(57)【要約】【課題】プローブの移動量算出の精度を向上することができるようにする。【解決手段】Ａアレイ振動子は、従来のアレイ振動子に相当する１次元アレイ振動子である。Ｂアレイ振動子およびＣアレイ振動子は、Ａアレイ振動子の各振動子の配列方向と、Ｂアレイ振動子およびＣアレイ振動子の各振動子の配列方向とが直交するように、Ａアレイ振動子の短辺側の両端（図中左右両端）に接続されている。本開示は、例えば、超音波画像を撮影するプローブからの信号から、超音波画像を生成し、表示する信号処理装置に適用することができる。【選択図】図２
2013111327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、
前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子と
を有するプローブと、
前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する信号処理部と
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数は、前記第２のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数より多い
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第２のアレイ振動子は、前記第１のアレイ振動子の両端に設けられる
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２の走査面は、前記第１の走査面に直交している
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記信号処理部の信号処理パラメータを制御する制御部を
さらに備える請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数である
請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を、前記第１のアレイ振動子への信号の周波数と異なる周波数となるように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を制御する
請求項６に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングである
請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子において、前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子のうち信号が送出されている振動子に対して、離れて位置する振動子に対して信号を送出するように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングを制御する
請求項８に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法である
請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出を平面波で行うように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法を制御する
請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフである
請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出をオフするように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフを制御する
請求項１２に記載の信号処理装置。
【請求項１４】
前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子の被写体に接触する側には、前記第１のアレイ振動子の配列方向に交差する方向に対してビームフォーカスするためのレンズ形状の層が設けられ、
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子に対する前記レンズ形状の層による遅延量であり、
前記制御部は、前記遅延量に基づき、前記第２のアレイ振動子への信号の送信タイミングを制御する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項１５】
前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、前記プローブの移動量を算出する移動量算出部を
さらに備える請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１６】
前記プローブの移動量は、前記第１のアレイ振動子を構成する振動子が１次元配列される面における移動量と、前記面に直交する軸の回転角である
請求項１５に記載の信号処理装置。
【請求項１７】
前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて画像を再構成し、画像マッチングすることで、前記プローブの移動量を算出する
請求項１５に記載の信号処理装置。
【請求項１８】
前記移動量算出部は、前記画像マッチングとして、前記第１の走査面上における、前記第２の走査面とそれぞれの交点での移動量を算出することにより、前記プローブの移動量を算出する
請求項１７に記載の信号処理装置。
【請求項１９】
前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、各信号の位相変化量を算出することで、前記プローブの移動量を算出する
請求項１５に記載の信号処理装置。
【請求項２０】
第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、
前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子と
を有するプローブを備える信号処理装置が、
前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する
信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理装置および方法に関し、特に、プローブの移動量算出の精度を向上することができるようにした信号処理装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像の撮影を行う超音波診断装置において、プローブの動きを検出することは、コンピュータ支援診断、組織形状や性状の測定、パノラマ画像生成、または３Ｄ再構成などの処理などにおいて、重要な役割を果たしている。
【０００３】
プローブの動きの検出については、例えば、特許文献１において、２次元プローブで２つの走査面を構成し、プローブの動き検出と３次元動き再構成を行う方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、互いに直交する１次元アレイ振動子によって、超音波プローブを形成し、超音波プローブの動き追跡を行う方法が提案されている。具体的には、それぞれのアレイプローブの配列方向を、それぞれｘ軸、ｚ軸とし、ビーム方向をｙとして、ｘ軸、ｚ軸方向の移動量を画像から計算して合成ベクトルを求めることで、ｘｚ平面の移動ベクトルが求められる。さらに、残りのどちらかの面において、ｙ軸方向の移動量を算出すれば、結果、３次元の移動ベクトルを求めることができる。
【０００５】
特許文献２に記載の方法は、組織（被写体）の動きを追跡する方法として定義されているが、この方法では、ｘｚ平面でのｙ軸の回転を検出することが困難である。
【０００６】
なお、ｘ軸およびｚ軸に関しては、それぞれの走査面における動きを、平面のアフィンパラメータ算出により検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８５３３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２７６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、上述したいずれの従来の方法も、組織の３次元移動ベクトルの算出を目的としており、ｙ軸の回転には対応していなかった。
【０００９】
組織の場合、体内で検出可能な回転運動を起こすことは考えづらい。しかしながら、必要であるのは、プローブの動きベクトルを算出することであり、体表面でプローブが回転することは、十分に考えられる。よって、プローブの動き算出においてｙ軸の回転を検出することは、重要な処理である。
【００１０】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、プローブの移動量算出の精度を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一側面の信号処理装置は、第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子とを有するプローブと、前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する信号処理部とを備える。
【００１２】
前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数は、前記第２のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数より多い。
【００１３】
前記第２のアレイ振動子は、前記第１のアレイ振動子の両端に設けられる。
【００１４】
前記第２の走査面は、前記第１の走査面に直交している。
【００１５】
前記信号処理部の信号処理パラメータを制御する制御部をさらに備えることができる。
【００１６】
前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数である。
【００１７】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を、前記第１のアレイ振動子への信号の周波数と異なる周波数となるように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を制御することができる。
【００１８】
前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングである。
【００１９】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子において、前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子のうち信号が送出されている振動子に対して、離れて位置する振動子に対して信号を送出するように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングを制御する。
【００２０】
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法である。
【００２１】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出を平面波で行うように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法を制御することができる。
【００２２】
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフである。
【００２３】
前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出をオフするように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフを制御することができる。
【００２４】
前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子の被写体に接触する側には、前記第１のアレイ振動子の配列方向に交差する方向に対してビームフォーカスするためのレンズ形状の層が設けられ、前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子に対する前記レンズ形状の層による遅延量であり、前記制御部は、前記遅延量に基づき、前記第２のアレイ振動子への信号の送信タイミングを制御することができる。
【００２５】
前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、前記プローブの移動量を算出する移動量算出部をさらに備えることができる。
【００２６】
前記プローブの移動量は、前記第１のアレイ振動子を構成する振動子が１次元配列される面における移動量と、前記面に直交する軸の回転角である。
【００２７】
前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて画像を再構成し、画像マッチングすることで、前記プローブの移動量を算出することができる。
【００２８】
前記移動量算出部は、前記画像マッチングとして、前記第１の走査面上における、前記第２の走査面とそれぞれの交点での移動量を算出することにより、前記プローブの移動量を算出することができる。
【００２９】
前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、各信号の位相変化量を算出することで、前記プローブの移動量を算出することができる。
【００３０】
本開示の一側面の信号処理方法は、第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子とを有するプローブを備える信号処理装置が、前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する。
【００３１】
本開示の一側面においては、第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子とを有するプローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号が処理される。
【発明の効果】
【００３２】
本開示によれば、プローブの移動量算出の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のプローブの構成例を示すブロック図である。
【図２】本技術を適用したプローブの構成例を示す図である。
【図３】アレイ振動子の画像面を説明する図である。
【図４】本技術を適用した超音波画像診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】超音波画像診断装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図６】プローブ内の音響レンズについて説明する図である。
【図７】音響レンズのｘ軸方向への影響を説明する図である。
【図８】音響レンズのｚ軸方向への影響を説明する図である。
【図９】超音波画像診断装置におけるプローブの移動量の算出を説明する図である。
【図１０】本技術の２次元アレイプローブへの適用を説明する図である。
【図１１】超音波画像診断装置の超音波信号処理を説明するフローチャートである。
【図１２】プローブの移動量算出処理を説明するフローチャートである。
【図１３】プローブの各アレイ振動子についての送信タイミングの制御を説明する図である。
【図１４】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（プローブ）
２．第２の実施の形態（超音波画像診断装置）
３．第３の実施の形態（ＢＦ制御処理）
４．第４の実施の形態（コンピュータ）
【００３５】
＜第１の実施の形態＞
[従来のプローブの構成例]
本技術のプローブの説明に先立ち、本技術と比較するため、図１を参照して、従来のプローブについて説明する。
【００３６】
図１に示されるプローブ１１は、例えば、１次元アレイのリニアプローブである。プローブ１１は、被写体（生体；例えば、皮膚）などに押しつけられる部位であり、被写体と接する側に、複数の振動子が配列されるアレイ振動子２１を備えている。振動子は、超音波のトランスデューサであり、直方体に形成されている。すなわち、アレイ振動子２１は、複数の振動子が、各振動子の短辺がプローブ１１の長辺１１Ｌに沿うように並んで（配列して）構成されている。
【００３７】
図１の例において、ｙ軸は、アレイ振動子２１（プローブ１１の短辺１１Ｓ）における中心から出力される超音波のメインローブ（主極）の方向を示している。また、ｘ軸は、プローブ１１の長辺１１Ｌに沿った方向（振動子の配列方向）であって、プローブ１１のリニア走査方向を示している。なお、図示されていないが、ｚ軸は、プローブ１１の短辺１１Ｓに沿った方向（配列方向に直交する直交方向）を示している。これ以降の図においても、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、図１における定義と同じ定義で用いられる。
【００３８】
また、プローブ１１の下側（ｙ軸の正方向側）は、被写体と接する側であり、プローブ１１の下側には、走査線Ｌ１乃至Ｌｎからなる走査面２２が示されている。
【００３９】
プローブ１１においては、図中左の走査線Ｌ１を作るために、例えば、アレイ振動子２１の左から１番目乃至８番目の振動子からの超音波ビームＢ１が打ち出される。リニア走査方向順に次の走査線Ｌ２を作るために、例えば、アレイ振動子２１の左から２番目乃至９番目の振動子からの超音波ビームＢ２が打ち出される。リニア走査方向順に次の走査線Ｌ３を作るために、例えば、アレイ振動子２１の左から３番目乃至１０番目の振動子からの超音波ビームＢ２が打ち出される。
【００４０】
そして、打ち出された超音波ビームＢ１が被写体に反射した反射波を、１番目乃至８番目の振動子が受けて、信号処理することで、走査線Ｌ１が生成される。打ち出されたビームＢ２が被写体に反射した反射波を、２番目乃至９番目の振動子が受けて、信号処理することで、走査線Ｌ２が生成される。打ち出されたビームＢ３が被写体に反射した反射波を、３番目乃至１０番目の振動子が受けて、信号処理することで、走査線Ｌ３が生成される。
【００４１】
このようにして、リニア走査方向順に、超音波ビームが打ち出される振動子であって、反射波を受ける振動子が、少しずつずれていくことで、プローブ１１においては、走査線Ｌ１乃至Ｌｎからなる走査面２２において画像を再構成することができる。
【００４２】
なお、図１の例においては、アレイ振動子２１に配列される１３の振動子が示されているが、模式的に示したものであり、アレイ振動子２１は、例えば、６４個、９６個、または１２８個の振動子で構成されることが多い。
【００４３】
また、図１の例においては、プローブ１１が、リニアプローブで構成される例を説明したが、これから説明する本技術は、リニアプローブに限定されず、１次元アレイのプローブであれば、コンベックスやセクタプローブで構成することもできる。
【００４４】
[本技術のプローブの構成例]
図２は、本技術を適用したプローブの構成例を示す図である。
【００４５】
図２に示されるプローブ５１は、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、Ｃアレイ振動子６３を含むように構成される。なお、図２の例においては、プローブ５１を構成するアレイ振動子のみしか示されていないが、これらのアレイ振動子は、基本的に、上述した図１のプローブ１１と同じ筐体内に設けられる。
【００４６】
Ａアレイ振動子６１は、図１のアレイ振動子２１に相当する１次元アレイ振動子である。Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３は、Ａアレイ振動子６１の各振動子の配列方向と、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３の各振動子の配列方向とが直交するように、Ａアレイ振動子６１の短辺側の両端（図中左右両端）に接続されている。
【００４７】
すなわち、Ａアレイ振動子６１の各振動子は、図１のプローブ１１におけるアレイ振動子２１と同様に、プローブ５１の長辺５１Ｌに沿って配列している。これに対して、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３の各振動子は、プローブ５１の短辺５１Ｓに沿って配列している。
【００４８】
このように、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３が、プローブ５１の回転の接線方向に配向するように設けられるので、後述する動き検出と回転検出とを容易行うことができる。
【００４９】
ここで、プローブ５１の長辺５１Ｌの長さは、（Ｂアレイ振動子６２の各振動子の長辺の長さ）＋（Ａアレイ振動子６１の配列方向の長さ）＋（Ｃアレイ振動子６３の各振動子の長辺の長さ）を含む長さとなる。プローブ５１の短辺５１Ｓの長さは、（Ａアレイ振動子６１の各振動子の長辺の長さ）、並びに（Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３の配列方向の長さ）を含む長さとなる。
【００５０】
また、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３の配列方向の長さは、Ａアレイ振動子６１の配列方向の長さよりも短い。各アレイ振動子を構成する振動子の形状は基本的に同じとされる。すなわち、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３に配列される振動子数（ｎ）は、Ａアレイ振動子６１に配列される振動子数（ｍ）よりも少ない。
【００５１】
このように、Ｂアレイ振動子６２とＣアレイ振動子６３は、配列数およびプローブ１１に設置される向きが異なるだけであり、その他の構成は、Ａアレイ振動子６１と基本的に同様である。
【００５２】
なお、図２の例において、Ｂアレイ振動子６２とＣアレイ振動子６３に配列される振動子数が同じｎである場合が示されているが、Ｂアレイ振動子６２とＣアレイ振動子６３に配列される振動子数は、Ａアレイ振動子６１の数より少なければ、異なる数であってもよい。
【００５３】
また、プローブ５１を構成する振動子の種類、物性、目止材など物理的な構成や特性に関しては、限定されない。
【００５４】
以上のように構成されるプローブ５１においては、図３に示されるように、３つの走査面において画像を再構成することが可能である。
【００５５】
［アレイ振動子の画像面の例］
図３は、各アレイ振動子の画像面を示す図である。
【００５６】
図３の例においては、図中、右方向が、ｘ軸の正方向であり、上方向がｚ軸の正方向であり、左下手前方向が、ｙ軸の正方向である。そして、プローブ５１の長辺５１Ｌに沿った方向（Ａアレイ振動子６１の配列方向）のｘ軸と、プローブ５１の短辺５１Ｓに沿った方向（Ｂアレイ振動子６２、Ｃアレイ振動子６３の配列方向）のｚ軸とからなるｚｘ平面に垂直に、Ａ平面７１、Ｂ平面７２、およびＣ平面７３が示されている。
【００５７】
すなわち、Ａ平面７１は、Ａアレイ振動子６１に配列される振動子の長辺の中心に位置し、ｘｙ平面に対して平行な走査面であって、ｚｘ平面に対して垂直な走査面に再構成される画像面である。
【００５８】
Ｂ平面７２は、Ｂアレイ振動子６２に配列される振動子の長辺の中心に位置し、ｙｚ平面に対して平行な走査面であって、ｚｘ平面に対して垂直な走査面に再構成される画像面である。
【００５９】
Ｃ平面７３は、Ｃアレイ振動子６３に配列される振動子の長辺の中心に位置し、ｙｚ平面に対して平行な走査面であって、ｘｚ平面に対して垂直な走査面に再構成される画像面である。
【００６０】
すなわち、Ｂ平面７２およびＣ平面７３は、互いに平行な平面であり、Ａ平面７１に対してそれぞれ垂直な平面である。
【００６１】
以上のように、プローブ５１においては、Ｂ平面７２およびＣ平面７３が、互いに平行な平面となり、Ａ平面７１に対してそれぞれ垂直な平面となるように、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３が設けられている。
【００６２】
なお、このように３つの走査面ができるように構成されるプローブ５１を、以下、３プレーンプローブとも称する。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
[超音波画像診断装置の構成例]
次に、図２乃至図３を参照して上述したプローブ５１を備える超音波画像診断装置について説明する。
【００６４】
図４は、本技術を適用した信号処理装置としての、超音波画像診断装置の構成例を示すブロック図である。
【００６５】
図４に示される超音波画像診断装置８１は、図２乃至図３を参照して上述したプローブ５１を備え、超音波を用いて被写体の内部の画像（すなわち、超音波画像）を撮影し、表示する装置である。超音波画像診断装置８１は、例えば、医療用として患者の身体の内部や胎児などの撮影に用いられたり、工業用として製品の内部の断面などの撮影に用いられたりする。
【００６６】
超音波画像診断装置８１は、プローブ５１、Ｔ／Ｒスイッチ９１、送信ＢＦ（ビームフォーミング）部９２、受信ＢＦ部９３、ＢＦ制御部９４、信号処理部９５、および表示部９６を含むように構成されている。
【００６７】
プローブ５１は、図２乃至図３を参照して上述したように、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３を含むように構成されている。
【００６８】
Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３は、それぞれ、Ｔ／Ｒスイッチ９１からの超音波信号に基づいて、被写体に対して超音波ビームを送出する。また、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３は、それぞれ、被写体からの反射波を受信し、受信した信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１に供給する。
【００６９】
Ｔ／Ｒスイッチ９１は、超音波信号の送信と受信とを切り替えるスイッチである。Ｔ／Ｒスイッチ９１は、送信ＢＦ部９２からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、またはＣアレイ振動子６３に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１は、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、またはＣアレイ振動子６３からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３に供給する。
【００７０】
送信ＢＦ部９２は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、超音波信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１に供給する。
【００７１】
受信ＢＦ部９３は、Ｔ／Ｒスイッチ９１から受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後の信号を、信号処理部９５に供給する。
【００７２】
受信ビームフォーミング処理とは、具体的には、測定領域内の対象点からプローブ５１内の各振動子までの距離に基づいて、各振動子の受信波の各々を遅延させた各信号を加算する処理（以下、整相加算処理と適宜称する）によって受信波の位相をそろえ、測定領域内の対象点からの反射波の強度を示す反射波検出信号（以下、RF信号と称する）を生成する処理である。
【００７３】
ＢＦ制御部９４は、送信ＢＦ部９２による送信ビームフォーミング処理および受信ＢＦ部９３による受信ビームフォーミング処理を制御する。
【００７４】
なお、送信ビームフォーミング処理で生成される超音波信号は、各アレイ振動子からのビーム送出タイミング（動作させる振動子や振動子数）、送出周波数、および送出方法などのパラメータを一意に決定するものである。
【００７５】
換言するに、送信ＢＦ部９２は、各アレイ振動子からのビーム送出タイミング（動作させる振動子や振動子数）、送出周波数、および送出方法などのパラメータを一意に決め、決めたパラメータの組み合わせで、超音波信号を生成する。
【００７６】
したがって、ＢＦ制御部９４は、送信ＢＦ部９２の送信ビームフォーミング処理を制御することで、各アレイ振動子からのビーム送出タイミング（動作させる振動子や振動子数）、送出周波数、および送出方法などの信号処理のパラメータを制御（変更）する。
【００７７】
ＢＦ制御部９４は、受信ＢＦ部９３による受信ビームフォーミング処理を行う際の、例えば、受信フォーカスの点数、およびRF信号のサンプリング周波数などの信号処理のパラメータを制御する。なお、ＢＦ制御部９４による信号処理のパラメータ制御方法については、後述される。
【００７８】
また、図４に示されるプローブ５１においては、図１を参照して上述した従来のプローブ１１と同様の１次元アレイプローブとして使用することも可能である。その場合、ＢＦ制御部９４は、送信ＢＦ部９２を制御し、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３に向けた送信ビームフォーミングを禁止させる。
【００７９】
これにより、Ｔ／Ｒスイッチ９１も、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３に信号を伝達しない。したがって、図示せぬ出力超音波および内部信号処理（D/A変換など）が、通常の１次元プローブとして行われ、従来のプローブ１１と互換性を保つことができる。すなわち、ここでいう互換性とは、使用者が、プローブ５１を、従来のプローブ１１と同じように使用しても、操作性や性能に違いがないことを意味する。
【００８０】
信号処理部９５は、受信ＢＦ部９３により生成されたRF信号の処理を行い、主に画像化のための処理を行い、画像化された信号（すなわち、画像信号）を、表示部９６に供給する。
【００８１】
表示部９６は、信号処理部９５から供給された画像信号に対応する画像を表示する。
【００８２】
なお、図４の例においては、本技術に直接関連のない機能ブロックは省略されている。
【００８３】
[超音波画像診断装置の詳細な構成例]
図５は、図４の超音波画像診断装置のさらに詳細な構成例を示している。なお、図５の例において、送信ＢＦ部９２−１乃至９２−３には、同じハッチが付されている。これは、それらが送信ＢＦ部９２に含まれることを示している。また、同様に、受信ＢＦ部９３−１乃至９３−３には、同じハッチが付されている。これは、それらが受信ＢＦ部９３に含まれることを示している。
【００８４】
すなわち、図５の例において、Ｔ／Ｒスイッチ９１は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１乃至９１−３を含むように構成されている。送信ＢＦ部９２は、送信ＢＦ部９２−１乃至９２−３を含むように構成されている。受信ＢＦ部９３は、受信ＢＦ部９３−１乃至９３−３を含むように構成されている。信号処理部９５は、RF信号処理部９５−１、画像変換処理部９５−２、および画像処理部９５−３を含むように構成されている。
【００８５】
Ｔ／Ｒスイッチ９１−１、送信ＢＦ部９２−１、および受信ＢＦ部９３−１は、Ｂアレイ振動子６２に対応している。すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１は、送信ＢＦ部９２−１からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、Ｂアレイ振動子６２に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−１は、Ｂアレイ振動子６２からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−１に供給する。
【００８６】
送信ＢＦ部９２−１は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ｂアレイ振動子６２から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１に供給する。受信ＢＦ部９３−１は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１からのＢアレイ振動子６２が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、RF信号処理部９５−１に供給する。
【００８７】
Ｔ／Ｒスイッチ９１−２、送信ＢＦ部９２−２、および受信ＢＦ部９３−２は、Ａアレイ振動子６１に対応している。すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、送信ＢＦ部９２−２からの超音波信号をを受信し、受信した超音波信号を、Ａアレイ振動子６１に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、Ａアレイ振動子６１からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−２に供給する。
【００８８】
送信ＢＦ部９２−２は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ａアレイ振動子６１から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２に供給する。受信ＢＦ部９３−２は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２からのＡアレイ振動子６１が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、RF信号処理部９５−１に供給する。
【００８９】
Ｔ／Ｒスイッチ９１−２、送信ＢＦ部９２−２、および受信ＢＦ部９３−２は、Ａアレイ振動子６１に対応している。すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、送信ＢＦ部９２−２からの超音波信号をを受信し、受信した超音波信号を、Ａアレイ振動子６１に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、Ａアレイ振動子６１からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−２に供給する。
【００９０】
送信ＢＦ部９２−３は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ｃアレイ振動子６３から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−３に供給する。受信ＢＦ部９３−３は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−３からのＣアレイ振動子６３が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、RF信号処理部９５−１に供給する。
【００９１】
RF信号処理部９５−１は、受信ＢＦ部９３−１乃至９３−３からのRF信号に対して、信号処理を行い、信号処理されたRF信号を、画像変換処理部９５−２に供給する。画像変換処理部９５−２は、RF信号処理部９５−１からのRF信号を、画像信号に変換する処理を行う。画像変換処理部９５−２は、変換された画像信号を、画像処理部９５−３に供給する。
【００９２】
画像処理部９５−３は、画像変換処理部９５−２からの画像信号を用いて、信号処理を行う。画像処理部９５−３は、信号処理の１つの処理として、プローブ５１の移動量を算出することで、プローブ５１の移動量と回転角を求める。画像処理部９５−３は、求まったプローブ５１の移動量と回転角を参照して、例えば、画像のスイッチングによるパノラマ化（広視野角化）や、ボリュームデータ化を行って、超音波画像を生成し、生成した超音波画像を、表示部９６に供給する。
【００９３】
［プローブ内の音響レンズ］
図６は、プローブ５１内におけるＡアレイ振動子６１の被写体に接触する側の内部構造を示している。なお、図６の例においては、図中、上方向がｙ軸の正方向であり、プローブ５１が被写体に接触する側である。また、図中、右方向がｘ軸の正方向であり、斜め左方向がｚ軸の正方向である。
【００９４】
図６に示されるＡアレイ振動子６１の上側、すなわち、被写体に接触する側には、音響整合層１０１が積層され、音響整合層１０１上には、音響レンズ１０２が積層されている。また、Ａアレイ振動子６１の下には、パッキング材１０３が設けられている。すなわち、Ａアレイ振動子６１は、パッキング材１０３上に積層されている。
【００９５】
音響レンズ１０２は、プローブ５１の短辺５１Ｓに沿って、光を集約するようなレンズ形状となっており、その形状により、Ａアレイ振動子６１における、プローブ５１の短辺５１Ｓに沿った方向（ｚ軸方向）のビームフォーカスを実現している。そして、音響レンズは、プローブ５１において、Ａアレイ振動子６１の左右両端に設けられるＢアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３（点線）に対しても、このレンズ形状をそのままｘ軸の正負の方向に延長するように形成されている。
【００９６】
例えば、図６に示されるプローブ５１の短辺５１Ｓの中心において、図中上から下に（ｘｙ平面で）切った断面における音響レンズ１０２の形状は、図７に示されるように、平坦な長方形で表わされる。
【００９７】
このため、Ａアレイ振動子６１のｘ軸方向のビームフォーミングにおいては、Ａアレイ振動子６１から放たれた合成波面１１１Ａは、図７に示される合成波面１１１Ｂとして、形を変えずに音響レンズ１０２から出力される。したがって、このような場合、音響レンズ１０２の効果は、無視することが可能である。
【００９８】
これに対して、例えば、図６に示されるプローブ５１の長辺５１Ｌのいずれかの位置ににおいて、図中上から下に（ｙｚ平面で）切った断面における音響レンズ１０２は、図８に示されるように、レンズ形状になっている。このため、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３のｚ軸方向のビームフォーミングにおいて、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３から放たれた合成波面１１３Ａは、図８に示される合成波面１１３Ｂのように、音響レンズ１０２の影響を受けてしまう。すなわち、合成波面１１３Ｂは、音響レンズ１０２のレンズ効果でＲがきつくなるほうへ変化し、図７の合成波面１１１Ｂの場合の焦点１１２より近傍で焦点１１４を結んでしまう。
【００９９】
したがって、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３からのビーム送出の際には、音響レンズ１０２の効果を踏まえた上で、ビームフォーミングのための遅延量計算などを行う必要がある。とは言え、ビームフォーミングのための遅延量計算において、この違いを加味しておくことが必要なだけであり、実際の遅延量計算の処理量の増大や処理速度の低下につながることはない。
【０１００】
［プローブの移動量算出処理の例］
一般的にある平面の平面上の座標変換を考えた場合、平行移動（ｘ方向、ｙ方向、スケーリング、および回転（ｙ軸中心）の自由度がある。人体の体表上を動くプローブ５１の接地面と、人体の体表上を平面と捉えた場合、スケーリングは考える必要がないため、実際には、平行移動（ｘ方向、ｚ方向）と回転（ｙ軸中心）のみがわかればよい。
【０１０１】
平行移動のパラメータを算出する場合、最低１点の動き（Δｘ、Δｚ）を知っていればよいが、回転角を算出する場合、最低２点の動きを知る必要がある。上述したように、特許文献２に記載の直交する２平面をもとにした検出方法では、対応点１つの移動量しか求めることができなかった。
【０１０２】
これに対して、プローブ５１においては、図９に示されるように、Ａ平面７１、Ｂ平面７２、およびＣ平面７３が、体表上に２つの交点（交点ＡＢおよび交点ＡＣ）ができるように配置されている。
【０１０３】
図９は、例えば、図３のＡ平面７１、Ｂ平面７２、およびＣ平面７３をｙ軸方向から見たときの配置例を表している。図９の例においては、Ａ平面７１に対して、Ｂ平面７２およびＣ平面７３が直交し、ｚｘ平面上に、Ａ平面７１およびＢ平面７２の交点ＡＢ、並びに、Ａ平面７１およびＣ平面７３の交点ＡＣができるように配置されている。
【０１０４】
したがって、画像処理部９５−３は、ｚｘ平面上における交点ＡＢおよび交点ＡＣの移動量を算出することができ、これにより、ｙ軸中心の回転角を算出することができる。
【０１０５】
なお、図９の例においては、望ましくは、Ａ平面７１と、Ｂ平面７２およびＣ平面７３とが直交している例が示されているが、直交が必須ではなく、Ａ平面７１と、Ｂ平面７２およびＣ平面７３とが交差していれば（平行でさえなければ）よい。また、Ｂ平面７２とＣ平面７３とが平行であるが、平行でなくてもよい。
【０１０６】
画像処理部９５−３は、各走査面で再構成された画像（Ｂモード画像ともいう）を用いて、プローブ５１の移動量を推定する。このプローブ５１の移動量の推定方法は、画像の動き検出方法と基本的に同様である。すなわち、ある時間tと、次のフレームt＋Δtとにおいて、それぞれ再構成された画像間で、特徴点のマッチングやブロックマッチングなどの手法を用いて画像面全体の画像面上での交点ＡＢおよび交点ＡＣの移動量が算出される。
【０１０７】
超音波画像は、プローブ５１の物理的特徴量（振動子ピッチ、開口径など）、超音波の物理的特徴量（周波数、音速など）、受信後の信号処理（ＡＤ変換の周波数など）によって定義される。したがって、画像上の移動量（ピクセル数）を実際の体内の移動量(mmなどの距離単位)に容易に変換が可能である。
【０１０８】
再構成画像は、Ａ平面７１の場合、ｘｙ平面となり、Ｂ平面７２およびＣ平面７３の場合、ｙｚ平面となるが、得られた移動量のうち、ｙ方向の移動量は、その後の座標変換パラメータ算出においては使用されない。すなわち、図９に示される交点ＡＢについて（xt,zbt）および(xt+Δt,zbt+Δt)、交点ＡＣについて（xt,zct）および(xt+Δt,zct+Δt)がそれぞれ求められる。
【０１０９】
これらの関係を、ヘルマート変換式に当てはめ、展開していくことで、プローブ５１の移動量(x0,z0)および回転角θを求めることができる。ヘルマート変換式は、次の式（１）で表わされる。
x'  ＝  x cosθ - z sinθ + x0
z'  ＝  x sinθ + z cosθ + z0
・・・（１）
【０１１０】
なお、上述した移動量の算出方法は、図１０に示されるような２次元配列された振動子からなる２次元アレイプローブを使用している場合にも適用することができる。図１０に示される各格子が振動子を表している。
【０１１１】
２次元アレイプローブに適用する場合には、本開示の３つの走査平面を有するプローブ５１のように、Ａ平面７１、Ｂ平面７２、Ｃ平面７３を、それぞれ配置する方法でもよいし、Ｂ平面７２とＣ平面７３との間に、点線で示されるＤ平面１２１を追加してもよい。
【０１１２】
また、Ｂ平面７２、Ｃ平面７３、Ｄ平面１２１は、それぞれＡ平面７１とｘｚ平面で直交していることが望ましいが、Ａ平面７１と平行でさえなければ、上述した移動量の算出方法を適用することができる。また、図１０の例において、Ｂ平面７２、Ｃ平面７３、Ｄ平面１２１の位置関係は、一例であり、図１０の通りである必要はない。例えば、Ｂ平面７２、Ｃ平面７３が検出範囲の両端にあることが望ましいが、必須ではない。
【０１１３】
以上のように、第１の実施の形態で上述したプローブ５１と、第２の実施の形態で上述した超音波画像診断装置８１によるプローブ５１についての信号処理方法によって、プローブ５１の動き（移動パラメータ）を算出することが可能となる。
【０１１４】
なお、上記説明においては、画像を再構成した後、画像マッチングで移動量を求める方法を説明したが、画像を再構成する前のRF信号の段階で、RF信号の信号処理により移動量を求め、それを基にプローブ５１の移動量を算出することも可能である。この場合、RF信号処理部９５−１がその算出処理を行い、移動量（この場合、位相変化量）が算出される。
【０１１５】
[超音波画像診断装置による処理]
次に、図１１のフローチャートを参照して、超音波画像診断装置８１の超音波信号処理について説明する。
【０１１６】
ステップＳ２１において、送信ＢＦ部９２は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３に対して、送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１に供給する。
【０１１７】
すなわち、送信ＢＦ部９２−１は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ｂアレイ振動子６２から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−１は、送信ＢＦ部９２−１からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、Ｂアレイ振動子６２に供給する。
【０１１８】
送信ＢＦ部９２−２は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ａアレイ振動子６１から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、送信ＢＦ部９２−２からの超音波信号をを受信し、受信した超音波信号を、Ａアレイ振動子６１に供給する。
【０１１９】
送信ＢＦ部９２−３は、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、Ｃアレイ振動子６３から送出される超音波ビームの信号（波形）を生成する処理である送信ビームフォーミング処理を行い、送信ビームフォーミング処理後の信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−３に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−３は、送信ＢＦ部９２−３からの超音波信号をを受信し、受信した超音波信号を、Ｃアレイ振動子６３に供給する。
【０１２０】
ステップＳ２２において、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３は、それぞれ、Ｔ／Ｒスイッチ９１からの超音波信号に基づいて、被写体に対して超音波ビームを送出する。
【０１２１】
ステップＳ２３において、Ｔ／Ｒスイッチ９１は、例えば、内蔵するスイッチの位置を送信ＢＦ部９２側から受信ＢＦ部９３側に切り替えることにより送受信を切り替える。
【０１２２】
すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１は、例えば、内蔵するスイッチの位置を送信ＢＦ部９２−１側から受信ＢＦ部９３−１側に切り替えることにより送受信を切り替える。Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、例えば、内蔵するスイッチの位置を送信ＢＦ部９２−２側から受信ＢＦ部９３−２側に切り替えることにより送受信を切り替える。Ｔ／Ｒスイッチ９１−３は、例えば、内蔵するスイッチの位置を送信ＢＦ部９２−３側から受信ＢＦ部９３−３側に切り替えることにより送受信を切り替える。
【０１２３】
ステップＳ２４において、Ａアレイ振動子６１、Ｂアレイ振動子６２、およびＣアレイ振動子６３は、ステップＳ２２において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。
【０１２４】
すなわち、Ｂアレイ振動子６２は、受信した反射波に対応する超音波信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−１は、Ｂアレイ振動子６２からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−１に供給する。Ａアレイ振動子６１は、受信した反射波に対応する超音波信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−２は、Ａアレイ振動子６１からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−２に供給する。Ｃアレイ振動子６３は、受信した反射波に対応する超音波信号を、Ｔ／Ｒスイッチ９１−３に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ９１−３は、Ｃアレイ振動子６３からの超音波信号を受信し、受信した超音波信号を、受信ＢＦ部９３−３に供給する。
【０１２５】
ステップＳ２５において、受信ＢＦ部９３は、Ｔ／Ｒスイッチ９１から受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後の信号を、信号処理部９５に供給する。
【０１２６】
すなわち、受信ＢＦ部９３−１は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−１からのＢアレイ振動子６２が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、信号処理部９５に供給する。受信ＢＦ部９３−２は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−２からのＡアレイ振動子６１が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、信号処理部９５に供給する。受信ＢＦ部９３−３は、Ｔ／Ｒスイッチ９１−３からのＣアレイ振動子６３が受信した信号に対して、ＢＦ制御部９４からの制御のもと、受信ビームフォーミング処理を行い、受信ビームフォーミング処理後のRF信号を、信号処理部９５に供給する。
【０１２７】
ステップＳ２６において、信号処理部９５は、受信ビームフォーミング処理後のRF信号の信号処理を行う。すなわち、RF信号処理部９５−１は、受信ＢＦ部９３−１乃至９３−３からのRF信号に対して、信号処理を行い、信号処理されたRF信号を、画像変換処理部９５−２に供給する。画像変換処理部９５−２は、RF信号処理部９５−１からのRF信号を、画像信号に変換する処理を行う。画像変換処理部９５−２は、変換された画像信号を、画像処理部９５−３に供給する。
【０１２８】
画像処理部９５−３は、画像変換処理部９５−２からの画像信号を用いて、信号処理の１つとして、プローブ５１の移動量の算出処理を行う。このプローブ５１の信号処理の１つの処理としての移動量算出処理は、図１２を参照して後述される。
【０１２９】
プローブ５１の移動量の算出処理により、プローブ５１のｚｘ平面における移動量とｙ軸の回転角が算出される。ステップＳ２７において、画像処理部９５−３は、ステップＳ２６において算出された移動量と回転角を参照して、画像のスイッチングによるパノラマ化（広視野角化）や、ボリュームデータ化を行って、超音波画像を生成する。生成された超音波画像は、表示部９６に供給される。
【０１３０】
ステップＳ２８において、表示部９６は、ステップＳ２７において生成された超音波画像を表示する。
【０１３１】
[プローブの移動量算出処理]
次に、図１２のフローチャートを参照して、図１１のステップＳ２６における信号処理の１つの処理としてのプローブの移動量算出処理について説明する。
【０１３２】
ステップＳ５１において、画像処理部９５−３は、Ａ平面７１、Ｂ平面７２、およびＣ平面７３、それぞれの直前の画像と現在の画像を用いて動き推定を行う。すなわち、画像処理部９５−３は、時間tと、次のフレームt＋Δtとにおいて、それぞれ再構成された画像間で、特徴点のマッチングやブロックマッチングなどの手法を用いて画像面全体の画像面上での交点ＡＢおよび交点ＡＣの移動量を算出する。
【０１３３】
ステップＳ５２において、画像処理部９５−３は、画像上の交点ＡＢと交点ＡＣの座標を、実際の生体内での対応点の座標に変換する。
【０１３４】
ステップＳ５３において、画像処理部９５−３は、式（１）で示されるヘルマート変換式より、プローブ５１の移動量(x0,z0)および回転角θを算出する。すなわち、画像処理部９５−３は、変換された座標を、式（１）で示されるヘルマート変換に当てはめ、展開していくことで、プローブ５１の移動量(x0,z0)および回転角θを求める。
【０１３５】
以上のように、３つの走査面を有する３プレーンプローブであるプローブ５１と、超音波画像診断装置８１によるプローブ５１についての信号処理方法によって、プローブ５１の動き（移動パラメータ）を算出することが可能となる。
【０１３６】
＜第３の実施の形態＞
[ＢＦ制御方法の例]
ところで、超音波画像診断装置８１においては、Ｂ平面７２およびＣ平面７３を駆動させず、Ａ平面７１のみ駆動させる、つまり、プローブ５１を、現状の１次元アレイプローブとして使用することも可能である。したがって、プローブ５１は、現状の１次元アレイプローブとして使用される場合と、Ｂ平面７２およびＣ平面７３を駆動させて３プレーンプローブとして使用される場合とがある。
【０１３７】
このような２つの場合において、画像診断的に異なる結果をもたらすような画質の違いが生じることは望ましくない。
【０１３８】
一般的に、アレイプローブの電子スキャンを考えた場合、振動子数が増えることは、そのままフレームレートの低下につながる。すなわち、Ｂ平面７２とＣ平面７３をスキャンするということは、Ａ平面７１のフレームレートが犠牲になるということである。
【０１３９】
超音波画像診断装置８１において、画像診断に用いるのは、あくまでも、Ａ平面７１の画像のみである。Ｂ平面７２とＣ平面７３は、図９を参照して上述したように、プローブ５１の移動量を算出するために用いられる画像である。したがって、移動量が充分な精度で得られるなら、Ｂ平面７２とＣ平面７３についての主観的画質は問われない。
【０１４０】
そこで、以上の考え方をベースに、超音波画像診断装置８１のＢＦ制御部９４においては、Ａ平面７１、Ｂ平面７２、およびＣ平面７３に送出される信号またはそれらの平面から受信される超音波信号の信号処理パラメータが制御される。
【０１４１】
具体的には、ＢＦ制御部９４は、プローブ５１を、３プレーンプローブとして使用するにあたり、ＢＦ送信部またはＢＦ受信部で用いられる超音波信号の信号処理パラメータである、送出タイミング、送出周波数、およびビームフォーミングの制御を行う。
【０１４２】
まず、信号処理パラメータの第１の制御方法として、送出タイミングの制御について説明する。ＢＦ制御部９４は、Ａ平面７１のスキャン動作を妨げることなく、同期してＢ平面７２およびＣ平面７３のスキャン動作を行う。
【０１４３】
ＢＦ制御部９４は、Ａ平面７１のスキャン動作が行われているのと反対端の平面をスキャンさせる。すなわち、ＢＦ制御部９４は、物理的に遠い振動子を同時に駆動させる。例えば、プローブ５１が、図１３に示される構造を有しており、スキャン動作の開口径が３素子であるとする。
【０１４４】
図１３の例に示されるように、Ａアレイ振動子６１は、左から右の順に、０乃至８が付された振動子を含むように構成されている。また、Ａアレイ振動子６１の左に設けられるＢアレイ素子６２は、上から下に、９乃至１２が付された振動子を含むように構成されている。Ａアレイ振動子６１の右に設けられるＣアレイ振動子６３は、上から下に、１３乃至１２が付された振動子を含むように構成されている。なお、実際には、各アレイ振動子は、図１３に示される数以上の振動子を含むように構成される。
【０１４５】
このような構成の場合、ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の−１（図示せぬ）、０、１が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｃアレイ振動子６３の１３および１４が付された振動子からビームが出るように制御する。
【０１４６】
ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の０、１、２が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｃアレイ振動子６３の１４および１５が付された振動子からビームが出るように制御する。ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の１、２、３が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｃアレイ振動子６３の１５および１６が付された振動子からビームが出るように制御する。ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の２、３、４が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｃアレイ振動子６３の１６および１７（図示せぬ）が付された振動子からビームが出るように制御する。
【０１４７】
次に、ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の３、４、５が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｂアレイ振動子６２の９および１０が付された振動子からビームが出るように制御する。ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の４、５、６が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｂアレイ振動子６２の１０および１１が付された振動子からビームが出るように制御する。ＢＦ制御部９４は、Ａアレイ振動子６１の５、６、７が付された振動子から、ビームが出ているとき、同じタイミングで、Ｂアレイ振動子６２の１１および１２が付された振動子からビームが出るように制御する。
【０１４８】
以上のように、物理的に遠いアレイ振動子を同時に駆動させることにより、相互の干渉を抑えて、かつ、Ａアレイ振動子６１からの再構成画像のフレームレートを下げることが防止される。
【０１４９】
次に、信号処理パラメータの第２の制御方法として、送出周波数の制御について説明する。Ａアレイ振動子６１については、Ａ平面７１について画像化された画像が用いられて画像診断が行われるため、診断目的に合致した周波数で超音波信号が送出される必要がある。なお、この周波数は、到達深度や、フレームレートに影響する。
【０１５０】
一方で、Ａアレイ振動子６１の左右端に配置されているＢアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３については、画像化は行われる。しかしながら、Ｂ平面７２について画像化された画像、およびＣ平面７３について画像化された画像は、移動量算出のみに用いられ、画像診断には使われない。したがって、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３から送出される超音波信号の周波数は、ある程度、自由に設定することが可能である。
【０１５１】
具体的には、例えば、Ａアレイ振動子６１についての送信周波数帯域が、7.5MHz乃至10MHzであるとすると、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３についての送信周波数帯域は、10MHzより高く設定することで、周波数の混信を防ぐことができる。なお、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３についての送信周波数帯域を、7.5MHzより低く設定してもよい。この場合も、周波数の混信を防ぐことができる。
【０１５２】
さらに、信号処理パラメータの第３の制御方法として、ビームフォーミングの制御について説明する。ＢＦ制御部９４は、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３については、ビームの送出を平面波で行う。すなわち、Ａアレイ振動子６１については、通常のように、電子スキャンを行った手法が採用されるが、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３については、電子スキャンを行わない手法が採用される。
【０１５３】
これにより、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３からのビーム送出回数が抑えられるため、上述した第１の制御方法での距離による信号分離がより有効に働くようになる。
【０１５４】
なお、上述した信号処理パラメータの第１乃至第３の制御方法のうち、最も有効とされる方法は、第２の制御方法であるが、信号処理パラメータの第１乃至第３の制御方法をすべて制御するようにしてもよい。すなわち、上述した様々なパラメータを複合的に制御することにより、Ａ平面７１への画質の影響を抑える働きと、Ｂ平面７２およびＣ平面７３での移動量算出の精度向上に対して高い効果を得ることができる。
【０１５５】
なお、第１乃至第３の制御方法のすべての使用、または、１つずつの使用に限らず、第１乃至第３の制御方法のうち、いずれか２つを使用するようにしてもよい。
【０１５６】
以上のように、本技術によれば、従来の２次元プローブよりも全体の素子数を抑えることができるので、製造コストおよび信号処理コストを下げることができる。
【０１５７】
例えば、128素子の１次元プローブと、同等の画質を２次元プローブで実現することを考えると、128素子×128素子が必要となる。一方、本技術の場合、配列方向と直交する直交方向の素子数、すなわち、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３の素子数を、例えば、16とすると、128+16+16素子で実現可能である。
【０１５８】
ちなみに、16素子を直交方向に並べた1.5次元プローブを考えた場合の素子数は、128×16素子となる。振動子材料の加工なども考慮にいれると、1.5次元プローブや２次元プローブを製作する場合と比較して、本技術の場合のハードウエアのコストは、素子数以上に差が大きい。すなわち、本技術の場合、ハードウエアのコストは、低価格に抑えることができる。
【０１５９】
また、本技術によれば、通常の１次元プローブと殆ど変らない使用感で、２軸移動および１軸回転の変位を計測することが可能である。Ａアレイ振動子６１を少なめの素子数（例えば、96素子）で構成すれば、プローブ５１の外観は、素子数の多い１次元アレイプローブ（例えば、128素子）そのものである。したがって、プローブ５１において、Ｂアレイ振動子６２およびＣアレイ振動子６３からビームを出さずに通常の画像診断を行う場合などは、従来と比して、その操作性に対して違和感がない。
【０１６０】
同様に、変位を測定する場合も、プローブの持ち替えなどは必要ない。実際、２次元プローブを１次元プローブとして使用することは少なく、この点を踏まえても、本技術の場合、コストの点で有利である。
【０１６１】
さらに、本技術によれば、フレームレートの低下を最小限に抑えることができる。すなわち、ビームの周波数や送受信を制御することで、Ａ平面７１の画質に影響を与えることなく、Ａ平面７１に交差する平面である、Ｂ平面７２およびＣ平面７３の画像を生成することができる。これにより、たとえ、Ｂ平面７２やＣ平面７３を用いた動作を行っていたとしても、通常のＢモード画像による画像診断と同じ状況が再現可能である。
【０１６２】
また、本技術によれば、プローブ５１の動きが精度よく検出される。これにより、位置提示やパノラマなどのアプリケーションの精度を向上させることができる。
【０１６３】
すなわち、プローブの位置情報を正確に把握する主な目的の１つは、画像のスイッチングによるパノラマ化（広視野角化）や、ボリュームデータ化である。
【０１６４】
従来の１次元プローブを使った方法では、長軸方向（x方向）の移動に対するスイッチングには、精度を出すことができたが、短軸方向（z方向）への拡張は困難であった。また、ボリュームデータ作成のためのプローブ接地面を軸に傾けるような手法も実用化されているが、このときの角度は固定（ある秒数でどの程度振ってくださいと指示がある）であったり、角度センサを取り付けた特殊システムを利用していた。
【０１６５】
角度センサを使った方式では、ある程度正確にボリューム再現が可能であるが、プローブの接地面は動かないため、表皮近くのボリュームは作成することができなかった。
【０１６６】
本技術によれば、プローブの動きが精度よく検出されるので、画像のスイッチングによるパノラマ化（広視野角化）や、ボリュームデータ化を、より正確に行うことができる。
【０１６７】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１６８】
＜第４の実施の形態＞
[コンピュータの構成例]
図１４は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【０１６９】
コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)４０１、ROM(Read Only Memory)４０２、RAM(Random Access Memory)４０３は、バス４０４により相互に接続されている。
【０１７０】
バス４０４には、さらに、入出力インタフェース４０５が接続されている。入出力インタフェース４０５には、入力部４０６、出力部４０７、記憶部４０８、通信部４０９、およびドライブ４１０が接続されている。
【０１７１】
入力部４０６は、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる。出力部４０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部４０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部４０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ４１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア４１１を駆動する。
【０１７２】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU４０１が、例えば、記憶部４０８に記憶されているプログラムを入出力インタフェース４０５及びバス４０４を介してRAM４０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０１７３】
コンピュータ（CPU４０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア４１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０１７４】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア４１１をドライブ４１０に装着することにより、入出力インタフェース４０５を介して、記憶部４０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部４０９で受信し、記憶部４０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM４０２や記憶部４０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１７５】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１７６】
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置、ブロック、手段などにより構成される全体的な装置を意味するものである。
【０１７７】
なお、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１７８】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するであれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１７９】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）  第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、
前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子と
を有するプローブと、
前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する信号処理部と
を備える信号処理装置。
（２）  前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数は、前記第２のアレイ振動子に１次元配列される振動子の数より多い
前記（１）に記載の信号処理装置。
（３）  前記第２のアレイ振動子は、前記第１のアレイ振動子の両端に設けられる
前記（１）または（２）に記載の信号処理装置。
（４）  前記第２の走査面は、前記第１の走査面に直交している
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の信号処理装置。
（５）  前記信号処理部の信号処理パラメータを制御する制御部を
さらに備える前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の信号処理装置。
（６）  前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数である
前記（５）に記載の信号処理装置。
（７）  前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を、前記第１のアレイ振動子への信号の周波数と異なる周波数となるように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の周波数を制御する
前記（６）に記載の信号処理装置。
（８）  前記信号処理パラメータは、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングである
前記（５）に記載の信号処理装置。
（９）  前記制御部は、前記第２のアレイ振動子において、前記第１のアレイ振動子に１次元配列される振動子のうち信号が送出されている振動子に対して、離れて位置する振動子に対して信号を送出するように、前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子への信号の送出タイミングを制御する
前記（８）に記載の信号処理装置。
（１０）  前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法である
前記（９）に記載の信号処理装置。
（１１）  前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出を平面波で行うように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出方法を制御する
前記（１０）に記載の信号処理装置。
（１２）  前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフである
前記（５）に記載の信号処理装置。
（１３）  前記制御部は、前記第２のアレイ振動子への信号の送出をオフするように、前記第２のアレイ振動子への信号の送出のオン／オフを制御する
前記（１２）に記載の信号処理装置。
（１４）  前記第１のアレイ振動子および前記第２のアレイ振動子の被写体に接触する側には、前記第１のアレイ振動子の配列方向に交差する方向に対してビームフォーカスするためのレンズ形状の層が設けられ、
前記信号処理パラメータは、前記第２のアレイ振動子に対する前記レンズ形状の層による遅延量であり、
前記制御部は、前記遅延量に基づき、前記第２のアレイ振動子への信号の送信タイミングを制御する
前記（５）に記載の信号処理装置。
（１５）  前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、前記プローブの移動量を算出する移動量算出部を
さらに備える前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の信号処理装置。
（１６）  前記プローブの移動量は、前記第１のアレイ振動子を構成する振動子が１次元配列される面における移動量と、前記面に直交する軸の回転角である
前記（１５）に記載の信号処理装置。
（１７）  前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて画像を再構成し、画像マッチングすることで、前記プローブの移動量を算出する
前記（１５）に記載の信号処理装置。
（１８）  前記移動量算出部は、前記画像マッチングとして、前記第１の走査面上における、前記第２の走査面とそれぞれの交点での移動量を算出することにより、前記プローブの移動量を算出する
前記（１７）に記載の信号処理装置。
（１９）  前記移動量算出部は、前記信号処理部により信号処理された信号を用いて、各信号の位相変化量を算出することで、前記プローブの移動量を算出する
前記（１５）に記載の信号処理装置。
（２０）  第１の走査面を有する第１のアレイ振動子と、
前記第１の走査面と交わる第２の走査面をそれぞれ有する複数の第２のアレイ振動子と
を有するプローブを備える信号処理装置が、
前記プローブから受信する信号または前記プローブへ送信する信号を処理する
信号処理方法。
【符号の説明】
【０１８０】
５１  プローブ，  ６１  Ａアレイ振動子，  ６２  Ｂアレイ振動子，  ６３  Ｃアレイ振動子，  ７１  Ａ平面，  ７２  Ｂ平面，  ７３  Ｃ平面，  ８１  超音波画像診断装置，  ９１，９１−１乃至９１−３  Ｔ／Ｒスイッチ，  ９２，９２−１乃至９２−３  送信ＢＦ部，  ９３，９３−１乃至９３−３  受信ＢＦ部，  ９４  ＢＦ制御部，  ９５  信号処理部，  ９５−１  ＲＦ信号処理部，  ９５−２  画像変換処理部，  ９５−３  画像処理部，  ９６  表示部，  １０１  音響整合層，  １０２  音響レンズ，  １０３  パッキング材，  １１１Ａ，１１１Ｂ  合成波面，  １１２  焦点，  １１３Ａ，１１３Ｂ  合成波面，  １１４  焦点，  １２１  Ｄ平面
【図１】
2013111327.tif 000003
【図２】
2013111327.tif 000004
【図３】
2013111327.tif 000005
【図４】
2013111327.tif 000006
【図５】
2013111327.tif 000007
【図６】
2013111327.tif 000008
【図７】
2013111327.tif 000009
【図８】
2013111327.tif 000010
【図９】
2013111327.tif 000011
【図１０】
2013111327.tif 000012
【図１１】
2013111327.tif 000013
【図１２】
2013111327.tif 000014
【図１３】
2013111327.tif 000015
【図１４】
2013111327.tif 000016