特許 6443217 超音波画像診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6443217

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】超音波画像診断装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20181217BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/14

【請求項の数】8

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2015-103842(P2015-103842)

(22)【出願日】2015年5月21日

(65)【公開番号】特開2016-214622(P2016-214622A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2017年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷口 哲哉

【審査官】 永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６８５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２４９４１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０７６２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８０３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２８８４２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２０６７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２０８０５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５６０８６９０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、前記駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動し、波連長が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が６以下であり、最大強度を０［ｄＢ］として規格化した後の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が−８［ｄＢ］以上である送信超音波を前記超音波探触子に送信させ、
前記画像生成部は、前記送信超音波を送信することより得られた受信信号の高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する超音波画像診断装置。

【請求項2】

被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、駆動時間が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が７以下であり、前記送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が１０［ｄＢ］以上である駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動する超音波画像診断装置。

【請求項3】

前記送信部は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより前記駆動信号を生成する請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置。

【請求項4】

前記送信部は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより得られた波形を送信部の電圧ステート数に応じて割り当てを行った波形情報を記憶しておき、これに基づいて前記駆動信号を生成する請求項１又は２に記載の超音波診断装置。

【請求項5】

被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、駆動時間が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記駆動時間の各区間を０．５波とみなして周波数換算し、当該換算した周波数を前記超音波探触子の送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数で規格化した値の標準偏差が０．１以上０．３以下である駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動する超音波画像診断装置。

【請求項6】

前記駆動時間の最初の区間と最後の区間の少なくともいずれか一方が、全区間中の最大区間である請求項５記載の超音波診断装置。

【請求項7】

前記駆動時間の最初の区間と最後の区間の間の区間全てが、最初の区間と最後の区間のいずれよりも短い区間である請求項５又は６記載の超音波診断装置。

【請求項8】

前記送信部は、それぞれ波形の異なる駆動信号を同一走査線上に時間間隔をおいて複数回出力し、
前記画像生成部は、前記複数回の駆動信号によって生成された送信超音波に対応する前記反射超音波から得られた各受信信号の演算により高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波画像診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波診断は、超音波探触子を体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子が得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。

【0003】

このような超音波診断画像を表示する技術において、送信信号の基本波成分（周波数ｆ０）に対する高調波成分（例えば周波数２ｆ０，３ｆ０等）を画像化することによって、コントラストの良い画像が得られることが報告されている。このような撮像法は、ティッシュハーモニックイメージング(Tissue Harmonic Imaging)と呼ばれている。

【0004】

上述した高調波成分は、主に超音波が被検体内を伝播する際に生ずる非線型歪みに起因して発生する。すなわち、生体内に照射された超音波は、組織の非線型応答により組織伝播中に信号が歪み、高調波成分が増大する。この結果、そのエコー信号には例えば基本波ｆ０の２倍周波数の２ｆ０や、３倍周波数の３ｆ０の成分が含まれることとなる。

【0005】

ティッシュハーモニックイメージングにおける高調波成分のエコーを抽出する方法としては、従来報告されている方法の一例として、フィルタ法と呼ばれるものがある。これは、中心周波数が例えば２ｆ０の帯域通過フィルタを用いて受信信号から例えば２ｆ０の高調波成分を抽出するものである。また、他の一例として、パルスインバージョン法と呼ばれるものがある。これは、極性を相互に反転させた第１および第２の送信波形を、時間間隔をおいて送信し、それぞれのエコー信号を整相加算して基本波成分を打ち消すことによって２次の高調波成分を強調するものである。そのため基本波成分を打ち消すには極性反転する相互の波形の送信駆動装置には高度の正負駆動対称性が要求される。

【0006】

しかしながら、超音波信号の高調波成分は、基本波成分と比べて周波数が高いから伝播時に減衰の影響を受けやすく、深部からのエコー信号の到達度、つまりペネトレーションがよくないという問題点があった。一方、基本波の中心周波数ｆ０を下げれば減衰の影響を受けにくくなるからペネトレーションは改善できるが、周知のように分解能が低下してしまう。

【0007】

上述の２方法のうち、基本波／高調波の区別無く低周波領域をカットしてしまうフィルタ法では、よりこの影響が顕著となり、抽出後の帯域も狭くなるために画質もパルスインバージョン法と比較して一般的に劣るため、低価格装置以外ではパルスインバージョン法が主流となっている。

【0008】

近年は上述のパルスインバージョン法において分解能を維持しつつペネトレーションを向上する方法として、２次高調波より周波数の低い差音を利用する方法（特許文献１参照）や、発生する高調波をｆ０の１〜２倍の周波数領域とする方法（特許文献２参照）が提案されているが、送信駆動装置への正負駆動対称性要求は依然として高いままである。

【0009】

加えて従来の単一周波数送波ではなく、複数周波数や周波数遷移等により複雑な時間波形を送波する要求が高まり、安価な３値（＋ＨＶ／ＧＮＤ／−ＨＶ）や５値（＋ＨＶ／＋ＭＶ／ＧＮＤ／−ＭＶ／−ＨＶ）の送信駆動装置では制御に限界が生じ、更なる多値駆動装置の採用や周辺回路での波形整形が必要とされるために、更に送信駆動装置の低コスト化や小型化が困難となっている。
上述した問題点を解決する方法として、本願発明者は、鋭意検討の末、送信信号の周波数パワースペクトルの強度ピークを適宜設定することにより、５値以下の送信ステート数の送信駆動装置であっても分解能が特に高い高調波画像が得られる超音波診断装置を提供することが可能となった（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００２−３０１０６８号公報

【特許文献2】特開２００３−３１０６０９号公報

【特許文献3】特開２０１４−１６８５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、上記特許文献３の超音波診断装置は、高分解能な画像が得られ、相応のペネトレーションも有しており有用性は高いが、深部では解像度が低下する傾向があった。浅部の分解能やＳ／Ｎを維持しながら深部の解像度を改善し、浅部から深部まで均一性の高い高調波画像を得られるようにすることが要望されていた。

【0012】

高調波画像をより深部まで描出させる方法の一つとしては駆動電圧を大きくする方法がある。しかしながら駆動電圧を上げるためには電源能力や装置の耐電圧が高いことが要求されるため、装置の大型化や高コスト化を招き、小型で安価な装置で実現することは難しい。また、超音波探触子に対しても圧電材料の脱分極や絶縁破壊等のリスクが高まるため好ましくなく、駆動電圧を大きくすることに依らない方法が求められている。

【0013】

Ｓ／Ｎを駆動電圧に依らず向上する方法としては、コード化送信やチャープ波等の長パルスを送信し、受信結果にマッチドフィルタ等を適用して短パルス化する、いわゆるパルス圧縮技術があるものの、その適用は基本波イメージングに実質的に限定され、高調波を用いたイメージングに適用することは困難という問題があった。

【0014】

また、高調波イメージングに用いていた従来の送信波形を繰り返すなどして単純に長パルス化する方法では、超音波探触子の−２０ｄＢ帯域下限周波数の１．５波相当以上を超える駆動時間になると、送信信号の長パルス化に伴って得られる画像の分解能も低下してしまい、要求を満たす超音波画像を得ることは困難であった。

【0015】

本発明の課題は、浅部から深部まで均一性及び画質の高い超音波画像を容易に得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、前記駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動し、波連長が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が６以下であり、最大強度を０［ｄＢ］として規格化した後の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が−８［ｄＢ］以上である送信超音波を前記超音波探触子に送信させ、
前記画像生成部は、前記送信超音波を送信することより得られた受信信号の高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する。

【0017】

請求項２に記載の発明は、
被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、駆動時間が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が７以下であり、前記送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が１０［ｄＢ］以上である駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動する。

【0018】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置において、
前記送信部は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより前記駆動信号を生成する。

【0019】

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置において、
前記送信部は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより得られた波形を送信部の電圧ステート数に応じて割り当てを行った波形情報を記憶しておき、これに基づいて前記駆動信号を生成する。

【0020】

請求項５に記載の発明は、
被検体に向けて送信超音波の送信と反射超音波の受信とを行う超音波探触子を備え、当該超音波探触子により得られた受信信号から超音波画像データを生成する超音波画像診断装置であって、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力することにより当該超音波探触子に前記送信超音波を生成させる送信部と、
前記超音波探触子から受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備え、
前記送信部は、駆動時間が前記超音波探触子の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記駆動時間の各区間を０．５波とみなして周波数換算し、当該換算した周波数を前記超音波探触子の送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数で規格化した値の標準偏差が０．１以上０．３以下である駆動信号を用いて前記超音波探触子を駆動する。

【0021】

請求項６に記載の発明は、請求項５記載の超音波診断装置において、
前記駆動時間の最初の区間と最後の区間の少なくともいずれか一方が、全区間中の最大区間である。

【0022】

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６記載の超音波診断装置において、
前記駆動時間の最初の区間と最後の区間の間の区間全てが、最初の区間と最後の区間のいずれよりも短い区間である。

【0023】

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置において、
前記送信部は、それぞれ波形の異なる駆動信号を同一走査線上に時間間隔をおいて複数回出力し、
前記画像生成部は、前記複数回の駆動信号によって生成された送信超音波に対応する前記反射超音波から得られた各受信信号の演算により高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、浅部から深部まで均一性及び画質の高い超音波画像を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施の形態の超音波画像診断装置の外観図である。

【図2】超音波画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】送信部の機能構成を示すブロック図である。

【図4】（ａ）は、実施の形態の一例の送信超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。（ｂ）は、深度が表層部における反射超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。（ｃ）は、深度が焦点近傍における反射超音波の周波数特性を示す図である。（ｄ）は、深度が焦点より深い部分における反射超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。

【図5】実施の形態及び従来例における表示深度に対する総合画質を示す図である。

【図6】（ａ）は、送信直後における送信超音波の時間波形を示す図である。（ｂ）は、表層部における送信超音波の時間波形を示す図である。（ｃ）は、表層から焦点における送信超音波の時間波形を示す図である。（ｄ）は、焦点近傍における送信超音波の時間波形を示す図である。

【図7】（ａ）は、従来の波形合成を示す図である。（ｂ）は、実施の形態の波形合成を示す図である。

【図8】実施の形態の波形合成による第５の実施例の駆動信号の時間波形生成を示す図である。

【図9】駆動信号の各区間を示す図である。

【図10】（ａ）は、第２の比較例の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。（ｂ）は、第２の実施例の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。（ｃ）は、第８の比較例の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。

【図11】（ａ）は、超音波探触子の送受信の規格化感度の周波数特性を示す図である。（ｂ）は、超音波探触子の送信の規格化感度の周波数特性を示す図である。

【図12】（ａ）は、第１の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図13】（ａ）は、第１の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図14】（ａ）は、第２の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第２の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図15】（ａ）は、第２の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第２の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図16】（ａ）は、第３の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第３の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図17】（ａ）は、第３の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第３の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図18】（ａ）は、第４の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第４の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図19】（ａ）は、第４の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第４の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図20】（ａ）は、第５の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第５の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図21】（ａ）は、第５の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第５の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図22】（ａ）は、第６の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第６の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図23】（ａ）は、第６の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第６の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図24】（ａ）は、第１の実施例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１の実施例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図25】（ａ）は、第１の実施例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１の実施例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図26】（ａ）は、第２の実施例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第２の実施例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図27】（ａ）は、第２の実施例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第２の実施例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図28】（ａ）は、第７の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第７の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図29】（ａ）は、第７の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第７の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図30】（ａ）は、第８の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第８の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図31】（ａ）は、第８の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第８の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図32】（ａ）は、第３の実施例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第３の実施例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図33】（ａ）は、第３の実施例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第３の実施例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図34】（ａ）は、第４の実施例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第４の実施例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図35】（ａ）は、第４の実施例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第４の実施例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図36】（ａ）は、第５の実施例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第５の実施例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図37】（ａ）は、第５の実施例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第５の実施例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図38】（ａ）は、第９の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第９の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図39】（ａ）は、第９の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第９の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【図40】（ａ）は、第１０の比較例の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１０の比較例の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。

【図41】（ａ）は、第１０の比較例の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。（ｂ）は、第１０の比較例の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。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。

【0027】

先ず、図１〜図３を参照して、本実施の形態の超音波画像診断装置Ｓの装置構成を説明する。図１は、本実施の形態の超音波画像診断装置Ｓの外観図である。図２は、超音波画像診断装置Ｓの機能構成を示すブロック図である。図３は、送信部１２の機能構成を示すブロック図である。

【0028】

本実施の形態に係る超音波画像診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、超音波画像診断装置本体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。超音波画像診断装置本体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超音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に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像データとして画像化する。

【0029】

超音波探触子２は、圧電素子からなる振動子２ａ、送信超音波を焦点に向けて集束させる音響レンズ等を備えており、この振動子２ａは、例えば、方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、１９２個の振動子２ａを備えた超音波探触子２を用いている。なお、振動子２ａ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２ａの個数は、任意に設定することができる。また、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、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。

【0030】

超音波画像診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、画像処理部１５と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）１６と、表示部１７と、制御部１８と、を備える。

【0031】

操作入力部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１８に出力する。

【0032】

送信部１２は、制御部１８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。より具体的には、送信部１２は、図３に示すように、例えば、クロック発生回路１２１、パルス発生回路１２２、時間及び電圧設定部１２３及び遅延回路１２４を備えている。

【0033】

クロック発生回路１２１は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。パルス発生回路１２２は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。パルス発生回路１２２は、例えば、３値（＋ＨＶ／０（ＧＮＤ）／−ＨＶ）、５値（＋ＨＶ／＋ＭＶ／０（ＧＮＤ）／−ＭＶ／−ＨＶ）の電圧を切り替えて出力することにより、矩形波による駆動信号を発生させることができる。このとき、パルス信号の振幅については、正極性及び負極性で同一となるようにしたが、これに限定されない。本実施の形態では、３値、５値の電圧を切り替えて駆動信号を出力するようにしたが、３値、５値に限定されず、適宜の値に設定することができるが、５値以下が好ましい。これにより、低コストで周波数成分の制御の自由度を向上させることができ、より高分解能である送信超音波を得ることができる。

【0034】

時間及び電圧設定部１２３は、パルス発生回路１２２から出力される駆動信号の同一電圧レベルの各区間の持続時間及びその電圧レベルを設定する。すなわち、パルス発生回路１２２は、時間及び電圧設定部１２３によって設定された各区間の持続時間及び電圧レベルに従ったパルス波形による駆動信号を出力する。時間及び電圧設定部１２３で設定される各区間の持続時間及び電圧レベルは、例えば、操作入力部１１による入力操作により可変することができる。

【0035】

遅延回路１２４は、駆動信号の送信タイミングを振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。

【0036】

以上のように構成された送信部１２は、制御部１８の制御に従って、駆動信号を供給する複数の振動子２ａを、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２ａに対して駆動信号を供給することによりスキャンを行う。

【0037】

本実施の形態では、後述する高調波成分を抽出するために、パルスインバージョン法を実施することができる。すなわち、送信部１２は、パルスインバージョン法を実施する場合には、第１のパルス信号と、この第１のパルス信号とは極性反転した第２のパルス信号とを同一走査線上に時間間隔をおいて送信することができる。なお、このとき、第１のパルス信号の複数のデューティーのうちの少なくとも１つを異ならせて極性反転させた第２のパルス信号を送信するようにしてもよい。また、第２のパルス信号は、第１のパルス信号とは時間反転させたものであってもよい。

【0038】

受信部１３は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部１３は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子２ａ毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するための回路である。整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子２ａ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）して音線データを生成するための回路である。

【0039】

画像生成部１４は、受信部１３からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅などを実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。すなわち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部１４にて生成されたＢモード画像データは、画像処理部１５に送信される。また、画像生成部１４は、高調波成分抽出部１４ａを備えている。

【0040】

高調波成分抽出部１４ａは、受信部１３から出力された受信信号からパルスインバージョン法を実施して高調波成分を抽出する。本実施の形態では、高調波成分抽出部１４ａにより、２次高調波成分を抽出することができる。２次高調波成分は、上述した第１のパルス信号及び第２のパルス信号からそれぞれ発生した２つの送信超音波にそれぞれ対応する反射超音波から得られる受信信号を加算（合成）して受信信号に含まれる基本波成分を除去した上で必要に応じてフィルター処理を行うことにより抽出することができる。

【0041】

画像処理部１５は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーによって構成された画像メモリー部１５ａを備えている。画像処理部１５は、画像生成部１４から出力されたＢモード画像データをフレーム単位で画像メモリー部１５ａに記憶する。フレーム単位での画像データを超音波画像データ、あるいはフレーム画像データということがある。画像処理部１５は、画像メモリー部１５ａに記憶した超音波画像データを適宜読み出してＤＳＣ１６に出力する。

【0042】

ＤＳＣ１６は、画像処理部１５より受信した超音波画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部１７に出力する。

【0043】

表示部１７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ディスプレイ
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１７は、ＤＳＣ１６から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波画像の表示を行う。

【0044】

制御部１８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画像診断装置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ー等により構成され、超音波画像診断装置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、コンピューター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。

【0045】

次に、図４（ａ）〜図６（ｄ）を参照して、本実施の形態における超音波画像データ生成のための駆動信号生成、超音波送受信の方法について説明する。図４（ａ）は、本実施の形態の一例の送信超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。図４（ｂ）は、深度が表層部における反射超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。図４（ｃ）は、深度が焦点近傍における反射超音波の周波数特性を示す図である。図４（ｄ）は、深度が焦点より深い部分における反射超音波の信号強度の周波数特性を示す図である。図５は、本実施の形態及び従来例における表示深度に対する総合画質を示す図である。図６（ａ）は、送信直後における送信超音波の時間波形を示す図である。図６（ｂ）は、表層部における送信超音波の時間波形を示す図である。図６（ｃ）は、表層から焦点における送信超音波の時間波形を示す図である。図６（ｄ）は、焦点近傍における送信超音波の時間波形を示す図である。

【0046】

本実施の形態では、超音波探触子２の帯域を充分に利用した広帯域の超音波送出を行うだけでなく、駆動信号の波形、ひいては送信超音波の波形の周波数成分分布を制御することにより、超音波探触子−２０ｄＢ帯域下限周波数の１．５波相当以上の長時間の駆動信号を入力しながら、パルス圧縮等の手法を用いずに、被検体の浅部では分解能とＳ／Ｎとに優れた高調波画像が得られ、なおかつ深部での顕著な解像度低下を抑制して、浅部から深部まで均一性の高い高調波画像を得ることが可能となる。

【0047】

より具体的には、広い周波数成分を含む送信を行い、図６（ａ）〜図６（ｄ）のように深達性の高い、低い周波数成分は時間的な大きな広がりを持つが、高い周波数成分は時間的な広がりが小さい送信超音波を送信することにより達成される。

【0048】

ティッシュハーモニックイメージングに用いられる高調波成分は、送信超音波の集束により音圧が向上して伝搬非線形を生じることにより生成される。送信超音波の集束は、超音波探触子２のように、音響レンズを用いる一般的な超音波探触子を用いる場合には、短軸方向は音響レンズによる音波の屈折により集束され、長軸方向は電子フォーカスによる送信遅延により集束される。このとき、周波数により音波の集束性が異なることを利用して高調波の生成を制御する。

【0049】

例えば、図４（ａ）のような、基本波ｆ１，ｆ２，ｆ３を含む送信超音波を送信する構成を考える。図４（ａ）において、横軸が周波数を示し、縦軸が感度（信号強度）を示し、太線の実線が超音波探触子の周波数成分（送受信周波数帯域）を示す。また、図４（ｂ）〜図４（ｄ）において、横軸が周波数を示し、縦軸が信号強度を示し、中線の実線が反射超音波の各周波数成分をまとめた周波数成分を示し、太線の実線が超音波探触子２の周波数成分（送受信周波数帯域）を示す。

【0050】

ホイヘンスの原理に基づく超音波ビームの集束幅は周波数の逆数に比例することが知られている。図４（ａ）の送信超音波波形の構成になっている場合、基本波ｆ１に対して３倍の周波数を有する基本波ｆ３成分は集束によるビーム幅が１／３となる。すなわち基本波ｆ１と比較して３倍の密度で集束するため、この成分を含む領域は音響レンズによる集束でも容易に音圧が上昇し、高調波を生成する非線形領域に達する。

【0051】

図６（ａ）〜図６（ｄ）において、横軸が時間を示し、縦軸が音圧を示し、送信超音波における基本波ｆ１，ｆ２成分が主体となる時間波形領域を破線で示し、同じく基本波ｆ３成分が主体となる時間波形領域を一点鎖線で示す。また、音圧が正の閾値よりも高い又は負の閾値よりも低い領域が非線形領域を表し、音圧が正の閾値以下負の閾値以上にある領域が線形領域を表している。図５の表示深度ａが図６（ａ）の深度に対応し、図５の表示深度ｂが図６（ｂ）の深度に対応し、図５の表示深度ｃが図６（ｃ）の深度に対応し、図５の表示深度ｄが図６（ｄ）の深度に対応するものとする。

【0052】

図６（ａ）に示すように、超音波探触子２からの送信超音波の送信直後では、基本波成分は線形領域内であるが、周波数の高い成分が局在化している一点鎖線に示した様に相応に高い状態となっている。図６（ｂ）に示すように、被検体の表層部（音響レンズによる集束）の送信超音波では、周波数が高く集束性の高い基本波ｆ３成分を主体とする領域が音響レンズ集束により非線形領域に到達し、伝搬速度差を生じて高調波を生成する。よって浅部としての表層部では、電子フォーカス焦点が深部にある場合でも、図４（ｂ）のようなｆ３の差音を中心とする広帯域な高調波成分が音響レンズにより生成される。送信超音波のうち、集束により非線形領域に達するのは波形のうち高周波成分を含む領域だけであるため、波形全体のパルス長は長いが高調波を生成する非線形領域到達部分は短く、高分解能な画像が得られる。図４（ｂ）に示すように、送波直後〜表層部で生成して反射受信される高調波成分は、基本波ｆ１，ｆ２に由来する成分よりも基本波ｆ３に由来する成分の信号強度が強くなっている。

【0053】

図６（ｃ）に示すように、表層から長軸焦点までの中間領域においては、基本波ｆ３成分による表層部での高調波生成と、基本波ｆ１，ｆ２成分による焦点近傍での高調波生成との双方が相補うように生成する。

【0054】

図６（ｄ）に示すように、焦点近傍では、高い周波数成分の基本波ｆ３を主体とする時間波形領域は減衰および高調波成分へのエネルギー移行により減少して線形領域の音圧まで低下するが、代わりに減衰が弱く表層部では線形領域にとどまっていた低周波の基本波ｆ１，ｆ２を主体とする成分の音圧が電子フォーカスによる集束により非線形領域まで達することにより高調波成分を生成するようになる。表層部と同様、送信超音波のパルス長は長いものの、高調波を生成する非線形領域に達する領域は一部であるため高い分解能が得られる。図４（ｃ）に示すように、焦点近傍では、新たに生成する高調波成分は、基本波ｆ１，ｆ２に由来する成分が主体となる。基本波ｆ３に由来する高調波成分は殆ど生成しなくなるため、減衰により表層部より減少して、反射受信される高調波の信号強度関係は図示したような関係になる。また、ここで示されている３ｆ１成分、すなわち３次高調波成分は、他の成分がパルスインバージョンの加算演算により抽出されるのとは別に減算演算および帯域通過処理により抽出され、必要に応じて位相調整された後、他の高調波成分の音線信号に加算されることを示している。必要に応じて位相をオールパスフィルターなどで調整することにより波の重ね合わせ原理により他の高調波成分と結合して広帯域な受信信号を得ることが可能となる。図４（ｄ）に示すように、焦点よりも深い部分では、高調波の生成より減衰の方が優るため、次第に反射受信できる高調波成分は減少していくが、基本波ｆ１，ｆ２に由来する高調波成分はある程度高調波生成が継続して急激に減少しないのに対し、基本波ｆ３に由来する高調波成分は減衰の影響のみを受けるため、反射受信される高調波成分に占める割合はかなり小さくなる。

【0055】

図５に示すように、図４（ａ）の送信超音波を用いた場合の表示深度に対応する総合画質の特性は、後述の比較例１に示した様な、超音波探触子の帯域の低周波側の基本波を用いて高調波画像を得る従来技術の総合画質の特性に比べて高くなる。総合画質は、生成される画像データの超音波画像のＳ／Ｎ、分解能を含む総合的な画質を示す。図５において、破線が、基本波ｆ３成分による第１段の生成高調波成分を示し、一点鎖線が、基本波ｆ１，ｆ２成分による第２段の生成高調波成分を示す。本実施の形態の第１段、第２段の生成高調波成分をまとめた総合画質の周波数特性を実線の太線で示し、従来例の総合画質の周波数特性を実線の中線で示す。従来例では送波されている音波の周波数が低いために浅部では充分に音圧が上昇せずに充分な高調波信号が得られないため画質が向上しないのに対し、こうして集束特性の差を利用して高調波の生成を多段生成とすることにより、表層部から焦点近傍の広い領域に渡って高Ｓ／Ｎで分解能の高い超音波画像を得ることが可能となる。

【0056】

図４（ａ）で説明した送信超音波波形は１例であり、この構成に限定されないが、送信超音波を構成する周波数成分のうち、周波数の高い成分ほど時間的な広がりが狭く集中しており、周波数の低い成分ほど時間的な広がりが広いことが高調波多段生成のための必要条件となる。

【0057】

次に、図７（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して、上記に示した送信超音波波形を具体的に生成させる方法を説明する。先ず、図７（ａ）〜図８を参照して、上記送信超音波波形を生成させる第一の方法を説明する。図７（ａ）は、従来の波形合成を示す図である。図７（ｂ）は、本実施の形態の波形合成を示す図である。図８は、本実施の形態の波形合成による後述する実施例５の駆動信号の時間波形生成を示す図である。

【0058】

そこで、上記送信超音波波形を生成させる第一の方法は、送信部１２（パルス発生回路１２２）で、周波数の異なる複数の時間波形（パルス）を変調して合成し、これを駆動信号の波形とする方法である。しかし、図７（ａ）に示すように、従来の波形合成方法として、点線で示す同じ時間幅の矩形窓を用いてフィルタリングした複数（３つ）の周波数の波形を単純に合成して駆動信号を生成する方法では、駆動時間が送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上になると、図６（ａ）に示された、高い周波数成分が時間的な広がりが小さく、低い周波数成分が時間的な広がりの大きい送信超音波を生成できないため、高調波の多段生成が実現できない。図７（ａ）、（ｂ）の各波形において、横軸が時間を示し、縦軸が信号強度（電圧）を示す。

【0059】

本実施の形態の変調の方法は、例えば図７（ｂ）に示すように、点線で示すハニング窓等を用いて、周波数の時間波形の振幅を変調する方法（ＡＭ（Amplitude Modulation）変調）と、周波数を遷移させる方法（ＦＭ（Frequency Modulation）変調）と、のいずれか一方又はこれらの組合せを用いて波形を合成する合成方法である。

【0060】

図７（ｂ）の例では、左から１番目の波形が、ＦＭ変調した所定波形を矩形窓によりフィルタリングされた時間波形であり、２、３番目の波形が、点線で示すハニング窓を用いてＡＭ変調された時間波形である。送信部１２が、これら１〜３番目の波形を生成して合成して駆動することにより、図６（ａ）に示された送信超音波を生成できる。波形の合成にあたっては、１〜３番目の波形の振幅に各々適当な倍率を乗じて合成することが好ましい。この倍率は超音波探触子の送信感度差を補正し、所望の周波数強度比の送信超音波が送出されるよう決定される。

【0061】

なお、ＡＭ変調は、図７（ｂ）に示したような同じ時間幅の窓を利用した方法だけにとどまらず、時間幅の異なる窓を利用する方法も利用することができる。すなわち必ずしも振幅を段階的に変化させる方法だけでなく、振幅をＯＮ−ＯＦＦする方法であるいわゆる矩形窓で、各周波数成分の時間的な広がりを制御する方法も本実施の形態においては利用することが可能である。

【0062】

図７（ｂ）の例では、１〜３番目の時間波形が、駆動信号の基本波ｆ１，ｆ２，ｆ３成分に対応する。合成に用いられる周波数成分の数は特に限定されないが、上述の送信超音波波形の構成を構築するためには最低２つの周波数、好ましくは３つ以上の周波数を合成して駆動波形を生成することが好ましい。

【0063】

また、用いられる周波数成分の周波数差が少ないと、上述の超音波ビームの集束性の差が生じにくくなり、この差を利用した高調波の多段生成が成しえないため、合成に用いる波形のうち、最も低い周波数成分の２倍以上高い周波数成分を少なくとも含むことが好ましい。

【0064】

上記方法により複数の周波数成分を合成して得られた駆動信号の波形は、そのまま任意波形送信機等として送信部１２を用いて駆動しても良いが、電圧ステート数が限定された送信部１２で駆動可能とするためにステート数、例えば５値の電圧値にこれを割り当てた近似駆動波形を用いて駆動しても良い。つまり、パルス発生回路１２２は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調された時間波形を合成した波形に基づき、当該合成波形に、時間及び電圧設定部１２３により設定された各区間の持続時間及び電圧レベルを割り当てて駆動信号を生成し、当該駆動信号に遅延回路１２４の遅延を与えて、超音波探触子２に出力する構成としてもよいし、あらかじめ割り当て済みの波形情報を記憶部（図示略）に記憶しておき、これに基づいて駆動信号を生成する方法でも良いが、後者の方が装置の複雑化を招かないため好ましい。駆動制御の調整を細かく行える点では任意波形送信機を用いて駆動することが好ましいが、５値程度の電圧ステート数でも実用上充分な駆動制御が可能であり、装置のコストを抑えるという点ではこの態様が好ましい。

【0065】

合成波形の各電圧ステートへの割り当ての具体的な方法を、後述する実施例５に示す波形番号１２の駆動信号の波形１２を例にとって説明する。ここで、実施例５の駆動信号の波形１２は、図３４（ａ）に示す信号強度の時間特性を有する駆動信号であり、図３４（ｂ）に示す信号強度の周波数特性を有する。

【0066】

まず図８に示すように図７（ｂ）のごとく変調を行った３つの各波形Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を生成し、上から１番目の波形Ｗ１は振幅を２倍、他の波形Ｗ２，Ｗ３は１倍として加算して合成波形Ｗ４を得る。その後、正極側と負極側の振幅バランスを考慮して、直流成分のため送波に影響しない振幅方向のバイアスを波形全体に加え、これを図８に示したように５値に割り当てて、実施例５の駆動信号の波形１２としての波形Ｗ５を得ている。

【0067】

さらに、ＦＭ変調を行う場合は、図７（ｂ）の１番目の時間波形のように、波形の持続時間中において、低周波→高周波→低周波と遷移する変調であることが上記に示した送信超音波波形を得るためには好ましい。
加えて、合成する波形のうち最も低い周波数成分はＦＭ変調を行うことが、周波数帯域幅を保ちながら低周波成分を増加させるうえで好ましい。

【0068】

次いで、図９〜図１１（ｂ）を参照して、上記送信超音波波形を生成させる第二の方法上記送信超音波波を説明する。図９は、駆動信号の各区間を示す図である。図１０（ａ）は、後述する比較例２の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。図１０（ｂ）は、後述する実施例２の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。図１０（ｃ）は、後述する比較例８の駆動信号の各区間の周波数成分換算値分布を示す図である。図１１（ａ）は、超音波探触子２の送受信の規格化感度の周波数特性を示す図である。図１１（ｂ）は、超音波探触子２の送信の規格化感度の周波数特性を示す図である。

【0069】

上記送信超音波波形を生成させる第二の方法は、例えば図９の様に、駆動信号の１区間の持続時間を離散化し、広帯域を確保する方法である。図９において、横軸が時間を示し、縦軸が信号強度（電圧）を示し、駆動信号の波形の１値が持続する時間を両矢印で示す１区間とする。この場合の１値とは、電源電圧等の変動による実測値としての電圧揺らぎは考慮しないものとし、駆動信号の論理値として１値が持続している時間を１区間とする。こうして得られた駆動信号の各区間の持続時間を０．５波とみなして周波数換算する。

【0070】

ここで、後述する比較例２に示す波形番号２の駆動信号の波形２と、後述する実施例２に示す波形番号８の駆動信号の波形８と、後述する比較例８に示す波形番号１０の駆動信号の波形１０を例にとって第二の方法を説明する。ここで、比較例２の駆動信号の波形２は、図１４（ａ）に示す信号強度の時間特性を有する駆動信号であり、図１４（ｂ）に示す信号強度の周波数特性を有する。実施例２の駆動信号の波形８は、図２６（ａ）に示す信号強度の時間特性を有する駆動信号であり、図２６（ｂ）に示す信号強度の周波数特性を有する。比較例８の駆動信号の波形１０は、図３０（ａ）に示す信号強度の時間特性を有する駆動信号であり、図３０（ｂ）に示す信号強度の周波数特性を有する。

【0071】

比較例２、実施例２、比較例８の駆動信号の各区間の周波数（１次）成分換算値を、それぞれ、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に黒丸●で示す。また、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）において、横軸が周波数［ＭＨｚ］を示し、縦軸が信号強度（相対値）を示し、超音波探触子２の送信感度の−２０ｄＢ帯域（送信−２０ｄＢ帯域）を両矢印で示し、各区間の周波数（矩形）３次高調波成分換算値を白四角□で示す。

【0072】

ここで、図１１（ａ）、図１１（ｂ）を参照して、超音波探触子２の周波数特性を説明する。図１１（ａ）、（ｂ）において、横軸が周波数［ＭＨｚ］を示し、縦軸が規格化感度［ｄＢ］を示す。規格化感度では、最大の感度の値を０［ｄＢ］にとっている。図１１（ａ）において、送受信の−６ｄＢ感度帯域を示す送受信−６ｄＢ帯域を黒の両矢印で示し、送受信の−２０ｄＢ感度帯域を示す送受信−２０ｄＢ帯域を白の両矢印で示す。送受信−６ｄＢ帯域の上限値を周波数ＦＨ６とし、下限値を周波数ＦＬ６とする。送受信−２０ｄＢ帯域の上限値を周波数ＦＨ２０とし、下限値を周波数ＦＬ２０とする。超音波探触子２の送受信−６ｄＢ帯域の中心の周波数を中心周波数ＦＣ６とする。

【0073】

図１１（ｂ）において、送信の−６ｄＢ感度帯域を示す送信−６ｄＢ帯域を黒の両矢印で示し、送信−２０ｄＢ感度帯域を示す送信−２０ｄＢ帯域を白の両矢印で示す。送信−６ｄＢ帯域の上限値を周波数ＴｘＦＨ６とし、下限値を周波数ＴｘＦＬ６とする。送信−２０ｄＢ帯域の上限値を周波数ＴｘＦＨ２０とし、下限値を周波数ＴｘＦＬ２０とする。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）には、図１１（ｂ）の超音波探触子２の送信−２０ｄＢ帯域が示されている。

【0074】

比較例２の波形２の様に、一定の駆動時間を繰り返す波形の場合、図１０（ａ）に示すように、矩形波に含まれる周波数３次高調波成分換算値を考慮しても、超音波探触子２の送信−２０ｄＢ帯域の一部のみに周波数成分を持つ形となるため、送出される音波も狭帯域となって広帯域な高調波成分を得ることが出来ない。しかしながら、実施例２の波形８の様に、１区間の持続時間を離散化して駆動パルスの規則性を分散させると、図１０（ｂ）に示すように、超音波探触子２の送信−２０ｄＢ帯域内に万遍なく駆動周波数成分が得られ、帯域平坦性が向上し、これらの各成分から生成する高調波は広帯域な成分が得られるようになる。また、１区間の持続時間を中央付近ほど短く、端部ほど長く設定することにより、上述の時間波形の周波数成分毎の時間的広がりが制御され、高調波の多段生成が可能となる。

【0075】

しかしながら、比較例８の波形１０の様に各区間に過度に離散させると、図１０（ｃ）に示すように、深部高調波生成に大きく寄与する低周波成分が相対的に低下し、所期の目的であるペネトレーションが低下する。よってこの離散度は、各区間を０．５波とみなして周波数換算し、これを超音波探触子２の送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６で規格化した値の標準偏差が０．１〜０．３の間であることが好ましい。例えば区間の持続時間が１２５［ｎsec］の場合、０．５波として見なした場合の周波数換算値は４［ＭＨｚ］となり、このとき送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６が１０．２５［ＭＨｚ］であれば、規格化値は０．３９となる。
また、各区間を０．５波として周波数換算した際の周波数値は、超音波探触子２の送信−２０ｄＢ帯域下限値の周波数ＴｘＦＬ２０の１／３〜超音波探触子２の送信−２０ｄＢ帯域上限値の周波数ＴｘＦＨ２０の間であることが好ましい。周波数値が周波数ＴｘＦＬ２０の１／３より低いと周波数の１次成分のみならず、矩形波であるが故に必然的に含まれる３次高調波成分も周波数ＴｘＦＬ２０より低くなり、送信超音波の送出に寄与しなくなる。同様に、周波数値が周波数ＴｘＦＨ２０より高いと１次成分と３次成分のいずれもが周波数ＴｘＦＨ２０より高くなり、こちらもまた送信超音波の送出に寄与しなくなるためである。

【0076】

次に、図１１（ａ）〜図４１（ｂ）を参照して、超音波探触子２の具体例と、駆動信号、送信超音波の具体例としての実施例及び比較例と、を説明する。先ず、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して、超音波探触子２の具体例を説明する。

【0077】

以下の実施例及び比較例の駆動信号及び送信超音波の生成においては、図１１（ａ）の超音波送受信の規格化感度の周波数特性と、図１１（ｂ）の超音波送信の規格化感度の周波数特性と、を有する超音波探触子２を用いるものとする。図１１（ａ）では、送受信−２０ｄＢ帯域が、４．０〜１８．３［ＭＨｚ］であり、送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６が、１０．２５［ＭＨｚ］であるものとする。

【0078】

図１１（ｂ）では、送信−２０ｄＢ帯域が、３．４〜２１．３［ＭＨｚ］であり、周波数ＴｘＦＬ６が、５．０［ＭＨｚ］であるものとする。

【0079】

次いで、図１２（ａ）〜図４１（ｂ）を参照して、実施例１〜６及び比較例１〜１０の駆動信号及び送信超音波を説明する。

【0080】

＜比較例１＞
比較例１の駆動信号の波形を波形１（波形番号：１）とする。図１２（ａ）は、比較例１の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図１２（ｂ）は、比較例１の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図１３（ａ）は、比較例１の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図１３（ｂ）は、比較例１の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0081】

送信部１２が生成する比較例１の駆動信号の波形は、図１２（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１２（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１２（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図１２（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図１３（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１３（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１３（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0082】

ここで、図１２（ａ）、図１３（ａ）…図４１（ａ）において、横軸が時間［μｓ］を示し、縦軸が信号強度（電圧）［Ｖ］を示す。また、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）…図４１（ｂ）において、横軸が周波数［ＭＨｚ］を示し、縦軸が信号強度［ｄＢ］を示す。

【0083】

＜比較例２＞
比較例２の駆動信号の波形を波形２（波形番号：２）とする。図１４（ａ）は、比較例２の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図１４（ｂ）は、比較例２の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図１５（ａ）は、比較例２の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図１５（ｂ）は、比較例２の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0084】

送信部１２が生成する比較例２の駆動信号の波形は、図１４（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１４（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１４（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図１４（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図１５（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１５（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１５（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0085】

＜比較例３＞
比較例３の駆動信号の波形を波形３（波形番号：３）とする。図１６（ａ）は、比較例３の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図１６（ｂ）は、比較例３の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図１７（ａ）は、比較例３の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図１７（ｂ）は、比較例３の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0086】

送信部１２が生成する比較例３の駆動信号の波形は、図１６（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１６（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１６（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図１６（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図１７（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１７（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１７（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0087】

＜比較例４＞
比較例４の駆動信号の波形を波形４（波形番号：４）とする。図１８（ａ）は、比較例４の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図１８（ｂ）は、比較例４の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図１９（ａ）は、比較例４の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図１９（ｂ）は、比較例４の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0088】

送信部１２が生成する比較例４の駆動信号の波形は、図１８（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１８（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１８（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図１８（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図１９（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図１９（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図１９（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0089】

＜比較例５＞
比較例５の駆動信号の波形を波形５（波形番号：５）とする。図２０（ａ）は、比較例５の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図２０（ｂ）は、比較例５の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図２１（ａ）は、比較例５の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図２１（ｂ）は、比較例５の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0090】

送信部１２が生成する比較例５の駆動信号の波形は、図２０（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２０（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２０（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図２０（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図２１（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２１（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２１（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0091】

＜比較例６＞
比較例６の駆動信号の波形を波形６（波形番号：６）とする。図２２（ａ）は、比較例６の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図２２（ｂ）は、比較例６の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図２３（ａ）は、比較例６の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図２３（ｂ）は、比較例６の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0092】

送信部１２が生成する比較例６の駆動信号の波形は、図２２（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２２（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２２（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図２２（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図２３（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２３（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２３（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0093】

＜実施例１＞
実施例１の駆動信号の波形を波形７（波形番号：７）とする。図２４（ａ）は、実施例１の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図２４（ｂ）は、実施例１の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図２５（ａ）は、実施例１の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図２５（ｂ）は、実施例１の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0094】

送信部１２が生成する実施例１の駆動信号の波形は、図２４（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２４（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２４（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図２４（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図２５（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２５（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２５（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0095】

＜実施例２＞
実施例２の駆動信号の波形を波形８（波形番号：８）とする。図２６（ａ）は、実施例２の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図２６（ｂ）は、実施例２の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図２７（ａ）は、実施例２の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図２７（ｂ）は、実施例２の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0096】

送信部１２が生成する実施例２の駆動信号の波形は、図２６（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２６（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２６（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図２６（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図２７（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２７（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２７（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0097】

＜比較例７＞
比較例７の駆動信号の波形を波形９（波形番号：９）とする。図２８（ａ）は、比較例７の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図２８（ｂ）は、比較例７の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図２９（ａ）は、比較例７の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図２９（ｂ）は、比較例７の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0098】

送信部１２が生成する比較例７の駆動信号の波形は、図２８（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２８（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２８（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図２８（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図２９（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図２９（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図２９（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0099】

＜比較例８＞
比較例８の駆動信号の波形を波形１０（波形番号：１０）とする。図３０（ａ）は、比較例８の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図３０（ｂ）は、比較例８の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図３１（ａ）は、比較例８の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図３１（ｂ）は、比較例８の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0100】

送信部１２が生成する比較例８の駆動信号の波形は、図３０（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３０（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３０（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図３０（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図３１（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３１（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３１（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0101】

＜実施例３＞
実施例３の駆動信号の波形を波形１１（波形番号：１１）とする。図３２（ａ）は、実施例３の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図３２（ｂ）は、実施例３の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図３３（ａ）は、実施例３の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図３３（ｂ）は、実施例３の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0102】

送信部１２が生成する実施例３の駆動信号の波形は、図３２（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３２（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３２（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図３２（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図３３（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３３（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３３（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0103】

＜実施例４＞
実施例４の駆動信号の波形を波形１２（波形番号：１２）とする。図３４（ａ）は、実施例４の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図３４（ｂ）は、実施例４の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図３５（ａ）は、実施例４の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図３５（ｂ）は、実施例４の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0104】

送信部１２が生成する実施例４の駆動信号の波形は、図３４（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３４（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３４（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図３４（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図３５（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３５（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３５（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0105】

＜実施例５＞
実施例５の駆動信号の波形を波形１３（波形番号：１３）とする。図３６（ａ）は、実施例５の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図３６（ｂ）は、実施例５の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図３７（ａ）は、実施例５の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図３７（ｂ）は、実施例５の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0106】

送信部１２が生成する実施例５の駆動信号の波形は、図３６（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３６（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３６（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図３６（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図３７（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３７（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３７（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0107】

＜比較例９＞
比較例９の駆動信号の波形を波形１４（波形番号：１４）とする。図３８（ａ）は、比較例９の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図３８（ｂ）は、比較例９の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図３９（ａ）は、比較例９の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図３９（ｂ）は、比較例９の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0108】

送信部１２が生成する比較例９の駆動信号の波形は、図３８（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３８（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３８（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図３８（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図３９（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図３９（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図３９（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0109】

＜比較例１０＞
比較例１０の駆動信号の波形を波形１５（波形番号：１５）とする。図４０（ａ）は、比較例１０の駆動信号の信号強度の時間特性を示す図である。図４０（ｂ）は、比較例１０の駆動信号のパワースペクトルを示す図である。図４１（ａ）は、比較例１０の送信超音波の信号強度の時間特性を示す図である。図４１（ｂ）は、比較例１０の送信超音波のパワースペクトルを示す図である。

【0110】

送信部１２が生成する比較例１０の駆動信号の波形は、図４０（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図４０（ａ）に示す駆動信号をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図４０（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。図４０（ａ）に示す駆動信号を超音波探触子２に入力して送信される送信超音波の波形は、図４１（ａ）に示す信号強度の時間特性の波形となる。図４１（ａ）に示す送信超音波をフーリエ変換して得られたパワースペクトルは、図４１（ｂ）に示す信号強度の周波数特性となる。

【0111】

＜画質評価＞
実施例１〜５、比較例１〜１０の駆動信号及び送信超音波の各種指標値と、超音波画像診断装置Ｓにおいて、当該駆動信号及び送信超音波を用いて生成された画像データの超音波画像の画質評価結果を次表１〜表３に示す。

【表1】

【0112】

【表2】

【0113】

【表3】

【0114】

尚、表１〜表３における各指標値の定義および算出法は下記の通りとする。

【0115】

駆動信号波形の時間波形特性の各項目を説明する。
先ず、駆動信号波形の信号強度（周波数成分信号強度）は実際の駆動電圧の値にかかわらず、正極側と負極側の最大電圧値が±５０［Ｖ］となるような倍率を乗じて換算用駆動信号波形を得、駆動信号波形を含む５［μsec］の時間領域を周波数換算して得た値に基づく。正極側と負極側の最大電圧絶対値が不同である場合には、大きい方の電圧絶対値が５０［Ｖ］以内に収まるような倍率を乗じて換算用駆動信号波形を得る。

【0116】

駆動信号波形の「駆動時間」とは、上記換算用駆動信号波形においてその電圧絶対値が最初に５［Ｖ］に達した時間から最後に５［Ｖ］を切った時間までの時間を駆動時間［ｎsec］とする。

【0117】

駆動信号波形の「ＴｘＦＬ６相当波数」とは、駆動信号波形の駆動時間を超音波探触子２の送受信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６の周期で割った波数である。駆動信号波形の「各区間時間」とは、上記換算用駆動信号波形の各区間の時間［ｎsec］である。駆動信号波形の「０．５波換算周波数」とは、１区間を０．５波とみなした駆動信号波形の各区間の換算周波数［ＭＨｚ］である。駆動信号波形の「ＦＣ６周波数比」とは、駆動信号波形の０．５波換算周波数を超音波探触子２の送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６で割って規格化した値である。

【0118】

駆動信号波形の「換算周波数標準偏差」とは、上記駆動信号波形の周波数成分信号強度で得られた値に基づき、所定周波数区間内の周波数成分信号強度値から下記式（１）により算出する。

【数1】

【0119】

なお、表２の実施例３〜５、比較例９、１０における駆動信号波形の時間波形特性における各区間時間、０．５換算周波数、ＦＣ６周波数比、換算周波数信号強度は、矩形波からなる駆動波でないため、記載していない。

【0120】

表１、表２における駆動信号波形の超音波探触子送信−６ｄＢ帯域内周波数特性の各項目を説明する。
駆動信号波形の「最大強度周波数」とは、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の駆動信号の最大の信号強度（感度）の周波数［ＭＨｚ］である。駆動信号波形の「規格化後信号強度標準偏差」とは、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の最大信号強度を０［ｄＢ］として規格化した駆動信号波形の規格化信号強度（感度）について、式（１）を用いて算出した標準偏差である。駆動信号波形の「ＴｘＦＬ６周波数信号強度」とは、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の周波数ＴｘＦＬ６における駆動信号の信号強度（感度）の絶対値［ｄＢ］である。

【0121】

表１、表２における送信超音波波形の時間波形特性の各項目を説明する。
先ず、設定された駆動信号波形にて超音波探触子２の１素子のみを駆動し、送出された超音波を水中の３［ｍｍ］以内の距離にて３０［ＭＨｚ］以上の帯域を有するハイドロフォンにて受信して得られた送信超音波電圧時間波形を用い、送出超音波信号を含む５［μsec］の時間領域を周波数換算する。こうして得られた周波数成分強度の最大値を０［ｄＢ］として規格化した値に基づく。すなわち、最大強度の周波数成分強度が−５０［ｄＢ］で求めるべき周波数の成分強度が−６０［ｄＢ］の場合、規格化後の求めるべき周波数成分強度は−１０［ｄＢ］となる。

【0122】

送信超音波波形の「波連長」とは、上述の送信超音波電圧時間波形の電圧最大絶対値に基づき、その電圧絶対値が最初に最大絶対値の１／５に達した時間から最後に最大絶対値の１／５を切った時間までの時間とする。すなわち、最大電圧値が１［ｍＶ］の場合、最初に±０．２［ｍＶ］に達した時間から、最後に±０．２［ｍＶ］を切った時間までから算出される時間長さ［ｎsec］である。

【0123】

送信超音波波形の「ＴｘＦＬ６相当波数」とは、送信超音波波形の波連長を超音波探触子２の送受信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６の周期で割った波数である。

【0124】

表１、表２における送信超音波波形の超音波探触子送信−６ｄＢ帯域内周波数特性の各項目を説明する。
送信超音波波形の「最大強度周波数」とは、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の送信超音波の最大の信号強度（感度）の周波数［ＭＨｚ］である。送信超音波波形の「規格化後信号強度標準偏差」とは、上記送信超音波の規格化後周波数成分信号強度で得られた値に基づき、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分信号強度値から式（１）により算出する標準偏差である。送信超音波波形の「規格化後ＴｘＦＬ６周波数信号強度」とは、上記送信超音波の規格化後周波数成分信号強度で得られた値に基づき、超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域内の周波数ＴｘＦＬ６における送信超音波の規格化後周波数成分信号強度［ｄＢ］である。

【0125】

表３における画質評価結果の各項目を説明する。
画質評価結果における「Phantom−ＰＳＦ（Point Spread Function：点像強度関数）」の項目は、Gammex RMI 404GS-LE0.5と同一の音響等価材の深度１５ｍｍ位置に５０μｍのＳＵＳ（ステンレス）ワイヤーを埋設し、送信焦点１５ｍｍで超音波送受信・画像化を行い、生成した画像データの超音波画像のワイヤー描出輝度を音響強度［ｄＢ］に変換し、その２０ｄＢ分解能を得る画質評価方法において、得た評価結果としての２０ｄＢ分解能（距離分解能［μｍ］、方位分解能［μｍ］）である。
画質評価結果における「スペックル均一性」の項目はGammex RMI 404GS-LE0.5を用い、そのマトリクス部を送信焦点３０ｍｍで超音波送受信・画像化を行い、生成した画像データを用いて評価を行う。画像データの深度１０ｍｍを中心とした１０ｍｍ四方の領域と深度３５ｍｍを中心とした１０ｍｍ四方の領域の２箇所について輝度値の標準偏差を求めた値を示している。標準偏差値が小さいほどマトリクス部のスペックルが高精細で均一に描出されていることを示し、１０ｍｍ深度領域と３５ｍｍ深度領域の値に大きな差がなければ深度方向に対して均一に描写されていることを示す。

【0126】

画質評価結果におけるPhantom−Penetration深度とは、Gammex RMI 403GS-LE0.5の音響等価材部に対し、送信焦点１５ｍｍで超音波送受信・画像化を行い、生成した画像データの連続する２フレームを取得してこの２フレームの超音波画像の相関が０．５を下回る深度をPenetration深度として得る画質評価方法において、得た評価結果としてのPenetration深度［ｍｍ］である。

【0127】

画質評価結果の評価スコアとしての描出性スコアにおける手根、ＭＰ（Metacarpophalangeal joint）関節屈筋腱、膝蓋下脂肪体部、下肢（腓腹筋およびヒラメ筋）の各部位の項目を説明する。この画質評価方法では、被検体の手根、ＭＰ関節屈筋腱、膝蓋下脂肪体部、下肢（腓腹筋およびヒラメ筋）の各部位について、超音波送受信・画像化し、生成された画像データの超音波画像を、整形外科関連に従事する医師、臨床検査技師、合わせて１０名により下記評価基準により各部位の描出の評点を得、その値を平均（小数点第二位以下四捨五入）することにより画質評価結果としての描出性スコアとした。描出性スコアの各点数は、下記の描出性に対応する。
１０＝組織状態の把握に対して申し分のない描出性
８＝組織状態の把握に対して実用上問題のない描出性
６＝良好ではないが組織状態の把握は可能なレベルの描出性
４＝組織状態の把握に支障があるレベルの描出性
２＝組織状態の把握は困難なレベルの描出性
上記のうち、手根およびＭＰ関節屈筋腱は浅部に位置するため、浅部の解像度、Ｓ／Ｎを評価可能な部位となる。膝蓋下脂肪体部は深度が深く、深部描出の解像度、Ｓ／Ｎを評価することが可能で、下肢（腓腹筋およびヒラメ筋）は浅部から深部まで観察対象が存在するため、浅部から深部までの描出均一性が描出性スコアに影響する。

【0128】

表１、２の送信超音波のＴｘＦＬ６相当波数、規格化後信号強度標準偏差及び規格化後ＴｘＦＬ６周波数信号強度に示すように、実施例１〜５は、送信超音波の波連長が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６成分の１．５波相当以上であり、送信超音波の送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の規格化後の信号強度の標準偏差が６以下であり、規格化後の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６成分の信号強度が−８［ｄＢ］以上であるという複数のＡＮＤ条件を満たす。比較例１〜１０は、当該複数のＡＮＤ条件の少なくとも一つを満たしていない。

【0129】

また、表１、２の駆動信号のＴｘＦＬ６相当波数、規格化後信号強度標準偏差及びＴｘＦＬ６周波数信号強度に示すように、実施例１〜５は、駆動信号の駆動時間が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６成分の１．５波相当以上であり、駆動信号の送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が７以下であり、送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が１０［ｄＢ］以上であるという複数のＡＮＤ条件を満たす。比較例１〜１０は、当該複数のＡＮＤ条件の少なくとも一つを満たしていない。

【0130】

また、表１、２の駆動信号のＴｘＦＬ６相当波数、換算周波数標準偏差に示すように、実施例１、２は、駆動信号の駆動時間が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数ＴｘＦＬ６成分の１．５波相当以上であり、駆動信号の駆動時間の各区間を０．５波とみなして周波数換算し、当該換算した周波数を送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６で規格化した値の標準偏差が０．１〜０．３であるという複数のＡＮＤ条件を満たす。比較例１〜１０は、当該複数のＡＮＤ条件の少なくとも一つを満たしていない。

【0131】

また、表２の実施例１，２の駆動信号の各区間時間に示すように、駆動時間の最大区間は最初もしくは最後であることが好ましい。最大区間すなわち周波数の最も低い周波数成分による駆動が最初もしくは最後以外であると、低い周波数成分による駆動の前後にそれより高い周波数成分による駆動を行うこととなるため、図６（ａ）に示した周波数の高い成分が局在化した送信音波を得ることが難しくなる。なお、駆動時間の最初の区間と最後の区間の両方が、全区間中の最大区間であることも好ましい。
また同様の理由により、表２の実施例１，２の駆動信号の各区間時間に示すように、駆動時間の最初の区間と最後の区間の間の区間全てが最初の区間と最後の区間のいずれよりも短い区間であることが好ましい。

【0132】

そして、表３の駆動信号の画質評価結果に示すように、実施例１〜５は、比較例１〜８よりも距離分解能が高く（距離分解能の長さが短く）、比較例１〜３、５、６よりも方位分解能が高く（方位分解能の長さが短く）、比較例１〜１０よりもPenetration深度が深い。また、実施例１〜５は、比較例１〜８、１０に比べて、スペックル均一性の標準偏差値が小さく、高精細で均一に描出されている。更に、実施例１〜５は、比較例１〜１０に比べて、スペックル均一性の１０ｍｍ深度領域と３５ｍｍ深度領域の値に大きな差がなく、深度方向に対して均一に描写されている。

【0133】

また、実施例１〜５は、比較例１〜３、５〜１０よりも、手根、ＭＰ関節屈筋腱の描出性スコアが高く、浅部描出の解像度、Ｓ／Ｎが高いことを示している。更に実施例１〜５は、比較例１〜１０よりも、膝蓋下脂肪体部の描出性スコアが高く、深部描出の解像度、Ｓ／Ｎが高いことを示している。加えて、実施例１〜５は、比較例１〜１０よりも、下肢の描出性スコアが高いので、浅部から深部までの描出均一性が優れていることがわかる。

【0134】

以上、本実施の形態によれば、超音波画像診断装置Ｓにおいて、送信部１２が、駆動信号を生成して超音波探触子２に出力することにより超音波探触子に送信超音波を生成させ、
受信部１３が、超音波探触子２から受信信号を受信し、画像生成部１４が受信信号から高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する。送信部１２は、駆動信号を用いて超音波探触子２を駆動し、波連長が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、前記送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が６以下であり、最大強度を０［ｄＢ］として規格化した後の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が−８［ｄＢ］以上である送信超音波を超音波探触子２に送信させる。画像生成部１４は、送信超音波を送信することより得られた受信信号の高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する。

【0135】

このため、駆動電圧を大きくする構成や、パルス圧縮技術を用いることなく、超音波画像データの超音波画像の浅部の分解能及びＳ／Ｎを高く維持でき、Penetration深度を深め、浅部及び深部の解像度を高め（解像度の顕著な低下を抑制し）、浅部から深部までの描出均一性が均一であるので、浅部から深部まで均一性及び画質の高い超音波画像を容易に得ることができる。

【0136】

また、超音波画像診断装置Ｓにおいて、送信部１２は、駆動時間が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、送信−６ｄＢ帯域内の周波数成分の信号強度の標準偏差が７以下であり、送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の信号強度が１０［ｄＢ］以上である駆動信号を用いて超音波探触子２を駆動して高調波受信信号を生成させる。

【0137】

このため、駆動電圧を大きくする構成や、パルス圧縮技術を用いることなく、超音波画像データの超音波画像の浅部の分解能及びＳ／Ｎを高く維持でき、Penetration深度を深め、浅部及び深部の解像度を高め（解像度の顕著な低下を抑制し）、浅部から深部までの描出均一性が均一であるので、浅部から深部まで均一性及び画質の高い超音波画像を容易に得ることができる。

【0138】

また、送信部１２は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより駆動信号を生成する。このため、図６（ａ）に示すような、浅部で高調波成分を生成する周波数成分と深部で高調波成分を生成する周波数成分とを有する送信超音波を生成する駆動信号を生成できる。

【0139】

また、送信部１２は、ＡＭ変調及びＦＭ変調の少なくとも一つにより変調した複数の時間波形を合成することにより得られた波形を送信部の電圧ステート数に応じて割り当てを行った波形情報を記憶しておき、これに基づいて駆動信号を生成する。このため、図６（ａ）に示すような、浅部で高調波成分を生成する周波数成分と深部で高調波成分を生成する周波数成分とを有する送信超音波を生成する駆動信号を生成できる。

【0140】

また、超音波画像診断装置Ｓにおいて、送信部１２は、駆動時間が超音波探触子２の送信−６ｄＢ帯域の下限周波数成分の１．５波相当以上であり、駆動時間の各区間を０．５波とみなして周波数換算し、当該換算した周波数を送受信−６ｄＢ帯域の中心周波数ＦＣ６で規格化した値の標準偏差が０．１以上０．３以下である駆動信号を用いて超音波探触子２を駆動して高調波受信信号を生成させる。

【0141】

このため、駆動電圧を大きくする構成や、パルス圧縮技術を用いることなく、超音波画像データの超音波画像の浅部の分解能及びＳ／Ｎを高く維持でき、Penetration深度を深め、浅部及び深部の解像度を高め（解像度の顕著な低下を抑制し）、浅部から深部までの描出均一性が均一であるので、浅部から深部まで均一性及び画質の高い超音波画像を容易に得ることができる。

【0142】

また、駆動時間の最初の区間と最後の区間の少なくともいずれか一方が、全区間中の最大区間である。このため、図６（ａ）に示した周波数の高い成分が局在化した送信超音波を容易に得ることができる。

【0143】

また、駆動時間の最初の区間と最後の区間の間の区間全てが、最初の区間と最後の区間のいずれよりも短い区間である。このため、図６（ａ）に示した周波数の高い成分が局在化した送信超音波を容易に得ることができる。

【0144】

また、送信部１２は、それぞれ波形の異なる駆動信号を同一走査線上に時間間隔をおいて複数回出力し、画像生成部１４は、複数回の駆動信号によって生成された送信超音波に対応する反射超音波から得られた各受信信号の演算により高調波成分を抽出し、当該高調波成分に基づいて超音波画像データを生成する。これにより不要成分を減殺した、高い分解能の超音波画像を得ることができる。

【0145】

なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る好適な超音波画像診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。

【0146】

また、以上の実施の形態における超音波画像診断装置Ｓを構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0147】

Ｓ 超音波画像診断装置
１ 超音波画像診断装置本体
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１２１ クロック発生回路
１２２ パルス発生回路
１２３ 時間及び電圧設定部
１２４ 遅延回路
１３ 受信部
１４ 画像生成部
１４ａ 高調波成分抽出部
１５ 画像処理部
１５ａ 画像メモリー部
１６ ＤＳＣ
１７ 表示部
１８ 制御部
２ 超音波探触子
２ａ 振動子
３ ケーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】