(57)【要約】【課題】深度に応じた方位分解能の高い超音波画像データを、簡素な回路構成にて、簡便で、電源効率よく生成することができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】送信部１２は、制御部によって設定された超音波画像データの取得深度に応じて、複数の振動子２１ａのうちの隣接するｎ個の振動子２１ａを１組として、当該組内における送信超音波の位相のずれ量が、すくなくとも送信超音波に含まれる基本波成分を低減させて基本波成分のｎ倍の周波数成分を強調するための第１の位相量と、基本波成分を強調するための第２の位相量とに切り替わるように、複数の振動子２１ａの送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定する。【選択図】図３
2012183136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する複数の振動子を有する超音波探触子と、
前記複数の振動子にそれぞれ前記送信超音波を出力させる送信部と、
前記複数の振動子から出力された受信信号に基づいて前記被検体内の超音波画像データを生成する画像処理部と、
前記超音波画像データの取得深度を設定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、前記制御部によって設定された前記超音波画像データの取得深度に応じて、前記複数の振動子のうちの隣接するｎ個の振動子を１組として、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量が、少なくとも前記送信超音波に含まれる基本波成分を低減させて該基本波成分のｎ倍の周波数成分を強調するための第１の位相量と、前記基本波成分を強調するための第２の位相量とに切り替わるように、前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記複数の振動子のうちの隣接する２個の振動子を１組とし、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量を前記第１の位相量とするときに前記位相のずれ量がπとなるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、前記基本波成分を低減させて該基本波成分の２倍の周波数成分を強調するようにした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】
前記送信部は、前記複数の振動子のうちの隣接する３個の振動子を１組とし、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量を前記第１の位相量とするときに、当該組内のうちの一の振動子から出力される送信超音波の位相に対する当該組内における他の振動子から出力される送信超音波の位相のずれ量がそれぞれ２π／３、４π／３となるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、前記基本波成分を低減させて該基本波成分の３倍の周波数成分を強調するようにした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４】
前記送信部は、前記複数の振動子のそれぞれに、波形が矩形波である送信超音波を出力させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記画像処理部は、前記送信部によって、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量が前記第２の位相量となるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングが設定されたときは、前記受信信号から、前記反射超音波の高調波成分を抽出し、該抽出した高調波成分に基づいて前記被検体内の超音波画像データを生成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に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、超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から被検体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線等の被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の多くの特長を有する。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿器科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
さらに、近年、超音波画像を用いた診断の精度向上のために、従来のような超音波の基本波ではなく、高調波信号を用いたハーモニックイメージング（ＨＩ）診断が行われている。高調波は、送信する基本波が生体内部において歪むことによって含まれるようになる周波数成分であって、基本波の整数倍の周波数のものが支配的である。ＨＩ診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００４】
ＨＩ診断は、基本波と比較して、サイドローブレベルが小さいことでＳ／Ｎが良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることでビーム幅が細くなり方位分解能がよくなること等の利点を有する。さらに、近距離では音圧が小さく、さらに音圧の変動が少ないので多重反射が起こらないこと、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の超音波は、同一周波数の基本波の超音波に比べ深達度を大きく取れること、等の多くの利点を有している。
【０００５】
現在実用化されているＨＩ診断は、２次高調波や３次高調波などの高次高調波を用いたものである。高次高調波は基本波に比べて信号強度が弱いために（例えば、２次高調波は、基本波の−６ｄＢ以下であるとされている）、高次高調波を効率よく取り出す方法が考案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０１７４０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０６３４９３号公報
【特許文献３】特開２００９−２７９０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した高次高調波は、音圧のべき乗に比例して増加するとともに、超音波が音響伝達媒体としての生体内を伝播するにつれて徐々に含まれるようになるという性質を有している。そのため、上記特許文献１〜３に記載された発明では、ある程度の深度から受信した反射超音波からでないと、上述した高次高調波成分を抽出するのは困難である。すなわち、浅い部分においては、送信された超音波に含まれる高次高調波成分は少ないため、高次高調波を抽出して超音波画像データを生成するのは困難である。
【０００８】
一方、浅い部分において、方位分解能のよい超音波画像データを得る場合には、送信する超音波の周波数を高くすればよいが、周波数が高いほど減衰は大きくなるため、超音波が深部まで届きにくくなる。
【０００９】
そこで、深度に応じて送信する超音波の周波数を変更することが考えられる。すなわち、例えば、浅い部分における超音波画像データを得る場合には、送信する超音波の周波数を高くして基本波成分による超音波画像データを生成する。そして、深部における超音波画像データを得る場合には、送信する超音波の周波数を低くし、上述したようにして高次高調波を抽出して超音波画像データを生成する。このようにすれば、何れの深度においても高周波数の受信信号を得ることができるので、方位分解能のよい超音波画像データを生成することができる。
【００１０】
しかしながら、上述した方法では、深度に応じて送信する周波数を変更することから、周波数を変更するための特別な回路構成が必要となり、回路構成が複雑となる。また、送信する超音波が高周波であるほど消費電力が大きくなるので、電源効率がよくないという問題がある。また、超音波の送受信を行うための超音波探触子を、深度に応じて変更することも考えられるが、複数の超音波探触子を用意する必要があり、コストがかかるばかりか、超音波探触子を交換する手間もかかる。
【００１１】
本発明の課題は、深度に応じた方位分解能の高い超音波画像データを、簡素な回路構成にて、簡便で、電源効率よく生成することができる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、超音波診断装置において、
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する複数の振動子を有する超音波探触子と、
前記複数の振動子にそれぞれ前記送信超音波を出力させる送信部と、
前記複数の振動子から出力された受信信号に基づいて前記被検体内の超音波画像データを生成する画像処理部と、
前記超音波画像データの取得深度を設定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、前記制御部によって設定された前記超音波画像データの取得深度に応じて、前記複数の振動子のうちの隣接するｎ個の振動子を１組として、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量が、少なくとも前記送信超音波に含まれる基本波成分を低減させて該基本波成分のｎ倍の周波数成分を強調するための第１の位相量と、前記基本波成分を強調するための第２の位相量とに切り替わるように、前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信部は、前記複数の振動子のうちの隣接する２個の振動子を１組とし、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量を前記第１の位相量とするときに前記位相のずれ量がπとなるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、前記基本波成分を低減させて該基本波成分の２倍の周波数成分を強調するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送信部は、前記複数の振動子のうちの隣接する３個の振動子を１組とし、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量を前記第１の位相量とするときに、当該組内のうちの一の振動子から出力される送信超音波の位相に対する当該組内における他の振動子から出力される送信超音波の位相のずれ量がそれぞれ２π／３、４π／３となるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、前記基本波成分を低減させて該基本波成分の３倍の周波数成分を強調するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波診断装置において、
前記送信部は、前記複数の振動子のそれぞれに、波形が矩形波である送信超音波を出力させることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波診断装置において、
前記画像処理部は、前記送信部によって、当該組内における前記送信超音波の位相のずれ量が前記第２の位相量となるように前記複数の振動子の前記送信超音波の出力タイミングが設定されたときは、前記受信信号から、前記反射超音波の高調波成分を抽出し、該抽出した高調波成分に基づいて前記被検体内の超音波画像データを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、深度に応じた方位分解能の高い超音波画像データを、簡素な回路構成にて、簡便で、電源効率よく生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】送信部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】受信部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】送信信号設定処理について説明するフローチャートである。
【図６】ビームフォーカス用タイミングテーブルについて説明する図である。
【図７】３倍波抽出用遅延時間設定テーブルについて説明する図である。
【図８】加算処理後の遅延時間について説明する図である。
【図９】送信チャンネル毎の遅延時間について比較説明する図である。
【図１０】送信超音波に含まれる周波数成分の一部と、これらの周波数成分の合成結果を示すグラフである。
【図１１】基準送波と、−２π／３遅延送波と、２π／３遅延送波との関係を示すグラフである。
【図１２】基準送波、−２π／３遅延送波及び２π／３遅延送波が合成された結果を示すグラフである。
【図１３】基準送波と、−２π／３遅延送波と、２π／３遅延送波との関係を示すグラフである。
【図１４】基準送波、−２π／３遅延送波及び２π／３遅延送波が合成された結果を示すグラフである。
【図１５】受信信号抽出処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る超音波診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、超音波診断装置本体１と超音波探触子２とを備えている。超音波探触子２は、図示しない生体等の被検体に対して超音波（送信超音波）を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波（反射超音波：エコー）を受信する。超音波診断装置本体１は、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２に電気信号の駆動信号１２ａを送信することによって超音波探触子２に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子２にて受信した被検体内からの反射波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号である受信信号２１ｂに基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【００２１】
超音波探触子２は、圧電素子からなる複数の振動子２１ａが方位方向（走査方向）に一次元アレイ状に配列された振動子アレイ２１を備えている。本実施の形態では、例えば、１９２個の振動子２１ａからなる振動子アレイ２１を備えた超音波探触子２を用いている。なお、振動子アレイ２１は、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子２１ａの個数は、任意に設定することができる。本実施の形態では、超音波探触子２について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、セクタ走査方式及びコンベックス走査方式の何れの方式のものを採用することもできる。また、本実施の形態では、広帯域特性を有する振動子を適用するのが効果が高く、より良質な超音波画像とすることができる。すなわち、本実施の形態では、周波数領域が４〜３０ＭＨｚの範囲内にあって、比帯域が６７〜２００％である振動子を適用するのが好ましく、さらには、１００〜１５０％の比帯域であるものがより好ましい。本実施の形態では、例えば、４ＭＨｚの周波数特性を有し、比帯域が１００％である振動子を用いている。
【００２２】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、表示部１５と、制御部１６と、記憶部１７とを備えて構成されている。
【００２３】
操作部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部１６に出力する。
【００２４】
送信部１２は、制御部１６の制御に従って、超音波探触子２にケーブル３を介して電気信号である駆動信号１２ａを供給して超音波探触子２に送信超音波を発生させる回路である。
【００２５】
送信部１２は、図３に示すように、送信ビームフォーマ１２１と、複数のアンプ１２２とを備えている。
【００２６】
送信ビームフォーマ１２１は、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａと、遅延時間加算処理部１２１ｂと、遅延時間設定部１２１ｃと、パルス発生部１２１ｄと、遅延パルス発生部１２１ｅとを備え、送信超音波によって構成される送信ビームの収束を行う。
【００２７】
遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａは、後述する複数の送信チャンネルのそれぞれについての遅延時間が設定されたテーブルが記憶されている。遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａには、通常の送信ビームフォーカスを行う場合に設定されるフォーカス点（深度）毎のビームフォーカス用タイミングテーブルと、隣接する振動子２１ａから出力される送信超音波にそれぞれ含まれる基本波成分を低減し、基本波成分の３倍の周波数である３倍波成分を強調するための３倍波抽出用遅延時間設定テーブルと、基本波成分を低減し、基本波成分の２倍の周波数である２倍波成分を強調するための２倍波抽出用遅延時間設定テーブルとが記憶されている。ビームフォーカス用タイミングテーブル、３倍波抽出用遅延時間設定テーブル及び２倍波抽出用遅延時間設定テーブルの詳細については後述する。遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａは、制御部１６からの指示に応じて読み出されたテーブルのデータを遅延時間加算処理部１２１ｂ又は遅延時間設定部１２１ｃに出力する。
【００２８】
遅延時間加算処理部１２１ｂは、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａからビームフォーカス用タイミングテーブル及び３倍波抽出用遅延時間設定テーブル又は２倍波抽出用遅延時間設定の各テーブルのデータが入力されたときに、これらのテーブルのデータを送信チャンネル毎に加算して送信チャンネル毎の加算後の遅延時間を算出する。遅延時間加算処理部１２１ｂは、加算後の送信チャンネル毎の遅延時間を示すデータを遅延時間設定部１２１ｃに出力する。具体的な遅延時間の算出要領については後述する。
【００２９】
遅延時間設定部１２１ｃは、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａ又は遅延時間加算処理部１２１ｂから出力されたデータに基づいて、送信チャンネル毎の遅延時間を設定する。具体的には、遅延時間設定部１２１ｃは、送信ビームを構成するために駆動される複数の振動子２１ａを設定し、振動子２１ａ毎に送信チャンネルを割り当てる。次に、遅延時間設定部１２１ｃは、上述したようにして送信チャンネル毎の遅延時間を設定する。そして、遅延時間設定部１２１ｃは、送信チャンネル毎に設定された遅延時間が経過したときに、パルス発生部１２１ｄにて生成された駆動信号１２ａが出力されるように遅延パルス発生部１２１ｅに制御信号を出力する。なお、本実施の形態では、１９２個の振動子２１ａのうちの、６４個の振動子２１ａを駆動して送信ビームを形成するように構成されているが、送信ビームを形成するために駆動する振動子の数は任意である。
【００３０】
パルス発生部１２１ｄは、スイッチング回路を備えており、所定の周期で駆動信号１２ａを発生させる。パルス発生部１２１ｄによって発生される駆動信号１２ａは、所定の振幅を有する矩形パルス信号である。パルス発生部１２１ｄは、発生した駆動信号１２ａを遅延パルス発生部１２１ｅに出力する。なお、本実施の形態では、駆動信号１２ａの周波数を４ＭＨｚに設定しているが、駆動信号の周波数は適宜設定することができる。
【００３１】
遅延パルス発生部１２１ｅは、振動子２１ａ毎に対応した個別経路毎に駆動信号１２ａの出力が可能に構成されている。遅延パルス発生部１２１ｅは、遅延時間設定部１２１ｃから出力された制御信号に応じて、送信チャンネル毎に設定された遅延時間で各振動子２１ａが駆動されるように駆動信号１２ａの出力を制御する。出力された駆動信号１２ａは、アンプ１２２に入力される。なお、送信チャンネルが割り当てられていない振動子２１ａには駆動信号１２ａは出力されない。
【００３２】
アンプ１２２は、送信ビームフォーマ１２１から出力された駆動信号１２ａを増幅して超音波探触子２に出力する。
【００３３】
このように構成された送信部１２は、制御部１６の制御に従って、駆動信号１２ａを供給する複数の振動子２１ａを、１回以上の超音波の送受信毎に所定数ずらしながら順次切り替え、出力の選択された複数の振動子２１ａに対して駆動信号１２ａを供給することにより走査を行う。
【００３４】
受信部１３は、制御部１６の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して、反射波から得られた電気信号の受信信号２１ｂを受信し、音線データ１３ａを画像生成部１４に供給する。
【００３５】
受信部１３は、図４に示すように、高調波抽出回路１３１と、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）１３２と、整相加算回路１３３とを備えて構成されている。高調波抽出回路１３１及びＡＤＣ１３２は、それぞれ、振動子２１ａ毎に対応した個別経路毎に設けられている。受信部１３は、受信した受信信号２１ｂを、後述するフォーカス点の設定に応じて、高調波抽出回路１３１を経由してＡＤＣ１３２に入力するか、高調波抽出回路１３１を経由せずにＡＤＣ１３２に入力するかを切り替える。
【００３６】
高調波抽出回路１３１は、アナログ遅延回路１３１ａ及び加算回路１３１ｂを備えている。高調波抽出回路１３１に入力された受信信号２１ｂは、基本信号として加算回路１３１ｂに入力されるとともに、遅延信号を生成するためにアナログ遅延回路１３１ａにも入力される。
アナログ遅延回路１３１ａは、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＬＣ複合回路等のアナログ素子を備えて構成され、入力した受信信号２１ｂの位相を所定時間遅延させて加算回路１３１ｂに出力する。例えば、アナログ遅延回路１３１ａは、入力した受信信号２１ｂの位相を２π／３だけ遅らせた２π／３遅延信号と、４π／３だけ遅らせた４π／３遅延信号とを加算回路１３１ｂに出力する。
加算回路１３１ｂは、アナログ遅延回路１３１ａから出力された遅延信号と、基本信号とを入力し、これらを加算処理する。その結果、基本波成分が除去され、基本波成分の整数倍の周波数である高調波成分が抽出される。実際には、基本波成分は残存することがあるが、公知のフィルタリング処理によって無視できるレベルにまで除去することができる。加算回路１３１ｂは、加算処理によって生成された加算信号ＦをＡＤＣ１３２に出力する。
以上のような構成により、例えば、加算回路１３１ｂは、基本信号とともに、上述した２π／３遅延信号及び４π／３遅延信号を入力した場合には、基本波成分が除去され、基本波成分の３倍の周波数である３次高調波が抽出される。なお、受信信号２１ｂには、基本波成分の２倍の周波数成分である２次高調波が含まれるが、この場合には、基本波成分とともに除去される。
【００３７】
ここで、上述した高調波抽出回路１３１の構成で、３次高調波だけが抽出される理由について説明する。
【００３８】
まず、反射波の４次以上の高調波は、振幅が基本波の−１８ｄＢ以下と非常に小さくなることが理論的および実験的に確認されているので、反射波として３次高調波までを考えることとする。この場合、上述した受信信号２１ｂである基本信号ｆ（０）は、
ｆ（０）＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ
で表される。ここに、
ω：基本波の角周波数
Ａ：基本波成分の振幅
Ｂ：２次高調波成分の振幅
Ｃ：３次高調波成分の振幅
である。
【００３９】
次に、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）は、それぞれ、
ｆ（２π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）
ｆ（４π／３）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
と表される。
【００４０】
加算信号Ｆは、これらが加算されて、
Ｆ＝ｆ（０）＋ｆ（２π／３）＋ｆ（４π／３）
＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎ２ωｔ＋Ｃｓｉｎ３ωｔ＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）＋Ｂｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）＋Ｃｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝Ａ｛ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｂ｛ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）｝＋Ｃ｛ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）｝
と表される。
【００４１】
加算信号Ｆを、基本波成分、２次高調波成分および３次高調波成分に分けて考えると、
基本波成分は、
ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎωｔ＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ２π／３）＋（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１＋ｃｏｓ２π／３＋ｃｏｓ４π／３）＋ｃｏｓωｔ（ｓｉｎ２π／３＋ｓｉｎ４π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（０．８７−０．８７）
＝０
となる。
【００４２】
同様に、２次高調波成分は、
ｓｉｎ２ωｔ＋ｓｉｎ２（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ２（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ４π／３）＋（ｓｉｎ２ωｔ・ｃｏｓ８π／３＋ｃｏｓ２ωｔ・ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎ２ωｔ（１＋ｃｏｓ４π／３＋ｃｏｓ８π／３）＋ｃｏｓ２ωｔ（ｓｉｎ４π／３＋ｓｉｎ８π／３）
＝ｓｉｎωｔ（１−０．５−０．５）＋ｃｏｓωｔ（−０．８７＋０．８７）
＝０
となる。
【００４３】
また、３次高調波成分は、
ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３（ωｔ＋２π／３）＋ｓｉｎ３（ωｔ＋４π／３）
＝ｓｉｎ３ωｔ＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ２π＋ｓｉｎ３ωｔ・ｓｉｎ４π
＝３・ｓｉｎ３ωｔ
となる。
【００４４】
よって、加算信号Ｆは、
Ｆ＝３Ｃ・ｓｉｎ３ωｔ
となり、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅されて出力されることが分かる。
【００４５】
従って、原理的には、加算回路１３１ｂにより、基本波成分と２次高調波成分とが除去され、３次高調波成分が３倍に増幅された加算信号Ｆが出力されることになる。しかし、実際には、送信超音波の長さが有限であることと、２π／３遅延信号ｆ（２π／３）および４π／３遅延信号ｆ（４π／３）が、受信信号２１ｂを遅延して生成されることから、加算信号Ｆの先頭及び最後尾は、計算通りにはならない。この部分については、例えば、加算信号ＦをＡＤＣ１３２によってＡ／Ｄ変換した後、Ａ／Ｄ変換後の加算信号Ｆに対して３次高調波成分の周波数３ωを中心周波数とするＢＰＦ（Band Pass Filter）によるフィルタリング処理を行うことにより、基本波成分及び２次高調波成分を除去することができる。ここで、ＢＰＦは、急峻なフィルタ特性を有する必要はなく、例えば、３次高調波の周波数３ωを中心周波数として、帯域ωで−６ｄＢ／オクターブ程度の緩やかな特性であってもよい。
【００４６】
また、２次高調波を抽出する場合には、アナログ遅延回路１３１ａにおいて、入力した受信信号２１ｂの位相をπずらしたπ遅延信号を加算回路１３１ｂに出力する。そして、加算回路１３１ｂによって、基本信号とπ遅延信号とが加算される。この場合、π遅延信号は、基本信号に対して位相が１８０°遅れた信号であり、基本信号とπ遅延信号とを加算するのは、所謂パルスインバージョン法の演算そのものである。従って、２次高調波成分が抽出される。
【００４７】
ＡＤＣ１３２は、高調波抽出回路１３１からの加算信号Ｆ及び高調波抽出回路１３１を経由しない受信信号２１ｂをＡ／Ｄ変換して整相加算回路１３３に出力する。
【００４８】
整相加算回路１３３は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子２１ａ毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データ１３ａを生成する。ここで、上述したようにして高調波成分が抽出された場合には、高調波成分に基づく音線データが生成される。なお、アナログ処理により整相加算を行った後にＡ／Ｄ変換して音線データを得るようにしてもよい。
【００４９】
画像生成部１４は、受信部１３からの音線データ１３ａに対して包絡線検波処理や対数増幅などを実施し、ダイナミックレンジやゲインの調整を行って輝度変換することにより、Ｂモードによる超音波画像データを生成する。すなわち、Ｂモードによる超音波画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。
【００５０】
表示部１５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬティスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部１５は、操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された超音波画像データに基づいて被検体内の超音波診断画像を表示する。なお、表示装置に代えてプリンタ等の印刷装置等を適用してもよい。
【００５１】
制御部１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置Ｓの各部の動作を集中制御する。
ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリ等により構成され、超音波診断装置Ｓに対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
【００５２】
記憶部１７は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像生成部１４で生成された被検体内の超音波画像データを記憶する。
【００５３】
次に、以上のようにして構成された超音波診断装置Ｓにおいて実行される送信信号設定処理について図５を参照しながら説明する。この送信信号設定処理は、送信超音波を被検体に送信するタイミングで実行される処理である。
【００５４】
先ず、制御部１６は、今回の送信超音波を送信するために駆動する振動子２１ａを設定する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部１６は、送信部１２の遅延時間設定部１２１ｃにて、上述したようにして駆動する振動子２１ａを設定し、送信チャンネルを割り当てる。
【００５５】
次に、制御部１６は、フォーカス点Ｆ（ｘ）の設定を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部１６は、予め定められた複数段階の送信フォーカス点の深度から何れかを選択する。例えば、制御部１６は、第１段階〜第ｐ段階から何れかの送信フォーカス点の深度を選択する。本実施の形態では、例えば、第１段階〜第５段階の送信フォーカス点の深度が予め定められている。なお、送信フォーカス点の深度の段階数は任意である。このように、本実施の形態では、走査を行いながら、方位方向上同一の位置において、深度を変えつつ複数回の超音波の送受信を行う多段フォーカスが可能である。
【００５６】
制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）に対応するビームフォーカス用タイミングテーブルの読み出しを行う（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部１６は、送信部１２に、ステップＳ１０２において設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）に対応するビームフォーカス用タイミングテーブルを、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから読み出すように指示する。
【００５７】
ビームフォーカス用タイミングテーブルは、例えば、図６に示すように、０〜６３ｃｈの各送信チャンネルのそれぞれについての遅延時間を定めるものである。図６に示されたビームフォーカス用タイミングテーブルは、第１段階の送信フォーカス点の深度に対応するものであって、振動子アレイ２１から３５ｍｍの位置（深度３５ｍｍ）を送信フォーカス点とするものである。すなわち、このビームフォーカス用タイミングテーブルに示された遅延時間に従って各振動子２１ａから送信超音波を出力すると、各振動子２１ａから出力された送信超音波によって形成される送信ビームが、深度３５ｍｍの位置に向けて収束される。ビームフォーカス用タイミングテーブルは、上述したように、第１段階〜第ｐ段階の各段階に応じて複数設けられており、送信チャンネル毎に設定された遅延時間は、テーブル毎にそれぞれ異なっている。なお、図６に示されたビームフォーカス用タイミングテーブルは一例であって、例えば、同一の深度であっても、送信超音波が伝播する媒体の音響インピーダンス等に応じて各送信チャンネルに設定される遅延時間は適宜変更される。
【００５８】
次に、制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度は、例えば、第３段階目の送信フォーカス点の深度としているが、任意の位置に設定することができる。なお、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度は、第ｐ段階の送信フォーカス点の深度よりも小さい位置に設定される。
【００５９】
制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいと判定したときは（ステップＳ１０４：Ｙ）、送信チャンネル毎の遅延時間を設定する（ステップＳ１０５）。より具体的には、制御部１６は、フォーカス点Ｆ（ｘ）が、第４段階であることを示すフォーカス点Ｆ（４）及び第５段階であることを示すフォーカス点Ｆ（５）である場合には、ステップＳ１０３において読み出されたビームフォーカス用タイミングテーブルのデータを遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから遅延時間設定部１２１ｃに出力するように送信部１２を制御する。すなわち、通常の送信ビームフォーカスが行われるように各送信チャンネルの遅延時間が設定される。
【００６０】
制御部１６は、ステップＳ１０５において設定された送信チャンネル毎の遅延時間に従って振動子２１ａから超音波が出力されるように駆動信号１２ａを出力し（ステップＳ１０６）、この処理を終了する。すなわち、制御部１６は、送信部１２を制御して、遅延パルス発生部１２１ｅから駆動信号１２ａが出力されるように制御する。その結果、送信超音波が合成加算されて振幅が大きくなる。
【００６１】
また、制御部１６は、ステップＳ１０４において、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいと判定しないときは（ステップＳ１０４：Ｎ）、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ｂ）の深度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。本実施の形態では、フォーカス点Ｆ（ｂ）の深度は、例えば、第２段階目の送信フォーカス点の深度としているが、任意の位置に設定することができる。なお、フォーカス点Ｆ（ｂ）の深度は、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも小さい位置に設定される。
【００６２】
制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ｂ）の深度以下であると判定したときは（ステップＳ１０７：Ｙ）、３倍波抽出用遅延時間設定テーブルの読み出しを行う（ステップＳ１０８）。より具体的には、制御部１６は、フォーカス点Ｆ（ｘ）が、第１段階であることを示すフォーカス点Ｆ（１）及び第２段階であることを示すフォーカス点Ｆ（２）である場合には、送信部１２に、３倍波抽出用遅延時間設定テーブルを、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから読み出すように指示する。
【００６３】
３倍波抽出用遅延時間設定テーブルは、例えば、図７に示すように、０〜６３ｃｈの各送信チャンネルのそれぞれについてのそれぞれについての付加遅延時間を定めるものである。この３倍波抽出用遅延時間設定テーブルは、隣接する３つの送信チャンネルを１組とし、基準となる送信チャンネル（遅延時間が０である送信チャンネル）から出力される送信超音波に対して、他の送信チャンネルから出力される送信超音波の位相がそれぞれ２π／３、４π／３だけずれるように、各送信チャンネルの遅延時間が設定されている。例えば、送信超音波の位相を２π／３ずらす場合には、送信超音波が１／３λだけ進む時間を遅延時間として設定する。具体的には、音速が１５４０ｍ／ｓである媒体内における、周波数が４ＭＨｚである送信超音波の波長（λ）は
λ＝１５４０／（４．０×１０6）
＝０．３８５（ｍｍ）
となる。
そして、送信超音波が１／３λだけ進む時間（ｔ）は
ｔ＝（０．３８５×１０3）／１５４０／３
＝０．０８３ｍｓｅｃ
＝８３ｎｓｅｃ
となる。
したがって、隣接する３つの送信チャンネルを１組とし、基準となる送信チャンネルに対して、他の送信チャンネルから出力される送信超音波の出力タイミングが８３ｎｓｅｃ、１６７ｎｓｅｃだけ遅延するように、各送信チャンネルの遅延時間が設定されることにより、送信超音波の位相を２π／３、４π／３だけずらすことができるようになる。
本実施の形態における３倍波抽出用遅延時間設定テーブルは、遅延パルス発生部１２１ｅから出力される駆動信号１２ａの出力タイミングが、０ｎｓｅｃ、８３ｎｓｅｃ、１６７ｎｓｅｃ、８３ｎｓｅｃの周期で遅延するように送信チャンネル毎の遅延時間が設定されている。
なお、３倍波抽出用遅延時間設定テーブルにおいて設定される送信チャンネル毎の遅延時間については、基準となる一の送信チャンネルから出力される送信超音波に対して、他の送信チャンネルから出力される送信超音波の位相が相対的に２π／３ずつずれるように設定されていれば、任意に設定することができる。本実施の形態では、図７に示すように、遅延時間を０ｎｓｅｃ、８３ｎｓｅｃ、１６７ｎｓｅｃ、８３ｎｓｅｃの周期で設定したが、例えば、０ｎｓｅｃ、８３ｎｓｅｃ、０ｎｓｅｃ、−８３ｎｓｅｃといったような周期に設定し、出力される送信超音波が０、２π／３、０、−２π／３の周期でずれるようにしてもよい。
【００６４】
以上のようにして、３倍波抽出用遅延時間設定テーブルが読み出されると、制御部１６は、ステップＳ１０３において読み出されたビームフォーカス用タイミングテーブルの遅延時間と３倍波抽出用遅延時間設定テーブルの遅延時間とを送信チャンネル毎に加算する（ステップＳ１０９）。具体的には、制御部１６は、ステップＳ１０３において読み出されたビームフォーカス用タイミングテーブルのデータと、ステップＳ１０８において読み出された３倍波抽出用遅延時間設定テーブルのデータとを、それぞれ遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから遅延時間加算処理部１２１ｂに出力するように送信部１２を制御する。制御部１６は、遅延時間加算処理部１２１ｂに入力された各テーブルの遅延時間を送信チャンネル毎に加算するように送信部１２を制御する。その結果、遅延時間加算処理部１２１ｂにおいて、図８に示すような、送信チャンネル毎の加算処理後の遅延時間が設定されたデータが生成される。
【００６５】
送信チャンネル毎の遅延時間を設定するためのデータ構成について図９を参照して比較をすると、通常の送信ビームフォーカスによる送信超音波の出力を行う場合は、送信チャンネル毎の駆動信号１２ａの遅延時間が円弧を成すように推移したものとなっている。これに対し、上述のようにして遅延時間が加算された場合には、送信チャンネル毎の駆動信号１２ａの遅延時間が、通常の送信ビームフォーカスによって設定される遅延時間を起点として、ノコギリ状となるように推移する。
【００６６】
その後、制御部１６は、ステップＳ１０５において、上述したようにして送信チャンネル毎の遅延時間を設定する。この場合、制御部１６は、ステップＳ１０９において生成された加算処理後の遅延時間を示すデータを遅延時間加算処理部１２１ｂから遅延時間設定部１２１ｃに出力するように送信部１２を制御する。そして、制御部１６は、ステップＳ１０６において、上述したようにして駆動信号１２ａを出力し、この処理を終了する。
【００６７】
以上のように、加算処理後の遅延時間に従って送信超音波が送信チャンネル毎に出力されると、送信超音波に含まれる基本波成分が低減され、基本波成分の３倍の周波数である３倍波成分が強調された送信ビームを形成することができる。
【００６８】
ここで、上述した構成により、基本波成分が低減されて３倍波成分が強調される理由について説明する。
なお、本実施の形態では、基準となる送信超音波に対して、２π／３及び４π／３だけ位相量を異ならせた送信超音波を出力するようにしたが、同様の理論が適用できるため、以下、理解を容易にするため、基準となる送信超音波に対して、正負方向に２π／３だけ位相量を異ならせた送信超音波をそれぞれ出力した場合について説明する。
【００６９】
上述したように、駆動信号１２ａは矩形パルス信号であるので、送信超音波も矩形波を成す。
矩形波である送信超音波（Ｙ）は、フーリエ級数にて展開して表すと
Ｙ＝ｓｉｎ（ωｔ）＋１／３ｓｉｎ（３ωｔ）＋１／５ｓｉｎ（５ωｔ）＋１／７ｓｉｎ（７ωｔ）＋１／９ｓｉｎ（９ωｔ）＋・・・
となる。ここで、
ω：基本波の角周波数
である。
すなわち、矩形波である送信超音波を展開すると、送信超音波には、送信超音波と同じ周波数のサイン波からなる基本波成分と、基本波成分の奇数倍の周波数成分とが含まれていることがわかる。なお、以下の説明において、基本波成分と、基本波成分の奇数倍の周波数成分を総称して奇数倍成分ということがある。
以下、送信超音波（Ｙ）を、基準送波Ｙ（ｎ）として説明する。
【００７０】
次に、基準送波Ｙ（ｎ）に対して−２π／３だけ位相量を遅らせた遅延送波Ｙ（ｎ−１）も同様に展開して表すと
Ｙ（ｎ−１）＝ｓｉｎ（ωｔ−２π／３）＋１／３ｓｉｎ｛３（ωｔ−２π／３）｝＋１／５ｓｉｎ｛５（ωｔ−２π／３）｝＋１／７ｓｉｎ｛７（ωｔ−２π／３）｝＋１／９ｓｉｎ｛９（ωｔ−２π／３）｝＋・・・
となる。
また、基準送波Ｙ（ｎ）に対して２π／３だけ位相量を遅らせた遅延送波Ｙ（ｎ＋１）も同様に展開して表すと
Ｙ（ｎ＋１）＝ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）＋１／３ｓｉｎ｛３（ωｔ＋２π／３）｝＋１／５ｓｉｎ｛５（ωｔ＋２π／３）｝＋１／７ｓｉｎ｛７（ωｔ＋２π／３）｝＋１／９ｓｉｎ｛９（ωｔ＋２π／３）｝＋・・・
となる。
【００７１】
遅延送波Ｙ（ｎ−１）、基準送波Ｙ（ｎ）及び遅延送波Ｙ（ｎ＋１）は、媒体内において下記式によって表されるように加算合成される。
Ｙ（ｎ−１）＋Ｙ（ｎ）＋Ｙ（ｎ＋１）
＝ｓｉｎ（ωｔ−２π／３）＋ｓｉｎ（ωｔ）＋ｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）
＋１／３［ｓｉｎ｛３（ωｔ−２π／３）｝＋ｓｉｎ（３ωｔ）＋ｓｉｎ｛３（ωｔ＋２π／３）｝］
＋１／５［ｓｉｎ｛５（ωｔ−２π／３）｝＋ｓｉｎ（５ωｔ）＋ｓｉｎ｛５（ωｔ＋２π／３）｝］
＋１／７［ｓｉｎ｛７（ωｔ−２π／３）｝＋ｓｉｎ（７ωｔ）＋ｓｉｎ｛７（ωｔ＋２π／３）｝］
＋１／９［ｓｉｎ｛９（ωｔ−２π／３）｝＋ｓｉｎ（９ωｔ）＋ｓｉｎ｛９（ωｔ＋２π／３）｝］
＋・・・
＝ｓｉｎ（３ωｔ）＋１／３ｓｉｎ（９ωｔ）＋・・・
しかしながら、振動子の帯域や媒体内における減衰等の影響により、送信超音波に含まれる基本波成分の５倍以上の周波数成分は発生しないか、無視できるレベルとなる。
したがって、合成後の送信超音波においては、基本波成分は消失され、基本波の３倍の周波数成分である３倍波のみが残存する。そして、上述の式に示された通り、３倍波は強調されて３倍の振幅となる。すなわち、４ＭＨｚの送信超音波を出力した場合は、４ＭＨｚの基本波成分は消失され、振幅が３倍となった１２ＭＨｚの３倍波のみが残存する。
【００７２】
以上の理論について、グラフを用いて説明すると以下のようになる。
図１０は、送信超音波に含まれる周波数成分の一部と、これらの周波数成分の合成結果を示している。なお、説明の便宜上、７倍波成分よりも大きい周波数成分については図示及び説明を省略する。
【００７３】
図１０に示すように、送信超音波には、基本波成分Ａと、３倍波成分Ｂと、５倍波成分Ｃと、７倍波成分Ｄとが含まれている。ここで、これらの各周波数成分は以下のようにして表される。
Ａ＝ｓｉｎω
Ｂ＝１／３ｓｉｎ（３ω）
Ｃ＝１／５ｓｉｎ（５ω）
Ｄ＝１／７ｓｉｎ（７ω）
【００７４】
そして、上記各周波数成分を合成すると、合成波Ｅが生成される。合成波Ｅは以下のようにして表される。
Ｅ＝ｓｉｎω＋１／３ｓｉｎ（３ω）＋１／５ｓｉｎ（５ω）＋１／７ｓｉｎ（７ω）
以下、合成波Ｅを、基準送波Ｅ1として説明する。
【００７５】
次に、基準送波Ｅ1に対して−２π／３だけ位相量を遅らせた−２π／３遅延送波Ｅ2及び２π／３だけ位相量を遅らせた２π／３遅延送波Ｅ3を、基準送波Ｅ1とともにグラフにて表すと、図１１に示すようになる。
ここで、−２π／３遅延送波Ｅ2及び２π／３遅延送波Ｅ3は、以下の式にて表される。
Ｅ2＝ｓｉｎω＋１／３ｓｉｎ（３ω）＋１／５ｓｉｎ（５ω）＋１／７ｓｉｎ（７ω）−２π／３
Ｅ3＝ｓｉｎω＋１／３ｓｉｎ（３ω）＋１／５ｓｉｎ（５ω）＋１／７ｓｉｎ（７ω）＋２π／３
【００７６】
基準送波Ｅ1、−２π／３遅延送波Ｅ2及び２π／３遅延送波Ｅ3は、媒体内において合成されると、基準送波Ｅ1、−２π／３遅延送波Ｅ2及び２π／３遅延送波Ｅ3にそれぞれ含まれる３倍波成分のみが累積加算され、その他の周波数成分は相殺される。従って、原理的には、図１２に示すように、３倍波成分のみが３倍の振幅となって表れる一方、基本波成分を含め、その他の周波数成分については消失される。しかしながら、実際には、送信超音波の長さが有限であることと、２π／３遅延送波及び−２π／３遅延送波が、基準送波を遅延して生成されることから、合成後の送信超音波の先頭及び最後尾は、計算通りにはならない。
【００７７】
これについて、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、上述した基準送波と、基準送波よりも−２π／３だけ位相量を遅らせた−２π／３遅延送波と、基準送波よりも２π／３だけ位相量を遅らせた２π／３遅延送波との関係を示すグラフである。ここでは、隣接する３つの振動子２１ａからそれぞれ、基準送波と、−２π／３遅延送波と、２π／３遅延送波とを出力した場合を例示し、図１３中、基準送波Ｇ1、−２π／３遅延送波Ｇ2、２π／３遅延送波Ｇ3として図示する。
【００７８】
図１４は、基準送波Ｇ1、−２π／３遅延送波Ｇ2及び２π／３遅延送波Ｇ3を加算して得られた合成波Ｈを示すグラフである。図１４に示すように、上述したようにして各振動子２１ａから、それぞれ位相量を遅らせて送信超音波を出力すると、位相が２πから１４π／３の間で、３倍波成分以外の周波数成分が除去され、３倍波成分のみが３倍に増幅されていることが分かる。従って、より方位分解能に優れた基本波成分の３倍の周波数成分である３倍波を効率よく強調することができる。
【００７９】
一方、合成波Ｈの先端部分のうちの位相が０から４π／３までの間は、基準送波Ｇ1と同様の波形そのまま表れ、位相が４π／３から２πまでの間は、基準送波Ｇ1と−２π／３遅延送波Ｇ2とが合成された結果が表れている。
【００８０】
同様に、合成波Ｈの最後尾部分のうちの位相が１４π／３から１６π／３までの間は、基準送波Ｇ1と２π／３遅延送波Ｇ3とが合成された結果が表れ、位相が１６π／３以降は、２π／３遅延送波Ｇ3と同様の波形がそのまま表れている。
【００８１】
このような先端部分及び最後尾部分については、実際には、反射波の受信時において、立ち上がり及び立ち下りのレスポンス等の特性により応答され難いため、影響は少ない。また、このような先端部分及び最後尾部分については、例えば、公知の受信フィルタを用いて除去することもできる。
【００８２】
このように、本実施の形態では、深度の小さい位置においては、送信超音波に含まれる基本波成分が低減され、基本波成分の３倍の周波数成分である３倍波が強調されるので、方位分解能に優れた反射波を得ることができるようになる。
【００８３】
図５に戻って、説明を続けると、制御部１６は、ステップＳ１０７において、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、所定のフォーカス点Ｆ（ｂ）の深度以下であると判定しないときは（ステップＳ１０７：Ｎ）、２倍波抽出用遅延時間設定テーブルの読み出しを行う（ステップＳ１１０）。より具体的には、制御部１６は、フォーカス点Ｆ（ｘ）が、第３段階であることを示すフォーカス点Ｆ（３）である場合には、送信部１２に、２倍波抽出用遅延時間設定テーブルを、遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから読み出すように指示する。
【００８４】
２倍波抽出用遅延時間設定テーブルは、例えば、隣接する２つの送信チャンネルを１組とし、基準となる送信チャンネルから出力される送信超音波に対して、他の送信チャンネルから出力される送信超音波の位相がπだけずれるように、各送信チャンネルの遅延時間が設定されている。例えば、送信超音波の位相をπだけずらす場合には、送信超音波が１／２λだけ進む時間を遅延時間として設定すればよい。したがって、音速が１５４０ｍ／ｓである媒体内における、周波数が４ＭＨｚである送信超音波の場合には、遅延時間を１２５ｎｓｅｃに設定すればよい。
本実施の形態における２倍波抽出用遅延時間設定テーブルは、遅延パルス発生部１２１ｅから出力される駆動信号１２ａの出力タイミングが、０ｎｓｅｃ、１２５ｎｓｅｃの周期で遅延するように送信チャンネル毎の遅延時間が設定されている。
【００８５】
なお、２倍波抽出用遅延時間設定テーブルにおいて設定される送信チャンネル毎の遅延時間については、基準となる一の送信チャンネルから出力される送信超音波に対して、他の送信チャンネルから出力される送信超音波の位相が相対的にπずつずれるように設定されていれば、任意に設定することができる。
【００８６】
以上のようにして、２倍波抽出用遅延時間設定テーブルが読み出されると、制御部１６は、ステップＳ１０３において読み出されたビームフォーカス用タイミングテーブルの遅延時間と２倍波抽出用遅延時間設定テーブルの遅延時間とを送信チャンネル毎に加算する（ステップＳ１０９）。具体的には、制御部１６は、ステップＳ１０３において読み出されたビームフォーカス用タイミングテーブルのデータと、ステップＳ１１０において読み出された２倍波抽出用遅延時間設定テーブルのデータとを、それぞれ遅延時間設定テーブル記憶部１２１ａから遅延時間加算処理部１２１ｂに出力するように送信部１２を制御する。制御部１６は、遅延時間加算処理部１２１ｂに入力された各テーブルの遅延時間を送信チャンネル毎に加算するように送信部１２を制御する。その結果、遅延時間加算処理部１２１ｂにおいて、送信チャンネル毎の加算処理後の遅延時間が設定されたデータが生成される。
【００８７】
その後、制御部１６は、ステップＳ１０５において、上述したようにして送信チャンネル毎の遅延時間を設定する。そして、制御部１６は、ステップＳ１０６において、上述したようにして駆動信号１２ａを出力し、この処理を終了する。
【００８８】
以上のように、加算処理後の遅延時間に従って送信超音波が送信チャンネル毎に出力されると、送信超音波に含まれる奇数倍成分が低減され、基本波成分の２倍の周波数である２倍波成分が強調された送信ビームを形成することができる。
【００８９】
ここで、上述した構成により、基本波成分が低減されて２倍波成分が強調される理由について説明する。
【００９０】
上述したように、矩形波である送信超音波には、理論的には、奇数倍成分のみが含まれ、２倍波成分は含まれない。ところが、実際には、出力される送信超音波は、振動子２１ａの特性等、物理的要因により、きれいな矩形波とはならず、歪みが生じたものとなる。この波形を分析すると、基本波成分の偶数倍の周波数成分が含まれていることが分かる。なお、以下の説明において、基本波成分の偶数倍の周波数成分を偶数倍成分ということがある。
【００９１】
本実施の形態では、以上の特性を利用して２倍波成分の抽出を行うようにしている。
すなわち、基準送波と、基準送波に対してπだけ位相量を遅らせたπ遅延送波とを合成すると、奇数倍成分はすべて除去され、偶数倍成分のみが２倍に増幅される。ここで、基本波成分の４倍以上の周波数成分は、振動子の帯域や媒体内における減衰等の影響により発生しないか、無視できるレベルとなる。
したがって、合成後の送信超音波においては、基本波成分を含む奇数倍成分は消失され、基本波の２倍の周波数成分である２倍波のみが残存する。そして、上述した通り、２倍波は強調されて２倍の振幅となる。すなわち、４ＭＨｚの送信超音波を出力した場合は、４ＭＨｚの基本波成分は消失され、振幅が２倍となった８ＭＨｚの２倍波のみが残存する。
【００９２】
次に、受信信号抽出処理について図１５を参照しながら説明する。この受信信号抽出処理は、反射波を受信するタイミングで実行される処理である。
【００９３】
まず、制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００９４】
制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいと判定したときは（ステップＳ２０１：Ｙ）、受信部１３にて、上述したようにして受信信号２１ｂから３次高調波を抽出する高調波抽出処理を行い（ステップＳ２０２）、この処理を終了する。なお、高調波抽出処理において２次高調波を抽出するようにしてもよい。
【００９５】
このように、本実施の形態では、深度の大きい位置においては、送信超音波から基本波成分を除去せず、この送信超音波から得られた反射波に含まれる高調波成分を抽出するので、深度の大きい位置においても、方位分解能に優れた超音波画像データを生成することができるようになる。
【００９６】
一方、制御部１６は、設定されたフォーカス点Ｆ（ｘ）の深度が、フォーカス点Ｆ（ａ）の深度よりも大きいと判定しないときは（ステップＳ２０１：Ｎ）、受信部１３にて、上述したようにして受信信号２１ｂを、高調波抽出回路１３１を経由せずにＡＤＣ１３２に入力する基本波抽出処理を行い（ステップＳ２０３）、この処理を終了する。なお、このとき、高調波成分を除去するためにフィルタリング処理を行うようにしてもよい。
【００９７】
このように、本実施の形態では、深度の小さい位置においては、基本波成分が除去され、２倍波成分及び３倍波成分が強調された送信超音波の反射波によって受信信号を取得することができるので、高調波成分の抽出し難いような深度の小さい位置においても、方位分解能に優れた超音波画像データを生成することができるようになる。
【００９８】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、超音波探触子２は、駆動信号１２ａによって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号２１ｂを出力する複数の振動子２１ａを有する。送信部１２は、複数の振動子２１ａにそれぞれ送信超音波を出力させる。画像生成部１４は、複数の振動子２１ａから出力された受信信号２１ｂに基づいて被検体内の超音波画像データを生成する。制御部１６は、超音波画像データの取得深度を設定する。送信部１２は、制御部１６によって設定された超音波画像データの取得深度に応じて、複数の振動子２１ａのうちの隣接するｎ個の振動子２１ａを１組として、当該組内における送信超音波の位相のずれ量が、すくなくとも送信超音波に含まれる基本波成分を低減させて基本波成分のｎ倍の周波数成分を強調するための第１の位相量と、基本波成分を強調するための第２の位相量とに切り替わるように、複数の振動子２１ａの送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定する。その結果、深度に応じた周波数成分の超音波を出力することができる。例えば、深度の大きい位置については、基本波成分を強調することで超音波を深部まで到達させ、高調波成分を抽出することで方位分解能に優れた受信信号を得ることができる。また、高調波成分の得られないような深度の小さい位置においても、送信超音波に含まれる基本波成分を低減させて高次周波数成分を強調することで、高い周波数成分の反射波を得ることができる。そのため、深度の小さい位置においても同様に、方位分解能に優れた受信信号を得ることができる。そして、これらの受信信号によれば、深度に応じた方位分解能の高い超音波画像データを生成することができる。また、送信超音波自体の周波数を変更しないで実現することができるので、特別な回路構成を必要とせず、簡素な構成とすることができる。また、送信超音波の周波数を変更するために超音波探触子を交換する必要もないため、コストにも優れ、交換作業も不要である。また、送信超音波の周波数を大きくすることもないため、周波数の増大に伴う電力消費が抑制され、電源効率に優れる。
【００９９】
また、本発明の実施の形態によれば、送信部１２は、複数の振動子２１ａのうちの隣接する２個の振動子２１ａを１組とし、当該組内における送信超音波の位相のずれ量を第１の位相量とするときに位相のずれ量がπとなるように複数の振動子２１ａの送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、基本波成分を低減させて基本波成分の２倍の周波数成分を強調する。その結果、例えば、高調波成分の得られないような位置においても、基本波成分の２倍の周波数成分の反射波を得ることができ、方位分解能に優れた受信信号を得ることができる。
【０１００】
また、本発明の実施の形態によれば、送信部１２は、複数の振動子２１ａのうちの隣接する３個の振動子２１ａを１組とし、当該組内における送信超音波の位相のずれ量を第１の位相量とするときに、当該組内のうちの一の振動子２１ａから出力される送信超音波の位相に対する当該組内における他の振動子２１ａから出力される送信超音波の位相のずれ量がそれぞれ２π／３、４π／３となるように複数の振動子２１ａの送信超音波の出力タイミングをそれぞれ設定して、基本波成分を低減させて基本波成分の３倍の周波数成分を強調する。その結果、例えば、高調波成分の得られないような位置においても、基本波成分の３倍の周波数成分の反射波を得ることができ、方位分解能に優れた受信信号を得ることができる。
【０１０１】
また、本発明の実施の形態によれば、送信部１２は、複数の振動子２１ａのそれぞれに、波形が矩形波である送信超音波を出力させる。その結果、簡素な回路構成できれいな波形を含む送信超音波を出力することができる。
【０１０２】
また、本発明の実施の形態によれば、受信部１３は、送信部１２によって、当該組内における送信超音波の位相のずれ量が第２の位相量となるように複数の振動子２１ａの送信超音波の出力タイミングが設定されたときは、受信信号２１ｂから、反射超音波の高調波成分を抽出する。画像生成部１４は、抽出した高調波成分に基づいて被検体内の超音波画像データを生成する。その結果、ある程度の深度である位置においては、高い周波数成分である高調波成分を適切に抽出することができ、方位分解能に優れた受信信号を得ることができる。
【０１０３】
なお、本発明の実施の形態における記述は、本発明に係る超音波診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。超音波診断装置を構成する各機能部の細部構成及び細部動作に関しても適宜変更可能である。
【０１０４】
また、本実施の形態では、所定の深度よりも大きい場合には、送信超音波に含まれる基本波成分を増幅し、この基本波成分の反射波から得られた受信信号より高次高調波を得るようにしたが、高次高調波を取得しない構成としてもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態では、受信信号より２次高調波又は３次高調波を抽出する構成としたが、２次高調波と３次高調波とを、深度に応じて切り替えて抽出する構成としてもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態では、深度に応じて送信超音波に含まれる３倍波成分及び２倍波成分を強調する構成としたが、何れか一方のみ強調する構成であってもよい。
【０１０７】
また、本実施の形態では、一の振動子に対して一の送信チャンネルを割り当て、方位方向に隣接するｎ個の振動子を１組とし、当該組内において送信超音波の位相をずらすようにしたが、例えば、ｎ個の振動子毎に送信チャンネルを割り当て、一の送信チャンネル内において送信超音波の位相をずらすように構成してもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態では、複数の振動子が一次元アレイ状に配列された超音波探触子を適用し、方位方向に隣接するｎ個の振動子を１組とし、当該組内において送信超音波の位相をずらすように構成したが、例えば、複数の振動子が二次元アレイ状に配列された超音波探触子を適用した場合、方位方向とは垂直であるエレベーション方向に隣接するｎ個の振動子を１組とし、当該組内において送信超音波の位相をずらすように構成してもよい。
【０１０９】
また、高次高調波の取得は、フィルタ法やインバージョン法等、公知の取得方法が採用できる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリ等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ（搬送波）も適用される。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｓ  超音波診断装置
１  超音波診断装置本体
２  超音波探触子
２１ａ  振動子
１２  送信部
１３  受信部
１４  画像生成部
１６  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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