JP7475207B2

JP7475207B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP7475207B2
Application number: JP2020102150A
Authority: JP
Inventors: 将則久津; 幸一郎川本
Original assignee: 富士フイルムヘルスケア株式会社
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2040-06-12
Also published as: JP2021194203A

Description

本開示は、超音波診断装置に関し、特に、高調波成分及び基本波成分の処理に関する。

超音波診断装置は、通常、ハーモニックイメージングモードを備える。すなわち、生体内からの反射波に含まれる高調波成分を画像化する動作モードを備える。ハーモニックイメージングモードは、典型的には、体内に導入された超音波造影剤に由来する高調波成分を画像化する場合に利用される。もっとも、生体組織に由来する高調波成分が画像化されることもある。高調波成分画像化法として、振幅変調法（ＡＭ法）、パルスインバージョン法（ＰＩ法）等が知られている。

一般に、ＡＭ法では、各送信方向に対して、異なる振幅を有する第１超音波及び第２超音波が順次送信される。２回の送信により得られた２つの受信信号に対して、振幅を揃えながら、減算及び加算を行うことにより、高調波成分及び基本波成分が抽出される。ＰＩ法では、互いに１８０度異なる位相を有する２つの超音波が順次送信され、これにより得られた２つの受信信号に対して、減算及び加算を行うことにより、高調波成分及び基本波成分が抽出される。

超音波診断装置の中には、並列受信（パラレル受信）機能、及び、送信開口合成機能を備えたものがある。並列受信は、１回の送信当たり、空間的に並んだ複数の受信ビームを同時に形成する技術である。並列受信の結果、複数の受信ビームに対応した複数のビームデータからなるビームデータセットが生成される。並列受信に際しては、整相加算部が時分割動作を行う。送信開口合成は、電子走査方向に部分的に重複しながら並ぶ複数のビームデータセットを受信位置ごとに合成し、これにより複数の合成ビームデータからなる合成フレームデータを生成する機能である。

特許文献１には、高調波成分と基本波成分の比を演算する超音波診断装置が開示されている。特許文献２には、ＡＭ法を実行する超音波診断装置が開示されている。１つの送信位置ごとに３回の送信が実施されている。いずれの特許文献にも、高調波成分についてのパラレル受信数と基本波成分についてのパラレル受信数を異ならせることは開示されていない。

米国特許第６，１３２，３７７号明細書国際公開第２０１４／００７１００号

超音波診断装置において、高調波成分及び基本波成分についての優劣関係は、診断目的、診断部位、イメージング方式、画像形成条件、等によって変わり得る。例えば、造影剤をより明瞭に画像化したい場合、造影剤に由来する高調波成分についての空間分解能（電子走査方向の空間分解能であり、以下において同じ。）を高めた方がよい。一方、高調波成分に含まれるノイズを抑圧するためだけに基本波成分を利用する場合、基本波成分についての空間分解能が低くても実際上あまり問題にはならない。高調波成分及び基本波成分を取り扱うプロセッサの処理能力は有限であり、高調波成分についての空間分解能及び基本波成分についての空間分解能の両方を同時に高めることは困難である。

本開示の目的は、高調波成分についての空間分解能及び基本波成分についての空間分解能を適切に定められるようにすることにある。あるいは、本開示の目的は、整相加算部の処理能力を高調波成分の処理及び基本波成分の処理に対して適切に振り分けられるようにすることにある。

本開示に係る超音波診断装置は、高調波成分画像化法に従う複数回の送信により得られた複数の受信信号列に基づいて、高調波成分信号列及び基本波成分信号列を生成する生成部と、前記高調波成分信号列に基づいてｍ（但しｍは１以上の整数）個のビームデータからなる第１ビームデータセットを生成し、前記基本波成分信号列に基づいてｎ（但しｎはｍを除く１以上の整数）個のビームデータからなる第２ビームデータセットを生成する整相加算部と、前記第１ビームデータセット及び前記第２ビームデータセットから生成された超音波画像を表示する表示器と、を含むことを特徴とする。

本開示によれば、高調波成分についての空間分解能及び基本波成分についての空間分解能を適切に定められる。あるいは、本開示によれば、整相加算部の処理能力を高調波成分の処理及び基本波成分の処理に対して適切に振り分けられる。

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。成分分離回路及び整相加算部の構成例を示すブロック図である。重み関数を示す図である。演算部の変形例を示す図である。ＡＭ法を示す図である。一般的なパラレル受信を示す概念図である。一般的なパラレル受信を示すタイミングチャートである。実施形態に係るパラレル受信を示す概念図である。実施形態に係るパラレル受信を示すタイミングチャートである。成分分離回路の変形例を示すブロック図である。ＰＩ法を示す図である。超音波診断装置の変形例を示すブロック図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、生成部、整相加算部及び表示器を有する。生成部は、高調波成分画像化法に従う複数回の送信により得られた複数の受信信号列に基づいて、高調波成分信号列及び基本波成分信号列を生成する。整相加算部は、高調波成分信号列に基づいてｍ（但しｍは１以上の整数）個のビームデータからなる第１ビームデータセットを生成し、基本波成分信号列に基づいてｎ（但しｎはｍを除く１以上の整数）個のビームデータからなる第２ビームデータセットを生成する。表示器は、第１ビームデータセット及び第２ビームデータセットから生成された超音波画像を表示する。

上記構成において、整相加算部は、高調波成分についてのパラレル受信を実行すると共に、基本波成分についてのパラレル受信を実行する。その場合、高調波成分についてのパラレル受信数ｍ及び基本波成分についてのパラレル受信数ｎを異ならせることが可能であり、つまり、パラレル受信数ｍ，ｎを診断目的や診断時の状況に合わせて最適化することが可能である。例えば、高調波成分についての空間分解能を高めたい場合には高調波成分についてのパラレル受信数ｍを大きくでき、その一方、基本波成分についての空間分解能を低くしても問題が生じない場合には基本波成分についてのパラレル受信数ｎを小さくできる。換言すれば、高調波成分及び基本波成分の優劣関係に応じて、それらに対して有限なリソースを適切に配分できる。

パラレル受信は、複数の受信ビームを同時に並列的に形成するものである。実際には、複数の受信ビームに対応する複数の整相加算が時分割で実施される。実施形態においては、高調波成分画像化法に従う複数回の送受信を実行した結果として、高調波成分についてのｍ個の受信ビームと基本波成分についてのｎ個の受信ビームとが形成される。ｍ＋ｎ個の受信ビームが時分割で形成されてもよいし、ｍ個の受信ビームが時分割で形成され、その前又は後に、ｎ個の受信ビームが時分割で形成されてもよい。送信開口合成を用いない場合においても上記構成を利用し得る。

実施形態において、ｍはｎよりも大きい。例えば、ｎは１又は２である。実施形態において、制御部は、送信周波数に応じて少なくともｍを可変する。送信周波数が低ければ低いほどパラレル受信数ｍをより大きくできる。

実施形態においては、送信位置又は送信方位を変更しながら複数回の送信を繰り返すことにより、電子走査方向に部分的に重複しながら並ぶ複数の第１ビームデータセットが生成され、且つ、電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームデータセットが生成される。合成部は、複数の第１ビームデータセットに対して送信開口合成を適用することにより第1フレームデータを生成する。複数の第２ビームデータセットにより第２フレームデータが構成される。演算部は、第１フレームデータ及び第２フレームデータに基づいて表示用フレームデータを生成する。複数の第２ビームデータセットに基づく送信開口合成が実行されてもよい。第２ビームデータセットが１つの第２ビームデータにより構成されてもよい。

実施形態において、演算部は、少なくとも第２フレームデータに基づいて重み分布を生成する手段と、第1フレームデータに対して重み分布を作用させて表示用フレームデータを生成する手段と、を含む。第２フレームデータから直接的に超音波画像が生成されないならば、あるいは、第２フレームデータにより超音波画像へ影響が及ぶ範囲が局所的であれば、第２フレームデータの空間分解能が低くて、それに起因する画質低下は問題とならない。寧ろ、第１フレームデータの空間分解能を高めることにより、超音波画像（例えば造影剤画像）の画質を効果的に高められる。実施形態において、重み分布は、表示用フレームデータに含まれる高調波ノイズを抑制するものである。

実施形態に係る超音波診断装置は、第１フレームデータに基づいて第１超音波画像を形成する第１画像形成部と、第２フレームデータに基づいて第２超音波画像を形成する第２画像形成部と、第１超音波画像及び第２超音波画像を表示する表示器と、を含む。例えば、第１超音波画像が主たる観察対象であり、第２超音波画像が補助的に観察される画像である場合、ｍ＞ｎとするのが望ましい。

実施形態に係る超音波診断装置において、整相加算部の単位動作期間には、高調波成分信号列を処理する第１期間、及び、基本波成分信号列を処理する第２期間が含まれる。第１期間と第２期間の比が、ｍとｎの比により決まる。この構成によれば、高調波成分の整相加算処理及び基本波成分の整相加算処理に対して、整相加算部の有限な処理能力を適切に配分できる。第１期間及び第２期間が時間的に連続してもよいし、第１期間及び第２期間が時分割設定されてもよい。後者の場合、第１期間及び第２期間はそれぞれ積算期間として観念される。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波診断装置が示されている。この超音波診断装置は、病院等の医療機関に設置され、生体（被検体）に対して超音波検査を行うための装置である。実施形態に係る超音波診断装置は、振幅変調法（ＡＭ法）、パラレル受信法、及び、送信開口合成法に従って、送受信及び信号処理を行う機能、を備えている。送信開口合成法は、パラレル受信法を前提とする技術である。生体への超音波の送受波に先立って、又は、超音波の送受波と共に、生体内に超音波造影剤が導入される。なお、超音波造影剤を使用しない場合においても、実施形態に係る構成を使用し得る。

プローブ１０は、可搬型の送受波器である。プローブ１０の送受波面が生体表面に当接された状態で超音波が送受波される。プローブ１０は、一次元配列された複数の振動素子からなる振動素子アレイを備えている。振動素子アレイにより超音波ビームが形成され、超音波ビームが電子走査される。電子走査方式として、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式、等が知られている。プローブ１０内に２Ｄ振動素子アレイを設けてもよい。

送信回路１２は、送信ビームフォーマーとして機能する。送信回路１２は、送信時において、振動素子アレイに対して複数の送信信号を並列的に供給する。これにより送信ビームが形成される。ＡＭ法の実施時においては、個々の送信位置又は送信方位ごとにＡＭ法に従う２回の送信が順次実行される。例えば、５０％の振幅で第１送信が実行され、その後、１００％の振幅で第２送信が実行される。それらの順序を逆にしてもよい。後述するように、個々の送信位置又は送信方位に対して３回の送信が実行されてもよい。

受信時において、生体内からの反射波が振動素子アレイに到達すると、振動素子アレイから複数の受信信号が並列的に出力される。ＡＭ法の実施時においては、第１送信後に振動素子アレイから第１受信信号列が出力され、第２送信後に振動素子アレイから第２受信信号列が出力される。２回の送信時の振幅の相違に起因して、第１受信信号列を構成する複数の第１受信信号の振幅に比べて、第２受信信号列を構成する複数の第２受信信号の振幅の方が大きくなる。

個々の受信信号には、高調波成分（図１においてはＨ成分と表記されている。）及び基本波成分（図１においてはＦ成分と表記されている。）が含まれる。例えば、超音波が造影剤で反射して反射波が生じた場合、造影剤の非線形性により、その反射波には高調波成分が含まれる。超音波が生体内を進行していく過程でも、生体の非線形性により、高調波成分が生じる。但し、その場合における高調波成分の強度は一般に小さい。受信信号処理において受信信号の飽和が生じた場合、受信信号の波形が歪み、高調波成分が生じる。それはノイズである。

成分分離回路１４は、生成部又は生成手段であり、ＡＭ法の実施時に機能する回路である。１回目の送信に対応する第１受信信号列及び２回目の送信に対応する第２受信信号列に対して、それぞれ一定の処理を適用した上で、第１受信信号列と第２受信信号列の差を求める計算（減算）を実行し、それと並行して、第１受信信号列と第２受信信号列の和を求める計算（加算）を行う。減算及び加算に際しては、送信時の振幅比を考慮し、第１受信信号列に対して２が乗算される。これにより、第１受信信号列と第２受信信号列の振幅が揃えられる。成分分離回路１４から高調波成分信号列及び基本波成分信号列が出力される。受信開口がｋ個の振動素子により構成される場合、各受信信号列はｋ個の受信信号により構成され、各高調波成分信号列はｋ個の高調波成分信号で構成され、各基本波成分信号列はｋ個の基本波成分信号で構成される。ｋは通常、数十以上の整数である。

続いて、整相加算部１６、送信開口合成部２０、ビームデータ処理部２２、等について説明する。整相加算部１６は、図示の構成例において、高調波成分用の整相加算器２４及び基本波成分用の整相加算器２６により構成される。整相加算器２４及び整相加算器２６はそれぞれ時分割動作する機能を備え、つまり、パラレル受信を実行する機能を備えている。単一のプロセッサを整相加算器２４及び整相加算器２６として機能させてもよい。

実施形態において、高調波成分についてのパラレル受信数ｍ及び基本波成分についてのパラレル受信数ｎは、後述する送受信制御部４４によって定められる。実施形態においては、ｍとｎをそれぞれ独立して設定することが可能であり、例えば、ｎは２又は１である。ｎ＝１の場合、パラレル受信にはならないが、本願明細書では、便宜上、それを含めてパラレル受信と表現する。ｎを小さくした分だけ、ｍを大きくすることが可能であり、つまり、高調波成分についての画質を優先させることが可能である。ｍとｎは相互に異なる１以上の整数であり、実施形態においてはｍ＞ｎである。従来同様の送受信を行いたい場合には、ｍとｎを一致させればよい。

整相加算器２４におけるパラレル受信数は、例えば、８、１２、１６又は２０であり、それ以上の数値であってもよい。送信周波数（送信中心周波数）が高い場合に比べてそれが低い場合にはパラレル受信数を増大させ得る。送受信制御部４４は、送信周波数に応じて、パラレル受信数ｍを可変させる。例えば、送信周波数がかなり低い場合、ｍとして４０が設定され得る。

整相加算器２４における整相加算の結果、整相加算器２４から第１ビームデータセットが出力される。同様に、整相加算器２６における整相加算の結果、整相加算器２４から第２ビームデータセットが出力される。第１ビームデータセットは、電子走査方向に並ぶｍ個の第１ビームデータ（高調波成分ビームデータ）により構成され、第２ビームデータセットは、電子走査方向に並ぶｎ個の第２ビームデータ（基本波成分ビームデータ）により構成される。ｎ＝１の場合、第２ビームデータセットは、１つの第２ビームデータからなる。送信位置又は送信方位を異ならせながら、ＡＭ法に従う２回の送信を繰り返し行うと、互いに部分的に重複しながら電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームデータセットが生成され、同時に、電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームデータセットが生成される。条件次第、特にｎに与える数値が大きくなると、複数の第２ビームデータセットが電子走査方向において部分的に重複して並ぶ。

送信開口合成部２０は、図示の構成例において、１つの送信開口合成器２８により構成される。送信開口合成器２８は、互いに部分的にオーバーラップしながら電子走査方向に並ぶ複数の第１ビームデータセットに対して送信開口合成を適用する。個々の受信位置（又は個々の受信方位）ごとに、当該受信位置（又は当該受信方位）に対応する複数の第１ビームデータが加算されて、合成ビームデータが生成される。電子走査方向に並ぶ複数の合成ビームデータにより、第１フレームデータが構成される。

整相加算器２６の後段に第２ビームデータセットを記憶するメモリを設けてもよい。図示の構成例では、電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームデータセットにより第２フレームデータが構成される。整相加算器２６の後段に送信開口合成器を設け、第２ビームデータセットに対して送信開口合成が適用されてもよい。その場合には、一般に、ｎに対して３以上又は４以上の数値が与えられる。

ビームデータ処理部２２は、高調波成分用のビームデータ処理器３０及び基本波成分用のビームデータ処理器３２を有する。各ビームデータ処理器３０は、各フレームデータを構成する個々のビームデータに対して、検波、対数変換、等を適用する。

演算部３４は、図示の構成例において、第１フレームデータに対して、第２フレームデータに基づいて生成された重み分布を乗算する回路である。第１フレームデータに、受信信号の飽和により生じる高輝度部分（ノイズ）が含まれる場合がある。その場合、第２フレームデータにも同様の高輝度部分が含まれる。演算部３４は、第２フレームデータ内の高輝度部分に基づいて、第１フレームデータ内の高輝度部分（ノイズ）を抑圧する。具体的には、第２フレームデータに基づいてノイズ抑圧用の重み分布が生成されている。

ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）は、座標変換機能、画素補間機能等を備える。具体的には、ＤＳＣは、表示用フレームデータから超音波画像データ（例えば断層画像データ）を生成する。そのデータは、表示処理部３８を介して、表示器４０へ送られる。表示器４０は、ＬＣＤ、有機ＥＬ表示デバイス、等により構成される。表示器４０の画面上に、超音波画像が表示される。表示器４０の画面上に、高調波成分断層画像と基本波成分断層画像が並列表示されてもよい。その場合、高調波成分断層画像が主たる画像であり、基本波成分断層画像は補助的に参照される画像である。

整相加算部１６、送信開口合成部２０、ビームデータ処理部２２、演算部３４、ＤＳＣ３６、及び、表示処理部３８は、それぞれ、例えばプロセッサにより構成される。それら全体が単一のプロセッサにより構成されてもよい。

制御部４２は、プログラムを実行するＣＰＵにより構成される。制御部４２により、図１に示されている各構成の動作が制御される。図１においては、制御部４２が有する送受信制御機能が送受信制御部４４として示されている。送受信制御部４４は、ＡＭ法に従う送受信、パラレル受信、及び、送信合成を制御する。ＣＰＵが、整相加算部１６、送信開口合成部２０、ビームデータ処理部２２、演算部３４、ＤＳＣ３６、及び、表示処理部３８として機能してもよい。制御部４２には、操作パネル４６が接続されている。操作パネル４６は、複数のスイッチ、複数のボタン、トラックボール、キーボード等を備える入力デバイスである。

図２には、成分分離回路１４及び整相加算部１６の構成例が示されている。成分分離回路１４は、Ａ／Ｄ変換器列５０、バッファ列５２、及び、加算器列５６を有する。Ａ／Ｄ変換器列５０は、複数の振動素子に対応して設けられた複数のＡ／Ｄ変換器５８により構成される。振動素子アレイ上には送信開口及び受信開口が設定される。送信開口及び受信開口が固定的に設定されてもよいいし、それらが電子走査方向に走査されてもよい。個々のＡ／Ｄ変換器５８によりアナログ受信信号がデジタル受信信号に変換される。

ＡＭ法の実施時において、第１送信後に生じる複数の第１受信信号は、バッファ列５２を構成する複数のバッファ（メモリ）６０に一時的に記憶される。第２送信後に生じる複数の第２受信信号は、複数のバッファ６０を通過し又はそれらに一時的に格納される。加算器列５６は、高調波成分用の複数の加算器６２（第１加算器グループ）、及び、基本波成分用の複数の加算器６４（第２加算器グループ）により構成される。

個々の加算器６２は、第１送信で生じた第１受信信号と第２送信で生じた第２受信信号とを加算する回路である。図示の構成例では、その加算に先立って第１受信信号に対して「－２」が乗算される。加算の結果、基本波成分が打ち消され、高調波成分が抽出される。すなわち、個々の加算器６２から高調波成分信号が出力される。

個々の加算器６４は、第１送信で生じた第１受信信号と第２送信で生じた第２受信信号とを加算する回路である。その加算に先立って第１受信信号に対して「２」が乗算される。加算の結果、高調波成分が打ち消され、基本波成分が抽出される。すなわち、個々の加算器６４から基本波成分信号が出力される。

超音波ビームの電子走査に伴って、成分分離回路１４から、高調波成分信号列が順次出力され、且つ、複数の基本波成分信号列が順次出力される。それらは整相加算部１６に入力される。

整相加算部１６は、図示の構成例では、メモリ６６及びプロセッサ６８を有する。メモリ６６は、２つの記憶部分７０，７２を有する。記憶部分７０には、複数の高調波成分信号列が順次格納され、記憶部分７２には、複数の基本波成分信号列が順次格納される。それらの一次記憶が必要でない場合、メモリ６６を設けなくてもよい。

プロセッサ６８は、高調波成分信号列ごとにパラレル受信を実行し且つ基本波成分信号列ごとにパラレル受信処理を実行する。具体的には、メモリ６６から読み出された個々の高調波成分信号列に基づいて複数の第１ビームデータを生成する。複数の第１ビームデータにより第１ビームデータセットが構成される。また、メモリ６６から読み出された個々の基本波成分信号列に基づいて複数の第２ビームデータを生成する。それらにより第２ビームデータセットが構成される。

図２においては、２つの整相加算器に相当する２つの部分２４，２６が概念的に示されている。プロセッサ６８の有限な処理能力が、高調波成分についてのパラレル受信処理、及び、基本波成分についてのパラレル受信処理に振り分けられる。具体的には、パラレル受信数ｍ及びパラレル受信数ｎの比率が操作される。実施形態においては、ｎは１又は２であり、ｍ＞ｎである。ｎを小さくすることにより、ｍを増大させることができる。つまり、高調波成分についての空間分解能（電子走査方向の空間分解能）を高めることが可能である。その分だけ、基本波成分についての空間分解能が低くなるが、基本波成分が以下に説明するノイズ抑圧等に使用される場合、空間分解能の低下はほとんど問題とならない。なお、ｍ＜ｎという条件を採用することも可能であり、また、ｍ＝ｎという条件を採用することも可能である。

図１に示した演算部３４は、上述したように、第１フレームデータに対して、第２フレームデータに基づく重み分布を乗算するものであり、具体的には、画素ごとに以下の（１）式に示す重み付けを実行する。

Ｓ＝ＳＨ＊ｗ・・・（１）

ここで、Ｓは重み付け後の輝度値であり、ＳＨは高調波成分の輝度値であり、ｗが重みである。但し、基本波成分の輝度値ＳＦが閾値Ｆｔｈ以下である場合にはｗは１であり、基本波成分の輝度値ＳＦが閾値Ｆｔｈを超える場合にはｗは以下の（２）式により定義される。但し、αは定数である。

ｗ＝－α（ＳＦ－Ｆｔｈ）^２＋１・・・（２）

上記（１）をグラフ化したものが図３に示す関数７４である。基本波成分の輝度値ＳＦが閾値Ｆｔｈを超えると、超えた分だけ重みｗが小さくなっている。受信信号の振幅が大きく受信信号が飽和した場合、第１フレームデータ内に高輝度部分（高調波ノイズ）が生じ、第２フレームデータ内の同じ位置にも高輝度部分が生じる。後者の高輝度部分を基礎として、第１フレームデータ内の高調波ノイズを抑圧することが可能である。

第２フレームデータは重み分布の生成においてだけ使用され、第２フレームデータの空間分解能が低くても、それによる超音波画像の画質低下は僅かである。寧ろ、第１フレームデータの空間分解能を高められるので、それを基礎として生成される超音波画像の画質をかなり高められる。

図４には、演算部の変形例が示されている。図示された演算部３４Ａは、複数の機能を有しており、具体的には、上記した重み付け機能７６、比を計算する機能７８、及び、合成機能８０を有している。比を計算する機能７８は、画素ごとに高調波成分の輝度と基本波成分の輝度の比を計算し、その比を画像化するものである。合成機能８０は、高調波成分と基本波成分とを一定の割合でブレンドする機能である。このように２つの成分の利用方法として各種のものが挙げられる。

図５には、ＡＭ法に従う送受信が示されている。第１送信では、第１振幅を有するパルス８４が送信され、第２送信では、第２振幅を有するパルス９２が送信される。第１振幅の２倍が第２振幅に相当する。送信方位を順次切り替えながら送信方位ごとに２回の送信が順次実施される。第１送信により形成される送信ビームが符号８６で示されており、それに対応する複数の受信ビームが符号８８で示されている。同様に、第２送信により形成される送信ビームが符号９４で示されており、それに対応する複数の受信ビームが符号９６で示されている。

図６には、一般的なパラレル受信が示されている。Ｓ１０～Ｓ１５は複数の送受信工程を示している。図６の左側部分１００は高調波成分についてのパラレル受信の繰り返しを示しており、図６の右側部分１０２は基本波成分についてのパラレル受信の繰り返しを示している。送信位置（パラレル受信中心位置）が電子走査方向（ｙ方向）に段階的にシフトされている。

送受信工程Ｓ１０では、ＡＭ法に従う２つの送信ビーム１０４が順次形成される。これにより得られた第１受信信号列及び第２受信信号列に対する成分分離処理及びパラレル受信処理により、第１ビームデータセット１０６及び第２ビームデータセット１０７が生成される。第１ビームデータセット１０６は、図示の例では、８個の第１ビームデータ１０８により構成される。第２ビームデータセット１０７は、図示の例では、８個の第２ビームデータ１０９により構成される。すなわり、ｍ＝ｎである。送受信位置を電子走査方向に段階的に切り替えながら、上記同様の送受信工程Ｓ１１～Ｓ１５が順次実行される。

高調波成分については、個々の受信位置ごとに、それに対応する複数のビームデータが特定され（符号１１０を参照）、それらを加算することにより、合成ビームデータ１１４が生成される。電子走査方向に並ぶ複数の合成ビームデータ１１４により第１フレームデータ１１２が構成される。同様に、基本波成分については、個々の受信位置ごとに、それに対応する複数のビームデータが特定され（符号１１１を参照）、それらを加算することにより、合成ビームデータ１１５が生成される。電子走査方向に並ぶ複数の合成ビームデータ１１４により第２フレームデータ１１３が構成される。

図７には、図６に示したパラレル受信を前提とする一般的なデータ処理が示されている。（Ａ）は、ＡＭ法に従う２回の送信Ｔｘ１、Ｔｘ２の繰り返しを示している。送信方位が電子走査方向に段階的に切り替えられている。（Ｂ）は、第１受信信号列ｒ１を示し、また第２受信信号列ｒ２を示している。（Ｃ）は、第１受信信号列ｒ１及び第２受信信号列ｒ２から生成される高調波成分信号列及び基本波成分信号列を示している。図示の例では、それらの信号列が順次生成されているが、２つの信号列が時分割で同時に生成されてもよい。（Ｄ）には、プロセッサにおける単位処理期間１１６が示されており、それはＡＭ法に従う２回の送受信期間の全体に相当する。単位処理期間１１６は、高調波成分用パラレル受信処理期間（時分割処理期間）１１８と、基本波成分用パラレル受信処理期間（時分割処理期間）１２０とにより構成され、それらは同じ時間長を有している。

上記の一般的なデータ処理では、整相加算部が有するプロセッサの有限な処理能力の内で５０％が高調波成分の処理に利用され、残りの５０％が基本波成分の処理に利用される。それを前提として、一般に、より多くのパラレル受信数ｍ，ｎ（但しｍ＝ｎ）が決定される。

図８には、実施形態に係るパラレル受信が示されている。ｔ１０～ｔ１５は複数の送受信工程を示している。図８の左側部分１２２は高調波成分についてのパラレル受信の繰り返しを示しており、図８の右側部分１２４は基本波成分についてのパラレル受信の繰り返しを示している。送信位置（パラレル受信中心位置）が電子走査方向（ｙ方向）に段階的にシフトされる。

送受信工程ｔ１０では、ＡＭ法に従う２つの送信ビーム１２６が形成される。これにより得られた第１受信信号列及び第２受信信号列に対する成分分離処理及びパラレル受信処理により、第１ビームデータセット１２８及び第２ビームデータセット１３８が生成される。第１ビームデータセット１２８は、図示の例では、１４個の第１ビームデータにより構成される。つまり、ｍ＝１４である。第２ビームデータセット１３８は、図示の例では、２個の第２ビームデータ１０９により構成される。つまり、ｎ＝２である。加算値ｍ＋ｎは１６であり、その点に限っては、上述した一般的なパラレル受信の場合と同じである。実施形態においては、割合が変更されている。送受信位置を電子走査方向に段階的に切り替えながら、上記同様の送受信工程ｔ１１～ｔ１５が順次実行される。

高調波成分については、個々の受信位置ごとに、それに対応する複数のビームデータが特定され（符号１３０を参照）、それらを加算することにより、合成ビームデータ１３４が生成される。電子走査方向に並ぶ複数の合成ビームデータ１３４により第１フレームデータ１３２が構成される。

一方、基本波成分については、ｔ１０～ｔ１５の実行の結果、電子走査方向に並ぶ複数のビームデータ１４２が生成される。それらにより、第２フレームデータ１４０が構成される。基本波成分について送信開口合成を適用してもよい。基本波成分についてはパラレル受信を行わずに１つのビームデータが生成されてもよい。

図９には、図８に示したパラレル受信を前提とする実施形態に係るデータ処理が示されている。（Ａ）は、ＡＭ法に従う２回の送信Ｔｘ１、Ｔｘ２の繰り返しを示している。送信方位が電子走査方向に段階的に切り替えられている。（Ｂ）は、第１受信信号列ｒ１を示し、また第２受信信号列ｒ２を示している。（Ｃ）は、第１受信信号列ｒ１及び第２受信信号列ｒ２から生成される高調波成分信号列及び基本波成分信号列を示している。図示の例では、それらの信号列が順次生成されているが、２つの信号列が時分割で同時に生成されてもよい。（Ｄ）には、プロセッサにおける単位処理期間１４４が示されており、それはＡＭ法に従う２回の送受信期間の全体に相当する。単位処理期間１４４は、高調波成分用パラレル受信処理期間（時分割処理期間）１４６と、基本波成分用パラレル受信処理期間（時分割処理期間）１４８とにより構成され、前者の時間長は後者の時間長よりもかなり大きい。

実施形態に係るデータ処理では、整相加算部が有するプロセッサの有限な処理能力を仮に１６とした場合、１４／１６を高調波成分用の処理に利用できる。残りの２／１６が基本波成分用の処理に利用される。逆に言えば、基本波成分についての空間分解能を落とした分だけ高調波成分についての空間分解能を高めることが可能である。ｍとｎの比に応じて有限な処理能力が配分される。図９においては、高調波成分についてのパラレル受信処理の後に基本波成分についてのパラレル受信処理が実行されていたが、２つのパラレル受信処理を同時進行で実行してもよい。その場合においても、処理能力の配分は上記の場合と変わらない。

高調波成分の質が超音波画像の質を支配している状況下では、高調波成分についての空間分解能を高めることの意義は非常に大きい。基本波成分がノイズ抑圧に用いられる場合、それについての空間分解能の低下はあまり問題とならない場合が多い。よって、実施形態に係る方法によれば、超音波画像全体の解像度を高め、同時に、局所的なノイズを効果的に低減して、その画質を総合的に高めることが可能である。

ＡＭ法において、１つの送信位置又は１つの送信方位ごとに、３回の送信が行われてもよい。例えば、送信電圧を固定し、奇数番目の振動素子を利用した第１送信、偶数番目の振動素子を利用した第２送信、並びに、奇数番目及び偶数番目の振動素子を利用した第３送信、が実行されてもよい。第１送信及び第２送信の振幅は５０％に相当し、第３送信の振幅は１００％に相当する。３回の送信により得られる第１受信信号列、第２受信信号列、及び、第３受信信号列の加減算処理に際しては、正負の符号調整だけでよく、「２」の乗算は不要となる。

上記の送受信を行う場合、図１０に示された成分分離回路１４Ａを使用し得る。ここでは、１チャンネルに相当する回路部分が示されている。第１受信信号、第２受信信号及び第３受信信号は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器列５０を構成するＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換された後、必要に応じて、バッファ列５２を構成するバッファに一時的に記憶される。加算器列５６Ａにおいて、高調波成分用の加算器１５０では、第１受信信号及び第２受信信号に「－１」が乗算された上で、それらと第３受信信号が加算される。これにより高調波成分信号が生成される。基本波成分用の加算器１５１では、第１受信信号、第２受信信号及び第３受信信号が加算される。これにより基本波成分信号が生成される。

図１１には、ＰＩ法に従う送受信が示されている。個々の送信方位又は送信位置ごとに、送信波１５８が送信され、その後、それとは１８０度位相の異なる送信波１６０が送信される。これにより得られた第１受信信号列と第２受信信号列の加減算により高調波成分信号列及び基本波成分信号列が生成される。

図１２には、超音波診断装置の変形例が示されている。図１２において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。この変形例では、送信開口合成部２０Ａが送信開口合成器２８Ａ及び送信開口合成器２８Ｂを有している。高調波成分に対してのみならず基本波成分に対しても送信開口合成が適用されている。但し、高調波成分についてのパラレル受信数ｍと基本波成分についてのパラレル受信数ｎは相違している。高調波成分と基本波成分の品質上の優劣関係に基づいてｍとｎの比を定めるのが望ましい。

１０プローブ、１４成分分離回路、１６整相加算部、２０送信開口合成部、２２ビームデータ処理部、３４演算部、４４送受信制御部、１２２高調波成分の処理、１２４基本波成分の処理、１２８第１ビームデータセット、１３２第１フレームデータ、１３８第２ビームデータセット、１４０第２フレームデータ。

Claims

高調波成分画像化法に従う複数回の送信により得られた複数の受信信号列に基づいて、高調波成分信号列及び基本波成分信号列を生成する生成部と、
前記高調波成分信号列に基づいてｍ（但しｍは１以上の整数）個のビームデータからなる第１ビームデータセットを生成し、前記基本波成分信号列に基づいてｎ（但しｎはｍを除く１以上の整数）個のビームデータからなる第２ビームデータセットを生成する整相加算部と、
前記第１ビームデータセット及び前記第２ビームデータセットから生成された超音波画像を表示する表示器と、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記ｍは前記ｎよりも大きい、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の超音波診断装置において、
前記ｎは１又は２である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
送信周波数に応じて少なくとも前記ｍを可変する制御部を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
送信位置又は送信方位を変更しながら前記複数回の送信を繰り返して前記送信位置又は前記送信方位ごとに前記第１ビームデータセット及び前記第２ビームデータセットを生成することにより、電子走査方向に部分的に重複しながら並ぶ複数の第１ビームデータセットが生成され、且つ、前記電子走査方向に並ぶ複数の第２ビームデータセットが生成され、
前記複数の第１ビームデータセットに対して送信開口合成を適用することにより第1フレームデータを生成する合成部が設けられ、
前記複数の第２ビームデータセットにより第２フレームデータが構成され、
前記第１フレームデータ及び前記第２フレームデータに基づいて表示用フレームデータを生成する演算部が設けられ、
前記表示用フレームデータに基づいて前記超音波画像が生成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項５記載の超音波診断装置において、
前記演算部は、
少なくとも前記第２フレームデータに基づいて重み分布を生成する手段と、
前記第１フレームデータに対して前記重み分布を作用させて前記表示用フレームデータを生成する手段と、
を含む、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の超音波診断装置において、
前記重み分布は、前記表示用フレームデータに含まれる高調波ノイズを抑制するものである、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記整相加算部の単位動作期間には、前記高調波成分信号列を処理する第１期間、及び、前記基本波成分信号列を処理する第２期間が含まれ、
前記第１期間と前記第２期間の比が前記ｍと前記ｎの比により決まる、
ことを特徴とする超音波診断装置。