該第１群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数を有する第２群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、第１群の超音波トランスデューサから送信された超音波を第１の焦点距離に集束させることにより第１の超音波ビームを形成する第１の音響レンズと、第２群の超音波トランスデューサから送信された超音波を、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に集束させることにより第２の超音波ビームを形成する第２の音響レンズと、第１群及び第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、第１及び第２の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、第１群及び第２群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第１及び第２の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された第１及び第２の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。
【００１５】
さらに、本発明の第３の観点に係る超音波診断装置は、第１の共振周波数を有する第１群の超音波トランスデューサと、該第１群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数を有する第２群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、第１群及び第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、第１の焦点距離に集束する第１の超音波ビームを形成するために、第１群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与え、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に集束する第２の超音波ビームを形成するために、第２群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与えると共に、第１及び第２の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、第１群及び第２群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する複数の検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第１及び第２の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された第１及び第２の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高い共振周波数を有する第１の超音波トランスデューサの外側に、低い共振周波数を有する第２の超音波トランスデューサを配置すると共に、高い周波数の超音波を被検体の浅部に集束させ、低い周波数の超音波を被検体の深部に集束させるので、１度の超音波の送受信により、浅部については高分解能の超音波画像情報を得ることができると共に、深部についても十分な信号強度を有する超音波画像情報を得ることができる。また、２種類の超音波ビームのエコー信号を用いることにより、被検体の組織性状が表された周波数画像情報を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、互いに異なる２種類の周波数帯域（中心周波数ｆＨ及びｆＬ）をそれぞれ有する２種類の超音波を送信すると共に、それらの超音波の反射波（超音波エコー）を受信することによって得られたそれぞれの検出信号の強度に基づくＢモード画像と、それらの検出信号の周波数成分に基づく周波数画像とを生成することを特徴としている。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子１０と、送受信位置決定部２１と、送信波形作成部２２と、駆動信号発生部２３Ｈ及び２３Ｌとを含んでいる。超音波用探触子１０は、図２に示す超音波トランスデューサアレイ１を有している。図２の（ａ）は、超音波トランスデューサアレイ１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１を含む超音波用探触子１０を示す側面図であり、図２の（ｃ）は、図２の（ａ）に示す一点鎖線II−IIにおける断面図である。
【００１９】
図２の（ａ）に示すように、超音波トランスデューサアレイ１は、互いに異なる共振周波数を有する２種類の超音波トランスデューサ１１及び１２を含んでいる。これらの超音波トランスデューサ１１及び１２の各々は、印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。本実施形態においては、１次元状に配列された複数の超音波トランスデューサ１１の外側に、１次元状に配列された複数の超音波トランスデューサ１２を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１が構成されている。本願において、１．５次元配列とは、１次元配列を数行程度（例えば、３〜５行）並べたものをいう。
【００２０】
各々の超音波トランスデューサ（振動子ともいう）１１及び１２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、パルス状の電気信号又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体は伸縮し、それぞれの振動子からパルス状の超音波又は連続波の超音波が送信される。そこで、図２の（ｂ）に示すように、ある振動子群１０１に含まれる複数の振動子の各々に所定の遅延を与え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り、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、それぞれの振動子１１、１２は、伝搬する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。
【００２１】
図２の（ｃ）に示すように、本実施形態においては、振動子１１及び振動子１２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。即ち、長さＬＨの振動子１１は、第１の共振周波数を有しており、周波数ｆＨを含む周波数帯域の超音波を送受信する。また、長さＬＬ（ＬＬ＞ＬＨ）の振動子１２は、第１の共振周波数よりも低い第２の共振周波数を有しており、周波数ｆＬ（ｆＬ＜ｆＨ）を含む周波数帯域の超音波を送受信する。より好ましくは、ｆＬ×１．５＜ｆＨ＜ｆＬ×１０とすれば、これらの周波数帯域を分離し易くなる。この他、振動子の材料や幅を変えることにより、共振周波数を変化させても良い。
【００２２】
振動子１１及び振動子１２から送信される超音波の周波数帯域は、互いに分離していることが望ましく、さらには、それらの周波数帯域が２倍以上離れていることが望ましい。例えば、振動子１２の周波数帯域を０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚとする場合には、振動子１１の周波数帯域を１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚとする。これにより、一方の振動子から送信される超音波に対し、他方の振動子の感度が低くなるので、異なる種類の超音波が空間的に重なったエコーが受信された場合でも、不要な信号を容易に分離することができる。
【００２３】
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１の背面には、バッキング層１３が配置されており、超音波トランスデューサアレイ１の前面には、音響レンズ１４が配置されている。
バッキング層１３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１から発生した不要な超音波を早く減衰させる。
【００２４】
音響レンズ１４は、領域１４ａ〜１４ｃ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１４の領域１４ｂは、振動子１１（開口幅ＤＨ）から送信された超音波を、焦点距離ＦＨに集束させる。また、音響レンズ１４の領域１４ａ及び１４ｃは、振動子１１の両外側に配置されている２つの振動子１２（開口幅ＤＬ）から送信された超音波を、焦点距離ＦＬ（ＦＬ＞ＦＨ）に集束させる。ここで、音響レンズ１４は、本実施形態におけるように、領域１４ａ〜１４ｃが一体となるように成形されたものでも良いし、領域１４ｂから成る音響レンズと、領域１４ａ及び１４ｃから成る音響レンズとを組み合わせて用いても良い。
【００２５】
このように、音響レンズ１４は、高い周波数ｆＨの超音波を被検体の浅部に集束し、低い周波数ｆＬの超音波を被検体の深部に集束するように設計されているが、さらに、周波数ｆＨ及びｆＬ、焦点距離ＦＨ及びＦＬ、並びに、開口幅ＤＨ及びＤＬの値は、次のように規定されている。
【００２６】
振動子１１の両外側に配置されている２つの振動子１２から、超音波ビームＵＳＬのみを送信する場合には、送信された直後の超音波ビームＵＳＬの内側は、音圧強度分布が低い領域となる。そのような音圧強度分布が中空になっている領域（中空領域）１５において、振動子１０から送信される超音波ビームＵＳＨを集束させることにより、超音波ビームＵＳＨと超音波ビームＵＳＬとを空間的に分離することが可能になる。
【００２７】
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、式（１）によって表される超音波ビームＵＳＨの焦点ＦＨにおけるビーム径が、超音波ビームＵＳＬの中空領域１５の内側に収まるように、焦点距離ＦＨ及びＦＬ、並びに、開口幅ＤＨ及びＤＬを設定すれば良い。なお、中空領域１５の範囲は、焦点距離ＦＬや開口幅ＤＨ及びＤＬを用いてシミュレーションすることにより、求めることができる。
【００２８】
また、超音波ビームＵＳＨは、焦点距離ＦＨにおいて一旦集束し、その後再び発散するが、発散した超音波ビームＵＳＨが、焦点距離ＦＬにおいては十分に減衰していることが望ましい。それにより、焦点距離ＦＬ付近における超音波ビームＵＳＬと超音波ビームＵＳＨとのクロストークを低減することができるからである。従って、焦点距離ＦＨ及びＦＬを、そのような観点から規定することも必要である。
【００２９】
このような２種類の超音波ビームを送信することにより、音線上には、被検体からの距離に応じて特性の異なる領域ＲＨ、ＲＨＬ、ＲＬが形成される。領域ＲＨから取得される超音波エコー信号は、主に高い周波数成分を含んでおり、距離分解能の高い信号となっている。また、中心開口から送信されることにより、近距離において超音波ビームが十分に絞られるので、領域ＲＨからは、高い方位分解能を得ることもできる。一方、領域ＲＬから取得されるエコー信号は、主に低い周波数成分を含んでおり、伝播距離が長くても十分な信号強度を有している。また、深部において超音波ビームが絞られるので、領域ＲＬからは、良好な方位分解能を得ることができる。さらに、領域ＲＨＬから取得される超音波エコー信号は、高い周波数成分と低い周波数成分との両方を含んでいる。そのような広帯域な成分を含む信号は、後述する周波数画像を生成する際に用いることができる。
【００３０】
これらの領域ＲＨ、ＲＨＬ、ＲＬの長さは、焦点距離ＦＨ及びＦＬによって調整することができる。例えば、焦点距離ＦＨ及びＦＬを、ＦＨ×１．５≦ＦＬ≦ＦＨ×３を満たすように設定すれば良い。この場合には、診断目的に合った超音波ビームを、被検体内の深さ方向の広い領域に形成することができると共に、各超音波ビームの分解能や到達距離を最適にすることができる。
【００３１】
以下に、周波数ｆＨ及びｆＬと、焦点距離ＦＨ及びＦＬの具体例を挙げる。例えば、四肢を撮像する場合には、皮膚組織である表面から深さ約３ｃｍの領域内に、周波数ｆＨ≧１５ＭＨｚの超音波の焦点距離ＦＨを設定し、骨や腱が存在する深さ３ｃｍ〜７ｃｍ程度の領域内に、周波数ｆＬ＝０．５ＭＨｚ〜４ＭＨｚの超音波の焦点距離ＦＬを設定する。また、胴体部等を撮像する場合には、乳腺や甲状腺や頚動脈等が存在する深さ５ｃｍ〜１０ｃｍ程度の領域内に、周波数ｆＨ＝５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの超音波の焦点距離ＦＨを設定し、腹部や心臓が存在する深さ約１０ｃｍ以上の領域内に、周波数ｆＬ＝２ＭＨｚ〜４ＭＨｚの超音波の焦点距離ＦＬを設定する。
【００３２】
再び、図１を参照すると、送受信位置決定部２１は、超音波ビームの送信位置と、超音波エコーの受信方向と順次設定する。
送信波形作成部２２は、図２の（ａ）及び（ｃ）に示すように、送受信位置決定部２１において設定された送信位置に応じて、駆動される振動子群１０１、１０２、…を設定すると共に、設定された振動子群に含まれる複数の振動子１１及び１２の各々に与えられる遅延時間を設定する。また、送信波形作成部２２は、複数の振動子１１及び１２から所定の周波数帯域の超音波を送信させるために、後述する駆動信号発生部２３Ｈ及び２３Ｌが発生する駆動信号の周波数をそれぞれ設定する。
【００３３】
駆動信号発生部２３Ｈ及び２３Ｌの各々は、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複数の駆動信号発生回路と、駆動信号発生回路が発生する駆動信号に所望の遅延を与える複数の遅延回路とによって構成されている。これらの遅延回路は、送信波形作成部２２において設定された遅延時間に基づいて、駆動信号を遅延させる。
【００３４】
駆動信号発生部２３Ｈと、駆動信号発生部２３Ｌとは、互いに異なる帯域の駆動信号を発生する駆動信号発生回路を有している。即ち、駆動信号発生部２３Ｈは、各振動子１１を駆動するために、周波数ｆＨの成分を含む駆動信号を発生する。一方、駆動信号発生部２３Ｌは、各振動子１２を駆動するために、周波数ｆＬの成分を含む駆動信号を発生する。
制御部２５の制御の下で、駆動信号発生部２３Ｈ及び２３Ｌが所定の期間内（例えば、同時）に駆動信号を発生することにより、超音波用探触子１０から、超音波ビームＵＳＨ及びＵＳＬが、同時、又は、ほぼ同時に送信される。
【００３５】
また、本実施形態に係る超音波診断装置は、操作卓２４と、ＣＰＵによって構成されている制御部２５と、ハードディスク等の記録部２６とを含んでいる。制御部２５は、操作卓２４を用いたオペレータの操作に基づいて、超音波診断装置の各部を制御する。記録部２６には、制御部２５を構成するＣＰＵに各種の動作を実行させるプログラムや、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性等が記録される。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る超音波診断装置は、信号処理部３１Ｈ及び３１Ｌと、受信フォーカス処理部３２Ｈ及び３２Ｌと、Ａ／Ｄ変換器３３Ｈ及び３３Ｌと、１次記憶部３４Ｈ及び３４Ｌと、Ｂモード画像データ生成部３５Ｈ及び３５Ｌと、周波数解析部３６Ｈ及び３６Ｌと、抽出周波数演算部３７と、注目周波数自動決定部３８と、周波数画像データ生成部３９と、周波数画像表示領域判断部４０と、画像合成部４１と、２次記憶部４２と、画像処理部４３と、表示部４４と、送信ビーム自動変更部４５とを含んでいる。
【００３７】
信号処理部３１Ｈは、複数の超音波トランスデューサ１１にそれぞれ対応する複数のチャンネルを有しており、信号処理部３１Ｌは、複数の超音波トランスデューサ１２にそれぞれ対応する複数のチャンネルを有している。信号処理部３１Ｈ及び３１Ｌの各チャンネルは、対応する超音波トランスデューサ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。例えば、信号処理部３１Ｈは、受信開始時から所定の深さ（例えば、図２の領域ＲＨＬまで）に対応する時刻まで信号を取り込む。一方、信号処理部３１Ｌは、深さＦＬ×０．５に対応する時刻から所定の深さ（例えば、図２の領域ＲＬまで）に対応する時刻まで信号を取り込む。このように、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３１Ｈ及び３１Ｌの各チャンネルは、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。
【００３８】
受信フォーカス処理部３２Ｈ及び３２Ｌは、信号処理部３１Ｈ及び３１Ｌにおいて処理された複数の検出信号にそれぞれ所定の遅延を与え、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。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換器３３Ｈ及び３３Ｌ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３３Ｈ及び３３Ｌの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。
【００４０】
１次記憶部３４Ｈ及び３４Ｌは、Ａ／Ｄ変換器３３Ｈ及び３３Ｌによって生成された音線データを記憶する。
Ｂモード画像データ生成部３５Ｈは、１次記憶部３４Ｈに記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、高い周波数ｆＨの超音波に基づいて得られたＢモード画像（Ｂモード画像Ｈ）を表す画像データを生成する。一方、Ｂモード画像データ生成部３５Ｌは、１次記憶部３４Ｌに記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、低い周波数ｆＬの超音波に基づいて得られたＢモード画像（Ｂモード画像Ｌ）を表す画像データを生成する。
【００４１】
一方、周波数解析部３６Ｈ及び３６Ｌは、１次記憶部３４Ｈ及び３４Ｌにそれぞれ記憶されている音線データが表す波形に含まれる各領域（即ち、被検体の深さ方向を表す各領域）について、広帯域の検出信号に含まれている複数の周波数成分をフーリエ変換によって算出する。なお、周波数解析部３６Ｈ及び３６Ｌ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３６Ｈ及び３６Ｌ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。
【００４２】
抽出周波数演算部３７は、周波数解析部３６Ｈ及び３６Ｌによって算出さ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を用いて所定の演算処理を行う。これにより、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。抽出周波数演算部３７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。このように、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。
【００４３】
注目周波数自動決定部３８は、抽出周波数演算部３７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３８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３８は、周波数解析部３６Ｈ及び３６Ｌ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。
【００４４】
さらに、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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。
【００４５】
周波数画像データ生成部３９は、抽出周波数演算部３７から出力された特徴量に基づいて、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３７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。
【００４６】
周波数画像表示領域判断部４０は、抽出周波数演算部３７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３７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。
【００４７】
画像合成部４１は、Ｂモード画像データ生成部３５Ｈによって生成されたＢモード画像データと、Ｂモード画像データ生成部３５Ｌによって生成されたＢモード画像データと、周波数画像データ生成部３９によって生成された周波数画像データとに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、例えば、Ｂモード画像Ｈと、Ｂモード画像Ｌとをつなぎ合わせ、そこに周波数画像を重ね合わせた画像を表す。これらの３種類の画像を表示する領域は、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、予め定められた条件に基づいて自動指定されても良い。周波数画像については、周波数画像表示領域判断部４０によって判断された表示領域を用いても良い。Ｂモード画像Ｈ及びＢモード画像Ｌの表示領域を指定する際には、次のような方法が考えられる。例えば、Ｂモード画像ＨとＢモード画像Ｌとを、所定の深さを境界としてつなぎ合わせるように指定しても良いし、所定の信号値以上となる領域を境界としてつなぎ合わせるように指定しても良い。或いは、Ｂモード画像ＨとＢモード画像Ｌとが重複する領域については、信号値の大きい方の画像データが用いられるように指定しても良い。
【００４８】
２次記憶部４２は、画像合成部４１から出力される画像データを記憶する。画像処理部４３は、２次記憶部４２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４４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４３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。
【００４９】
送信ビーム自動変更部４５は、周波数画像表示領域判断部４０における判断結果に基づいて、必要があれば、次に送信される超音波ビームＵＳＨ及びＵＳＬの周波数を変更させるための情報を、送受信位置決定部２１に出力する。
【００５０】
図３は、本実施形態に係る超音波診断装置によって生成された超音波画像を模式的に表している。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たものである。このような領域は、主に整形分野においてしばしば撮像対象とされる。
図３においては、被検体１１０の表面から骨部１１２の表面までの領域Ｒ１を表すＢモード画像Ｈと、骨部１２０の表面よりも深い領域Ｒ２を表すＢモード画像Ｌとが合成されている。これにより、皮膚組織及び筋肉組織１１１のように、高分解能が必要とされる浅部の領域と、骨部１１２の内部のように、一般に超音波が透過し難い領域との両方を、明確に画像化することができる。さらに、周波数ｆＨの超音波と周波数ｆＬの超音波とを用いて得られた周波数画像を重ね合わせることにより（領域Ｒ３）、腱及び靭帯１１３や、軟骨１１４等の組織性状を、明確に分離して表示することができる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、２種類の超音波ビームを、焦点距離をずらして同時に送信するので、被検体内の深さに応じて適切な周波数の超音波エコー信号を得ることができる。即ち、被検体内の浅部に関する距離分解能及び方位分解能の高い超音波エコー信号と、被検体内の深部に関する十分な信号強度及び方位分解能を有する超音波エコー信号とを、短期間に取得できる。従って、フレームレートを低下させることなく、撮像領域全体に渡って画質の良い超音波画像を生成することが可能になる。また、互いに異なる周波数を用いることにより、単一の周波数を用いる場合には判別できない組織性状を画像化することも可能になる。
【００５２】
以上説明した本発明の第１の実施形態においては、互いに周波数帯域が異なる２種類の超音波を用いているが、３種類以上の超音波を用いても良い。その場合には、例えば、図４の（ａ）に示すように、複数の振動子１２の両外側に、周波数ｆＬよりも低い周波数の超音波ＵＳＬＬを送信する第３の振動子１６が配列された超音波トランスデューサアレイ２を作製し、図４の（ｂ）に示すように、超音波トランスデューサアレイ２の前面に、第３の振動子１６から送信される超音波ＵＳＬＬを、焦点距離ＦＬよりもさらに遠く（焦点距離ＦＬＬ）に集束する音響レンズ１７を設ける。また、超音波診断装置の本体には、第３の振動子１６に対応する送信系及び受信系の処理部をさらに設ければ良い。
【００５３】
また、本実施形態においては、リニア型のアレイを用いているが、それ以外の型のアレイを用いても良い。例えば、半径の異なる円形又は円環状の複数の振動子が同心円状に配列されたアニュラアレイを用いても良い。その場合には、同心円の内側に、高い周波数の超音波を送信する円形又は円環状の振動子を配置し、同心円の外側に、低い周波数の超音波を送信する円環状の振動子を配置すると共に、それぞれの周波数の超音波ビームを互いに異なる距離に集束させる音響レンズを設ける。或いは、複数の振動子が凹型に配列されたコンベックスアレイを用いても良い。
【００５４】
本実施形態においては、振動子の種類によってある周波数に対する感度が異なることから、周波数ｆＨの超音波は振動子１１によって検出され、周波数ｆＬの超音波は振動子１２によって検出される。しかしながら、振動子１２から周波数ｆＬの超音波を送信し、骨の内部等の深部において発生したハーモニック信号（高調波信号）を、振動子１１によって検出するようにしても良い。振動子１１からの検出信号の取り込みを、深部からの超音波エコーの到達タイミングまで伸ばすことにより、フィルタ等を用いることなく、基本波と高調波とを分離することが可能になる。そのようにして取得されたハーモニック信号に基づいてハーモニック画像を生成し、それをＢモード画像上の対応する表示領域に重ね合わせて表示しても良い。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
本実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す超音波用探触子１０、送受信位置決定部２１、送信波形作成部２２、及び、送信ビーム自動変更部４５の替わりに、図５に示す超音波用探触子５０、送受信位置決定部６１、送信波形作成部６２、及び、送信ビーム自動自動変更部６５を有しており、さらに、送信遅延パターン記憶部６３と受信遅延パターン制御部６４とを有している。その他の構成については、本発明の第１の実施形態において説明したものと同様である。
【００５６】
超音波用探触子５０は、図５に示す超音波トランスデューサアレイ３を有している。図６の（ａ）は、超音波トランスデューサアレイ３を示す平面図であり、図６の（ｂ）は、超音波トランスデューサアレイ３を含む超音波用探触子５０を示す側面図である。
図６の（ａ）に示すように、超音波トランスデューサアレイ３は、１．５次元配列されている複数の振動子５１と、その両外側にそれぞれ１．５次元配列されている複数の振動子５２とを含んでいる。各振動子５１は、周波数ｆＨを含む周波数帯域の超音波を送信し、各振動子５２は、周波数ｆＬ（ｆＬ＜ｆＨ）を含む帯域の超音波を送信する。
【００５７】
図６の（ｂ）に示すように、本実施形態においては、超音波トランスデューサアレイ３の前面に音響レンズを設ける替わりに、各振動子を電子的に制御することにより、超音波ビームの焦点を形成している。即ち、図６の（ｃ）に示すように、複数の振動子５２ａ〜５２ｊに所定の遅延時間Ｔ１、Ｔ２、…をそれぞれ与えて駆動することにより、中空領域５４を含み、距離ＦＬに集束する超音波ビームＵＳＬを形成することができる。同様に、中央部に配置されている複数の振動子５１ａ〜５１ｅに所定の遅延時間Ｔ１’、Ｔ２’、…をそれぞれ与えて駆動することにより、中空領域５４内の距離ＦＨに集束する超音波ビームＵＳＨを形成することができる。なお、送信される２種類の超音波の周波数と、焦点距離と、超音波トランスデューサアレイの開口との関係については、本発明の第１の実施形態において説明したものと同様である。
【００５８】
超音波トランスデューサアレイ３において、図６の（ｂ）に示すように、超音波送信面が揃うように振動子５１及び５２を配置しても良いし、図６の（ｄ）に示すように、振動子５１の超音波送信面が振動子５２の超音波送信面よりも下がるように、振動子５１及び５２を配置しても良い。後者の場合には、超音波ビームＵＳＨの焦点ＦＨを、超音波ビームＵＳＬの中空領域５４内に形成し易くなる。なお、超音波トランスデューサアレイ３の背面には、バッキング層５３が配置されている。
【００５９】
再び、図５を参照すると、送受信位置決定部６１は、超音波ビームの送信位置及び焦点距離と、超音波エコーの受信方向とを順次設定する。
送信遅延パターン記憶部６３は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信波形作成部６２は、送受信位置決定部６１において設定された送信位置に応じて、駆動される振動子群２０１、２０２、…を設定すると共に、送受信位置決定部６１において設定された焦点距離に基づいて、送信遅延パターン記憶部６３に記憶されている複数の遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて、設定された振動子群に含まれる複数の振動子５１及び５２の各々に与えられる遅延時間を設定する。
【００６０】
受信遅延パターン制御部６４は、送受信位置決定部６１において設定された超音波の受信方向及び焦点距離に基づいて、受信フォーカス処理部３２Ｈ及び３２Ｌにおいて複数の検出信号に与えられる遅延パターンを制御する。
送信ビーム自動変更部６５は、周波数画像表示領域判断部４０における判断結果に基づいて、必要があれば、次に、送信される超音波ビームＵＳＨ及びＵＳＬの周波数や焦点距離を変更させるための情報を、送受信位置決定部６１に出力する。例えば、周波数画像の表示領域が狭く、周波数画像によって得られる情報が少ない場合には、１つの周波数の超音波ビームによって得られるＢモード画像の範囲を広くするために、図６の（ｂ）に示す焦点距離ＦＨ及びＦＬの間隔を調節する。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、２種類の超音波ビームの焦点距離をそれぞれ変化させることができるので、被検体内の各深さに、さらに適切な周波数の超音波を照射することが可能になり、それによって得られた超音波エコーに基づいて超音波画像や周波数画像を生成することが可能になる。
【００６２】
ここで、再び、図６の（ｂ）を参照すると、本実施形態においては、超音波ビームＵＳＨを２度打ちしても良い。即ち、最初に超音波ビームＵＳＨと超音波ビームＵＳＬとを同時に送信し、超音波ビームＵＳＬ又はその超音波エコー（即ち、深部からの超音波エコー）が被検体内を伝播している間に、超音波ビームＵＳＨを、焦点距離をずらして再び送信する。このように、被検体内の浅部について、駆動信号の発生間隔を短く（例えば、１／２）にしてダイナミックフォーカスを行うことにより、分解能をさらに向上させることが可能になる。
【００６３】
なお、本実施形態においても、互いに周波数が異なる３種類以上の超音波を用いても良い。その場合には、図６の（ａ）に示す１．５次元配列された複数の振動子５２の両外側に、周波数ｆＬよりも中心周波数が低い超音波を送信する第３、第４、…の振動子を１．５次元配列すると共に、振動子の配置がアレイの外側になるほど、超音波ビームの焦点距離が長くなるように、各振動子の駆動タイミングを電子的に制御すれば良い。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の変形例について、図７を参照しながら説明する。
図７の（ａ）に示すように、図６の（ａ）に示す超音波トランスデューサアレイ３を複数並べることにより、超音波トランスデューサアレイ４を作製しても良い。この場合には、図７の（ｂ）に示すように、一度に送信される超音波ビームの数を増やすことができる。従って、１回の超音波の送受信により、広い領域に関する超音波情報を取得することができるので、被検体内の３次元領域を高速に走査することが可能になる。
【００６５】
或いは、図６の（ａ）に示す超音波トランスデューサアレイ３の替わりに、図８に示す２次元超音波トランスデューサアレイ５を用いても良い。この超音波トランスデューサアレイは、中心周波数ｆＨの超音波を送信する複数の振動子７１と、中心周波数ｆＬの超音波を送信する複数の振動子７２とを含んでいる。超音波送信面のある小領域内に配置されている複数の振動子７１と、それらの振動子７１を囲むように配置されている振動子７２とにより、振動子群７３が形成されている。
【００６６】
複数の振動子群７３の各々に与えられる駆動信号を電子的に制御することにより、周波数が互いに異なる２種類の超音波ビームを、互いに異なる距離に集束するように同時に送信することができる。その際に、駆動信号の遅延パターンを変更することにより、各超音波ビームの焦点距離を変化させることができる。
この変形例を用いる場合には、一度に送信される超音波ビームの数を増やして、被検体内の３次元領域をさらに高速に走査することが可能になる。
【００６７】
さらに、振動子７１及び７２の各々に与えられる駆動信号の遅延パターンを変更することにより、所望の方向に伝播する超音波ビームを形成しても良い。超音波ビームの送信方向を変化させる場合には、超音波用探触子を機械的に移動させることなく、被検体内の３次元領域を走査することが可能になる。
【００６８】
また、半径の異なる円形又は円環状の複数の振動子を同心円状に配列することにより、アニュラアレイを作製しても良い。その場合には、同心円の内側に、高い周波数の超音波を送信する円形又は円環状の複数の振動子を配置し、同心円の外側に、低い周波数の超音波を送信する円環状の複数の振動子を配置する。そして、それらの振動子を電子的に制御することにより、そこから送信される超音波ビームの焦点距離を変化させることができる。
【００６９】
或いは、互いに異なる複数の周波数を送信する複数の種類の振動子を、２次元的にランダムに配置した２次元アレイを用いても良い。この場合においても、振動子の種類ごとに駆動タイミングを電子的に制御することにより、送信される超音波ビームの焦点距離を、超音波ビームの周波数ごとに変化させることができる。このように、超音波ビームを多段フォーカスして送信することにより、互いに周波数の異なる複数の超音波ビームを、撮像領域全体に照射することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波用探触子の構造を説明するための図である。
【図３】図１に示す超音波診断装置によって生成される超音波画像を表す模式図である。
【図４】図２に示す超音波用探触子の変形例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す超音波用探触子の構造を説明するための図である。
【図７】図６に示す超音波用探触子の変形例を説明するための図である。
【図８】図６に示す超音波用探触子の第２の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１〜５  超音波トランスデューサアレイ
１０、５０  超音波用探触子
１１、１２、１６、５１、５２、７１、７２  超音波トランスデューサ（振動子）
１３、５３  バッキング層
１４、１７  音響レンズ
１４ａ〜１４ｃ  領域
１５、５４  中空領域
２１、６１  送受信位置決定部
２２、６２  送信波形作成部
２３Ｈ、２３Ｌ  駆動信号発生部
２４  操作卓
２５  制御部
２６  記録部
３１Ｈ、３１Ｌ  信号処理部
３２Ｈ、３２Ｌ  受信フォーカス処理部
３３Ｈ、３３Ｌ  Ａ／Ｄ変換器
３４Ｈ、３４Ｌ  １次記憶部
３５Ｈ、３５Ｌ  Ｂモード画像データ生成部
３６Ｈ、３６Ｌ  周波数解析部
３７  抽出周波数演算部
３８  注目周波数自動決定部
３９  周波数画像データ生成部
４０  周波数画像表示領域判断部
４１  画像合成部
４２  ２次記憶部
４３  画像処理部
４４  表示部
４５、６５  送信ビーム自動変更部
６３  送信遅延パターン記憶部
６４  受信遅延パターン制御部
７３、１０１、１０２、…、２０１、２０２、…  振動子群
１１０  被検体
１１１  皮膚組織及び筋肉組織
１１２  骨部
１１３  腱及び靭帯
１１４  軟骨
【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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