(57)【要約】【課題】超音波診断装置においてパラレル送信を簡便に実現する。【解決手段】アレイ振動子１２は４つの振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを有する。配線切換回路２０は送信時においてアレイ振動子１２に対して送信用グルーピングパターンを設定し、受信時において受信用グルーピングパターンを設定する。送信用グルーピングパターンはＸ方向に整列した複数の傾斜振動素子グループを有する。各傾斜振動素子グループは４つの振動素子列にまたがって設定され、相互に結線される４つの振動素子で構成される。送信用グルーピングパターンの設定により、共通の信号セットがアレイ振動子１２においてＹ方向の異なる複数の位置に同時に供給されることになり、それらの位置において同じ送信ビームプロファイルをもった複数の送信ビームが同時に形成される。受信時においては複数の直線的振動素子グループからなる受信用グルーピングパターンが設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
複数の送信信号からなる送信信号セットを生成する送信部と、
前記アレイ振動子からの複数の受信信号からなる受信信号セットを処理する受信部と、
前記複数の振動素子に対し、送信時においては送信用グルーピングパターンを設定し、受信時においては受信用グルーピングパターンを設定するグルーピング手段と、
を含み、
前記送信用グルーピングパターンは、前記送信信号セットを前記アレイ振動子における互いに異なる複数の位置に同時供給することによって互いに異なる複数の位置において実質的に同一のビームプロファイルをもった複数の送信ビームが同時形成されるようにするグルーピングパターンである、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記複数の振動素子は電子走査方向である第１方向及びそれに直交する第２方向に整列し、これにより前記アレイ振動子において前記第２方向に整列した複数の振動素子列が構成され、前記各振動素子列が前記第１方向に整列した複数の振動素子により構成され、
前記送信用グルーピングパターンは、前記第１方向に並んだ複数の振動素子グループにより構成され、前記各振動素子グループは前記複数の振動素子列を横切るように並んだ相互接続される複数の振動素子により構成される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記複数の振動素子グループは前記第１方向に並んだ複数の傾斜振動素子グループにより構成され、前記各傾斜振動素子グループは前記第２方向に対して傾斜した形態を有する、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記受信グルーピングパターンは前記送信グルーピングパターンとは異なるパターンである、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記受信グルーピングパターンは、前記受信部におけるパラレル受信処理により前記複数の送信ビームに対応する複数の受信ビームが同時形成されるようにするグルーピングパターンである、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記複数の送信ビームにおける送信ビーム中心線配列と前記複数の受信ビームにおける受信ビーム中心線配列とが実質的に合致する、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項５記載の装置において、
前記受信用グルーピングパターンは、前記第１方向に並んだ複数の直線振動素子グループにより構成され、前記各直線振動素子グループは前記複数の振動素子列を横切るように前記第２方向に並んだ相互接続される複数の振動素子により構成される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
前記グルーピング手段は、前記アレイ振動子と共にプローブ内に設けられた配線切換回路により構成され、
前記配線切換回路に対してその動作を制御する制御信号が与えられる、ことを特徴とする超音波診断装置。
【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し、特に、複数の送信ビームの同時形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレームレートを向上するために、従来から、並列受信方式（パラレル受信方式）及び並列送信方式（パラレル送信方式）が知られている。前者のパラレル受信方式では、１つの送信ビームに対して複数の受信ビームが同時に形成される。図７の（Ａ）には広がりをもった１つの送信ビームTxとそれに重合するように形成された２つの受信ビームRx1,Rx2が示されている。図７の（Ｂ）には、１つの送信ビームTxと４つの受信ビームRx1,Rx2,Rx3,Rx4が示されている。各図において、横軸は位置あるいは方位を示し、縦軸はパワー又は感度を示している。このパラレル受信方式では、感度の低下、感度差の発生、送受総合ビームの歪み、という問題が指摘される。
【０００３】
一方、図８にはパラレル送信方式の一例が示されている。すなわち、アレイ振動子１００により、異なる方位に２つの送信ビームTx1,Tx2が同時に形成されている。図８においてθは２つの送信ビームの電子走査方向を示している。このパラレル送信方式では、一般に、同時に形成する複数の送信ビームを相互に隔てておく（方位を異ならせる）必要があるので、それらの送信ビームを同時に走査して断層画像を形成した場合には、断層画像上において時間差に起因する不連続部分が生じるという問題が指摘されている。なお、複数の送信ビームの形成に当たって若干の時間差をもって複数の送信信号セットをアレイ振動子に供給することも可能であるが、その場合には、その時間差に相当する分だけフレームレートが低下してしまうという問題がある。その一方パラレル送信方式とパラレル受信方式とを組み合わせた複合方式もある。すなわち、その方式では、複数の送信ビームが同時に形成され、且つ、複数の受信ビームが同時に形成される。
【０００４】
以下の特許文献１にはパラレル受信方式が開示されている。特許文献２にはパラレル送信方式が開示されている。特許文献３には複数の振動素子列が開示されているが、そこには送信時と受信時とでグルーピングパターンを異ならせることは開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２０６４５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１５７５４８号公報
【特許文献３】特開２００８−２２８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の並列受信方式では、単一の送信ビームと複数の受信ビームの関係に起因して幾つかの問題が指摘されており、従来の並列送信方式では、複数の振動素子に対して複数の送信ビームを形成するための複数の送信信号セットを供給しなければならないことから幾つかの問題が指摘されている。そのような問題を回避しつつ、簡便にフレームレートあるいは画質を向上させることが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、複数の送信ビームを簡便に同時に形成できるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、従来の受信部及び送信部を基本的にそのまま利用して複数方向において同時に送受信を行えるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、複数の受信ビーム間において感度差を生じさせず、かつ、送受総合ビームに歪を生じさせない送受信方式を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超音波診断装置は、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、複数の送信信号からなる送信信号セットを生成する送信部と、前記アレイ振動子からの複数の受信信号からなる受信信号セットを処理する受信部と、前記複数の振動素子に対し、送信時においては送信用グルーピングパターンを設定し、受信時においては受信用グルーピングパターンを設定するグルーピング手段と、を含み、前記送信用グルーピングパターンは、前記送信信号セットを前記アレイ振動子における互いに異なる複数の位置に同時供給することによって互いに異なる複数の位置において実質的に同一のビームプロファイルをもった複数の送信ビームが同時形成されるようにするグルーピングパターンである。
【００１１】
上記構成によれば、送信信号セットが複数の送信ビームに対する共通信号群として利用される。換言すれば、共通の送信信号セットに基づいて相互に位置的にシフトした関係にある複数の送信ビームを形成することができる。そのために、送信信号セットがアレイ振動子上における複数の位置に同時供給される。例えば、電子走査方向における互いに異なる位置に同じ送信信号セットが分配供給される。その場合にはそれらの位置が更に電子走査方向と直交する方向にシフトしていた方がよい。つまり、複数の振動素子列をそれぞれ個別的に機能させて各振動素子列ごとに１つの送信ビームが形成されるように送信用グルーピングパターンを構成するのが望ましい。通常、受信時においては電子的な信号処理によりパラレル受信が実行され、その際にはパラレル受信を行うための受信用グルーピングパターンが設定される。本発明においては、送信信号セットの供給位置を物理的に異ならせるだけで、簡便に複数の送信ビームを同時に形成できる。その場合、一次元配列型のアレイ振動子を用いることも可能であるが、複数の送信ビーム間での信号干渉を避けるために、二次元配列型のアレイ振動子を用い、各振動素子列ごとに１つの送信ビームを形成させるように構成するのが望ましい。複数の送信ビームは電子走査され、その場合に相互の位置的関係が維持されつつその電子走査が行われるのが望ましいが、スキャンコンバートを適切に行える限りにおいて、必ずしもそうでなくてもよい。なお、２Ｄアレイ振動子上に複数の二次元送信開口を同時形成するようにしてもよい。
【００１２】
望ましくは、前記複数の振動素子は電子走査方向である第１方向及びそれに直交する第２方向に整列し、これにより前記アレイ振動子において前記第２方向に整列した複数の振動素子列が構成され、前記各振動素子列が前記第１方向に整列した複数の振動素子により構成され、前記送信用グルーピングパターンは、前記第１方向に並んだ複数の振動素子グループにより構成され、前記各振動素子グループは前記複数の振動素子列を横切るように並んだ相互接続される複数の振動素子により構成される。望ましくは、前記複数の振動素子グループは前記第１方向に並んだ複数の傾斜振動素子グループにより構成され、前記各傾斜振動素子グループは前記第２方向に対して傾斜した形態を有する。
【００１３】
望ましくは、前記受信グルーピングパターンは前記送信グルーピングパターンとは異なるパターンである。望ましくは、前記受信グルーピングパターンは、前記受信部におけるパラレル受信処理により前記複数の送信ビームに対応する複数の受信ビームが同時形成されるようにするグルーピングパターンである。望ましくは、前記複数の送信ビームにおける送信ビーム中心線配列と前記複数の受信ビームにおける受信ビーム中心線配列とが実質的に合致する。上記構成によれば複数の送信ビームのプロファイルを実質的に同一にでき、しかも、複数の送信ビームと複数の受信ビームとを合致させることができるので、各送受総合ビームのプロファイルを適正なものにして画質を著しく高められる。
【００１４】
望ましくは、前記受信用グルーピングパターンは、前記第１方向に並んだ複数の直線振動素子グループにより構成され、前記各直線振動素子グループは前記複数の振動素子列を横切るように前記第２方向に並んだ相互接続される複数の振動素子により構成される。この構成では、通常の１Ｄアレイ振動子と等価な構成が実現され、受信信号セットに対して互いに異なる複数の整相加算条件を適用することにより複数の受信ビームが電子的に同時に構成される。その場合、整相加算処理部を時分割で動作させるようにしてもよいし、複数の整相加算処理部を並列的に実行させるようにしてもよい。
【００１５】
望ましくは、前記グルーピング手段は、前記アレイ振動子と共にプローブ内に設けられた配線切換回路により構成され、前記配線切換回路に対してその動作を制御する制御信号が与えられる。この構成によれば、装置本体とプローブとで超音波診断装置が構成される場合において、装置本体から従来同様の送信信号セットをプローブ側に供給すれば、プローブ内におけるスイッチングにより送信用グルーピングパターンを設定して、それにより複数の送信ビームを同時形成できる。その場合、装置本体側から送受切換信号をパターン切換信号としてプローブに供給するのが望ましい。従来の超音波診断装置は通常、パラレル受信方式に対応した受信部を有しているので、その場合には受信部の構成もそのまま利用できる。つまり、スイッチング回路を有する２Ｄタイプのプローブを装置本体に接続し、それに対して制御信号を与えるだけで、簡便にパラレル送信方式かつパラレル受信方式を実現できる。なお、上記構成において、複数の送信ビーム間のシフト量については送信用グルーピングパターンの変更によって任意に定めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の送信ビームを簡便に同時に形成できる。あるいは、従来の受信部及び送信部をそのまま利用して複数方向において同時に送受信を行える。あるいは、複数の受信ビーム間において感度差を生じさせず、かつ、送受総合ビームに歪を生じさせない送受信方式を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示す概念図である。
【図２】送信用グルーピングパターンを示す図である。
【図３】受信用グルーピングパターンを示す図である。
【図４】送信時における配線切換回路の動作状態を示す図である。
【図５】受信時における配線切換回路の動作状態を示す図である。
【図６】複数の送信ビームと複数の受信ビームとの関係を示す図である。
【図７】パラレル受信を説明するための図である。
【図８】パラレル送信を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す概念図である。本実施形態に係る超音波診断装置は装置本体とプローブ１０とにより構成される。プローブ１０は装置本体に対して着脱自在に装着されるものである。プローブ１０はプローブヘッド、プローブケーブルおよびプローブコネクタを有しているが、図１においてはそのうちでプローブヘッドの部分が概念的に示されている。
【００２０】
プローブ１０において、アレイ振動子１２は超音波の送受波を行う送受波器である。アレイ振動子１２は、電子走査方向であるＸ方向およびそれに直交するＹ方向に整列した複数の振動素子からなる。具体的には、アレイ振動子１２は、４つの振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを有しており、それらはＹ方向に並んでいる。各振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２ＤはそれぞれＸ方向に整列した複数の振動素子により構成されている。アレイ振動子１２におけるＹ方向の分割数が後に説明する送信ビームの同時形成数に対応する。
【００２１】
アレイ振動子１２の生体側には整合層１４が設けられている。この整合層１４はアレイ振動子１２における素子配列と同様の素子配列を有している。すなわち、整合層１４は複数の整合素子列１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄをを有しており、それぞれの整合素子列１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４ＤはＸ方向に整列した複数の整合素子により構成されている。複数の整合層１４を多層的に設けるようにしてもよい。整合層１４の生体側には音響レンズ１６が設けられている。この音響レンズ１６はＹ方向すなわちエレベーション方向におけるビーム集束性を良好なものにするための部材である。
【００２２】
アレイ振動子１２の背面側にはバッキング層１８が設けられている。このバッキング層１８は後方へ放射される不要な超音波の吸収散乱を行うものである。本実施形態においてはアレイ振動子１２を構成する複数の振動素子のそれぞれから背面側に信号線が引き出されており、それらの信号線がバッキング層１８を貫通し配線切換回路２０に接続されている。
【００２３】
配線切換回路２０は装置本体側から引き出された複数の信号線に対して複数の振動素子を接続するためのスイッチングを行う回路であり、パラレル送信かつパラレル受信を行う場合には、送信時においてアレイ振動子１２に対して送信用グルーピングパターンを設定し、受信時においては受信用グルーピングパターンを設定する。なお、パラレル受信を行わない場合においては、送信時および受信時とも同じ受信用グルーピングパターンが設定される。この設定によれば従来の１Ｄアレイ振動子の動作と同様の動作を行わせることができる。グルーピングパターンについては後に詳述する。
【００２４】
次に、装置本体が有する構成について説明する。送信部２２は送信ビームフォーマとして機能するものである。この送信部２２は送信時において複数の送信信号からなる送信信号セットをプローブに向けて出力する。送信信号セットは後に説明するように配線切換回路２０の作用によりアレイ振動子１２上における複数の位置に同時並列的に供給され、それらの複数の位置において複数の送信ビームが形成される。一方、生体内からの反射波はアレイ振動子１２において受波され、そこから出力される複数の受信信号がすなわち受信信号セットが受信部２６に出力される。この受信部２６は受信ビームフォーマーとして機能し、特にパラレル受信機能を有しており、電子的に複数の受信ビームを形成するために複数の整層加算条件で受信信号セットを処理する。この場合において、単一の整層加算回路を次分割動作させることにより複数の受信ビームを形成するようにしてもよいし、複数の整層加算回路を並列的に実行させることにより複数の受信ビームが形成されてもよい。
【００２５】
信号処理部２８は、受信部２６から出力される整層加算処理後の受信信号すなわちビームデータに対していくつかの信号処理を適用する。その信号処理には検波処理、対数圧縮処理等が含まれる。ドプラ情報の抽出処理等が行われてもよい。画像形成部３０は、本実施形態においてデジタルスキャンコンバータにより構成され、入力される複数のビームデータに基づいて超音波画像を形成する。本実施形態においては特にＢモード断層画像が形成されている。その画像データが画像形成部３０から表示処理部３２を経由して表示部３４に送られる。表示部３４の画面上には超音波画像が表示される。
【００２６】
制御部２４は図１に示される各構成の動作制御を行っている。特に、制御部２４は配線切換回路２０に対して制御信号２４Ａを出力している。この制御信号２４Ａは送受信タイミング信号に相当し、その制御信号２４Ａに基づいて配線切換回路２０が送信時において送信グルーピングパターンを設定し、受信時おいて受信グルーピングパターンを設定する。制御部２４には操作パネル３６が接続されている。操作パネル３６はキーボードやトラックボールなどを有するものであり、ユーザーは操作パネル３６を利用して超音波診断装置の動作設定をおこなえる。
【００２７】
次に、パラレル送信およびパラレル受信について説明する。図２および図３にはアレイ振動子１２の結線関係が示されている。図２は、送信用グルーピングパターンを示すものであり、図３は受信用グルーピングパターンを示すものである。図２において、送信時においては複数の振動素子グループが設定される。各振動素子グループは傾斜した直線的な形態を有し、複数の振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄにまたがって設けられている。各振動素子グループは、それぞれの振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄに属する一つの振動素子を含んでおり、斜め方向に４つの振動素子が相互に接続されて一つの振動素子グループが構成されている。複数の振動素子グループはＸ方向に密に整列しており、それら全体として送信用グルーピングパターンが構成されている。ちなみに、符号２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄは複数の振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄにおいて実際に機能する有効範囲を表している。すなわち符号２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄで示される範囲以外の隅部分については、送信時においては機能していない。ただし、それらの部分についても送信時において機能させることが可能である。ちなみに、本実施形態においては、電子リニア走査が適用されているが、もちろん電子セクタ走査やコンベックス走査などが適用されてもよい。
【００２８】
図２に示す送信用グルーピングパターンを設定し、複数の振動素子グループの中において送信開口に相当する一部の振動素子グループに対して送信信号セットを供給すると、１つの振動素子グループを構成する４つの振動素子に対しては同じ送信信号が供給されることになるため、各振動素子列ごとに互いに独立して送信ビームが形成されることになる。具体的には、本実施形態においては４つの送信ビームが形成される。それらの送信ビームのビームプロファイルは互いに実質的に同一である。元になる送信信号セットが互いに同一だからである。複数の送信ビームはＸ方向において位置的にシフトしており、かつＹ方向においても位置的にシフトしている。ただし、音響レンズの作用等によりＹ方向の位置ずれが画像形成に与える影響はかなり小さい。
【００２９】
図３には上述したように受信用グルーピングパターンが示されている。このグルーピングパターンは図示されるようにＸ方向に並んだ複数の振動素子グループにより構成される。各振動素子グループは４つの振動素子列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２ＤにまたがってＹ方向に平行に伸長した形態を有しており、すなわち従来における１Ｄアレイ振動子と同様の短冊状の複数の振動素子が構成されている。ちなみに、図３に示すグルーピングパターンを用いて送信を行うことも可能であり、これによれば従来同様のシングル送信ビームを形成することが可能である。
【００３０】
図４には送信時における配線切換回路２０の動作状態が示されている。各振動素子を相互に連結するために多数のスイッチング素子が配列されており、図４においてはＸ方向に並んだ複数の傾斜振動素子グループが構成されている。図５においては受信用グルーピングパターンが示されており、図示されるように配線切換回路２０は複数の直線的な振動素子グループを設定している。図４においては、一部のスイッチ端子（左端）についての図示が省略されている。各振動素子グループはＹ方向に並ぶ４つの振動素子により構成されている。ちなみに、複数の送信ビームの相互間におけるシフト量すなわちピッチは任意に定めることが可能であり、任意のグルーピングパターンが実現できるように配線切換回路２０を構成するのが望ましい。なお、符号３８は、装置本体側からの複数の信号線を示している。
【００３１】
図６には複数の送信ビームと複数の受信ビームとの関係が示されている。（Ａ）にはアレイ振動子上に形成される複数の送信ビームTx1,Tx2,Tx3,Tx4が示されている。それらのビームプロファイルは互いに実質的に同一である。それらの送信ビームはＸ方向において１素子分だけシフトしており、かつＹ方向においても１素子分だけシフトしている。受信時においては（Ｂ）に示されるように、４つの送信ビームにおけるビーム中心線配列が完全に合致するように、複数の受信ビームのビーム中心線配列が設定されている。（Ｂ）において複数の受信ビームがRx1,Rx2,Rx3,Rx4で表されている。それぞれの位置において送信ビームと受信ビームの中心が完全に一致しているため送受総合ビームを左右対称な形態にすることができ、すなわちビームの歪みを極力防止できるという利点がある。また、４つの送受総合ビーム間において感度差を解消することができるので、超音波画像の画質を著しく高められるという利点がある。なお（Ｂ）において横軸は位置あるいは方位を表しており、縦軸は音響パワーあるいは感度を表している。
【００３２】
上記実施形態によれば、パラレル受信を行える超音波診断装置の本体に対して、上述した配線切換回路およびアレイ振動子を備えるプローブを接続し、そのプローブに対して制御信号を与えるだけで、簡便にパラレル送信を実現できるという利点がある。上述した実施形態においては、２次元の走査面が形成されていたが、２Ｄアレイ振動子を用いて３次元エコーデータ取込空間を形成するようにしてもよい。いずれにしても、送信信号セットを分配利用し、複数の位置に同じ送信信号セットを供給すれば、簡便に複数の送信ビームを形成することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  プローブ、１２  アレイ振動子、１４  整合層、１６  音響レンズ、１８  バッキング層、２０  配線切換回路、２２  送信部、２４  制御部、２６  受信部（パラレル受信部）、２８  信号処理部、３０  画像形成部、３２  表示処理部、３４  表示部。
【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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