(57)【要約】【課題】仕様を満たさない超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイであっても使用することができ、トランスデューサアレイの製造における歩留まりを向上させることができる超音波用探触子を提供する。【解決手段】この超音波用探触子は、外部の装置本体に接続されて使用される超音波用探触子であって、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイ１１と、複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを外部の装置本体に接続するために用いられる接続手段３、１３、１４と、トランスデューサアレイ内における選択された超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報に関連付けられた超音波用探触子の識別情報を保持する識別情報保持手段１２とを具備する。【選択図】  図１
2004174227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の装置本体に接続されて使用される超音波用探触子であって、
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、
前記複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを前記外部の装置本体に接続するために用いられる接続手段と、
前記トランスデューサアレイ内における前記選択された超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報に関連付けられた前記超音波用探触子の識別情報を保持する識別情報保持手段と、
を具備する超音波用探触子。
【請求項２】
前記接続手段が、前記識別情報保持手段に保持されている前記超音波用探触子の識別情報を前記外部の装置本体に供給する配線及び電極を含む、請求項１記載の超音波用探触子。
【請求項３】
外部の装置本体に接続されて使用される超音波用探触子であって、
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、
複数の電極を有し、前記複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを前記外部の装置本体に接続するために用いられるコネクタであって、前記選択された超音波トランスデューサと前記複数の電極との間の接続関係が、複数の超音波用探触子について２種類以上存在する前記コネクタと、を具備する超音波用探触子。
【請求項４】
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、前記複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを超音波送受信装置本体に接続するために用いられる接続手段と、識別情報を保持する識別情報保持手段とを含む超音波用探触子と接続して用いられる超音波送受信装置であって、
複数の駆動信号をそれぞれ生成して前記超音波用探触子に供給することにより、前記超音波用探触子から超音波ビームを送信させる複数の送信回路と、
超音波エコーを受信した前記超音波用探触子から出力される複数の検出信号をそれぞれ処理する複数の受信回路と、
識別情報に基づいて識別された超音波用探触子に対応して、前記複数の送信回路における複数の駆動信号の遅延量及び／又は前記複数の受信回路における複数の検出信号の遅延量を制御する制御手段と、
を具備する超音波送受信装置。
【請求項５】
前記制御手段が、複数の超音波用探触子に関する選択された超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報に基づいて予め遅延量を計算し、それぞれの超音波用探触子の識別情報に対応して遅延量テーブルを記録手段に記録させる、請求項４記載の超音波送受信装置。
【請求項６】
前記制御手段が、前記接続手段によって供給される識別情報に対応する遅延量テーブルを前記記録手段に読み出させる、請求項５記載の超音波送受信装置。
【請求項７】
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、前記複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを超音波送受信装置本体に接続するために用いられる接続手段と、識別情報を保持する識別情報保持手段とを含む超音波用探触子と接続して用いられる超音波送受信装置であって、
複数の駆動信号をそれぞれ生成して前記超音波用探触子に供給することにより、前記超音波用探触子から超音波ビームを送信させる複数の送信回路と、
超音波エコーを受信した前記超音波用探触子から出力される複数の検出信号をそれぞれ処理する複数の受信回路と、
識別情報に基づいて識別された超音波用探触子に対応して、前記複数の送信回路における複数の駆動信号の振幅及び／又は波形を制御する制御手段と、
を具備する超音波送受信装置。
【請求項８】
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、前記複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを超音波送受信装置本体に接続するために用いられる接続手段と、識別情報を保持する識別情報保持手段とを含む超音波用探触子と接続して用いられる超音波送受信装置であって、
複数の駆動信号をそれぞれ生成して前記超音波用探触子に供給することにより、前記超音波用探触子から超音波ビームを送信させる複数の送信回路と、
超音波エコーを受信した前記超音波用探触子から出力される複数の検出信号をそれぞれ処理する複数の受信回路と、
識別情報に基づいて識別された超音波用探触子に対応して、前記複数の受信回路における利得及び／又は帯域幅を制御する制御手段と、
を具備する超音波送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信して生体内臓器等を観察するために用いられる超音波用探触子及び超音波送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波を送受信して３次元画像を取得するためには、位置センサ付きの１次元センサアレイを用いて、受信する超音波を電気的にステアリングさせて深度方向の断面に関する２次元画像を取得し、さらに、この１次元センサアレイを機械的に移動させて取得した複数の２次元画像を合成して３次元画像を作成していた。しかしながら、この手法によれば、１次元センサアレイの機械的な移動においてタイムラグがあるため、異なる時刻における複数の２次元画像を合成することになるので、合成された画像がぼけたものとなってしまう。従って、この手法は、生体のような、動きを伴う被写体のイメージングには適していない。
【０００３】
このような欠点を解消するためには、２次元センサアレイを用いて３次元画像を取得する方が有利である。ところが、２次元センサアレイに含まれる超音波検出素子の数は、１次元センサアレイに比較して非常に多くなるため、新たな問題が生じている。例えば、８０×８０素子程度の２次元センサアレイを用いる場合には、全素子を使用して超音波を受信することが理想的である。しかしながら、素子数が多くなると、２次元センサアレイの製造において配線が複雑化する等の問題が生じる。また、超音波検出素子により超音波を検出して得られた検出信号を処理するための電気回路のチャンネル数は、超音波検出素子の数と同じ数だけ必要であるため、電気回路が複雑化するという問題も生じる。
【０００４】
そのような事情から、検出信号を処理する電気回路のチャンネル数を低減するために、２次元に配置された複数の超音波検出素子の中から一部の超音波検出素子のみを使用する「疎のアレイ」（スパースアレイ：ｓｐａｒｓｅ  ａｒｒａｙ）が用いられている。
【０００５】
例えば、下記の非特許文献１には、超音波用探触子の開口内に４０×４０個の超音波トランスデューサを設け、その内の３割程度の超音波トランスデューサを使用するスパースアレイが開示されている。また、下記の非特許文献２には、サイドローブを減らして良質の音場を得るように検討されたスパースアレイの配置が開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
リチャード・Ｅ・ダビッドセン（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｅ．Ｄａｖｉｄｓｅｎ）等「マルチレイヤーフレキシブル回路相互連結を用いた医用超音波のための２次元アレイ（ＴＷＯ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＡＲＲＡＹＳ  ＦＯＲ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ  ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ）」、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，  ＦＥＲＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ，ＡＮＤ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ、Ｖｏｌ．４５，ＮＯ．２（米国）、１９９８年３月、ｐ．３３８−ｐ．３４８
【非特許文献２】
リチャード・Ｅ・ダビッドセン（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｅ．Ｄａｖｉｄｓｅｎ）等「リアルタイム体積測定撮像のための２次元ランダムアレイ（ＴＷＯ―ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＲＡＮＤＯＭ  ＡＲＲＡＹＳ  ＦＯＲ  ＲＥＡＬ  ＴＩＭＥ  ＶＯＬＵＭＥＴＲＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ）」、ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ、Ｖｏｌ．１６（米国）  アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）社、１９９４年、ｐ．１４３−ｐ．１６３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイを製造する場合には、各々の超音波トランスデューサが所定の性能で動作するか否かの検査が行われ、１つでも仕様を満たさない超音波トランスデューサがあると、そのトランスデューサアレイは不良品として扱われていた。特に、２次元トランスデューサアレイは、１次元トランスデューサアレイに比べて、超音波トランスデューサの数が多く、かつ超音波トランスデューサのサイズが小さいため、不良品の発生確率は増大する。
【０００８】
上述したようなスパースアレイを用いて超音波用探触子を製造する場合には、超音波用探触子の開口内の全ての超音波トランスデューサを使用する場合に比べて、使用する超音波トランスデューサの数が少ないので、その分、不良品が発生する確率は低くなる。しかしながら、スパースアレイのデザインによって使用される予定の超音波トランスデューサの中に１つでも仕様を満たさない超音波トランスデューサがあると、そのトランスデューサアレイは不良品として扱われるので、トランスデューサアレイの製造における歩留まりが低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、本来の仕様を満たさない超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイであっても画像の品質には影響のない範囲で使用することができ、トランスデューサアレイの製造における歩留まりを向上させることができる超音波用探触子及びそれを用いた超音波送受信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波用探触子は、外部の装置本体に接続されて使用される超音波用探触子であって、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを外部の装置本体に接続するために用いられる接続手段と、トランスデューサアレイ内における選択された超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報に関連付けられた超音波用探触子の識別情報を保持する識別情報保持手段とを具備する。
【００１１】
また、本発明の１つの観点に係る超音波送受信装置は、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイと、複数の超音波トランスデューサの内の選択された超音波トランスデューサを超音波送受信装置本体に接続するために用いられる接続手段と、識別情報を保持する識別情報保持手段とを含む超音波用探触子と接続して用いられる超音波送受信装置であって、複数の駆動信号をそれぞれ生成して超音波用探触子に供給することにより、超音波用探触子から超音波ビームを送信させる複数の送信回路と、超音波エコーを受信した超音波用探触子から出力される複数の検出信号をそれぞれ処理する複数の受信回路と、識別情報に基づいて識別された超音波用探触子に対応して、複数の送信回路における複数の駆動信号の遅延量及び／又は複数の受信回路における複数の検出信号の遅延量を制御する制御手段とを具備する。
【００１２】
本発明によれば、仕様を満たさない超音波トランスデューサを避けて、使用すべき超音波トランスデューサを選択することにより、１つのトランスデューサアレイにおいて使用される超音波トランスデューサの配置を決定する。さらに、使用される超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報を、その超音波用探触子の識別情報に関連付けて記録しておき、超音波送受信装置本体においてそれを利用する。従って、仕様を満たさない超音波トランスデューサを含むために使用できなかったトランスデューサアレイを使用することが可能となり、トランスデューサアレイの製造における歩留まりを向上させることができる。なお、本願においては、トランスデューサアレイを構成する１エレメント分のトランスデューサを、「超音波トランスデューサ」という。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この超音波送受信装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子（プローブ）１と、超音波用探触子１に接続された超音波送受信装置本体２と、これらを接続するためのコネクタ３とを含んでいる。コネクタ３は、超音波用探触子１の配線が接続された１次側コネクタ３ａと、超音波送受信装置本体２の配線が接続された２次側コネクタ３ｂとによって構成される。なお、１次側コネクタ３ａが超音波用探触子１に固定されていても良いし、２次側コネクタ３ｂが超音波送受信装置本体２に固定されていても良い。
【００１４】
超音波用探触子１は、２次元マトリックス状に配列されたＮ２個の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイ（以下においては、「アレイトランスデューサ」ともいう）１１と、探触子識別情報保持部１２とを有する。Ｎ２個の超音波トランスデューサの内のｍ個が超音波の送信に使用され、ｎ個が超音波の受信に使用される。ただし、ｍ，ｎ＜Ｎ２である。これらの超音波トランスデューサは、信号線１３及びコネクタ３を介して超音波送受信装置本体２と接続される。
【００１５】
超音波トランスデューサとしては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素子が用いられる。また、近年において、超音波トランスデューサの感度及び帯域向上に寄与するとして期待が寄せられているＰＺＮＴ（鉛、亜鉛、ニオブ、チタンを含む酸化物）単結晶を含む圧電素子を用いても良い。
【００１６】
探触子識別情報保持部１２は、個々の超音波用探触子を識別するために用いられるシリアルナンバー等の探触子識別情報を保持している。この探触子識別情報は、アレイトランスデューサ１１に含まれている複数の超音波トランスデューサの内で実際に使用される超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報に関連付けられている。探触子識別情報保持部１２において、例えば、Ｋ本の探触子識別線１４の各々を接地電位に接続するかオープン状態とするかにより、Ｋビットの探触子識別情報を保持することができる。なお、このような電気的な探触子識別情報保持部１２を用いずに、単に超音波用探触子１にシリアルナンバー等を表示することにより、オペレータが個々の超音波用探触子を識別して超音波送受信装置本体２を操作するようにしても良い。
【００１７】
コネクタ３ａ又は３ｂにおいては、従来使用していなかった電極を、探触子識別のために使用している。具体的には、図２に示すように、信号用（ホット側）電極３１及びＧＮＤ用（グランド側）電極３２の他に、Ｋ本の探触子識別線１４を超音波送受信装置本体２に接続するために探触子識別用電極３３が設けられている。図２に示すコネクタにおいては、探触子識別のために、両側の２×１０個の電極（ピン）が用いられる。例えば、各ピンを接地電位に接続するかオープン状態とするかによって、２０個のピンのそれぞれに２値を割り当てる。これにより、（２２０−１）通りの識別が可能である。
【００１８】
再び図１を参照すると、超音波送受信装置本体２は、複数の送信回路２１と、複数の受信回路２２と、信号処理部２３と、画像処理部２４と、記憶部２５と、表示部２６と、制御部２７と、記録部２８とを含む。制御部２７は、Ｋビットの探触子識別情報に基づいて個々の超音波用探触子を識別し、その超音波用探触子において使用する超音波トランスデューサの配置に対応する遅延量テーブルを記録部２８から読み出し、これに基づいて複数の送信回路２１及び複数の受信回路２２における各チャンネルの遅延量を制御する。記録部２８においては、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いることができる。１つの超音波用探触子に対応する遅延量テーブルを１つのフレキシブルディスクに記録して、その超音波用探触子と共に供給することも考えられる。あるいは、超音波送受信装置本体２をネットワーク等の通信手段に接続し、このネットワーク等を経由して超音波探触子に対応する遅延量テーブルについてのデータの受け渡しを行っても良い。
【００１９】
複数の送信回路２１は、制御部２７の制御の下で、その超音波用探触子において使用する超音波トランスデューサの配置等に対応する遅延量を有する複数の駆動信号をそれぞれ生成して超音波用探触子１に供給する。これにより送信ビームフォーミングが行われて、超音波用探触子１は、所望の方向に超音波ビームを送信する。複数の受信回路２２は、超音波エコーを受信した超音波用探触子１から出力される複数の検出信号に対して、増幅や遅延等の処理をそれぞれ施す。送信回路２１は、Ｔｘ１からＴｘｍまでｍチャンネル分あり、受信回路２２は、Ｒｘ１からＲｘｎまでｎチャンネル分ある。
【００２０】
信号処理部２３は、複数の受信回路２２から出力される遅延処理が施された検出信号を加算する。これにより、受信ビームフォーミングが行われる。また、信号処理部２３は、加算された検出信号に基づいて、画像データを生成する。画像処理部２４は、信号処理部２３から出力される画像データを記憶部２５に一旦記憶させながら画像処理を施す。画像処理部２４から出力される画像信号に基づいて、表示部２６に超音波画像が表示される。
【００２１】
次に、本発明の特徴である超音波トランスデューサの配置について説明する。本発明の特徴は、２次元アレイトランスデューサにおいて、不良と判定された超音波トランスデューサの替りに、他の超音波トランスデューサを使用できるようにする点にある。本発明の考え方の前提として、図３に示すような送信用及び受信用の超音波トランスデューサの配置パターンを例にとって説明する。この例においては、簡単のため、全ての超音波トランスデューサ（素子）の数を４１×４１個としている。
【００２２】
送信には、アレイトランスデューサの中心を中心として１７素子分の直径を有する略円内にある全素子を使用する。この場合において、送信用の素子数は２２６個となる。このようにして配置された送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを、図３の（ａ）に示す。
【００２３】
一方、受信に使用される超音波トランスデューサの配置パターンは、以下の条件（１）〜（３）を満たすように決定される。
（１）直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）により分割される４つの象限に存在する素子数がバランスしている。
（２）アレイトランスデューサの中心から複数の同心円を描いて受信領域を区切った場合に、隣接する２つの同心円によって区切られた受信領域に存在する素子数は、その領域の面積に比例する。
（３）上記の条件（１）及び（２）を満たしながら、素子が乱数に従ってランダムに配置される。
このようにして配置された受信用の超音波トランスデューサの配置パターンを、図３の（ｂ）に示す。また、図３の（ａ）及び（ｂ）を合成して得られる送信又は受信用の超音波トランスデューサのパターンを、図３の（ｃ）に示す。
【００２４】
本実施形態における超音波用探触子に用いるアレイトランスデューサの製造に際しては、望ましくは全ての超音波トランスデューサについて、送信特性及び受信特性を測定するための検査を行う。
【００２５】
図４は、製造されたアレイトランスデューサの送信特性を検査するために使用される第１の検査装置を模式的に示す図である。この検査装置は、検査対象であるアレイトランスデューサ１０３に含まれている超音波トランスデューサにパルス状の駆動信号を供給するパルサ回路１００と、超音波トランスデューサから送信される超音波信号を検出するハイドロホーン１０６と、ハイドロホーン１０６から出力される検出信号を増幅してフィルタリングを行うレシーバ１０１と、レシーバ１０１から出力される検出信号の波形を観測するオシロスコープ１０２とを含んでおり、超音波トランスデューサが電気信号を超音波信号に変換する特性を測定する。
【００２６】
アレイトランスデューサ１０３は、水が満たされた水槽１０４に浸けられ、アレイトランスデューサ１０３とハイドロホーン１０６の上面との間は、所定の距離Ｌだけ離れている。パルサ回路１００からアレイトランスデューサ１０３に含まれている１つの超音波トランスデューサに駆動信号を供給して、この超音波トランスデューサから超音波を送信させる。この超音波トランスデューサの直下にハイドロホーン１０６を誘導し、超音波を受信したハイドロホーン１０６から出力される検出信号をレシーバ１０１が増幅する。オシロスコープ１０２は、駆動信号の波形ＶＴ（ｔ）と検出信号の波形ＶＲ（ｔ）とを記録する。
【００２７】
検出信号の波形をモニタしながら、駆動信号の波形や振幅を調整することにより、使用する全ての超音波トランスデューサにおいて、均一な送信波形が得られるようにする。
【００２８】
図５は、製造されたアレイトランスデューサの受信特性を検査するために使用される第２の検査装置を模式的に示す図である。この検査装置は、検査対象であるアレイトランスデューサ１０３に含まれている超音波トランスデューサにパルス状の駆動信号を供給するパルサ回路１００と、超音波トランスデューサから出力される検出信号を増幅してフィルタリングを行うレシーバ１０１と、レシーバ１０１から出力される検出信号の波形を観測するオシロスコープ１０２とを含んでおり、超音波トランスデューサが超音波信号を電気信号に変換する特性を測定する。なお、第１の検査装置と共通する要素に関しては、それらを共用することができる。
【００２９】
アレイトランスデューサ１０３は、水が満たされた水槽１０４に浸けられ、アレイトランスデューサ１０３と反射板１０５の上面との間は、所定の距離Ｌだけ離れている。水槽１０４の底には、金属の反射板１０５が置かれている。パルサ回路１００からアレイトランスデューサ１０３に含まれている１つの超音波トランスデューサに駆動信号を供給して、この超音波トランスデューサから超音波を送信させる。送信された超音波が反射板１０５の上面で反射することによって超音波エコーが生じ、これを受信した超音波トランスデューサから出力される検出信号をレシーバ１０１が増幅する。オシロスコープ１０２は、駆動信号の波形ＶＴ（ｔ）と検出信号の波形ＶＲ（ｔ）とを記録する。
【００３０】
次に、検査装置に接続される超音波トランスデューサを交換し、他の超音波トランスデューサについても同様の検査を行う。駆動信号の波形や振幅は、第１の検査装置を用いて得られた測定結果に基づいて、使用する全ての超音波トランスデューサにおいて、均一な送信波形が得られるようにする。このようにして、アレイトランスデューサ内の全ての超音波トランスデューサが検査される。
【００３１】
図６に、検査対象であるアレイトランスデューサにおける２つの超音波トランスデューサの位置を示す。ここでは、超音波トランスデューサＡ及び超音波トランスデューサＢが示されている。図７に、アレイトランスデューサの検査において記録された波形の例を示す。図７の（ａ）は、駆動信号の波形ＶＴ（ｔ）を示し、図７の（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ超音波トランスデューサＡ及びＢの検出信号の波形ＶＲ（ｔ）を示している。
【００３２】
ここで、検査された超音波トランスデューサが良品か否かの判定においては、駆動信号の波形の上下のピーク差（ＶＴ）ｐｐと、検出信号の波形の上下のピーク差（ＶＲ）ｐｐとを比較し、両者の比が所定の値よりも大きければ良品とする。例えば、Ｌ＝１５ｍｍのとき、次式（１）を満たす場合にその超音波トランスデューサを良品と判定し、満たさなければ不良品と判定する。
２０・ｌｏｇ１０｛（ＶＲ）ｐｐ／（ＶＴ）ｐｐ｝＞−６０ｄＢ  ・・・（１）
【００３３】
図７に示す例においては、超音波トランスデューサＡは式（１）を満たすので良品であり、超音波トランスデューサＢは式（１）を満たさないので不良品である。良品と判定された超音波トランスデューサについては、検出信号の波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数成分に変換する。さらに、検出信号の波形の上下のピーク差（ＶＲ）ｐｐと検出信号のスペクトルの形状を記録する。
【００３４】
このようにして、アレイトランスデューサに含まれている全ての超音波トランスデューサを検査した結果、不良品と判定された超音波トランスデューサ（以下、「不良素子」ともいう）を含むアレイトランスデューサが図８に示される。図８において、升目状に配置される超音波トランスデューサの内で、黒い正方形が不良素子の位置を表している。
【００３５】
本実施形態においては、検査されたアレイトランスデューサにおいて、図３に示す配置パターンの位置に不良素子が含まれていた場合に、これらの不良素子を避けて、使用すべき超音波トランスデューサの配置パターンを以下のように決定する。
【００３６】
図９は、不良素子を避けて送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定する過程が示されたアレイトランスデューサの模式的な図であり、図１０は、不良素子を避けて送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００３７】
図９に示すように、アレイトランスデューサの中心から同心円を複数描いてこのアレイトランスデューサを区切った場合に、隣接する２つの同心円によって区切られるドーナツ状リングの内で、アレイトランスデューサの中心を通って直交するＸ軸とＹ軸によって囲まれた領域Ａ（ｉ，ｊ）を考える。ここで、ｉは半径方向についての変数であり、ｊはＸ軸とＹ軸で区切られた各象限（第１象限Ｉ〜第４象限IV）についての変数である。即ち、領域Ａ（ｉ，ｊ）は、第ｉ番目のドーナツ状リングの内で、第ｊ象限にある領域である。
【００３８】
ここで、領域Ａ（ｉ，ｊ）にある全ての超音波トランスデューサの数をＮｔ（ｉ，ｊ）とし、領域Ａ（ｉ，ｊ）において使用する予定の良品の数をＮｕ（ｉ，ｊ）とし、領域Ａ（ｉ，ｊ）における不良素子の数をＮｎ（ｉ，ｊ）とする。また、アレイトランスデューサにおける全リング数をＩＭＡＸとし、送信に使用されるリング数をｉＴＭＡＸとする。但し、ｉＴＭＡＸ＜ＩＭＡＸである。本実施形態においては、図３の（ａ）に示す当初の送信領域の周囲に、不良素子を考慮して、使用すべき素子を配置する送信領域が新たに設けられる。
【００３９】
次に、図１０に示す不良素子を避けて送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定するアルゴリズムについて説明する。
まず、ステップＳ１１において、Ｎｃ＝０として初期化を行う。次に、半径方向についての変数ｉの値を１〜ｉＴＭＡＸと変化させる第１のループに入り、ステップＳ１２において、第１象限〜第４象限における不良素子数の最大値Ｎｓｕｂ＝ｍａｘ（Ｎｎ（ｉ，ｊ＝１〜４））を求める。ステップＳ１３において、当初の送信領域（ｉ＝１〜ｉＴＭＡＸ）の第１象限〜第４象限における不良素子数の最大値Ｎｓｕｂを半径方向について累積した値Ｎｃを求める。
【００４０】
次に、各象限についての変数ｊの値を１〜４と変化させる第２のループに入り、ステップＳ１４において、領域Ａ（ｉ，ｊ）において使用しない良品数Ｎ＝Ｎｓｕｂ−Ｎｎ（ｉ，ｊ））を求める。さらに、ステップＳ１５において、領域Ａ（ｉ，ｊ）における不良素子の位置を読み込み、領域Ａ（ｉ，ｊ）において使用しないＮ個の良品を乱数に従って決定する。変数ｊの値が４になれば第２のループを抜け、さらに、変数ｉの値がｉＴＭＡＸになれば第１のループを抜ける。
【００４１】
次に、ステップＳ１６において、当初の送信領域の第１象限〜第４象限における不良素子数の最大値Ｎｓｕｂを半径方向について累積した値Ｎｃが、当初の送信領域の外側に隣接する１つの象限（例えば、第１象限）の領域Ａ（ｉ＋１，１）における全素子数から不良素子数（第１象限〜第４象限における最大値）を引いた値（即ち、外側に隣接する１つの象限における良品数の最小値）以下であるか否かを判定する。当初の送信領域における不良素子数の累積値Ｎｃが外側に隣接する領域における良品数の最小値以下である場合には、ステップＳ１７において、領域Ａ（ｉ＋１，ｊ）における不良素子の位置を読み込み、領域Ａ（ｉ＋１，１）において使用するＮｃ個の良品を、乱数に従って決定する。このステップ後に、さらに第１象限〜第４象限に配置された素子が、ほぼ等しくなるように再配置しても良い。一方、当初の送信領域における不良素子数の累積値Ｎｃが外側に隣接する領域における良品数の最小値よりも大きい場合には、ステップＳ１８において、このアレイトランスデューサは不良品であると決定する。
【００４２】
図１１は、不良素子を避けて受信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
まず、半径方向についての変数ｉの値を１〜ｉＴＭＡＸと変化させる第１のループに入り、さらに、各象限についての変数ｊの値を１〜４と変化させる第２のループに入る。次に、ステップＳ２１において、領域Ａ（ｉ，ｊ）にある全ての超音波トランスデューサの数Ｎｔ（ｉ，ｊ）が、領域Ａ（ｉ，ｊ）において使用する予定の良品の数Ｎｕ（ｉ，ｊ）と領域Ａ（ｉ，ｊ）における不良素子の数Ｎｎ（ｉ，ｊ）との和以上であるか否かを判定する。
【００４３】
全ての超音波トランスデューサの数Ｎｔ（ｉ，ｊ）が、良品の数Ｎｕ（ｉ，ｊ）と不良素子の数Ｎｎ（ｉ，ｊ）との和以上である場合には、ステップＳ２２において、領域Ａ（ｉ，ｊ）における不良素子の位置を読み込み、領域Ａ（ｉ，１）において使用する良品を、図３に示すような配置パターンに従って決定する。配置パターンに対応する位置に不良素子がある場合には、その近傍の素子を選択する。一方、全ての超音波トランスデューサの数Ｎｔ（ｉ，ｊ）が、良品の数Ｎｕ（ｉ，ｊ）と不良素子の数Ｎｎ（ｉ，ｊ）との和より小さい場合には、ステップＳ２３において、そのアレイトランスデューサは不良品であると決定して終了する。ステップＳ２２の後に、変数ｊの値が４になれば第２のループを抜け、さらに、変数ｉの値がｉＴＭＡＸになれば第１のループを抜ける。これにより、アレイトランスデューサ内にある不良の超音波トランスデューサを避けて、受信に使用される超音波トランスデューサが配置される。
【００４４】
このようにして製造されたアレイトランスデューサを用いて、超音波用探触子が作成される。製造された複数の超音波用探触子の間においては、使用される超音波トランスデューサの配置パターンが異なっており、使用される超音波トランスデューサとそれらを外部装置本体に接続するために用いられるコネクタが有する電極との接続関係も異なっている。その結果、製造された複数の超音波用探触子の間においては、アレイトランスデューサ開口内における各々の超音波トランスデューサの位置と撮像対象との位置関係によって決まる遅延量が異なってしまう。そのため、各々の超音波用探触子にシリアルナンバー等の識別情報を付すことにより、超音波送受信装置本体２が各々の超音波用探触子を識別できるようにしている。あるいは、超音波送受信装置本体２が、超音波用探触子の型式とシリアルナンバー等との両方を識別するようにしても良い。各々の超音波用探触子において使用される超音波トランスデューサに対する遅延量は、予め超音波送受信装置本体２の記録部２８に記録しておくか、又は、フレキシブルディスク等の記録媒体やネットワーク等の通信手段を用いて超音波送受信装置本体２に入力する。
【００４５】
さらに、探触子識別情報を超音波トランスデューサの特性情報にも関連付けておき、超音波送受信装置本体２が各々の超音波用探触子を識別することにより、各々の超音波用探触子に合わせて送信感度又は受信感度等の特性を自動的に調整するようにしても良い。これは、以下の理由による。
【００４６】
超音波用探触子の感度及び帯域を向上させるために、ＰＺＮＴ単結晶を用いた超音波用探触子が開発されている。しかしながら、ＰＺＮＴ単結晶を用いた超音波用探触子は、ＰＺＴを用いた従来の超音波用探触子に比べて、感度のばらつき（感度むら）が大きいという欠点を有している。このような感度むらを補正するためには、次のような方法が考えられる。
（１）超音波用探触子内部に補正回路を設けて、素子毎に個別に調整する。
（２）超音波送受信装置本体において、駆動電圧を調整し、受信ゲインを調整する。
（３）超音波送受信装置本体側において、Ａ／Ｄ変換後の数値データを補正する。
【００４７】
２次元アレイトランスデューサを用いる場合には、素子数が多くなるので、超音波用探触子内部で素子毎に感度むらを調整することは現実的でない。一方、超音波送受信装置本体において感度むらを調整若しくは補正する場合には、超音波送受信装置本体側に各々の超音波用探触子を識別させる必要がある。この場合にも、本実施形態の手法を用いて超音波送受信装置本体に各々の超音波用探触子を識別させることにより、感度むらを自動的に調整若しくは補正することができる。各々の超音波用探触子において使用される超音波トランスデューサの特性情報（感度情報や周波数特性情報等）は、予め超音波送受信装置本体２（図１参照）の記録部２８に記録しておくか、又はフレキシブルディスク等の記録媒体を用いて、又はネットワーク等を経由して超音波送受信装置本体２に入力する。
【００４８】
超音波送受信装置本体２において、制御部２７が、送信回路２１における駆動信号の振幅を制御することにより送信感度を調整し、さらに、送信回路２１における周波数特性を変えることにより駆動信号の波形を制御するようにしても良い。また、制御部２７が、受信回路２２における利得を制御することにより受信感度を調整し、さらに、受信回路２２における帯域幅を制御することにより検出信号の波形やＳＮ比を調整するようにしても良い。
【００４９】
図１２に、２次元アレイトランスデューサにおいて感度むらを自動的に調整した例を示す。図１２において、横軸は超音波トランスデューサのエレメント番号を表し、縦軸は超音波トランスデューサの感度を表している。エレメント番号は、２次元アレイトランスデューサのＸ軸方向に、１〜ｉｍａｘとして与えられており、２次元アレイトランスデューサのＹ軸方向に、１〜ｊｍａｘとして与えられている。図１２に示されているのは、Ｘ軸方向における特定の１列の超音波トランスデューサの感度である。検査により、これらの超音波トランスデューサの感度分布（調整前）が得られる。この感度分布が全ての超音波トランスデューサについて一定となるように駆動信号の電圧を調整することにより、均一な感度分布（調整後）が得られる。さらに、これらの超音波トランスデューサの周波数特性に関する分布を補正するようにすれば、均一な波形が得られる。
【００５０】
次に、本発明の一実施形態における超音波用探触子の製造方法について、図１及び図１３を参照しながら説明する。図１３は、本発明の一実施形態における超音波用探触子の製造方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３１において、複数の超音波トランスデューサを含むアレイトランスデューサ１１を製作する。次に、ステップＳ３２において、全ての超音波トランスデューサを検査する。ステップＳ３３において、不良素子を避けて、使用すべき超音波トランスデューサを配置することにより、超音波トランスデューサの配置パターンを決定する。この配置パターンを表す配置情報及び／又は超音波トランスデューサの特性情報は、探触子識別情報に対応して、フレキシブルディスク等の記録媒体に記録される（ステップＳ３４）。
【００５１】
ステップＳ３５において、アレイトランスデューサ１１を超音波用探触子１に組み込む。ステップＳ３６において、探触子識別情報保持部１２を超音波用探触子１に取り付ける。ステップＳ３７において、使用される超音波トランスデューサ及び探触子識別情報保持部１２と１次側コネクタ３ａとの間の配線を行う。これにより、超音波用探触子１が完成する。なお、超音波送受信装置本体において超音波用探触子の識別を行わない場合には、ステップＳ３３、Ｓ３４、Ｓ３６を省略することもできる。
【００５２】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の動作について、図１及び図１４を参照しながら説明する。図１４は、本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ４１において、図１３のステップＳ３４において配置情報及び／又は特性情報が記録されたフレキシブルディスク等の記録媒体を用いて、又はネットワーク等を経由して、超音波トランスデューサの配置パターンを表す配置情報及び／又は超音波トランスデューサの特性を表す特性情報を、探触子識別情報に対応して超音波送受信装置本体２に入力する。
【００５３】
ステップＳ４２において、制御部２７が、この配置情報等に基づいて各素子に対する遅延量を計算し、探触子識別情報に対応して遅延量テーブルを記録部２８に記録させる。これにより、超音波用探触子に固有の遅延量情報が超音波送受信装置本体２に取り入れられる。なお、外部装置で遅延量を求め、遅延量テーブルをデータファイルとして超音波送受信装置本体２に供給しても良い。あるいは、超音波トランスデューサの配置パターンを表す配置情報等をそのまま記録部２８に記録して、撮像を行う際に制御部２７において各素子に対する遅延量を計算するようにしても良い。さらに、制御部２７は、超音波トランスデューサの特性を表す特性情報が超音波送受信装置本体２に入力された場合には、これを記録部２８に記録させる。
【００５４】
超音波送受信装置本体２に超音波用探触子１が接続されると、制御部２７は、２次側コネクタ３ｂの探触子識別用電極３３の状態に基づいて探触子識別情報を認識し、接続された超音波用探触子１を識別する（ステップＳ４３）。ステップＳ４４において、制御部２７は、探触子識別情報（シリアルナンバー等）に対応した遅延量テーブルを記録部２８から読み出す。さらに、制御部２７は、超音波トランスデューサの特性を表す特性情報が記録部２８に記録されている場合には、これを記録部２８から読み出す。
【００５５】
超音波撮像が開始されると、制御部２７は、記録部２８から読み出された遅延量テーブルに従って、複数の送信回路２１における複数の駆動信号の遅延量を制御することにより送信ビームフォーミングを行い、複数の受信回路２２における複数の検出信号の遅延量を制御することにより受信ビームフォーミングを行う（ステップＳ４５）。ここで、制御部２７は、記録部２８から読み出された特性情報に基づいて、送信感度や受信感度等を調整することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、仕様を満たさない超音波トランスデューサを避けて、使用すべき超音波トランスデューサを選択することにより、１つのアレイトランスデューサにおいて使用される超音波トランスデューサの配置を決定する。さらに、使用される超音波トランスデューサの配置情報及び／又は特性情報を、その超音波用探触子の識別情報に関連付けて記録しておき、超音波送受信装置本体においてそれを利用する。従って、仕様を満たさない超音波トランスデューサを含むために使用できなかったアレイトランスデューサを使用することが可能となり、アレイトランスデューサの製造における歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコネクタにおける電極の配置を示す図である。
【図３】送信用及び受信用の超音波トランスデューサの配置パターンの例を示す図である。
【図４】アレイトランスデューサの送信特性を検査するために使用される第１の検査装置を模式的に示す図である。
【図５】アレイトランスデューサの受信特性を検査するために使用される第２の検査装置を模式的に示す図である。
【図６】アレイトランスデューサにおける２つの超音波トランスデューサの位置を示す図である。
【図７】アレイトランスデューサの検査において記録された波形の例を示す図である。
【図８】アレイトランスデューサの検査において不良品と判定された超音波トランスデューサを有するアレイトランスデューサを示す図である。
【図９】不良素子を避けて送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定する過程が示されたアレイトランスデューサの模式的な図である。
【図１０】不良素子を避けて送信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１１】不良素子を避けて受信用の超音波トランスデューサの配置パターンを決定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】２次元アレイトランスデューサにおいて感度むらを自動的に調整した例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における超音波用探触子の製造方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  超音波用探触子
２  超音波送受信装置本体
３  コネクタ
３ａ  １次側コネクタ
３ｂ  ２次側コネクタ
３１  信号用電極
３２  ＧＮＤ用電極
３３  探触子識別用電極
１１  アレイトランスデューサ
１２  探触子識別情報保持部
１３  信号線
１４  探触子識別線
２１  送信回路
２２  受信回路
２３  信号処理部
２４  画像処理部
２５  記憶部
２６  表示部
２７  制御部
２８  記録部
【図１】
2004174227.tif 000003
【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】
2004174227.tif 000012
【図１１】
2004174227.tif 000013
【図１２】
2004174227.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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