(57)【要約】      （修正有）【課題】近距離音場に関する画質向上を可能とする超音波プローブ及び超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、中心を共有する複数の環領域１１，１２それぞれに配置された複数の振動子と、複数の振動子からのエコー信号を環領域毎に加算し、加算後の信号に受信遅延時間を与え、受信遅延時間を与えた後の信号を用いて、受信ビームに関する受信信号を生成する受信部と、を備える。【選択図】図２
2015213790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心を共有する複数の環領域それぞれに配置された複数の振動子と、
前記複数の振動子からのエコー信号を環領域毎に加算し、加算後の信号に受信遅延時間を与え、前記受信遅延時間を与えた後の信号を用いて、受信ビームに関する受信信号を生成する受信部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項２】
複数のステアリング角度に関する前記受信信号に基づいて画像を生成する処理部を備えた、請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記受信部は、同時刻に発生したエコー信号同士を加算する、請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記受信部は、環領域毎の前記加算後の信号を用いて、ダイナミックフォーカスを実行することで、前記受信信号を生成する、請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記受信ビームの方向を変更する制御部を備えた、請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記複数の環領域の中心にオーバーラップする中心領域は、超音波の受信に利用されない、請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記中心領域は、前記中心領域の中心軸上にアラゴスポットを発生させるために設けられる、前記請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記複数の振動子は、環領域毎に共通接続されている、請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の超音波診断装置。
【請求項９】
中心を共有する複数の環領域それぞれに配置された複数の振動子と、
前記複数の振動子からのエコー信号を、受信遅延時間を与える前に環領域毎に加算する受信部と、
を備えた超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２５に示すように、超音波診断装置は、処理装置、表示装置、ケーブル、及び超音波プローブを含んでいる。超音波プローブは、ケーブルを介して処理装置に接続されている、処理装置は、典型的には、被検体中の関心領域への超音波パルスの送信と被検体により反射された超音波エコーの受信とのために、超音波プローブ内の複数の振動子を制御する。処理装置は、関心領域に関する超音波画像の表示のような後処理のために、リアルタイムで超音波エコーを受信する。
【０００３】
より詳細には、複数の振動子は、超音波信号を送受信するための複数のチャネルに接続されている。２次元撮像データを収集する場合、チャネル数は、典型的には、６４から２５６までの範囲の数に設定されている。３次元撮像データを収集する場合、チャネル数は、典型的には、１０００以上が要求されている。上記の超音波診断装置において、超音波プローブは、超音波信号の送受信のための回路や他の要素のような多数の電気部品を収容している。より詳細には、超音波プローブは、超音波パルスの発生と超音波エコーの受信とを実行するために、振動子とそれに対応する回路とを含んでいる。
【０００４】
典型的には、振動子は、単一の素子で送信機能と受信機能とを実行する送受信素子として機能する。複雑な回路構成のため、送受信素子を搭載する超音波プローブは、高コストであり、電力消費量が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目的は、近距離音場に関する画質向上を可能とする超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る超音波診断装置は、中心を共有する複数の環領域それぞれに配置された複数の振動子と、前記複数の振動子からのエコー信号を環領域毎に加算し、加算後の信号に受信遅延時間を与え、前記受信遅延時間を与えた後の信号を用いて、受信ビームに関する受信信号を生成する受信部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】第１実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図３】第２実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図４】第３実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図５】第４実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図６】第５実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図７】第６実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図８】第７実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図９】第８実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図１０】第９実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイの配列パターンを模式的に示す図。
【図１１Ａ】第４実施形態に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンを説明するための図。
【図１１Ｂ】第４実施形態に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンを説明するための他の図。
【図１１Ｃ】第４実施形態に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンを説明するための他の図。
【図１２】第７実施形態に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンを説明するための図。
【図１３】第８実施形態に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンを説明するための図。
【図１４】第１実施形態に係る超音波診断装置による動作例４を説明するための図。
【図１５】第２実施形態に係る超音波診断装置による動作例４を説明するための図。
【図１６】第３実施形態に係る超音波診断装置による動作例４を説明するための図。
【図１７Ａ】本実施形態に係る超音波診断装置による空間コンパウンド開口技術を説明するための図。
【図１７Ｂ】本実施形態に係る超音波診断装置による空間コンパウンド開口技術を説明するための他の図。
【図１７Ｃ】本実施形態に係る超音波診断装置による空間コンパウンド開口技術を説明するための他の図。
【図１８Ａ】本実施形態に係る超音波診断装置による合成開口技術を説明するための図。
【図１８Ｂ】本実施形態に係る超音波診断装置による合成開口技術を説明するための他の図。
【図１８Ｃ】本実施形態に係る超音波診断装置による合成開口技術を説明するための他の図。
【図１９Ａ】本実施形態の変形例の動作例１に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図。
【図１９Ｂ】本実施形態の変形例の動作例１に係る超音波診断装置の動作例を説明するための他の図。
【図１９Ｃ】本実施形態の変形例の動作例１に係る超音波診断装置の動作例を説明するための他の図。
【図２０Ａ】本実施形態の変形例の動作例２に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図。
【図２０Ｂ】本実施形態の変形例の動作例２に係る超音波診断装置の動作例を説明するための他の図。
【図２０Ｃ】本実施形態の変形例の動作例２に係る超音波診断装置の動作例を説明するための他の図。
【図２１Ａ】本実施形態の変形例の動作例３に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンの動作例を説明するための図。
【図２１Ｂ】本実施形態の変形例の動作例３に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンの動作例を説明するための他の図。
【図２１Ｃ】本実施形態の変形例の動作例３に係る超音波診断装置によるダイナミックスポットスキャンの動作例を説明するための他の図。
【図２２Ａ】本実施形態の変形例の動作例４に係る超音波診断装置による非対称開口技術を利用したスキャンの動作例を説明するための図。
【図２２Ｂ】本実施形態の変形例の動作例４に係る超音波診断装置による非対称開口技術を利用したスキャンの動作例を説明するための他の図。
【図２３】本実施形態の変形例の動作例４に係る超音波診断装置による他の非対称開口技術を利用したスキャンの動作例を説明するための図。
【図２４】本実施形態の変形例の動作例５に係る超音波診断装置による移動開口スキャンの動作例を説明するための図。
【図２５】従来例に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波プローブ及び超音波診断装置を説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送信部３、受信部４、制御部５、信号処理部６、画像発生部７、記憶部８、及び表示部９を有している。
【００１０】
超音波プローブ２は、振動子配列面を有している。振動子配列面には、複数の振動子が２次元状に配列されている。すなわち、本実施形態に係る超音波プローブ２は、２次元アレイ型である。複数の振動子の集合は、振動子アレイと呼ばれている。超音波プローブ２は、典型的には、超音波送信専用の複数の振動子と超音波受信専用の複数の振動子とを含んでいる。ここで、送信機能のみを実行するための送信専用の振動子を送信専用素子と呼び、受信機能のみを実行するための受信専用の振動子を受信専用素子と呼ぶ。また、超音波プローブ２は、超音波送信と超音波受信との両方を実行するための振動子を有していても良い。ここで、送信機能と受信機能との両方を実行するための振動子を送受信素子と呼ぶ。配列面には、既定の環形状を有する複数の環領域が設けられている。環形状は、具体的には、円環形状、楕円環形状、及び多角形環形状のうちの何れか一つの形状を有している。各環領域には、複数の送信専用素子、複数の受信専用素子、及び複数の送受信素子のうちの何れか一種類の振動子が排他的に配列されている。各環領域の配置、すなわち、振動子の配列パターンは、例えば、光学回折理論の干渉パターンに従って決定されている。
【００１１】
本実施形態に係る振動子は、圧電振動子、静電容量型マイクロマシン超音波振動子（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ｃＭＵＴ）、圧電型マイクロマシン超音波振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ｐＭＵＴ）、あるいは、他の適切な種類の振動子のうちのいずれの種類の振動子にも適用可能である。
【００１２】
送信部３は、制御部５による制御に従って、既定のタイミングでレートパルスをチャネル毎に繰り返し発生する。送信部３は、発生された各レートパルスに対して、既定の送信方向と送信焦点とに関する超音波送信ビーム（以下、送信ビームと呼ぶ。）を形成するのに必要な遅延時間を与える。この遅延時間は、例えば、ステアリング角度と送信焦点深さとに応じてチャネル毎に決定される。そして送信部３は、各遅延されたレートパルスに基づくタイミングで駆動信号を発生する。発生された駆動信号は、超音波送信に利用する振動子、すなわち、送信専用素子または送受信素子に供給される。駆動パルスの供給を受けた各振動子は、超音波を発生する。構造的には、送信部３は、複数の送信回路を搭載している。各送信回路は、駆動信号を発生する。各送信回路は、超音波送信に利用される振動子、すなわち、送信専用素子または送受信素子にチャネルを介して接続されている。各送信回路は、発生された駆動信号を送信専用素子または送受信素子にチャネルを介して供給する。
【００１３】
受信部４は、制御部５による制御に従って、超音波受信に利用する振動子、すなわち、受信専用素子または送受信素子からエコー信号を受信する。そして、受信部４は、受信されたエコー信号を信号処理し、超音波受信ビーム（以下、受信ビームと呼ぶ。）に関する受信信号を生成する。より詳細には受信部４は、受信されたエコー信号を増幅し、増幅されたエコー信号をアナログからデジタルに変換する。受信部４は、デジタルに変換されたエコー信号に、既定のステアリング角度と受信焦点深さとに応じた必要な遅延時間を与え、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。この遅延加算処理は、受信ビームに沿って受信焦点深さを変更しながら繰り返される。これにより、受信部４は、受信ビームに関するエコー信号（以下、受信信号と呼ぶ。）を生成する。受信信号の生成は、受信ビームの形成とも呼ばれている。生成された受信信号は、信号処理部６に供給される。構造的には、受信部４は、複数の受信回路を搭載している。各受信回路は、受信専用素子または送受信素子にチャネルを介して接続されている。各受信回路は、受信専用素子または送受信素子からチャネルを介して供給されたエコー信号に信号処理を施す。
【００１４】
なお、各振動子は、隙間なく配列されても良いし、隙間を空けて配列されても良い。各振動子が隙間を空けて配列される場合、受信部４は、受信ビームプロファイルを形成することを目的として、受信専用素子または送受信素子からの受信信号に所定のアポダイゼーション関数を適用し、受信信号の重み付けを行う。このアポダイゼーション関数は、受信焦点深さに応じて変化する重み関数である。なお、送信部３により、送信ビームプロファイルを形成することを目的として、送信専用素子または送受信素子への駆動信号に所定のアポダイゼーション関数が適用されてもよい。このアポダイゼーション関数は、送信焦点深さに応じて変化する重み関数である。
【００１５】
制御部５は、送信動作期間において、超音波送信に利用する振動子（送信専用素子または送受信素子）に駆動信号を供給するように送信部３を制御する。受信動作期間において、制御部５は、超音波受信に利用する振動子（受信専用素子または送受信素子）からのエコー信号を信号処理するように受信部４を制御する。例えば、制御部５は、送受信素子に対するスイッチングを制御する。送受信素子は、チャネルを介して送信回路と受信回路とにスイッチを経由して選択的に接続されている。送信動作期間において制御部５は、送受信素子と送信回路とが接続され、送受信素子と受信回路とが遮断されるようにスイッチを切替える。受信動作期間において制御部５は、送受信素子と送信回路とが遮断され、送受信素子と受信回路とが接続されるようにスイッチを切替える。なお、送信専用素子は、送信回路のみにチャネルを介して接続されている。同様に、受信専用素子は、受信回路のみにチャネルを介して接続されている。
【００１６】
上述のように、本実施形態においては、超音波プローブ２に搭載される複数の振動子の中に送信専用素子と受信専用素子とが含まれている。従って、本実施形態は、超音波プローブ２に搭載されている振動子が全て送受信素子の場合に比べて、送信部３と受信部４とに係る回路構成が単純である。従って、本実施形態に係る超音波プローブ２及び超音波診断装置１は、従来に比べて、コストが低く、消費電力が低い。
【００１７】
信号処理部６は、受信部４からの受信信号にＢモード処理を施し、Ｂモード信号を生成する。また、信号処理部６は、受信部４からの受信信号にカラードプラモード処理を施し、カラードプラモード信号を生成することもできる。
【００１８】
画像発生部７は、信号処理部６からのＢモード信号に基づいてＢモード画像を発生する。また、画像発生部７は、信号処理部６からのカラードプラモード信号に基づいてカラードプラモード画像を発生する。Ｂモード画像とカラードプラモード画像とは、記憶部８に記憶される。
【００１９】
表示部９は、画像発生部７または記憶部８からのＢモード画像を表示する。また、表示部９は、画像発生部７または記憶部８からのカラードプラモード画像を表示する。
【００２０】
以上で本実施形態に係る超音波診断装置１の構成の説明を終了する。
【００２１】
本実施形態に係る振動子の配列パターンは、幾つかの利点を有する。この利点としては、例えば、スイッチングと電子フォーカシングとに関連する電子部品数の削減、大開口径での近距離の撮像性能の向上、中心周波数と帯域幅との最適化のための振動子スタックアップの分離、および高調波信号周波数の増強が挙げられる。上記の利点のうちの電子部品数の削減は、製造コスト、消費電力、及び超音波プローブのサイズの削減に寄与する。送受信のための振動子スタックアップの分離は、個々の環領域についての音響整合層やＰＺＴ変化を介した振動子アレイの各部分に対して中心周波数と帯域幅とを最適化しうる。
【００２２】
（超音波プローブの実施形態）
以下、本実施形態に係る超音波プローブ１の構成を複数の実施形態に分けて説明する。
なお、以下の説明において、振動子配列面上の一方の方向をエレベーション方向と呼び、もう一方の方向をアジマス方向と呼ぶ。エレベーション方向とアジマス方向とは、互いに直交する。
【００２３】
［第１実施形態］
図２は、第１実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ１０の配列パターンを模式的に示す図である。振動子アレイ１０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００２４】
図２に示すように、振動子アレイ１０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域１１と第２環領域１２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域１１，１２の径方向である。第１環領域１１と第２環領域１２は、円環形状を有している。第１環領域１１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域１２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域１１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域１２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、円環状に配列される。すなわち、第１環領域１１は、円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域１２は、円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域１２は、第１環領域１１に接するように設けられ、第１環領域１１と略同一中心点を有している。
【００２５】
図２に示すように、複数の第１環領域１１と複数の第２環領域１２とは、同心円中心を共有する同心円環領域である。各第２環領域１２は、内側の第１環領域１１よりも径が大きく、内側の第１環領域１１の外周に接するように設けられている。
【００２６】
「環領域」という用語は、略並行の外周線と内周線との対により規定される領域、あるいは、既定の中心部分またはドーナッツ状の穴部を囲む帯形状の領域を意味する。環領域は、円環リング、楕円環リング、及び多角形環リングを含むが、これら特定の形状のリングのみに限定されず、異なる形状のリングの任意の組み合わせであってもよい。例えば、多角形環リングの場合、多角形状を規定する一対の多角形状の外周である。また、環領域は、特定の形状やサイズに限定されない。さらに上記の定義は、振動子の空間的位置関係についてのものであり、送信動作期間における超音波の送信における送信専用素子の駆動パターンあるいはシーケンスに制限される必要はない。同様に、上記の定義は、受信動作期間における超音波の受信における受信専用素子の駆動パターンあるいはシーケンスに制限される必要はない。
【００２７】
図２に示すように、振動子アレイ１０は、さらに中心領域１３とマージン領域１４とを有している。中心領域１３は、最内の第１環領域１１の内側に設けられている。中心領域１３は、複数の第１環領域１１と複数の第２環領域１２との同心円中心をオーバラップするように設けられている。中心領域１３は、第１環領域１１の内周に接するように設けられる。もしくは、中心領域１３は、第１環領域１１との間に隙間を空けて設けられてもよい。中心領域１３には、第２環領域１２に配列されている振動子と同種類の振動子が排他的に配列されている。例えば、第２環領域１２に複数の受信専用素子が配列されている場合、中心領域１３にも複数の受信専用素子が配列される。
【００２８】
環領域１１、１２は、フレネル回折の原理に従う空間的位置関係を有している。内側からｎ番目の環領域１１、１２は、下記の方程式（１）で規定される半径ｒｎにオーバラップするように設けられる。なお半径ｒｎは振動子アレイ１０の中心点からの距離である。  
【数１】
2015213790.tif 000003
【００２９】
ここで、ｎは整数であり、λは超音波の波長である。ｆは、振動子アレイ１０の中心点から送信焦点までの距離である。振動子アレイ１０が距離ｆに比べて短い場合、半径ｒｎは、下記の近似式（２）で表される。  
【数２】
2015213790.tif 000004
【００３０】
同心円中心からｎ番目の環領域１１、１２は、振動子アレイ１０上の第ｎ次のフレネルゾーン（フレネルリング）にそれぞれ一致するように設けられる。各次のフレネルゾーンには、径方向に沿って複数の送信専用振動子と複数の受信専用振動子とが交互に配列されるように、複数の送信専用振動子または複数の受信専用振動子が排他的に配列される。同一のフレネルゾーンから送信される超音波は、送信焦点において位相の正負が一致する。
各フレネルゾーン（第１環領域１１）は、一個おきに配列されている。従って各第１環領域１１から送信される超音波は、送信焦点において１波長づつずれている。すなわち、送信部３は、第１環領域１１毎に同一の駆動信号を供給することにより、送信焦点ｆに収束する超音波を送信することができる。この際、各第１環領域１１に供給される駆動信号への送信遅延時間は、中心周波数の一周期分だけずらされる。このように、第１環領域１１毎に送信遅延時間を変化させればよいので、複雑な送信遅延時間の制御が必要なくなる。
また、これに伴い、同一の第１環領域１１内の送信専用素子を共通接続することが可能となる。このフレネルゾーンの原理を利用することにより、送信に関する電子回路規模を大幅に削減することができる。
【００３１】
また、各次のフレネルゾーン（第２環領域１２）には、反射源から位相の正負が揃った超音波が到達する。隣り合うフレネルゾーンに到達する超音波の位相は、正負が反転している。受信時においては、ダイナミックフォーカスを利用するため、受信焦点の深さが変化する。中心軸上の任意点からの超音波は、各第２環領域１２内の複数の受信専用素子で同時刻に受信される。受信部４は、同一の第２環領域１２からのエコー信号に、受信焦点からの伝搬時間差に応じた共通の受信遅延時間を与える。従って、本実施形態によれば、受信遅延時間の制御が無くなる。また、これに伴い、同一の第２環領域１２内の受信専用素子を共通接続することが可能となる。また、受信部４は、受信遅延時間を与える前に、エコー信号を加算することができる。このように、フレネルゾーンの原理を利用することにより、受信に関する電子回路規模を大幅に削減することができる。
【００３２】
マージン領域１４は、振動子アレイ１０のうちの、最外の環領域１１の外側に設けられている。マージン領域１４は、送信専用素子及び受信専用素子等の振動子を含まなくても良いし、機能不能な振動子を含んでも良い。機能不能な振動子とは、例えば、送信回路との接続が遮断されている送信専用素子、受信回路との接続が遮断されている受信専用素子である。あるいは、マージン領域１４には、機能可能な送信専用素子または機能可能な受信専用素子が配列されていなくてもよい。あるいは、マージン領域１４は、強度を向上するために複数の送信専用素子を含んでも良いし、感度を向上するために複数の受信専用素子を含んでいても良い。
【００３３】
例えば、振動子アレイ１０は、１０，０００個の振動子を含んでいる。具体的には、アジマス方向に１００個の振動子が、エレベーション方向に１００個の振動子が配列される。１０，０００個の振動子にＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、Ｏ個の機能不能な振動子が含まれているものとする。ＭとＮとＯとの合計は１０，０００である。例えば、Ｍ個は３，７５０個であり、Ｎ個は３，７５０個であり、Ｏ個は２，５００個である。
さらに、３，７５０個の送信専用素子は、任意に各第１環領域１１に分配される。各第１環領域１１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、３，７５０個の受信専用素子は、任意に各第２環領域１２に分配される。各第２環領域１２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。なお、受信専用素子は、中心領域１３に配列されても良い。
【００３４】
一般的に、平面波中に円形状を有する遮断領域がある場合、この遮断領域の中心軸上に強い輝点が発生する。この輝点は、アラゴスポットと呼ばれている。近距離に送信焦点を有する送信ビームを形成するためには、この送信焦点を通る軸を中心とする円形の送信開口を有する振動子群を駆動する必要がある。各振動子が送信する球面波の等位相面が１点で強め合うことにより焦点を結ぶ。ここで、円形の送信開口のうち、例えば開口中心に位置する振動子が放射する球面波（以下、中心の球面波）を考える。この中心の球面波は、ビーム送信方向に対して左右方向（走査方向）の収束にほとんど寄与しない。これは、送信焦点付近における中心の球面波の等位相面は、左右方向に大きく広がっていることからも明らかである。
【００３５】
そこで、本実施形態に係る超音波診断装置１及び超音波プローブ２は、上述したような左右方向の収束に寄与しない振動子を超音波送信に利用しないようにすることで、よりビーム幅の狭いビームを形成することができる。すなわち、開口中心を超音波送信に利用しないことで、開口中心にアラゴスポットを発生させることにより、近距離でも比較的細いビームを得ることができる。本実施形態においては、中心領域１３は、送信専用素子または受信専用素子を排他的に含んでいる。中心領域１３が受信専用素子を排他的に含んでいる場合、中心領域１３は、送信に利用されない。従って、この場合、中心領域１３は、送信動作期間においてアラゴスポットとして機能する。中心領域１３を送信に利用しない場合、アラゴスポットの効果により、比較的細い送信ビームを形成することができる。一方、中心領域１３が送信専用素子を排他的に含んでいる場合、中心領域１３は、受信に利用されない。従って、この場合、中心領域１３は、受信動作期間においてアラゴスポットとして機能する。中心領域１３を受信に利用しない場合、アラゴスポットの効果により、比較的細い受信ビームを形成することができる。従って、中心領域を送信と受信との両方に利用する場合に比して、本実施形態に係る超音波診断装置１及び超音波プローブ２は、画質を向上させることができる。
【００３６】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ２０の配列パターンを模式的に示す図である。振動子アレイ２０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００３７】
図３に示すように、振動子アレイ２０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域２１と第２環領域２２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域２１，２２の径方向である。第１環領域２１と第２環領域２２は、楕円環形状を有している。第１環領域２１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域２２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域２１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域２２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、楕円環状に配列される。すなわち、第１環領域２１は、楕円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域２２は、楕円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域２２は、第１環領域２１に接するように設けられ、第１環領域２１と略同一中心点を有している。
【００３８】
図３に示すように、複数の第１環領域２１と複数の第２環領域２２とは、同心円中心を共有する楕円環領域である。各第２環領域２２は、内側の第１環領域２１よりも径が大きく、内側の第１環領域２１の外周に接するように設けられている。
【００３９】
図３に示すように、振動子アレイ２０は、さらに中心領域２３とマージン領域１４とを有している。中心領域２３は、第１環領域２１の内側であって、少なくとも同心円中心を含むように配置される。中心領域２３は、第１環領域２１の内周に接するように設けられる。もしくは、中心領域２３は、中心領域２３と第１環領域２１との間に隙間を空けて設けられる。中心領域２３には、第２環領域２２と同様に、複数の送信専用素子あるいは複数の受信専用素子が排他的に配列される。マージン領域１４は、振動子アレイ２０のうちの、最外の環領域２１の外側に設けられる。
【００４０】
［第３実施形態］
図４は、第３実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ３０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ３０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００４１】
図４に示すように、振動子アレイ３０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域３１と第２環領域３２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域３１，３２の径方向である。第１環領域３１と第２環領域３２は、多角環形状を有している。多角環形状は、円形状の近似として利用される。第１環領域３１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域３２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域３１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域３２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、多角環状に配列される。すなわち、第１環領域３１は、楕円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域３２は、多角環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域３２は、第１環領域３１に接するように設けられ、第１環領域３１と略同一中心点を有している。
【００４２】
図４に示すように、複数の第１環領域３１と複数の第２環領域３２とは、同心円中心を共有する多角環領域である。各第２環領域３２は、内側の第１環領域３１よりも径が大きく、内側の第１環領域３１の外周に接するように設けられている。
【００４３】
図４に示すように、振動子アレイ３０は、さらに中心領域３３とマージン領域１４とを有している。中心領域３３は、第１環領域３１の内側であって、少なくとも同心円中心にオーバラップするように配置される。中心領域３３は、第１環領域３１の内周に接するように並べて設けられる。もしくは、中心領域３３は、第１環領域３１との間に隙間を空けて設けられてもよい。中心領域３３には、第２環領域３２に配列されている振動子と同種類の振動子が排他的に配列されている。マージン領域１４は、振動子アレイ３０のうちの、最外の環領域３１の外側に設けられる。
【００４４】
なお、振動子アレイ３０におけるＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、及びＯ個の機能不能な振動子の個数の対応関係は、第１実施形態と同様である。また、各第１環領域３１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、各第２環領域３２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００４５】
［第４実施形態］
図５は、第４実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ４０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ４０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００４６】
図５に示すように、振動子アレイ４０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域４１と第２環領域４２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域４１，４２の径方向である。第１環領域４１と第２環領域４２は、円環形状を有している。第１環領域４１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域４２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域４１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域４２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、円環状に配列される。すなわち、第１環領域４１は、円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域４２は、円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域４２は、第１環領域４１に接するように設けられ、第１環領域１１と略同一中心点を有している。
【００４７】
図５に示すように、複数の第１環領域４１と複数の第２環領域４２とは、同心円中心を共有する同心円環領域である。各第２環領域４２は、内側の第１環領域４１よりも径が大きく、内側の第１環領域４１の外周に接するように設けられている。
【００４８】
図５に示すように、振動子アレイ４０は、さらに中心領域４３とマージン領域１４とを有している。中心領域４３は、円形状を有している。中心領域４３は、第１環領域４１の内側であって、少なくとも同心円中心をオーバラップするように配置される。中心領域４３は、第１環領域４１の内周に接するように設けられる。もしくは、中心領域４３は、第１環領域４１との間に隙間を空けて設けられてもよい。中心領域４３には、送信専用素子と受信専用素子との両方が設けられていない。あるいは、中心領域４３には、機能不能な振動子が設けられていてもよい。中心領域４３に配列される振動子の個数は、他の領域に配列される振動子よりも疎に配列されてもよい。これにより、電気回路のコスト、電力消費量、及びサイズが削減される。中心領域４３により、ビーム幅を改善し、エレベーション方向及びアジマス方向に沿う近距離音場の分解能を改善し、結果的に画質を向上させることができる。中心領域４３は、光学回折理論におけるアラゴスポットを生起する第１フレネルゾーンの内側の不透明な光学的円盤領域に対応する。中心領域４３は、アラゴスポットとして機能する。マージン領域１４は、振動子アレイ４０のうちの、最外の環領域４２の外側に設けられる。
【００４９】
環領域４１、４２は、フレネル回折の原理に従う所定の空間的位置関係を有している。
内側からｎ番目の環領域４１、４２は、上記の方程式（１）で規定される半径ｒｎにオーバラップするように設けられる。ここで、ｎは整数であり、λは超音波の波長であり、ｆは振動子アレイ４０の中心点から送信焦点までの距離である。振動子アレイ４０の長さが距離ｆに比べて短い場合、半径ｒｎは、上記の近似式（２）で表される。
【００５０】
同心円中心からｎ番目の環領域４１、４２は、振動子アレイ４０上の第ｎ次のフレネルゾーンにそれぞれ一致するように設けられる。各次のフレネルゾーンには、径方向に沿って複数の送信専用振動子と複数の受信専用振動子とが交互に配列されるように、複数の送信専用振動子または複数の受信専用振動子が排他的に配列される。各次のフレネルゾーンには、反射源から位相の正負が揃った超音波が到達する。隣り合うフレネルゾーンに到達する超音波の位相は、正負が反転している。従って、各環領域４１，４２を第ｎフレネルゾーンに一致させることにより、近距離音場の画質性能が向上する。
【００５１】
例えば、振動子アレイ４０は、１０，０００個の振動子を含んでいる。具体的には、アジマス方向に１００個の振動子が、エレベーション方向に１００個の振動子が配列される。１０，０００個の振動しにＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、Ｏ個の機能不能な振動子が含まれているものとする。ＭとＮとＯとの合計は１０，０００である。例えば、Ｍ個は３，７５０個であり、Ｎ個は３，７５０個であり、Ｏ個は２，５００個である。
さらに、３，７５０個の送信専用素子は、任意に第１環領域４１、４１Ａ、及び４１Ｂに分配される。各第１環領域４１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、３，７５０個の受信専用素子は、任意に第２環領域４２に分配される。各第２環領域４２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００５２】
アラゴスポットの効果により、中心領域４３を送信に利用しない場合、比較的細い送信ビームを形成することができる。また、中心領域４３を受信に利用しない場合、アラゴスポットの効果により、比較的細い受信ビームを形成することができる。従って、アラゴスポットがない場合に比して、第４実施形態に係る超音波プローブ２は、画質を向上させることができる。
【００５３】
［第５実施形態］
図６は、第５実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ５０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ５０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００５４】
図６に示すように、振動子アレイ５０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域５１と第２環領域５２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域５１，５２の径方向である。第１環領域５１と第２環領域５２は、楕円環形状を有している。第１環領域５１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域５２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域５１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域５２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、楕円環状に配列される。すなわち、第１環領域５１は、楕円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域５２は、楕円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域５２は、第１環領域５１に接するように設けられ、第１環領域５１と略同一中心点を有している。
【００５５】
図６に示すように、複数の第１環領域５１と複数の第２環領域５２とは、同心円中心を共有する楕円環領域である。各第２環領域５２は、内側の第１環領域５１よりも径が大きく、内側の第１環領域５１の外周に接するように設けられている。
【００５６】
図６に示すように、振動子アレイ５０は、さらに中心領域５３とマージン領域１４とを有している。中心領域５３は、楕円形状を有している。中心領域５３は、第１環領域５１の内側であって、同心円中心にオーバラップをするように配置される。中心領域５３は、第１環領域５１の内周に接するように設けられる。もしくは、中心領域５３は、第１環領域５１との間に隙間を空けて設けられてもよい。中心領域５３は、アラゴスポットとして機能する。このため、中心領域５３には、例えば、送信専用素子と受信専用素子との両方が配列されていない。あるいは、中心領域５３には、機能不能な振動子が配列されていてもよい。あるいは、中心領域には、複数の振動子が疎に配列されていてもよい。これにより、電気回路のコスト、電力消費量、及びサイズが削減される。中心領域５３により、ビーム幅を改善し、エレベーション方向及びアジマス方向に関する近距離音場の分解能を改善し、結果的に画質を向上させることができる。マージン領域１４は、振動子アレイ５０のうちの、最外の環領域５２の外側に設けられる。
【００５７】
なお、振動子アレイ５０におけるＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、及びＯ個の機能不能な振動子の個数の対応関係は、第１実施形態と同様である。また、各第１環領域５１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、各第２環領域５２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００５８】
［第６実施形態］
図７は、第６実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ６０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ６０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００５９】
図７に示すように、振動子アレイ６０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域６１と第２環領域６２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域６１，６２の径方向である。第１環領域６１と第２環領域６２は、多角環形状を有している。第１環領域６１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域６２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域６１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域６２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、多角環形状に配列される。すなわち、第１環領域６１は、多角環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域６２は、多角環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域６２は、第１環領域６１に接するように設けられ、第１環領域６１と略同一中心点を有している。
【００６０】
図７に示すように、複数の第１環領域６１と複数の第２環領域６２とは、同心円中心を共有する多角環領域である。各第２環領域６２は、内側の第１環領域６１よりも径が大きく、内側の第１環領域６１の外周に接するように設けられている。
【００６１】
図７に示すように、振動子アレイ６０は、さらに中心領域６３とマージン領域１４とを有している。中心領域６３は、多角環形状を有している。中心領域６３は、第１環領域６１の内側であって、少なくとも同心円中心をオーバラップするように設けられている。中心領域６３は、第１環領域６１に接するように設けられる。もしくは、中心領域６３は、第１環領域６１との間に隙間を空けて設けられる。中心領域６３は、アラゴスポットとして機能する。このため、中心領域６３には、例えば、送信専用素子と受信専用素子との両方が設けられていない。あるいは、中心領域６３には、機能不能の振動子が配列されていてもよい。あるいは、複数の振動子が疎に配列されてもよい。このような構成により、電気回路のコスト、電力消費量、及びサイズが削減される。中心領域６３により、ビーム幅を改善し、エレベーション方向及びアジマス方向に関する近距離音場の分解能を改善し、結果的に画質を向上させることができる。マージン領域１４は、振動子アレイ６０のうちの、最外の環領域６１の外側に設けられる。
【００６２】
なお、振動子アレイ６０におけるＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、及びＯ個の機能不能な振動子の個数の対応関係は、第１実施形態と同様である。また、各第１環領域６１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、各第２環領域６２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００６３】
［第７実施形態］
図８は、第７実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ７０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ７０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００６４】
図８に示すように、振動子アレイ７０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域７１と第２環領域７２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域７１，７２の径方向である。第１環領域７１と第２環領域７２は、円環形状を有している。第１環領域７１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域７２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域７１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域７２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、円環状に配列される。すなわち、第１環領域７１は、円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域７２は、円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域７２は、第１環領域７１に接するように設けられ、第１環領域７１と略同一中心点を有している。
【００６５】
図８に示すように、複数の第１環領域７１と複数の第２環領域７２とは、同心円中心を共有する同心円環領域である。各第２環領域７２は、内側の第１環領域７１よりも径が大きく、内側の第１環領域７１の外周に接するように設けられている。
【００６６】
図８に示すように、振動子アレイ７０は、第１環領域７１と第２環領域７２との間に任意の環領域７５を有している。第３環領域７５には、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方が配列されている。第３環領域７５における送信専用素子または受信専用素子は、機能不能であっても機能可能であってもどちらでもよい。あるいは、第３環領域７５には、送信専用素子と受信専用素子とのいずれも配列されていなくてもよい。
【００６７】
図８に示すように、振動子アレイ７０は、さらに中心領域７３とマージン領域１４とを有している。中心領域７３は、円形状を有している。中心領域７３は、第１環領域７１の内側であって、少なくとも同心円中心をオーバラップするように設けられる。中心領域７３は、第１環領域７１の内周に接するように設けられる。もしくは、中心領域７３は、第１環領域７１との間に隙間を空けて設けられる。中心領域７３は、アラゴスポットとして機能する。このため、中心領域７３には、例えば、送信専用素子と受信専用素子との両方が設けられていない。あるいは、中心領域７３には、機能不能な振動子が配列されていてもよい。または、中心領域７３には、複数の振動子が疎に配列されていてもよい。このような構成により、電気回路のコスト、電力消費量、及びサイズが削減される。中心領域７３により、ビーム幅を改善し、エレベーション方向及びアジマス方向に沿う近距離音場の分解能を改善し、結果的に画質を向上させることができる。マージン領域１４は、振動子アレイ７０のうちの、最外の環領域７２の外側に設けられる。
【００６８】
なお、振動子アレイ７０におけるＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、及びＯ個の機能不能な振動子の個数の対応関係は、第１実施形態と同様である。また、各第１環領域７１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、各第２環領域７２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００６９】
上記の説明において、第７実施形態に係る環領域は、円環領域であるとした。しかしながら、第７実施形態に係る環領域は、楕円環領域であっても多角環領域であってもよい。
楕円環領域の場合、送信専用素子と受信専用素子とは、楕円環領域の第１環領域と楕円環領域の第２環領域とに個別に配置される。また、中心領域、マージン領域、及び第５の領域はそれぞれ、楕円環領域であってもよい。同様に、多角環領域の場合、送信専用素子と受信専用素子とは、多角環領域の第１環領域と多角環領域の第２環領域とに個別に配置される。また、中心領域、マージン領域、及び第５の領域はそれぞれ、多角環領域であってもよい。なお、環領域が楕円環領域や多角環領域の場合の第７実施形態は、図示せず、図８の第７実施形態の説明とこの段落の説明とにおいて開示したこととする。
【００７０】
［第８実施形態］
図９は、第８実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ８０の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ８０は、２次元状に配列された複数の送受信素子と複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００７１】
図９に示すように、振動子アレイ８０には、第１環領域８１、第２環領域８２、及び第４環領域８６が設けられている。例えば、環領域８１、第４環領域８６、及び第２環領域８２が径方向に沿って順番に配列される。ここで径方向とは、環領域８１，８２，８６の径方向である。第１環領域８１、第２環領域８２、及び第４環領域８６は、円環形状を有している。第１環領域８１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域８２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。第４環領域８６は、複数の送受信素子を含む。ここで、第１環領域８１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域８２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子と複数の送受信素子との各々は、円環状に配列される。すなわち、第１環領域８１は、円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域８２は、円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であり、第４環領域８６は、円環形状に配列された複数の送受信素子の集合であるとする。第４環領域８６は、第１環領域８１の外周に接するように設けられる。第２環領域８２と第４環領域８６とは、第１環領域８１と略同一の同心円中心を有している。
【００７２】
図９に示すように、複数の第１環領域８１と複数の第２環領域８２と複数の環領域８６とは、同心円中心を共有する同心円環領域である。各第２環領域７２は、内側の第４環領域８６よりも径が大きく、内側の第４環領域８６の外周に接するように設けられている。
各第４環領域８６は、内側の第１環領域８１よりも径が大きく、内側の第１環領域８１の外周に接するように設けられている。
【００７３】
図９に示すように、振動子アレイ８０は、さらに中心領域８３とマージン領域１４とを有している。中心領域８３は、円形状を有している。中心領域８３は、第１環領域８１の内側であって、少なくとも同心円中心にオーバラップするように設けられる。中心領域８３は、第１環領域８１に接するように設けられる。もしくは、中心領域８３は、第１環領域８１との間に隙間を空けて設けられる。中心領域８３には、アラゴスポットとして機能する。このため、例えば、中心領域８３には、送信専用素子と受信専用素子との両方が設けられていない。あるいは、中心領域８３には、機能不能な振動子が配列されていてもよい。あるいは、中心領域８３には、複数の振動子が疎に配列されてもよい。このような構成により、電気回路のコスト、電力消費量、及びサイズが削減される。中心領域８３により、ビーム幅を改善し、エレベーション方向及びアジマス方向に関する近距離音場の分解能を改善し、結果的に画質を向上させることができる。
【００７４】
なお、振動子アレイ８０におけるＭ個の送信専用素子、Ｎ個の受信専用素子、及びＯ個の機能不能な振動子の個数の対応関係は、第１実施形態と同様である。また、各第１環領域８１は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。同様に、各第２環領域８２は、同一のサイズであっても同一のサイズでなくてもよい。
【００７５】
上記の説明において、第８実施形態に係る環領域は、円環領域であるとした。しかしながら、第８実施形態に係る環領域は、楕円環領域であっても多角環領域であってもよい。
楕円環領域の場合、送信専用素子と受信専用素子とは、楕円環領域の第１環領域と楕円環領域の第２環領域とに個別に配置される。また、中心領域及びマージン領域はそれぞれ、楕円環領域であってもよい。同様に、多角環領域の場合、送信専用素子と受信専用素子とは、多角環領域の第１環領域と多角環領域の第２環領域とに個別に配置される。また、中心領域及びマージン領域はそれぞれ、多角環領域であってもよい。なお、環領域が楕円環領域や多角環領域の場合の第７実施形態は、図示せず、図９の第８実施形態の説明とこの段落の説明とにおいて開示したこととする。
【００７６】
［第９実施形態］
図１０は、第９実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイ９０の配列パターンを示す図である。第９実施形態に係る振動子アレイ９０は、アラゴスポットが欠落した図８の第７実施形態に係る振動子アレイに対応する。振動子アレイ９０は、複数のオーバラップしない環領域を有している。典型的には、振動子アレイ９０は、２次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
【００７７】
図１０に示すように、振動子アレイ９０には、径方向に沿って交互に配列された第１環領域９１と第２環領域９２とが設けられている。ここで、径方向とは、環領域９１，９２の径方向である。第１環領域９１と第２環領域９２は、円環形状を有している。第１環領域９１は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方を排他的に含み、第２環領域９２は、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの他方を排他的に含む。ここで、第１環領域９１には、複数の送信専用素子が配列され、第２環領域９２には、複数の受信専用素子が配列されているとする。換言すれば、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との各々は、円環状に配列される。すなわち、第１環領域９１は、円環形状に配列された複数の送信専用素子の集合であり、第２環領域９２は、円環形状に配列された複数の受信専用素子の集合であるとする。第２環領域９２は、第１環領域９１に接するように設けられ、第１環領域９１と略同一中心点を有している。
【００７８】
図１０に示すように、振動子アレイ９０は、第１環領域９１と第２環領域９２との間に任意の環領域９５を有している。環領域９５には、複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちの一方が配列されている。環領域９５における送信専用素子または受信専用素子は、機能不能であっても機能可能であってもどちらでもよい。あるいは、環領域９５には、送信専用素子と受信専用素子とのいずれも配列されていなくてもよい。
【００７９】
図１０に示すように、複数の第１環領域９１と複数の第２環領域９２と複数の環領域９５とは、同心円中心を共有する同心円環領域である。各第２環領域９２は、内側の第１環領域９１よりも径が大きく、内側の第１環領域９１の外周に接するように設けられている。
【００８０】
図１０に示すように、振動子アレイ９０は、さらに中心領域９３とマージン領域１４とを有している。中心領域９３は、円形状を有している。中心領域９３は、第１環領域９１の内側であって、少なくとも同心円中心を含むように配置される。中心領域９３は、第１環領域９１に隣り合わせに並べて設けられる。もしくは、中心領域９３は、第１環領域９１との間に隙間を空けて設けられる。中心領域９３は、第２環領域９２と同一の振動子を含んでいる。マージン領域１４は、振動子アレイ９０のうちの、最外の環領域９１の外側に設けられる。
【００８１】
（超音波診断装置の動作例）
以下、第１〜第９実施形態に係る超音波診断装置１の動作を複数の動作例に分けて説明する。
【００８２】
［動作例１］
動作例１に係る超音波診断装置１は、電気的に超音波ビームをステアリングさせることにより、スキャン領域を２次元的または３次元的にスキャンする。動作例１は、第１〜９実施形態に係る超音波プローブの全てに適用可能である。しかし、以下の説明を具体的に行うため、動作例１に係る超音波プローブとして、第１実施形態に係る超音波プローブを例に挙げる。なお、図２の第１環領域１１は送信専用素子を含み、第２環領域１２は受信専用素子を含み、中心領域１３は受信専用素子を含むものとする。
【００８３】
超音波スキャンの開始指示がなされたことを契機として、制御部５は、超音波スキャンを開始する。超音波スキャンにおいて制御部５は、超音波ビームをステアリングしながら超音波ビームでスキャン領域を繰り返しスキャンするように送信部３と受信部４とを制御する。なお、送信動作と受信動作とは交互に行われる。
【００８４】
制御部５は、既定のスキャンシーケンスに従って、超音波送信のために送信部３を制御し、超音波受信のために受信部４を制御する。以下、送信部３と受信部４との動作についてより詳細に説明する。
【００８５】
送信動作において送信部３は、超音波送信のために、第１環領域１１内の送信専用素子を作動する。具体的には、送信部３は、送信ビームのステアリング角度と送信焦点深さとに応じた送信ビームを送信するための遅延時間を、各駆動信号に与える。遅延時間が与えられた駆動信号は、各送信専用素子に供給される。駆動信号の送信専用素子への供給により、送信ステアリング角度と送信焦点深さとに応じた送信ビームが超音波プローブ２から送信される。なお送信ビームのステアリング角度は、振動子配列面の中心軸から送信ビームの中心軸への角度に規定される。なお振動子配列面の中心軸は、振動子配列面に直交し、振動子配列面の中心点を通過する軸である。
【００８６】
受信動作において受信部４は、超音波受信のために、第２環領域１２及び中心領域１３に含まれる受信専用素子を作動する。具体的には、受信専用素子は、被検体により反射された超音波を受信し、受信された超音波に応じたエコー信号を発生する。エコー信号は、受信チャネルを介して受信部４に供給される。受信部４は、各受信チャネル（すなわち、受信専用素子毎）からのエコー信号に、受信ビームのステアリング角度と受信焦点深さとに応じた受信ビームを形成するための遅延時間を与える。遅延時間が与えられたエコー信号は、受信部４により加算される。この遅延加算処理により、受信ビームのステアリング角度と受信焦点深さとに応じた受信ビームが電気的に形成される。すなわち、遅延加算処理により、受信ビームに関する受信信号が発生される。受信信号は、信号処理部６に供給される。
【００８７】
このように動作例１において制御部５は、スキャンシーケンスに従って、ステアリング角度と焦点深さとを変更しながら、送信動作と受信動作とを繰り返す。これにより動作例１に係る超音波診断装置は、スキャン領域を超音波で繰り返しスキャンすることできる。
なお中心領域１３には送信専用素子が含まれないので、中心領域１３は、送信時においてアラゴスポットとして機能する。従って、振動子アレイ１０から送信される送信ビームは、中心領域１２に送信専用素子が含まれる場合に比して細くなる。
【００８８】
［動作例２］
動作例２に係る超音波診断装置１は、中心領域が送受信に利用されない超音波プローブ２を利用して超音波スキャンを実行する。動作例２は、第４〜８実施形態に係る超音波プローブ２により利用可能である。以下の説明を具体的に行うため、動作例２に係る超音波プローブ２として、第４実施形態に係る超音波プローブ２を例に挙げる。なお、図５の第１環領域４１は送信専用素子を含み、第２環領域４２は受信専用素子を含み、中心領域（アラゴスポット）４３は振動子を含まないものとする。また、動作例２は、動作例１と略同一である。同一の処理内容は、必要な箇所を除いて説明を省略する。
【００８９】
超音波スキャンの開始指示がなされたことを契機として、制御部５は、動作例２に係る超音波スキャンを開始する。動作例２に係る超音波スキャンにおいて制御部５は、既定のスキャン領域を超音波で繰り返しスキャンするように送信部３と受信部４とを制御する。
【００９０】
送信動作において送信部３は、超音波送信のために、各第１環領域４１に含まれる送信専用素子を作動する。送信専用素子の作動により、スキャンシーケンスに従うステアリング角度と送信焦点深さとに応じた送信ビームが超音波プローブ２から送信される。中心領域４３には送信専用素子が含まれていないので、中心領域４３からは送信ビームが送信されない。中心領域４３は、アラゴスポットとして機能するので、超音波プローブ２からの送信ビームの送信焦点が近距離音場において最適化されている。従って送信ビームの指向性が向上している。
【００９１】
受信動作において受信部４は、超音波受信のために、各第２環領域４２に含まれる受信専用素子からのエコー信号に遅延加算処理を施す。受信部４による遅延加算処理により、受信ビームに関する受信信号が発生される。中心領域には受信専用素子が含まれていないので、中心領域４３からは受信部４にエコー信号が供給されない。中心領域４３は、アラゴスポットとして機能するので、受信ビームの受信焦点が近距離音場において最適されている。従って、受信ビームの指向性が向上している。
【００９２】
このように動作例２に係る超音波診断装置１及び超音波プローブ２は、送信時と受信時との両方においてアラゴスポットとして機能する中心領域４３を有している。従って、動作例２に係る超音波診断装置１及び超音波プローブ２は、送信ビームと受信ビームとの両方を細くすることができる。
【００９３】
［動作例３］
動作例３に係る超音波診断装置１は、ダイナミックスポットスキャンを実行する。動作例３は、第４〜８実施形態に係る超音波プローブ２により利用可能である。なお以下の説明を具体的に行うため、動作例３に係る超音波プローブ２として、第４実施形態に係る超音波プローブを例に挙げる。なお以下の説明において、第４実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００９４】
図１１Ａは、第４実施形態に係る超音波診断装置１によるダイナミックスポットスキャンを説明するための図である。ダイナミックスポットスキャンにおいては、送信動作と受信動作とが交互に繰り返される。ダイナミックスポットスキャンは、アラゴスポットのサイズを受信動作期間において動的に変化させるスキャン方式である。アラゴスポットのサイズを変化させるためには、中心領域４３は、受信専用素子及び送受信素子のような受信機能を有する振動子を含んでいる必要がある。以下の説明を具体的に行うため、図５の中心領域４３は、受信専用素子を含んでいるものとする。また、図５の第１環領域４１は送信専用素子を含み、第２環領域４２は受信専用素子を含むものとする。
【００９５】
超音波スキャンの開始指示がなされたことを契機として、制御部５は、ダイナミックスポットのための超音波スキャンを開始する。送信動作について制御部５は、動作例２と同様の方法で送信部３を制御する。受信動作について制御部５は、ダイナミックスポットのためのスキャンシーケンスに従って受信部４を制御する。以下、受信動作における受信部４の動作についてより詳細に説明する。
【００９６】
受信動作において受信部４は、超音波受信のために、第２環領域４２及び中心領域４３に含まれる受信専用素子を作動する。各第２環領域４２に含まれる受信専用素子に関する受信動作は、動作例２と同一であるので、ここでの説明を省略する。ここでは、中心領域４３に含まれる受信専用素子に関する受信動作について説明する。ダイナミックスポット実現のため、受信部４は、中心領域４３内の受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりすることができる。作動している受信専用素子は超音波受信に機能し、停止している受信専用素子は超音波受信に機能しない。すなわち、受信部４は、受信動作においてアラゴスポットのサイズが時間経過に伴って動的に変化するように、中心領域４３内の受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりする。具体的には、アラゴスポットのサイズを増大させる場合、受信部４は、超音波受信に機能しない受信専用素子の占有範囲を同心円中心側から外側へ向けて拡大させる。反対に、アラゴスポットのサイズを減少させる場合、受信部４は、超音波受信に機能しない受信専用素子の占有範囲を外側から同心円中心へ向けて縮小させる。受信部４は、各時点におけるアラゴスポットのサイズは、受信ビームの形成におけるステアリング角度と受信焦点深さとの組み合わせに応じて決定する。
【００９７】
例えば、アラゴスポット４３のサイズは、第１のサイズ４３Ａから第２のサイズ４３Ｂへ、あるいは、第２のサイズ４３Ｂから第２のサイズ４３Ａへ変化する。サイズは、図１１Ａに示す二つのサイズのみに限定されず、図１１Ａよりも大きくても小さくてもよい。
【００９８】
受信動作において受信部４は、超音波受信に機能している受信専用素子からエコー信号が供給される。そして動作例２と同様にして受信部４は、供給されたエコー信号に遅延加算処理を施すことにより、受信ビームに関する受信信号を発生する。受信信号は、信号処理部６に供給される。受信動作が終了すると制御部５は、送信動作を開始する。
【００９９】
このように動作例３において制御部５は、送信動作と受信動作とを交互に繰り返すことにより、ダイナミックスポットを実現しながらスキャン領域を超音波で繰り返しスキャンすることできる。
【０１００】
なお、上記の動作説明においては、円環形状の環領域を有する実施形態４に係る超音波プローブを例に挙げて説明した。しかしながら、ダイナミックスポットスキャンは、これに限定されず、図１１Ｂに示すような楕円環領域を有する第５実施形態に係る超音波プローブ２にも、図１１Ｃに示すような多角環領域を有する第６実施形態に係る超音波プローブ２でも実現可能である。第５実施形態においてダイナミックスポットを実現するために受信部４は、上述の方法により、中心領域５３に含まれる受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりする。この作動と停止とにより、アラゴスポットのサイズは、図１１Ｂに示すように、例えば、第１のサイズ５３Ａから第２のサイズ５３Ｂへ、あるいは、第２のサイズ５３Ｂから第２のサイズ５３Ａへ動的に変化する。同様に、第６実施形態においてダイナミックスポットを実現するために受信部４は、上述の方法により、中心領域６３に含まれる受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりする。この作動と停止とにより、アラゴスポットのサイズは、図１１Ｃに示すように、例えば、第１のサイズ６３Ａから第２のサイズ６３Ｂへ、あるいは、第２のサイズ６３Ｂから第２のサイズ６３Ａへ動的に変化する。
【０１０１】
また、ダイナミックスポットスキャンは、図１２に示すような、任意の種類の振動子を配列可能な第３環領域７５を有する第７実施形態に係る超音波プローブ２でも実現可能である。第７実施形態においてダイナミックスポットを実現するために受信部４は、上述の方法により、中心領域７３に含まれる受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりする。この作動と停止とにより、アラゴスポットのサイズは、図１２に示すように、例えば、第１のサイズ７３Ａから第２のサイズ７３Ｂへ、あるいは、第２のサイズ７３Ｂから第２のサイズ７３Ａへ動的に変化する。また、ダイナミックスポットスキャンは、図１３に示すような、送受信素子を配列可能な環領域８６を有する第８実施形態に係る超音波プローブ２でも実現可能である。第８実施形態においてダイナミックスポットスキャンを実現するために受信部４は、上述の方法により、中心領域８３に含まれる受信専用素子を個別に作動させたり停止させたりする。この作動と停止とにより、アラゴスポットのサイズは、図１３に示すように、例えば、第１のサイズ８３Ａから第２のサイズ８３Ｂへ、あるいは、第２のサイズ８３Ｂから第２のサイズ８３Ａへ動的に変化する。
【０１０２】
［動作例４］
動作例４に係る超音波診断装置１は、環領域のサイズを変化させるリングサイズ変化スキャンを実行する。環領域のサイズは、静的または動的に変化される。動作例４は、第１〜９実施形態に係る超音波プローブ２により利用可能である。なお以下の説明を具体的に行うため、動作例４に係る超音波プローブ２として、第１実施形態に係る超音波プローブ２を例に挙げる。なお以下の説明において、第１実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１０３】
図１４は、第１実施形態に係る超音波診断装置２による動作例４を説明するための図である。環領域１１，１２のサイズの動的な変化とは、時間経過に伴って連続的に変化することを意味し、静的な変化とは、所定のタイミングで離散的に変化することを意味する。
以下の説明を具体的に行うため、第１環領域１１は送信専用素子を含み、第２環領域１２は受信専用素子を含むものとする。
【０１０４】
超音波スキャンの開始指示がなされたことを契機として、制御部５は、リングサイズ変化スキャンを開始する。スキャン期間において制御部５は、リングサイズ変化スキャンのためのスキャンシーケンスに従って送信部３と受信部４とを制御する。動作例４においては、送信動作と受信動作とが交互に実行される。超音波送信時おいて、送信部３は、第１環領域１１のサイズを静的に変化する。超音波受信時において、受信部４は、第２環領域１２のサイズを静的に変化させることもできるし、または動的に変化させこともできる。
【０１０５】
各環領域１１，１２は、スキャン期間における焦点深さに従ってサイズが変化される。
例えば、送信部３は、スキャン期間における送信焦点深さ又は時間に応じた所定のシーケンスで、第１環領域１１内の所定部分の送信専用素子を作動または停止することにより、第１環領域１１のサイズを変化する。例えば、図１４に示すように、第１環領域１１の内周部分の送信専用素子を停止することにより、第１のサイズ１１Ｌから第２のサイズ１１Ｓに切替える。また、送信部３は、図１４に示すように、第１環領域１１内の外周側部分の送信専用素子を駆動することにより、第２のサイズ１１Ｓから第１のサイズ１１Ｌに切替える。サイズの切替えは、超音波送信の合間に行われる。サイズの切替えは、１回超音波を送信する毎に行われても良いし、所定回数超音波を送信する毎に行われても良い。サイズの変化は、上述の２つのサイズ間の変化に限定されない。有効なサイズ変化は、上述の方程式（１）により表現される条件により決定される。簡単のため、図１４においては、最内の環領域１１のサイズ変化のみを図示している。しかしながら、他の環領域１１，１２のサイズ変化も同様に行われる。
【０１０６】
なお、受信部４も同様の方法により第２環領域１１のサイズを変化させることができる。すなわち、受信部４は、スキャン期間における受信焦点深さ又は時間に応じた所定のシーケンスで、第２環領域１２内の所定部分の受信専用素子を作動または停止することにより、第２環領域１２のサイズを変化する。
【０１０７】
サイズの変化の態様は、変化対象の環領域１１，１２内の振動子の種類に応じて異なる。典型的には、送信専用素子が配列されている第１環領域１１の場合、送信部３は、視野深度（表示される画像の最大深さ）、焦点深さ（送信焦点位置。映像モードやユーザにより任意に選択可能である）、及び映像モードに応じて第１環領域１１のサイズを変化する。受信専用素子が配列されている第２環領域１２の場合、受信部４は、視野深度、焦点深さ、及び映像モードに応じて第２環領域１２のサイズを変化する。また、受信部４は、アラゴスポットのように、スキャン期間において第２環領域１２のサイズを動的に変化させることもできる。端的には、第１環領域１１の場合、ビームラインのためにリングトポロジーが静的に変化し、第２環領域１２の場合、ビームライン内においてリングトポロジーが動的に変化する。
【０１０８】
例えば、第１環領域１１と第２環領域１２とは、ユーザによる視野深度または異なる映像モードの選択に応じた焦点深さの変化に応じてサイズが変化する。さらに第２環領域１２は、ユーザによる画像深さ又は異なる映像モードの選択に応じた焦点深さだけでなく、受信動作期間における同一受信ビームについての受信焦点深さの変化に応じてサイズが動的に変化する。動的変化に関して、第１環領域１１において、受信専用素子は、既定の同心円中心からの相対的な位置又はリングの厚さを変化させる。
【０１０９】
リングサイズ変化スキャンにおいて、送信部３は、送信ビームをステアリングさせても、ステアリングさせなくてもよい。ステアリングさせない場合、送信ビームは、既定の一方方向に送信され続ける。この場合、送信部３は、第１環領域のサイズを切り替えことにより、送信焦点深さを切替えながら、送信ビームを送信することができる。すなわち、一定方向に送信ビームを送信しながら送信焦点深さを変化させることができる。同様に受信部４は、第２環領域のサイズを切り替えことにより、受信焦点深さを切替えながら、受信ビームを形成することができる。従って、超音波診断装置１は、画質の良い一方方向の超音波スキャンを実行することができる。ユーザにより超音波プローブ２が動かされることにより、超音波診断装置１は、任意の２次元状または３次元状のスキャン領域をスキャンすることができる。
【０１１０】
なお、上記の動作説明においては、円環形状の環領域を有する実施形態４に係る超音波プローブを例に挙げて説明した。しかしながら、環領域のサイズの変化は、これに限定されず、図１５に示すような楕円環領域を有する第２実施形態に係る超音波プローブ２にも、図１６に示すような多角環領域を有する第３実施形態に係る超音波プローブ２でも同様に実現可能である。第２実施形態の場合、例えば、受信部４は、受信焦点深さ又は時間に応じた所定のシーケンスで、第２環領域２２内の所定部分の受信専用素子を作動または停止するこの作動または停止により、図１５に示すように、第２環領域２２のサイズは、第１のサイズ２１Ｌから第２のサイズ２１Ｓへ、または、第２のサイズ２１Ｓから第１のサイズ２１Ｌへ切替えられる。また、第３実施形態の場合、例えば、送信部３は、送信焦点深さ又は時間に応じた所定のシーケンスで、第１環領域３１内の所定部分の送信専用素子を作動または停止する。この作動または停止により、図１６に示すように、第１環領域３１のサイズは、第１のサイズ３１Ｌから第２のサイズ３１Ｓへ、または、第２のサイズ３１Ｓから第１のサイズ３１Ｌへ切替えられる。
【０１１１】
［動作例５］
動作例５においては、空間コンパウンド開口（spatial compounding aperture）技術について説明する。空間コンパウンド開口技術は、第１〜９実施形態に係る超音波プローブ２の全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、空間コンパウンド開口技術を第２実施形態に係る超音波プローブ２を具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、第２実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１１２】
空間コンパウンド開口技術は、単一の送信ビーム方向の超音波送信に対して、複数の受信ビーム方向で超音波受信を行い、画質を向上させる技術である。空間コンパウンド開口技術を利用したスキャンにおいて制御部５は、空間コンパウンド開口技術のためのスキャンシーケンスに従って送信部３と受信部４とを制御する。空間コンパウンド開口技術においても、送信動作と受信動作とが交互に繰り返される。送信動作においては、単一の送信ビーム方向の超音波送信が送信動作期間毎に繰り返し行われる。受信動作においては、異なる受信ビーム方向に関する超音波受信が受信動作期間毎に順番に行われる。このように受信ビームのステアリング角度は、受信動作期間毎に既定の角度に送信部３により変化される。以下の詳細な説明においては、説明の簡単のため、受信ビーム方向が２方向であるとする。なお、受信ビーム方向の数は、２方向に限定されず、２方向以上であっても良い。
【０１１３】
送信動作において送信部３は、既定のステアリング角度（送信ビーム方向）で送信ビームを送信するように送信専用素子を作動する。図１７Ａは、送信動作期間における送信開口と送信ビームのビーム方向とを示している。図１７Ａに示すように、送信動作期間において、既定のステアリング角度（送信ビーム方向）だけステアリングされた送信ビームが送信される。送信動作期間が終了すると、制御部５は、第１の受信動作を開始する。
【０１１４】
第１の受信動作期間において受信部４は、第１のステアリング角度（受信ビーム方向）で受信ビームを形成する。より詳細には、受信専用素子からのエコー信号に基づいて、受信部４は、第１のステアリング角度だけステアリングされた受信ビームに関する受信信号を生成する。図１７Ｂは、第１の受信動作期間における受信開口と受信ビームのビーム方向とを示している。この受信ビーム方向は、一回目の送信動作における送信ビーム方向から反時計回りに３０度だけ回転させた方向である。図１７Ｂに示すように、第１の受信動作期間において、第１のステアリング角度だけステアリングされた受信ビームが形成される。第１の受信動作期間が終了すると、制御部５は、送信動作を開始する。
【０１１５】
次の送信動作は、前回の送信動作と同様に行われる。すなわち、前回の送信ビーム方向と同一の送信ビーム方向に送信ビームが送信される。送信動作期間が終了すると制御部５は、第２の受信動作を開始する。
【０１１６】
第２の受信動作において受信部４は、第２のステアリング角度（受信ビーム方向）で受信ビームを形成する。より詳細には、受信専用素子からのエコー信号に基づいて、受信部４は、第２のステアリング角度だけステアリングされた受信ビームに関する受信信号を生成する。図１７Ｃは、第２の受信動作期間における受信開口と受信ビームのビーム方向とを示している。この受信ビーム方向は、二回目の送信動作におけるビーム方向から時計回りに３０度だけ回転させた方向である。図１７Ｃに示すように、第２の受信動作期間において、第２のステアリング角度だけステアリングされた受信ビームに関する第２の受信信号が生成される。第２の受信動作期間が終了すると、制御部５は、送信動作を開始する。
【０１１７】
このように、送信動作、第１の受信動作、送信動作、及び第２の受信動作が順番に繰り返される。一回の超音波送信に対して全ての超音波受信が行われると、送信ビーム方向を変更して再び上述の送受信動作が制御部５により繰り返される。このようにして制御部５は、空間コンパウンド開口技術を利用したスキャンにより、スキャン領域を超音波でスキャンすることができる。
【０１１８】
［動作例６］
動作例６においては、合成開口（synthetic aperture）技術について説明する。合成開口技術は、第１〜９実施形態に係る超音波プローブ２の全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、合成開口技術を第２実施形態に係る超音波プローブを具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、第２実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１１９】
動作例６において制御部５は、合成開口技術を利用したスキャンのためのスキャンシーケンスに従って送信部３と受信部４とを制御する。受信部４は、受信動作期間毎に、第２環領域２２及び中心領域２３内の受信専用素子の一部分を合成開口を生成するために作動し、残りの受信専用素子を停止する。
【０１２０】
図１８Ａは、送信動作における送信開口を示す図である。略同一の送信動作が既定の回数だけ繰り返される。図１８Ｂは、第１の受信動作における受信開口を示す図である。振動子アレイに含まれる受信専用素子のうちの左半分の受信専用素子が、第１の送信動作により送信された送信ビームに対応する超音波を受信するために使用される。図１８Ｃは、第２の受信動作における受信開口を示す図である。振動子アレイに含まれる受信専用素子のうちの右半分の受信専用素子が、第２の送信動作により送信された送信ビームに対応する超音波を受信するために使用される。
【０１２１】
上述のように、送信専用素子の活性化パターンは、特定のシーケンスのみに限定されない。合成開口技術の他の例は、図示しないが、以下に例示する。
【０１２２】
１．第１の送信動作において、振動子アレイの第１の半分領域（例えば、左半分）に配列された送信専用素子（ｔ１）が、超音波を送信するために作動される。第１の送信動作と同時に、第１の半分領域に配列された受信専用素子（ｒ１）が、超音波を受信するために作動される。
【０１２３】
２．第２の送信動作において、第１の半分領域に配列された送信専用素子（ｔ１）が、超音波を送信するために作動される。第２の送信動作と同時に、振動子アレイの第２の半分領域（例えば、右半分）に配列された受信専用素子（ｒ２）が、超音波を受信するために作動される。
【０１２４】
３．第３の送信動作において、第２の半分領域に配列された送信専用素子（ｔ２）が、超音波を送信するために作動される。第３の送信動作と同時に、振動子アレイの第１の半分領域に配列された受信専用素子（ｒ１）が、超音波を受信するために作動される。
【０１２５】
４．第４の送信動作において、第２の半分領域に配列された送信専用素子（ｔ２）が、超音波を送信するために作動される。第４の送信動作と同時に、振動子アレイの第２の半分領域に配列された受信専用素子（ｒ２）が、超音波を受信するために作動される。
【０１２６】
（本実施形態の効果）
上述の通り、本実施形態に係る超音波プローブ２は、送信専用素子と受信専用素子とを備えている。また、超音波プローブ２は、アラゴスポットを有していても良い。従って、送受信素子のみを備える従来の超音波プローブに比べて、送受信のための回路構成が単純である。また、送信専用素子と受信専用素子とは、光学回折理論に従う配列パターンで配列されている。送信動作や受信動作に関して、ビーム幅は、近距離音場に最適化され、最適化されたビーム幅は、結果的に画質を向上させる。サイドローブは、近距離音場に最適化され、最適化されたサイドローブは、結果的に画像のノイズを低減させる。従って、本実施形態に係る近距離音場の性能は、従来に比して近距離音場の性能が向上する。これに伴い、受信ビーム形成のための回路構成をハイスペックにする必要がなくなるため、本実施形態に係る超音波プローブ２及び超音波診断装置１は、近距離音場における画質向上や、コスト低減、消費電力の削減を実現することができる。
【０１２７】
（変形例）
上述の第１〜９実施形態に係る超音波プローブは、送信専用素子と受信専用素子とを有しているとした。しかしながら、本実施形態に係る超音波プローブは、これに限定されない。変形例に係る超音波プローブは、送受信素子のみを有している。以下、変形例に係る超音波プローブ及び超音波診断装置について説明する。なお以下の説明において、第１〜第９実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１２８】
変形例に係る制御部５は、第１〜９実施形態に係る配列パターンに従って複数の送受信素子の各々について送信機能と受信機能とを個別に割り付ける。すなわち、第１〜９実施形態に係る配列パターンにおいて送信専用素子が設けられている場合、その位置に対応する変形例１に係る送受信素子には送信機能が割り付けられ、受信専用素子が設けられている場合、その位置に対応する変形例１に係る送受信素子には受信機能が割り付けられる。
なお、第１〜９実施形態に係る配列パターンにおいて送受信素子が設けられている場合、その位置に対応する変形例に係る送受信素子にはスキャンシーケンスに従って送信機能と受信機能とが割り付けられる。また、振動子が設けられていない場合、その位置に対応する変形例に係る送受信素子には、送信機能と受信機能との両方を解除する。
【０１２９】
なお送信機能を割り付けることは、送受信素子に駆動信号を供給可能とすること同義である。具体的には、送信機能を割り付けることは、送受信素子と送信回路とを接続すること、あるいは、電気的制御により送信回路から送受信素子への駆動信号の供給を可能とすることである。逆に送信機能を解除することは、送受信素子に駆動信号を供給不能とすること同義である。具体的には、送信機能を解除することは、送受信素子と送信回路との接続を遮断すること、あるいは、電気的制御により送信回路から送受信素子への駆動信号の供給を不可能とすることである。受信機能を割り付けることは、送受信素子からのエコー信号を処理可能とすること同義である。具体的には、受信機能を割り付けることは、送受信素子と受信回路とを接続すること、あるいは、送受信素子からのエコー信号を受信回路が処理可能とすることである。逆に、受信機能を解除することは、送受信素子からのエコー信号を処理不能とすること同義である。具体的には、受信機能を解除することは、送受信素子と受信回路との接続を遮断すること、あるいは、送受信素子からのエコー信号を受信回路等により消去することである。
【０１３０】
このように各送受信素子に送信機能や受信機能が割り付けられることにより、送受信素子のみが搭載された超音波プローブ２であっても、上記の第１〜９実施形態と同様の動作を実行することができる。すなわち、変形例に係る超音波診断装置１は、上記の本実施形態の動作例１〜５を実行することが可能である。
【０１３１】
従って変形例に係る超音波診断装置１は、アラゴスポットの効果により、中心領域を送信に利用しない場合、送信ビームを細くすることができ、中心領域を受信に利用しない場合、受信ビームを細くすることができる。従って、変形例に係る超音波診断装置１は、近距離音場における画質を向上することができる。
【０１３２】
次に変形例に係る超音波診断装置に特有の動作について複数の動作例に分けて説明する。
【０１３３】
［変形例の動作例１］
変形例の動作例１に係る制御部５は、ステアリング角度と焦点深さとの組み合わせに応じて、送信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域と受信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域との形状を動的に変化させる。以下、図１９Ａ、１９Ｂ、及び１９Ｃを参照しながら、変形例の動作例１に係る超音波診断装置１の動作を説明する。
【０１３４】
図１９Ａは、変形例の動作例１に係る送受信機能の第１の割付けパターンを示す図である。変形例の動作例１に係る超音波プローブ２の振動子配列面１０９には、複数の送受信素子が２次元状に配列されている。複数の送受信素子が振動子アレイ１００を構成している。振動子アレイ１００は、複数の第１環領域１０１と複数の第２環領域１０２とを有している。第１環領域１０１と第２環領域１０２とは、径方向に沿って交互に配列されている。複数の第１環領域１０１と複数の第２環領域１０２とは、同一の同心円中心を有している。第１環領域１０１と第２環領域１０２とは、互いに接している。第１環領域１０１に配列されている送受信素子には、送信機能と受信機能とのうちの一方が割り付けられる。第２領域１０２に配列されている送受信素子には、送信機能と受信機能とのうちの他方が割り付けられる。振動子アレイ１００は、最内の第１環領域１０１の内側に中心領域１０３を有している。中心領域１０３には、第２領域１０２に配列されている送受信素子に割り付けられている機能と同一の機能が割り付けられる。ここで、第１環領域１０１内の送受信素子に送信機能が割り付けられ、第２環領域１０２内の送受信素子に受信機能が割り付けられ、中心領域１０３内の送受信素子に受信機能が割り付けられるとする。また、振動子アレイ１００は、最外の環領域（図１９Ａにおいては最外の第１環領域１０１）の外側にマージン領域１０４を有している。マージン領域１０４に配列されている送受信素子には、送信機能と受信機能との両方が割り付けられていない。
【０１３５】
以下、必要に応じて、送信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域である第１環領域１０２を送信領域１０１と呼び、受信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域である第２環領域１０２と中心領域１０３とをまとめて受信領域１０２，１０３と呼ぶ。
【０１３６】
各受信動作期間において制御部５は、超音波送信に関するステアリング角度と受信焦点深さとに基づいて、受信領域１０２，１０３の形状を決定する。決定された形状に基づいて制御部５は、振動子アレイ１００に占める受信領域１０２，１０３の存在範囲を決定する。また、制御部５は、受信領域１０２，１０３の存在範囲に基づいて、送信領域１０１の存在範囲を決定する。送信領域１０１の存在範囲は、例えば、中心領域１０３と最内の第２環領域１０２との間の領域、第２環領域１０２間の領域、第２環領域とマージン領域１０４との間の領域に決定される。なお、振動子アレイ１００のうちの受信領域１０２，１０３の存在範囲と送信領域１０１の存在範囲と以外の残りは、マージン領域１０４の存在範囲に決定される。
【０１３７】
各領域１０１，１０２，１０３，１０４の存在範囲が決定されると制御部５は、決定された存在範囲に応じて送受信素子の送受信機能の割付と解除とが個別に実行される。具体的には、制御部５は、決定された受信領域１０２，１０３の存在範囲内の送受信素子に受信機能を割り付け、決定された送信領域１０１の存在範囲内の送受信素子に送信機能を割り付ける。また、制御部５は、決定されたマージン領域１０４の存在範囲内の送受信素子に送信機能と受信機能との両方を割り付けない。すなわち、送受信素子に送信機能が割り付けられていた場合、送信機能が解除され、送受信素子に受信機能が割り付けられていた場合、受信機能が解除される。
【０１３８】
典型的には、ステアリング角度に応じて各領域１０１，１０２，１０３の形状が変化する。すなわち、ステアリング角度が０度から大きくなるにつれて、各領域１０１，１０２，１０３が傾き方向に伸張される。ここで、送信ビームの中心軸に直交し、同心円環形状の配列パターンが描写された仮想的な平面を考える。仮想的な平面に描出された配列パターンを、ステアリングされた送信ビームの中心軸に沿って振動子アレイ１００上に投影する。振動子アレイ１００の各領域１０１，１０２，１０３の形状は、投影により生成される環形状と同一の形状に変化される。例えば、図１９Ａに示すように、第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０３は、円形状を有している。図１９Ａに示す割付パターンは、０度のステアリング角度（振動子アレイ１００の直交軸からの傾き角度）に対応する。図１９Ｂは、変形例２に係る送受信機能の第２の割付けパターンを示す図である。図１９Ｂに示される第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０３は、楕円形状を有している。図１９Ｂに示す割付パターンは、エレベーション方向に関して０度且つアジマス方向に関して３０度に対応する。図１９Ｃは、変形例２に係る送受信機能の第３の割付けパターンを示す図である。図１９Ｃに示される第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０３は、楕円形状を有している。図１９Ｃに示す割付パターンは、エレベーション方向に関して３０度且つアジマス方向に関して３０度に対応する。
【０１３９】
送受信機能の割付が行われると、超音波の送受信が行われる。すなわち、送信領域１０１から超音波が発生され、受信領域１０２，１０３により超音波が受信される。
【０１４０】
このようにして制御部５は、受信動作期間毎にステアリング角度と焦点深さとに応じて、送信領域１０１と受信領域１０２，１０３との形状を変化させることができる。
【０１４１】
［変形例の動作例２］
変形例の動作例２に係る超音波プローブは、送信時と受信時との両方においてアラゴスポットとして機能する中心領域を有している。以下、図２０Ａ、２０Ｂ、及び２０Ｃを参照しながら、変形例の動作例２に係る超音波診断装置１の動作例を説明する。なお、以下の説明において、変形例の動作例１と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１４２】
図２０Ａは、変形例の動作例２に係る送受信機能の第１の割付けパターンを示す図である。変形例の動作例２に係る超音波プローブの振動子アレイ１００は、アラゴスポットとして機能する中心領域１０５を有している。中心領域１０５に配列されている送受信素子には、送信機能と受信機能との両方が割り付けられていない。中心領域１０５は、最内の第２環領域１０２の内周の内側に設けられている。
【０１４３】
各受信動作期間において制御部５は、超音波受信に関するステアリング角度と受信焦点深さとの組み合わせに基づいて、中心領域１０５の形状と大きさとを決定する。決定された形状に基づいて制御部５は、振動子アレイ１００に占める中心領域１０５の存在範囲を決定する。そして、制御部５は、中心領域１０５の形状（あるいは存在範囲）に基づいて、送信領域１０１の存在範囲と受信領域１０２の存在範囲とを決定する。例えば、送信領域１０１の存在範囲と受信領域１０２の存在範囲とは、送信領域１０１と受信領域１０２とが中心領域１０５を取り囲むように決定される。この際、送信領域１０１と受信領域１０２との各々の動径方向の長さが一定となるように決定されるとよい。また、制御部５は、変形例の動作例１と同様の方法により、マージン領域１０４の存在範囲を決定する。
【０１４４】
あるいは、制御部５は、まず初めに、超音波受信に関するステアリング角度と受信焦点深さとに基づいて、受信領域１０２の形状を決定してもよい。この場合、決定された形状に基づいて、振動子アレイ１００に占める受信領域１０２の存在範囲を決定する。そして制御部５は、決定された中心領域１０５の存在範囲に基づいて、送信領域１０１の存在範囲、マージン領域１０４、及び中心領域１０５の存在範囲を決定する。中心領域の存在範囲は、最内の送信領域１０１の内周の内側に決定される。初めに決定される存在範囲の種類は、任意に選択可能である。
【０１４５】
各領域１０１，１０２，１０４，１０５の存在範囲が決定されると制御部５は、決定された存在範囲に応じて送受信素子の送受信機能の割付と解除とを個別に実行する。具体的には、制御部５は、決定された受信領域１０２の存在範囲内の送受信素子に受信機能を割り付け、決定された送信領域１０１の存在範囲内の送受信素子に送信機能を割り付け、決定されたマージン領域１０４の存在範囲内の送受信素子には送信機能と受信機能との両方を割り付けない。また、制御部５は、決定された中心領域１０５の存在範囲内の送受信素子にも送信機能と受信機能との両方を割り付けない。
【０１４６】
典型的には、ステアリング角度に応じて各領域１０１，１０２，１０５の形状が変化する。すなわち、ステアリング角度が０度から大きくなるにつれて、中心領域１０５がステアリング角度の傾き方向に伸張される。受信焦点深さが浅くなる（受信焦点が振動子アレイ１００に接近する）につれて、各中心領域１０５の大きさが小さくなる。例えば、図２０Ａに示すように、第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０５は、円形状を有している。図２０Ａに示す割付パターンは、０度のステアリング角度に対応する。
図２０Ｂは、変変形例の動作例２に係る送受信機能の第２の割付けパターンを示す図である。図２０Ｂに示される第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０５は、楕円形状を有している。図２０Ｂに示す割付パターンは、エレベーション方向に関して０度且つアジマス方向に関して３０度に対応する。図２０Ｃは、変形例の動作例２に係る送受信機能の第３の割付けパターンを示す図である。図２０Ｃに示される第１環領域１０１、第２環領域１０２、及び中心領域１０５は、楕円形状を有している。図２０Ｃに示す割付パターンは、エレベーション方向に関して３０度且つアジマス方向に関して３０度に対応する。
【０１４７】
［変形例の動作例３］
変形例の動作例３に係る超音波診断装置は、ダイナミックスポットスキャンを実行する。以下、図２１Ａ、２１Ｂ、及び２１Ｃを参照しながら、変形例の動作例３に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の動作例を説明する。なお、以下の説明において、変形例の動作例２と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１４８】
図２１Ａは、変形例の動作例３に係る送受信機能の第１の割付けパターンを示す図である。変形例の動作例３に係る超音波プローブの振動子アレイ１００は、アラゴスポットとして機能する中心領域１０５を有している。
【０１４９】
各受信動作期間において制御部５は、ダイナミックスポット実現のため、中心領域１０５内の送受信素子を個別に作動させたり停止させたりする。具体的には、制御部５は、受信動作期間において、中心領域１０５のサイズが時間経過に伴って動的に変化するように、中心領域１０５に含まれる送受信素子に受信機能を割り付けたり解除したりする。中心領域１０５（アラゴスポット）のサイズを減少させる場合、制御部５は、中心領域１０５の外縁側から中心に向けて、中心領域１０５内の送受信素子に受信機能を割り付ける。反対に、中心領域１０５（アラゴスポット）のサイズを増大させる場合、制御部５は、最内の第２環領域１０２の内周側から外周側に向けて、最内の第２環領域１０２内の送受信素子の受信機能を解除する。各時点における中心領域１０５（アラゴスポット）のサイズは、受信ビームの形成におけるステアリング角度と受信焦点深さとの組み合わせに応じて決定される。
【０１５０】
例えば、中心領域１０５（アラゴスポット）のサイズは、第１のサイズ１０５Ａから第２のサイズ１０５Ｂへ、あるいは、第２のサイズ１０５Ｂから第２のサイズ１０５Ａへ変化する。サイズは、図２１Ａに示す二つのサイズのみに限定されない。
【０１５１】
このようにして各受信動作期間において、中心領域１０５（アラゴスポット）の大きさが時間経過に伴って動的に変化させることができる。従って変形例４に係る超音波診断装置１は、ダイナミックスポットスキャンを実行することができる。
【０１５２】
［変形例の動作例４］
変形例の動作例４に係る超音波診断装置１は、非対称開口技術を利用したスキャンを実行する。非対称開口技術は、第１〜９実施形態に係る配列パターンの全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、非対称開口技術を第２実施形態に係る配列パターンを具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、変形例の動作例１と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【０１５３】
図２２Ａは、ビームが振られずに中央に位置する場合における対称開口の一例を示す図である。図２２Ｂは、スキャン範囲の増大のための仮想尖点モード（virtual apex mode）における非対称開口の一例を示す図である。この場合、ビームの起点は、振動子アレイにおける、３次元音場内のステアリング角度に基づく異なる位置に交差する。それに加え、図２２Ｂは、送信動作期間と受信動作期間とにおける非対称開口の一例を示す図である。ビームが振動子アレイの中心から離反し且つ走査面の端部にステアリングされた場合、開口は、振動子アレイの端部から離反し、結果的に非対称開口を生成する。
【０１５４】
次に図２３を参照しながら、楕円配置の振動子アレイにおける他の非対称開口技術について説明する。図２３における振動子アレイは、楕円環領域を含み、図３の第２実施形態の振動子アレイと同様の構造を有している。なお、非対称開口技術は、第２実施形態だけでなく第１〜第９実施形態の全ての実施形態に適用可能である。
【０１５５】
図２３（ａ）は、ビームが図２３（ａ）の矢印のようにステアリングされた場合における対称開口の一例を示す図である。楕円配置の中心またはビームの起点は、図２３（ｂ）及び（ｃ）に伸びる点線により示される。近距離音場においてビームが振られた場合、開口のうちの焦点に近い端部は、大きくなる。典型的には、音場のより深い部分から超音波を受信すると、アポダイゼーション関数の中心は、図２３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、よりビームの起点に近づく。
【０１５６】
図２３（ｂ）は、音場の第１深さ位置における楕円配置の非対称開口の一例を示す図である。第１の深さ位置において、開口は、点線で示すように、ビームの起点の中心から離反し、各振動子にアポダイゼーション重み付けが適用された後において非対称開口を生成する。対照的に、図２３（ｃ）は、音場の第２深さ位置における楕円配置の非対称開口の一例を示す図である。第１の深さ位置において、開口は、点線で示すように、ビームの起点の中心からより離反し、各振動子にアポダイゼーション重み付けが適用された後においてより対照的な開口を生成する。結果的に、深さ位置が変化するにつれ、その効果は、各振動子にアポダイゼーション重み付けが適用された後の効果的な対称性を歪める。
【０１５７】
［変形例の動作例５］
変形例の動作例５に係る超音波診断装置１は、移動開口（walking aperture）技術を利用した超音波スキャン（以下、移動開口スキャンと呼ぶ。）を実行する。以下、図２４を参照しながら、変形例の動作例５に係る超音波診断装置１の動作例を説明する。
【０１５８】
図２４に示すように、変形例の動作例５に係る超音波プローブ２は、振動子アレイ２４０を有している。振動子アレイ２４０は、２次元状に配列された複数の送受信素子を有している。振動子アレイ２４０には、送受信素子のみが配列されている。振動子アレイ２４０は、少なくとも一方方向に沿って比較的大きな開口サイズを有している。例えば、振動子アレイ２４０は、図２４に例示しているように、アジマス方向に関して比較的大きな開口サイズを有している。振動子アレイ２４０の水平方向に関する幅は、アジマス方向に関する最大開口幅に対応する。
【０１５９】
図２４に示されるように、変形例の動作例５に係る制御部５は、変形例１と同様にして、第１〜９実施形態に係る、同心円環形状を有する配列パターン２５０を割り付ける。すなわち、制御部５は、第１〜９実施形態に係る配列パターンに従って、振動子アレイ２４０の局所部分内の複数の送受信素子の各々に送信機能と受信機能とを個別に割り付ける。
これにより局所部分に配列パターン２５０が構築される。換言すれば、振動子アレイ２４０は、配列パターン２５０よりも十分大きな開口サイズを有している。なお、振動子アレイ２４０のちの配列パターン２５０以外の領域に含まれる送受信素子には、送信機能と受信機能との両方の機能が割り付けられていない。局所部分の位置は、移動開口スキャンに関するスキャンシーケンスに従って決定される。ここで、以下の説明を具体的に行うため、配列パターン２５０は、第１実施形態に係る配列パターンであるとする。
【０１６０】
図２４の（ａ）おいて、振動子アレイ２４０の第１の局所部分には、第１のビームＢＥＡＭ１を送受信するための配列パターン２５０が構成される。図２４の（ｂ）おいて、振動子アレイ２４０の第２の局所部分には、第２のビームＢＥＡＭ２を送受信するための既定の配列パターン２５０が構成される。図２４の（ｃ）おいて、振動子アレイ２４０の第３の局所部分には、第３のビームＢＥＡＭ３を送受信するための既定の配列パターン２５０が構成される。これら第１の局所部分、第２の局所部分、及び第３の局所部分は、既定の時間シーケンスにおいて対応するビームを受信するために連続的に構築される。図２４においては、３つの局所部分における配列パターン２５０が例示されているが、一連の付加的な部分がこれに対応するビームを送受信するために任意に構築される。
【０１６１】
次に、制御部５による制御のもとに行われる、移動開口スキャンにおける動作の流れについて説明する。移動開口スキャンの開始指示がなされたことを契機として、制御部５は、移動開口スキャンを開始する。移動開口スキャンにおいて制御部５は、図２４に示すように、配列パターン２５０が振動子アレイ２４０を既定の方向に沿って移動するように、送信部３と受信部４とを制御する。配列パターン２５０の移動方向は、配列パターン２５０が移動可能な長さを有する方向に設定される。配列パターン２５０は、２次元スキャンのために一次元状に移動されても、３次元スキャンのために２次元状に移動されてもよい。図２４において、移動方向は、アジマス方向である。制御部５は、送受信期間毎に配列パターン２５０が超音波を送受信するように送信部３と受信部４とを制御する。送受信方法は、上述の変形例１〜５の全てが適用可能である。以下、移動開口スキャンの具体例を説明する。
【０１６２】
典型的には、制御部５は、配列パターン２５０に、振動子アレイ２４０のアジマス方向に関する一端部と他端部との間を往復移動させる。配列パターン２５０は、時間経過に伴って連続的に移動しても、所定の送受信回数毎に一定距離だけ移動してもどちらでもよい。所定の送受信回数は、１回でも良いし、複数回であっても良い。各位置における送受信回数は、任意に設定可能である。送信ビームの送信方向は、移動開口スキャン全体に亘って一定であるとする。送信方向は、例えば、振動子アレイ２４０の配列面の直交方向、すなわち、ステアリング角度０度に設定される。
【０１６３】
例えば、制御部５は、送受信期間毎に配列パターン２５０をアジマス方向に沿って一定量だけ移動させる。配列パターン２５０の移動後において、制御部５は、超音波を送受信するように送信部３と受信部４とを制御する。送信動作期間において送信部３は、送信領域１０１から送信ビームを送信する。上述のように、第１環領域１０１と第２環領域１０２とは、フレネルゾーン（フレネルリング）の原理に従って配列されている。従って、送信部３は、第１環領域１０１毎に同一の駆動信号を供給することにより、送信焦点ｆに収束する超音波を送信することができる。この際、各第１環領域１０１に供給される駆動信号への送信遅延時間は、中心周波数の一周期分だけずらされる。このように、第１環領域１０１毎に送信遅延時間を変化させればよいので、複雑な送信遅延時間の制御が必要なくなる。また、これに伴い、同一の第１環領域１０１内の送受信素子を共通接続することが可能となる。このフレネルゾーンの原理を利用することにより、送信に関する電子回路規模を大幅に削減することができる。
【０１６４】
受信動作期間において受信部４は、受信領域１０２からのエコー信号に基づいて受信ビームを形成する。上述のように、中心軸上の任意点からの超音波は、各第２環領域１０２内の複数の送受信素子で同時刻に受信される。受信部４は、同一の第２環領域１０２からのエコー信号に、受信焦点からの伝搬時間差に応じた共通の受信遅延時間を与える。従って、同一の第２環領域１０２内の送受信素子に対する受信遅延時間の制御を無くすことができる。また、これに伴い、同一の第２環領域１０２内の受信専用素子を共通接続することが可能となる。また、受信部４は、受信遅延時間を与える前に、エコー信号を加算することができる。このように、フレネルゾーンの原理を利用することにより、受信に関する電子回路規模を大幅に削減することができる。
【０１６５】
送信動作と受信動作とが完了すると、制御部５は、配列パターン２５０をアジマス方向に沿って一定量だけ移動させる。配列パターン２５０の移動は、送受信素子への送受信機能の割付と解除とにより行われる。より詳細には、制御部５は、配列パターン２５０の現在位置と移動量とに従って、振動子アレイ２４０上における移動後の配列パターン２５０の存在範囲を特定する。そして制御部５は、配列パターン２５０に従って、特定された存在範囲内の各送受信素子に対して送信機能と受信機能との少なくとも一方を割り付ける。
また、特定された存在範囲外の各送受信素子に送信機能または受信機能が割り付けられている場合、制御部５は、その送信機能または受信機能を解除する。これにより配列パターン２５０の移動が行われる。
【０１６６】
このように、移動開口スキャンにおいて制御部５は、移動方向に沿って配列パターン２５０を移動させながら超音波の送受信を行うように送信部３と受信部４とを制御する。従って、変形例の動作例５に係る超音波診断装置１は、送信ビームを一方方向に固定してスキャンを行う場合であっても、超音波プローブ２を移動させなくても、２次元状あるいは３次元状のスキャン領域をスキャンすることができる。
【０１６７】
（変形例の効果）
上述の通り、変形例に係る超音波プローブ２は、送受信素子のみを備えている。しかしながら、変形例に係る超音波診断装置は、第１〜９実施形態における光学回折理論に従う配列パターンに従って、送受信素子の送信機能と受信機能とを個別に切替えることができる。従って、変形例に係る超音波診断装置１は、第１〜９実施形態と同様に、近距離音場に最適化された超音波送受信を実行することができる。
【０１６８】
かくして、本実施形態によれば、近距離音場に関する画質向上を可能とする超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することが可能となる。
【０１６９】
なお、説明の簡単のため、本実施形態に係る動作例１〜６と変形例の動作例１〜５とを個別に説明したが、本実施形態に係る超音波診断装置１は、本実施形態に係る動作例１〜６と変形例の動作例１〜５との各々を適宜組み合わせて実行可能である。
【０１７０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。  
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。  
［Ｃ１］  
配列面に２次元状に配列された複数の振動子を具備する超音波プローブであって、  
前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子は、前記配列面に設けられた第１環領域に配列され、  
前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、前記配列面に設けられ、前記第１環領域に隣り合わせに配置され、前記第１環領域と同一の同心円中心を有する第２環領域に配列される、  
ことを特徴とする超音波プローブ。  
［Ｃ２］  
前記第１環領域が前記第２環領域の内側に設けられている場合、前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、さらに、前記配列面に設けられ前記同心円中心にオーバラップする中心領域に配列され、  
前記第１環領域が前記第２環領域の外側に設けられている場合、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子は、さらに、前記中心領域に配列される、  
Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ３］  
前記配列面には、前記同心円中心にオーバラップし、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ４］  
前記中心領域に前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子が配列されている場合、前記中心領域のサイズは、焦点深さとステアリング角度との組み合わせに応じて動的に変化する、Ｃ３記載の超音波プローブ。  
［Ｃ５］  
前記配列面には、前記同心円中心にオーバラップし、前記複数の送信専用素子と前記複数の受信専用素子とのうちのいずれも配列されず、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、請求項１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ６］  
前記配列面には、前記第１環領域及び前記第２環領域の外側に設けられた第４の環領域が設けられ、前記第４の環領域には、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれか一方が配列される、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ７］  
前記第４の環領域に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれか一方は、機能しない、Ｃ６記載の超音波プローブ。  
［Ｃ８］  
前記配列面には、前記第１環領域及び前記第２環領域の外側に設けられた第４の環領域が設けられ、前記第４の環領域には、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれも配列されていない、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ９］  
前記第１環領域と前記第２環領域とは、径方向に沿って繰り返し設けられる、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１０］  
前記第１環領域と前記第２環領域との両方は、円環形状を有し、  
前記第１環領域と前記第２環領域との各々は、ｎが整数であり、λが超音波の波長であり、ｆが前記配列面の中心から焦点までの距離である場合において、  
【数３】
2015213790.tif 000005
により規定される半径ｒｎを有する、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１１］  
前記第１環領域と前記第２環領域との少なくとも一方においては、前記複数の振動子は互いに間隔を空けて配列されている、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１２］  
前記複数の送信専用素子への駆動信号または前記複数の受信専用素子からの受信信号は、既定のアポダイゼーション関数により近似されている、Ｃ１１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１３］  
前記アポダイゼーション関数は、焦点深さに応じて変化する、Ｃ１２記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１４］  
前記第１環領域と前記第２環領域との何れか一方は、前記複数の受信専用素子が配列されている場合、ステアリング角度に応じて動的に変化する、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１５］  
前記ステアリング角度は、空間コンパウンド開口についての複数の受信動作期間の各々において、既定の角度に変化する、Ｃ１４記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１６］  
前記第１環領域と前記第２環領域との何れか一方に前記複数の受信専用素子が配列され、前記複数の受信専用素子のうちの一部分は、合成開口を生成するための複数の受信動作期間の各々において駆動される、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１７］  
前記配列面には、前記第１環領域及び前記第２環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップし、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１８］  
前記配列面には、前記第１環領域及び前記第２環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域が設けられ、前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、前記中心領域に配列され、前記中心領域は、アラゴスポットとして機能する、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ１９］  
前記配列面には、前記第１環領域及び前記第２環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域が設けられ、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との何れか一方は、前記中心領域に配列される、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ２０］  
前記第１環領域と前記第２環領域との両方に関するサイズは、焦点深さとステアリング角度とに応じて変化する、Ｃ１記載の超音波プローブ。  
［Ｃ２１］  
配列面に２次元状に配列された複数の送受信素子と、  
前記複数の送受信素子に超音波送信のための駆動信号を供給する送信部と、  
前記複数の送受信素子からのエコー信号を超音波受信のために信号処理する受信部と、  
前記複数の送受信素子のうちの一部分から構成される振動子パターンが送受信動作期間毎に前記配列面を一方向に沿って既定量だけ移動するように前記送信部と前記受信部とを制御する制御部とを具備する超音波診断装置であって、  
前記振動子パターンは、前記複数の送受信振動子のうちの超音波送信に利用される複数の送信専用素子が配列された第１環領域と、  
前記第１環領域に隣り合わせに配置され、前記第１環領域と同一の同心円中心を有し、  
前記複数の送受信振動子のうちの超音波受信に利用される複数の受信専用素子が配列される第２環領域と、を有する、  
ことを特徴とする超音波診断装置。  
［Ｃ２２］  
前記制御部は、前記複数の送信専用素子に駆動信号を供給するように前記送信部を制御し、前記複数の受信専用素子からのエコー信号を信号処理するように前記受信部を制御する、ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２３］  
前記制御部は、前記配列面に搭載される前記複数の送受信素子のうちの前記振動子パターンを構成する送受信素子以外の送受信素子を超音波送信と超音波受信との両方に利用しないように前記送信部と前記受信部とを制御する、ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２４］  
前記第１環領域と前記第２環領域との両方のサイズは、焦点深さとステアリング角度との両方に応じて動的に変化する、ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２５］  
前記振動子パターンは、前記第１環領域及び前記第２環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域を有し、  
前記制御部は、前記第１環領域が前記第２環領域の内側に設けられている場合、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を複数の受信専用素子に割り当て、前記第１環領域が前記第２環領域の外側に設けられている場合、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を複数の送信専用素子に割り当てる、  
ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２６］  
前記振動子パターンは、前記第１環領域及び前記第２環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域を有し、  
前記制御部は、前記中心領域をアラゴスポットとして利用するために、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を送信専用素子と受信専用素子との両方に割り当てない、
ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２７］  
前記振動子パターンは、前記第１環領域及び前記第２環領域の外側に設けられた第４の環領域を有し、  
前記制御部は、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を送信専用素子と受信専用素子との両方に割り当てない、  
ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２８］  
前記第１環領域と前記第２環領域とは、径方向に沿って繰り返し設けられる、ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ２９］  
前記第１環領域と前記第２環領域との両方は、円環形状を有し、  
前記第１環領域と前記第２環領域との各々は、ｎが整数であり、λが超音波の波長であり、ｆが前記振動子パターンの中心から焦点までの距離である場合において、  
【数４】
2015213790.tif 000006
により規定される半径ｒｎを有する、  
ことを特徴とするＣ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ３０］  
前記制御部は、前記第２環領域に含まれる前記複数の受信専用素子のうちの一部分を、合成開口を生成するために、複数の受信動作期間の各々において駆動する、Ｃ２１記載の超音波診断装置。  
［Ｃ３１］  
２次元状に配列された複数の振動子と、  
前記複数の振動子のうちの第１の環領域に配列された振動子に送信機能を割り付け、前記複数の振動子のうちの第２の環領域に配列された振動子に受信機能を割り付ける制御部であって、前記第２の環領域は、前記第１環領域に隣り合わせに配置され、前記第１環領域と同一の同心円中心を有する制御部と、  
前記複数の振動子のうちの送信機能が割り付けられた振動子に駆動信号を供給する送信部と、  
前記複数の振動子のうちの受信機能が割り付けられた振動子からのエコー信号に基づいて受信信号を生成する受信部と、  
を具備する超音波診断装置。  
【符号の説明】
【０１７１】
１…超音波診断装置、２…超音波プローブ、３…送信部、４…受信部、５…制御部、６…信号処理部、７…画像発生部、８…記憶部、９…表示部、１０…振動子アレイ、１１…第１環領域、１２…第２環領域、１３…中心領域、１４…マージン領域
【図１】
2015213790.tif 000007
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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