(57)【要約】【課題】チャンネル数を増加させることなく、設定する環状領域を幅を狭め、焦点音圧を高めることが可能な超音波撮像装置を提供する。【解決手段】制御部は、反射波の波面５１〜５４と探触子１の２次元平面との交線に沿って、信号線よりも多い数の環状領域４２１〜４２ｐを設定する。制御部は、設定した複数の環状領域のうち焦点との距離が超音波波長λの整数倍ずつ異なる複数の環状領域（０，０）、（０，１）、（０，２）を選択し、選択した複数の環状領域内に位置する振動素子を、同一の信号線に接続する。これにより、選択した複数の環状領域から受信信号同士は、波長に相当する時間ずつずれた複数の時刻に到着し、互いに打ち消し合わない。また、信号線よりも多い数の環状領域を設定することができ、環状領域の幅を狭めることができる。【選択図】図６
2008173148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元平面に配列された複数の振動素子を備え、所定の焦点に超音波を送信し、その反射波を受信する探触子と、前記振動素子よりも少ない数の複数の信号線と、前記複数の振動素子を前記複数の信号線のうちの選択したいずれかの信号線に接続する選択部と、前記選択部の動作を制御する制御部と、前記複数の信号線から出力される信号を信号線ごとに所定量遅延させて加算する遅延加算回路とを有し、
前記制御部は、前記反射波の波面と前記２次元平面との交線に沿って、前記信号線よりも多い数の環状領域を設定し、当該複数の環状領域のうち前記焦点との距離が前記超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の環状領域を選択し、選択した複数の環状領域内に位置する前記振動素子を、前記選択部により同一の前記信号線に接続させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、前記焦点を中心とし、半径が予め定めた一定の値ずつ異なる複数の同心球を想定し、当該複数の同心球と前記２次元平面との交線により区切られる領域を、前記環状領域として設定することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、前記信号線の数はＭ本であり、１以上Ｍ以下の予め定めた整数をＮ１、前記超音波波長をλとした場合、前記複数の同心球の半径は、λ／Ｎ１ずつ異なることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、隣接しない環状領域を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、隣接する環状領域の間に不使用環状領域を設定し、該不使用環状領域内に位置する振動素子は、前記選択部によっていずれの信号線にも接続しないことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、前記焦点の位置が変化した場合には、それに応じて、前記環状領域の位置および選択を変更することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は記憶部を有し、前記焦点として設定し得る位置のそれぞれについて、前記環状領域を設定し選択する演算を予め行い、その演算結果を前記記憶部に格納し、前記反射波の受信時には、その時点の焦点位置に対応する前記演算結果を前記記憶部から読み出して、前記選択部を制御することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
第１方向と第２方向との２次元で配列された複数の振動素子を備え、所定の焦点に波長λの超音波を送信し、その反射波を受信する探触子と、前記振動素子よりも少ないＭ本の信号線と、前記複数の振動素子をそれぞれ前記複数の信号線のうちの選択したいずれかの信号線に接続する選択部と、前記選択部の動作を制御する制御部と、前記複数の信号線から出力される信号を信号線ごとに所定量遅延させて加算する遅延加算回路とを有し、
前記制御部は、前記焦点と前記複数の振動素子との距離の最大値をＲｍａｘとし、前記焦点と前記複数の振動素子との距離の最小値をＲｍｉｎとし、前記第１方向及び前記第２方向の各々についてi番目及びj番目に位置する前記振動素子と前記焦点との距離をＲｉｊとし、Ｒｍｉｎ以上Ｒｍａｘ以下の予め定めた実数をＲ０とし、１以上Ｍ以下の予め定めた整数をＮ１とし、０以上Ｎ１−１以下の任意の整数をｎ１（ｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１）とし、０以上（Ｒｍａｘ−Ｒ０）／λ以下の予め定めた整数をＮ２とし、０以上Ｎ２−１以下の任意の整数をｎ２（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）とするときに、下記数１を満たすＲｉｊの複数の振動素子から構成される環状領域を、ｎ１とｎ２の組み合わせごとに設定し、
Ｒ０＋ｎ２・λ＋ｎ１・（λ／Ｎ１）＜Ｒｉｊ≦Ｒ０＋ｎ２・λ＋（ｎ１＋１）・（λ／Ｎ１）・・・（数１）
前記制御部は、設定した複数の前記環状領域のうちの所定の複数の環状領域を選択し、選択した複数の環状領域を構成する前記振動素子を前記選択部により同一の信号線に接続させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、設定した複数の前記環状領域のうち、前記焦点との距離が前記超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の環状領域を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の超音波撮像装置において、前記制御部は、前記数１においてｎ１とｎ２の組み合わせで設定された環状領域を（ｎ１，ｎ２）と表す場合、ｍ番目の前記信号線に対しては、（ｍ，０）、（ｍ，１）、（ｍ，２）…（ｍ，Ｎ２−１）で表されるＮ２個の環状領域を選択し、その振動素子を接続させることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
２次元平面に配列された複数の振動素子を備え、所定の焦点に超音波を送信し、その反射波を受信する探触子と、前記振動素子よりも少ない数の複数の信号線と、前記複数の振動素子を前記複数の信号線のうちの選択したいずれかの信号線に接続する選択部と、前記選択部の動作を制御する制御部と、前記複数の信号線から出力される信号を信号線ごとに所定量遅延させて加算する遅延加算回路とを有し、
前記制御部は、前記信号線よりも多い数の、任意の形状の領域を設定し、領域に属する振動素子と前記焦点との距離の平均値あるいは代表値を算出し、当該複数の領域のうち前記焦点との距離の平均値あるいは代表値が前記超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の領域を選択し、選択した複数の領域内に位置する前記振動素子を、前記選択部により同一の前記信号線に接続させることを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置に関し、特に、超音波２次元探触子を構成する振動素子の出力信号を複数本ずつ束ねてチャンネル数を低減する構成の医療用超音波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、 3次元撮像機能を備えた超音波撮像装置が製品化・臨床応用のフェーズに急速に移行しつつある。3次元撮像機能を備えた超音波撮像装置は、探触子として数千程度と多数の振動素子を備えたものを用いるため、それらの出力信号を複数素子ずつ束ね、撮像装置本体の入出力チャンネル数である１００〜２００チャンネルの信号まで低減する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、整相回路を２段階に分割し、複数の振動素子を１つのサブチャンネルに束ねるサブ整相回路を探触子内に格納し、複数のサブチャンネルを１つのチャンネルに束ねるメイン整相回路を装置本体に格納する構成が開示されている。これにより、サブチャンネルおよびチャンネルの形状を動的に制御して、同じチャンネルに束ねられる振動素子の分布の幅を偏向方向がどの場合にも１振動素子分にしてビームの劣化を抑制することが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、送波または受波の焦点から２次元配列振動素子２０に下ろした垂線を中心として、２次元配列振動素子２０を複数の同心リング領域に分割し、同心リング領域内の振動素子群を１本の信号線に接続する構成が開示されている（特許文献２の図２参照）。リング領域の振動素子群は焦点からの距離がほぼ等しく、各振動素子の受波信号の位相はほぼ同相である。同位相の複数信号は、加算しても打ち消し合わないため、特許文献２の構成では、リング領域の振動素子群を１本の信号線に接続することにより振動素子群の信号を束ねた後、同一の遅延量を与え、他のリング領域の振動素子群が接続された信号線の信号と加算することにより整相している。これにより、信号線数（チャンネル数）はリング領域の数に低減でき、遅延回路は信号線ごとに配置すればよいため、遅延回路数を低減することができる。
【特許文献１】特開２００５−３４６３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８６４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の２段階整相回路によれは、サブ整相回路の出力時はチャンネル数がまだ充分に低減されておらず、サブ整相回路とメイン整相回路間のチャンネル数は数百程度ある。サブ整相回路とメイン整相回路間は実装上は探触子と装置本体をつなぐケーブルにあたるが、数百のチャンネルを束ねたケーブルでも装置の操作性を損なわないためには、汎用ケーブルより格段に径が細い専用ケーブルを開発する必要がある。しかし、専用ケーブルの開発には高いコストがかかるため、装置の価格が高くなるという問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載のリング領域に分割する技術は、一つのリング領域の幅（内周径と外周径との差）が大きいと、内周付近の振動素子と外周付近の振動素子の信号位相の差が無視できなくなり、振動素子群を１本の信号線に接続する信号を束ねる際に信号が相殺され、整相の精度が低下する。設定できるリング領域の数は信号線と同数であるため、リング領域の幅を所定値以上に狭めることはできない。
【０００７】
本発明の目的は、チャンネル数を増加させることなく、設定する環状領域を幅を狭め、焦点音圧を高めることが可能な超音波撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の超音波撮像装置は、２次元平面に配列された複数の振動素子を備え、所定の焦点に超音波を送信し、その反射波を受信する探触子と、振動素子よりも少ない数の複数の信号線と、複数の振動素子を複数の信号線のうちの選択したいずれかの信号線に接続する選択部と、選択部の動作を制御する制御部と、複数の信号線から出力される信号を信号線ごとに所定量遅延させて加算する遅延加算回路とを有し、制御部は、反射波の波面と２次元平面との交線に沿って、信号線よりも多い数の環状領域を設定する。制御部は、設定した複数の環状領域のうち焦点との距離が超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の環状領域を選択し、選択した複数の環状領域内に位置する振動素子を、選択部により同一の信号線に接続させる。
【０００９】
これにより、信号線よりも多い数の環状領域を設定することができ、環状領域の幅を狭めることができる。よって、同一環状領域内の振動素子の信号は、狭い時間幅で分布するため、位相ずれ量が小さく、同一の信号線に接続されることにより加算した場合の信号同士の相殺を低減することができる。また、焦点との距離が超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の環状領域を選択することにより、選択した複数の環状領域から受信信号同士は、波長に相当する時間ずつずれた複数の時刻に到着し、互いに打ち消し合わない。これにより、信号線数（チャンネル数）を増加させることなく、信号の打ち消し合いを防止でき、焦点音圧を改善することができる。
【００１０】
上記制御部は、焦点を中心とし、半径が予め定めた一定の値ずつ異なる複数の同心球を想定し、複数の同心球と前記２次元平面との交線により区切られる領域を、環状領域として設定する構成にすることが可能である。例えば、信号線の数はＭ本であり、１以上Ｍ以下の予め定めた整数をＮ１、超音波波長をλとした場合、複数の同心球の半径を、λ／Ｎ１ずつ異ならせることにより、環状領域を設定することができる。これにより、複数の信号線の遅延量は、一定量ずつずれた値となるため正確に遅延させることが可能になる。
【００１１】
上記制御部は、隣接しない環状領域を選択することが望ましい。制御部は、隣接する環状領域の間に不使用環状領域を設定し、不使用環状領域内に位置する振動素子は、選択部によっていずれの信号線にも接続しない構成にすることも可能である。
【００１２】
上記制御部は、焦点の位置が変化した場合には、それに応じて、環状領域の位置および選択を変更することが望ましい。そのために制御部は、焦点として設定し得る位置のそれぞれについて、予め、環状領域を設定し選択する演算を行って、その演算結果を記憶部に格納しておくことが可能である。反射波の受信時には、その時点の焦点位置に応じて記憶部に格納された演算結果を読み出して、選択部を制御する。これにより、焦点位置が変更される度に演算を行う必要がなく、焦点位置の変化に迅速に対応することが可能である。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第２の態様による超音波撮像装置は、第１方向と第２方向との２次元で配列された複数の振動素子を備え、所定の焦点に波長λの超音波を送信し、その反射波を受信する探触子と、振動素子よりも少ないＭ本の信号線と、複数の振動素子をそれぞれ複数の信号線のうちの選択したいずれかの信号線に接続する選択部と、選択部の動作を制御する制御部と、複数の信号線から出力される信号を信号線ごとに所定量遅延させて加算する遅延加算回路とを有し、制御部は、焦点と前記複数の振動素子との距離の最大値をＲｍａｘとし、焦点と複数の振動素子との距離の最小値をＲｍｉｎとし、第１方向及び第２方向の各々についてi番目及びj番目に位置する振動素子と焦点との距離をＲｉｊとし、Ｒｍｉｎ以上Ｒｍａｘ以下の予め定めた実数をＲ０とし、１以上Ｍ以下の予め定めた整数をＮ１とし、０以上Ｎ１−１以下の任意の整数をｎ１（ｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１）とし、０以上（Ｒｍａｘ−Ｒ０）／λ以下の予め定めた整数をＮ２とし、０以上Ｎ２−１以下の任意の整数をｎ２（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）とするときに、下記数１を満たすＲｉｊの複数の振動素子から構成される環状領域を、ｎ１とｎ２の組み合わせごとに設定する。
Ｒ０＋ｎ２・λ＋ｎ１・（λ／Ｎ１）＜Ｒｉｊ≦Ｒ０＋ｎ２・λ＋（ｎ１＋１）・（λ／Ｎ１）・・・（数１）
制御部は、設定した複数の環状領域のうちの所定の複数の環状領域を選択し、選択した複数の環状領域を構成する振動素子を選択部により同一の信号線に接続させる。
【００１４】
これにより、信号線数よりも多いＮ１×Ｎ２個の環状領域を設定することができ、環状領域の幅を狭めることができる。よって、同一環状領域内の振動素子の信号を加算した場合でも信号同士の相殺を低減することができる。また、複数の環状領域は、焦点との距離がλ／Ｎ１ずつ異なるため、複数の信号線の遅延量は、一定量ずつずれた値となるため正確に遅延させることが可能になる。これにより、信号線数（チャンネル数）を増加させることなく、信号の打ち消し合いを防止でき、焦点音圧を改善することができる。
【００１５】
制御部は、設定した複数の環状領域のうち、焦点との距離が超音波波長の整数倍ずつ異なる複数の環状領域を選択する構成にすることができる。例えば、制御部は、数１においてｎ１とｎ２の組み合わせで設定された環状領域を（ｎ１，ｎ２）と表す場合、ｍ番目の前記信号線に対しては、（ｍ，０）、（ｍ，１）、（ｍ，２）…（ｍ，Ｎ２−１）で表されるＮ２個の環状領域を選択し、それらの振動素子を接続させる。これにより、選択した複数の環状領域から受信信号同士は、到着時刻が距離λに相当する時間ずつずれており、打ち消し合わない。これにより、焦点音圧を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超音波撮像装置では、幅の狭い環状領域を信号線数よりも多く設定できるため、狭い時間幅で分布する受信パルスが得られる。また、複数の環状領域を選択して１本の信号線に接続する際に焦点との距離が超音波波長だけずれた環状領域を選択することにより、それらの環状領域のパルスは、到着時刻が、時間軸上に超音波の波長に相当する時間ずつずれ、パルス同士で相殺しない。よって、偏向角が大きい場合でも遅延加算において音圧の相殺をおこさせずに焦点音圧を増幅でき、探触子正面以外でも探触子正面の画質に近い画像を得ることができる。
【００１７】
このように本発明は、信号線数を増加させる必要がないため、探触子と装置本体間は汎用ケーブルで実装できる。また、焦点音圧を１００〜３００％程度改善することができる。偏向角が大きい場合であっても充分な焦点音圧を確保することができるため、探触子正面以外でも探触子正面の画質に近い画像が得られる超音波撮像装置を、コストをかけずに実現可能になる。
【００１８】
また、環状領域の幅は、極限的には振動素子の幅まで狭めることができる。この場合、信号線に対して遅延量を与えることにより、隣接する振動素子に異なった遅延量を与えることが可能であり、高画質な３次元画像を撮像可能になる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態の超音波撮像装置の構成について、図１、図２および図３を用いて説明する。図１に示したように、本実施の形態の超音波撮像装置は、探触子１と、装置本体３と、これらを接続する選択部２とを有している。
【００２０】
探触子１は、図２のように第１方向１１と第２方向１２の２次元に配列されたＮ個の振動素子１ａ１〜１ａＮを含み、所定の波長の超音波を送受信する。選択部２は、探触子１の振動素子が配列された２次元平面に、焦点位置に応じて複数の環状領域を設定し、複数の環状領域のうち所定の複数の環状領域を選択して、それらの環状領域に含まれる振動素子を１本の信号線に接続するスイッチングを行う。他の所定数の環状領域については、別の信号線に接続する。これをすべての環状領域について行うことにより、環状領域数よりも少ない数の信号線で装置本体３と連結する。
【００２１】
具体的には、探触子１および選択部２は図３のように構成される。選択部２は、Ｎ個のスイッチ２ａ１〜２ａＮと、Ｍ本の信号線２ｂ１〜２ｂＭを有している。Ｎ個のスイッチ２ａ１〜２ａＮは、探触子１のＮ個の振動素子１ａ１〜１ａＮとＮ本の信号線により１対１で接続されている。スイッチ２ａ１〜２ａＮは、それぞれ装置本体３の制御部１１の指示に応じて、Ｎ個の振動素子１ａ１〜１ａＮをＭ本の信号線２ｂ１〜２ｂＭのいずれかに選択的に接続する。このとき、制御部１１は後述するように振動素子が配置された２次元平面を複数の環状領域に仮想的に分割し、複数の環状領域から所定数の環状領域を選択し、それに含まれる振動素子群を１本の信号線に接続させるように各スイッチ２ａ１〜２ａＮに制御信号を出力する。
【００２２】
これにより、所定数の環状領域に位置する複数の振動素子が、同一の１本の信号線に接続されることになるため、受波時には、これら複数振動素子から出力される複数の信号は１本の信号線を流れることにより加算され、束ねられた一つの信号となる。よって、受波時にはＮ個の振動素子１ａ１〜１ａＮからのＮ本の信号をＭ本に低減して装置本体３に出力することができる。
【００２３】
装置本体３は、図１に示すように送受分離スイッチ４、送信ビームフォーマ５、増幅部６、受信ビームフォーマ７、信号処理部８、３次元メモリ９、表示部１０および制御部１１を備えている。送受分離スイッチ４は、選択部２と接続され、送信時には送信ビームフォーマ５と選択部２とを連結し、受信時には増幅部６と選択部２とを連結する。
【００２４】
受波時には、選択部２によってＭ本に束ねられた受信信号は、増幅部６によってそれぞれ増幅され、受信ビームフォーマ７において、Ｍ本の信号線ごとに所定の遅延量で遅延させる遅延処理が行われた後、Ｍ本の信号線の信号を１本に束ねる加算処理が行われることにより整相加算され、さらにディジタル信号化されて受信データとなる。よって、受信ビームフォーマ７は、Ｍ本の信号線についてそれぞれ遅延回路を備えている。
【００２５】
受信ビームフォーマ７から出力される受信データは、信号処理部８で画像を構成するための信号処理を施されて３次元メモリ９に蓄積され、表示手段１０によって画像表示される。
【００２６】
送波時には、制御部１１の指示に応じて送信ビームフォーマ５が、振動素子１ａ１〜１ａＮに所定の超音波を所定の焦点位置に送信させるために、所定の周波数の信号の位相を所定量ずつ遅延させて送受分離スイッチ４に受け渡す。送受分離スイッチ４は、選択部２を介して、各振動素子１ａ１〜１ａＮに信号を受け渡す。選択部２は、送波時においても、受波時と同様にスイッチングすることが可能である。また、所定の焦点位置に対して送波可能であれば別の手法によりスイッチングする構成にすることもできる。
【００２７】
制御部１１は、環状領域の設定演算を行った後、演算結果の環状領域を設定して、選択する環状領域に位置する振動素子を所定の信号線に接続するように選択部２を制御する。また、制御部１１は、装置本体３の各部を制御し、送信ビーム方向、受信ビーム方向、遅延量、表示などの制御を行う。
【００２８】
図４に、制御部１１の詳細な構成を示す。制御部１１はＩ／Ｏ部１１１、ＣＰＵ１１２、ＲＯＭ１１３、ＲＡＭ１１４とを含んでいる。ＲＡＭ１１４の中にはパタン算出プログラム１１４１と設定ファイル１１４２が格納されている。パタン算出プログラム１１４１は、焦点位置に応じて、演算により環状領域を設定し、さらに環状領域を選択して、それらの環状領域の振動素子を所定の信号線に接続させる対応関係（チャンネル数低減パタン）を算出するものである。ＣＰＵ１１２は、工場出荷時など、超音波撮像装置の初期設定時に、パタン算出プログラム１１４１を読み込んで実行することにより、設定可能な焦点位置ごと、および、ユーザが設定可能な後述のパラメータ（Ｒ０、Ｎ１、Ｎ２、ｎ３）ごとにチャンネル数低減パタンを計算し、計算結果をＲＡＭ１１４内の設定ファイル１１４２に格納する。ＣＰＵ１１２は、実際の超音波撮像時に、その時点の焦点位置およびユーザが設定したパラメータ（Ｒ０、Ｎ１、Ｎ２、ｎ３）に対応するチャンネル数低減パタンを設定ファイル１１４２から読み出し、選択部２に受け渡す。選択部２は、受け取ったチャンネル数低減パタンに従って選択部２のスイッチ２ａ１〜２ａＮを動作させ、所定の振動素子を所定の信号線に連結する。
【００２９】
ここで、制御部１１がＮ対Ｍのチャンネル数低減を実現する動作の概要について、図５および図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００３０】
図５は、制御部１１が探触子１上に設定する環状領域の基本的なパタンを示す図である。焦点４１０に点音源４１１を仮想する。探触子１の振動素子１ａ１〜１ａＮには、点音源４１１の作る超音波（反射波）の波面（球面）４１２と探触子１の２次元配列面１１０との交線４２０に沿った形状の環状領域４２１〜４２pが設定される。
【００３１】
すなわち、探触子１が受波する超音波の波長をλとし、焦点４１０と複数の振動素子１ａ１〜１ａＮとの距離の最大値をＲｍａｘ４３とし、焦点４１０と複数の振動素子１ａ１〜１ａＮとの距離の最小値をＲｍｉｎ４４とし、探触子１の第１方向１１及び第２方向１２の各々についてｉ番目及びｊ番目に位置する振動素子と焦点との距離をＲｉｊとし、下記数１により環状領域を設定すべき探触子１上の領域の一端と焦点との距離をＲ０４５（Ｒｍｉｎ以上Ｒｍａｘ以下の実数）とし、選択部の出力信号の数をＭとし、１以上Ｍ以下の予め定めた整数をＮ１とし、０以上Ｎ１−１以下の任意の整数をｎ１（ｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１）とし、下記数１により環状領域を設定する領域の他端を規定するための０以上（Ｒｍａｘ−Ｒ０）／λ以下の予め定めた整数をＮ２とし、０以上Ｎ２−１以下の任意の整数をｎ２（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）とするときに、環状領域４２２〜４２ｐはそれぞれ、ｎ１（ｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１）とｎ２（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）との組み合わせごとに、下記数１を満たすＲｉｊの振動素子の群により構成されている。なお、Ｎ１は、数１で設定される環状領域の振動素子を接続する信号線の数（１≦Ｎ１≦Ｍ）であり、音軸方向の分解能と焦点音圧の優先度の設定を意味する。
Ｒ０＋ｎ２・λ＋ｎ１・（λ／Ｎ１）＜Ｒｉｊ≦Ｒ０＋ｎ２・λ＋（ｎ１＋１）・（λ／Ｎ１）    ・・・（数１）
【００３２】
上記数１によって設定される環状領域を、図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。数１において、左辺および右辺には、それぞれ（Ｒ０＋ｎ２・λ）の項が含まれている。この項により、図６（ａ）のように、焦点４１０からの距離が（Ｒ０＋ｎ２・λ）（ただし、ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）のＮ２個の波面５１〜５４と探触子１の２次元平面との交線により区切られる環状領域５１ａ〜５４ａが、探触子１の２次元平面上の一端Ｒ０から外側に向かって順次設定される。波面５１〜５４の間隔は、超音波波長λである。
【００３３】
また、数１において、左辺および右辺には、それぞれｎ１・（λ／Ｎ１）および（ｎ１＋１）・（λ／Ｎ１）の項が含まれている。この項により、ｎ２の各値（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）ごとに、ｎ１をｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１のそれぞれの値に設定することにより、図６（ｂ）のように、図６（ａ）で設定した環状領域５１ａ〜５４ａは、焦点からの距離がλ／Ｎ１ずつ異なる波面でさらにＮ１個ずつに分割される。これにより、焦点からの距離がλ／Ｎ１ずつ異なる波面と探触子１の２次元平面上との交線により区切られた環状領域４２２〜４２ｐが設定される。数１により設定される環状領域４２２〜４２ｐの数は、ｎ１とｎ２との組み合わせであるから、Ｎ１×Ｎ２個である。ｎ１とｎ２の組み合わせにより数１で規定される環状領域を（ｎ１、ｎ２）で表す場合、図６（ｂ）のようにＮ１＝４、Ｎ２＝３のときには、ｎ２＝０の領域５１ａには（０，０）、（１，０）、（２，０）、（３，０）の４つの領域が設定され、ｎ２＝１の領域５２ａには（０，１）、（１，１）、（２，１）、（３，１）の４つの領域が設定され、ｎ２＝２の領域５３ａには（０，２）、（１，２）、（２，２）、（３，２）の４つの領域が設定される。
【００３４】
数１の数式で設定される環状領域４２２〜４２ｐよりも内側および／または外側に位置する振動素子は、別途確保した任意の数ｎ３個の環状領域４２１等に対応させる。図６（ａ）の場合、領域４２１は、Ｒ０の波面と探触子１との交線と、探触子１のＲｍｉｎ側の端部との間の領域であり、（Ｍ−Ｎ１）本確保されている信号線のいずれかに接続される。
【００３５】
環状領域４２１〜４２ｐの設定方法を、Ｎ１＝４、Ｎ２＝２の場合の具体例を図７を用いて説明する。図７のように、探触子１の２次元平面をＲ０４５＝４８１から間隔λの波面との交線４７１、４７２、４７３によりＮ２＝２個の領域４６１、４６２に区切る。各領域の境界線（交線）４７１，４７２，４７３は、焦点４１０からの距離４８１、４８２、４８３がそれぞれＲ０、Ｒ０＋λ、Ｒ０＋２・λである。次に、各領域４６１、４６２の内部を、間隔λ／Ｎ１＝λ／４の波面と探触子１の２次元平面との交線４１０２〜４１０４によりＮ１＝４個の環状領域４９１、４９２、４９３、４９４に分割する。各領域の境界線（交線）４１０１、４１０２、４１０３、４１０４、４１０５は、焦点４１０からの距離４１１１、４１１２、４１１３、４１１４、４１１５がそれぞれＲ０＋１・λ＋０・（λ／４）、Ｒ０＋１・λ＋１・（λ／４）、Ｒ０＋１・λ＋２・（λ／４）、Ｒ０＋１・λ＋３・（λ／４）、Ｒ０＋１・λ＋４・（λ／４）である。
【００３６】
つぎに、環状領域とこれを接続する信号線の選択について説明する。選択部２は、数１で設定されたＮ１×Ｎ２個の環状領域のうち、隣接しない複数の環状領域を選択し、１本の信号線に接続することにより、チャンネル数を低減する。すなわち、Ｎ１本の信号線の番号を表す０以上Ｎ１−１以下の整数をｍ（ｍ＝０，１，・・・Ｎ１−１）とし、環状領域を（ｎ１、ｎ２）で表す場合、ｍ番目の信号線に対して、ｎ１がｍに等しく（ｎ１＝ｍ）、ｎ２がｎ２＝０、１、・・・、Ｎ２−１の各値である環状領域（ｍ、ｎ２）（Ｎ２個）をすべて選択し、これらの領域の振動素子をｍ番目の信号線に接続する。よって、信号線ｍに接続される環状領域は、数２のように表される。これがチャンネル数低減パタンである。
（ｍ、ｎ２）      ｎ２＝０、１、・・・、Ｎ２−１  ・・・（数２）
【００３７】
例えば図６（ｂ）の場合、選択部２は、ｍ＝０番目の信号線に環状領域（０，０）、（０，１）、（０，２）の振動素子を接続し、ｍ＝１番目の信号線に環状領域（１，０）、（１，１）、（１，２）の振動素子を接続し、ｍ＝２番目の信号線に環状領域（２，０）、（２，１）、（２，２）の振動素子を接続する。
【００３８】
なお、数１で設定した環状領域４２２〜４２ｐの内側および／または外側の環状領域４２１等は、上記Ｎ１本の信号線とは異なる信号線ｍ’に接続する。もしくは、環状領域４２１等は、いずれの信号線とも接続しない構成にすることも可能である。
【００３９】
ここで制御部１１のＣＰＵ１１２が、パタン算出プログラム１１４１を読み込んで実行することにより、超音波撮像装置の初期設定時にチャンネル数低減パタンを算出する手順を、図８のフロー図を用いて説明する。
【００４０】
まず、環状領域設定ステップ５１では、Ｎ個の振動素子を環状領域４２１〜４２ｐに対応させる演算を行う。例えば、Ｎ個の振動素子と環状領域との対応付けを表す行列Ａを算出することによりこれを行う。環状領域選択ステップ５２では、環状領域Ｎ２個と信号１本を対応させる演算を行う。例えば、環状領域と信号線との対応付けを表す行列Ｂを算出することによりこれを行う。さらにステップ５３において、Ｎ個の振動素子と信号線との対応付けを上記ステップ５１および５２の結果を用いて演算する。例えば、振動素子と環状領域の対応Ａと、環状領域と信号の対応Ｂの積Ａ・Ｂがチャンネル数低減パタンであるので、これをチャンネル数低減パタン算出ステップ５３で算出する。設定ファイル作成ステップ５４でチャンネル数低減パタンを設定ファイル１１４２に書き込み、保存する。これらステップ５１〜５４は、設定可能な焦点位置ごと、および、ユーザが設定可能な後述のパラメータ（Ｒ０、Ｎ１、Ｎ２、ｎ３）ごとに演算し、設定ファイル１１４２に保存する。
【００４１】
撮像時には、ＣＰＵ１１２が、ユーザが設定したパラメータおよびその時点の焦点位置に対応するチャンネル数低減パタンを設定ファイル１１４２から読み出し、選択部２に受け渡す。選択部２は、受け取ったパタンに従ってスイッチング動作を行うことによりチャンネル数低減を実現する。
【００４２】
上記環状領域設定ステップ５１を、図９を用いて具体的に説明する。まず、超音波の波長λ、振動素子の座標（ｘｉｊ，ｙｉｊ，０）、出力信号線の数Ｍを制御部１１内のメモリから取り込み、焦点の座標（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）は予め定められた合焦可能な範囲内の任意の位置に設定する（ステップ５１１）。焦点と振動素子との距離の最大値Ｒｍａｘ，最小値Ｒｍｉｎを算出する（ステップ５１２）。つぎに、数１により環状領域を設定すべき探触子１上の領域の一端と焦点との距離をＲ０（Ｒｍｉｎ以上Ｒｍａｘ以下の実数）の入力をユーザが設定可能な範囲内の任意の値に設定する（ステップ５１３）。さらに、１以上Ｍ以下の任意の整数Ｎ１、および数１により環状領域を設定すべき探触子１上の領域の他端を規定する整数Ｎ２（０以上（Ｒｍａｘ−Ｒ０）／λ以下の整数）を、ユーザが設定可能な範囲内の任意の値に設定する（ステップ５１４）。なお、Ｎ１は、数１で設定される環状領域の振動素子を接続する信号線の数（１≦Ｎ１≦Ｍ）であり、音軸方向の分解能と焦点音圧の優先度の設定を意味する。
【００４３】
ｎ１（ｎ１＝０，１，・・・Ｎ１−１）とｎ２（ｎ２＝０，１，・・・Ｎ２−１）の組み合わせ（ｎ１，ｎ２）について、ステップ５１１〜５１３の各値を代入した数１を満たす振動素子を対応させることにより、Ｎ１×Ｎ２個の環状領域（ｎ１，ｎ２）を設定する（ステップ５１５）。
Ｒ０＋ｎ２・λ＋ｎ１・（λ／Ｎ１）＜Ｒｉｊ≦Ｒ０＋ｎ２・λ＋（ｎ１＋１）・（λ／Ｎ１）  ・・・（数１）
【００４４】
最後に、数１で規定される環状領域（ｎ１，ｎ２）のいずれにも対応しなかった振動素子ｉｊに対応させるための環状領域４２１等を任意の数ｎ３個確保し、これら振動素子ｉｊをｎ３個の環状領域に対応させる（ステップ５１６）。対応付けは、ユーザが選択可能なように、複数種類用意することができる。
【００４５】
つぎに、図８の環状領域選択ステップ５２について、図１０を用いて具体的に説明する。まず、信号線の番号を表す０以上Ｎ１−１以下の整数ｍと、環状領域を指定する整数（ｎ１、ｎ２）を、ステップ５１から受け取り（ステップ５２１）、ｍで指定される信号線に対して
（ｍ、ｎ２）      ｎ２＝０、１、．．．．、Ｎ２−１  ・・・（数２）
で指定されるすべての環状領域を選択し対応させる（ステップ５２２）。これを、ｍ＝０，１，２・・・Ｎ１−１についてそれぞれ行う。
【００４６】
上述のステップ５１６で設定されたｎ３個の環状領域は、環状領域（ｎ１、ｎ２）とは異なる環状領域であるため、ステップ５２１で用いたＮ１本の信号線とは異なる信号線ｍ’（１本以上Ｍ−Ｎ１本以下）に対応させる（ステップ５２３）。この対応付けについてもユーザが選択可能なように、複数種類用意することができる。
【００４７】
以上の各ステップを、設定可能な焦点位置ごと、および、ユーザが設定可能な後述のパラメータ（Ｒ０、Ｎ１、Ｎ２、ｎ３）ごとに演算し、演算結果を設定ファイル１１４２に保存する。
【００４８】
上述してきたように、本実施の形態においては、信号線の数よりも多い環状領域を設定し、ｍ番目の信号線にＮ２個の環状領域（ｍ、ｎ２）を接続する。Ｎ２個の環状領域（ｍ、ｎ２）は、焦点４１０との距離がλずつずれているため、これらの環状領域の振動素子に焦点４１０（点音源４１１）から到着する超音波信号は、距離にしてλ（位相にして２π）に相当する時間だけずれた時刻に到着する。このため、Ｎ２個の環状領域からの受波信号を信号線に同時に接続することにより加算しても、Ｎ２個のピークは異なる位置（時間軸）に形成され、波形の重なりが生じない。よって、異なる環状領域間からの信号同士が打ち消し合う現象は生じない。
【００４９】
また、環状領域４２２〜４２ｐの幅（内径と外径の差）は、信号線数と同数だけ環状領域を設定した場合と比較して狭められている。すなわち、焦点４１０との距離でλに相当する環状領域５１ａ等をそれぞれＮ１個に分割したものであり、その幅は、焦点４１０との距離でλ／Ｎ１に相当する時間幅に狭められている。環状領域４２２〜４２ｐのうちの一つの環状領域内の最内周側の振動素子と最外周側の振動素子に到着する信号の位相ずれ量は、焦点４１０との距離λ／Ｎ１に相当する位相ずれ量（２π／Ｎ１）に過ぎない。よって、一つの環状領域内の複数の振動素子の受波信号を信号線に同時に接続することにより加算した場合であっても、一つの環状領域内の振動素子の信号同士の打ち消し合う現象を低減することができる。
【００５０】
したがって、１本の信号線から出力される信号波形は、波長λ（位相にして約２π）に相当する時間ずつピーク位置がずれたＮ２個のピークを有し、一つ一つのピークの幅（離散化ピッチ）は、距離λ／Ｎ１に相当する時間に狭められている。このように信号波形は、時間軸方向に延びているが、一つ一つのピークは幅が狭く急峻になっている。
【００５１】
Ｍ本の信号線間の信号の位相差は、２π／Ｎ１（すなわち距離λ／Ｎ１相当）ずつである。受信ビームフォーマ７は、Ｍ本の信号線からの信号の位相を２π／Ｎ１ずつ遅延させて加算することにより、正確に整相することができ、ビームフォーマ７における加算時の信号間の打ち消し合いを低減することができる。これによって、ビームフォーマ７からは、Ｎ２個のピークを有し、一つ一つのピークはピーク幅が狭く急峻な出力信号が得られる。この出力信号を用いて信号処理部８において画像再構成を行うことにより、出力信号が時刻のずれたＮ２個のピークからなることに起因して音軸方向の分解能は低下するが、一つ一つのピークが急峻であるため、焦点音圧を数倍に改善することが可能である。
【００５２】
以下、具体例を用いて、本実施の形態の作用と効果についてさらに説明する。ここでは、本実施の形態のチャンネル数低減パタンと、比較例について、焦点音圧の時間波形および半球面上の点像関数をシミュレートし、本発明の構成による焦点音圧改善効果および画質改善効果を数値的に説明する。
【００５３】
探触子１の構成として、振動素子１ａ１〜１ａＮの大きさを０．３ｍｍ四方とし、振動素子数Ｎを長軸方向１２が６４個、短軸方向１１が４８個とし、チャンネル数（信号線数Ｍ）を１２とした。
【００５４】
本実施の形態のチャンネル数低減パタンは、Ｎ１＝１２、Ｎ２＝３として数１により環状領域を設定したものであり、図９のステップ５１１〜６１６により図１１（ａ）のように、３６個の環状領域が設定されている。（なお、図１１（ａ）では図示の都合上、３２個の環状領域のみを示している。）これにより、環状領域を（ｎ１，ｎ２）で表した場合、図１１（ａ）のように（０，０）〜（１１，０）と（０，１）〜（１１，１）と（０，２）〜（１１，２）の３６個の環状領域が設定される。つぎに、図１０のステップ５２１〜５２３では、数２によりＭ＝１２本の信号線に接続する環状領域が選択される。すなわち、ｎ１が等しい３個づつの環状領域が選択され１本の信号線に接続される。具体的には、（０，０）、（０，１）、（０，２）が０番目の信号線に接続され、（１，０）、（１，１）、（１，２）が１番目の信号線に接続される。同様に（ｍ，０）、（ｍ，１）、（ｍ，２）がｍ番目の信号線に接続される。
【００５５】
比較例では、図１１（ｂ）のように、焦点４１１を音源とする１１個の波面と、探触子１の２次元平面との交線により区切られる１２個の環状領域１１０１〜１１１２を設定している。波面間隔は、一定としているため、探触子１の２次元平面上の環状領域１１０１〜１１１２の幅は一定ではない。1個の環状領域は１チャンネルに対応させる。すなわち、１個の環状領域に含まれる全ての振動素子を１本の信号線に接続することにより、１２個の環状領域１１０１〜１１１２を１２本の信号線に接続させている。
【００５６】
図１１（ａ）、（ｂ）から明らかなように、一定の信号線数（Ｍ＝１２本）に対して、環状領域の幅は本実施の形態の方が比較例よりも狭くなっている。よって、本実施の形態では一つの環状領域内の最内周側の振動素子と最外周側の振動素子に到着する信号の時間ずれ量は、（λ／（Ｃ・Ｎ１））（ただしＣ：音速）であり、比較例よりも小さい。一つの環状領域内の複数の振動素子の受波信号を信号線に同時に接続することにより加算した場合であっても、一つの環状領域内の振動素子の信号同士の打ち消し合う現象を低減することができる。
【００５７】
また、１本の信号線に接続されるＮ２＝３個の環状領域同士は、焦点４１０との距離がλずつずれているため、出力信号はλ／Ｃ（Ｃ：音速）に相当する時間だけずれて到着する。このため、Ｎ２＝３個の環状領域からの受波信号を信号線に同時に接続することにより加算しても、Ｎ２＝３個のピークを異なる位置（時間軸）に形成し、波形の重なりが生じない。よって、異なる環状領域間からの信号同士が打ち消し合う現象は生じず、正確な遅延量制御が可能になる。
【００５８】
実際にパルスを焦点から受波した場合に得られる信号波形を演算により求めた。パルスの生成条件は、振動素子ごとの振幅を一定（＝１）とし、素子ごとの位相差を、焦点（５０ｍｍ、０ｍｍ、３０ｍｍ）への１点フォーカスにより生じる位相差とした。時間方向の振幅を、中心周波数が２．５ＭＨｚ、パルス長が４波、包絡線がレイズドコサインとした。この時の、焦点位置の音源からの量音波の受波信号を受信ビームフォーマ７で整相加算した信号波形（到着時間別のパルス数のヒストグラム）を図１２に示す。図１２（ａ）から明らかなように、本実施の形態で得られる受信信号は、Ｎ２＝３個のピークを異なる位置（時間軸）に形成し、ピーク間隔８ｂ１は、焦点との距離でλ／Ｃに相当し、ピーク同士の波形の重なりが生じていない。よって、異なる環状領域間からの信号同士が打ち消し合う現象は生じていない。また、一つ一つのピークの幅（離散化ピッチ）は、図１２（ｂ）の比較例のピーク幅８ａと比較して狭い。しかも、図１２（ａ）のように本実施の形態の信号波形は、ピークの数が３つになっているため、３つのピークの全体幅８ｂ２は比較例よりも広がっているが、ピークの高さは、比較例の図１２（ｂ）のピーク高さと比較しても１／３にはなっておらず、２０〜３０％程度低くなっているに過ぎない。このため、急峻な３つのピークが得られている。これは、本実施の形態では、ピークが３つに分けられ、相互に打ち消し合っていないことと、一つの環状領域の幅が、焦点４１０との距離でλ／Ｎ１に相当する時間幅に狭められているため、一つの環状領域内の複数の振動素子の受波信号を加算しても信号同士の打ち消し合う現象が低減されていることによるものである。なお、一つのピークの幅は、Ｎ１を大きくするほど狭くなり、一つの環状領域の幅を物理的な限界である振動素子の幅まで狭めた場合、一つのピーク幅は最小となる。
【００５９】
図１２（ａ），（ｂ）の信号の焦点音圧の時間波形を図１３（ａ），（ｂ）に示す。焦点音圧の時間波形は、数値的には、到着時間別のヒストグラム（図１２（ａ），（ｂ））とパルス波形のコンボリューションを取った値になっている。図１３（ａ）のように本実施の形態の焦点音圧波形は、図１２（ａ）のように到着時間別のヒストグラムが、３つのピーク波形同士で相殺し合わず、しかも、ピーク内の信号同士の相殺も低減されているため、焦点音圧を効果的に増幅でき、振動素子1個の発するパルスの最大値を１とした最大音圧９ｂは、図１３（ｂ）の比較例の焦点音圧９ａと比較して4倍である２６５６．７になっており、焦点音圧改善効果が得られている。一方、図１３（ｂ）に示した比較例の焦点音圧波形は、図１２（ｂ）の比較例の到着時間別ヒストグラムが連続した広い幅内に分布しているため、連続して到着したパルス同士が打ち消し合うため、最大音圧９ａは６１９．１と小さい。
つぎに、図１４に示したように、半球面上の各角度別に焦点音圧の時間波形を積分した値を点像関数とし、その等高線を示す図１５を作成し、画質への影響を確認した。まず、図１５の点像関数の表示座標系を図１４を用いて説明する。中心軸をｚ軸として、直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）のｘｙ面に２次元探触子１を置き、焦点距離Ｆを半径、ｘ＝ｙ＝ｚ＝０を中心とする半球面Ｑでのビームパタンを、（ｘ、ｙ）座標系を焦点距離Ｆで正規化した（ｕ、ｖ）座標系に投影した。半球面Ｑ上の一点Ｒの座標を（ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ）とし、この点Ｒを焦点距離Ｆ、ｚ軸からの回転角θｊ、ｘ軸からの回転角φｊで表される（Ｆ、θｊ、φｊ）座標系で表すことができる。このとき、点Ｒの（ｕ、ｖ）座標系への変換は、ｕｊ＝ｓｉｎθｊｓｉｎφｊ、ｖｊ＝ｓｉｎθｊｃｏｓφｊと表すことができる。
【００６０】
本実施の形態の最大音圧を基準値とすると、本実施の形態の点像関数の等高線図である図１５（ａ）は、焦点音圧１１ｂ１が０．０ｄＢ、最大グレーティングレベル１１ｂ２が−２４．５ｄＢである。これに対し、比較例の等高線図の図１５（ｂ）は、焦点音圧１１a１が−２４．０ｄＢ、最大グレーティングレベル１１a２が−２５．０ｄＢである。これにより、本実施の形態は、焦点音圧と最大グレーティングレベルの差が約２５ｄＢ改善していることから、本実施の形態によれば、虚像を約２５ｄＢ抑制できることがわかる。また、図１５（ａ）と（ｂ）で最大音圧と最小音圧の差がほぼ同じ７５ｄＢであることから、本実施の形態と比較例では、ノイズレベルには変化がないことがわかる。また、メインローブの−３ｄＢ幅が本実施の形態の図１５（ａ）では２．０度、比較例の図１５（ｂ）では２．２度であることから、本実施の形態によれば、焦点距離が約５８ｍｍの場合、分解能が約０．１ｍｍ改善することがわかる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、虚像の抑制と分解能の向上の点で、画質改善効果が得られており、ノイズレベルも従来と同等であることがわかる。
【００６２】
上述してきたように、第１の実施の形態の超音波撮像装置は、探触子１の２次元平面上と、焦点を中心とする複数の同心球との交線を境界とする環状領域を、信号線数Ｍよりも多い数だけ設定し、それらのうち焦点との距離が超音波波長λずつ異なる環状領域を選択し、それらの環境領域の振動素子を１つの信号線に接続している。これにより、信号線よりも多い数の環状領域を設定することができ、環状領域の幅を狭め、同一環状領域の振動素子からの信号の打ち消し合いを低減している。上述の実施形態では数１により、焦点４１０との距離が一定距離（λ／Ｎ１）ずつ異なるように環状領域を設定しているが、本発明はこの設定方法に限られるものではなく、焦点４１０との距離が、一定ではない距離ずつ異なるように環状領域を設定することも可能である。また、探触子１の２次元平面上で環状領域の幅が一定となるように、環状領域を設定することも可能である。これらの場合も、環状領域の数が信号線数を上回るように環状領域を設定し、焦点との距離がλずつ異なる環状領域を選択して１本の信号線に接続することにより、環状領域同士の信号が打ち消し合わないようにチャンネル数を低減することができ、一定の効果が得られる。
【００６３】
第１の実施の形態は、音軸方向の分解能を１０〜２０％犠牲にするが、焦点音圧を１００〜３００％改善することができ、音軸方向の分解能より音圧を優先する撮像方法、例えばドップラー撮像などに適している。
【００６４】
（第２の実施の形態）
つぎに、本発明の第２の実施の形態の超音波撮像装置について説明する。第２の実施の形態の超音波撮像装置は、第１の実施の形態と同様に、信号線数よりも多い数の環状領域を設定するが、第１の実施の形態と異なり、図１６のように環状領域４２１〜４２Ｐの幅が超音波波長に換算して等しくはなく、送受波に振動素子を使用しない不使用環状領域１６１〜１７１を設けている。すなわち図１６において、白および黒で示した領域が超音波波長に換算した幅の等しい１つの環状領域４２１〜４２ｐであり、斜線部の環状領域１６１〜１７１は白および黒で示した領域とは超音波波長に換算した幅が異なる領域で、送受波に用いない。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
図１６の不使用領域１６１〜１７１の設定方法としては、例えば、第１の実施の形態と同様に環状領域を設定した後、そのうち内側もしくは外側から所定幅の環状領域を不使用領域とし、不使用領域の振動素子を選択部２においていずれの信号線とも接続しない方法を用いることができる。なお、不使用領域は、図１６の例では、超音波波長に換算して半波長以下の幅を持った環状領域を複数設定した残りの領域を、前記環状領域の間に分布するように設定することができるが、必ずしも環状領域の間に分布しなくてもよい。
【００６６】
不使用領域１６１〜１７１の別の設定方法としては、例えば、第１の実施の形態の数１において、Ｎ１を第１の実施の形態の２倍の値に設定することにより、２倍の数の環状領域を設定し、数２において、ｎ１が奇数番目もしくは偶数番目の領域のみを選択する方法を用いることができる。これにより、それぞれｎ１が偶数番目もしくは奇数番目の領域を不使用環状領域１６１〜１７１とすることができる。
【００６７】
第２の実施の形態では、同一の信号線に接続させる振動素子の最大距離を第１の実施の形態よりも狭めることができるため、音軸方向に高い分解能を得ることができる。同時に、環状領域の幅が超音波波長に換算して半波長以下であり、同一環状領域内の振動素子から出力信号が信号線で加算されることによる打ち消し合いがなく、遅延加算時に相殺するパルスが除去されるため、焦点音圧を確保できる。第２の実施の形態は、音軸方向の分解能を損なわない範囲で最大限、焦点音圧を改善することができるため、音圧より音軸方向の分解能を優先する場合、たとえば高周波撮像や、微細構造の撮像に適した方法である。
【００６８】
（第３の実施の形態）
つぎに、本発明の第３の実施の形態の超音波撮像装置について説明する。第３の実施の形態の超音波撮像装置は、第１の実施の形態と同様に、信号線数よりも多い数の領域を設定するが、第１の実施の形態と異なり、領域の形状は環状に限らない。また、領域に属する振動素子と前記焦点との距離の平均値あるいは代表値を算出して、前記焦点と領域の距離とする。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６９】
第３の実施の形態では、領域の形状が環状に限らないので、電気的整合性、たとえばインピーダンスマッチングを基準に設定した環状でない領域や、ランダムネスの導入によるグレーティング抑制を基準に設定したスパースアレイ状の領域に対しても、本発明を適用でき、電気的整合性やランダムネスの導入によるグレーティング抑制と、焦点音圧の確保の両方の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態の超音波撮像装置の装置構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態の超音波撮像装置の探触子１の振動素子の配列を示す説明図。
【図３】実施の形態の超音波撮像装置の探触子１および選択部２の構成を示すブロック図。
【図４】実施の形態の超音波撮像装置の制御部１１の構成を示すブロック図。
【図５】図４の制御部１１が設定する環状領域を示す説明図。
【図６】（ａ）および（ｂ）図４の制御部１１が環状領域の設定する概念を示す説明図。
【図７】図４の制御部１１が設定する環状領域を示す説明図。
【図８】図４の制御部１１の動作を示すフローチャート。
【図９】図８のステップ５１の詳細を示すフローチャート。
【図１０】図８のステップ５２の詳細を示すフローチャート。
【図１１】（ａ）第１の実施の形態で設定される環状領域の一部を示す説明図であり、（ｂ）比較例としてチャンネル数と同数に設定した環状領域を示す説明図である。
【図１２】（ａ）第１の実施の形態において、受信ビームフォーマ７で遅延および加算した信号波形を示すグラフであり、（ｂ）比較例の図１１（ｂ）の環状領域からの信号を遅延及び加算した信号波形を示すグラフである。
【図１３】（ａ）第１の実施の形態において、受信ビームフォーマ７で得られる信号の焦点音圧の時間波形を示すグラフであり、（ｂ）比較例で得られる信号の焦点音圧の時間波形を示すグラフである。
【図１４】半球面上の各角度別に焦点音圧の時間波形を積分した値を点像関数とする際の表示座標系を示す説明図である。
【図１５】（ａ）第１の実施の形態の受信信号の焦点音圧の時間波形から求めた点増関数の等高線図、（ｂ）比較例の受信信号の焦点音圧の時間波形から求めた点増関数の等高線図。
【図１６】第２の実施の形態の超音波撮像装置の制御部１１が設定する環状領域を示す説明図。
【符号の説明】
【００７１】
１…探触子、２…選択部、３…装置本体、４…送受分離スイッチ、５…送信ビームフォーマ、６…増幅部、７…受信ビームフォーマ、８…信号処理部、９…３次元メモリ、１０…表示部、１１…制御部、５１〜５４…波面、４１０…焦点、４１１…仮想点音源、４１２…波面、４２０…超音波の波面と探触子面との交線、４２１〜４２ｐ…環状領域、４３０…環状領域の幅。
【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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