(57)【要約】  【課題】  Ｄ／Ａ変換器によって波形データをアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅することにより、超音波トランスデューサアレイを駆動するための駆動信号を生成する超音波送信装置において、Ｄ／Ａ変換器に対する波形データの供給をスムーズに行う。  【解決手段】  この超音波送信装置は、複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを形成して被検体に送信する超音波用探触子１と、複数の方向について、複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成する波形データ生成手段３１と、複数組の波形データを複数組の読出し開始アドレスに対応して格納する格納手段２１と、選択された１組の読出し開始アドレスに従って格納手段から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号を生成する複数の送信回路２２とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波トランスデューサを含み、前記複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを形成して被検体に送信する超音波用探触子と、
前記超音波用探触子から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、前記複数の方向について、前記超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成する波形データ生成手段と、
前記波形データ生成手段によって生成された複数組の波形データを、複数組の読出し開始アドレスに対応して格納する格納手段と、
前記複数組の読出し開始アドレスの内の選択された１組の読出し開始アドレスに従って前記格納手段から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を前記超音波用探触子に供給する複数の送信回路と、
を具備する超音波送信装置。
【請求項２】
前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームの方向を、予め定められた走査方法に従って前記格納手段を制御する走査制御手段をさらに具備する請求項１記載の超音波送信装置。
【請求項３】
複数の超音波トランスデューサを含み、前記複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを形成して被検体に送信する超音波用探触子と、
前記超音波用探触子から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、前記複数の方向について、前記超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成する波形データ生成手段と、
前記波形データ生成手段によって生成された複数組の波形データを格納する第１の格納手段と、
前記超音波用探触子から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる１組の波形データを、超音波ビームを送信していない期間中に前記第１の格納手段から転送されて格納する第２の格納手段と、
前記第２の格納手段から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を前記超音波用探触子に供給する複数の送信回路と、
を具備する超音波送信装置。
【請求項４】
前記超音波用探触子から送信される複数の超音波ビームの方向を、予め定められた走査方法に従って前記第１及び第２の格納手段を制御する走査制御手段をさらに具備する請求項３記載の超音波送信装置。
【請求項５】
前記波形データ生成手段が、前記超音波用探触子から複数の異なる方向に複数の超音波ビームを同時に送信するために、各々の超音波トランスデューサについて複数の駆動波形を合成することによって得られる合成駆動波形を表す波形データを生成する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送信して生体内の臓器等を観察するために用いられる超音波送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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次元トランスデューサアレイを用いて、送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次元トランスデュー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次元トランスデュー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次元トランスデューサアレイを用いて３次元画像を取得する方が有利である。さらに、複数の異なる方向に複数の超音波ビームを同時に送信するマルチビーム送信方式によれば、被検体を走査するために要する時間を短縮することができる。
【０００４】
下記の特許文献１には、マルチビーム送信機能を有するディジタル送信ビームフォーマシステムが開示されている。また、下記の特許文献２には、１回の送信について周波数帯域の異なる複数の送信信号を発生することにより、周波数帯域及び焦域並びに方向が異なる複数の超音波送信ビームを同時に生成可能な超音波診断装置が開示されている。
【０００５】
しかしながら、超音波トランスデューサアレイに複数の駆動信号を供給して送信ビームを形成するためには、一般的に、（１）駆動信号の中心周波数、（２）時間領域における駆動信号の包絡線、（３）発火タイミング（各駆動信号の遅延）、（４）各駆動信号の振幅（アポダイゼーション）の４つの要素を制御しなければならない。特許文献１に記載されているように、実際の駆動信号を表す波形データを用いてこれら４つの要素を管理しようとすると、送信系のＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器に転送すべきデータ量が膨大になってしまい、実時間におけるデータの転送が困難であるという問題が生じる。
【０００６】
一方、下記の特許文献３には、特別のドライバ等を必要とせずに、複数の送信ビームを同時に形成する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、１回の送信で複数の送信ビームを形成するために、複数の振動素子を複数の送信グループに分け、送信グループ毎に異なる送信周波数の送信信号を供給する複数の送信回路を含んでいる。
【０００７】
また、下記の特許文献４には、円形の振動面が別々に複数配置できるのにかかわらず、占有面積が大きくならない超音波送受波器を具備する超音波水中探知機が開示されている。この超音波水中探知機においては、複数の超音波振動子を、その振動面が全て水平面に沿って第１の円内に位置するように並べて送受波器を構成している。これらの超音波振動子を、第１の円に内接し第１の円より小さい同一直径の第２〜第５の円で第１〜第６の超音波振動子群にグループ化し、これら超音波振動子群を適宜選択的に駆動することにより、超音波振動子の振動面の占有面積を小さくしつつ、所望のビームを形成することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献３及び特許文献４に開示されているように、複数の振動子を複数のグループに分けてマルチビーム送信を行うと、各送信ビームの強度が低下してしまうという問題が生じる。
【特許文献１】米国特許第６１７２９３９号明細書（コラム１１−１２、図３）
【特許文献２】特開平８−３８４７３号公報（第１頁、図１）
【特許文献３】特許第３３５６９９６号公報（第２頁、図１）
【特許文献４】特許第３２５５８１５号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、Ｄ／Ａ変換器によって波形データをアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅することにより、超音波トランスデューサアレイを駆動するための駆動信号を生成する超音波送信装置において、Ｄ／Ａ変換器に対する波形データの供給をスムーズに行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る超音波送信装置は、複数の超音波トランスデューサを含み、複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを形成して被検体に送信する超音波用探触子と、超音波用探触子から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、複数の方向について、超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成する波形データ生成手段と、波形データ生成手段によって生成された複数組の波形データを、複数組の読出し開始アドレスに対応して格納する格納手段と、複数組の読出し開始アドレスの内の選択された１組の読出し開始アドレスに従って格納手段から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を超音波用探触子に供給する複数の送信回路とを具備する。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る超音波送信装置は、複数の超音波トランスデューサを含み、複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを形成して被検体に送信する超音波用探触子と、超音波用探触子から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、複数の方向について、超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成する波形データ生成手段と、波形データ生成手段によって生成された複数組の波形データを格納する第１の格納手段と、超音波用探触子から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる１組の波形データを、超音波ビームを送信していない期間中に第１の格納手段から転送されて格納する第２の格納手段と、第２の格納手段から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を超音波用探触子に供給する複数の送信回路とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、複数の方向について、超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成し、複数組の読出し開始アドレスに対応して格納手段に格納しておき、１組の読出し開始アドレスを選択して、超音波用探触子から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる１組の波形データを読み出すことにより、送信回路のＤ／Ａ変換器に対する波形データの供給をスムーズに行うことができる。
【００１３】
また、本発明の第２の観点によれば、複数の方向について、超音波用探触子に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成して第１の格納手段に格納しておき、超音波用探触子から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる１組の波形データを、超音波ビームを送信していない期間中に第１の格納手段から第２の格納手段に転送すると共に、第２の格納手段から１組の波形データを読み出すことにより、送信回路のＤ／Ａ変換器に対する波形データの供給をスムーズに行うことができる。
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波送信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波送信装置は、超音波を送信する機能の他に、超音波エコーを受信し、受信した超音波エコーに基づいて超音波画像を表示する機能を備えている。
【００１６】
図１に示すように、この超音波送信装置は、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信装置本体２とによって構成される。
【００１７】
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１１を含むトランスデューサアレイ（「アレイトランスデューサ」ともいう）を内蔵している。これらの超音波トランスデューサ１１は、信号線を介して、超音波送信装置本体２に接続される。なお、トランスデューサアレイとしては、２次元アレイの他に、１次元アレイや１．５次元アレイを使用することもできる。
【００１８】
超音波トランスデューサ１１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：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電材料）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。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）単結晶を含む圧電材料を用いても良い。
【００１９】
このような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電材料が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として利用される。
【００２０】
超音波送信装置本体２は、複数の切換回路２０と、複数の高速メモリ２１と、複数の送信回路２２と、複数の受信回路２３と、コンピュータ３０と、記録部４０と、表示部５０とを含んでいる。
【００２１】
複数の切換回路２０は、超音波の送信時において、超音波用探触子１に内蔵されている複数の超音波トランスデューサ１１を複数の送信回路２２にそれぞれ接続し、超音波の受信時において、超音波用探触子１に内蔵されている複数の超音波トランスデューサ１１を複数の受信回路２３にそれぞれ接続する。
【００２２】
複数の高速メモリ２１は、超音波用探触子１から複数の送信方向の内の少なくとも１つの送信方向に超音波ビームを送信するために、複数の送信方向について、それぞれの超音波トランスデューサ１１に供給すべき駆動信号の波形を表す複数組の波形データを複数組の読出し開始アドレスに対応して格納する。超音波ビームを送信する際に、１組の読出し開始アドレスを選択して、複数の高速メモリ２１から１組の波形データを読み出すことにより、少なくとも１つの送信方向に超音波ビームを送信するための１組の波形データが得られる。
【００２３】
複数の送信回路２２の各々は、高速メモリ２１から読み出された波形データをアナログの駆動信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器から出力される駆動信号を増幅するＡ級パワーアンプとを含んでいる。Ｄ／Ａ変換器は、高速・高分解能で動作し、超音波の送信信号の周波数（送信信号が変調波の場合にはキャリア周波数）の１０倍以上のサンプリング周波数に対応しており、より好ましくは、１００ＭＨｚ以上の周波数帯域を有するアナログ信号を出力することができる。また、Ｄ／Ａ変換器の分解能は、１０ビット以上であり、より好ましくは、１４ビット以上とする。複数の送信回路２２は、選択された読出し開始アドレスに従って高速メモリ２１から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号をそれぞれ生成し、それらの駆動信号を超音波用探触子１に供給する。
【００２４】
複数の受信回路２３の各々は、プリアンプと、ＴＧＣ（time gain compensation：タイム・ゲイン・コンペンセーション）増幅器と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器とを含んでいる。各々の超音波トランスデューサ１１から出力される検出信号は、プリアンプによって増幅され、ＴＧＣ増幅器によって、被検体内において超音波が到達した距離による減衰の補正が施される。
【００２５】
ＴＧＣ増幅器から出力される検出信号は、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の１６倍以上の周波数が望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の分解能としては、１０ビット以上が望ましい。
【００２６】
コンピュータ３０は、記録部４０に記録されているソフトウェア（制御プログラム）に基づいて超音波の送受信を制御する。記録部４０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。コンピュータ３０に含まれている中央演算装置（ＣＰＵ）と、ソフトウェアとによって、波形データ生成部３１と、走査制御部３２と、位相整合演算部３４と、表示画像演算部３５とが、機能ブロックとして実現される。また、コンピュータ３０は、受信メモリ３３を有している。
【００２７】
波形データ生成部３１は、超音波用探触子１から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、複数の方向について、超音波用探触子１に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成し、予め複数の高速メモリ２１に格納しておく。複数の高速メモリ２１から読み出された１組の波形データに基づいて、複数の送信回路２２が複数の駆動信号をそれぞれ生成することにより、送信フォーカス処理が行われて、超音波用探触子１から１つの方向に向けて超音波ビームが送信される。
【００２８】
超音波用探触子１から複数の超音波ビームを同時に送信するマルチビーム送信の場合には、波形データ生成部３１は、各々の超音波トランスデューサ１１について複数の駆動波形を合成した合成駆動波形を表す波形データを生成する。複数の高速メモリ２１から読み出された１組の波形データに基づいて、複数の送信回路２２が複数の駆動信号をそれぞれ生成することにより、送信フォーカス処理が行われて、超音波用探触子１から複数の異なる方向に向けて複数の超音波ビームが同時に送信される。
【００２９】
走査制御部３２は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。例えば、走査制御部３２は、超音波用探触子１から送信される１つ又は複数の超音波ビームの方向を、予め定められた走査方法に従って変化させるように、複数の高速メモリ２１の読出し開始アドレスを選択する。
【００３０】
受信メモリ３３は、複数の受信回路２３のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタルの検出信号を、超音波トランスデューサごとに時系列に記憶する。位相整合演算部３４は、走査制御部３２において設定された受信方向に基づいて、記録部４０に記録されている複数の受信遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて複数の検出信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データが形成される。なお、受信フォーカス処理は、Ａ／Ｄ変換の前、又は、ＴＧＣ増幅器による補正の前に行うようにしても良い。
【００３１】
表示画像演算部３５は、位相整合演算部３４によって形成された音線データに基づいて、画像データを生成する。表示部５０は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示画像演算部３５によって生成された画像データに基づいて、超音波画像を表示する。
【００３２】
なお、本実施形態においては、波形データ生成部３１と、走査制御部３２と、位相整合演算部３４と、表示画像演算部３５を、ＣＰＵとソフトウェアで構成したが、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。
【００３３】
次に、本発明の特徴である駆動信号の生成方式について説明する。
図２は、従来技術と本発明とにおける駆動信号の生成方式について説明するための図である。図２の（ａ）は、従来技術における駆動信号の生成過程を示している。Ｄ／Ａ変換器を含む包絡線形成部６０は、波形データに基づいて、与えられた遅延量δ（ｔ０）に従って遅延された包絡線信号を形成する。第１の掛算回路７１は、包絡線形成部６０によって形成された包絡線信号にアポダイゼーション係数を掛け合わせることによって、包絡線信号に開口重み付けを与える。第２の掛算回路７２は、第１の掛算回路７１から出力される包絡線信号にキャリア信号を掛け合わせることによって、キャリア信号を振幅変調して駆動信号を得る。
【００３４】
図２の（ｂ）は、本発明における駆動信号の生成過程を示している。本発明においては、所望の遅延量と開口重み付けが与えられ、包絡線処理がなされた波形データを用いるので、Ｄ／Ａ変換器によって波形データをＤ／Ａ変換するのみで、各種の処理がなされた駆動信号が得られる。ただし、波形データの情報量が増えるので、どうやって波形データを高速に転送するかが問題となる。この問題を解決するために、本実施形態においては、波形データを格納する複数の高速メモリ２１を、対応する送信回路２２の近くにそれぞれ配置している。
【００３５】
図３は、本実施形態における波形データの読出し動作について説明するための図である。図３の（ａ）は、超音波ビームを第１の方向に送信するために用いられる波形データの読出し動作を示している。各々の高速メモリ２１において、超音波ビームを第１の方向に送信するために用いられる波形データ１は、アドレス００００〜００ＦＦに格納されている。走査制御部３２が読出し開始アドレス００００を指定して読出し命令を送信することにより、高速メモリ２１のアドレス００００〜００ＦＦから波形データ１が読み出されて、Ｄ／Ａ変換器に供給される。Ｄ／Ａ変換器は、供給された波形データ１をＤ／Ａ変換することにより、駆動信号を生成する。
【００３６】
図３の（ｂ）は、超音波ビームを第２の方向に送信するために用いられる波形データの読出し動作を示している。各々の高速メモリ２１において、超音波ビームを第２の方向に送信するために用いられる波形データ２は、アドレス０１００〜０１ＦＦに格納されている。走査制御部３２が読出し開始アドレス０１００を指定して読出し命令を送信することにより、高速メモリ２１のアドレス０１００〜０１ＦＦから波形データ２が読み出されて、Ｄ／Ａ変換器に供給される。Ｄ／Ａ変換器は、供給された波形データ２をＤ／Ａ変換することにより、駆動信号を生成する。以下同様にして、最後に、超音波ビームを第Ｍの方向に送信する波形データＭが読み出される。
【００３７】
図４に、図１の超音波送信装置において用いられる２次元トランスデューサアレイの例を示す。この例においては、超音波トランスデューサ（素子）の数を４２素子×４２素子としており、トランスデューサアレイの四隅を除く略円形の部分が、超音波の送受信に使用される。素子ピッチｄは０．３５ｍｍであり、超音波の周波数ｆＣを２．５ＭＨｚ（波長λ＝０．６ｍｍ）とすると、素子ピッチは約０．５８λに相当する。従って、超音波用探触子１の開口は、０．３５ｍｍ×４２素子＝１４．７ｍｍ以上の直径を有する円形となる。
【００３８】
図５は、２次元トランスデューサアレイから走査範囲内のある点に超音波ビームが送信される様子を表す模式図である。Ａ点及びＢ点は、それぞれ超音波ビームによりセクター走査される空間領域の焦点位置となる。ここで、方位角θと仰角φを用いて、空間領域における焦点の方向を（θ，φ）で表すと、Ａ点及びＢ点の方向は、それぞれ（０°，０°）及び（３０°，３０°）で表される。この例においては、超音波の走査範囲を、−３０°≦θ≦３０°、−３０°≦φ≦３０°としている。
【００３９】
また、１６本の超音波ビームを同時に送信するものとし、これらの超音波ビーム間の角度差Δθ及びΔφを、それぞれ１５°とする。これらの超音波ビームは、走査ステップδθ＝δφ＝１°で順次ステアリングされる。図６に、最初の送信方向に向けられた１６本の超音波ビームと、ある走査ステップだけ下方にステアリングされた１６本の超音波ビームとを、模式的に示す。
【００４０】
図７は、複数の超音波トランスデューサに印加される駆動波形と、それによって発生する超音波ビームとの関係を示す図である。図７の（ａ）は、位相の異なる複数の駆動信号をそれぞれの超音波トランスデューサに印加することにより、方位角θ＝−１５°に向けて超音波ビームが送信されることを示している。図７の（ｂ）は、位相のほぼ揃った複数の駆動信号をそれぞれの超音波トランスデューサに印加することにより、方位角θ＝０°に向けて超音波ビームが送信されることを示している。図７の（ｃ）は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示す駆動信号を合成することにより、方位角θ＝−１５°に向けた超音波ビームと方位角θ＝０°に向けた超音波ビームとが同時に送信されることを示している。
【００４１】
図８は、１６本の超音波ビームを同時に送信する場合における駆動信号の波形を求めたシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションにおいては、各超音波トランスデューサから焦点までの距離に基づいて駆動信号に与える遅延量を求め、１６本の超音波ビームを１６個の焦点に向けて同時に送信するために、１６種類の駆動信号を重ね合わせるときの波形を計算している。ここでは、駆動信号として、波連長が２であるバースト信号を想定し、駆動信号に与える遅延量の精度を１０ｎ秒としている。
【００４２】
このシミュレーションにおいては、ｘ−ｙ平面を送信面とする２次元トランスデューサアレイを考え、このトランスデューサアレイの送信面の中心を原点とし、原点から焦点までの距離をｒとする。このトランスデューサアレイの位置（ｘ，ｙ，０）における超音波トランスデューサから、位置（ｘＦＯＣＵＳ，ｙＦＯＣＵＳ，ｚＦＯＣＵＳ）における焦点に向けて超音波ビームを送信するために、駆動信号に与えるべき遅延量τは次式で表される。ただし、被検体内における音速をｃとする。
τ＝ｒ−√｛（ｘＦＯＣＵＳ−ｘ）２＋（ｙＦＯＣＵＳ−ｙ）２＋ｚＦＯＣＵＳ２｝／ｃ
また、焦点の位置を、方位角θと仰角φを用いて表すと、次のようになる。
ｘＦＯＣＵＳ＝ｒ・ｃｏｓφｓｉｎθ
ｙＦＯＣＵＳ＝ｒ・ｓｉｎφ
ｚＦＯＣＵＳ＝ｒ・ｃｏｓφｃｏｓθ
【００４３】
図８の（ａ）は、１６本の超音波ビームの内で基準となる超音波ビームを方向（０°，０°）に送信する場合を示しており、斜線の領域は、基準となる超音波ビームによって走査される走査領域を示している。図８の（ｂ）〜（ｄ）は、その際に、例として３つの超音波トランスデューサに印加される駆動信号の波形を示している。このように、同時に送信する超音波ビームの数が増加すると駆動信号の波形が複雑になるので、それぞれの超音波ビームを発生するための発振器から出力される信号をアナログ的又はディジタル的に合成するよりも、合成波形を表す波形データを予め準備しておく方が有利となる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波送信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、第１の実施形態における高速メモリ２１の替わりに、送信メモリ２４及び高速メモリ２５が設けられており、これらのメモリに対する波形データの書込み及び読出しの手順が第１の実施形態と異なっているが、その他の点については第１の実施形態と同一である。
【００４５】
波形データ生成部３１は、超音波用探触子１から複数の方向の内の少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために、複数の方向について、超音波用探触子１に供給すべき複数の駆動信号の波形を表す複数組の波形データをそれぞれ生成し、予め送信メモリ２４に格納しておく。
【００４６】
送信メモリ２４は、超音波用探触子１から複数の送信方向の内の少なくとも１つの送信方向に超音波ビームを送信するために、複数の送信方向について、複数の超音波トランスデューサ１１に供給すべき駆動信号の波形を表す複数組の波形データを格納する。なお、送信メモリ２４は、送信回路２２及び高速メモリ２５と同一の基板に設けられても良いし、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）等のバスを介して、別の基板に設けられても良い。
【００４７】
走査制御部３６は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。例えば、走査制御部３６は、超音波用探触子１から送信される１つ又は複数の超音波ビームの方向を、予め定められた走査方法に従って変化させるように、超音波用探触子１から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる波形データを、超音波ビームを送信していない期間中に送信メモリ２４から複数の高速メモリ２５に転送する。
【００４８】
複数の高速メモリ２５は、超音波用探触子１から少なくとも１つの方向に超音波ビームを送信するために用いる１組の波形データを、超音波ビームを送信していない期間中に送信メモリ２４から転送されて格納する。超音波ビームを送信する際に、複数の高速メモリ２５から１組の波形データを読み出すことにより、少なくとも１つの送信方向に超音波ビームを送信するための１組の波形データが得られる。複数の送信回路２２は、それぞれのスイッチ２６がオンされると、高速メモリ２５から読み出された１組の波形データに基づいて複数の駆動信号をそれぞれ生成し、それらの駆動信号を超音波用探触子１に供給する。
【００４９】
図１０は、本実施形態における波形データの読出し動作について説明するための図である。送信メモリ２４には、超音波ビームを第１、第２、・・・、第Ｍの方向に送信するために用いられる複数組の波形データ１、２、・・・、Ｍが格納されている。走査制御部３６が読出し開始アドレスをポインタにより指定して読出し命令を送出することにより、例えば、１組の波形データ２が送信メモリ２４から読み出されて、１組の波形データ２に含まれている各超音波トランスデューサ用の波形データが、対応する高速メモリ２５に転送される。さらに、スイッチ２６がオンされると、高速メモリ２５に格納された波形データが、送信回路２２のＤ／Ａ変換器に供給される。Ｄ／Ａ変換器は、供給された波形データをＤ／Ａ変換することにより、駆動信号を生成する。
【００５０】
図１１は、本実施形態における波形データの読出し動作について説明するためのタイミングチャートである。循環器用の一般的なセクタスキャンにおいては、各々の超音波トランスデューサが超音波を送信している送信時間帯ＴＴｘは約１５μ秒程度であり、超音波エコーを受信している受信時間帯ＴＲｘは最大で２５０μ秒程度である。
【００５１】
走査制御部３６が、Ｔｘ制御信号をハイレベル（送信アクティブ）にすると、高速メモリ２５とＤ／Ａ変換器との間に挿入されているスイッチ２６がオンとなり、高速メモリ２５に格納されている波形データが一定の周期でＤ／Ａ変換器に供給されると共に、高速メモリ２５の読み出しアドレスがインクリメントされる。Ｄ／Ａ変換器は、供給された波形データをＤ／Ａ変換して駆動信号を出力する。
【００５２】
送信が終了すると、走査制御部３６は、Ｔｘ制御信号をローレベル（非アクティブ）に戻すので、スイッチ２６がオフとなり、Ｄ／Ａ変換器は駆動信号の振幅をゼロとする。これにより、超音波エコーの受信中に高速メモリ２５にデータを転送しても、受信系の回路に雑音を与えることがない。走査制御部３６は、高速メモリ２５がＤ／Ａ変換器から切り離されたことを確認すると、次の送信に用いられる波形データを、送信メモリ２４から高速メモリ２５に転送する。
【００５３】
以上の実施形態において、遅延部分の波形データ中にゼロが連続する場合に、ランレングス符号化を用いることにより、その部分をゼロの連続数を表すデータに置き換えて、データ長を短くするようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、超音波を送信して生体内の臓器等を観察するために用いられる超音波送信装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術と本発明とにおける駆動信号の生成方式について説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における波形データの読出し動作について説明するための図である。
【図４】図１の超音波送信装置において用いられる２次元トランスデューサアレイの例を示す図である。
【図５】２次元トランスデューサアレイから走査範囲内のある点に超音波ビームが送信される様子を表す模式図である。
【図６】２次元トランスデューサアレイから送信されるマルチビームを模式的に示す図である。
【図７】複数の超音波トランスデューサに印加される駆動波形と、それによって発生する超音波ビームとの関係を示す図である。
【図８】１６本の超音波ビームを同時に送信する場合における駆動信号の波形を求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における波形データの読出し動作について説明するための図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における波形データの読出し動作について説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１  超音波用探触子
２  超音波送信装置本体
１１  超音波トランスデューサ
２０  切換回路
２１、２５  高速メモリ
２２  送信回路
２３  受信回路
２４  送信メモリ
２６  スイッチ
３０  コンピュータ
３１  波形データ生成部
３２、３６  走査制御部
３３  受信メモリ
３４  位相整合演算部
３５  表示画像演算部
４０  記録部
５０  表示部
【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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