(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する超音波トランスジューサと、この超音波トランスジューサを一定の電圧の駆動パルスおよび／または異なる電圧の駆動パルスで駆動して、同一方向へ超音波を送波させる駆動パルス発生手段と、前記超音波トランスジューサで受波されたエコー信号を受信する受信手段と、この受信手段で受信された受信信号を、前記一定の電圧の駆動パルスに基づく受信信号には当該受信信号に対して信号処理を施して所望の第１の情報を得るとともに、前記異なる電圧の駆動パルスに基づく少なくとも一方の受信信号に所定の係数を掛け、他の受信信号との差を求めて所望の第２の情報を得る信号処理手段と、この信号処理手段で得られた前記第１の情報に基づく出力および／または第２の情報に基づく出力を表示する表示手段と、前記受信手段で受信された受信信号を少なくとも１フレーム分一時保存するとともに保存した前記受信信号に基づく情報を前記表示手段に表示するフリーズ手段を有し、このフリーズ手段を動作させるフリーズ操作に応じて、前記駆動パルス発生手段から前記超音波トランスジューサへ供給する駆動パルスを、一定の電圧の駆動パルスから異なる電圧の駆動パルスに変更することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記駆動パルス発生手段から前記超音波トランスジューサへ供給する異なる電圧の駆動パルスは、複数の低電圧の駆動パルスと単数の高電圧の駆動パルスとから成り、前記複数の低電圧の駆動パルスに基づき前記受信手段または基本波受信手段で受信された受信信号は加算されることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記駆動パルス発生手段から前記超音波トランスジューサへ供給する異なる電圧の駆動パルスの内、低電圧の駆動パルスのパルス幅は高電圧の駆動パルスのパルス幅よりも長いことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高電圧の駆動パルスよりもパルス幅の長い低電圧の駆動パルスに基づき前記受信手段または基本波受信手段で受信された受信信号は、前記高電圧の駆動パルスに基づき前記受信手段または基本波受信手段で受信された受信信号のパルス幅と略等しくなるようにパルス圧縮されることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記係数は、前記超音波トランスジューサを駆動する駆動パルスの電圧および／または前記超音波トランスジューサからの超音波の送受波方向の距離に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記係数は、前記超音波トランスジューサを有する超音波プローブの種類および／または超音波プローブから送波される超音波の集束条件に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記係数は、前記フリーズ手段に保存されている前記受信信号に対して調節できることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記信号処理手段または基本波信号処理手段による信号処理は、前記受信手段または基本波受信手段で受信された高周波の受信信号で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記受信手段または基本波受信手段で受信された受信信号を少なくとも１フレーム分一時保存するとともに保存した前記受信信号に基づく情報を前記表示手段に表示するフリーズ手段を有し、フリーズした後で保存された受信信号に対して前記信号処理手段または基本波信号処理手段により信号処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記受信手段は、前記超音波トランスジューサで受波された基本波成分のエコー信号を受信することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項９のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波トランスジューサから放射される超音波ビームで、被検体内を走査したときの反射波情報によって、体内の診断情報を得る超音波診断装置に係り、とくに超音波の非線形効果を利用した新しい超音波映像法を実現した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波トランスジューサから超音波ビームを被検体内へ放射すると、この超音波ビームは生体内を伝播していき、伝播途中における血管壁や臓器などの生体組織の境界すなわち、音響インピーダンスの不連続面で次々と反射が起こり、エコー信号として超音波トランスジューサへ返ってくる。このエコー信号の振幅は当該不連続面での音響インピーダンスの差に依存している。また、超音波ビームが血球や心臓壁などの移動体の表面で反射したとき、そのエコー信号は、ドップラ効果によって当該移動体のビーム方向の速度成分に依存して周波数偏移を受けることになる。
超音波診断装置は、このようなエコー信号を処理することによって、断層像や血流速などが観察できるようになっている。そして、エコー信号としては、一般的にはもっぱら基本波成分のみが利用されていた。
【０００３】
ところが近年、超音波診断装置で得られる超音波画像の画質を向上させる目的で、超音波ビームが被検体内を伝播する過程で発生する高調波の反射波を受信して画像を生成する、ティシュ・ハーモニックイメージング（Tissue  Harmonic  Imaging：以下、ＴＨＩと称する。）が開発され、特に超音波トランスジューサから中程度例えば２ｃｍから１０ｃｍの間の距離で鮮明な画像が得られるようになった。
この高調波の反射波は超音波の非線形現象の結果として発生し、その効果は超音波の強度が強いほど大きい。従って、正面に向けて放射され画像生成に必要な強い超音波すなわち、指向性におけるメインローブで非線形効果が大きく強い高調波が発生する。
一方、超音波を放射すると、メインローブの周囲に別の方向へ向けて放射されるサイドローブが生ずる。このサイドローブは、画像のアーチファクトの原因ともなる不要の超音波であるが、サイドローブの振幅はメインローブに比較すると１／１０以下であり、非線形効果は非常に弱い。そのため、サイドローブによって高調波はほとんど発生しない。従って、高調波成分でみると、画像生成に必要なメインローブに対し、解像度を劣化させる悪要因のサイドローブは極めて小さくなり、これがＴＨＩで画質が改善される大きな理由である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波は媒体内を伝搬するに従い減衰し、その結果として被検体の深部ほど超音波の強度は弱くなり非線形効果が軽減される。さらに、周波数が高いほど超音波の減衰が激しいため、高調波の反射波を用いて生成した画像は、深部では必然的に感度が低下して画像を描出できなくなる。従って、深部の画像を描出できないことがＴＨＩの最大の欠点である。
本発明は、このような事情に基づきなされたものであり、その目的は、非線形現象を利用することによってサイドローブの悪影響を除き、深部においても十分な感度を得て画質を向上する、新しい超音波映像法を実現した超音波診断装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、超音波を送受波する超音波トランスジューサと、この超音波トランスジューサを一定の電圧の駆動パルスおよび／または異なる電圧の駆動パルスで駆動して、同一方向へ超音波を送波させる駆動パルス発生手段と、前記超音波トランスジューサで受波されたエコー信号を受信する受信手段と、この受信手段で受信された受信信号を、前記一定の電圧の駆動パルスに基づく受信信号には当該受信信号に対して信号処理を施して所望の第１の情報を得るとともに、前記異なる電圧の駆動パルスに基づく少なくとも一方の受信信号に所定の係数を掛け、他の受信信号との差を求めて所望の第２の情報を得る信号処理手段と、この信号処理手段で得られた前記第１の情報に基づく出力および／または第２の情報に基づく出力を表示する表示手段と、前記受信手段で受信された受信信号を少なくとも１フレーム分一時保存するとともに保存した前記受信信号に基づく情報を前記表示手段に表示するフリーズ手段を有し、このフリーズ手段を動作させるフリーズ操作に応じて、前記駆動パルス発生手段から前記超音波トランスジューサへ供給する駆動パルスを、一定の電圧の駆動パルスから異なる電圧の駆動パルスに変更することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について、図１ないし図９を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の主要構成要素を示した系統図であり、送信部１、超音波プローブ２、基本波受信部３、基本波信号処理部４、高調波受信部５、高調波信号処理部６、検波部７、デジタルスキャンコンバータ（Digital  Scan  Converter：以下、ＤＳＣと称する。）部８、制御部９、表示部１０などから構成されている。
送信部１には、クロック回路１１と駆動回路１２が設けられている。クロック回路１１は、超音波の送信タイミングを決定するためのクロックパルスを発生するものであり、例えば５kHzのレート周波数でクロックパルスが発信される。そして、クロック回路１１からのクロックパルスが駆動回路１２に供給されると、駆動回路１２では超音波の指向性を決めるために必要な適当な遅延を受けたトリガパルスを生じ、このトリガパルスに同期した中心周波数ｆｏの高周波の駆動パルスを発生して超音波プローブ２へ印加する。
【００１２】
超音波プローブ２の先端部には、多数の超音波トランスジューサ２１が配列されており、駆動回路１２から供給される駆動パルスは、各超音波トランスジューサに個別に、または近隣グループ単位に印加される。この駆動パルスの電圧は、従来の超音波診断装置では、少なくとも１フレームについては通常８０Ｖから２００Ｖ程度の範囲内の一定値に設定されている。
しかし本発明では、１フレーム内さらには１本の走査線に対して、異なる電圧の駆動パルスで超音波トランスジューサ２１を駆動するようにしている。
すなわち、クロック回路１１から第１のクロックパルスが駆動回路１２に送られると、駆動回路１２から超音波プローブ２の超音波トランスジューサ２１へ、例えば５０Ｖの低電圧の駆動パルスｕ１が印加される。次に、第１のクロックパルスから例えば２００μｓ後に、クロック回路１１から第２のクロックパルスが駆動回路１２に送られると、駆動回路１２から超音波プローブ２の超音波トランスジューサ２１へ、例えば１００Ｖの高電圧の駆動パルスｕ２が印加されるように制御する。この制御は、制御部９からの指令によって行われる。
これら、低電圧の駆動パルスｕ１と高電圧の駆動パルスｕ２との、異なる電圧の駆動パルスによって、交互に超音波トランスジューサ２１は駆動され、超音波プローブ２から被検体の同一方向ヘ中心周波数ｆｏの超音波パルスが発射される。この被検体内ヘ発射された超音波パルスは、体内組織で反射され、その反射波は同じ超音波トランスジューサ２１でエコー信号として受波されて、微弱な電気信号に変換される。そして、電気信号に変換された信号の基本波成分（中心周波数ｆｏ）は、基本波受信部３に導入され受信信号となる。
【００１３】
基本波受信部３には、基本波受信回路３１、第１のメモリ３２、第２のメモリ３３が設けられている。基本波受信部３に導入された基本波成分を主とする信号は、基本波受信回路３１で増幅され、さらに受信指向性を決めるために必要な例えば送信時と同じ遅延を受けることにより、受信指向性を持った受信信号が取得される。
そして、制御部９の制御の基で、低電圧の駆動パルスｕ１によって、超音波トランスジューサ２１から発射された超音波パルスに基づくエコーの受信信号は、第１のメモリ３２に記憶され、同様に、第１のクロックパルスの後に、高電圧の駆動パルスｕ２によって、超音波トランスジューサ２１から発射された超音波パルスに基づくエコーの受信信号は、第２のメモリ３３に記憶される。
基本波受信部３の第１のメモリ３２および第２のメモリ３３に記憶された受信信号は、基本波信号処理部４へ送られて係数処理が施される。
すなわち、第１のメモリ３２に記憶された受信信号は、第１の係数回路４１で例えば１倍に、また、第２のメモリ３３に記憶された受信信号は、第２の係数回路４２でｂ倍に係数倍される。そして、両係数回路４１、４２で係数倍された受信信号は、差回路４３へ供給されて差が演算され、その出力は検波部７の第１の検波回路７１で検波され、Ｂモード処理などがされて画像データとされた後、ＤＳＣ部８の合成回路８１へ供給される。なお、第２の係数回路４２における係数ｂは、一般には超音波トランスジューサ２１からの距離の関数であり、超音波診断装置では反射波の到達時間の関数として制御される。
【００１４】
一方、前記低電圧の駆動パルスｕ１および高電圧の駆動パルスｕ２によって発射された超音波パルスに基づき、体内組織で反射される反射波には高調波成分を含み、この高調波成分についても同じ超音波トランスジューサ２１でエコー信号として受波されて、微弱な電気信号に変換される。この電気信号に変換された高調波成分（例えば第２高調波２ｆｏ）の信号は、高調波受信部５に導入されて増幅されて高調波の受信信号となる。
この高調波の受信信号は、低電圧の駆動パルスｕ１に基づくものと高電圧の駆動パルスｕ２に基づくものとの異なったレベルの信号であるが、これらは高調波信号処理部６へ供給されて例えば加算などの処理がなされる。そして、高調波信号処理部６の出力は検波部７の第２の検波回路７２で検波され、Ｂモード処理などが施されて画像データとなる。これはＴＨＩ信号であり、このＴＨＩ信号もＤＳＣ部８の合成回路８１へ供給される。
合成回路８１では、第１の検波回路７１から入力された基本波成分を主とする信号と、第２の検波回路７２から入力された高調波成分を主とするＴＨＩ信号を合成してＤＳＣ８２へ供給する。すなわち、合成回路８１で合成された画像データは、超音波走査に同期した信号なので、これをテレビ走査方式の表示装置１０に表示できるようにするために、ＤＳＣ８２によって標準のテレビ走査に同期して読み出すことにより、走査方式を変換して表示装置１０へ供給する。
【００１５】
ここで、最も一般的なBモード画像（断層像）を得る場合を考えると、同一方向へ発射した低電圧の駆動パルスｕ１および高電圧の駆動パルスｕ２に基づく超音波パルスにより得られた反射信号（受信信号）で、1本の走査線の情報が得られ、これがＤＳＣ８２に書き込まれる。そして、超音波ビームの方向を少しずつずらせて同様の送受信を行なうことにより、１００本程度の走査線で一画面を形成して、表示装置１０に画像として表示されることになる。
なお、合成回路８１で合成された画像データの内、比較的遠距離については第１の検波回路７１から入力された基本波成分を主とする信号によって良好な画像データが提供され、近距離あるいは中距離については、第２の検波回路７２から入力されたＴＨＩ信号によって良好な画像データが提供される。よって、近距離（浅部）から遠距離（深部）にわたって良好な画像を得ることができる。ただし、近距離は、非線形効果が小さいため従来の非線形効果を用いない信号をそのまま用いてもよい。
また、低電圧の駆動パルスｕ１により発射された超音波パルスに基づき得られた反射信号はレベルが小さいため、詳細は後述するが、1本の走査線の情報を得るために、例えば、高電圧の駆動パルスｕ２１つに対して低電圧の駆動パルスｕ１を５つ発生させる。すなわち、低電圧の駆動パルスｕ１の電圧を例えば２０Ｖ（ｕ１＝２０Ｖ）、高電圧の駆動パルスｕ２の電圧を例えば１００Ｖ（ｕ２＝１００Ｖ）として、低電圧の駆動パルスｕ１で連続して５回超音波トランスジューサ２１を駆動し、これに続けて高電圧の駆動パルスｕ２で１回超音波トランスジューサ２１を駆動して、同一方向に６回超音波パルスを発射し、方向をずらしながらこれを繰り返す。
【００１６】
そして、低電圧の駆動パルスｕ１によって、超音波トランスジューサ２１から発射された超音波パルスに基づくエコー信号の基本波成分を主とする受信信号は、第1のメモリ３２で加算して記憶する。同様に、高調波成分を主とする受信信号は高調波信号処理回路６で加算される。
なお、低電圧の駆動パルスｕ１により超音波を同じ方向に例えば5回発射した場合は、高電圧の駆動パルスｕ２を含めて、1本の走査線を作るのに6回の超音波を発射することになり、一画面を生成するのに6倍の時間がかかるためフレーム数が低下する。そこで、通常は低電圧の駆動パルスｕ１を使用せず、高電圧の駆動パルスｕ２のみによる画像を高フレーム数で描出して、所望とする診断部位を見つけ出すようにする。これは、一定の電圧の駆動パルスを使用する従来の超音波診断装置と同様であり、リアルタイム性のよい画像が得られる。
そして、所望の診断部位の画像を捉えたときに、従来の超音波診断装置にも備えれられている周知のフリーズ機能を用いて、１フレーム分ないし数フレーム分の画像データを一時的に保存するように、フリーズボタンを押し、このときに、低電圧の駆動パルスｕ１と高電圧の駆動パルスｕ２とを用いて超音波を発射するように動作を切替え、あるいは低電圧の駆動パルスｕ１により超音波を5回発射して画像を生成する処理を行なうようにして、深部の鮮明な画像を得るようにしてもよい。このときフリーズされるデータは、異なった電圧の駆動パルスｕ１、ｕ２に基づき得られるものであり、基本波受信部３の第１のメモリ３２および第２のメモリ３３に、それぞれフリーズ用メモリを用意しておく。
なお、図１では第１のメモリ３２および第２のメモリ３３には、基本波受信回路３１の検波前の高周波出力が記憶され、基本波信号処理部４で処理された後第１の検波回路７１で検波されるように構成されている。
【００１７】
また、第２の係数回路４２における係数ｂは、超音波トランスジューサ２１からの距離の関数であり、反射波の到達時間の関数として制御されると説明したが、要は、異なる電圧の駆動パルスに基づく受信信号の差をとったときの、サイドローブの影響をゼロに近づけるためのものである。よって、係数ｂは距離のみではなく、超音波トランスジューサ２１に印加される駆動電圧や、超音波トランスジューサ２１から発射される超音波ビームを集束させる集束条件すなわち、超音波周波数、焦点距離、アパーチャによっても変わるものである。さらに、同時に駆動する超音波トランスジューサ２１の数、それを配列している面のカーブの形状、超音波トランスジューサ２１の表面に設けてある音響レンズの焦点距離などの違いによる超音波プローブ２の種類や、被写体によっても変わるものである。
そのため、これらに応じて係数ｂを適宜設定すればよく、特定の条件ではｂ＝１となることもあり、あらかじめ適当な標準値を設定しておくのが便利である。
【００１８】
そして、画像をフリーズすると、低電圧の駆動パルスｕ１に基づき得られたデータは、基本波受信部３の第１のメモリ３２に記憶されており、高電圧の駆動パルスｕ２に基づき得られたデータは、第２のメモリ３３に記憶されているので、表示装置１０に表示されたフリーズ画像を見ながら第２の係数回路４２の係数値を微調整することができる。このフリーズした画像に対して係数ｂを調整すれば、画像に調整結果を反映させながら、画質を最適とすることができる。
この場合、表示装置１０にフリーズ前後の一定の電圧の駆動パルスに基づき得られた画像と、フリーズした異なった電圧の駆動パルスに基づき得られた画像とを、切替えて表示したり、両方の画像を並べて表示したりするようにする。とくに、両方の画像を並べて表示すれば、両画像の比較評価や教育用として活用するのに便利である。上記の係数の調整やフリーズ操作などは、制御部９に備えられているＣＰＵを通して行なわれる。
なお、係数ｂの調整に関しては、必ずしも第２の係数回路４２でｂ倍に係数倍されるだけではなく、例えば第２の係数回路４２によって、第２のメモリ３３に記憶された受信信号を１倍するものとすれば、第１の係数回路４１によって、第１のメモリ３２に記憶された受信信号を１／ｂ倍するようにして、第１の係数回路４１の係数ｂを調整するようにしてもよい。
【００１９】
次に、上記のように構成した超音波診断装置によって、なぜサイドローブの悪影響を減少させて鮮明な画像が得られるのか、その理由について説明する。
図２は、超音波の非線形現象を測定するための実験に用た、超音波のビーム形状を示したものである。すなわち、一辺Ｄが１２mm（Ｄ＝１２mm）、集束点Ｆが６０mm（Ｆ＝６０mm）、周波数ｆｏが３．７５MHz（ｆｏ＝３．７５MHz）の矩形の超音波トランスジューサ（圧電振動子）２５に、パルス発生器２６によりｕボルトのパルス電圧ｕ（V）を印加して水中に超音波を発射し、距離Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の位置にあるワイヤターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３からの反射波を、受信回路２７で受信して受信電圧ｖ（V）を測定する。ここで、Ｘ１＝２０mm、Ｘ２＝６０mm、Ｘ３＝１１０mmである。
図３のグラフは、横軸を印加電圧ｕ（V）、縦軸を受信電圧ｖ（V）として、この実験で得られた測定データをワイヤターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３の位置をパラメータとして示したものであり、黒丸はＸ１＝２０mmの位置にあるワイヤターゲットＴ１、黒三角はＸ２＝６０mmの位置にあるワイヤターゲットＴ２そして、黒四角はＸ３＝１１０mmの位置にあるワイヤターゲットＴ３によるものである。なお、曲線はそれぞれ理論曲線であり、以下の（１）式で表される。
【００２０】
【数１】
0004580490.tif 000002
【００２１】
ここで、ａは非線形効果の大きさを表す値であり、ａ＝０であれば、ｖ＝ｋｕとなり非線形効果はなく、ａが大きいほど非線形効果は大きくなる。超音波トランスジューサ２５からの距離Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３に対するｋおよびａの値を表1に示す。
【００２２】
【表１】
0004580490.tif 000003
【００２３】
このような図3のグラフおよび表１から、超音波トランスジューサ２５からの距離が、Ｘ１（２０mm）、Ｘ２（６０mm）、Ｘ３（１１０mm）と遠くなるほどａの値が大きくなり、距離に対する非線形の積分効果が読み取れる。
いま、超音波トランスジューサ２５から距離Ｘ３＝１１０mmの深さの音場（すなわち、指向性）を考えてみる。非線形がない場合の矩形振動子の指向性関数Ｒ（θ）は理論的に求まっており（２）、（３）式で表される。
【００２４】
【数２】
0004580490.tif 000004
【００２５】
ここで、λは超音波の波長であり、音速を１，５００m/sとすればλ＝０．４mmである。λ＝０．４mm、  Ｄ＝１２mmを（３）式に代入して、指向特性をグラフで表示すると図4のようになる。なお図４では、分かりやすくするために縦軸はＲ（θ）を１００倍したが、第１サイドローブの高さはメインローブの約２０％であることが分かる。
次に、印加電圧ｕ（V）での非線形効果を考慮した指向特性をＲｎ（ｕ）とすると、（４）式のようになる。
【００２６】
【数３】
0004580490.tif 000005
【００２７】
なお、表１に示されているように、距離１１０mmでのａの値は０．０２４９V−１（以下、簡単にするため、０．０２５とする）である。そして、異なった印加電圧u１とｕ２とで超音波トランスジューサ２５をそれぞれ駆動して、印加電圧u１で得られた受信信号から印加電圧ｕ２で得られた受信信号に係数ｂを掛けた値を引いた差の信号の指向特性をΔＲ（u１，ｕ２）とすれば、これは（５）式で示される。
【００２８】
【数４】
0004580490.tif 000006
【００２９】
そして、印加電圧u１＝５０（V）、ｕ２＝１００（V）での指向特性をそれぞれ、Ｒｎ（５０）、Ｒｎ（１００）とし、さらに係数ｂ＝８／１４とした場合の差の指向特性ΔＲ（５０，１００）は、（６）式ないし（８）式で示され、これらの指向特性をグラフで表示すると、それぞれ図５、図６、図７のようになる。
【００３０】
【数５】
0004580490.tif 000007
【００３１】
従来の超音波診断装置のように、例えば１００Vの一定の印加電圧で振動子を駆動して超音波を放射した場合、図５に示すように、振幅の大きいメインローブでは強い非線形効果により振幅が減少しサイドローブはそれ程減衰しないから、メインローブに対する第1サイドローブの高さは４６％にもなり、メインローブにより得られる本来の画像に不要なサイドローブによる偽の画像がかぶりとなって重なり、これが画質を大幅に劣化させる原因となっている。
一方、１００Vの１／２の印加電圧５０Vで振動子を駆動した場合は、非線形効果は１００Vで駆動した場合に比較して小さく、そのためサイドローブの高さはメインローブの３６％と減少する。さらに、印加電圧５０Vで振動子を駆動したものから印加電圧１００Vで振動子を駆動したものに係数ｂ＝８／１４を掛けて差をとると、図７に示すように、サイドローブの比は１３％と大幅に改善される。
【００３２】
しかし、図５に示した印加電圧１００Vの場合のメインローブの振幅に対して、図７に示した差のメインローブの振幅は１／５であり、差をとると大幅に感度が低下してしまうことになる。そこで、低い印加電圧ｕ１の反射波信号をN回加え合わせ、それから高い印加電圧ｕ２の反射波信号を差し引くものとする。
すなわち、低い印加電圧ｕ１の反射波信号をN回加え合わせた指向特性をＮＲｎ（u１）とし、それから高い印加電圧ｕ２の反射波信号を係数ｂ倍した指向特性ｂＲｎ（ｕ２）を差し引いた差の指向特性をΔＲ（Ｎ＊ｕ１，ｕ２）で表すと、これは（９）式で示される。
【００３３】
【数６】
0004580490.tif 000008
【００３４】
とくに、ｕ１＝ｕ２／Ｎすなわち、低い方の印加電圧を高い方の１／Ｎとして、その反射信号をＮ回加算した場合は、ＮＲｎ（u１）＝ＮＲｎ（ｕ２／Ｎ）となり、（９）式の差の指向特性ΔＲ（Ｎ＊ｕ１，ｕ２）は、（１０）式で示される。
【００３５】
【数７】
0004580490.tif 000009
【００３６】
図８は、ｕ１＝２０V、ｕ２＝１００V、Ｎ＝５の場合の指向特性５Ｒｎ（２０）、図9は、ｂＲｎ（ｕ２）＝（８／１４）Ｒｎ（１００）との差の指向特性ΔＲ（５＊２０，１００）を示したものである。
【００３７】
図５に示したメインローブに対する第１サイドローブの比４６％、メインローブの振幅２８．６と比較して、（１０）式の処理をした図９に示す指向特性では、メインローブに対する第１サイドローブの比は３．３％、メインローブの振幅は２９．９であり、サイドローブは１／１４と大幅に減少し、メインローブの振幅は僅かながら大きくなっている。従って、ほぼ同等の感度を維持しながら、サイドローブによる偽像のかぶりを１／１４に減少させることができ、画質が大幅に改善されることがわかる。
なおこの場合、低電圧駆動により、５回送受信を行うものとすると、それだけ時間がかかってしまい、実時間での観測が困難になるという問題が生ずる。この問題を解決するためには、低電圧の駆動パルスのパルス幅を長くして超音波を発射し、その反射波信号にパルス圧縮技術による信号処理を施すことにより、低電圧の複数の駆動パルスによる反射波信号を加算したものと同程度の幅でピーク値の高いパルスに変換するとよい。このパルス圧縮技術により変換された低電圧駆動の受信波形と、高電圧駆動の受信波形との差をとれば、低電圧駆動、高電圧駆動ともに１回でよく、フレーム数を増加させリアルタイムの画像を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば、画像をフリーズした場合、表示装置１０に表示された画像を見ながら係数ｂを微調整することができると説明したが、複数フレーム分の画像をフリーズできるようにすれば、その分だけ溯った画像についても係数ｂを調整することができ、フリーズされた中の最良の画像を選択し、その画像に対して最適な係数となるような調整を施して、より良好な画像を得ることができる。
また、近距離または中距離の画像は、主に一定の電圧の駆動パルスに基づく受信信号あるいはＴＨＩ手法により取得し、遠距離の画像は主に異なる電圧の駆動パルスに基づく受信信号により取得するようにして、それらを合成することによって、浅部から深部までサイドローブの影響の少ない鮮明な画像を得ることができる。この場合、適宜重みを変えて合成するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、非線形現象を利用することにより、被検体の深部におけるサイドローブによる画質劣化を大幅に改善して、鮮明な画像を描出することを可能にした超音波診断装置が提供される。また、従来の手法により取得した画像（ＴＨＩを含む）と本発明による手法を用いて取得した画像とを合成することによって、被検体の浅部から深部までサイドローブの影響の少ない鮮明な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態を示した系統図である。
【図２】超音波の非線形現象を測定するための実験に用た、超音波のビーム形状を示した説明図である。
【図３】図２の実験で得られた測定データを示したグラフである。
【図４】本発明の原理を説明するために示した、非線形がないと仮定した場合の指向特性図である。
【図５】本発明の原理を説明するために示した、高電圧により駆動した場合の指向特性図である。
【図６】同じく、本発明の原理を説明するために示した、低電圧により駆動した場合の指向特性図である。
【図７】本発明の原理を説明するために、非線形現象を考慮した信号処理を施すことによって、サイドローブが低減されることを示した指向特性図である。
【図８】本発明の一実施の形態における、低電圧により駆動した場合の指向特性図である。
【図９】本発明の一実施の形態としての、非線形現象を考慮した信号処理を施すことによって、サイドローブが大幅に低減されることを示した指向特性図である。
【符号の説明】
１  送信部
２  超音波プローブ
３  基本波受信部
４  基本波信号処理部
５  高調波受信部
６  高調波信号処理部
７  検波部
８  ＤＳＣ部
９  制御部
１０  表示装置
【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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