(57)【要約】【課題】  ２次元アレイ超音波プローブにおける送信エネルギーと送信指向特性をあまり劣化させることなく回路規模の低減を可能とした超音波診断装置の提供。【解決手段】  超音波プローブ２０が備える２次元配列の超音波振動素子を所定の大きさに区分して複数のサブアレイを形成し、素子選択部３０のサブアレイ内素子接続部３１は、各サブアレイにおいて送信超音波の送信収束点から略等距離にある超音波振動素子を所定方向に共通接続する。次いで、サブアレイ間素子接続部３２は、所定のサブアレイ内において共通接続された超音波振動素子とこのサブアレイに隣接したサブアレイにおいて共通接続された超音波振動素子を前記送信超音波の送信収束点までの距離に基づいて更に接続し、送信部２の駆動チャンネル数に略等しいチャンネル数を有した超音波振動素子群を形成する。【選択図】  図１
2005342194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された超音波振動素子を備えた超音波プローブと、
前記２次元配列の超音波振動素子を所定の大きさに区分して形成した複数のサブアレイの各々における複数の前記超音波振動素子のうちの一部を共通接続する第１の素子接続手段と、
前記複数のサブアレイ毎の前記第１の素子接続手段のうちの一部を更に共通接続する第２の素子接続手段と、
前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された超音波振動素子群に対して駆動信号を供給して被検体の所定方向に対し超音波を送信する送信手段と、
前記２次元配列の超音波振動素子によって得られた受信信号を整相加算して前記被検体の所定方向と略同一の方向からの超音波を受信する受信手段と、
前記被検体に対する超音波の送信方向及び受信方向を変更しながら前記受信手段によって得られた受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
生成された画像データを表示する表示手段を備え、
前記第１の素子接続手段及び前記第２の素子接続手段は、送信超音波の収束点に対して略等距離にある超音波振動素子を共通接続することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
２次元配列された超音波振動素子を備えた超音波プローブと、
前記２次元配列の超音波振動素子を所定の大きさに区分して形成した複数のサブアレイの各々における複数の前記超音波振動素子のうちの一部を共通接続する第１の素子接続手段と、
前記複数のサブアレイ毎の前記第１の素子接続手段のうちの一部を更に共通接続する第２の素子接続手段と、
前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された送信用の超音波振動素子群に対して駆動信号を供給して被検体の所定方向に対し超音波を送信する送信手段と、
前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された受信用の超音波振動素子群によって得られた受信信号を整相加算して前記被検体の所定方向と略同一の方向からの超音波を受信する受信手段と、
前記被検体に対する超音波の送信方向及び受信方向を変更しながら前記受信手段によって得られた受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
生成された画像データを表示する表示手段を備え、
前記第１の素子接続手段及び前記第２の素子接続手段は、送信超音波の収束点あるいは受信超音波の収束点の少なくともいずれかに対して略等距離にある超音波振動素子を共通接続することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記第１の素子接続手段は、各サブアレイにおいて予め設定された基準超音波振動素子と前記送信超音波の収束点あるいは前記受信超音波の収束点との距離と略等距離にある前記基準超音波振動素子と隣接した同一サブアレイ内の超音波振動素子の位置情報に基づいて共通接続の設定を行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記第１の素子接続手段は、前記各サブアレイの略中心に位置する超音波振動素子を前記基準超音波振動素子として設定することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記第１の素子接続手段は、前記基準超音波振動素子を含む共通接続又はこの基準超音波振動素子を含まない共通接続を設定し、前記第２の素子接続手段は、互いに隣接する前記サブアレイにおいて、一方のサブアレイにおける前記基準超音波振動素子を含む共通接続によって接続された超音波振動素子と他方のサブアレイにおける前記基準超音波振動素子を含まない共通接続によって接続された超音波振動素子とを接続することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
サブアレイ形成手段を備え、前記サブアレイ形成手段は、受信用サブアレイと送信用サブアレイを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
【請求項７】
前記２次元配列の超音波振動素子によって受波される受信超音波を受信用サブアレイ単位で整相加算を行なう第１の整相加算手段と、この第１の整相加算によって整相加算された受信信号をサブアレイ間で整相加算する第２の整相加算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記超音波プローブは、前記第１の素子接続手段及び前記第２の素子接続手段と前記第１の整相加算手段の少なくとも何れかを内蔵することを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記送信手段は、駆動信号をケーブルを介して前記第２の素子接続手段及び前記第１の素子接続手段に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
【請求項１０】
前記第１の整相加算手段は、整相加算した受信信号をケーブルを介して前記第２の整相加算手段に供給することを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に、２次元配列された超音波振動素子を用いて超音波送受波を行なう超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動子から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記超音波振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像データが容易に得られるため、臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。
【０００３】
被検体の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波診断において不可欠なものとなっている。
【０００４】
今日、最も普及している電子走査方式の超音波診断装置では、一般に複数個の超音波振動素子を一次元に配列し、これらの超音波振動素子の夫々に対する駆動を高速制御することによって２次元画像データのリアルタイム表示を行なっている。
【０００５】
この場合、上述の２次元画像データは、被検体に対して行なわれる２次元走査によって生成されるが、近年では、３次元的な走査を行なって得られた３次元画像データ（ボリュームデータ）に基づいて任意断面の２次元画像データ（MPR画像データ）やボリュームレンダリング画像データ等の３次元画像データによる超音波診断法が普及しつつある。
【０００６】
この３次元画像データの収集を行なう方法として、超音波振動素子が１次元配列された従来の超音波プローブを更に機械的に移動あるいは回転させる方法（例えば、特許文献１参照。）と、２次元配列された超音波振動子を用い３次元空間の複数方向に対して超音波送受波を順次行なう方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−２２８１４５号公報（第３−６頁、第１−６図）
【特許文献２】米国特許第５５６３３４６号明細書（第５−９頁、第１−６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の方法によれば、比較的簡単な装置構成で３次元画像データを収集することができるが、この３次元画像データの収集には多くの時間を要するためリアルタイム表示が不可能であり、従って、動きの速い臓器や血流などの情報を正確に得ることは極めて困難である。
【０００８】
一方、２次元配列された超音波振動素子を用いる方法として、超音波振動素子の各々に供給する駆動信号やこれらの超音波振動素子から得られる受信信号の遅延時間制御によって３次元空間の任意の方向（角度）に対する超音波送受波を行なう方法と、例えば、所定方向（Ｘ方向）においては上述の遅延時間制御による超音波走査を行ない、前記所定方向に対して垂直な方向（Ｙ方向）においては電子的な開口移動（送受波に使用する超音波振動素子群の移動）による超音波走査を行なう方法がある。
【０００９】
しかしながら、いずれの場合においても超音波振動素子の素子数の増大（例えば、１０倍〜１００倍）に伴って、この超音波振動素子に対して送受信を行なう送受信回路やこの送受信回路と前記超音波振動素子を接続するケーブルのチャンネル数も増大する。即ち、超音波プローブや送受信回路は極めて複雑となり大きさや重さも増大するため操作性が著しく低下する。
【００１０】
このような問題点に対して、上述の特許文献２では、２次元配列された超音波振動素子の近傍に切り替えスイッチを設け、前記超音波振動素子の中から所定方向の超音波送受波において同時駆動される超音波振動素子を前記切り替えスイッチによって選択する方法が提案されている。この方法によれば、超音波プローブ内に前記切り替えスイッチを設けることによって、ケーブルや送受信回路のチャンネル数を低減することができる。
【００１１】
しかしながら、上述の方法によれば、限られた空間を有する超音波プローブ内に極めて多くの切り替えスイッチを実装する必要があり、個々のスイッチング回路の実装面積や消費電力（発熱）に対して厳しい制約が課せられる。このため十分な駆動電圧を前記超音波振動素子に供給することが困難となり、画像データにおけるＳ／Ｎ劣化の要因となった。
【００１２】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２次元配列の超音波振動素子を有した超音波プローブを使用して超音波画像データを収集する際に、画像データの画質を劣化させることなく装置規模の低減を可能とした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】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、２次元配列された超音波振動素子を備えた超音波プローブと、前記２次元配列の超音波振動素子を所定の大きさに区分して形成した複数のサブアレイの各々における複数の前記超音波振動素子のうちの一部を共通接続する第１の素子接続手段と、前記複数のサブアレイ毎の前記第１の素子接続手段のうちの一部を更に共通接続する第２の素子接続手段と、前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された超音波振動素子群に対して駆動信号を供給して被検体の所定方向に対し超音波を送信する送信手段と、前記２次元配列の超音波振動素子によって得られた受信信号を整相加算して前記被検体の所定方向と略同一の方向からの超音波を受信する受信手段と、前記被検体に対する超音波の送信方向及び受信方向を変更しながら前記受信手段によって得られた受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、生成された画像データを表示する表示手段を備え、前記第１の素子接続手段及び前記第２の素子接続手段は、送信超音波の収束点に対して略等距離にある超音波振動素子を共通接続することを特徴としている。
【００１４】
又、請求項２に係る本発明の超音波診断装置は、２次元配列された超音波振動素子を備えた超音波プローブと、前記２次元配列の超音波振動素子を所定の大きさに区分して形成した複数のサブアレイの各々における複数の前記超音波振動素子のうちの一部を共通接続する第１の素子接続手段と、前記複数のサブアレイ毎の前記第１の素子接続手段のうちの一部を更に共通接続する第２の素子接続手段と、前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された送信用の超音波振動素子群に対して駆動信号を供給して被検体の所定方向に対し超音波を送信する送信手段と、前記第１の素子接続手段と前記第２の素子接続手段によって共通接続された受信用の超音波振動素子群によって得られた受信信号を整相加算して前記被検体の所定方向と略同一の方向からの超音波を受信する受信手段と、前記被検体に対する超音波の送信方向及び受信方向を変更しながら前記受信手段によって得られた受信信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、生成された画像データを表示する表示手段を備え、前記第１の素子接続手段及び前記第２の素子接続手段は、送信超音波の収束点あるいは受信超音波の収束点の少なくともいずれかに対して略等距離にある超音波振動素子を共通接続することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２次元配列の超音波振動素子を有した超音波プローブを使用して超音波画像データを収集する際に、画像データの画質を劣化させることなく装置規模の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１７】
以下に述べる本発明の実施例では、２次元配列された複数の超音波振動素子を所定の大きさに区分して複数のサブアレイを形成し、各々のサブアレイにおいて所定方向の超音波振動素子を第１の素子接続手段（サブアレイ内素子接続手段）によって共通接続して第１の超音波振動素子群を形成する。次いで、隣接するサブアレイの各々において形成された第１の超音波振動素子群を第２の素子接続手段（サブアレイ間素子接続手段）によって接続し、同時駆動を行なう第２の超音波振動子群を形成する。
【００１８】
（装置の構成）
以下では、本発明の実施例における超音波診断装置の構成と各ユニットの動作につき図１乃至図９を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図３は、この超音波診断装置を構成する送受信部及びデータ生成部の詳細な構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示す超音波診断装置１００は、２次元配列された超音波振動素子を備え被検体に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ２０と、超音波プローブ２０における前記２次元配列の超音波振動素子の中から同時駆動する超音波振動素子を選択して共通接続すると共に、前記２次元配列された超音波振動素子から得られた受信信号に対して第１の整相加算（所定の方向から得られた受信信号を位相合わせして加算）を行なう素子選択部３０と、素子選択部３０において共通接続された超音波振動素子群に対して駆動信号を供給すると共に、第１の整相加算が行なわれた受信信号に対して第２の整相加算を行なう送受信部１０を備え、更に、送受信部１０から得られた受信信号に対して信号処理を行ない、Ｂモードデータ及びカラードプラデータ等の生成を行なうデータ生成部５０と、このデータ生成部５０において生成された上記データを保存して２次元あるいは３次元のＢモード画像データやカラードプラ画像データの生成を行なうとともに、これらの画像データに対して所望の画像処理を行なうデータ記憶・処理部７０と、生成されたこれらの画像データの表示を行なう表示部８１を備えている。
【００２０】
又、超音波診断装置１００は、送受信部１０あるいはデータ生成部５０に対して送信超音波の中心周波数とほぼ等しい周波数の連続波あるいは矩形波を発生する基準信号発生部１と、操作者によって被検体情報や装置の初期設定条件、更には各種コマンド信号等が入力される入力部８３と、超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部８２を備えている。
【００２１】
超音波プローブ２０は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受波を行なうものであり、例えば、横方向（Ｘ方向）にＭ１素子、縦方向（Ｙ方向）にＭ２素子、２次元配列した超音波振動素子をその先端部に有している。この超音波振動素子は電気音響変換素子であり、ＰＺＴなどの圧電振動素子や静電容量型振動素子等が用いられる。そして、この超音波振動素子は、送信時には電気的なパルスを送信超音波に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。
【００２２】
次に、図２に示した送受信部１０は、後述する素子選択部３０において共通接続されて形成されたＭ０チャンネルの超音波振動素子群に対して駆動信号を供給する送信部２と、前記素子選択部３０における第１の整相加算によってＭ０チャンネルに纏められた受信信号に対して第２の整相加算を行なう受信部３を備えている。
【００２３】
そして、送信部２は、レートパルス発生器１１と、送信遅延回路１２と、駆動回路１３を備え、レートパルス発生器１１は、基準信号発生部１から供給される連続波を分周することによって送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成する。又、送信遅延回路１２は、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波を収束するための遅延時間と所定の方向に送信超音波を放射するための遅延時間を前記レートパルスに与える。そして、駆動回路１３は、素子選択部３０において共通接続されたＭ０チャンネルの超音波振動素子を駆動するための駆動信号を前記レートパルスのタイミングに基づいて生成する。
【００２４】
一方、受信部３は、プリアンプ１４と、Ａ／Ｄ変換器１５と、ビームフォーマ１６を備えている。プリアンプ１４は、素子選択部３０から供給されるＭ０チャンネルの受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には駆動回路１３から供給される高電圧の駆動信号から保護するための図示しないリミッタ回路が設けられている。このプリアンプ１４において所定の大きさに増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１５にてデジタル信号に変換され、ビームフォーマ１６に送られる。
【００２５】
ビームフォーマ１６は、図示しない遅延回路と加算回路を有し、Ａ／Ｄ変換器１５においてデジタル信号に変換されたＭ０チャンネルの受信信号に対して、所定の深さからの超音波反射波を収束するための収束用遅延時間と超音波反射波の受信指向性を順次変更して当該患者を走査するための偏向用遅延時間を与えた後加算合成（第２の整相加算）する。
【００２６】
尚、このビームフォーマ１６と既に述べた素子選択部３０のサブアレイ遅延加算部３３は、複数方向からの受信超音波の各々を分離して受信する、所謂、並列同時受信機能を有している。
【００２７】
次に、図３に示したデータ生成部５０は、上述の受信部３のビームフォーマ１６から出力された受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４と、前記受信信号を信号処理してカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部５を備えている。
【００２８】
Ｂモードデータ生成部４は、包絡線検波器５１と対数変換器５２を備えている。この包絡線検波器５１は、送受信部１０の受信部３におけるビームフォーマ１６から出力された受信信号に対して包絡線検波を行ない、対数変換器５２は、この包絡線検波後の受信信号に対する対数変換処理によって小さな信号振幅を相対的に強調して走査方向単位のＢモードデータを生成する。
【００２９】
一方、カラードプラデータ生成部５は、π／２移相器５４、ミキサ５５−１及び５５−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）５６−１及び５６−２を備えており、送受信部１０の受信部３から供給された受信信号に対して直交位相検波を行なって複素信号（Ｉ信号とＱ信号）を生成する。
【００３０】
更に、カラードプラデータ生成部５は、ドプラ信号記憶回路５８、ＭＴＩフィルタ５９及び自己相関演算器６０を備えている。そして、直交位相検波によって得られた複素信号は、ドプラ信号記憶部５８に一旦保存され、次いで、高域通過用のデジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ５９は、ドプラ信号記憶部５８に保存された前記複素信号を読み出し、この複素信号に対して臓器の固定反射体あるいは臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分（クラッタ成分）の除去を行なう。又、自己相関演算器６０は、ＭＴＩフィルタ５９によって抽出された血流情報のドプラ信号に対して自己相関値を算出し、更に、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値、分散値、更にはパワー値等を算出してカラードプラデータを生成する。
【００３１】
次に、図１に戻って、データ記憶・処理部７０は、データ記憶部６とデータ処理部７を備えており、データ記憶部６は、データ生成部５０において走査方向単位で生成されたＢモードデータ及びカラードプラデータを順次保存して、３次元あるいは２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する。
【００３２】
一方、データ処理部７は、データ記憶部６において生成された３次元のＢモード画像データやカラードプラ画像データを用い、ボリュームレンダリング画像データ、サーフェイスレンダリング画像データ、ＭＩＰ（maximum intensity projection:最大値投影）画像データ、更には、ＭＰＲ（multi-planar reconstruction:断面変換）画像データ等を生成するための画像処理を行なう。
【００３３】
次に、表示部８１は、図示しない表示用データ生成回路と変換回路とモニタを備えており、データ記憶・処理部７０において生成されたＢモード画像データやカラードプラ画像データは前記表示用データ生成回路において所定の表示形態に対応した走査変換等の処理が行なわれて表示用データが生成され、この表示用データは、変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われてモニタに表示される。
【００３４】
一方、入力部８３は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、患者情報の入力、データ収集条件、表示条件等の設定、更には、種々のコマンド信号の入力等を行なう。
【００３５】
又、システム制御部８２は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部８３から入力あるいは設定される上述の各種情報は前記記憶回路に保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて、送受信部１０、データ生成部５０、データ記憶・処理部７０、更には後述する素子選択部３０の制御やシステム全体の制御を統括して行なう。
【００３６】
次に、本実施例の超音波診断装置の重要な構成要素である素子選択部３０の詳細につき図４乃至図９を用いて説明する。
【００３７】
図４は、既に述べた超音波振動素子による２次元アレイとこの２次元アレイを所定の大きさに区分して構成された複数のサブアレイを示す図であり、Ｘ方向にＭ１素子、Ｙ方向にＭ２素子配列された２次元アレイの超音波振動素子は、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に夫々３素子配列されたＭ０個のサブアレイＳＵＢ−１１、ＳＵＢ−１２・・・に区分されている。
【００３８】
そして、図１の素子選択部３０は、前記２次元アレイの超音波振動素子に対して駆動信号を供給して所定の方向に送信超音波を放射する際に、３素子×３素子のサブアレイの各々における超音波振動素子Ｓ−１１，Ｓ−１２，・・Ｓ−２１，Ｓ−２２，・・Ｓ−３１，Ｓ−３２，・・の中から所定方向に隣接した複数の超音波振動素子を共通接続するサブアレイ内素子接続部３１（第１の素子接続手段）と、共通接続された超音波振動素子をサブアレイ間で接続するサブアレイ間素子接続部３２（第２の素子接続手段）を備えている。
【００３９】
更に、素子選択部３０は、２次元配列された超音波振動素子において検出された受信超音波を受信して送受信部１０に供給する際に、例えば、３素子ｘ３素子で形成した受信用サブアレイの各々の超音波振動素子から得られた受信信号に対して第１の整相加算を行なうサブアレイ遅延加算部３３と、送信部２で生成された駆動信号のサブアレイ間素子接続部３２への供給とサブアレイ遅延加算部３３の出力信号の受信部３への供給の切り替えを行なう切り替えスイッチ（ＳＷ）３４を備えており、この切り替えスイッチ３４は、図示しないＭ０チャンネルのケーブルを介して送信部２の出力端及び受信部３の入力端に接続されている。
【００４０】
図５は、サブアレイ内素子接続部３１によるサブアレイ内超音波振動素子の接続方法を示したものであり、例えば、図４に示した３素子ｘ３素子のサブアレイＳＵＢ−１１の超音波振動素子Ｓ−１１乃至Ｓ−１３、Ｓ−２１及びＳ−２３，Ｓ−３１乃至Ｓ−３３がスイッチＳＷ−１１乃至ＳＷ−１３、ＳＷ−２１及びＳＷ−２３，ＳＷ−３１乃至ＳＷ−３３を介して接続ラインＬ１乃至Ｌ３に接続され、サブアレイＳＵＢ−１１の中心に配置された超音波振動素子Ｓ−２２は接続ラインＬ２にのみ直接接続されている場合を示している。
【００４１】
尚、この図では、Ｓ−１１乃至Ｓ−１３は夫々ＳＷ−１１乃至ＳＷ−１３を介して接続ラインＬ３に接続され、Ｓ−２１及びＳ−２３はＳＷ−２１及びＳＷ−２３を介して接続ラインＬ２に接続され、更にＳ−３１乃至Ｓ−３３はスイッチＳＷ−３１乃至ＳＷ−３３を介して接続ラインＬ１に接続されている。
【００４２】
上述のスイッチング回路による接続方法では、サブアレイＳＵＢ−１１におけるＹ方向の３素子を接続ラインＬ１乃至Ｌ３に接続する場合について述べたが、前記スイッチング回路の制御によって、Ｘ方向の３素子、あるいは対角方向の３素子（例えば、[Ｓ−１１，Ｓ−１２、Ｓ−２１]、[Ｓ−１３，Ｓ−２２、Ｓ−３１]、[Ｓ−２３，Ｓ−３２、Ｓ−３３]）を接続ラインＬ１乃至Ｌ３に接続することも可能である。
【００４３】
次に、サブアレイ間素子接続部３２によって行なわれる隣接サブアレイ間の超音波振動素子に対する接続方法につき図６を用いて説明する。図６において、サブアレイＳＵＢ１１乃至ＳＵＢ１３、ＳＵＢ２１乃至ＳＵＢ２３、ＳＵＢ３１乃至ＳＵＢ３３の右端部に示した符号Ｌ１乃至Ｌ３は、前記サブアレイ内素子接続部３１によってサブアレイ内超音波振動素子と接続された接続ラインＬ１乃至Ｌ３を模式的に示しており、夫々のサブアレイにおける接続ラインＬ２は、サブアレイ間素子接続部３２のスイッチング回路を介して隣接する３つのサブアレイの中の何れかのサブアレイにおける接続ラインＬ１あるいは接続ラインＬ３に接続される。
【００４４】
例えば、サブアレイＳＵＢ−１３の接続ラインＬ２は、スイッチＳＷＷ−１２、ＳＷＷ−２２、ＳＷＷ−２３を介して右方、右下方、下方において隣接したサブアレイＳＵＢ−１２、ＳＵＢ−２２，ＳＵＢ−２３の中の何れかのサブアレイにおける接続ラインＬ１あるいは接続ラインＬ３に接続される。即ち、ＳＵＢ−１３の接続ラインＬ２に接続されたＳＷＷ−１２，ＳＷＷ−２２，ＳＷＷ−２３における６つの開閉部のうち１つの開閉部のみが接続状態となる。
【００４５】
同様にして、サブアレイＳＵＢ−１２の接続ラインとその隣接サブアレイの接続ラインとの接続方法を図６の一点鎖線で、又、サブアレイＳＵＢ−２３の接続ラインＬ２とその隣接サブアレイの接続ラインとの接続方法を破線によって示す。尚、この図では、３つの隣接サブアレイに対する接続について述べたが、右上方あるいは左下方を含めた4つの隣接サブアレイに対する接続を行なってもよい。
【００４６】
次に、上述のサブアレイ内素子接続部３１とサブアレイ間素子接続部３２による超音波振動素子の共通接続法につき図７乃至図９を用いて説明する。
【００４７】
図７は、サブアレイ内における超音波振動素子の共通接続法を示しており、サブアレイ内素子接続部３１は、送信超音波の送信収束点を基準にしてサブアレイの中心超音波振動素子Ｓ−２２と略等距離の方向にある同一サブアレイ内の超音波振動素子を選択して共通接続し、この共通接続方向と略同一方向において同一サブアレイ内の他の超音波振動素子に対しても共通接続を行なう。例えば、３素子×３素子のサブアレイの場合における共通接続方向は、図７（ａ）乃至（ｄ）に示すように、Ｘ方向を基準として−４５度方向、０度方向、４５度方向及び９０度方向の設定が可能である。そして、上述の各共通接続方向において各サブアレイの接続ラインＬ１乃至Ｌ３に接続される超音波振動素子は図８のように設定される。
【００４８】
次に、サブアレイ間素子接続部３２による隣接サブアレイ間の接続方法につき図９を用いて説明する。ここで、図９に示した４文字の符号Ｘａ−Ｘｂ−Ｘｃ−Ｘｄにおいて、符号ＸａのΘ−４５、Θ０、Θ４５、Θ９０はサブアレイＳＵＢａにおける接続方向−４５度、０度、４５度、９０度に対応し、符号ＸｂのＲ，Ｓ、Ｄは、このサブアレイに接続される隣接サブアレイの隣接方向「右方」、「右下方」及び「下方」を夫々示している。
【００４９】
又、符号ＸｃのΘ−４５、Θ０、Θ４５、Θ９０は、接続される隣接サブアレイＳＵＢｂにおける超音波振動素子の接続方向−４５度、０度、４５度、９０度に対応し、更に、符号ＸｄのＬ１乃至Ｌ３は、サブアレイＳＵＢａの中心振動素子Ｓ−２２に接続された接続ラインと接続される隣接サブアレイＳＵＢｂの接続ラインを示している。
【００５０】
例えば、図９（ａ）においてΘ４５−Ｒ−Θ０−Ｌ１で示されたサブアレイＳＵＢａと隣接サブアレイＳＵＢｂとの接続では、サブアレイＳＵＢａの中心超音波振動素子Ｓ−２２を基準に４５度方向に配列された超音波振動素子Ｓ−１１、Ｓ−２２及びＳ−３３が接続ラインＬ２によって共通接続され、更に、サブアレイＳＵＢａの右方に隣接した隣接サブアレイＳＵＢｂの超音波振動素子Ｓ−１３、Ｓ−２３及びＳ−３３を共通接続している接続ラインＬ１と前記サブアレイＳＵＢａの接続ラインＬ２が接続されている。
【００５１】
同様にして、図９（ｂ）には、サブアレイＳＵＢａが右下方の隣接サブアレイＳＵＢｂと接続された場合を、又、図９（ｃ）には下方の隣接サブアレイＳＵＢｂと接続された場合の具体例を示す。
【００５２】
上記サブアレイ内素子接続部３１及びサブアレイ間素子接続部３２により、当該サブアレイの中心超音波振動素子と共通接続された同一サブアレイ内の所定方向における２つの超音波振動素子及び隣接サブアレイ内の所定方向における３つの超音波振動素子は切り替えスイッチ３４及び図示しないケーブルを介して送受信部１０における送信部２の所定出力端子に接続される。
【００５３】
次いで、上記隣接サブアレイを新たなサブアレイに設定し、新たなサブアレイとその隣接サブアレイにおける６素子の超音波振動素子をサブアレイ内素子接続部３１及びサブアレイ間素子接続部３２によって同様の手順で共通接続し、接続されたこれらの超音波振動素子は送信部２の他の出力端子に接続される。そして、上述の接続手順を繰り返すことによってＭ０個のサブアレイの各々における中心超音波振動素子を基準とした６素子の共通接続によって形成されたＭ０個の超音波振動素子群とＭ０チャンネルで構成される送信部２の出力端子との接続が行なわれる。
【００５４】
（画像データの生成手順）
次に、図１乃至図１０を用いて本実施例における超音波診断装置を用いた画像データの生成手順について説明する。操作者は、先ず入力部８３にて患者情報の入力を行ない、更に、画像データの収集モードを選択する。ここでは、収集モードとして３次元Ｂモード画像データ及び３次元カラードプラ画像データを選択した場合について述べるが、任意断面における２次元Ｂモード画像データや２次元カラードプラ画像データであってもよく、更に、被検体の心臓壁等の機能をドプラ信号を用いて画像化する２次元あるいは３次元の組織ドプラ画像データであってもよい。
【００５５】
次いで、送信におけるサブアレイの超音波振動素子数（Ｍ１×Ｍ２）と受信における超音波振動素子数（Ｍ１’×Ｍ２’）を設定し、送受信部１０における送信部２の出力端子数あるいは受信部３の入力端子数Ｍ０と等しい数のサブアレイを形成する。そして、これらの情報は、システム制御部８２の図示しない記憶回路に保存される。尚、以下では、上述の装置構成の説明と同様にしてＭ１＝Ｍ１’＝Ｍ２＝Ｍ２’＝３とするが、これに限定されない。又、送信及び受信におけるサブアレイの諸条件は、例えばシステム制御部８２において予め設定されていてもよい。
【００５６】
上述の初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ２０の先端（超音波送受信面）を被検体体表面の所定の位置に固定することによって、被検体の第１の走査方向（θ１方向）のＢモードデータを得るための超音波送受波が行なわれる。
【００５７】
即ち、図１のシステム制御部８２は、素子選択部３０に対して超音波の送受信方向（θ１）の情報と送信収束点までの距離情報を供給し、これらの情報を受信した素子選択部３０のサブアレイ内素子接続部３１及びサブアレイ間素子接続部３２は、既に設定されている送信用サブアレイ及び受信用サブアレイの各中心超音波振動素子と同一のサブアレイ内及び隣接サブアレイ内に配置されている５つの超音波振動素子を上述の接続手順によって共通接続する。
【００５８】
次いで、図２のレートパルス発生器１１は、基準信号発生部１から供給される基準信号を分周することによって、超音波パルスの繰り返し周期Ｔｒを決定するレートパルスを生成し、このレートパルスをＭ０チャンネルの送信遅延回路１２に供給する。
【００５９】
送信遅延回路１２は、所定の深さに超音波を収束するための収束用遅延時間と、第１の走査方向（θ１）に超音波を送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスを駆動回路１３に供給する。そして、Ｍ０チャンネルの駆動回路１３は、レートパルスの駆動によって生成されたインパルスあるいは所定波形の駆動信号を、Ｍ０チャンネルのケーブルを介して超音波プローブ２０におけるＭ０個のサブアレイの中心超音波振動素子及びこの中心超音波振動素子と共通接続された同一サブアレイ内及び隣接サブアレイ内の超音波振動素子に供給し、前記第１の走査方向に対して超音波パルスを放射する。
【００６０】
この場合、送信部２の送信遅延回路１２は、Ｍ０個のサブアレイの各々における中心超音波振動素子の位置や超音波送波方向（θ１）、更には、送信収束点までの距離等に基づいて予め設定された送信遅延時間をレートパルス発生器１１から供給されるレートパルスに与え、異なる遅延時間を有したＭ０チャンネルのレートパルスが駆動回路１３に供給される。そして、これらのレートパルスのタイミングに基づいて生成されたＭ０チャンネルの駆動信号は図示しないケーブルや素子選択部３０の切り替えスイッチ３４、更には、サブアレイ内素子接続部３１やサブアレイ間素子接続部３２を介して各サブアレイにおける中心超音波振動素子とこの中心超音波振動素子に共通接続された５つの超音波振動素子に供給される。
【００６１】
被検体に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。
【００６２】
被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ２０においてＭ１ｘＭ２で２次元配列された前記超音波振動素子によって受信されて電気信号（受信信号）に変換され、更に、このＭ１ｘＭ２チャンネルの受信信号は、素子選択部３０のサブアレイ遅延加算部３３において既に設定されている受信用サブアレイ単位で所定の第１の受信遅延時間が与えられて第１の整相加算が行なわれ、Ｍ０チャンネルの加算出力信号が形成される。尚、上記受信遅延時間の設定方法は、既に述べた送信遅延時間の場合と同様にしてＭ０個のサブアレイの各々における中心超音波振動素子の位置や超音波受波方向（θ１）、更には、受信収束点までの距離等に基づいて設定される。
【００６３】
次いで、Ｍ０チャンネルの加算出力信号は、切り替えスイッチ３４とケーブルを介して送受信部１０の受信部３に供給され、受信部３のプリアンプ１４にて所定の大きさに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１５にてデジタル信号に変換される。更に、デジタル信号に変換されたＭ０チャンネルの受信信号は、ビームフォーマ１６にて、システム制御部８２の制御信号に基づいて所定の第２の受信遅延時間が与えられ第２の整相加算が行なわれる。
【００６４】
尚、上記サブアレイ遅延加算部３３において与えられる第１の受信遅延時間と受信部３のビームフォーマ１６において与えられる第２の受信遅延時間は各々の超音波振動素子の位置、受信収束点までの距離、更には、第１の走査方向（θ１）等に基づいて設定される。
【００６５】
図１０は、図４に示した２次元アレイにおけるＹ方向のサブアレイＳＵＢ１１、ＳＵＢ１２、ＳＵＢ１３、・・・の各超音波振動素子に与えられる受信遅延時間を模式的に示したものであり、説明を簡単にするために配列方向に対して直線状に変化する遅延時間を各超音波振動素子からの受信信号に与える場合について示している。
【００６６】
即ち、ＳＵＢ１１、ＳＵＢ１２、ＳＵＢ１３・・・の各サブアレイにおける振動素子Ｓ−１１、Ｓ−１２，Ｓ−１３から得られた受信信号に対して、サブアレイ遅延加算部３３は第１の受信遅延時間τ１１＝０、τ１２、τ１３を与えて第１の整相加算を行ない、次いで、整相加算後の受信信号に対してビームフォーマ１６は第２の受信遅延時間τｘ１、τｘ２、τｘ３・・・を与えて第２の整相加算を行なう。このようにサブアレイ内の各超音波振動素子に対して比較的小さな第１の受信遅延時間を供給して第１の整相加算を行った後サブアレイ単位で第２の整相加算を行なうことによって、破線で示した理想的な遅延時間に近い受信遅延時間を比較的簡単な回路構成で得ることが可能となる。
【００６７】
前記ビームフォーマ１６において第２の整相加算が行なわれた受信信号は、データ生成部５０のＢモードデータ生成部４に供給され、包絡線検波と対数変換がなされた後、図１のデータ記憶・処理部７０におけるデータ記憶部６に保存される。
【００６８】
一方、カラードプラ画像データの生成においては、受信信号のドプラ偏移を求めるために上述と同様な手順によって、前記第１の走査方向に対し連続した複数回（Ｌ回）の超音波送受波を行ない、このとき得られた受信信号に対してドプラ信号の検出を行なう。
【００６９】
即ち、システム制御部８２は、第１の走査方向に対してカラードプラ用の最初の超音波送受波を行なう。そして、得られた受信信号をカラードプラデータ生成部５に供給し、ミキサ５５−１、５５−２及びＬＰＦ５６−１、５６−２による直交位相検波から２チャンネルの複素信号を生成する。次いで、この複素信号の実数成分（Ｉ成分）及び虚数成分（Ｑ成分）の各々をドプラ信号記憶部５８に一旦保存する。前記第１の走査方向に対する２回目乃至Ｌ回目の超音波送受波によって得られた受信信号についても同様な手順によって複素信号を収集し、ドプラ信号記憶部５８に保存する。
【００７０】
第１の走査方向に対するＬ回の超音波送受信によって得られた複素信号のドプラ信号記憶部５８への保存が終了したならば、システム制御部８２は、ドプラ信号記憶部５８に保存されている複素信号の中から所定位置（深さ）に対応した複素信号成分を順次読み出し、ＭＴＩフィルタ５９に供給する。そして、ＭＴＩフィルタ５９は、供給された複素信号成分に対してフィルタ処理を行ない、例えば生体組織などの固定反射体からの反射波成分や心筋などの組織の運動によって生ずる組織ドプラ成分（クラッタ成分）を排除し、血流の流れに起因する血流ドプラ成分のみを抽出する。
【００７１】
次いで、血流ドプラ成分の複素信号が前記ＭＴＩフィルタから供給された自己相関演算器６０は、この複素信号を用いて自己相関処理を行ない、更に、自己相関処理結果に基づいて血流の平均速度値、分散値、パワー値などを算出する。このような演算を、第１の走査方向の他の位置（深さ）に対しても行ない、算出された血流の平均速度値、分散値、更にはパワー値などを図１のデータ記憶・処理部７０におけるデータ記憶部６に保存する。
【００７２】
同様にして、システム制御部８２は、予め設定された３次元空間の複数の方向（第２の走査方向（θ２）乃至第Ｐの走査方向（θＰ））に対しても超音波送受波を行ない、得られたＢモードデータ及びカラードプラデータを走査方向単位でデータ記憶部６に保存する。
【００７３】
上記手順によって、走査方向単位で得られるＢモードデータとカラードプラデータはデータ記憶部６に順次保存されて３次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データが生成され、データ処理部７においてボリュームレンダリングやＭＩＰなどの画像処理がなされる。そして、表示部８１の表示用データ生成回路は、データ記憶・処理部７０において生成されたＢモード画像データ及びカラードプラ画像データに対して所定の表示形態に対応した走査変換等の処理を行なって表示用データを生成し、この表示用データは、図示しない変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われてモニタに表示される。
【００７４】
以上述べた本発明の実施例によれば、２次元に配列された複数の超音波振動素子を所定の大きさに区分して複数のサブアレイを形成し、次いで、送信超音波の放射方向、送信収束点、サブアレイの位置等に基づき、各サブアレイにおいて所定方向に配列された複数の超音波振動子と、このサブアレイに隣接した隣接サブアレイにおいて所定方向に配列された複数の超音波振動素子を共通接続することによって同時駆動が許容される超音波振動子群を形成することができる。
【００７５】
この接続方法によれば、２次元配列された全超音波振動素子の約６０％を用いて送信超音波を放射することができ、しかも、前記超音波振動素子の各々に対して独立な遅延時間制御を行なった場合と略同程度の遅延時間精度を得ることができる。このため、送信エネルギーと送信指向特性をあまり劣化させることなく送信部やケーブルのチャンネル数を大幅に低減することが可能となる。
【００７６】
又、前記共通接続を、所定のサブアレイ及び隣接サブアレイにおける所定方向の超音波振動素子を共通接続するサブアレイ内素子接続部（第１の素子接続手段）と、各々のサブアレイにおいて共通接続された超音波振動素子を更にサブアレイ間で接続するサブアレイ間素子接続部（第２の素子接続手段）を用いて行なうことにより特許文献１の方法と比較してスイッチング回路を飛躍的に低減することができる。このため、これらのスイッチング回路を超音波プローブ内に設けることが容易となるのみならずスイッチング回路が生ずる発熱量を抑えることも可能となる。
【００７７】
更に、本実施例の受信時における整相加算は、サブアレイ内の超音波振動素子から得られる受信信号に対して整相加算を行なうサブアレイ遅延加算部（第１の整相加算手段）とサブアレイ間の整相加算を行なうビームフォーマ（第２の整相加算手段）によって行なうことにより、受信感度と受信指向特性を劣化させることなく受信部やケーブルのチャンネル数を大幅に低減することが可能となる。
【００７８】
以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものでは無く、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、受信時におけるケーブルや受信部のチャンネル数を低減するために受信専用のサブアレイ遅延加算部を送信専用のサブアレイ内素子接続部及びサブアレイ間素子接続部と独立させて設けたが、図１１に示すようにサブアレイ内素子接続部３１及びサブアレイ間接続部３２を用いて送信時及び受信時に使用する超音波振動素子の選択を行なってもよい。この方法は上記実施例に対して受信指向特性が多少劣化するが回路構成を簡単にできる利点を有している。
【００７９】
又、上述の実施例では、サブアレイにおける超音波振動素子数が３素子ｘ３素子の場合について述べたがこれに限定されるものではなく、例えば、２素子ｘ２素子、４素子ｘ４素子であってもよく、更に３素子ｘ４素子のようにX方向とY方向の素子数が異なるように設定することも可能である。
【００８０】
更に、送信用サブアレイと受信用サブアレイの素子数が等しい場合について述べたが、異なる素子数に設定してもよい。例えば、受信時において並列同時受信を行なう場合には、受信用サブアレイの素子数を送信用サブアレイの素子数より多くすることによって受信指向性を送信指向性より強めることが望ましい。
【００８１】
又、サブアレイの中心超音波振動素子と接続ラインとの接続は固定接続としたが、他の超音波振動素子と同様にスイッチング回路を介して接続してもよい。
【００８２】
一方、上述の実施例における超音波診断装置によって得られる画像データは、３次元画像データ（ボリュームデータ）であってもよいが、任意方向の断面における１つあるいは複数の２次元画像データであってもよい。更に、上記画像データはＢモード画像データに限定されるものではなく、例えば、血流情報あるいは心臓壁等の機能を観測するためのカラードプラ画像データや組織ドプラ画像データであってもよい。
【００８３】
又、上述の実施例では、超音波の送受波方向（角度）を順次変更しながら３次元画像データあるいは２次元画像データを生成する場合について述べたが、電子的な開口移動によってこれらの画像データを生成してもよく、上記２つの方法を組み合わせてもよい。
【００８４】
尚、上述の超音波診断装置では、データ生成部のカラードプラデータ生成部において直交位相検波を行なったが、送受信部の受信部において前記直交位相検波を行ない、得られた複素信号に対して第２の整相加算を行なうことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施例における送受信部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施例におけるデータ生成部の構成を示すブロック図。
【図４】同実施例において複数のサブアレイで区分される超音波振動素子の２次元配列を示す図。
【図５】同実施例のサブアレイにおける各超音波振動素子とサブアレイ内素子接続部による超音波振動素子接続方法の具体例を示す図。
【図６】同実施例のサブアレイ間素子接続部による隣接サブアレイ間の超音波振動素子接続方法を示す図。
【図７】同実施例におけるサブアレイ内超音波振動素子の共通接続法を示す図。
【図８】同実施例のサブアレイにおける共通接続方向と各接続ラインに接続される超音波振動素子の具体例を示す図。
【図９】同実施例のサブアレイ間素子接続部によるサブアレイ間の超音波振動素子接続方法を示す図。
【図１０】同実施例のサブアレイ遅延加算部及びビームフォーマによって各超音波振動素子の受信信号に供給される受信遅延時間を模式的に示す図。
【図１１】同実施例の変形例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８６】
１…基準信号発生部
２…送信部
３…受信部
４…Ｂモードデータ生成部
５…カラードプラデータ生成部
６…データ記憶部
７…データ処理部
１０…送受信部
２０…超音波プローブ
３０…素子選択部
３１…サブアレイ内素子接続部
３２…サブアレイ間素子接続部
３３…サブアレイ遅延加算部
３４…切り替えスイッチ（ＳＷ）
５０…データ生成部
７０…データ記憶・処理部
８１…表示部
８２…システム制御部
８３…入力部
１００…超音波診断装置
【図１】
2005342194.tif 000003
【図２】
2005342194.tif 000004
【図３】
2005342194.tif 000005
【図４】
2005342194.tif 000006
【図５】
2005342194.tif 000007
【図６】
2005342194.tif 000008
【図７】
2005342194.tif 000009
【図８】
2005342194.tif 000010
【図９】
2005342194.tif 000011
【図１０】
2005342194.tif 000012
【図１１】
2005342194.tif 000013