(57)【要約】【課題】測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波デバイス及び超音波測定装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイを備え、超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイは、第１方向の列として配置され、第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、第１超音波素子アレイは、厚み方向に超音波を送信し、第２超音波素子アレイは、第１方向の列として配列された超音波送受信部の配置間隔が、第１超音波素子アレイにおける超音波送受信部の配置間隔よりも小さい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイを備える超音波デバイスであって、
前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、
前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第１超音波素子アレイは、前記厚み方向に超音波を送信し、
前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さい
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、第３超音波素子アレイを含み、
前記第１超音波素子アレイと前記第２超音波素子アレイと前記第３超音波素子アレイとは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第２超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における一方側に配置され、
前記第３超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における他方側に配置され、
前記第３超音波素子アレイは、前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイの前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイを備える超音波デバイスであって、
前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、
前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第２超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項３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、第３超音波素子アレイを含み、
前記第１超音波素子アレイと前記第２超音波素子アレイと前記第３超音波素子アレイとは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第２超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における一方側に配置され、
前記第３超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における他方側に配置され、
前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第３超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記交点と前記第１超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、前記交点と前記第２超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、前記交点と前記第３超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、が同じである
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記交点と前記第１超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離は、前記交点と前記第２超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離、及び、前記交点と前記第３超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項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、前記第１方向の列として配置され、
前記第１超音波素子アレイは、前記第１方向の列における中央に配置される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項９】
第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイ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、を備え、
前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、
前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さい
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１０】
第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイ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、を備え、
前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、
前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、
前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第２超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の超音波測定装置において、
前記制御部は、前記第１方向を含む面内において、前記超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定する角度設定部を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス及び超音波測定装置に関する。
【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（スキャン面）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一次元アレイを備えている。この超音波測定装置では、スキャン面における測定対象の超音波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超音波測定を実施する際に、超音波プローブを傾けたり、スキャン面の法線方向に沿って超音波プローブを移動させたりすることにより、複数の測定位置に対応する超音波画像を取得することができる。
しかしながら、測定位置間の距離を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することは容易ではない。
【０００５】
例えば、超音波プローブをスキャン面の法線方向に沿って移動させたり、超音波プローブのスキャン面の傾きを変更したりする駆動機構を備え、測定位置を変更可能に構成された機械式の超音波測定装置では、装置が複雑化・大型化するおそれがある。また、このような機械式の超音波測定装置では、駆動機構が発する振動等によりスキャン精度の低下のおそれがある。
【０００６】
一方、上述のスキャン面の位置や、スキャン面の傾きを手動で変更することもできる。しかしながら、この場合でも手振れ等により、機械式と同様に振動によるスキャン精度の低下のおそれがある。さらに、手動のため、スキャン面の位置つまり測定位置を定量的に特定することは容易ではない。
また、複数の超音波素子アレイをスキャン面の法線方向に配置することも考えられる。しかしながら、この場合、スキャン面間の距離、つまり測定位置の間隔が、法線方向における超音波素子アレイの外形寸法による制限を受け、測定位置間隔を狭くするのに限界がある。
【０００７】
本発明は、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波デバイス及び超音波測定装置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】
【０００８】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイを備える超音波デバイスであって、前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第１超音波素子アレイは、前記厚み方向に超音波を送信し、前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さいことを特徴とする。
本適用例において、複数の超音波送受信部が第１方向の列として配列されるとは、複数の超音波送受信部が第１方向に配列される（つまり配列方向が第１方向に平行な方向である）ことや、複数の超音波送受信部が第１方向に沿って配列されることを含む。
【０００９】
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方向の列として配列されている。そして、超音波素子アレイは、第２方向における中心を通り、かつ、超音波送受信部の配列方向に平行な中心線を含むスキャン面に沿って超音波を送受信する、所謂、一次元アレイとして構成されている。この超音波デバイスにおいて、第１超音波素子アレイから厚み方向に超音波を送信させ、第２超音波素子アレイから第１超音波素子アレイ側に向かって傾斜する方向に超音波を送信させる。これにより、第２方向に沿った複数の測定位置について超音波画像を取得することができる。
【００１０】
ここで、超音波素子アレイは、スキャン面に交差する第２方向に対しても所定の幅寸法を有する。このため、例えば、第２方向に沿って複数の超音波素子アレイを配列させた場合では、各超音波素子アレイのスキャン面の間隔は、超音波素子アレイの幅寸法より小さくできず、第２方向における測定間隔が広くなる。
これに対して、本適用例では、複数の超音波素子アレイに含まれる第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは、第１方向の列として配置され、かつ、第２方向に対して互いにずれる位置に配置される。したがって、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを、第２方向における任意の位置で配置することができる。したがって、超音波素子アレイの外形寸法に関わらず、第２方向におけるスキャン面間の距離、つまり測定位置間隔を設定でき、超音波素子アレイの外形寸法よりも小さくすることもできる。
また、駆動機構や手動により、超音波素子アレイを移動させたり回動させたりすることにより、複数の測定位置で測定する場合と比べて、超音波素子アレイの振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波画像を取得できる。
【００１１】
また、本適用例では、第１超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔よりも、第２超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔を小さくする。これにより、第２方向から見て、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域のサイズが小さくなること抑制しつつ、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。
ここで、超音波送受信部の配置間隔が小さいほど、測定精度の低下を抑制しつつ、超音波素子アレイにおける超音波の送信角度（最大送信角度）を大きくすることができる。例えば、傾斜する方向に超音波を送信する第２超音波素子アレイにおける配置間隔を小さくすることにより、第２超音波素子アレイの最大送信角度を大きくすることができ、ひいては、重畳領域を超音波素子アレイ側に近づけることができる。一方で、リニアスキャンを実施する第１超音波素子アレイにおける配置間隔を小さくすると、第１超音波素子アレイの測定範囲が狭くなり、重畳領域が小さくなる。
これに対して、本適用例では、第１超音波素子アレイにおける配置間隔よりも、第２超音波素子アレイにおける配置間隔を小さくすることにより、上述のように、第１超音波素子アレイの測定範囲が狭くなることを抑制しつつ、第２超音波素子アレイの最大送信角度を大きくすることができる。したがって、重畳領域を大きくするとともに、重畳領域の位置を各超音波素子アレイ側に近づけることができる。つまり、測定対象の表面付近（測定対象が生体である場合、体表面近傍）を測定することができる。
【００１２】
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、第３超音波素子アレイを含み、前記第１超音波素子アレイと前記第２超音波素子アレイと前記第３超音波素子アレイとは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第２超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における一方側に配置され、前記第３超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における他方側に配置され、前記第３超音波素子アレイは、前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイの前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイは、さらに第３超音波素子アレイを含み、各超音波素子アレイは、第１方向の列として配置され、かつ、第２方向に対して互いにずれる位置に配置されている。これら各超音波素子アレイのうち、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイは、第１超音波素子アレイを第１方向に挟むように配置されている。そして、第３超音波素子アレイは、第２超音波素子アレイと同様に、超音波送受信部の配置間隔が、第１超音波素子アレイにおける配置間隔よりも小さい。
これにより、第１超音波素子アレイの測定範囲が狭くなることを抑制しつつ、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイの最大送信角度を大きくすることができる。したがって、上記適用例と同様に、第１超音波素子アレイ、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域を大きくするとともに、重畳領域の位置を各超音波素子アレイ側に近づけることができる。つまり、測定対象の表面付近（測定対象が生体である場合、体表面近傍）を測定することができる。
【００１３】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイを備える超音波デバイスであって、前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第２超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有することを特徴とする。
【００１４】
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に含まれる第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは、第１方向の列として配置され、かつ、二方向に対して互いにずれる位置に配置される。したがって、第２方向に沿って複数の超音波画像を取得することができる。また、第２方向におけるスキャン面間の距離（測定位置間隔）を任意に設定できる。また、超音波素子アレイが移動されたり回動されたりする場合と比べて、振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波測定を実施できる。
【００１５】
ここで、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイと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、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイの少なくとも一方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、第１超音波素子アレイの法線と、前記第２超音波素子アレイの法線と、が交わる。つまり、第２方向から平面視して、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは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、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域を各超音波素子アレイに近づけることができる。
【００１６】
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、第３超音波素子アレイを含み、前記第１超音波素子アレイと前記第２超音波素子アレイと前記第３超音波素子アレイとは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第２超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における一方側に配置され、前記第３超音波素子アレイは、前記第１超音波素子アレイに対して、前記第１方向における他方側に配置され、前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第３超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有することが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイは、さらに第３超音波素子アレイを含み、各超音波素子アレイは、第１方向の列として配置され、かつ、第２方向に対して互いにずれる位置に配置されている。これら各超音波素子アレイのうち、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイは、第１超音波素子アレイを第１方向に挟むように配置されている。そして、第２方向から平面視して、第１超音波素子アレイの法線と、第２超音波素子アレイの法線と、第３超音波素子アレイの法線と、が交わる。つまり、第２方向から平面視して、第１超音波素子アレイと、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイのそれぞれとは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、第１超音波素子アレイ、第２超音波素子アレイ、及び第３超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域を各超音波素子アレイに近づけることができる。
【００１７】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記交点と前記第１超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、前記交点と前記第２超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、前記交点と前記第３超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離と、が同じであることが好ましい。
本適用例では、各超音波素子アレイの法線の交点と、各超音波素子アレイとの距離が同じである。ここで、上記距離が異なる場合と比べて、各超音波素子アレイの超音波の伝播距離が異なることによる各超音波素子アレイそれぞれに対応する超音波画像の画質の差異を低減できる。したがって、測定位置毎の超音波画像の画質の差異によって視認性が低下することを抑制できる。
【００１８】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記交点と前記第１超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離は、前記交点と前記第２超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離、及び、前記交点と前記第３超音波素子アレイの超音波送受面との法線上の距離よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、各超音波素子アレイのうち第１超音波素子アレイは、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイと比べて、各超音波素子アレイの法線の交点との距離が小さい。このような構成では、第１超音波素子アレイによって、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイよりも高画質の超音波画像を取得できる。したがって、複数の測定位置について超音波画像を取得する際に、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイによる二箇所の測定位置の間の、第１超音波素子アレイによる測定位置において、より高画質な超音波画像を取得することができる。
【００１９】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、上記適用例と同様に、第１超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔よりも、第２超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔を小さくする。このような構成では、第２超音波素子アレイの送信角度を大きくすることができる。これにより、例えば、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。また、重畳領域の位置を変更せずに、第２超音波素子アレイの第１超音波素子アレイに対する傾きを小さくできる。これにより、対象物と各超音波素子アレイとの間の距離を小さくでき、ひいては測定精度を向上させることができる。
【００２０】
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、前記第１方向の列として配置され、前記第１超音波素子アレイは、前記第１方向の列における中央に配置されることが好ましい。
本適用例では、第１超音波素子アレイは、第１方向の列として配置された複数の超音波素子アレイの中央に配置される。このような構成では、対象物に対して超音波デバイスの位置がずれている場合、例えば、リニアスキャンを実施させる第１超音波素子アレイの測定領域に対象物が収まっていない場合でも、第１方向において第１超音波素子アレイの周囲に配置されている他の超音波素子アレイによって対象物の位置を容易に把握できる。
【００２１】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイ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、を備え、前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配列された前記超音波送受信部の配置間隔が、前記第１超音波素子アレイにおける前記超音波送受信部の配置間隔よりも小さいことを特徴とする。
【００２２】
本適用例の超音波測定装置は、上記適用例の超音波デバイスと同様に、複数の超音波素子アレイに含まれる第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは、第１方向の列として配置され、かつ、二方向に対して互いにずれる位置に配置される。したがって、第２方向に沿って複数の超音波画像を取得することができる。また、第２方向におけるスキャン面間の距離（測定位置間隔）を任意に設定できる。また、超音波素子アレイが移動されたり回動されたりする場合と比べて、振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波測定を実施できる。
また、本適用例では、上記適用例の超音波デバイスと同様に、第１超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔よりも、第２超音波素子アレイの超音波送受信部の配置間隔を小さくする。これにより、第２方向から見て、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域が小さくなること抑制しつつ、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。
【００２３】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとを含む複数の超音波素子アレイ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、を備え、前記超音波素子アレイは、厚み方向が第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向のそれぞれに交差し、前記第１方向の列として配列された複数の超音波送受信部を含み、前記第１超音波素子アレイ及び前記第２超音波素子アレイは、前記第１方向の列として配置され、前記第２方向に対して互いにずれる位置に配置され、前記第２方向から平面視して、前記第１超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、前記第２超音波素子アレイの超音波送受面の法線と、が交わる交点を有することを特徴とする。
【００２４】
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に含まれる第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは、第１方向の列として配置され、かつ、二方向に対して互いにずれる位置に配置される。したがって、第２方向に沿って複数の超音波画像を取得することができる。また、第２方向におけるスキャン面間の距離（測定位置間隔）を任意に設定できる。また、超音波素子アレイが移動されたり回動されたりする場合と比べて、振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波測定を実施できる。
また、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、第１超音波素子アレイの法線と、第２超音波素子アレイの法線と、が交わる。つまり、第２方向から平面視して、第１超音波素子アレイと第２超音波素子アレイとは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、第１超音波素子アレイ及び第２超音波素子アレイの測定領域が重畳する重畳領域を各超音波素子アレイに近づけることができる。
【００２５】
本適用例の超音波測定装置において、前記制御部は、前記第１方向を含む面内において、前記超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定する角度設定部を有することが好ましい。
本適用例では、角度設定部は、超音波の送信角度を設定する。これにより、各超音波素子アレイの測定領域の位置を変更して、重畳領域の位置を変更することができる。例えば、対象物と超音波デバイスとの距離に応じて、送信角度を設定する。これにより、対象物が重畳領域に含まれるように、重畳領域の位置を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す斜視図。
【図３】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図４】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５】第１実施形態の各超音波センサーの一部を模式的に示す平面図。
【図６】図５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７】第１実施形態の各超音波素子アレイを模式的に示す側面図。
【図８】最大送信角度と素子ピッチとの関係の一例を示すグラフ。
【図９】素子ピッチと画像取得最小距離との関係の一例を示すグラフ。
【図１０】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１１】第２実施形態の超音波プローブの概略構成を示す分解斜視図。
【図１２】第２実施形態の超音波プローブの概略構成を示す側面図。
【図１３】第２実施形態の超音波プローブの概略構成を示す側面図。
【図１４】第２実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す側面図。
【図１５】第２実施形態の超音波デバイスを超音波出射側から見た図。
【図１６】第２実施形態の一変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す側面図。
【図１７】第３実施形態に係る超音波デバイスの概略構成を示す側面図。
【図１８】第４実施形態に係る超音波デバイスの概略構成を示す側面図。
【図１９】第４実施形態に係る超音波デバイスの構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［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３と、得られた内部断層画像が表示される表示装置４と、を備えている。
【００２８】
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剤（例えばジェル等）を塗布し、超音波プローブ２を粘着テープ等で固定する。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３に出力し、制御装置３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４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４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。
【００２９】
［超音波プローブの構成］
図２は、本実施形態の超音波プローブ２の概略構成を示す斜視図である。また、図３は、本実施形態の超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
本実施形態の超音波プローブ２は、図２に示すように、筐体２１を備え、この筐体２１の内部に、図３に示すように超音波センサー２２と、回路基板２６と、が収納されている。この超音波プローブ２は、例えば信号ケーブル２１１を介して制御装置３と通信可能に接続される。
【００３０】
筐体２１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２２や回路基板２６を収納する。この筐体２１は、生体Ｍに対向する一面（センサー面２１２）に、センサー窓２１２Ａが設けられており、当該センサー窓２１２Ａには、超音波センサー２２が外部（生体Ｍ側）に臨んで設けられている。
穿刺作業を実施する際には、超音波プローブ２は、生体Ｍに粘着層（図示略）により固定される。この際、センサー窓２１２Ａから露出する超音波センサー２２と生体Ｍとの間にジェル等の音響整合剤が充填され、超音波センサー２２と生体Ｍとの間での超音波の伝搬が効率良く行われる。
【００３１】
［超音波センサーの構成］
次に、超音波センサー２２について説明する。
図４は、本実施形態の超音波センサー２２を模式的に示す平面図である。図５は、図４の一部を拡大した平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線を断面した際の超音波センサー２２の概略断面図である。
この超音波センサー２２は、超音波デバイスに相当し、図４に示すように、超音波の送受信を行う複数の超音波素子アレイ２３を有する。これら複数の超音波素子アレイ２３は、Ｘ方向に沿って配置された第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ２３Ｃを含む。つまり、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、厚み方向がＺ方向と一致するように配置されている。
【００３２】
これら第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、後述するが、超音波を送受信する送受信チャンネルとしての超音波送受信部２４の複数が一方向に配列された１次元超音波素子アレイとして構成されている。各超音波送受信部２４は、図５に示すように、Ｘ方向に交差するＹ方向（第２方向）に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー２５を含んで構成されている。なお、図５に示す例では、超音波送受信部２４は、Ｙ方向７個の超音波トランスデューサー２５を含んで構成され、超音波センサー２２は、Ｘ方向に８個の超音波送受信部２４を含んで構成される。
【００３３】
各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ,２３Ｃは、超音波送受信部２４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２４の中央を通り、かつ、ＺＸ面に平行な仮想面（以下、スキャン面ＳＣ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。
ここで、第１超音波素子アレイ２３Ａと、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃとは、Ｘ方向（スキャン方向）に隣接する超音波送受信部２４の配置間隔（素子ピッチ）が異なる点を除き、略同様に構成されている。
以下の説明では、第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ２３Ｃのそれぞれを区別しない場合には、単に超音波素子アレイ２３とも称する。
【００３４】
上記のような超音波センサー２２は、例えば、図６に示すように、素子基板２２１、封止板２２２、音響整合層２２３、及び音響レンズ２２４等を含んで構成されている。
素子基板２２１は、図５に示すように、基部２２１Ａと、振動膜２２１Ｂと、圧電素子２２１Ｃと、を備えている。
基部２２１Ａ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２２１Ａには、各々の超音波トランスデューサー２５に対応した開口部２２１Ａ１が設けられている。本実施形態では、各開口部２２１Ａ１は、基部２２１Ａ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２２２側）に振動膜２２１Ｂが設けられる。
【００３５】
振動膜２２１Ｂは、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基部２２１Ａの封止板２２２側全体を覆って設けられている。すなわち、振動膜２２１Ｂは、開口部２２１Ａ１を構成する隔壁２２１Ａ２により支持され、開口部２２１Ａ１の封止板２２２側を閉塞する。この振動膜２２１Ｂの厚み寸法は、基部２２１Ａに対して十分小さい厚み寸法となる。
【００３６】
圧電素子２２１Ｃは、図５及び図６に示すように、各開口部２２１Ａ１を閉塞する振動膜２２１Ｂ上にそれぞれ設けられている。この圧電素子２２１Ｃは、下部電極２２１Ｃ１、圧電膜２２１Ｃ２、及び上部電極２２１Ｃ３の積層体により構成されている。ここで、振動膜２２１Ｂのうち、開口部２２１Ａ１を閉塞する領域と、圧電素子２２１Ｃとにより、１つの超音波トランスデューサー２５が構成される。
【００３７】
このような超音波トランスデューサー２５では、下部電極２２１Ｃ１及び上部電極２２１Ｃ３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２２１Ｃ２が変形され、これにより開口部２２１Ａ１を閉塞する振動膜２２１Ｂ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２２１Ｂに超音波が入力されて振動膜２２１Ｂが振動すると、圧電膜２２１Ｃ２の下部電極２２１Ｃ１側と上部電極２２１Ｃ３側との間で電位差が生じる。これにより、下部電極２２１Ｃ１及び上部電極２２１Ｃ３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）。
【００３８】
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２５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２２１Ｃ１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２２１Ｃ１は、Ｙ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー２５に跨って設けられ、これらを結線する。この下部電極２２１Ｃ１の両端部（±Ｙ側端部）には、回路基板２６に電気接続される駆動端子２２１Ｄ１が設けられている。
また、上部電極２２１Ｃ３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２５に跨って設けられ、これらを結線する。そして、上部電極２２１Ｃ３の±Ｘ側端部は共通電極線２２１Ｄ２に接続される。この共通電極線２２１Ｄ２は、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極２２１Ｃ３同士を結線し、その±Ｙ側端部には、回路基板２６に電気接続される共通端子２２１Ｄ３が設けられている。
【００３９】
次に、超音波センサー２２を構成する封止板２２２について説明する。封止板２２２は、素子基板２２１に接合され、素子基板２２１を補強する。この封止板２２２は、Ｚ方向から見た平面視において、素子基板２２１の超音波トランスデューサー２５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２２２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー２５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２５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。
【００４０】
そして、この封止板２２２は、例えば、素子基板２２１の振動膜２２１Ｂ上に形成された接合膜２２２Ａにより素子基板２２１に接合される。接合膜２２２Ａは、基部２２１Ａの開口部２２１Ａ１以外の領域（開口部２２１Ａ１間の隔壁２２１Ａ２）に対応して設けられている。よって、接合膜２２２Ａにより振動膜２２１Ｂ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２５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２２２は、下部電極２２１Ｃ１や上部電極２２１Ｃ３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２２１Ｃ１や上部電極２２１Ｃ３と回路基板２６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。
【００４１】
音響整合層２２３は、図６に示すように、基部２２１Ａの開口部２２１Ａ１内を埋めるように、素子基板２２１の超音波の送受信側に設けられている。
音響レンズ２２４は、素子基板２２１の超音波の送受信側に設けられている。この音響レンズ２２４は、超音波トランスデューサー２５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２２３や音響レンズ２２４は、超音波トランスデューサー２５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２５に伝搬させる。このため、音響整合層２２３や音響レンズ２２４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。
【００４２】
［各超音波素子アレイの詳細］
図４に示すように、第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び、第３超音波素子アレイ２３Ｃは、スキャン方向であるＸ方向に沿って、つまりＸ方向の列として配置されている。これら各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、Ｘ方向に沿って（Ｘ方向の列として）配置された複数の超音波送受信部２４を備える。これらのうち第１超音波素子アレイ２３Ａの超音波送受信部２４の配置間隔（素子ピッチ）ｄ１は、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２よりも大きい。
【００４３】
第１超音波素子アレイ２３Ａは、Ｘ方向における中央に配置されている。また、第２超音波素子アレイ２３Ｂは、第１超音波素子アレイ２３Ａの−Ｘ側に、第３超音波素子アレイ２３Ｃは、第１超音波素子アレイ２３Ａの＋Ｘ側に配置されている。つまり、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、Ｘ方向に沿って、第１超音波素子アレイ２３Ａを挟むように配置されている。
【００４４】
また、第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、スキャン方向に直交するスライス方向であるＹ方向において、互いにずれる位置に配置されている。ここで、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのスキャン面ＳＣのずれ量は、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３ＣをＹ方向に隣接配置した場合のスキャン面ＳＣ間の距離よりも小さい。つまり、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３ＣのうちＸ方向に隣り合う超音波素子アレイ２３は、Ｙ方向に一部が重なっている。
【００４５】
例えば、第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ２３ＣのそれぞれのＹ方向の寸法をそれぞれ、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とする。また、第１超音波素子アレイ２３Ａと第２超音波素子アレイ２３Ｂとのスキャン面ＳＣ間の距離であるＹ１２と、第１超音波素子アレイ２３Ａと第３超音波素子アレイ２３Ｃとのスキャン面ＳＣ間の距離であるＹ１３とは、それぞれ下記式（１），（２）の関係を満たす。
【００４６】
［数１］
Ｙ１２≦（Ｙ１＋Ｙ２）／２  ・・・（１）
Ｙ１３≦（Ｙ１＋Ｙ３）／２  ・・・（２）
【００４７】
［超音波素子アレイの測定領域］
図７は、−Ｙ側から見た各超音波素子アレイ２３を模式的に示す側面図である。
本実施形態では、図７に示すように、超音波素子アレイ２３は、それぞれ制御装置３の制御に基づいて、スキャン面ＳＣ内において、超音波送受面２３１の法線に対して±θＭ（例えば４５°）の範囲で超音波ビームを走査する。なお、θＭは、最大送信角度とも称する。
【００４８】
本実施形態では、第１超音波素子アレイ２３Ａは、角度θ＝０（つまりリニアスキャン）となるように駆動される。また、第２超音波素子アレイ２３Ｂは＋Ｘ側に、第３超音波素子アレイ２３Ｃは−Ｘ側に、最大送信角度θＭ以下の角度θで超音波ビームを送信するように駆動される。各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、それぞれ測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を有する。これら各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれの測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、Ｙ方向から見た平面視において、互いに重畳する重畳領域Ｆ４を有する。この重畳領域Ｆ４とＹ方向に重なる位置に測定対象が存在する場合に、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれで超音波画像を取得できる。
【００４９】
［素子ピッチと画像取得最小距離との関係］
図７に示す、重畳領域Ｆ４と超音波素子アレイ２３との距離ｈは、超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃにおいて超音波画像を取得できる最小距離（画像取得最小距離）である。すなわち、超音波ビームの角度θ＝θＭとなるように第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃとを駆動した際に、重畳領域Ｆ４と超音波素子アレイ２３との距離が最小となる。また、画像取得最小距離ｈを小さくするために、最大送信角度θＭを大きくする必要がある。本実施形態では、上述のように、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２を、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１よりも小さくすることにより、最大送信角度θＭを大きくしている。
【００５０】
なお、図７に示すように、Ｘ方向において、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの中心位置をそれぞれＣ１，Ｃ２，Ｃ３とする。各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対して予め設定された測定位置Ｐ０と、各中心位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とを結ぶ直線をそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３とする。各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの素子ピッチは、対応する直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と超音波素子アレイの厚み方向（本実施形態ではＺ方向）とのなす角度に応じた値に設定されている。つまり、測定位置Ｐ０に対して、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの超音波の送信角度が大きいほど素子ピッチが小さく設定される。例えば、図７に示す例では、第１超音波素子アレイ２３Ａの送信角度は０°であり、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度はθＭである。したがって、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチよりも小さい値に設定される。
【００５１】
図８は、素子ピッチをｄ、超音波の周波数をλとして、下記式（３）を満たす、最大送信角度θＭと素子ピッチｄとの関係を示すグラフである。なお、図８では、超音波の周波数が６（ＭＨｚ）、９（ＭＨｚ）、１２（ＭＨｚ）の場合についてそれぞれ図示している。また、超音波素子アレイ２３の超音波送受信部２４の数、つまりチャンネル数が６４チャンネルであり、生体（対象物）内の音速が１５３０ｍ／ｓ、及び波長が２５５μｍである。
下記式（３）を満たすように、素子ピッチｄ及び波長λに対して、最大送信角度θＭを設定することにより、グレーティングローブの発生を抑制できる。すなわち、図８に示すように、素子ピッチｄを小さくすることにより、グレーティングローブの発生を抑制しつつ最大送信角度θＭを大きくすることができる。つまりは、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２を小さくすることにより、画像取得最小距離ｈを小さくできる。
【００５２】
［数２］
ｄ＜λ／（１＋ＳｉｎθＭ）  ・・・（３）
【００５３】
なお、実際の測定においては、下記式（４）を満たすことが好ましい。つまり、最大送信角度θＭを０°より大きくすることにより、上述のように重畳領域Ｆ４を形成することができる。また、最大送信角度θＭを６０°より大きくすると、超音波の送受信感度が低下し、測定精度が低下するおそれがある。したがって、最大送信角度θＭを６０°以下とすることにより測定精度の低下を抑制することができる。
以上から、式（３），（４）を満たす範囲、すなわち式（５）に示す範囲で素子ピッチｄ２を設定すればよい。すなわち、最大送信角度を６０°より大きく設定する必要がないため、素子ピッチｄ２をλ／１．５未満に設定する必要がない。したがって、超音波センサー２２を設計する際に、超音波の波長に応じて式（５）を満たす範囲で素子ピッチｄ２を設定することができる。
【００５４】
［数３］
０°＜θＭ≦６０°          ・・・（４）
λ／１．５≦ｄ２＜λ      ・・・（５）
【００５５】
図９は、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２と、画像取得最小距離ｈとの関係の一例を示すグラフである。
図９及び下記表１には、図８と同様の条件で、超音波の周波数を６ＭＨｚとし、第２超音波素子アレイ２３Ｂと第３超音波素子アレイ２３Ｃとの間の距離を２ｍｍとして、素子ピッチｄ２を変更した場合について示している。なお、生体内での音速は１５３０ｍ／ｓであり、生体内での超音波の波長は２５５μｍであるものとする。
下記表１には、素子ピッチｄ２のそれぞれに対応する、アレイ開口寸法と、最大送信角度と、画像取得最小距離と、を示す。なお、アレイ開口寸法は、Ｘ方向（スキャン方向）における第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの寸法である。
上述のように、素子ピッチｄ２を小さくすることにより、画像取得最小距離ｈを小さくすることができる。逆に、所望の画像取得最小距離ｈに応じて、素子ピッチｄ２を算出することができる。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
［回路基板の構成］
次に、回路基板２６について説明する。
回路基板２６は、超音波センサー２２の各駆動端子２２１Ｄ１及び各共通端子２２１Ｄ３のそれぞれと電気接続されており、制御装置３の制御に基づいて超音波センサー２２を制御する。
具体的には、回路基板２６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２２１Ｄ１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２２１Ｄ３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２２１Ｄ１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３に出力する。
【００５８】
［制御装置の構成］
次に、超音波測定装置１における制御装置３について説明する。
制御装置３は、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、角度設定部３１、送受信制御部３２、画像形成部３３、及び表示制御部３４等として機能する。また、制御装置３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。
【００５９】
角度設定部３１は、超音波の送信角度θを最大送信角度θＭ以下の角度で設定する。この角度設定部３１は、施術者による入力指示に基づいて、送信角度θを設定する。また、角度設定部３１は、超音波測定の測定結果に基づいて、測定対象が重畳領域に含まれるように、送信角度θを設定してもよい。例えば、角度設定部３１は、第１超音波素子アレイ２３Ａによって取得された超音波画像における測定対象の位置（深さ）を検出し、検出結果に基づいて第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度θを設定する。
【００６０】
送受信制御部３２は、超音波プローブ２を制御して、超音波センサー２２の所定の超音波送受信部２４から超音波を送信させる。この際、送受信制御部３２は、一方向に並ぶ複数個の超音波送受信部２４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３２は、超音波プローブ２を制御して、超音波送受信部２４からの受信信号を取得する。
画像形成部３３は、超音波プローブ２の各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれから送信された受信信号（画像信号）に基づいて、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ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３４は、表示装置４に対して、生成された各超音波画像を表示させる。
【００６１】
［超音波測定処理］
図１０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。
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、予備測定を実施して血管等の器官が重畳領域に含まれるように送信角度θ等を設定する。その後、超音波測定装置１は、本測定を実施して超音波画像を取得し、表示装置４に表示する。施術者は、表示装置４に表示された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。
【００６２】
図１０に示すように、先ず、超音波測定装置１は、第１超音波素子アレイ２３Ａを駆動させて予備測定を行う（ステップＳ１）。
このステップＳ１では、本測定に先立って予備測定が実施される。予備測定の測定結果に基づいて、例えば、第１超音波素子アレイ２３Ａの位置調整や、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度θの設定が実施される。
具体的には、送受信制御部３２は、複数の超音波素子アレイ２３のうち、中央に位置する第１超音波素子アレイ２３Ａによるリニアスキャンを実施する。すなわち、送受信制御部３２は、第１超音波素子アレイ２３Ａを駆動して、Ｚ方向に超音波を送信させ、生体内からの反射波を受信させる。
【００６３】
次に、角度設定部３１は、ステップＳ１の予備測定における測定結果に基づいて、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度θを設定する（ステップＳ２）。
角度設定部３１は、図７に示すように、測定対象（例えば血管）Ｍが重畳領域Ｆ４に含まれるように、送信角度θを設定する。例えば、角度設定部３１は、測定対象Ｍ１と第１超音波素子アレイ２３ＡとのＺ方向の距離（深さ）に基づいて、送信角度θを設定する。角度設定部３１は、例えば、測定対象Ｍ１の深さと、送信角度θと、を対応づけたテーブル等を参照して送信角度θを設定する。なお、角度設定部３１は、測定対象Ｍ１の位置（深さ）を、予備測定の測定結果に基づいて生成された超音波画像を用いて測定対象Ｍ１のエッジを検出することにより取得してもよい。また、角度設定部３１は、施術者による入力操作に基づいて測定対象Ｍ１の位置（深さ）を取得してもよい。また、角度設定部３１は、施術者による入力操作に基づいて送信角度θを設定してもよい。
【００６４】
次に、送受信制御部３２は、各超音波素子アレイ２３を駆動して超音波を送受信する本測定を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３では、送受信制御部３２は、各超音波素子アレイ２３を順次駆動させて、超音波測定を実施する。ここで、送受信制御部３２は、第１超音波素子アレイ２３Ａにはリニアスキャンを実施させる。また、送受信制御部３２は、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃには、送信角度θで超音波を送信させる。
次に、画像形成部３３は、ステップＳ３の本測定の測定結果に基づいて、超音波画像（例えばＢモード画像）を生成する（ステップＳ４）。
そして、表示制御部３４は、ステップＳ４で生成された超音波画像を表示装置４に表示させる（ステップＳ５）。
【００６５】
次に、制御装置３は、測定終了の指示を受けたか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６でＮＯと判定されると、制御装置３は、ステップＳ３以降の処理を実行し、ＹＥＳと判定されると、制御装置３は、超音波測定処理を終了させる。
ここで、ステップＳ６でＹＥＳと判定された際に、制御装置３は、超音波プローブ２の位置調整の要否や、送信角度θの再設定の要否等を判定してもよい。例えば、超音波プローブ２と測定対象Ｍ１との相対位置が変化して、測定対象Ｍ１の位置が、第１超音波素子アレイ２３Ａの測定領域Ｆ１の外側に移動した場合に、制御装置３は、超音波プローブ２の位置調整を行う必要があると判定する。また、測定対象Ｍ１の位置が、第１超音波素子アレイ２３Ａの測定領域Ｆ１の内側にあるものの、第２超音波素子アレイ２３Ｂの測定領域Ｆ２及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの測定領域Ｆ３の少なくとも一方の外側に移動した場合に、送信角度θを変更する必要があると判定する。なお、送信角度θを変更しても測定対象Ｍ１の位置を重畳領域Ｆ４内に設定できない場合は、超音波プローブ２の位置調整を行う必要があると判定する。
【００６６】
［第１実施形態の作用効果］
各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、Ｘ方向の列として配置され、かつ、Ｙ方向において互いにずれて配置されている。なお、第１超音波素子アレイ２３Ａのスキャン方向は、Ｘ方向に平行である。このため、第２方向において、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを任意の位置に配置できる。つまり、本実施形態のように、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのずれ量を、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３ＣのＹ方向の寸法よりも小さくすることができる。したがって、Ｙ方向におけるスキャン面ＳＣ間の距離（測定位置間隔）を、Ｙ方向における超音波素子アレイ２３の外形寸法に関わらず任意の位置に設定でき、超音波素子アレイ２３の外形寸法よりも小さく設定ができる。
【００６７】
また、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃによって複数の超音波画像を取得できる。したがって、複数の測定位置で測定を行うために、駆動機構や手動等により、超音波素子アレイが回動されたり移動されたりする場合と比べて、振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波画像を取得できる。
【００６８】
ここで、超音波送受信部２４の配置間隔（素子ピッチ）を小さくするほど、測定精度の低下を抑制しつつ、最大送信角度θＭを大きくすることができ、重畳領域Ｆ４の位置を各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ側に近づけることができる。
一方で、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１を小さくすると、中央に配置された第１超音波素子アレイ２３Ａによる測定範囲のサイズ（測定領域Ｆ１のＸ方向の寸法）が小さくなる。これに対して、例えば、第１超音波素子アレイ２３Ａの超音波送受信部２４の数を増やして、測定範囲を拡大させることができる。しかしながら、この場合、第１超音波素子アレイ２３Ａによるフレームレートが低下し、超音波画像のリアルタイム性が損なわれるおそれがある。
本実施形態では、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２は、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１よりも小さい。これにより、Ｙ方向から見て、重畳領域Ｆ４が小さくなることを抑制しつつ、重畳領域Ｆ４の位置を各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ側に近づけることができ、体表面近傍をリアルタイムに測定することができる。
【００６９】
第１超音波素子アレイ２３Ａは、Ｘ方向の列として配置された各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの中央に配置される。このような構成では、測定対象Ｍ１に対して超音波プローブ２の位置がずれている場合、例えば、リニアスキャン実施時の第１超音波素子アレイ２３Ａの測定領域Ｆ１に測定対象Ｍ１が収まっていない場合でも、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃによって測定対象Ｍ１の位置を容易に把握できる。例えば、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃによってリニアスキャンを実施することにより、例えば血管等の測定対象Ｍ１の位置や向きを把握することができる。
【００７０】
角度設定部３１は、超音波の送信角度を設定する。これにより、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれの測定領域の位置を変更して、重畳領域Ｆ４の位置を変更することができる。例えば、測定対象Ｍ１と超音波プローブ２（第１超音波素子アレイ２３Ａ）との距離に応じて、送信角度を設定する。これにより、測定対象Ｍ１が重畳領域Ｆ４に含まれるように、重畳領域Ｆ４の位置を設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、複数の超音波素子アレイ２３がＸ方向（第１方向）に沿って一列に配置され、各超音波素子アレイ２３の超音波送受面２３１が同一平面に位置するように構成されていた。これに対して、第２実施形態では、Ｙ方向から見た平面視において、３つの超音波素子アレイのうちの、第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイが、第１超音波素子アレイを挟み、かつ、第１超音波素子アレイに対して傾斜して配置されている点が主に相違している。
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】
［超音波プローブの構成］
図１１は、超音波プローブ５の概略構成を示す分解斜視図である。
図１２は、超音波プローブ５を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す側面図である。
図１３は、超音波プローブ５を＋Ｘ側から見た際の概略構成を示す側面図である。
超音波プローブ５は、図１１乃至図１３に示すように、超音波を送受信する超音波デバイス６と、超音波デバイス６と生体との間に配置される音響整合部材７を超音波デバイス６に対して固定する固定部材８と、を備える。
なお、超音波プローブ５は、第１実施形態と同様に、制御装置３に接続され、当該制御装置３による制御に基づいて得られた超音波画像が表示装置４に表示される。
【００７３】
［超音波デバイスの構成］
図１４は、超音波デバイス６及び音響整合部材７を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す側面図である。図１５は、超音波デバイス６を＋Ｚ側から見た際の概略構成を示す図である。
超音波デバイス６は、３つの超音波ユニット６０（第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ及び第３ユニット６０Ｃ）と、これら超音波ユニット６０を支持する支持部６４と、を備える。この超音波ユニット６０は、筐体６１と、超音波の送受信を行う超音波センサー６２とを備える。なお、第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ及び第３ユニット６０Ｃは、支持部６４に対する配置位置が異なる以外、基本的に同様に構成されている。
【００７４】
筐体６１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６２や回路基板（図示省略）を収納する。この筐体６１は、図１５に示すように、生体Ｍ側の一面に、超音波センサー６２を露出させるセンサー窓６１１が設けられている。
【００７５】
超音波センサー６２は、一つの超音波素子アレイ６３が設けられており、三つの超音波素子アレイ２３が設けられた超音波センサー２２とは、超音波素子アレイの数を除き略同様に構成される。すなわち、超音波素子アレイ６３は、第１実施形態の超音波素子アレイ２３と略同様に構成され、一方向に複数の超音波送受信部２４が配置され、超音波送受信部２４は、複数の超音波トランスデューサー２５がＹ方向に配置されて構成されている。
なお、以下の説明において、第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ、及び第３ユニット６０Ｃのそれぞれに対応する超音波素子アレイ６３を、第１超音波素子アレイ６３Ａ、第２超音波素子アレイ６３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ６３Ｃとする。
【００７６】
支持部６４は、第１ユニット６０Ａを支持する第１支持部６４１と、第１支持部６４１の一端側に位置し第２ユニット６０Ｂを支持する第２支持部６４２と、第１支持部６４１の他端側に位置し第３ユニット６０Ｃを支持する第３支持部６４３と、を備え、第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ、及び第３ユニット６０Ｃを一方向（スキャン方向であり図示例ではＸ方向）の列として支持する。
第２支持部６４２と第３支持部６４３とは、第１支持部６４１から離れるにしたがって、＋Ｚ側に向かうように、第１支持部６４１に対して所定の角度で屈折している。
【００７７】
上述のように構成された超音波デバイス６では、図１５に示すように、第１実施形態と同様に、第１超音波素子アレイ６３Ａ、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃは、Ｙ方向において、互いにずれる位置に配置されている。すなわち、第２超音波素子アレイ６３Ｂは、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して−Ｙ側に、第１超音波素子アレイ６３Ａ及び第２超音波素子アレイ６３ＢのそれぞれのＹ方向の寸法以下のずれ量でずれて配置さている。また、第３超音波素子アレイ６３Ｃは、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して＋Ｙ側に、第１超音波素子アレイ６３Ａ及び第３超音波素子アレイ６３ＣのそれぞれのＹ方向の寸法以下のずれ量でずれた位置に配置さている。
【００７８】
また、超音波デバイス６では、超音波素子アレイ６３は、超音波送受信部２４がＸ方向の列としてなるように配置される。すなわち、図１４に示すように、第１超音波素子アレイ６３Ａは、超音波送受面６３１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６３Ａは、超音波送受信部２４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６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃは、超音波送受信部２４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６３Ａに対して傾斜して配置される。
【００７９】
具体的には、図１４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６３Ｂは、第１超音波素子アレイ６３Ａ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６３Ｃは、第１超音波素子アレイ６３Ａ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６３Ａ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６３１面の法線Ｎ１とする。同様に、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃについて、開口中心を通る超音波送受面６３１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６３Ａ、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃは、点Ｐから等距離の位置に配置されている。
【００８０】
ここで、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃの第１超音波素子アレイ６３Ａに対する傾斜角度δは、超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの各測定領域が重なる重畳領域Ｆ４（図１４参照）が、生体内に位置するように設定される。このように重畳領域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７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。
【００８１】
［音響整合部材の構成］
音響整合部材７は、図１２に示すように、超音波測定時において、超音波デバイス６と体表面との間に配置され、超音波デバイス６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６に伝搬させる。このため音響整合部材７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７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７は、超音波デバイス６の各超音波素子アレイ６３と、生体表面との両方に対して好適に密着可能である。
【００８２】
［固定部材の構成］
固定部材８は、音響整合部材７を超音波デバイス６に対して固定する。この固定部材８は、超音波デバイス６が取り付けられる本体部８１と、本体部８１の−Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ方向に延出する第１固定部８２と、当該第１固定部８２の＋Ｙ側に位置し、本体部８１の＋Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ方向に延出する第２固定部８３と、を有する。音響整合部材７は、第１固定部８２と第２固定部８３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５を生体表面に沿って移動させたとしても、超音波デバイス６に対する音響整合部材７の位置ずれを抑制できる。
【００８３】
本体部８１は、制御装置３に接続されるケーブルが設けられている。この本体部８１は、超音波プローブ５を操作する際に施術者によって把持される。本体部８１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、本体部８１の内部に超音波センサー６２を駆動するための回路基板等が設けられていてもよい。
【００８４】
第１固定部８２は、図１２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８２は、穿刺針のガイドとしての溝部８２２と、スキャン開始位置を示す開始マーク８２３と、を有する。
溝部８２２は、第１固定部８２の−Ｙ側の面８２１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８２２の底面８２２Ａは、図１３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６０°）で傾斜している。このため、施術者は、穿刺針９を底面８２２Ａに沿って移動させることにより、超音波プローブ５に対して穿刺針９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の内部の血管等の測定対象Ｍ１に対して穿刺針９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。
【００８５】
開始マーク８２３は、第１固定部８２の−Ｙ側の面８２１の−Ｘ側の位置に設けられ、超音波プローブ５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５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２４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８２３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８２３は、溝以外にも突部であってもよい。また、第１固定部８２に開始マーク８２３を印字してもよい。
【００８６】
［第２実施形態の作用効果］
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは、Ｘ方向の列として配置され、かつ、Ｙ方向において互いにずれて配置されている。したがって、Ｙ方向におけるスキャン面ＳＣ間の距離（測定位置間隔）を、超音波素子アレイ６３の外形寸法よりも小さく設定ができる。
また、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃによって複数の超音波画像を取得でき、駆動機構や手動等により、超音波素子アレイが回動されたり移動されたりする場合と比べて、振動や位置ずれ等の影響がなく、高精度の超音波画像を取得できる。
【００８７】
ここで、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃ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、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃ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、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃが傾斜して配置されている。これにより、Ｙ方向から見て、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃの送信角度を大きくしなくても、重畳領域Ｆ４を各超音波素子アレイ６３側に近づけることができる。また、送信角度の増大を抑制でき、これにより第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃの超音波画像の画質の劣化を抑制することができる。
【００８８】
また、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の交点であり、重畳領域Ｆ４の中心に相当する点Ｐと、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃとの距離が略等しい。このような構成では、距離が異なる場合と比べて、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの超音波の伝播距離の差異を低減でき、当該伝播距離が異なることによる各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃそれぞれの超音波画像の画質の差異を低減できる。
【００８９】
固定部材８は、音響整合部材７を超音波デバイス６に対して固定する。これにより、超音波デバイス６に対する音響整合部材７の位置ずれが発生することを抑制できる。
ここで、固定部材８は、Ｙ方向（スライス方向）に沿って音響整合部材７を挟持する第１固定部８２と第２固定部８３とを備える。このような構成では、例えば、Ｙ方向に沿ってスキャン面ＳＣを移動させるために、生体Ｍの表面に沿って超音波プローブ５をＹ方向に移動させた場合でも、音響整合部材７の位置ずれの発生を抑制できる。
【００９０】
［第２実施形態の変形例］
第２実施形態では、３つの超音波素子アレイを備える超音波プローブを例示したが、超音波素子アレイの個数は３つに限定されず、複数、例えば２又は４以上でもよい。
図１６は、第２実施形態の一変形例に係る超音波デバイス６Ａと音響整合部材７Ａとを−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６Ａは、２つの超音波ユニット６０（第１ユニット６０Ａ及び第２ユニット６０Ｂ）と、これら超音波ユニット６０を支持する支持部６４Ａと、を備える。
支持部６４Ａは、第１ユニット６０Ａを支持する第１支持部６４４と、第１支持部６４４の一端側に位置し第２ユニット６０Ｂを支持する第２支持部６４５と、を有する。
第２支持部６４５は、第１支持部６４４の＋Ｘ側に位置する。第１支持部６４４及び第２支持部６４５は、互いが連結する連結位置からＸ方向に沿って離れるしたがって、＋Ｚ方向側に向かうように、ＸＹ面に対して所定の角度で屈折している。
【００９１】
第１ユニット６０Ａ及び第２ユニット６０Ｂは、第１超音波素子アレイ６３Ａ及び第２超音波素子アレイ６３ＢがＹ方向において互いにずれる位置に配置されるように、上述の支持部６４Ａに取り付けられている。
本変形例においても、第１超音波素子アレイ６３Ａ及び第２超音波素子アレイ６３Ｂの各超音波送受面６３１面の法線Ｎ１と法線Ｎ２は、Ｙ方向から見た平面視において、Ｚ軸に対して所定の角度δ傾斜し、かつ、点Ｐを通過する。
【００９２】
音響整合部材７Ａは、２つの超音波ユニット６０に沿う面と、体表面に沿う面とを有し、ＸＺ平面に沿って略三角形状の断面を有する。これにより、音響整合部材７Ａは、超音波測定時において、超音波デバイス６Ａと体表面とのそれぞれに密着するように配置される。
【００９３】
上述のように構成された超音波デバイス６Ａでは、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂの生体に対する傾斜角度δや、距離が略一致する。したがって、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂのそれぞれによって略同等の超音波画像を取得することが容易であり、視認性の向上を図ることが容易である。
【００９４】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。
上記第２実施形態では、Ｙ方向から見た平面視において、３つの超音波素子アレイのうち、測定対象に対して超音波送受面が略水平に配置された第１超音波素子アレイと、当該第１超音波素子アレイをＸ方向に沿って挟むように配置された第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイと、を備え、各超音波素子アレイが測定対象から等距離となる位置に配置されていた。これに対して、第３実施形態では、第１超音波素子アレイが、より測定対象に近い位置に配置されている点で相違する。
なお、以降の説明にあたり、第２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。
【００９５】
［超音波デバイスの構成］
図１７は、第３実施形態に係る超音波デバイス６Ｂと音響整合部材７Ｂとを−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６Ｂは、３つの超音波ユニット６０（第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ及び第３ユニット６０Ｃ）と、これら３つの超音波ユニット６０を支持する支持部６４Ｂと、を備える。
第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ及び第３ユニット６０Ｃは、第２実施形態と同様に、第１超音波素子アレイ６３Ａ、第２超音波素子アレイ６３Ｂ、及び第３超音波素子アレイ６３ＣがＹ方向において互いにずれる位置に配置されるように、上述の支持部６４Ｂに取り付けられている。そして、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃの超音波送受面６３１の法線Ｎ２、及び法線Ｎ３は、Ｙ方向の平面視において、第１超音波素子アレイ６３Ａの超音波送受面６３１の法線Ｎ１に対して所定の大きさの角度で交差する。また、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、Ｙ方向の平面視において、点Ｐを通過する。
【００９６】
本実施形態では、第１超音波素子アレイ６３Ａは、第２超音波素子アレイ６３Ｂの＋Ｘ側端部よりも＋Ｚ側に、かつ、第２超音波素子アレイ６３Ｂの−Ｘ側端部よりも−Ｚ側に位置する。同様に、第１超音波素子アレイ６３Ａは、第３超音波素子アレイ６３Ｃの−Ｘ側端部よりも＋Ｚ側に、かつ、第３超音波素子アレイ６３Ｃの＋Ｘ側端部よりも−Ｚ側に位置する。つまり、各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃが上記配置となるように、第１ユニット６０Ａ、第２ユニット６０Ｂ及び第３ユニット６０Ｃが、支持部６４Ｂに設けられている。
【００９７】
支持部６４Ｂは、第１ユニット６０Ａを支持する第１支持部６４１と、第２ユニット６０Ｂを支持する第２支持部６４２と、第３ユニット６０Ｃを支持する第３支持部６４３と、第１支持部６４１の−Ｘ側端部と第２支持部６４２の＋Ｘ側端部を連結する第１連結部６４６と、第１支持部６４１の＋Ｘ側端部と第３支持部６４３の−Ｘ側端部を連結する第２連結部６４７と、を有する。
【００９８】
第２支持部６４２は、−Ｙ側から見た平面視において、第１支持部６４１に対して反時計回り方向に角度δ傾斜するように、第１連結部６４６によって第１支持部６４１に連結されている。また、第３支持部６４３は、第１支持部６４１に対して時計回り方向に角度δ傾斜するように、第２連結部６４７によって第１支持部６４１に連結されている。これにより、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃは、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して、角度δ傾斜して配置される。
【００９９】
なお、第１連結部６４６の角度や寸法を適宜設定することにより、第１ユニット６０Ａに対する第２ユニット６０Ｂの位置は、第２超音波素子アレイ６３Ｂから送信された超音波が第１連結部６４６や第１ユニット６０Ａと干渉することがない位置に設定される。
第２連結部６４７の角度や寸法も同様であり、第１ユニット６０Ａに対する第３ユニット６０Ｃの位置は、第３超音波素子アレイ６３Ｃから送信された超音波が第２連結部６４７や第１ユニット６０Ａと干渉することがない位置に設定される。
【０１００】
［音響整合部材の構成］
音響整合部材７Ｂは、−Ｚ側に位置して各超音波ユニット６０のそれぞれに沿う面と、＋Ｚ側に位置して体表面に沿う面と、を有する。音響整合部材７Ｂは、超音波測定時において、超音波デバイス６Ｂと体表面とのそれぞれに密着するように配置される。音響整合部材７Ｂは、超音波デバイス６Ｂの＋Ｚ側と体表面との間の空間に充填される。
なお、第１超音波素子アレイ６３ＡのＺ方向における位置が、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃの＋Ｚ側端部の位置と一致している場合では、音響整合部材７Ｂは、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃのそれぞれと体表面との間に配置されていればよく、第１超音波素子アレイ６３Ａと体表面との間に配置されなくてもよい。
【０１０１】
［第３実施形態の作用効果］
各超音波素子アレイ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃのうち第１超音波素子アレイ６３Ａは、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃと比べて、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の交点Ｐとの距離が小さい。このような構成では、第１超音波素子アレイ６３Ａによって、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃよりも高画質の超音波画像を取得できる。したがって、第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃによって取得された二つの超音波画像の間に、第１超音波素子アレイ６３Ａによってより高画質な超音波画像を取得することができる。
【０１０２】
［第４実施形態］
上記第１実施形態では、同一平面上に配置された３つの超音波素子アレイ２３のうち、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチは、当該第１超音波素子アレイ２３Ａを挟むように配置された第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチよりも大きい構成を例示した。また、上記第２実施形態では、素子ピッチが同じ３つの超音波素子アレイ６３のうち、第１超音波素子アレイ６３Ａを一方向に挟みかつ、第１超音波素子アレイ６３Ａに対して傾斜するように第２超音波素子アレイ６３Ｂ及び第３超音波素子アレイ６３Ｃが配置される構成を例示した。これに対して、第４実施形態では、第１超音波素子アレイ２３Ａよりも素子ピッチが小さい第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃが、第３実施形態と同様に、第１超音波素子アレイ２３Ａに対して、傾斜して配置される点で相違する。
【０１０３】
［超音波デバイスの構成］
図１８は、超音波デバイス６Ｃ及び音響整合部材７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６Ｃは、３つの超音波ユニット６５（第１ユニット６５Ａ、第２ユニット６５Ｂ及び第３ユニット６５Ｃ）と、これら超音波ユニット６０を支持する支持部６４と、を備える。超音波ユニット６５は、筐体６１と、超音波センサー６６と、を備える。
【０１０４】
３つの超音波ユニット６５のうちの第１ユニット６５Ａは、超音波センサー６６として、第１超音波素子アレイ２３Ａが設けられた第１超音波センサー６６Ａを備える。また、第２ユニット６５Ｂは、超音波センサー６６として、第１超音波素子アレイ２３Ａよりも素子ピッチが小さい第２超音波素子アレイ２３Ｂが設けられた第２超音波センサー６６Ｂを備える。また、第３ユニット６５Ｃは、超音波センサー６６として、第３超音波素子アレイ２３Ｃが設けられた第２超音波センサー６６Ｃを備える。
【０１０５】
また、３つの超音波ユニット６５（第１ユニット６５Ａ、第２ユニット６５Ｂ及び第３ユニット６５Ｃ）すなわち、第１超音波素子アレイ２３Ａ、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、Ｙ方向において、互いにずれる位置に配置されている。具体的には、第２超音波素子アレイ２３Ｂは、第１超音波素子アレイ２３Ａに対して−Ｙ側に、第１超音波素子アレイ２３Ａ及び第２超音波素子アレイ２３ＢのそれぞれのＹ方向の寸法以下のずれ量でずれた位置に配置さている。また、第３超音波素子アレイ２３Ｃは、第１超音波素子アレイ２３Ａに対して＋Ｙ側に、第１超音波素子アレイ２３Ａ及び第３超音波素子アレイ２３ＣのそれぞれのＹ方向の寸法以下のずれ量でずれた位置に配置さている。
【０１０６】
３つの超音波ユニット６５は、第２ユニット６５Ｂ及び第３ユニット６５Ｃが第１ユニット６５Ａに対して所定の角度で傾斜するように、支持部６４に支持されている。
すなわち、図１８に示すように、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃは、第１超音波素子アレイ２３Ａに対して角度δ傾斜して配置されている。また、第１超音波素子アレイ２３Ａの開口中心を通る超音波送受面２３１の法線をＮ１とし、同様に、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃのそれぞれの法線をＮ２，Ｎ３とすると、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、−Ｙ側から見た平面視において点Ｐを通過する。
【０１０７】
［各超音波素子アレイの素子ピッチの関係］
図１９は、超音波デバイス６Ｃを簡略化し、模式的に示す図である。図１９では、第１ユニット６５Ａのうちの第１超音波素子アレイ２３Ａと、第２ユニット６５Ｂのうちの第２超音波素子アレイ２３Ｂとの位置関係を図示している。また、第１超音波素子アレイ２３Ａの中心を通り、ＹＺ面に平行な仮想面Ｓの一方側のみを図示している。なお、図１９では、簡略化のため、各ユニット６５Ａ，６５Ｂの筐体６１の厚みや、音響整合部材７のＺ方向の厚み等を無視している。
【０１０８】
第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１は、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２よりも大きい。本実施形態では、第１実施形態と同様に、予め設定された測定位置Ｐ０に対する各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの超音波の送信角度（つまり、直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、対応する法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３とのなす角度）に応じて、各素子ピッチが設定されている（図１８参照）。図１８に示す例では、第１超音波素子アレイ２３Ａの送信角度は０°であり、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度（最大送信角度）はαである。
【０１０９】
ここで、第１超音波素子アレイ２３Ａのスキャン方向（超音波送受信部２４の配列方向）における寸法を開口寸法Ｗ１とし、第２超音波素子アレイ２３Ｂのスキャン方向における寸法を開口寸法Ｗ２とし、第２超音波素子アレイ２３Ｂの最大送信角度を角度αとし、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのチャンネル数をｎとする。なお、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１は、第２超音波素子アレイ２３Ｂの素子ピッチｄ２よりも大きいものとする。
本実施形態では、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの測定領域が重なる重畳領域の略全域が生体内に位置する、つまり、第２超音波素子アレイ２３Ｂから角度αで送信された超音波の伝播範囲の＋Ｘ側端と仮想面Ｓとが交差する位置である点Ｅが音響整合部材７よりも＋Ｚ側に位置するように、超音波デバイス６Ｃの各寸法を設定する。
【０１１０】
具体的には、図１９に示すように、点Ｅが音響整合部材７よりも＋Ｚ側に位置する場合、線分ＡＢの寸法は下記式（６）を満たす。
また、線分ＡＢの寸法は下記式（７）で表され、線分ＢＤの寸法は下記式（８）で表される。また、第１超音波素子アレイ２３Ａの開口寸法Ｗ１は下記式（９）で表され、第２超音波素子アレイ２３Ｂの開口寸法Ｗ２は、下記式（１０）で表される。
ここで、下記式（６）に、下記式（７）−（１０）を適用し、下記式（６）を満たす各パラメータｄ１、ｄ２、α、δの関係を下記式（１１）として得ることができる。下記式（１１）を満たすように、各パラメータｄ１、ｄ２、α、δを設定することにより、各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの測定領域の重畳領域が生体内に位置するように設定することができる。
【０１１１】
［数４］
Ｗ１／２≧ＡＢ                            ・・・（６）
ＡＢ＝ＢＤ・ｔａｎ（δ＋α）              ・・・（７）
ＢＤ＝Ｗ２・ｓｉｎδ                      ・・・（８）
Ｗ１＝ｎ・ｄ１                            ・・・（９）
Ｗ２＝ｎ・ｄ２                              ・・・（１０）
ｄ１／２≧ｄ２・ｓｉｎδ・ｔａｎ（δ＋α）  ・・・（１１）
【０１１２】
上記式（１１）を満たす範囲で各パラメータｄ１、ｄ２、α、δを適宜設定することにより、適切な画質のスライス画像を取得することができる。
例えば、最大送信角度αをより小さい値に設定することにより、画質の劣化を抑制できる。また、傾斜角度δをより小さい値に設定することにより、音響整合部材７の厚み（Ｚ方向の寸法）を薄くできるため、音響整合部材７による超音波の損失を低減でき、かつ、各超音波素子アレイ２３から生体までの距離を短くできるため、超音波の拡散による分解能の低下を抑制できる。
なお、体表から浅い領域の画像を取得する場合、最大送信角度αと傾斜角度δとの値はトレードオフの関係にある。つまり、最大送信角度αを小さくする一方で傾斜角度δを大きくする必要があり、逆に、傾斜角度δを小さくする一方で最大送信角度αを大きくする必要がある。
【０１１３】
ここで、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１、及び第２超音波素子アレイ２３Ｂの素子ピッチｄ２は、それぞれ上記式（３）を満たす必要がある。すなわち、素子ピッチｄ１は下記式（１２）を、素子ピッチｄ２は式（１３）を満たす。つまり、式（１１）、（１２）から、下記式（１４）を導くことができる。式（１４）を満たすように、各パラメータの値を設定することにより、式（１１）を満たす場合に加えて、さらにグレーティングローブの発生を抑制できる。
【０１１４】
［数５］
ｄ１＜λ                                            ・・・（１２）
ｄ２＜λ／（１＋Ｓｉｎα）                          ・・・（１３）
λ／２＞ｄ１／２≧ｄ２・ｓｉｎδ・ｔａｎ（δ＋α）  ・・・（１４）
【０１１５】
下記表２には、最大送信角度αを０°から６０°までの１５°間隔で設定し、傾斜角度δを５°間隔で設定した場合における、式（１１）の右辺の値を記載している。なお、第２超音波素子アレイ２３Ｂの素子ピッチｄ２は、式（１３）に基づいて、λ／（１＋Ｓｉｎα）の値を設定している。また、超音波の周波数を６ＭＨｚとし、生体内の音速は１５３０ｍ／ｓであり、生体内での超音波の波長は２５５μｍであるものとする。表２において太線で囲まれている範囲は、式（１４）の関係を満たす範囲である。
【０１１６】
【表２】
2018029645.tif 000004
【０１１７】
［第４実施形態の作用効果］
第４実施形態では、第２実施形態と同様に、第１超音波素子アレイ２３Ａに対して、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃが傾斜して配置される。これにより、重畳領域Ｆ４を各超音波素子アレイ６３側に近づけることができる。
また、第４実施形態では、第１実施形態と同様に、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの素子ピッチｄ２は、第１超音波素子アレイ２３Ａの素子ピッチｄ１よりも小さい。このような構成では、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの送信角度を大きくすることができる。これにより、例えば、重畳領域Ｆ４の位置を各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに近づけることができる。また、重畳領域Ｆ４の位置を変更せずに、第２超音波素子アレイ２３Ｂ及び第３超音波素子アレイ２３Ｃの第１超音波素子アレイ２３Ａに対する傾きを小さくでき、測定対象Ｍ１と各超音波素子アレイ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとの間の距離を小さくでき、ひいては測定精度を向上させることができる。
【０１１８】
［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、２又は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。
【０１１９】
上記第１実施形態では、複数の超音波素子アレイが一つの素子基板に設けられる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、各超音波素子アレイが、別の素子基板に設けられていてもよい。
【０１２０】
上記各実施形態では、リニアスキャンを実施させる第１超音波素子アレイが中央に配置され、第１超音波素子アレイをＸ方向に沿って挟むように第２超音波素子アレイ及び第３超音波素子アレイが配置されていたが、これに限定されず、第１超音波素子アレイが中央以外に配置されていてもよい。例えば、第１超音波素子アレイ、第２超音波素子アレイ、及び第３超音波素子アレイの順に、Ｘ方向の列として配置されていてもよい。
また、第１超音波素子アレイがリニアスキャンを実施する構成に限らず、斜めに超音波を送信してもよい。例えば、全ての超音波素子アレイの送信角度を０°より大きい値としてもよい。
【０１２１】
上記第２乃至第４実施形態では、超音波デバイスと対象物との間に音響整合部材を配置していたが、これに限定されず、音響整合部材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、音響整合部材を設ける必要がない。
また、上記第２乃至第４実施形態では、超音波デバイスに対して音響整合部材を固定する固定部材を備える構成を例示したが、これに限定されず、固定部材を備えない構成としてもよい。
【０１２２】
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー２５として、振動膜２２１Ｂと、当該振動子を振動させる振動子としての圧電素子２２１Ｃ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２５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。
【０１２３】
上記各実施形態では、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。
【０１２４】
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】
【０１２５】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…超音波デバイス、２３…超音波素子アレイ、２３Ａ…第１超音波素子アレイ、２３Ｂ…第２超音波素子アレイ、２３Ｃ…第３超音波素子アレイ、２４…超音波送受信部、３１…角度設定部、６３…超音波素子アレイ、６３Ａ…第１超音波素子アレイ、６３Ｂ…第２超音波素子アレイ、６３Ｃ…第３超音波素子アレイ、２３１，６３１…超音波送受面、Ｎ１…法線、Ｎ２…法線、Ｎ３…法線、Ｐ…法線の交点、Ｘ…生体（対象部）、Ｍ…測定対象、ｄ１…（第１超音波素子アレイの）素子ピッチ、ｄ２…（第２・第３超音波素子アレイの）素子ピッチ、δ…傾斜角度、θ…送信角度。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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