(57)【要約】      （修正有）【課題】回路規模を低減しても、回路規模が大きい装置と同等の画質を確保できる超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、選択された超音波トランスデューサ１０ａに駆動信号を供給する駆動信号発生部１３と、選択された開口における超音波トランスデューサから出力される受信信号を処理してディジタル化する受信信号処理部２２と、超音波ビームが複数回送信されるように駆動信号発生部を制御すると共に、それらの超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における超音波トランスデューサが受信することによって受信信号処理部から出力される受信信号をメモリに順次格納する送受信制御部と、複数の異なる開口の受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成する受信ビームフォーマ２５と、音線信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部１３とを具備する。【選択図】図１
2010029374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
選択された複数の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号発生部と、
選択された開口における複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理してディジタル化する受信信号処理部と、
前記選択された複数の超音波トランスデューサから超音波ビームが複数回送信されるように前記駆動信号発生部を制御すると共に、複数回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信することによって前記受信信号処理部から出力される複数の受信信号をメモリに順次格納する送受信制御手段と、
前記メモリから読み出された複数の異なる開口の受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成する受信ビームフォーマと、
前記受信ビームフォーマによって生成される音線信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
前記送受信制御手段が、前記選択された複数の超音波トランスデューサからほぼ同一方向に超音波ビームが複数回送信されるように前記駆動信号発生部を制御すると共に、ほぼ同一方向に複数回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信することによって前記受信信号処理部から出力される複数の受信信号をメモリに順次格納する、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
少なくとも第１群の超音波トランスデューサと第２群の超音波トランスデューサとの内の一方を選択的に前記受信信号処理部に接続するマルチプレクサをさらに具備し、前記送受信制御手段が、選択された超音波トランスデューサが超音波エコーを受信している間に、前記マルチプレクサにおける他の超音波トランスデューサの接続状態を切り換える、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記複数の超音波トランスデューサが少なくとも１つの方向に沿って配列されており、前記超音波探触子が、前記複数の超音波トランスデューサを該少なくとも１つの方向に移動させる移動機構をさらに含む、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記送受信制御手段が、画像信号の各群のフレームにおいて、前記選択された複数の超音波トランスデューサから送信される超音波ビームの位置が異なるように前記駆動信号発生部を制御する、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記送受信制御手段が、画像信号の各群のフレームにおいて、全ての超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって前記受信信号処理部から出力される複数の受信信号をメモリに格納し、
前記受信ビームフォーマが、前記メモリから読み出された各群のフレームの複数の受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成する、
請求項５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、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像とは、音響インピーダンスが異なる領域の境界（例えば、構造物の境界）において超音波が反射される性質を利用する画像生成技術である。通常、超音波撮像装置（又は、超音波診断装置、超音波観測装置とも呼ばれる）には、被検体に当接して用いられる超音波探触子や、被検体の体腔内に挿入して用いられる超音波探触子が備えられている。
【０００４】
一般的な超音波探触子においては、超音波を送受信する超音波トランスデューサとして、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子（圧電振動子）が用いられる。振動子にパルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮してパルス状又は連続波の超音波が発生する。また、振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。この電気信号は、超音波の受信信号として利用される。
【０００５】
複数の超音波トランスデューサを１次元又は２次元状に配列し、それらを順次駆動することにより、それぞれの超音波トランスデューサから送信された超音波の合成によって超音波ビームが形成されて、被検体が電子的に走査される。また、複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって得られた受信信号を位相整合して加算することにより、音線に沿ったサンプリングポイントに超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。
【０００６】
超音波撮像における分解能を向上させるためには、超音波トランスデューサ及び送受信回路のチャンネル数を増加させれば良いが、これはコストの上昇を招いてしまう。そこで、超音波トランスデューサ及び送受信回路のチャンネル数を増加させずに超音波撮像における分解能を向上させることが望まれている。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、高分解能で、かつ、フレームレートを向上させることを目的とする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、並設された複数の振動子を備える超音波探触子から超音波を複数回送波し、これらの送波に対する反射波である受波を分割された振動子の異なる振動子群毎に行い、これらの振動子群毎の情報から１本の超音波ビームに対する画像を構成する超音波診断装置であって、振動子群毎の受波情報を得る際に少なくとも２つの異なる方向からの受波情報を遅延させて得る手段を具備し、これらの振動子群毎の情報から少なくとも２本の超音波ビームに対する画像を構成する。
【０００８】
特許文献２には、合理的なビームフォーミングを行うことを目的とする超音波撮影装置が開示されている。この超音波撮影装置は、単一の送波アパーチャおよび互いに重複しない複数の受波アパーチャを有する超音波トランスデューサアレイを用い、送波アパーチャから受波アパーチャの数に等しい回数の超音波送波を同一の方位に繰り返し行い、超音波送波の１回ごとに受波アパーチャを変更しながら同一の方位のエコー受波を繰り返し行い、受波したエコー受波信号同士を加算して受信信号を合成する。これを、方位を変えながら順次に行って、撮影範囲がスキャンされる。
【０００９】
特許文献３には、送信パルスを発生する送信駆動回路の個数を減らしてコストを低減することを目的とする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、配列された複数の超音波振動子を有する探触子と、超音波振動子を駆動する複数の送信駆動回路と、超音波振動子と送信駆動回路とを接続する複数の高耐圧スイッチと、送信駆動回路で発生した所定電圧以上の送信パルスをクリップする複数のリミッタと、送信駆動回路の数より多い入力端子数を有して超音波振動子で受信した信号の並べ替えと加算を行うクロスポイントスイッチと、リミッタの出力信号をクロスポイントスイッチの入力端子に接続する低耐圧スイッチと、クロスポイントスイッチの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力信号を遅延加算するビームフォーマとを具備する。
【００１０】
特許文献４には、アナログスイッチによる負荷を少なくし、送信信号と受信信号の振幅の減少や周波数特性の悪化を抑えることを目的とする電子スキャン型超音波観測装置が開示されている。この電子スキャン型超音波観測装置は、複数の超音波振動子を有する電子スキャン型超音波探触子と、超音波振動子を駆動する駆動手段と、駆動手段により駆動された超音波振動子を選択する送信用アナログスイッチと、複数の超音波振動子からの信号を選択する受信用アナログスイッチと、受信用アナログスイッチにより選択された複数の超音波振動子からの信号を受信する受信手段とを有する電子スキャン型超音波観測装置であって、受信用アナログスイッチをダイオードスイッチにより構成したことを特徴とする。
【００１１】
特許文献５には、超音波ビームを発生して処理するシステムにおいて、エリアフォーミング技法を使用して、画像の解像度の損失を抑制し、ブロックスイッチング技法を使用して、画像の構築の間に、相互相関の利用を容易にすることを目的とする超音波画像形成方法が開示されている。この超音波画像形成方法は、超音波素子の選択的なセットを使用して超音波ビームを発生するステップと、所定の領域をカバーするエコーデータを収集するために、一連の超音波素子にわたり該超音波ビームを走査するステップと、結果として生じるデータから画像を発生するステップとを含んでいる。走査プロセスは、走査プロセスにおけるそれぞれのステップの間で１つ以上の超音波素子により超音波ビームを形成するために使用される超音波素子のセットをシフトするステップ（ブロックスイッチング）を含んでいる。
【００１２】
特許文献１及び特許文献２によれば、受信ビームが逐次形成されるので、受信ビーム形成のために保持するデータ量は特許文献５と比較して少なくて済むが、演算速度を優先した専用ハードウェアの受信ビームフォーマが、１つの方向への超音波の送信によって形成される受信ビームの本数だけ必要になる。また、特許文献３によれば、送信駆動回路の個数を減らすことはできるが、受信回路の個数を減らすと超音波画像の分解能が低下してしまう。特許文献４にも、画質を維持しながら回路規模を低減することは開示されていない。一方、特許文献５によれば、幅の広い送信ビームが使用されるので、送信音圧が不足する領域においては十分なＳＮ比を達成することができない。
【特許文献１】特開平６−３３９４７９号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２４５８８４号公報（第１頁、図９）
【特許文献３】特開２００３−３１９９３８号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献４】特開平８−１３１４４０号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献５】特開２００３−１２６０８８号公報（第１頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、回路規模を低減しても、回路規模が大きい装置と同等の画質を確保できる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、選択された複数の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号発生部と、選択された開口における複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理してディジタル化する受信信号処理部と、選択された複数の超音波トランスデューサから超音波ビームが複数回送信されるように駆動信号発生部を制御すると共に、複数回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信することによって受信信号処理部から出力される複数の受信信号をメモリに順次格納する送受信制御手段と、メモリから読み出された複数の異なる開口の受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成する受信ビームフォーマと、受信ビームフォーマによって生成される音線信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、選択された複数の超音波トランスデューサが超音波ビームを複数回送信すると共に、複数回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信することによって、回路規模を低減しても、回路規模が大きい装置と同等の画質を確保できる超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波探触子１０と、走査制御部１１と、送信制御部１２と、駆動信号発生部１３と、送信用マルチプレクサ（ＭＵＸ）１４と、受信用マルチプレクサ（ＭＵＸ）２１と、受信信号処理部２２と、受信制御部２３と、ＲＦデータメモリ２４と、受信ビームフォーマ２５と、画像生成部２６と、ＤＳＣ２７と、表示部２８と、操作卓３１と、制御部３２と、格納部３３とを有している。
【００１７】
超音波探触子１０は、印加される複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサ（以下、「素子」ともいう）１０ａを含んでいる。これらの超音波トランスデューサ１０ａは、１次元又は２次元状に配列されて、トランスデューサアレイを構成している。
【００１８】
各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝播した超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１９】
走査制御部１１は、被検体内の所定の撮像エリアを超音波ビームによって走査する場合に、超音波探触子１０から送信される超音波ビームの送信方向、受信方向、焦点深度、及び、超音波トランスデューサアレイの開口径を設定することができる。走査制御部１１は、それらの設定に基づいて、送信制御部１２、送信用マルチプレクサ１４、受信用マルチプレクサ２１、受信制御部２３、及び、受信ビームフォーマ２５を制御する。
【００２０】
送信制御部１２は、走査制御部１１によって設定された超音波ビームの送信方向、焦点深度、及び、開口径に従って送信フォーカス処理を行うために、複数の駆動信号に与えるべき遅延時間（遅延パターン）を設定する。
【００２１】
駆動信号発生部１３は、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）のチャンネルを有しており、各チャンネルは、送信制御部１２において設定された遅延時間に基づいて、選択された超音波トランスデューサに供給すべき駆動信号を発生するパルサ等を含んでいる。送信用マルチプレクサ１４は、走査制御部１１の制御の下で、選択された超音波トランスデューサ（Ｍ個以下）を駆動信号発生部１３に接続する。
【００２２】
受信信号処理部２２は、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のチャンネルを有している。受信用マルチプレクサ２１は、走査制御部１１の制御の下で、選択された超音波トランスデューサ（Ｎ個以下）を受信信号処理部２２に接続する。例えば、受信動作において、第１群の超音波トランスデューサと第２群の超音波トランスデューサとが交互に使用される場合に、受信用マルチプレクサ２１は、第１群の超音波トランスデューサと第２群の超音波トランスデューサとの内の一方を選択的に受信信号処理部２２に接続する。
【００２３】
受信信号処理部２２の各チャンネルは、前置増幅器２２ａと、可変利得増幅器２２ｂと、ローパスフィルタ２２ｃと、Ａ／Ｄ変換器２２ｄとを含んでいる。超音波トランスデューサから出力される受信信号は、前置増幅器２２ａ及び可変利得増幅器２２ｂによって増幅され、ローパスフィルタ２２ｃによって帯域制限されて、Ａ／Ｄ変換器２２ｄによってディジタルの受信信号（ＲＦデータ）に変換される。受信制御部２３は、受信信号をＲＦデータメモリ２４に格納する。走査制御部１１、送信制御部１２、及び、受信制御部２３は、超音波診断装置の送受信動作を制御する送受信制御手段を構成している。
【００２４】
受信ビームフォーマ２５は、超音波エコーの受信方向及び焦点深度に応じた複数の遅延パターン（位相整合パターン）を有しており、走査制御部１１によって設定された受信方向及び焦点深度に従って、ＲＦデータメモリ２４から読み出された複数の受信信号にそれぞれの遅延を与え、それらの受信信号を加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（音線データ）が形成される。
【００２５】
画像生成部２６は、音線信号に包絡線検波処理を施し、さらに、Ｌｏｇ（対数）圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理を施して、Ｂモード画像信号を生成する。ＤＳＣ２７は、生成されたＢモード画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う表示用の画像信号に変換（ラスター変換）する。これにより、表示部２８において、超音波画像が表示される。
【００２６】
操作卓３１は、キーボードや、調整ツマミや、マウス等を含んでおり、オペレータが命令や情報を超音波診断装置に入力する際に用いられる。制御部３２は、操作卓３１を用いて入力された命令や情報に基づいて、超音波診断装置の各部を制御する。本実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１２、受信制御部２３、受信ビームフォーマ２５〜ＤＳＣ２７、及び、制御部３２が、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェアとによって構成されるが、これらをディジタル回路又はアナログ回路によって構成しても良い。ソフトウェアは、格納部３３に格納される。格納部３３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２７】
本実施形態においては、送信制御部１２が、選択された複数の超音波トランスデューサ１０ａから超音波ビームが複数回送信されるように駆動信号発生部１３を制御すると共に、受信制御部２３が、複数回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを複数の異なる開口における超音波トランスデューサ１０ａが受信することによって受信信号処理部２２から出力される複数の受信信号をＲＦデータメモリ２４に順次格納する。受信ビームフォーマ２５は、ＲＦデータメモリ２４から読み出された複数の異なる開口の受信信号を合成し、それらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことによって音線信号を生成する。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の第１の動作例を説明するための図である。この例においては、ほぼ同一方向に２回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを、２個の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信する場合について説明する。超音波トランスデューサのチャンネル数は８であるが、超音波診断装置の回路（図１に示す駆動信号発生部１３及び受信信号処理部２２）のチャンネル数は４である。
【００２９】
図２の（ａ）は、送信動作を示している。超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、チャンネルＣＨ．３−６の４個の超音波トランスデューサに駆動信号が供給され、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。このような送信動作が２回行われる。
【００３０】
図２の（ｂ）は、第１回目の送信動作に続いて行われる第１回目の受信動作を示している。超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、第１の開口におけるチャンネルＣＨ．１−４の４個の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される４つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００３１】
図２の（ｃ）は、第２回目の送信動作に続いて行われる第２回目の受信動作を示している。超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、第２の開口における、チャンネルＣＨ．５−８の４個の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される４つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００３２】
この２回の受信動作によって、図２の（ｄ）に示すように、第１及び第２の開口におけるチャンネルＣＨ．１−８の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって得られる受信信号が合成され、それらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことによって音線信号が生成される。このように、送受信動作を２回に分けて行うことにより、超音波診断装置の回路のチャンネル数を半減することができる。また、受信フォーカス処理は、ＲＦデータメモリに蓄積された受信信号に対して行われるので、受信ビームフォーマの数を増加させることもない。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の第２の動作例を説明するための図である。この例においては、ほぼ同一方向に２回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを、２個の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信する場合について説明する。超音波トランスデューサのチャンネル数は８であるが、超音波診断装置の回路のチャンネル数は４である。
【００３４】
図３の（ａ）は、第１回目の送信動作及び第１回目の受信動作を示している。超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、第１の開口における奇数番目のチャンネルＣＨ．１、３、５、７の超音波トランスデューサに駆動信号が供給され、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。続いて、それらの超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される４つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００３５】
図３の（ｂ）は、第２回目の送信動作及び第２回目の受信動作を示している。超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、第２の開口における偶数番目のチャンネルＣＨ．２、４、６、８の超音波トランスデューサに駆動信号が供給され、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。第２回目の送信動作において送信される超音波ビームの方向は、第１回目の送信動作において送信される超音波ビームの方向とほぼ同一である。続いて、それらの超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される４つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００３６】
この２回の受信動作によって、図３の（ｃ）に示すように、第１及び第２の開口におけるチャンネルＣＨ．１−８の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって得られる受信信号が合成され、それらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことによって音線信号が生成される。このように、送受信動作を２回に分けて行うことにより、超音波診断装置の回路のチャンネル数を半減することができる。また、受信フォーカス処理は、ＲＦデータメモリに蓄積された受信信号に対して行われるので、受信ビームフォーマの数を増加させることもない。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す第１の実施形態に係る超音波診断装置における送信用マルチプレクサ１４及び受信用マルチプレクサ２１の替わりに、制御信号分配部１５及び１個のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１６が設けられている。
【００３８】
図５は、図４に示す制御信号分配部及びマルチプレクサの接続例を示す図である。図５においては、チャンネルＣＨ．１−１６の超音波トランスデューサが示されている。また、マルチプレクサ１６は、８個のスイッチＳＷ１−ＳＷ８を含んでいる。例えば、ＣＨ．１の超音波トランスデューサとＣＨ．９の超音波トランスデューサとがスイッチＳＷ１によって切り換えられ、ＣＨ．２の超音波トランスデューサとＣＨ．１０の超音波トランスデューサとがスイッチＳＷ２によって切り換えられる。
【００３９】
走査制御部１１は、複数の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信している際に、マルチプレクサ１６におけるスイッチの接続状態を切り換えることができる。マルチプレクサ１６におけるスイッチの接続状態を高速で切り換えるために、制御信号分配部１５が、走査制御部１１から供給される３ビットの制御信号に基づいてスイッチ毎の制御信号を生成し、それらの制御信号をそれぞれのスイッチに分配する。
【００４０】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図である。この例においては、ほぼ同一方向に２回送信された超音波ビームによって発生する超音波エコーを、２個の異なる開口における複数の超音波トランスデューサが受信する場合について説明する。超音波トランスデューサのチャンネル数は１６であるが、超音波診断装置の回路（図４に示す受信信号処理部２２）のチャンネル数は８である。
【００４１】
図６の（ａ）は、第１回目の送信動作を示している。超音波探触子に含まれている１６個の超音波トランスデューサの内で、図５に示すマルチプレクサ１６によってチャンネルＣＨ．１−８の８個の超音波トランスデューサが選択される。それらの内のチャンネルＣＨ．１、２の超音波トランスデューサに駆動信号が供給され、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。
【００４２】
図６の（ｂ）は、第１回目の送信動作に続いて行われる第１回目の受信動作を示している。選択されているチャンネルＣＨ．１−８の８個の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される８つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００４３】
図６の（ｃ）は、第２回目の送信動作を示している。超音波探触子に含まれている１６個の超音波トランスデューサの内で、図５に示すマルチプレクサ１６によってチャンネルＣＨ．１、２、１１−１６の８個の超音波トランスデューサが選択される。それらの内のチャンネルＣＨ．１、２の２個の超音波トランスデューサに駆動信号が供給され、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。
【００４４】
図６の（ｄ）は、第２回目の送信動作に続いて行われる第２回目の受信動作を示している。超音波探触子に含まれている１６個の超音波トランスデューサの内で、図５に示すマルチプレクサ１６によってチャンネルＣＨ．９−１６の８個の超音波トランスデューサが選択される。それらの超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される８つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００４５】
この２回の受信動作によって、チャンネルＣＨ．１−１６の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって得られる受信信号が合成され、それらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことによって音線信号が生成される。このように、送受信動作を２回に分けて行うことによって、超音波診断装置の回路のチャンネル数を半減することができる。また、受信フォーカス処理は、ＲＦデータメモリに蓄積された受信信号に対して行われるので、受信ビームフォーマの数を増加させることもない。本実施形態においては、チャンネルＣＨ．９−１６の超音波トランスデューサから実際に超音波ビームを送信しなくても、開口合成によって、チャンネルＣＨ．９−１６の超音波トランスデューサから受信信号を得ることができる。
【００４６】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのタイミングチャートである。図７において、横軸は時間を表しており、縦軸は図５に示すマルチプレクサ１６によって選択される超音波トランスデューサのチャンネル（エレメント番号）を表している。さらに、図７には、送信タイミングとマルチプレクサ（ＭＵＸ）切換タイミングとが示されている。
【００４７】
第１回目の送受信において、図５に示すマルチプレクサ１６によって、チャンネルＣＨ．１−８の８個の超音波トランスデューサが選択される。まず、それらの内のチャンネルＣＨ．１、２の超音波トランスデューサが送信用に用いられ、チャンネルＣＨ．３−８の超音波トランスデューサが受信用に用いられる。超音波ビームの送信後、チャンネルＣＨ．１、２の超音波トランスデューサも受信用に用いられる。
【００４８】
第２回目の送受信において、まず、図５に示すマルチプレクサ１６によって、チャンネルＣＨ．１、２、１１−１６の８個の超音波トランスデューサが選択される。それらの内のチャンネルＣＨ．１、２の超音波トランスデューサが送信用に用いられ、チャンネルＣＨ．１１−１６の超音波トランスデューサが受信用に用いられる。超音波ビームの送信後、チャンネルＣＨ．１１−１６の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信している間に、図５に示すマルチプレクサ１６における接続状態が切り換えられ、チャンネルＣＨ．１、２の超音波トランスデューサの替わりにチャンネルＣＨ．９、１０の超音波トランスデューサが選択される。
【００４９】
図７には、超音波エコーを受信するために必要となる超音波トランスデューサの範囲（ダイナミック開口）を示す線Ｌ１及びＬ２が示されているが、第１回目の受信範囲と第２回目の受信範囲とを合わせることによって、必要となる超音波トランスデューサの範囲をカバーできることが分かる。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態に係る超音波診断装置においては、複数の超音波トランスデューサ１０ａが少なくとも１つの方向に沿って配列されており、超音波探触子１０が、複数の超音波トランスデューサ１０ａを該少なくとも１つの方向に移動させる移動機構１０ｂをさらに含んでいる。
【００５１】
第３の実施形態においては、大きいサイズの超音波トランスデューサ（素子）１０ａが用いられるので、素子ピッチも大きくなっている。一般に、素子ピッチは０．５λ〜１λであるが（λは、超音波の波長）、本実施形態においては、素子ピッチを１λ〜２λ程度とすることが可能であり、以下においては、素子ピッチが２λであるものとして説明する。腹部用の超音波探触子において、３．５ＭＨｚの周波数を有する超音波が使用される場合に、被検体における音速を１５００ｍ／ｓとすると、その波長は、０．４２８ｍｍ程度となる。従って、素子ピッチは、２λ＝２×０．４２８ｍｍ＝０．８５６ｍｍ程度となる。ここで、ビームフォーミングのために必要な素子ピッチが０．５λであるとすると、移動機構１０ｂは、素子を０．５λ＝０．２１４ｍｍ単位で移動させることができる。素子を４回移動させると素子ピッチである２λに等しくなるので、実際には、素子を３回（０．６４２ｍｍ）移動させれば足りる。
【００５２】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図である。図９の（ａ）は、超音波トランスデューサの初期位置を示している。第１回目の送信動作において、超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサの内で、チャンネルＣＨ．１−４の４個の超音波トランスデューサに駆動信号が供給されて、それらの超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成する。第１回目の送信動作に続いて行われる第１回目の受信動作において、超音波探触子に含まれている８個の超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部から出力される８つの受信信号が、ＲＦデータメモリに格納される。
【００５３】
第２回目の送信動作において、チャンネルＣＨ．２−５の４個の超音波トランスデューサによって送信動作が行われ、８個の超音波トランスデューサによって受信動作が行われる。同様に、第５回目の送信動作において、チャンネルＣＨ．５−８の４個の超音波トランスデューサによって送信動作が行われ、８個の超音波トランスデューサによって受信動作が行われる。このようにして、初期位置において５回の送受信動作が行われる。
【００５４】
図９の（ｂ）〜（ｄ）に示すように、超音波トランスデューサを０．５λずつ第１の方向（図中右側）に移動させることにより、複数の異なる開口において５回の送受信動作が行われる。このようにして、５×４回の送受信を行うことにより、フレーム１を構成する受信信号がＲＦデータメモリに格納される。
【００５５】
次に、図９の（ｅ）〜（ｈ）に示すように、超音波トランスデューサを０．５λずつ第１の方向と反対の第２の方向（図中左側）に移動させることにより、複数の異なる開口において５回の送受信動作が行われる。このようにして、５×４回の送受信を行うことにより、フレーム２を構成する受信信号がＲＦデータメモリに格納される。
【００５６】
受信フォーカス処理においては、各フレームについて、同じ超音波トランスデューサを用いて送信された超音波ビームに対応する複数の受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより５つの音線信号を生成しても良いし、全ての受信信号を合成してそれらの受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより１つの音線信号を生成しても良い。
【００５７】
本実施形態によれば、超音波探触子の幅が同じでも、素子ピッチが粗いので、１回の送受信によって得られる受信信号のデータサイズは小さくなり、超音波診断装置の回路規模も小さくなる。一方、１つの素子が大きいので、送信強度は上昇する。合成ビームのグレーティングは素子ピッチによって決まるので、素子が固定されている場合にはグレーティングの影響が可視領域に入ってしまうが、素子を移動することにより、素子ピッチが等価的に小さくなるので、グレーティングの影響を低減することができる。
【００５８】
次に、本発明の各実施形態の変形例について説明する。
図１０は、本発明の各実施形態の変形例を説明するための図である。図１０に示す撮像エリアにおいて、実線は、実際に超音波ビームを送信して受信信号が得られた音線（実走査線）を表しており、点線は、開口合成によって受信信号が得られた音線（走査線）を表している。
【００５９】
図１に示す送信制御部１２は、画像信号の各群のフレーム（フレーム１−４）において、選択された複数の超音波トランスデューサから送信される超音波ビーム（実走査線）の位置が異なるように駆動信号発生部１３を制御する。また、受信制御部２３は、フレーム１−４において、全ての超音波トランスデューサが超音波エコーを受信することによって受信信号処理部２２から出力される複数の受信信号をＲＦデータメモリ２４に格納する。これにより、図１０に示すように、実走査線の位置が異なる複数フレームの受信信号が得られる。
【００６０】
ここで、各フレームにおける受信信号を合成し、合成された受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成して、その音線信号に基づいて超音波画像を生成する場合には、応答性の良い画像が得られる。一方、ＲＦデータメモリ２４に蓄積されたフレーム１−４における受信信号を合成し、合成された受信信号に受信フォーカス処理を施すことにより音線信号を生成して、その音線信号に基づいて超音波画像を生成する場合には、被検体が静止している状態であれば、高画質な画像が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の第１の動作例を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の第２の動作例を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す制御信号分配部及びマルチプレクサの接続例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図である。
【図１０】本発明の各実施形態の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  超音波探触子
１０ａ  超音波トランスデューサ
１０ｂ  移動機構
１１  走査制御部
１２  送信制御部
１３  駆動信号発生部
１４  送信用マルチプレクサ
１５  制御信号分配部
１６  マルチプレクサ
２１  受信用マルチプレクサ
２２  受信信号処理部
２２ａ  前置増幅器
２２ｂ  可変利得増幅器
２２ｃ  ローパスフィルタ
２２ｄ  Ａ／Ｄ変換器
２３  受信制御部
２４  ＲＦデータメモリ
２５  受信ビームフォーマ
２６  画像生成部
２７  ＤＳＣ
２８  表示部
３１  操作卓
３２  制御部
３３  格納部
【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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