(57)【要約】      （修正有）【課題】測定位置の自由度を向上させることができる超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波測定方法を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、複数の超音波素子アレイ４３と、複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部５と、を備え、複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、移動部５は、複数の超音波素子アレイを、厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波素子アレイと、
前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備え、
前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、
前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動させる
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記複数の超音波素子アレイは、それぞれの超音波送受面の法線が互いに交わる
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
複数の超音波素子アレイと、前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備える超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、を具備し、
前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、
前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動させ、
前記制御部は、前記移動部を制御して、前記超音波素子アレイを前記第２方向に移動させる移動制御部を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波測定装置において、
前記複数の超音波素子アレイは、それぞれの超音波送受面の法線が互いに交わる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の超音波測定装置において、
前記移動制御部は、前記複数の超音波素子アレイを前記第２方向において互いにずれる位置に移動させる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の超音波測定装置において、
前記移動制御部は、超音波測定の実施時において、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを前記第２方向に移動させる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波測定装置において、
前記移動制御部は、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つの前記第２方向の移動速度を変更する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の超音波測定装置において、
前記制御部は、前記超音波素子アレイによる超音波測定の測定結果に基づいて、当該測定結果が得られた測定位置における測定対象の位置を検出し、前記位置の検出結果に基づいて前記第２方向に沿った前記測定対象の位置を推定する位置検出部を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項９】
複数の超音波素子アレイと、前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備え、前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動可能な超音波デバイスを用いた超音波測定方法であって、
前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを、前記第２方向に移動させながら超音波測定を実施させる
ことを特徴とする超音波測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波測定方法において、
前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つの前記第２方向の移動速度を変更する
ことを特徴とする超音波測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を送受信する複数の振動素子（超音波素子）が一方向に配置され構成された一次元アレイ振動子（一次元アレイ）を含む超音波プローブ、及び当該超音波プローブを備える超音波診断装置（超音波測定装置）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波測定装置は、所定の走査面内において、各超音波素子から放射状に超音波を送信するコンベックス型又はセクタ型や、各超音波素子から直線状に超音波を送信するリニア型の超音波素子アレイを備えている。このように構成された超音波測定装置は、走査面における測定対象の断層画像を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０５７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一次元アレイを備える超音波プローブを用いて、複数の測定位置で超音波測定を実施するには、例えば、複数の一次元アレイを配置すること考えられる。例えば、複数の一次元アレイを、走査面が略平行となるように、走査面の法線方向に沿って配置することにより、複数の位置で内部断層画像を取得することができる。
【０００５】
しかしながら、この場合、測定位置の間隔を一次元アレイの外形寸法よりも小さくすることできない。また、一端、超音波素子アレイを配置した後では、測定位置間隔を変更することは容易ではない。このように、従来の構成では、測定位置を自由に設定することが困難であった。
【０００６】
本発明は、測定位置の自由度を向上させることができる超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波測定方法を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、複数の超音波素子アレイと、前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備え、前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動させることを特徴とする。
【０００８】
本適用例では、複数の超音波素子アレイのそれぞれは、超音波送受信部が第１方向に配列されている、所謂、一次元アレイとして構成されている。この超音波素子アレイは、第２方向における中心を通り、かつ、第１方向に配列された超音波送受信部の配列方向に平行な中心線を含む走査面に沿って超音波を送受信する。
これら複数の超音波素子アレイは、第１方向において互いに干渉しない位置に配置されている。このため、移動部は、複数の超音波素子アレイのそれぞれを、第２方向の任意の位置に移動可能である。このように、超音波素子アレイの外形寸法の制限を受けることなく、第２方向における測定位置間隔の自由度を向上させることができる。
【０００９】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記複数の超音波素子アレイは、それぞれの超音波送受面の法線が互いに交わることが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイは、第２方向から平面視して、各超音波素子アレイの法線が交わるように配置されている。つまり、第２方向から平面視して、各超音波素子アレイは互いに傾斜して配置されている。
ここで、各超音波素子アレイが互いに傾斜せずに同一平面上に配置されている場合と比較する。この場合、少なくとも一つの超音波素子アレイの超音波の送信角度を大きくすることにより、測定対象の表面付近の浅い領域を複数の超音波素子アレイによって測定できる。しかしながら、超音波の送信角度を大きくすることにより、超音波の画質が劣化してしまう。また、送信角度を大きくするにも限度があり、測定対象の表面近傍を測定できないおそれもある。これに対して、本適用例では、第２方向から平面視して、複数の超音波アレイが互いに傾斜して配置されている。これにより、第２方向から見て、複数の超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域の位置を各超音波素子アレイに近づけることができる。
【００１０】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、複数の超音波素子アレイと、前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を具備し、前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動させ、前記制御部は、前記移動部を制御して、前記超音波素子アレイを前記第２方向に移動させる移動制御部を備えることを特徴とする。
【００１１】
本適用例では、上記適用例と同様に、複数の超音波素子アレイは、第１方向において互いに干渉しない位置に配置されている。このため、移動部は、複数の超音波素子アレイのそれぞれを、第２方向の任意の位置に移動可能である。このように、超音波素子アレイの外形寸法の制限を受けることなく、第２方向における測定位置間隔の自由度を向上させることができる。
【００１２】
本適用例の超音波測定装置において、前記複数の超音波素子アレイは、それぞれの超音波送受面の法線が互いに交わることが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイは、第２方向から平面視して、各超音波素子アレイの法線が交わるように配置されている。つまり、第２方向から平面視して、各超音波素子アレイは互いに傾斜して配置されている。
本適用例では、上記適用例と同様に、第２方向から平面視して、複数の超音波アレイが互いに傾斜して配置されている。これにより、第２方向から見て、複数の超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域の位置を各超音波素子アレイに近づけることができる。
【００１３】
本適用例に係る超音波測定装置において、前記移動制御部は、前記複数の超音波素子アレイを前記第２方向において互いにずれる位置に移動させることが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイを第２方向の互いにずれる位置に配置するため、複数の超音波素子アレイのそれぞれで異なる測定位置を異ならせることができる。
ここで、例えば、一つの超音波素子アレイを移動させたり、傾斜させたりして、走査面を移動させる場合では、複数の測定位置で同時に測定することが困難であった。これに対して、本適用例では、複数の測定位置について略同時に超音波測定を行うことができる。
【００１４】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置において、前記移動制御部は、超音波測定の実施時において、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを前記第２方向に移動させることが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを第２方向に移動させる。つまり、少なくとも一つの超音波素子アレイのスキャン面を、当該スキャン面に交差する第２方向に移動させる。これにより、第２方向に沿って複数の測定位置で、超音波測定を実施することができる。例えば、第２方向に移動する対象物を測定する際に、同一の超音波素子アレイによって当該対象物を測定することができる。
【００１５】
本適用例に係る超音波測定装置において、前記移動制御部は、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つの前記第２方向の移動速度を変更することが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイの移動速度を変更する。このような構成では、スキャン面の移動速度を変更することができる、スキャン面の位置変更の自由度を向上させることができる。例えば、本適用例では、第２方向に移動する対象物の移動速度に基づいて、超音波素子アレイの移動速度を変更することができる。この場合、対象物の移動に応じてスキャン面を移動させることができる。
【００１６】
本適用例に係る超音波測定装置において、前記制御部は、前記超音波素子アレイによる超音波測定の測定結果に基づいて、当該測定結果が得られた測定位置における測定対象の位置を検出し、前記位置の検出結果に基づいて前記第２方向に沿った前記測定対象の位置を推定する位置検出部を備えることが好ましい。
本適用例では、位置検出部は、複数の測定位置のそれぞれについて測定対象の位置を検出する。そして、位置検出部は、検出結果に基づいて、第２方向に沿った測定対象の位置を推定する。このような構成では、複数の位置で同時に超音波測定を実施できるため、測定対象の位置を迅速に推定できる。また、測定対象に応じて測定位置を変更することができ、測定対象の位置を高精度に推定できる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る超音波測定方法において、複数の超音波素子アレイと、前記複数の超音波素子アレイのそれぞれを移動させる移動部と、を備え、前記複数の超音波素子アレイは、厚み方向に交差する第１方向に配列された複数の超音波送受信部を備え、前記第１方向において互いに干渉しない位置に配置され、前記移動部は、前記複数の超音波素子アレイを、前記厚み方向及び前記第１方向に交差する第２方向に移動可能な超音波デバイスを用いた超音波測定方法であって、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを、前記第２方向に移動させながら超音波測定を実施させることを特徴とする。
【００１８】
本適用例では、上記適用例と同様に、複数の超音波素子アレイは、第１方向において互いに干渉しない位置に配置されている。このため、移動部は、複数の超音波素子アレイのそれぞれを、第２方向の任意の位置に移動可能である。このように、超音波素子アレイの外形寸法の制限を受けることなく、第２方向における測定位置間隔の自由度を向上させることができる。
また、本適用例では、複数の超音波素子アレイの少なくとも一つを第２方向に移動させる。つまり、少なくとも一つの超音波素子アレイのスキャン面を、当該スキャン面に交差する第２方向に移動させる。これにより、第２方向に沿って複数の測定位置で、超音波測定を実施することができる。例えば、第２方向に移動する対象物を測定する際に、同一の超音波素子アレイによって当該対象物を測定することができる。
【００１９】
本適用例に係る超音波測定方法において、前記複数の超音波素子アレイの少なくとも一つの前記第２方向の移動速度を変更することが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイの移動速度を変更する。このような構成では、スキャン面の移動速度を変更することができる、スキャン面の位置変更の自由度を向上させることができる。例えば、本適用例では、第２方向に移動する対象物の移動速度に基づいて、超音波素子アレイの移動速度を変更することができる。この場合、対象物の移動に応じてスキャン面を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す正面図。
【図３】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す側面図。
【図４】第１実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す斜視図。
【図５】第１実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す正面図。
【図６】第１実施形態の超音波ユニットの概略構成を示す断面図。
【図７】第１実施形態の超音波センサーを模式的に示す平面図。
【図８】図７のＡ−Ａ線における超音波センサーの断面を模式的に示す断面図。
【図９】第１実施形態の超音波測定処理を示すフローチャート。
【図１０】第１実施形態の予備測定処理を説明するための模式図。
【図１１】第１実施形態の本測定処理を説明するための模式図。
【図１２】第２実施形態の超音波測定処理を示すフローチャート。
【図１３】第２実施形態の本測定処理を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図１は、第１実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の超音波測定装置１は、対象物（本実施形態では生体Ｍ）に対して固定される超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御して生体Ｍ内の内部断層画像（超音波画像）を得る制御装置７と、得られた内部断層画像が表示される表示装置８と、を備えている。
【００２２】
本実施形態の超音波測定装置１は、例えば穿刺針を生体内の所定の器官（例えば血管）に挿入する穿刺作業を行う際に好適に用いることができる。
例えば、穿刺作業において、施術者は、超音波プローブ２を生体における穿刺を行いたい患部位置に超音波の伝搬効率を向上させるための音響整合材（例えばジェル等）を塗布し、超音波プローブ２を固定する。そして、超音波測定装置１は、超音波プローブ２から生体内に超音波を送信する超音波送信処理、及び生体内で反射された反射超音波を超音波プローブ２で受信する超音波受信処理を行う。そして、超音波プローブ２は、超音波受信処理により得られた受信信号を制御装置７に出力し、制御装置７は、受信信号に基づいて生体内の超音波画像を形成して表示装置８に表示させる。
このような超音波測定装置１を用いることで、施術者は、表示装置８に表示された超音波画像を確認（観察）しながら、穿刺作業を効率的に行うことができる。
以下、本実施形態の超音波測定装置１の各構成について詳細に説明する。
【００２３】
［超音波プローブの構成］
図２は、超音波プローブ２を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す図であり、図３は、＋Ｘ側から見た際の概略構成を示す図である。
超音波プローブ２は、図２及び図３に示すように、超音波を送受信する超音波デバイス３と、この超音波デバイス３と生体Ｍとの間に配置される音響整合部材９を超音波デバイス３に対して固定する固定部材６と、を含み構成される。なお、超音波プローブ２は、ケーブルにより制御装置７に接続され、当該制御装置７による制御に基づいて得られた超音波画像が表示装置８に表示される。
【００２４】
［超音波デバイスの構成］
図４は、超音波デバイス３の概略構成を示す斜視図である。図５は、超音波デバイス３を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す側面図である。
超音波デバイス３は、３つの超音波ユニット４（第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ及び第３ユニット４Ｃ）と、超音波ユニット４を第２方向であるＹ方向に沿って移動可能に支持する移動部５と、を備える。
【００２５】
［超音波ユニットの構成］
図６は、超音波ユニット４の概略構成を示す断面図である。
超音波ユニット４は、筐体４１を備え、この筐体４１の内部に、図６に示すように、超音波センサー４２と、回路基板４６とが収納されている。
後に詳述するが、超音波センサー４２は、超音波の送受信を行う超音波素子アレイ４３を有する。この超音波素子アレイ４３は、一方向に沿って配列された複数の超音波送受信部４４を備える一次元アレイとして構成されている。
ここで、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ、及び第３ユニット４Ｃのそれぞれに対応する超音波センサー４２を、第１超音波センサー、第２超音波センサー、及び第３超音波センサーとする。また、第１超音波センサー、第２超音波センサー、及び第３超音波センサーのそれぞれに対応する超音波素子アレイ４３を、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃとする（図５参照）。
また、第１ユニット４Ａは、第１超音波素子アレイ４３Ａの超音波送受信部４４の配列方向が、Ｘ方向に平行となるように配置される。また、第２ユニット４Ｂ及び第３ユニット４Ｃは、配列方向がＹ方向に傾斜するように配置される。
なお、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ及び第３ユニット４Ｃは、配置姿勢が異なる以外、基本的に同様に構成されている。以下の説明では、主に、第１ユニット４Ａの構成について説明する。
【００２６】
［筐体の構成］
筐体４１は、例えば平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波センサー４２や回路基板４６を収納する。筐体４１は、図６に示すように、生体Ｍ側の一面に、超音波センサー４２を露出させるセンサー窓４１１が設けられている。この筐体４１は、移動部５によってＹ方向に沿って移動可能に支持される。
【００２７】
［超音波センサーの構成］
次に、超音波センサー４２について説明する。
図７は、本実施形態の超音波センサー４２を模式的に示す平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線を断面した際の超音波センサー４２の概略断面図である。なお、図７及び図８は、第１ユニット４Ａを構成する超音波センサー４２について図示している。
超音波センサー４２は、一つの超音波素子アレイ４３が設けられている。この超音波素子アレイ４３は、厚み方向に交差する一方向（第１超音波センサーでは第１方向であるＸ方向）に複数の超音波送受信部４４が配置され構成されている。また、超音波送受信部４４は、複数の超音波トランスデューサー４５がＹ方向に配置されて構成されている。この超音波素子アレイ４３は、超音波送受信部４４が個別に駆動されることにより、Ｙ方向における超音波送受信部４４の中央を通り、かつ、ＺＸ面に平行な仮想面（以下、スキャン面とも称す）に沿って、超音波ビームを走査可能に構成されている。
なお、図７に示す例では、超音波送受信部４４は、Ｙ方向７個の超音波トランスデューサー４５を含んで構成され、超音波センサー４２は、Ｘ方向に８個の超音波送受信部４４を含んで構成される。
【００２８】
超音波センサー４２は、例えば、図８に示すように、素子基板４２１、封止板４２２、音響整合層４２３、及び音響レンズ４２４等を含んで構成されている。
素子基板４２１は、図７に示すように、基部４２１Ａと、振動膜４２１Ｂと、圧電素子４２１Ｃと、を備えている。
基部４２１Ａは、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この基部４２１Ａには、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４２１Ａ１が設けられている。本実施形態では、各開口部４２１Ａ１は、基部４２１Ａの基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（封止板４２２側）に振動膜４２１Ｂが設けられる。
【００２９】
振動膜４２１Ｂは、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基部４２１Ａの封止板４２２側全体を覆って設けられている。すなわち、振動膜４２１Ｂは、開口部４２１Ａ１を構成する隔壁４２１Ａ２により支持され、開口部４２１Ａ１の封止板４２２側を閉塞する。この振動膜４２１Ｂの厚み寸法は、基部４２１Ａに対して十分小さい厚み寸法となる。
【００３０】
圧電素子４２１Ｃは、図７及び図８に示すように、各開口部４２１Ａ１を閉塞する振動膜４２１Ｂ上にそれぞれ設けられている。この圧電素子４２１Ｃは、下部電極４２１Ｃ１、圧電膜４２１Ｃ２、及び上部電極４２１Ｃ３の積層体により構成されている。ここで、振動膜４２１Ｂのうち、開口部４２１Ａ１を閉塞する領域と、圧電素子４２１Ｃとにより、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。
【００３１】
このような超音波トランスデューサー４５では、下部電極４２１Ｃ１及び上部電極４２１Ｃ３の間に所定周波数の矩形波電圧が出力されることで、圧電膜４２１Ｃ２が変形され、これにより開口部４２１Ａ１を閉塞する振動膜４２１Ｂが振動することで、超音波が送信される（超音波送信処理）。また、振動膜４２１Ｂに超音波が入力されて振動膜４２１Ｂが振動すると、圧電膜４２１Ｃ２の下部電極４２１Ｃ１側と上部電極４２１Ｃ３側との間で電位差が生じる。これにより、下部電極４２１Ｃ１及び上部電極４２１Ｃ３の電位差を検出することで、超音波が受信されたことを検出することが可能となる（超音波受信処理）。
【００３２】
また、本実施形態では、上述のように、超音波トランスデューサー４５が、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってアレイ状に配置されている。
ここで、下部電極４２１Ｃ１は、駆動電極配線であり、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、Ｘ方向に沿って複数平行に配列される。つまり、下部電極４２１Ｃ１は、Ｙ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。この下部電極４２１Ｃ１の両端部（±Ｙ側端部）には、回路基板４６に電気接続される駆動端子４２１Ｄ１が設けられている。
また、上部電極４２１Ｃ３は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。そして、上部電極４２１Ｃ３の±Ｘ側端部は共通電極線４２１Ｄ２に接続される。この共通電極線４２１Ｄ２は、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極４２１Ｃ３同士を結線し、その±Ｙ側端部には、回路基板４６に電気接続される共通端子４２１Ｄ３が設けられている。
【００３３】
次に、超音波センサー４２を構成する封止板４２２について説明する。封止板４２２は、素子基板４２１に接合され、素子基板４２１を補強する。この封止板４２２は、Ｚ方向から見た平面視において、素子基板４２１の超音波トランスデューサー４５が配置される領域を覆って形成されており、例えば、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００３４】
そして、この封止板４２２は、例えば、素子基板４２１の振動膜４２１Ｂ上に形成された接合膜４２２Ａにより素子基板４２１に接合される。接合膜４２２Ａは、基部４２１Ａの開口部４２１Ａ１以外の領域（開口部４２１Ａ１間の隔壁４２１Ａ２）に対応して設けられている。よって、接合膜４２２Ａにより振動膜４２１Ｂの振動が阻害されることがなく、各超音波トランスデューサー４５の間のクロストークも抑制できる。
また、図示は省略するが、封止板４２２は、下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３の端子に対向して貫通孔が設けられており、当該貫通孔に下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３と回路基板４６とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やＦＰＣ等であってもよい。
【００３５】
音響整合層４２３は、図８に示すように、基部４２１Ａの開口部４２１Ａ１内を埋めるように、素子基板４２１の超音波の送受信側に設けられている。
音響レンズ４２４は、素子基板４２１の超音波の送受信側に設けられている。この音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内の所定の深さ位置に収束させる。
このような音響整合層４２３や音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。このため、音響整合層４２３や音響レンズ４２４は、音響インピーダンスの値が生体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。
【００３６】
［回路基板の構成］
次に、回路基板４６について説明する。
回路基板４６は、超音波センサー４２の各駆動端子４２１Ｄ１及び各共通端子４２１Ｄ３のそれぞれと電気接続されており、制御装置７の制御に基づいて超音波センサー４２を制御する。
具体的には、回路基板４６は、送信回路、基準電極回路、受信回路等を備えている。送信回路は、各駆動端子４２１Ｄ１にパルス波形の駆動電圧を印加する。基準電極回路は、各共通端子４２１Ｄ３に所定の基準電圧（例えば０Ｖ等）を印加する。受信回路は、各駆動端子４２１Ｄ１から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置７に出力する。
【００３７】
［移動部の構成］
移動部５は、図４及び図５に示すように、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ、及び第３ユニット４Ｃを、Ｘ方向において互いに干渉しない位置に支持する。また、移動部５は、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ、及び第３ユニット４ＣのそれぞれをＹ方向に移動可能に支持する。
この移動部５は、第１ユニット４Ａを支持する第１移動部５Ａと、第１移動部５Ａの一端側に連続し第２ユニット４Ｂを支持する第２移動部５Ｂと、第１移動部５Ａの他端側に連続し第３ユニット４Ｃを支持する第３移動部５Ｃと、を備える。
これらのうち第２移動部５Ｂと第３移動部５Ｃとは、Ｘ方向に沿って第１移動部５Ａから離れるにしたがって＋Ｚ側に向かうように、第１移動部５Ａに対して所定の角度で傾斜している。
【００３８】
図４に示すように、第１移動部５Ａは、本体部５１と、スライダー５２と、スクリュー軸５３と、モーター５４と、を備え、第１ユニット４ＡをＹ方向に沿って移動可能に支持する。
本体部５１は、スライダー５２の移動方向をＹ方向に規制するガイド溝５１１が設けられる。ガイド溝５１１は、Ｙ方向に沿って設けられ、Ｘ方向に凹となる溝部である。
【００３９】
スライダー５２は、第１ユニット４Ａを、ガイド溝５１１に沿ってＹ方向に移動可能に支持する。このスライダー５２は、支持部５２１と、突出部５２２と、ねじ孔５２３と、を有する。支持部５２１は、第１ユニット４Ａの筐体４１を支持する。突出部５２２は、支持部５２１の−Ｘ側及び＋Ｘ側の両側に設けられ、Ｘ方向に突出する。これら突出部５２２は、ガイド溝５１１に挿入される。ねじ孔５２３は、支持部５２１にＹ方向に貫通して設けられ、スクリュー軸５３が螺合される。
【００４０】
スクリュー軸５３は、ねじ孔５２３に螺合され、＋Ｙ側の端部においてモーター５４に接続される。
モーター５４は、本体部５１に固定され、制御装置７の制御に基づいて駆動され、スクリュー軸５３を回転させる。
なお、図４では図示を省略しているが、本体部５１の−Ｙ側に配置された第１固定部６２は、スクリュー軸５３の−Ｙ側の端部を支持する。また、＋Ｙ側に配置された第２固定部６３は、モーター５４が設けられる。
【００４１】
このように構成された第１移動部５Ａでは、モーター５４の駆動によってスクリュー軸５３が回動され、スライダー５２がＹ方向に沿って移動される。これにより、スライダー５２に固定された第１ユニット４Ａ、すなわち第１超音波素子アレイ４３Ａが、Ｙ方向に沿って移動される。
なお、第２移動部５Ｂ及び第３移動部５Ｃも、第１移動部５Ａと略同様に構成される。
【００４２】
［超音波素子アレイの配置］
上述のように構成された超音波デバイス３では、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃは、Ｘ方向において、互いに干渉しない位置に配置される。すなわち、第２超音波素子アレイ４３Ｂは、第１超音波素子アレイ４３Ａよりも−Ｘ側に配置される。また、第３超音波素子アレイ４３Ｃは、第１超音波素子アレイ４３Ａよりも＋Ｘ側に配置される。
【００４３】
また、超音波デバイス３では、第１超音波素子アレイ４３Ａは、超音波送受面４３１がＸＹ面に平行に配置されている。また、第１超音波素子アレイ４３Ａは、超音波送受信部４４の配列方向がＸ方向と平行になるように配置されている。また、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃは、超音波送受信部４４の配列方向がＸ方向に沿う方向となるように、第１超音波素子アレイ４３Ａに対して傾斜して配置される。
【００４４】
具体的には、図５に示すように、−Ｙ側から見た平面視において、第２超音波素子アレイ４３Ｂは、第１超音波素子アレイ４３Ａに対して、反時計回り方向に角度δ傾斜し、第３超音波素子アレイ４３Ｃは、第１超音波素子アレイ４３Ａに対して、時計回り方向に角度δ傾斜している。
ここで、第１超音波素子アレイ４３Ａの開口中心（Ｘ方向及びＹ方向における中心）を通り、超音波送受面４３１面の法線Ｎ１とする。同様に、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃについて、開口中心を通る超音波送受面４３１面の法線をそれぞれ法線Ｎ２、法線Ｎ３とする。各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、−Ｙ側から見た平面視において点Ｐで交差している。なお、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、ねじれの関係にあるため、互いに交差していない。
また、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃは、点Ｐから等距離の位置に配置されている。
【００４５】
ここで、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの第１超音波素子アレイ４３Ａに対する傾斜角度δは、超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの各測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が重なる重畳領域Ｆ４（図５参照）が、生体Ｍの内側に位置するように設定される。例えば、図５に示すように、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃから最大送信角度以下の送信角度θで超音波を送信させた際の重畳領域Ｆ４が生体Ｍの内側に位置するように設定される。これにより、重畳領域Ｆ４が生体内に位置することにより、重畳領域Ｆ４の一部が音響整合部材９に重なることなく、生体内を効率良く測定することができる。なお、超音波素子アレイ４３の最大送信角度は、例えばサイドローブの発生を抑制可能な（つまりサイドローブ条件を満たす）送信角度の最大値であり、超音波送受信部４４の配置間隔や、超音波の波長に基づいて算出することができる。
【００４６】
［固定部材の構成］
固定部材６は、図２及び図３に示す、音響整合部材９を超音波デバイス３に対して固定する。この固定部材６は、超音波デバイス３が取り付けられる固定本体部６１と、固定本体部６１の−Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ方向に延出する第１固定部６２と、当該第１固定部６２の＋Ｙ側に位置し、固定本体部６１の＋Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ方向に延出する第２固定部６３と、を有する。音響整合部材９は、第１固定部６２と第２固定部６３との間に挟まれるように配置される。これにより、超音波プローブ２を生体Ｍの表面に沿って移動させたとしても、超音波デバイス３に対する音響整合部材９の位置ずれを抑制できる。
【００４７】
固定本体部６１は、制御装置７に接続されるケーブルが設けられている。この固定本体部６１は、超音波プローブ２を操作する際に施術者によって把持される。固定本体部６１の形状は、図示例のように矩形状に限らず、施術者が把持し易い形状であってもよい。また、固定本体部６１の内部に超音波センサー４２を駆動するための回路基板等が設けられていてもよい。
【００４８】
第１固定部６２は、図３に示すように、Ｙ方向から見た平面視において、略矩形状の外形を有する。この第１固定部６２は、穿刺針のガイドとしての溝部６２２と、スキャン開始位置を示す開始マーク６２３と、を有する。
溝部６２２は、第１固定部６２の−Ｙ側の面６２１の＋Ｚ側の端部で、かつ、Ｘ方向における中心部に形成されている。この溝部６２２の底面６２２Ａは、図３に示すように、＋Ｚ側に向かうにしたがって＋Ｙ側に向かうように所定の角度（例えばＸＹ面に対して１５°以上３０°以下の角度）で傾斜している。このため、施術者は、穿刺針１０を底面６２２Ａに沿って移動させることにより、超音波プローブ２に対して穿刺針１０を所定の角度で移動させることが容易である。したがって、施術者は、生体Ｍの内部の血管Ｍ１に対して穿刺針１０を穿刺する際に、適切な穿刺作業をより容易に行うことができる。
【００４９】
開始マーク６２３は、第１固定部６２の−Ｙ側の面６２１の−Ｘ側の位置に設けられ、超音波プローブ２におけるスキャンが開始される−Ｘ側位置を示す。本実施形態の超音波プローブ２では、超音波測定を実施する際に、Ｘ方向に沿って配置されている超音波送受信部４４を−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって順次駆動される。なお、開始マーク６２３は、Ｘ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って設けられ互いにＬ字状に交差する溝を例示しているが、これに限定されず、例えば、Ｘ方向及びＺ方向のいずれかに沿って設けられた溝であってもよいし、Ｙ方向から見た平面視において円形や矩形状の溝であってもよい。また、開始マーク６２３は、溝以外にも突部であってもよい。また、第１固定部６２に開始マーク６２３を印字してもよい。
【００５０】
［音響整合部材の構成］
音響整合部材９は、図２及び図３に示すように、超音波測定時において、超音波デバイス３と生体Ｍの表面との間に配置され、超音波デバイス３から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波デバイス３に伝搬させる。このため音響整合部材９は、生体に近い音響インピーダンスを有する。
また、音響整合部材９は、弾性材料、例えばジェル状の材料で形成され、Ｙ方向から見た平面視において台形状の外形を有する。このため、音響整合部材９は、超音波デバイス３の各超音波素子アレイ４３と、生体表面との両方に対して好適に密着可能である。
【００５１】
［制御装置の構成］
次に、制御装置７について説明する。
制御装置７は、制御部に相当し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ２を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の超音波画像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、送受信制御部７１、画像形成部７２、表示制御部７３、移動制御部７４、位置検出部７５、及び、状態判定部７６等として機能する。また、制御装置７には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
【００５２】
送受信制御部７１は、超音波プローブ２を制御して、超音波センサー４２の所定の超音波送受信部４４から超音波を送信させる。この際、送受信制御部７１は、Ｘ方向に並ぶ複数個の超音波送受信部４４を遅延駆動させることで、超音波の送信角度を制御する。また、送受信制御部７１は、超音波プローブ２を制御して、超音波送受信部４４からの受信信号を取得する。
【００５３】
画像形成部７２は、超音波プローブ２の各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃから出力された受信信号（画像信号）に基づいて、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのそれぞれに対応する超音波画像を生成する。
表示制御部７３は、表示装置８に対して、生成された各超音波画像を表示させる。
移動制御部７４は、モーター５４を制御して、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ、及び第３ユニット４Ｃ、すなわち第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３ＣをＹ方向に移動させ、位置を変更する。
【００５４】
位置検出部７５は、超音波プローブ２による超音波測定の結果に基づいて、血管Ｍ１や穿刺針１０等の対象物の位置を検出する。位置検出部７５は、例えば、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのそれぞれに対応する超音波画像の画像処理を行い、各超音波画像のそれぞれについて対象物の位置を検出する。また、位置検出部７５は、複数の測定位置での対象物の位置検出結果から、対象物の位置を推定する。
状態判定部７６は、穿刺作業を行う際に、位置検出部７５による穿刺針１０の位置の検出結果に基づいて、超音波測定装置１による超音波測定処理が適切な状態でなされているかを判定する。例えば、状態判定部７６は、穿刺針１０の位置（先端位置）が適切であるか否か、すなわちエラー判定を行う。
【００５５】
［超音波測定処理］
図９は、超音波測定装置１における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、予備測定処理を説明するための図であり、図１１は、本測定処理を説明するための図である。図１０及び図１１では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃと穿刺針１０と血管Ｍ１の位置関係を模式的に示している。なお、図１０及び図１１では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃによるスキャン範囲ＳＡを一点鎖線で示している。スキャン範囲ＳＡは、超音波素子アレイ４３のスキャン面に沿って広がる測定領域である。
以下、超音波測定装置１における超音波測定処理について説明する。なお、本実施形態の超音波測定装置１は、上述のように、例えば穿刺針を生体内の所定の器官（例えば血管）に挿入する穿刺作業を行う際に用いることができる。本実施形態では、施術者が穿刺針をＹ方向に沿って生体内に挿入する穿刺を行う前に、超音波測定装置１は、予備測定を実施し、予備測定の測定結果から、血管等の器官の位置を検出（推定）する。そして、超音波測定装置１は、位置の検出結果に基づいて決定された穿刺位置を測定位置とする本測定を実施して超音波画像を取得し、表示装置８に表示する。施術者は、超音波画像を観察することにより、穿刺針の位置をより確実に把握することができる。
【００５６】
図９に示すように、先ず、移動制御部７４は、モーター５４を制御して、第１ユニット４Ａ、第２ユニット４Ｂ、及び第３ユニット４Ｃ、すなわち第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの位置を予備測定位置に設定する（ステップＳ１）。
図１０では、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの配置が、予備測定用の第１配置に設定されている。この第１配置では、第１超音波素子アレイ４３ＡはＹ方向における中央に、第２超音波素子アレイ４３Ｂは−Ｙ側端部に、第３超音波素子アレイ４３Ｃは＋Ｙ側端部に配置される。すなわち、各スキャン範囲ＳＡの間隔（測定位置の間隔）は、最大となる。
【００５７】
ここで、第１配置では、Ｙ方向における各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定位置の間隔が所定値以上であることが好ましい。上記所定値は、超音波断層画像から血管Ｍ１等の対象物の位置や形状つまり三次元配置を適切に算出（推定）可能な値であり、予め、実験やシミュレーション等により算出できる。例えば、本実施形態のように血管Ｍ１を測定対象とする場合、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに対応する各超音波画像における血管の位置に基づいて血管の三次元配置を推定する。この際、測定位置間の間隔が小さいと、血管の向きや位置の推定精度が低下する場合がある。したがって、測定位置間の間隔を上記所定値以上とすることにより、上記推定精度の低下を抑制できる。
また、測定位置間の間隔は所定の上限値以下であることが好ましい。例えば、血管が屈曲している場合等では、血管の三次元配置を正確に推定できない場合がある。したがって、測定位置の間隔を、測定対象に応じて設定された上限値以下とすることにより、対象物の三次元配置の推定精度の低下を抑制できる。
【００５８】
次に、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて予備測定を行う（ステップＳ２）。
ステップＳ２では、送受信制御部７１は、図１０に示す第１配置とされた各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動させて、超音波測定を実施する。
送受信制御部７１は、例えば、図５に示すように、第１超音波素子アレイ４３Ａの超音波の送信角度を０°とし、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの超音波の送信角度を所定角度θとして、超音波測定を送信させる。
画像形成部７２は、超音波の受信結果に基づいて、超音波画像（例えばＢモード画像）を生成する。表示制御部７３は、生成された超音波画像を表示装置８に表示させる。図１０に示す、第１超音波画像Ｉｍ１は第１超音波素子アレイ４３Ａの、第２超音波画像Ｉｍ２は第２超音波素子アレイ４３Ｂの、第３超音波画像Ｉｍ３は第３超音波素子アレイ４３Ｃの超音波測定結果から生成される。
【００５９】
次に、移動制御部７４は、後述するステップＳ４における本測定を実施する際の各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３ＣのＹ方向位置（測定位置）を取得する（ステップＳ３）。
ステップＳ３では、移動制御部７４は、第１超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１の中央部分を血管Ｍ１が通過するように、第１超音波素子アレイ４３ＡのＹ方向位置を本測定時の測定位置として取得する。また、本測定時における第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの測定位置は、後述するが、第１超音波素子アレイ４３Ａの測定位置に応じて設定される（図１１参照）。なお、本測定位置は、穿刺者による入力操作によって設定されてもよいし、位置検出部７５による血管Ｍ１の三次元位置の推定結果に基づいて取得されてもよい。
【００６０】
例えば、位置検出部７５は、ステップＳ２の予備測定処理によって得られた各超音波画像Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３に基づいて、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの各測定位置における血管Ｍ１の位置を検出する。そして、位置検出部７５は、各測定位置での血管Ｍ１の位置の検出結果に基づいて、血管Ｍ１の三次元位置を推定する（図１０参照）。そして、移動制御部７４は、血管Ｍ１の三次元位置の推定結果と、第１超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１の位置とに基づいて、本測定時における第１超音波素子アレイ４３Ａの測定位置Ｐｓを取得する。
【００６１】
次に、移動制御部７４は、モーター５４を制御して、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの位置を本測定位置に設定する（ステップＳ４）。
図１１では、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの配置が、本測定用の第２配置に設定されている。この第２配置では、Ｙ方向における各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのスキャン範囲ＳＡ（つまり測定位置）の間隔が第１配置よりも小さい。図１１に示す例では、第１超音波素子アレイ４３Ａのスキャン範囲ＳＡと、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃのスキャン範囲ＳＡとが略隣接して配置されている。これにより、スキャン範囲ＳＡ間にギャップがある場合よりも、穿刺者は、穿刺針１０の先端位置をより確実に把握することができる。
【００６２】
次に、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて本測定を行う（ステップＳ５）。
ステップＳ５では、送受信制御部７１は、ステップＳ２と同様に、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動させて、超音波測定を実施する。画像形成部７２は、超音波の受信結果に基づいて超音波画像を生成する。表示制御部７３は、生成された超音波画像を表示装置８に表示させる。図１１に示す、各超音波画像Ｉｍ４，Ｉｍ５，Ｉｍ６は、それぞれ各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの超音波測定結果から生成される。
【００６３】
次に、位置検出部７５は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定結果に基づいて、穿刺針１０の位置を検出する（ステップＳ６）。
位置検出部７５は、本備測定の測定結果に基づいて、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのそれぞれの測定位置において、穿刺針１０の位置を検出する。例えば、位置検出部７５は、図１１に示す各超音波画像Ｉｍ４，Ｉｍ５，Ｉｍ６のそれぞれについて、エッジ検出等により穿刺針１０の有無を検出する。また、位置検出部７５は、穿刺針１０を検出した場合は、当該穿刺針１０の位置を取得する。
【００６４】
次に、状態判定部７６は、ステップＳ６における穿刺針１０の位置検出結果に基づいてエラーを判定する（ステップＳ７）。表示制御部７３は、状態判定部７６によってエラーと判定された場合、エラー判定結果を表示装置に表示させる。
例えば、状態判定部７６は、各超音波画像Ｉｍ４，Ｉｍ５，Ｉｍ６から穿刺針１０が検出された場合、穿刺針１０の先端位置が＋Ｙ側に進み過ぎている可能性があるため、エラーと判定する。また、各超音波画像Ｉｍ４，Ｉｍ５，Ｉｍ６のいずれからも穿刺針１０が検出されない場合、穿刺針１０と血管Ｍ１との距離が離れすぎている可能性があるため、エラーと判定する。
一方、第２超音波画像Ｉｍ５のみや、第１超音波画像Ｉｍ４及び第２超音波画像Ｉｍ５のみから穿刺針１０が検出された場合、状態判定部７６は、エラーが検出されなかったと判定する。
【００６５】
なお、第１超音波画像Ｉｍ４及び第２超音波画像Ｉｍ５のみから穿刺針１０が検出された場合でも、第１超音波画像Ｉｍ４で検出された穿刺針１０と血管Ｍ１との距離が所定閾値よりも大きい場合は、状態判定部７６はエラーと判定してもよい。これにより、状態判定部７６は、穿刺針１０の位置が血管Ｍ１から遠すぎる可能性があることを判定できる。
【００６６】
次に、制御装置７は、測定終了の指示を受けたか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８でＮＯと判定されると、制御装置７は、ステップＳ５以降の処理を実行し、ＹＥＳと判定されると、制御装置７は、超音波測定処理を終了させる。
【００６７】
［第１実施形態の作用効果］
本実施形態では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、第Ｘ方向において互いに干渉しない位置に配置されている。このため、移動部５は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのそれぞれを、Ｙ方向の任意の位置に移動可能である。このように、超音波素子アレイ４３の外形寸法の制限を受けることなく、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定位置間隔（スキャン範囲ＳＡの間隔）の自由度を向上させることができる。
例えば、本実施形態のように各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３ＣをＹ方向において異なる位置（互いにずれる位置）に配置することにより、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定位置を異ならせることができ、異なる測定位置について同時に超音波測定を実施させることができる。
【００６８】
本実施形態では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、Ｙ方向から平面視して、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、互いに傾斜して配置されている。
ここで、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、が互いに傾斜せずに同一平面上に配置されている構成を上述の本実施形態の構成と比較する。この場合、例えば、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの超音波の送信角度を大きくすることにより、体表面付近の浅い位置に、重畳領域Ｆ４を設定できる。しかしながら、超音波の送信角度を大きくすることにより、超音波の画質が劣化してしまう。また、送信角度を大きくするにも限度があり、重畳領域Ｆ４の位置を超音波素子アレイ４３側に近づけることができないおそれもある。
これに対して、本実施形態のように、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃが互いに傾斜して配置されていることにより、Ｙ方向から見て重畳領域Ｆ４の位置を各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに近づけることが容易である。
【００６９】
移動制御部７４は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの配置を、測定位置の間隔がより大きい第１配置と、測定位置間隔がより小さい第２配置との間で変更する。このような構成では、施術者は、第１配置によって、より広い測定範囲に複数の測定位置を設定でき、より広範囲に亘って測定対象を観察することができる。一方、施術者は、第２配置によって、より狭い測定範囲に複数の測定位置を設定でき、測定対象をより詳細に観察できる。
【００７０】
位置検出部７５は、第１配置において、上述のようにより広い測定範囲に対して設定された複数の測定位置のそれぞれについて、測定対象の位置を検出する。そして、位置検出部７５は、検出結果に基づいて、血管Ｍ１等の測定対象の位置を推定する。このような構成では、複数の位置で同時に超音波測定を実施できるため、測定対象の位置を迅速かつ高精度に推定することができる。
【００７１】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、穿刺作業を行う際の本測定において、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを静止させていた。これに対して、第２実施形態では、本測定において、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを穿刺針１０の位置に応じて移動させる点で相違している。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００７２】
［超音波測定処理］
図１２は、超音波測定装置１における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
図１３は、本測定処理を説明するための図である。図１３では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃと穿刺針１０と血管Ｍ１の位置関係を模式的に示している。
図１２に示すように、先ず、移動制御部７４は、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの位置を予備測定位置（図１０の第１配置を参照）に設定する（ステップＳ１）。
次に、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて予備測定を行う（ステップＳ２）。
【００７３】
次に、移動制御部７４は、後述する本測定における測定位置を取得する（ステップＳ９）。
図１３に示すように、本測定における第３超音波素子アレイ４３Ｃの測定位置（Ｙ方向位置）は、最終位置に設定される。ここで、最終位置とは、穿刺針１０が血管Ｍ１に挿入される位置である。したがって、第３超音波素子アレイ４３Ｃの測定領域Ｆ３の中央位置の近傍を血管Ｍ１が通過する位置を、第３超音波素子アレイ４３ＣのＹ方向位置を最終位置として取得する。
【００７４】
なお、後述するように、本測定では、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂの位置は、穿刺針１０の位置に応じて変更される。つまり、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂは、穿刺針１０の先端位置に基づく速度で移動される。これら第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂの初期位置は、例えば、−Ｙ側端部に設定される。
【００７５】
次に、移動制御部７４は、モーター５４を制御して、第１超音波素子アレイ４３Ａ、第２超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ４３Ｃの位置を本測定位置に設定する（ステップＳ４）。すなわち、移動制御部７４は、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを初期位置に、第３超音波素子アレイ４３Ｃを最終位置Ｐｓに移動させる。
【００７６】
次に、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて本測定を行う（ステップＳ１０）。
超音波測定装置１は、移動制御部７４によって第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを設定された移動速度（以下、アレイ速度とも称する）で移動させ（アレイ速度が０の場合は静止）、かつ、第３超音波素子アレイ４３Ｃを静止させた状態で、送受信制御部７１によって、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて超音波測定を実施させる。
ここで、本実施形態では、移動制御部７４は、後述するステップＳ１２における速度判定結果に基づくアレイ速度にて、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを移動させる。これにより、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂは、穿刺針１０の先端位置に応じて移動される。
【００７７】
画像形成部７２は、超音波の受信結果に基づいて超音波画像を生成する。表示制御部７３は、生成された超音波画像を表示装置８に表示させる。図１３に示す、各超音波画像Ｉｍ７，Ｉｍ８，Ｉｍ９は、それぞれ各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの超音波測定結果から生成される。なお、図１３では、第３超音波素子アレイ４３Ｃに対応する第３超音波画像Ｉｍ９に、穿刺針１０の先端の最終目的位置を示すマークが表示される。
【００７８】
なお、ステップＳ１０の本測定の開始から、第２超音波素子アレイ４３Ｂによる第２超音波画像Ｉｍ８に穿刺針１０が検出されるまでの間、移動制御部７４は、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを静止させている。
【００７９】
次に、位置検出部７５は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定結果に基づいて、穿刺針１０の位置を検出する（ステップＳ６）。
位置検出部７５は、各超音波画像Ｉｍ７，Ｉｍ８，Ｉｍ９のそれぞれについて穿刺針１０を検出する。また、位置検出部７５は、穿刺針１０を検出した場合は、当該穿刺針１０の位置を取得する。
【００８０】
次に、状態判定部７６は、ステップＳ６における穿刺針１０の検出結果に基づいて、アレイ速度の適否や、エラー発生の有無を含む測定状態を判定する（ステップＳ１１）。
状態判定部７６は、本測定直後で、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂが静止している場合は、第２超音波画像Ｉｍ８から穿刺針１０が検出されたか否かを判定する。つまり、穿刺針１０が検出された場合は、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを移動させる必要があると判定される。
なお、ステップＳ１１で移動開始の判定が成された後、ステップＳ１０において移動制御部７４は、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂの移動を開始させる。この際、アレイ速度の初期値は、予め設定された値に設定される。また、初期値は、穿刺開始から穿刺針１０が検出されるまでの経過時間に基づいて算出された値に設定されてもよい。
【００８１】
また、ステップＳ１１において、状態判定部７６は、第２超音波素子アレイ４３Ｂの第２超音波画像Ｉｍ８のみに穿刺針１０が検出される場合は、アレイ速度が、穿刺針１０の先端位置に対して適正であると判定し、それ以外の場合、速度エラーと判定する。
例えば、状態判定部７６は、第２超音波画像Ｉｍ８に加え、第１超音波素子アレイ４３Ａに対応する第１超音波画像Ｉｍ７に穿刺針１０が検出された場合、アレイ速度が遅いと判定する。
また、状態判定部７６は、各超音波画像Ｉｍ７，Ｉｍ８，Ｉｍ９のいずれにも穿刺針１０が検出されない場合、アレイ速度が早いと判定する。
【００８２】
次に、制御装置７は、測定終了の指示を受けたか否かを判定し（ステップＳ８）、ＹＥＳと判定されると、制御装置７は超音波測定処理を終了させる。
ステップＳ８でＮＯと判定されると、制御装置７はステップＳ５以降の処理を実行する。つまり、ステップＳ５において、移動制御部７４は、例えば、アレイ速度を複数の速度に設定可能であり、ステップＳ１１の速度判定結果に基づいて移動速度を設定する。
例えば、移動制御部７４は、ステップＳ１１でアレイ速度が遅いと判定された場合は、現在設定されているアレイ速度よりも一段階大きい速度に設定する。また、移動制御部７４は、ステップＳ１１でアレイ速度が速いと判定された場合は、現在設定されているアレイ速度よりも一段階小さい速度に設定する。
【００８３】
［第２実施形態の作用効果］
本実施形態では、移動制御部７４は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのうちの少なくとも一つをＹ方向に移動させる。このような構成では、Ｙ方向に移動する穿刺針１０等の対象物を、複数の測定位置で測定できる。
また、超音波素子アレイの移動速度（アレイ速度）を変更する。このような構成では、穿刺針１０等の対象物の位置（移動速度）に基づいて、アレイ速度を変更することができる。これにより、Ｙ方向に移動する穿刺針１０の先端等を、移動させる超音波素子アレイの測定領域に収めることができる。
【００８４】
本実施形態では、第１超音波素子アレイ４３Ａと第２超音波素子アレイ４３Ｂとを一体的に移動させる。そして、第１超音波画像Ｉｍ７及び第２超音波画像Ｉｍ８の二つから。穿刺針１０の位置を検出することにより、穿刺針１０の先端の動き（位置）を検出することができる。また、先端の動き（位置）に応じて、アレイ速度を変更することができる。
【００８５】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
例えば、上記各実施形態では、３個の超音波素子アレイがＸ方向に配列されていたが、超音波素子アレイの配列数はこれに限定されず、４個以上の超音波素子アレイが配置される構成としてもよい。
上記各実施形態では、全ての超音波素子アレイの測定領域が重畳している構成を例示したが、これに限定されない。つまり、複数の超音波素子アレイのうちの一部の測定領域が互いに重畳する構成としてもよい。
【００８６】
上記実施形態では、中央に配置された第１超音波素子アレイからＺ方向に超音波を送信（リニアスキャン）させ、第１超音波素子アレイよりも＋Ｘ側又は−Ｘ側に配置された他の超音波素子アレイからＺ方向に傾斜する方向に超音波を送信（斜角スキャン）させていたが、これに限定されない。例えば、第１超音波素子アレイに斜角スキャンを実施させてもよい。また、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイにリニアスキャンを実施させてもよい。
【００８７】
上記実施形態では予備測定及び本測定の際に、超音波の送信角度を予め設定された角度としていたが、これに限定されない。例えば、予備測定の際に、超音波の送信角度を変更して広範囲の超音波画像を取得してもよい。そして、取得した超音波画像から測定対象の位置を検出し、位置の検出結果に基づいて、本測定時の送信角度を設定してもよい。これにより、対象物の位置に対してより適切な送信角度を設定することができ、重畳領域Ｆ４内に測定対象をより確実に収めることができる。
【００８８】
上記第１実施形態では、第２配置として、図１１に示すように、第１超音波素子アレイ４３Ａのスキャン範囲ＳＡと、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃのスキャン範囲ＳＡとが略隣接して配置されていたが、これに限定されない。例えば、第１超音波素子アレイ４３Ａのスキャン範囲ＳＡと、第２超音波素子アレイ４３Ｂ及び第３超音波素子アレイ４３Ｃのスキャン範囲ＳＡとが、所定のギャップを介して配置されてもよい。このような構成では、Ｙ方向における全測定範囲を大きくすることができる。例えば、対象物がＹ方向に沿って延在する場合、対象物のより広い範囲を詳細に観察できる。
【００８９】
上記第２実施形態では、３つの超音波素子アレイ４３のうちの２つを移動させる構成を例示したが、これに限定されず、１つのみを移動させてもよいし、３つを同時に移動させてもよい。例えば、３つ移動させる場合、３つの超音波素子アレイ４３のスキャン範囲ＳＡが略隣接する状態で、同時に移動させることにより、穿刺針１０の先端位置をより確実に検出できる。
【００９０】
上記第２実施形態では、穿刺針１０の先端位置を超音波画像に基づいて検出していたが、例えば、穿刺針１０の移動量や移動速度や向きを検出するセンサーを別に設けてもよい。例えば、固定部材６の溝部６２２にローラ等を設け、当該ローラの回転量で移動量を検出するようにしてもよい。この場合、超音波画像の測定位置、超音波画像に基づく穿刺針の位置、及び、穿刺針の移動量から穿刺針の先端位置を算出することができる。また、この場合、第２超音波素子アレイ４３Ｂは固定し、第１超音波素子アレイ４３Ａのみを穿刺針１０の移動に応じて移動させても、穿刺針１０の先端位置を算出することができる。さらに、この場合、第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂによる測定結果（超音波画像）に基づいて、穿刺針１０の角度や向きをより高精度に検出することができる。
【００９１】
上記第２実施形態では、アレイ速度を変更する構成を例示したが、これに限定されず、アレイ速度を一定速度としてもよい。例えば、アレイ速度を一定として第１超音波素子アレイ４３Ａ及び第２超音波素子アレイ４３Ｂを移動させる場合、超音波測定装置は、第１超音波画像に穿刺針が検出された場合に、穿刺針の移動速度の超過を検出してもよい。また、超音波測定装置は、第２超音波画像に穿刺針が検出されない場合は、穿刺針の移動速度の遅延を検出してもよい。
【００９２】
上記第２実施形態では、穿刺針１０の到達予測位置を第３超音波画像Ｉｍ９（図１３）に表示させてもよい。また、到達予測位置が、目的位置に対して許容範囲を超えて離れている場合は、エラーを報知してもよい。なお、到達予測位置は、例えば、複数の測定位置で測定された穿刺針１０の位置情報や、穿刺針１０の角度、向きの情報等に基づいて算出することができる。
【００９３】
上記実施形態では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動するとしたが、これに限定されず、同時に駆動して同時に超音波画像を取得してもよい。
また、取得した超音波画像を個別に表示させていたが、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの測定結果から、３次元画像を生成し、表示させてもよい。
【００９４】
上記実施形態では、超音波デバイス３の各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、Ｙ方向の平面視において、それぞれの超音波送受面４３１の法線が交差する交点Ｐから等距離の位置に配置されていたが、これに限らない。例えば、上記実施形態の構成よりも、第１超音波素子アレイ４３Ａを交点Ｐ側に配置してもよい。これにより、第１超音波素子アレイ４３Ａと測定対象との距離を小さくできる。したがって、第１超音波素子アレイ４３Ａによる測定精度を向上させることができる。
【００９５】
上記実施形態では、複数の超音波素子アレイは、Ｙ方向（第２方向）の平面視において、それぞれの超音波送受面４３１の法線が１点で交差する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、複数の超音波素子アレイの少なくとも一部の法線が、上述のように交差する構成でもよい。また、複数の超音波素子アレイは、超音波送受面が同一面上又は、平行となるように配置されてもよい。つまり、複数の超音波素子アレイは、Ｙ方向（第２方向）の平面視において、傾斜せずに配置されていてもよい。このような構成でも、各超音波素子アレイから超音波送受面に交差する方向に超音波を送信させることにより、重畳領域を形成でき、各測定領域の間隔の自由度を向上させることができる。
【００９６】
上記実施形態では、超音波デバイス３と対象物との間に音響整合部材９を配置していたが、これに限定されず、音響整合部材９を配置しなくてもよい。例えば、生体と略同じ音響インピーダンスを有する水等の媒質内で測定を実施する場合等において、音響整合部材９を設ける必要がない。
また、超音波デバイス３に対して音響整合部材９を固定する固定部材６を備える構成を例示したが、これに限定されず、固定部材６を備えない構成としてもよい。
【００９７】
上記実施形態では、超音波トランスデューサー４５として、振動膜４２１Ｂと、当該振動子を振動させる振動子としての圧電素子４２１Ｃと、を備える構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、圧電素子以外の振動子、例えば、静電アクチュエーター等を備える構成としてもよい。
また、超音波トランスデューサー４５は、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
【００９８】
上記実施形態では、生体内の器官を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機にも本発明を適用することができる。
【００９９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１…超音波測定装置、３…超音波デバイス、４…超音波ユニット、４Ａ…第１ユニット、４Ｂ…第２ユニット、４Ｃ…第３ユニット、５…移動部、５Ａ…第１移動部、５Ｂ…第２移動部、５Ｃ…第３移動部、９…音響整合部材、４３…超音波素子アレイ、４３Ａ…第１超音波素子アレイ、４３Ｂ…第２超音波素子アレイ、４３Ｃ…第３超音波素子アレイ、４４…超音波送受信部、７４…移動制御部、７５…位置検出部、４３１…超音波送受面、Ｎ１…（第１超音波素子アレイの）法線、Ｎ２…（第２超音波素子アレイの）法線、Ｎ３…（第３超音波素子アレイの）法線、Ｐ…交点、Ｐｓ…測定位置、Ｍ…生体、Ｍ１…血管
δ…傾斜角度、θ…送信角度。
【図１】
2018015034.tif 000003
【図２】
2018015034.tif 000004
【図３】
2018015034.tif 000005
【図４】
2018015034.tif 000006
【図５】
2018015034.tif 000007
【図６】
2018015034.tif 000008
【図７】
2018015034.tif 000009
【図８】
2018015034.tif 000010
【図９】
2018015034.tif 000011
【図１０】
2018015034.tif 000012
【図１１】
2018015034.tif 000013
【図１２】
2018015034.tif 000014
【図１３】
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