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JP2001245889A - 超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents

超音波プローブおよび超音波診断装置

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JP2001245889A
JP2001245889A JP2000060187A JP2000060187A JP2001245889A JP 2001245889 A JP2001245889 A JP 2001245889A JP 2000060187 A JP2000060187 A JP 2000060187A JP 2000060187 A JP2000060187 A JP 2000060187A JP 2001245889 A JP2001245889 A JP 2001245889A
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ultrasonic
transmission
vibrator
focal point
probe
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哲也 川岸
Yoshitaka Mine
喜隆 嶺
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １回の超音波の送信で複数の焦点を設定する
ことにより、近距離から遠距離まで画像化に充分なハー
モニック強度を実現し、画像全体にわたってハーモニッ
クイメージングにより高画質な画像を生成する。 【解決手段】 プローブ１１から発生する超音波により
複数の焦点にハーモニック成分が発生するように、送信
ビームフォーマー１９により、プローブ１１に設けられ
たそれぞれの超音波振動子を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の非線形な
伝搬により生じるハーモニック成分による画像の構成に
用いる超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波診断装置において、ハーモ
ニックイメージング（ＨＩ）法と呼ばれている手法が発
展してきた。前記ハーモニックイメージング法は、超音
波の受信信号に含まれる高調波成分を検出して、映像化
する手法であり（例えば２ＭＨｚの超音波を送信し、４
ＭＨｚのハーモニック成分でイメージング）、微小気泡
よりなる超音波造影剤をより効率的に検出することを目
的として開発された。微小気泡は強い非線形散乱特性を
有しており、その散乱信号は生体組織と比べて大きなハ
ーモニック成分を含んでいる。そこでこのハーモニック
成分のみを検出することにより、通常（基本波成分）で
は周囲組織からのエコーに埋もれてしまうような微小な
血流（パフュージョン）の映像化が可能となる。近年、
ハーモニックイメージング法の他の応用として、組織ハ
ーモニックイメージング法(Tissue Harmonic Imagin
g；ＴＨＩ)が注目されている。これはハーモニックイメ
ージング法が有する画質改善効果に着目したもので、ノ
イズの低減された高コントラストの画像が得られ、心内
膜等の描出に優れることが特徴である。
【０００３】コントラストハーモニックイメージング法
ではコントラスト剤（微小気泡）での散乱で生じたハー
モニック成分を映像化するのに対して、組織ハーモニッ
クイメージング法では、送信された超音波が被検体内を
歪みながら“伝搬”するいわゆる伝搬の非線形性により
発生するハーモニック成分のエコー信号を映像化してい
る。組織ハーモニックイメージング法におけるハーモニ
ック成分の発生は、基本波成分の音圧の二乗（強度）に
比例するため、超音波の送信ビームの中心軸上（音圧の
高い領域）に集中して発生する。すなわち基本波成分を
用いた場合に比べ、メインローブが細くかつサイドロー
ブレベルが低いシャープな超音波の送信ビームが形成可
能である。このように組織ハーモニックイメージング法
ではビーム幅が狭くかつサイドローブレベルの低いビー
ム形成が可能なため、ビーム幅の低減により方位方向分
解能が向上し、またサイドローブレベルの低減によりコ
ントラスト分解能が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ハーモニックイメージングおよび組織ハーモニックイメ
ージング法では、超音波の送信ビームが単一の焦点にの
み集束する方法を用いていた。また、特に、従来の組織
ハーモニックイメージング法では、生体深部までの視野
深度を考慮して、単一の焦点を遠距離焦点にすれば、近
距離の基本波成分の強度がハーモニック成分の発生に不
十分であり、従って画像生成に必要なハーモニック成分
の強度が不足する。また、単一の焦点を近距離焦点にす
れば、ハーモニック成分は基本波成分の強度が大きい近
距離で主に発生し、遠距離での発生は少ない。近距離で
発生したハーモニック成分は、生体を伝搬する際に減衰
し遠距離でのハーモニック成分が不足する。中距離焦点
では、近距離遠距離ともハーモニック成分が不足する。
つまり、従来の組織ハーモニックイメージング法では、
プローブから視野深度まで、超音波の１回の送受信で画
像化に充分なハーモニック成分が得られない。また、近
距離焦点で生成した画像と遠距離焦点で生成した画像を
合成する技術があるが、これは近距離焦点と遠距離焦点
に、それぞれ超音波を２回送信する必要があるため、フ
レームレートが半分以下に劣化する。
【０００５】そこで、本発明は上記課題を解決し、１回
の超音波の送信で複数の焦点を設定することにより、近
距離から視野深度まで画像化に充分なハーモニック強度
を実現し、画像全体にわたってハーモニックイメージン
グにより高画質な画像を生成し、診断に有益な情報を提
供する超音波診断装置を提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、被検体に対して超音波を
送受波する複数の超音波振動子を配列してなる超音波プ
ローブと、前記超音波振動子の１回の送信で被検体の組
織に近距離から視野深度まで画像を作成するために充分
なハーモニック強度を得るために複数の焦点を設定して
前記超音波振動子を駆動させる送信ビームフォーマー
と、前記超音波プローブの出力である超音波エコー信号
に基づいて、前記超音波エコー信号のハーモニック成分
の情報を含む超音波画像を生成する手段と、を備えるこ
とを特徴とする。本発明は上記構成により、送信ビーム
フォーマーで複数の焦点をもつように超音波振動子を駆
動させることにより、近距離から視野深度まで画像化に
充分なハーモニック成分を発生させることが出来る。ま
た、請求項１３に記載の発明は、印加された電気信号に
応じて基本波成分である超音波を被検体内に送波する超
音波振動子と、前記超音波振動子の前記超音波を送波す
る送波面以外の少なくとも１つの面に設けられたバッキ
ング材と、前記送波面に設けられ前記被検体内に前記基
本波成分に対するハーモニック成分を発生させる焦点を
有する音響レンズと、を具備することを特徴とする。
【０００７】本発明は上記構成により、焦点を有する音
響レンズを用いることにより、ハーモニック成分を発生
させる焦点を設定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る第１の実施の
形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本実施の形態による超音波診断装置の構成を示して
いる。図１は、装置本体１３に、プローブ１１およびモ
ニタ１７が接続された構成になっている。また、装置本
体１３は、全体の制御を行うホストＣＰＵ１８、パルス
信号を発生するパルサ２０、超音波ビームの送信、受信
方向を決定する送信、受信ビームフォーマー１９、１
４、Ｔ／Ｒスイッチ１０、プリアンプユニット１２、超
音波画像を構成する画像プロセッサ１５、および画像信
号に変換を行う表示ユニット１６を有している。送信ビ
ームフォーマー１９は、図２に示されたように、送信パ
ルス発生回路２６とパルサ２０により構成されている。
送信パルス発生回路２６は、超音波をビーム状に形成す
るためのパルス信号を生成し、パルサ２０に送信する。
パルサ２０は、送信パルス発生回路２６で生成されたパ
ルス信号を、増幅し、圧電素子を駆動するための駆動信
号に変換する。前記駆動信号は、送信ビームフォーマー
１９の出力として、送受信信号を切換えるＴ／Ｒスイッ
チ１０を介して、プローブ１１に設けられた圧電素子か
らなる超音波振動子に印加され、これにより、超音波振
動子は振動して、超音波を発生する。なお、この超音波
の周波数スペクトラムは、駆動信号の周波数（基本周波
数ｆ０）を中心として通常は若干分散している。
【０００９】プローブ１１から発生した超音波は、被検
体内に送信され、被検体内組織の音響インピーダンスの
境界で反射された超音波信号はエコーとしてプローブ１
１で受信される。このエコーには、基本周波数ｆ０の基
本波成分の他に、超音波が被検体の内部を歪みながら
“伝搬”するいわゆる伝搬の非線形性により基本周波数
ｆ０以外の非基本波成分が生じる。この非基本波成分と
しては、ここでは、基本周波数ｆ０の整数倍の周波数を
有するハーモニック成分、特に基本周波数ｆ０の２倍の
周波数をもつ２次のハーモニック成分を扱うものとする
が、それ以外のハーモニック成分、例えば、基本周波数
ｆ０の３倍の周波数をもつ３次ハーモニック成分であっ
ても良い。プローブ１１で受信された信号は、再びＴ／
Ｒスイッチ１０を介し、プリアンプユニット１２で増幅
され、受信ビームフォーマー１４を通り、画像プロセッ
サ１５に送られる。受信ビームフォーマー１４は、受信
の際のビームフォーミングを行い受信ビームの方向・集
束・形状を制御するためのものである。画像プロセッサ
１５では、受信ビームフォーマー１４の出力信号からハ
ーモニック成分を、帯域フィルタ等で取り出し、前記ハ
ーモニック成分に基づいて、組織の形態情報を求めるＢ
モード処理、血流又は組織の移動速度情報を求めるＣＦ
Ｍ処理等を行い表示画像を構成する。
【００１０】画像プロセッサ１５で処理された信号は、
表示ユニット１６によりＴＶ信号にスキャンコンバート
され、モニタ１７に画像として表示される。これらの信
号処理は、ホストＣＰＵ１８で統括制御されている。本
発明では、プローブ１１に設けられたそれぞれの超音波
振動子を駆動する電圧の大きさ、周波数、タイミングお
よび位相を送信ビームフォーマー１９で制御し、複数の
焦点を設け、あるいは、少なくとも１つの焦点を有する
音響レンズをプローブ１１の超音波送信面に備えること
により焦点を設け、近距離から視野深度までハーモニッ
ク成分を発生させ、画像化に充分なハーモニック成分を
得るようにする。ここで、１次元超音波振動子アレイを
用いた場合について説明する。図３（ａ）は、１次元超
音波振動子アレイを、超音波振動子から送信される超音
波の送信方向と垂直な方向の１つである上下の方向から
見た上面図、図３（ｂ）は、超音波の送信方向および前
記上下方向と垂直は方向である側面方向から見た側面
図、図３（ｃ）は、上面および側面と垂直な面である正
面から見た正面図である。なお、送信開口とは、プロー
ブから被検体内へ超音波を送信する界面のことであり、
駆動する超音波振動子の領域、及び音響レンズの媒質、
形状などの特性によって決まる。
【００１１】図３（ａ）に示されるように、図１におけ
る送信ビームフォーマー１９で各超音波振動子に対応し
て形成された駆動信号パルス群５２によって、それぞれ
の超音波振動子４１からは、音響レンズ４０を介して、
点線で示される方向に超音波が送信され、異なる位置に
焦点４３、４４を形成する。また、駆動信号パルス群５
２について説明する。なお、以下、便宜上、７つの超音
波振動子が配列され、かつ、中央の走査線の場合につい
て説明するが、特に超音波振動子の数や走査線の位置を
制限するものではない。図３（ａ）に示された７つの超
音波振動子の内、中央から対称な位置にあるそれぞれ２
つの超音波振動子は、同時にパルスが印加される。中央
に位置する超音波振動子に印加するパルスを、この両側
の超音波振動子に印加されるパルスより、遅延させるこ
とにより焦点４３を形成する。また、外側の４つの超音
波振動子の内、最も外側にある２つの超音波振動子に印
加するパルスより、これより内側にある２つの超音波振
動子に印加するパルスを遅延させることにより焦点４４
を形成する。ここで、短距離の焦点４３を形成する複数
の超音波振動子を送信開口４２、焦点４３よりも長距離
にある焦点４４を形成する複数の超音波振動子を長距離
用送信開口４５とする。
【００１２】また、この際、側面方向においては、図３
（ｂ）に示されるように、単一の焦点をもつ音響レンズ
４０によって、焦点５０が形成されている。ここで、焦
点４３と５０、あるいは４４と５０は、同じ位置であっ
ても良いし、異なる位置であっても良い。本実施の形態
では、従来の単一焦点に超音波の送信ビームを収束させ
る場合と異なり、送信ビームフォーマーで複数の焦点位
置にハーモニック成分が生じるように超音波振動子を駆
動させることにより、プローブから視野深度まで、超音
波の１回の送受信で画像化に充分なハーモニック成分を
得ることが可能である。なお、本実施の形態では、音響
レンズ４０は単一焦点のものを使用したが、屈折率の異
なる媒質などを用いることにより、複数の異なる位置に
焦点をもつ音響レンズとしても良い。また、送信開口
は、上述のように、２つの場合を説明したが、特に数を
限定するものではない。次に、第２の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態
と同一構成のものは同一番号を付して詳しい説明は省略
する。本実施の形態は、超音波診断装置に２次元超音波
振動子アレイを用いたものである。図４（ａ）は、２次
元超音波振動子アレイを上面から見た上面図、図４
（ｂ）は、側面図、図４（ｃ）は正面図である。
【００１３】図４（ａ）に示されるように、図１におけ
る送信ビームフォーマー１９で各超音波振動子に対応し
て形成された駆動信号パルス群６７によって、それぞれ
の超音波振動子６１からは、音響レンズ６６を介して、
点線で示される方向に超音波が送信され、異なる位置に
焦点２３、２４を形成する。ここで、短距離の焦点２３
を形成する複数の超音波振動子を送信開口２２、焦点２
３よりも長距離にある焦点２４を形成する複数の超音波
振動子を長距離用送信開口２１とする。また、この際、
側面方向においても、図４（ｂ）に示されるように、複
数の超音波振動子６１が配列されており、駆動信号パル
ス群６７によって、短距離にある焦点２３、および長距
離にある焦点２４を形成している。本実施の形態では、
図４（ｃ）に示されるように、各送信開口は、同心円状
に配置されており、送信開口２１の半径をｒ２、送信開
口２２の半径をｒ１とする。ただし、ここでは、ｒ１＜
ｒ２とする。また、各焦点を含めた各送信開口の斜視図
を図５に示す。なお、短距離用の焦点２３の焦点距離を
ｆ１、長距離用の焦点２４の焦点距離をｆ２とする。ま
た、本実施の形態では、短距離用の送信開口２２の遅延
カーブ（印加される信号が同位相である部分）と、長距
離用の送信開口２１の遅延カーブの延長線が、開口の中
心部分で接するように各送信開口から超音波を送信した
ものである。このときの送信開口から発生する超音波の
概念図を図９（ａ）に示す。なお、ここで、遅延カーブ
は太線で示されている。また、点線部分は、長距離用の
送信開口２１遅延カーブの延長線である。
【００１４】上述のように超音波を送信し、図５に示さ
れた送信開口を用いた場合の送信開口の中心からの距離
と送信ビームの中心軸上のハーモニック成分の強度との
関係を図６のグラフに示す。図６では、送信開口におけ
るｒ１を約４ｍｍ、ｒ２を約８ｍｍ、ｆ１を約３ｃｍ、
ｆ２を約８ｃｍとした場合である。図６で明らかなよう
に、ハーモニック成分の強度は、特に矢印で示す２箇所
で大きな値をもっており、２つの焦点領域を持っている
ことがわかる。なお、比較のため、従来例の送信開口を
図１６に示す。図１６（ａ）は、従来例である送信開口
の正面図、図１６（ｂ）は焦点を含めた送信開口の斜視
図である。従来例のプローブの送信開口は、図１６に示
されるように、半径Ｒ１である１つの送信開口８１を有
しており、送信される超音波は単一焦点８２に集束す
る。また、従来例の送信開口を用いた場合の送信開口の
中心からの距離と送信ビームの中心軸上のハーモニック
成分の強度との関係を図１７のグラフに示す。図１７で
は、送信開口におけるＲ１を約８ｍｍ、Ｆ１を約８ｃｍ
とした場合、およびＲ１を約４ｍｍ、Ｆ１を約３ｃｍと
した場合の２つの特性が示されている。
【００１５】従来例における送信開口では、近距離であ
る約３ｃｍを焦点とした場合（F１が約３ｃｍの時）、
遠距離である約８ｃｍの位置（点線円で示している）で
は、ハーモニック成分の強度が弱く、また、遠距離であ
る約８ｃｍを焦点とした場合（Ｆ１が約８ｃｍの時）、
近距離である約３ｃｍの位置（実線円で示している）で
は、ハーモニック成分の強度が弱いことがわかる。図６
でも明らかなように、近距離、本実施の形態では約３ｃ
ｍの位置（実線円で示している）および遠距離、本実施
の形態では約８ｃｍの位置（点線円で示している）とも
に、従来例に比べ、略１５〜２０ｄＢ程度、ハーモニッ
ク成分の強度が高く発生していることがわかる。本実施
の形態における送信開口を用いると、従来例と異なり、
第１の実施の形態と同様、プローブから視野深度まで、
超音波の１回の送受信で画像化に充分なハーモニック成
分を得ることが可能である。また、本実施の形態では、
２次元超音波振動子アレイを用いているため、焦点の位
置を３次元的に移動させることができ、これに伴って、
ハーモニック成分を３次元的に任意の位置で発生させる
ことができる。また、本実施の形態における送信開口で
は、焦点距離を約３ｃｍおよび約８ｃｍとしたが、複数
の焦点をもつものであれば、特に焦点の数、および焦点
距離を限定するものではない。なお、特に近距離焦点の
位置を約３±１ｃｍ程度、遠距離焦点の位置を約８±１
ｃｍ程度とすると、広い範囲に大きな強度のハーモニッ
ク成分を発生させることができる。
【００１６】また、なお、本実施の形態では、音響レン
ズによる焦点を設けていないが、本実施の形態とあわせ
て、音響レンズによって焦点を設定すると、より効果的
にハーモニック成分を発生させることが可能である。ま
たさらに、本実施の形態では、２次元超音波振動子アレ
イを用いたが、超音波振動子が同心円状に配列されたア
ニュラアレイを用いても実施可能である。次に、第２の
実施の形態における送信開口の変形例を図７に示す。な
お、第２の実施の形態と同一構成のものは、同一番号を
付して詳しい説明は省略する。図７（ａ）は、本変形例
における送信開口の正面図である。図７（ａ）には、同
心多角形状の一例である同心長方形状に２つの送信開口
３１、３２が設けられている。なお、図７では、長方形
の送信開口の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向、送
信ビームの中心軸方向をＺ方向としている。また、図７
（ｂ）には、内側の送信開口３２による焦点を近距離焦
点３３、外側の送信開口３１による焦点を遠距離焦点３
４に設定した場合の送信開口のＸ−Ｚ面の側面図を、図
７（ｃ）にはＹ−Ｚ面の側面図を示す。図７（ｂ）およ
び（ｃ）から明らかなように、送信開口を同心多角形状
に２つ設けた場合、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面に、それぞれに
独立に２つの焦点を設定することが可能であり、Ｘ−Ｚ
面、Ｙ−Ｚ面合わせて計４つの焦点３３乃至３６を設け
ることができる。
【００１７】本変形例では、第２の実施の形態の効果に
加え、送信開口を同心多角形状に複数設けることによ
り、第２の実施の形態における同心円状に送信開口を設
ける場合よりも、送信開口が同数の場合、さらに焦点の
数を増やすことができる。また、第２の実施の形態、お
よび変形例では、送信開口を２つ設け、焦点を２つ、あ
るいは４つに設定した場合であるが、同様にさらに多く
の送信開口を設け、各送信開口にそれぞれ焦点の設定が
可能である。極限的には、連続的に焦点を送信ビームの
中心軸上に分布させることもできる。なお、それぞれの
超音波振動子の形状、送信開口の数、焦点の数、各送信
開口の大きさ、焦点の位置等は、診断部位、プローブ等
に適した仕様を定めれば良い。次に、本発明に係る第３
の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明す
る。第３の実施の形態は、第２の実施の形態において、
図１に示した送信ビームフォーマー１９による超音波振
動子を駆動する方法の変形例である。また、図８に、短
距離用の送信開口２２（inner）からと、長距離用の送
信開口２１（outer）から、独立に超音波を発生させた
場合の送信ビームの中心軸上の基本波成分の位相を示し
た。ここでは送信開口の中心から約３ｃｍ付近では、内
側の送信開口および外側の送信開口からの発生した超音
波の基本波成分同士の位相が約πずれているのがわか
る。これは、図８では点線で示されている。また、遠距
離では、基本波成分同士の位相がほぼ等しいことがわか
る。
【００１８】従って、パルスを印加した場合、近距離で
は基本波成分同士の位相差により、基本波成分の強度が
相殺されて低くなるため、ハーモニック成分が遠距離に
比べ相対的に発生しにくい領域が発生するが、遠距離で
は基本波成分の強度は位相が一致するため高くなり、ハ
ーモニック成分が発生しやすくなる。ここで、第２の実
施の形態と異なり、短距離用の送信開口２２の遅延カー
ブと、長距離用の送信開口２１の遅延カーブの延長線
が、開口の中心部分で接しないように各送信開口から超
音波を送信したときの各送信開口から発生する超音波の
概念図を図９（ｂ）に示す。なお、第２の実施の形態と
同様、遅延カーブは太線で示されている。また、点線部
分は、長距離用の送信開口２１遅延カーブの延長線であ
る。また、図９（ｂ）では、時間差あるいは位相差がオ
フセットとして示されている。オフセットを設定する方
法としては、送信ビームフォーマー１９で、それぞれの
超音波振動子を駆動する駆動信号に時間差あるいは位相
差を設ける。この時間差あるいは位相差を設けた場合の
送信ビームフォーマー１９の出力である駆動信号パルス
群５３を図１０に示す。図１０（ａ）では、内側の送信
開口２２に印加する全てのパルス（太線で示している）
を、点線で示したオフセット分だけ遅延させている。な
お、図１０（ｂ）は、比較のため、第２の実施の形態に
おける図４（ａ）に示されている駆動信号パルス群６７
を示している。
【００１９】なお、上記方法により、時間差あるいは位
相差を設けるだけでも良いが、時間差、位相差を組み合
わせても良い。また、ここで位相遅延および時間遅延を
行った場合のパルス群５３を図１８に示す。図１８
（ａ）は時間遅延を用いた場合、図１８（ｂ）は位相遅
延を用いた場合である。連続波でない超音波による映像
化では、時間遅延を用いた収束音場のパルス長よりも、
位相遅延を用いた方が、パルス長が短くなることがわか
る。本実施の形態における送信ビームフォーマー１９に
よる超音波振動子を駆動する方法を用いて、各送信開口
から最初に発生する超音波の位相差が約πとなるよう設
定した場合の送信開口の中心からの距離と送信ビームの
中心軸上のハーモニック成分の強度との関係を図１１の
グラフに示す。なお、オフセット有と示された特性は、
位相差約π分のオフセットをあたえた時の特性であり、
オフセット無は、比較のため、位相差がない場合、すな
わち、第２の実施の形態における図６の特性が示されて
いる。第３の実施の形態では、図１１から明らかなよう
に、短距離用の送信開口２２と長距離用の送信開口２１
から発生する超音波に約π分のオフセットを設けること
により、特に、遠距離に比べ、近距離でのハーモニック
成分の強度を向上させることができる。
【００２０】なお、本実施の形態では、オフセットを約
πとなるように行ったが、実際の設計では、この値はさ
まざまである。例えば、約π／２とした場合には、図１
１に示したオフセット有の特性と無の特性の間の特性を
もつことになる。また、送信開口の数が２つ以上であれ
ば、位相差の設定は、各送信開口間でそれぞれ可能であ
り、ハーモニック成分の強度を増強・減少させたい領域
に応じて制御すれば良い。本実施の形態では、第２の実
施の形態と同様、音響レンズによる焦点を設定していな
いが、音響レンズの厚さあるいは媒質などを異ならせる
ことにより、送信される超音波に時間差を設けても良
い。なお、本実施の形態は、第２の実施の形態でなく、
第１の実施の形態に適応することも可能である。次に、
本発明に係る第４の実施の形態について、図面を参照し
て詳細に説明する。第４の実施の形態は、図１に示した
送信ビームフォーマー１９による超音波振動子を駆動す
る方法の変形例である。本実施の形態では、第２の実施
の形態におけるプローブ１１から超音波を発生させる際
に、各送信開口から発生する基本波成分の強度を相違さ
せる。強度差を異ならせる方法としては、送信ビームフ
ォーマー１９で、それぞれの超音波振動子を駆動する駆
動信号の振幅を異ならせる。ここで、振幅を異ならせた
場合の、送信ビームフォーマー１９の出力信号である駆
動信号パルス群５４を図１２に示す。図１２（ａ）で
は、外側の送信開口２１に印加する全てのパルス（太線
で示している）の振幅を増大させている。なお、図１２
（ｂ）は、比較のため、第２の実施の形態における図４
（ａ）に示されている駆動信号パルス群６７を示してい
る。
【００２１】一般的に、基本波成分の強度を大きくする
と視野深度は向上するが、一方で、強度の大きな基本波
成分は、被検体内でキャビテーションを発生させる可能
性があるため、従来例における単一焦点の送信開口から
の超音波送信では、送信する基本波成分の強度に限界が
あり視野深度の向上を妨げていた。また、超音波の強度
は、遠距離ほど減衰が大きくなるため、特に近距離での
キャビテーションの発生が問題となる。本実施の形態で
は、第２の実施の形態の効果に加え、複数の異なる焦点
を備えた送信開口を有しているため、近距離に焦点をも
つ送信開口に比べ、遠距離に焦点を持つ送信開口から送
信する超音波の強度を上げることにより、近距離にキャ
ビテーションを発生させることなく、遠距離の焦点付近
の基本波成分の強度を上げることができ、視野深度の向
上を図ることができる。なお、本実施の形態は、第２の
実施の形態だけでなく、第１または第３の実施の形態と
併用することも可能である。また、本実施の形態では、
第２の実施の形態と同様、音響レンズによる焦点を設定
していないが、音響レンズの厚さあるいは媒質などを異
ならせることにより、送信される超音波に強度差を設け
ても良い。
【００２２】次に、本発明に係る第５の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。第５の実施の形
態は、図１に示した送信ビームフォーマー１９による超
音波振動子を駆動する方法の変形例である。本実施の形
態では、第２の実施の形態におけるプローブ１１から超
音波を発生させる際に、各送信開口から発生する基本波
成分の周波数を相違させる。第２の実施の形態における
送信開口を用いて、発生させた超音波の概念図を図１３
に示す。なお、１１１は、長距離用の送信開口２１から
発生した長距離焦点の超音波送信ビーム、１１２は短距
離用の送信開口２２から発生した短距離焦点の超音波送
信ビームである。また、図１３の送信ビームの中心軸２
５と垂直な方向（点線で示す）への中心軸からの距離
と、その位置でのハーモニック成分の強度の関係を図１
４に示す。なお、図１４では、送信開口から１ｃｍおよ
び２ｃｍの距離における２つの特性が示されている。図
１４における実線円で囲んだ部分は、短距離用の送信開
口２２からの送信によるピークであり、点線円で囲んだ
部分は長距離用の送信開口２１からの送信によるピーク
である。つまり、送信開口を２つとした場合、近距離で
は、短距離用の送信開口２２によるメインローブが形成
され、その外側には、長距離用の送信開口２１からの送
信によるピークが形成される。
【００２３】一般的に、焦点は、送信開口と略垂直な方
向に１列上に存在することが理想であるが、上述のよう
に近距離では、送信開口と略平行な向に、短距離用の送
信開口２２からの送信によるピーク、およびそのピーク
の両側に、長距離用の送信開口２１からの送信によるピ
ーク、の計３つのピークが存在しているため、焦点は送
信開口と略垂直な方向の３列上に存在していることにな
る。なお、前記３列のピークは、図１３では、斜線で示
されている。図１３に示すように、送信開口と略垂直な
方向に３列の強いハーモニック成分が発生した場合、そ
れぞれのハーモニック成分で強い反射がおこり、超音波
画像上では、ノイズの原因となる。そこで、本実施の形
態では、送信ビームフォーマー１９により、それぞれの
超音波振動子を駆動する周波数を異ならせることによ
り、各送信開口からは周波数の異なる超音波信号が発生
する。この時の各送信開口から発生する超音波の基本波
成分スペクトルを図１５（ａ）に示す。各送信開口から
発生する超音波の基本波成分は、図１５（ａ）に示され
るように、長距離用の送信開口２１から発生する基本波
成分９１は、中心周波数をｆ０outとし、短距離用の送
信開口２２から発生する基本波成分９２は、ｆ０outよ
り高周波側にあるｆ０inを中心周波数としている。
【００２４】周波数の異なる基本波成分９１、９２を各
送信開口から超音波として送信した場合、被検体内の非
線形伝搬により、図１５（ｂ）に示されるハーモニック
成分１０１、１０２としてそれぞれ発生する。被検体内
で発生したハーモニック成分１０１、１０２はそれぞれ
被検体内で反射し、プローブ１１で受信される。プロー
ブ１１で受信された受信信号は、プリアンプユニット１
２、受信ビームフォーマー１４を介して、画像プロセッ
サ１５で信号処理されるが、近距離の信号を処理する場
合には、図１５（ｂ）に示された長距離用の送信開口２
１から発生する基本波成分により生じるハーモニック成
分１０１を除去する帯域をもつハイパスフィルタ１０４
を画像プロセッサ１５に設ける。ハイパスフィルタ１０
４は、特に近距離の画像を構成する際に、スイッチ等に
より切換えて使用しても良いし、また、画像プロセッサ
１５に遠距離画像とは別に近距離の画像を構成する信号
処理系が設けられている場合には、近距離信号を処理す
る信号処理系にのみ設けても良い。本実施の形態では、
第２の実施の形態の効果に加え、ハイパスフィルタ１０
４により、ハーモニック成分１０１を除去、つまり図１
４における点線円部分を除去することができ、近距離で
の理想的なハーモニック成分の送受信ビームを形成する
ことができる。
【００２５】なお、周波数分布として、基本波成分９１
と９２あるいはハーモニック成分１０１と１０２は、完
全に分離されているものを図示したが、一部が重なりあ
っているものでも可能である。また、なお、本実施の形
態は、第２の実施の形態だけでなく、第１または第３ま
たは第４の実施の形態と併用することも可能である。第
３または第４の実施の形態と併用した場合には、特定部
分のハーモニック成分の強度を向上させ、また、視野深
度が大きく設定でき、よりシャープな送受信ビームが形
成可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波プローブ、および超音波診断装置を用いることによ
り、フレームレートを低下させることなく、近距離から
遠距離までハーモニック成分による画像化が可能とな
り、高画質な画像を提供し、診断に有用な情報を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第1の実施の形態における超音波
装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における送信ビ
ームフォーマーの回路構成図である。
【図３】（ａ）本発明に係る第１の実施の形態における
１次元超音波振動子アレイの上面図である。 （ｂ）本発明に係る第１の実施の形態における１次元超
音波振動子アレイの側面図である。 （ｃ）本発明に係る第１の実施の形態における１次元超
音波振動子アレイの正面図である。
【図４】（ａ）本発明に係る第２の実施の形態における
２次元超音波振動子アレイの上面図である。 （ｂ）本発明に係る第２の実施の形態における２次元超
音波振動子アレイの側面図である。 （ｃ）本発明に係る第２の実施の形態における２次元超
音波振動子アレイの正面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態における２次元
超音波振動子アレイの斜視図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態における送信開
口を用いた場合の視野深度と送信ビームの中心軸上のハ
ーモニック成分の強度の関係を表したグラフである。
【図７】（ａ）本発明に係る第２の実施の形態の変形例
における２次元超音波振動子アレイの正面図である。 （ｂ）本発明に係る第２の実施の形態の変形例における
２次元超音波振動子アレイのＸ−Ｚ面の側面図である。 （ｃ）本発明に係る第２の実施の形態の変形例における
２次元超音波振動子アレイのＹ−Ｚ面の側面図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態における視野深
度と、各送信開口から送信された超音波の送信ビームの
中心軸上の基本波成分の位相の関係を表すグラフであ
る。
【図９】（ａ）本発明に係る第３の実施の形態における
各送信開口からの遅延カーブが接するように超音波を送
信した場合のビームの概念図である。 （ｂ）本発明に係る第３の実施の形態における各送信開
口からの遅延カーブにオフセットが生じるように超音波
を送信した場合のビームの概念図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施の形態におけるそれ
ぞれの超音波振動子を駆動する駆動信号パルス群の図で
ある。
【図１１】本発明に係る第３の実施の形態における各送
信開口から異なる位相で送信した時の視野深度と超音波
の送信ビームの中心軸上のハーモニック成分の強度との
関係を表すグラフである。
【図１２】本発明に係る第４の実施の形態におけるそれ
ぞれの超音波振動子を駆動する駆動信号パルス群の図で
ある。
【図１３】本発明に係る第５の実施の形態における各送
信開口から発生する送信超音波のハーモニック成分が形
成するビーム概念図である。
【図１４】本発明に係る第５の実施の形態における送信
ビームの中心軸からの距離と、その位置におけるハーモ
ニック成分の強度の関係を表すグラフである。
【図１５】（ａ）本発明に係る第５の実施の形態におけ
る各送信開口から発生する超音波の基本波成分のスペク
トルを表す図である。 （ｂ）本発明に係る第５の実施の形態における各送信開
口から発生する超音波のハーモニック成分のスペクトル
を表す図である。
【図１６】（ａ）従来例における送信開口の正面図であ
る。 （ｂ）従来例における焦点を含む送信開口の斜視図であ
る。
【図１７】従来例における送信開口を用いた場合の視野
深度と送信ビームの中心軸上のハーモニック成分の強度
の関係を表したグラフである。
【図１８】本発明に係る第３の実施の形態における位相
遅延および時間遅延を行った場合のパルス群の詳細図で
ある。
【符号の説明】
１０ Ｔ／Ｒスイッチ １１ プローブ １２ プリアンプユニット １３ 装置本体 １４ 受信ビームフォーマー １５ 画像プロセッサ １６ 表示ユニット １７ モニタ １８ ホストＣＰＵ １９ 送信ビームフォーマー ２０ パルサ ２１ 外側の送信開口 ２２ 内側の送信開口 ２３ 近距離焦点 ２４ 遠距離焦点 ２５ 中心軸 ２６ 送信パルス発生回路 ３１ 外側の送信開口 ３２ 内側の送信開口 ３３ 近距離焦点 ３４ 遠距離焦点 ３５ 近距離焦点 ３６ 遠距離焦点 ４０ 音響レンズ ４１ 超音波振動子 ４２ 送信開口 ４３ 焦点 ４４ 焦点 ４５ 送信開口 ５０ 焦点 ５２ 駆動信号パルス群 ５３ 駆動信号パルス群 ５４ 駆動信号パルス群 ６１ 超音波振動子 ６６ 音響レンズ ６７ 駆動信号パルス群 ９１ 基本波成分 ９２ 基本波成分 １０１ ハーモニック成分 １０２ ハーモニック成分 １１１ 長距離焦点の超音波送信ビーム １１２ 短距離焦点の超音波送信ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 1/28 ３３０ Ｈ０４Ｒ 1/28 ３３０ 17/00 ３３２ 17/00 ３３２Ｙ Ｆターム(参考） 4C301 CC02 DD01 DD06 DD13 EE07 GB08 GB09 GB14 GB16 GB20 GB27 HH02 HH13 HH25 HH26 HH37 HH47 HH48 JB38 KK22 5C054 AA06 CA08 CB01 CH07 FD05 HA05 5D019 AA04 AA21 BB18 BB20 BB22 BB24 FF04 GG03 GG06 GG11

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検体に対して超音波を送受波する複数
    の超音波振動子を配列してなる超音波プローブと、前記
    超音波振動子の１回の送信で被検体の組織に近距離から
    視野深度まで画像を作成するために充分なハーモニック
    強度を得るために複数の焦点を設定して前記超音波振動
    子を駆動させる送信ビームフォーマーと、前記超音波プ
    ローブの出力である超音波エコー信号に基づいて、前記
    超音波エコー信号のハーモニック成分の情報を含む超音
    波画像を生成する手段と、を備えることを特徴とする超
    音波診断装置。
  2. 【請求項２】 前記送信ビームフォーマーが、前記超音
    波プローブより略３ｃｍおよび略８ｃｍの距離にそれぞ
    れ少なくとも１つの焦点が存在するように前記超音波振
    動子を駆動させることを特徴とする請求項１記載の超音
    波診断装置。
  3. 【請求項３】 前記送信ビームフォーマーが、前記複数
    の超音波振動子が超音波プローブが位置の異なる２つの
    焦点のうち１つの焦点である第１の焦点を設けるための
    第１の振動子群と、前記２つの焦点のうち前記第１の焦
    点以外の焦点である第２の焦点を設けるための第２の振
    動子群を有するように、前記超音波振動子を駆動させる
    ことを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装
    置。
  4. 【請求項４】 前記送信ビームフォーマーが、前記超音
    波プローブから前記第１の焦点までの距離と、前記超音
    波プローブから前記第２の焦点までの距離とが異なるよ
    うに、前記超音波振動子を駆動させることを特徴とする
    請求項３記載の超音波診断装置。
  5. 【請求項５】 前記送信ビームフォーマーが、前記第２
    の振動子群が前記第１の振動子群の周辺に存在し、前記
    第１の焦点が前記第２の焦点より前記超音波プローブに
    近い位置に存在するように、前記超音波振動子を駆動さ
    せることを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
  6. 【請求項６】 前記送信ビームフォーマーが、送信され
    た超音波の同位相の位置を示した曲線であるである遅延
    曲線のうち前記第１の振動子群の遅延曲線と、前記第２
    の振動子群による遅延曲線の延長線が接するように前記
    超音波振動子を駆動させることを特徴とする請求項５記
    載の超音波診断装置。
  7. 【請求項７】 前記送信ビームフォーマーが、送信され
    た超音波の同位相の位置を示した曲線であるである遅延
    曲線のうち前記第１の振動子群の遅延曲線と、前記第２
    の振動子群による遅延曲線の延長線が接しないように前
    記超音波振動子を駆動させることを特徴とする請求項５
    記載の超音波診断装置。
  8. 【請求項８】 前記送信ビームフォーマーが、前記第１
    の振動子群のうち少なくとも１つの超音波振動子から送
    信される超音波と、前記第２の振動子群のうち少なくと
    も１つの超音波振動子から送信される超音波との間に位
    相差を設けるように、前記超音波振動子を駆動させるこ
    とを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
  9. 【請求項９】 前記送信ビームフォーマーが、前記第１
    の振動子群のうち少なくとも１つの超音波振動子から送
    信される超音波と、前記第２の振動子群のうち少なくと
    も１つの超音波振動子から送信される超音波との間に時
    間差を設けるように、前記超音波振動子を駆動させるこ
    とを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
  10. 【請求項１０】 前記送信ビームフォーマーが、前記第
    １の振動子群から送信される超音波と、前記第２の振動
    子群から送信される超音波との間に強度差を設けるよう
    に、前記超音波振動子を駆動させることを特徴とする請
    求項３乃至９いずれか１項記載の超音波診断装置。
  11. 【請求項１１】 前記送信ビームフォーマーが、前記第
    １の振動子群から送信される超音波と、前記第２の振動
    子群から送信される超音波とが、異なる周波数分布とな
    るように、前記超音波振動子を駆動させることを特徴と
    する請求項３乃至１０いずれか１項記載の超音波診断装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記超音波画像を生成する手段が、前
    記外側の複数の超音波振動子から送信される超音波のハ
    ーモニック成分を除去するフィルタを有することを特徴
    とする請求項１１記載の超音波診断装置。
  13. 【請求項１３】 印加された電気信号に応じて基本波成
    分である超音波を被検体内に送波する超音波振動子と、
    前記超音波振動子の前記超音波を送波する送波面以外の
    少なくとも１つの面に設けられたバッキング材と、前記
    送波面に設けられ前記被検体内に前記基本波成分に対す
    るハーモニック成分を発生させる焦点を有する音響レン
    ズと、を具備することを特徴とする超音波プローブ。
  14. 【請求項１４】 前記音響レンズが、前記音響レンズか
    ら略３ｃｍおよび略８ｃｍの距離にそれぞれ少なくとも
    １つの焦点を有することを特徴とする請求項１３記載の
    超音波プローブ。
  15. 【請求項１５】 前記音響レンズが、異なる複数の媒質
    で形成されたことを特徴とする請求項１３または１４項
    記載の超音波プローブ。
  16. 【請求項１６】 請求項１３乃至１５いずれか１項記載
    の超音波プローブと、前記超音波プローブに接続され前
    記超音波プローブに設けられた複数の超音波振動子を駆
    動させる送信ビームフォーマーと、前記超音波プローブ
    が出力する超音波エコー信号に基づいて、前記超音波エ
    コー信号のハーモニック成分の情報を含む超音波画像を
    生成する手段と、を備えることを特徴とする超音波診断
    装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１３乃至１５いずれか１項記載
    の超音波プローブと、前記超音波振動子の１回の送信で
    被検体の組織に近距離から視野深度まで画像を作成する
    ために充分なハーモニック強度を得るために複数の焦点
    を設定して前記超音波振動子を駆動させる送信ビームフ
    ォーマーと、前記超音波プローブが出力する超音波エコ
    ー信号に基づいて、前記超音波エコー信号のハーモニッ
    ク成分の情報を含む超音波画像を生成する手段と、を備
    えることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項記
    載の超音波診断装置。
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