(57)【要約】【課題】二次元配列トランスデューサーアレイを利用した三次元超音波ボリュームスキャン方法及びその装置を提供する。【解決手段】本発明の三次元超音波ボリュームスキャン方法は、複数のトランスデューサーのうちの少なくとも二つ以上のトランスデューサーが線形に配列された少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加し、複数のトランスデューサーにより受信した被検体の反射信号から、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得し、反射信号から獲得された信号を利用して、被検体の映像情報を生成する。【選択図】図６
2013255806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランスデューサーが二次元に配列された二次元トランスデューサーアレイを利用した三次元超音波ボリュームスキャン方法であって、
前記複数のトランスデューサーのうちの少なくとも二つ以上のトランスデューサーが線形に配列された少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加するステップと、
前記複数のトランスデューサーにより受信した被検体の反射信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得するステップと、
前記反射信号から獲得された信号を利用して、前記被検体の映像情報を生成するステップと、を有することを特徴とする三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項２】
前記直交するコードを印加するステップは、
前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを遅延させる少なくとも二つ以上の送信遅延パターンを、それぞれ前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードに適用するステップと、
前記少なくとも二つ以上の送信遅延パターンが適用された前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを整合するステップと、
前記整合されたコードを、前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに印加するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項３】
前記送信遅延パターンを適用するステップは、
前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイからの超音波が少なくとも二つ以上の平面に集束されるように、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに異なる送信遅延を加えることを特徴とする請求項２に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項４】
前記送信遅延パターンを適用するステップは、
前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイから前記被検体に集束された超音波ビームが軸方向に少なくとも二つ以上の焦点距離を有するように、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに異なる送信遅延を加えることを特徴とする請求項２に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項５】
前記互いに直交するコードを印加するステップは、
第１方向の一次元トランスデューサーアレイに前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの第１コードを印加し、第２方向の二次元トランスデューサーアレイに前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの第２コードを印加することを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項６】
前記第１方向と前記第２方向は、互いに交差する方向であることを特徴とする請求項５に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項７】
前記直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得するステップは、
前記第２方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から、前記第１コードを利用して前記第１コードに対応する信号を獲得し、前記第１方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から、前記第２コードを利用して前記第２コードに対応する信号を獲得することを特徴とする請求項５に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項８】
前記直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得するステップは、
前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの所定のコードと前記反射信号との相関演算を行って、前記所定のコードに対応する信号を獲得することを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項９】
前記直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得するステップは、
前記複数のトランスデューサーのそれぞれにより受信した超音波信号を電気的信号に変換するステップと、
前記電気的信号を遅延させる少なくとも一つ以上の受信遅延パターンを前記電気的信号に適用するステップと、
前記少なくとも一つ以上の受信遅延パターンが適用された電気的信号を合算するステップと、
前記合算された信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を算出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１０】
前記受信遅延パターンを適用するステップは、
前記複数のトランスデューサーにより受信した前記反射信号が前記被検体に少なくとも二つ以上の受信ビーム平面を形成するように、少なくとも二つ以上の受信遅延パターンを利用して前記電気的信号を遅延させることを特徴とする請求項９に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１１】
前記受信遅延パターンを適用するステップは、
前記複数のトランスデューサーにより受信した前記反射信号が前記被検体に少なくとも二つ以上の焦点距離を有するように、少なくとも二つ以上の受信遅延パターンを利用して前記電気的信号を遅延させることを特徴とする請求項９に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１２】
前記電気的信号を合算するステップは、
適用された受信遅延パターンが同一な電気的信号を合算することを特徴とする請求項９に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイの個数は、前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに印加されたコードの個数と異なることを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１４】
前記互いに直交するコードを印加するステップは、
前記二次元トランスデューサーアレイに含まれるＮ個の一次元トランスデューサーアレイに、Ｎ個を超える個数の互いに直交するコードを印加することを特徴とする請求項１３に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１５】
前記互いに直交するコードを印加するステップは、
前記二次元トランスデューサーアレイに含まれるＭ個の一次元トランスデューサーアレイに、Ｍ個の互いに直交するコードをそれぞれ印加することを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１６】
前記被検体の映像情報を生成するステップは、
前記反射信号から獲得された信号の強度を組み合わせて、前記被検体の映像情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法。
【請求項１７】
複数のトランスデューサーが二次元に配列された二次元トランスデューサーアレイと、
前記複数のトランスデューサーのうちの少なくとも二つ以上のトランスデューサーが線形に配列された少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加する送信部と、
前記複数のトランスデューサーにより受信した被検体の反射信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得する受信部と、
前記反射信号から獲得された信号を利用して、前記被検体の映像情報を生成する映像プロセッサーと、を備えることを特徴とする三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項１８】
前記送信部は、
前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを遅延させる少なくとも二つ以上の送信遅延パターンを、それぞれ前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードに適用するエンコーダと、
前記少なくとも二つ以上の送信遅延パターンが適用された前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを整合し、前記整合されたコードを、前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに出力する合算器と、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項１９】
前記エンコーダは、
前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイからの超音波が少なくとも二つ以上の平面に集束されるように、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに異なる送信遅延を加えることを特徴とする請求項１８に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２０】
前記エンコーダは、
前記少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイから前記被検体に集束された超音波ビームが軸方向に少なくとも二つ以上の焦点距離を有するように、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに異なる送信遅延を加えることを特徴とする請求項１８に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２１】
前記送信部は、
第１方向の一次元トランスデューサーアレイに前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの第１コードを印加し、第２方向の二次元トランスデューサーアレイに前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの第２コードを印加することを特徴とする請求項１８に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２２】
前記第１方向と前記第２方向は、互いに交差する方向であることを特徴とする請求項２１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２３】
前記受信部は、
前記第２方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から、前記第１コードを利用して前記第１コードに対応する信号を獲得し、前記第１方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から、前記第２コードを利用して前記第２コードに対応する信号を獲得することを特徴とする請求項２１に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２４】
前記受信部は、
前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのうちの所定のコードと前記反射信号との相関演算を行って、前記所定のコードに対応する信号を獲得することを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２５】
前記受信部は、
前記複数のトランスデューサーのそれぞれにより受信した超音波信号に対応する電気的信号を遅延させる少なくとも一つ以上の受信遅延パターンを前記電気的信号に適用して合算する受信ビームフォーミング部と、
前記合算された信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を算出するデコーダと、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２６】
前記受信ビームフォーミング部は、
前記複数のトランスデューサーにより受信した前記反射信号が前記被検体に少なくとも二つ以上の受信ビーム平面を形成するように、少なくとも二つ以上の受信遅延パターンを利用して前記電気的信号を遅延させることを特徴とする請求項２５に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２７】
前記受信ビームフォーミング部は、
前記複数のトランスデューサーにより受信した前記反射信号が前記被検体に少なくとも二つ以上の焦点距離を有するように、少なくとも二つ以上の受信遅延パターンを利用して前記電気的信号を遅延させることを特徴とする請求項２５に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２８】
前記受信ビームフォーミング部は、
適用された受信遅延パターンが同一な電気的信号を合算することを特徴とする請求項２５に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項２９】
前記送信部は、
前記二次元トランスデューサーアレイに含まれるＮ個の一次元トランスデューサーアレイに、Ｎ個を超える個数の互いに直交するコードを印加することを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項３０】
前記送信部は、
前記二次元トランスデューサーアレイに含まれるＭ個の一次元トランスデューサーアレイに、Ｍ個の互いに直交するコードをそれぞれ印加することを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項３１】
前記映像プロセッサーは、
前記反射信号から獲得された信号の強度を組み合わせて、前記被検体の映像情報を生成することを特徴とする請求項１７に記載の三次元超音波ボリュームスキャン装置。
【請求項３２】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の三次元超音波ボリュームスキャン方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波映像分野に係り、より詳細には、二次元トランスデューサーアレイを利用して三次元超音波ボリュームスキャンを行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断器におけるプローブは、一般的にトランスデューサーで製造される。三次元映像検出装置のプローブから数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ範囲の超音波が患者の身体内部の特定の部位に伝達されると、その超音波は、異なる複数の組織間の階層から部分的に反射される。特に、超音波は、身体内部での密度変化がある箇所、例えば、血漿内の血球、臓器内の小さい組織などで反射される。このように反射された超音波は、プローブのトランスデューサーを振動させ、トランスデューサーは、この振動による電気的パルスを出力する。この電気的パルスが、映像に変換される。
【０００３】
最近、医療用超音波映像のための超音波スキャナーは、一般的に６４〜２５６個のトランスデューサー配列素子を利用して、超音波ビームを電子的にスイッチング又はステアリングしてフォーカシングする。ここで、複数個のトランスデューサーを線形的に配列した場合、この超音波ビームは、側方向のみにスイッチング又はステアリングされ、その結果、高度方向にはスイッチング又はステアリングされないので、二次元映像のみが得られる。
【０００４】
トランスデューサーが高度方向と側方向の両方に配列された二次元配列では、側方向及び高度方向の両方で超音波ビームがスイッチング又はステアリングされるので、双方向の動的フォーカシングを可能にする。その結果、最近、三次元ボリュームの超音波映像が得られる装置が出ている。これに関連した先行技術としては、特許文献１及び２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，３０５，７５６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４１７，２１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、少ないトランスデューサーを使用し、時間当たりのデータ処理量を減少させて、リアルタイムで三次元ボリュームの超音波映像を得る方法及びその装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による複数のトランスデューサーが二次元に配列された二次元トランスデューサーアレイを利用した三次元超音波ボリュームスキャン方法は、二次元に配列された前記複数のトランスデューサーのうちの少なくとも二つ以上のトランスデューサーが線形に配列された少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加するステップと、前記複数のトランスデューサーにより受信した被検体の反射信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得するステップと、前記反射信号から獲得された信号を利用して、前記被検体の映像情報を生成するステップと、を有する。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によって、上述した三次元超音波ボリュームスキャン方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による三次元超音波ボリュームスキャン装置は、複数のトランスデューサーが二次元に配列された二次元トランスデューサーアレイと、二次元に配列された前記複数のトランスデューサーのうちの少なくとも二つ以上のトランスデューサーが線形に配列された少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加する送信部と、前記複数のトランスデューサーにより受信した被検体の反射信号から、前記少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得する受信部と、前記反射信号から獲得された信号を利用して、前記被検体の映像情報を生成する映像プロセッサーと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リアルタイムで三次元ボリュームの超音波映像を提供することができ、且つ高いレベルのフレーム率と高解像度の映像の質とを維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による超音波映像システムの構成図である。
【図２】一つの一次元トランスデューサーアレイが二次元映像の一つのピクセルについての映像情報を得る方法を示す図である。
【図３】高度方向の一次元トランスデューサーアレイにより形成された送信ビーム平面又は受信ビーム平面を示す図である。
【図４】一次元トランスデューサーアレイにおけるビームの動的集束を示す図である。
【図５】交差トランスデューサーアレイを利用したスキャンラインの形成を示す図である。
【図６】図１に示したプローブと超音波ボリュームスキャン装置の構成図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイを示す図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイを示す図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイを示す図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイに含まれる一次元トランスデューサーアレイのビーム平面の形成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるビームの動的集束を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるビームのステアリング及び動的集束を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による複数の一次元トランスデューサーアレイを利用した超音波ビームの動的集束を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による送信部及び受信部の構成を示す図である。
【図１３Ａ】ゴレイコードの一例を示す図である。
【図１３Ｂ】ゴレイコードの一例を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａのコードがパルサーで出力される場合のトランスデューサーで発生する音波を示す図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｂのコードがパルサーで出力される場合のトランスデューサーで発生する音波を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイが一つの集束点に二つのコードを利用して送信することを示す図である。
【図１５】図１４の交差トランスデューサーアレイが二つのコードを受信することを示す図である。
【図１６】図１４及び図１５の実施形態による受信デコーダの構成を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による三次元超音波ボリュームスキャン方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１４に示した交差トランスデューサーアレイを利用した三次元超音波ボリュームスキャン方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による超音波映像システムの構成図である。図１を参照すると、本実施形態による超音波映像システムは、プローブ１０１、超音波ボリュームスキャン装置１０２、及び映像表示装置１０３で構成される。プローブ１０１は、高度方向に一列に配置されている一次元トランスデューサーの集合である高度方向のトランスデューサーアレイと、側方向に一列に配置されている一次元トランスデューサーの集合である側方向のトランスデューサーアレイとが交差した形態の二次元トランスデューサーアレイを含む。二次元トランスデューサーアレイの詳細な構造については後述する。プローブ１０１のトランスデューサーアレイに含まれる各トランスデューサーに、超音波ボリュームスキャン装置１０２から、各トランスデューサーに対応する電気的信号が入力されると、各トランスデューサーは、このように入力された電気的信号を、被検体の内部の映像情報を検出するためのソース信号に変換する。
【００１４】
ここで、被検体の代表的な例としては、人体であり、その他に動物の身体、金属なども含まれる。以下では、被検体を人体として特定して、本発明の実施形態を説明する。但し、図１に示した実施形態及び後述する実施形態において、被検体が人体以外に他の対象、例えば、動物の身体、金属などであってもよいことを、上述した実施形態が属する技術の分野で当業者であるならば理解できる。一方、プローブ１０１が一つのトランスデューサーのみを使用せず、トランスデューサーアレイのように、複数個のトランスデューサー素子を使用する理由は、一つのトランスデューサーで生成されるソース信号の強度が、被検体の内部の映像情報を検出するほど強くないためである。複数個のトランスデューサー素子を利用して、所望の地点に信号を集束することによって、信号の強度と映像の解像度の両方を向上させることができる。
【００１５】
超音波ボリュームスキャン装置１０２は、図１に示したように、プローブ１０１と異なる装置として具現される。図１に示した実施形態に属する技術の分野で当業者であるならば、プローブ１０１と超音波ボリュームスキャン装置１０２とを、一つの装置として統合して具現してもよいことを理解できる。
【００１６】
超音波ボリュームスキャン装置１０２は、次のように二次元医療映像を生成する。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、プローブ１０１の交差トランスデューサーアレイから送信されたソース信号を、人体の内部の特定の地点（集束点）に集束する。以下、集束点から反射されたソース信号を反射信号という。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、反射信号から、集束点に関するピクセルの映像情報を検出する。次いで、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、異なる集束点にソース信号を集束して反射信号を獲得する方式により、異なるピクセルの映像情報を検出する。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、人体の内部の二次元撮影領域を構成する全ての地点に対して、上述した過程を反復することによって、人体の内部の二次元撮影領域を構成するピクセルの映像情報を検出し、このように検出されたピクセルの映像情報を併合することによって、人体の内部の二次元撮影領域の医療映像を生成する。
【００１７】
図２は、一つの一次元トランスデューサーアレイ２１が二次元映像の一つのピクセルについての映像情報を得る方法を示す図である。図２において、一次元トランスデューサーアレイ２１は、９個のトランスデューサーが線形的に配列されており、各トランスデューサーには、上から順次に数字が書かれている。但し、本発明において、線形の意味は、必ずしも直線に限定されず、曲線を含んでもよい。例えば、本発明の一次元トランスデューサーアレイの曲率を増加させて、閉曲線、即ち環状アレイを形成するように変形して実施することもできる。集束点２０は、上述したように、ソース信号が集束されて二次元映像の映像情報を検出する地点をいい、二次元映像のピクセル位置に対応する被検体の内部の地点に該当する。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、トランスデューサーアレイ２１の各トランスデューサーに、ソース信号に変換可能な複数個の電気的信号２３を出力する。この時、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、プローブ１０１の内部のトランスデューサーの個数の電気的信号を出力する。例えば、図２において、トランスデューサーの個数である９個の電気的信号を出力する。ここで、プローブ１０１が生成する９個のソース信号が集束されるためには、集束点２０に同時に到達しなければならない。一方、トランスデューサーアレイ２１の一次元的な配列のため、任意の集束点２０と各トランスデューサーとの間の距離は異なる。従って、各トランスデューサーがソース信号を同時に発生すると仮定した場合、集束点２０と各トランスデューサーとの間の距離差によって、ソース信号が集束点２０に達する時間は異なる。即ち、図２において、集束点２０とトランスデューサーアレイ２１の最初のトランスデューサーとが一番近く、２番目から９番目に行くほど少しずつ距離が増加する。従って、９番目のトランスデューサーが、集束点２０と距離が一番遠い。即ち、プローブ１０１が生成した複数個のソース信号が集束点２０に同時に達するためには、集束点２０から相対的に遠い９番目のトランスデューサーが先にソース信号を生成し、相対的に近い最初のトランスデューサーが最後にソース信号を生成しなければならない。最初のトランスデューサーが信号を生成する瞬間、残りのトランスデューサーで生成された信号が自身の経路上に位置する地点を連結した線は、集束点２０に対応する遅延パターン２２という。
【００１８】
結局、プローブ１０１の内部の各トランスデューサーがソース信号を生成する時間を異ならせるために、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、プローブ１０１の内部の各トランスデューサーに、複数個の電気的信号２３が入力される時間が異なって設定されなければならない。上述したように、この９個の電気的信号を、プローブ１０１が９個のソース信号として出力する。即ち、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、各トランスデューサーと集束点２０との距離差に反比例する時間の長さほど各トランスデューサーに入力される電気的信号を遅延させた後で、各トランスデューサーに出力する。これを通じて、各トランスデューサーから出力されたソース信号を一つの集束点２０に集束させる。電気的信号の遅延時間に比例して、ソース信号の生成が遅延される。ここで、９番目のトランスデューサーに入力される電気的信号は、時間遅延なしにトランスデューサーに入力される。このような方法により、超音波ボリュームスキャン装置１０２が所望の任意の集束点２０に複数個の信号が同時に達するようにソース信号を制御することを、送信ビームフォーミングという。
【００１９】
上述したビームフォーミングは、超音波ボリュームスキャン装置１０２から送信されるソース信号にのみ適用されるものではなく、超音波ボリュームスキャン装置１０２により受信した反射信号にも同様に適用される。トランスデューサーアレイ２１が送信したソース信号は、上述したような送信ビームフォーミングにより集束点２０で重畳され、重畳されたソース信号は、集束点２０から反射されて再びトランスデューサーアレイ２１に達する。トランスデューサーアレイ２１の各トランスデューサーは、各トランスデューサーに達した反射信号を電気的信号に逆変換して、超音波ボリュームスキャン装置１０２に出力する。上述したように、このように変換された電気的信号の強度は非常に微弱であるため、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、複数の電気的信号を一つに合成した信号を使用して映像を構成する。しかし、各トランスデューサーと集束点２０との距離差のため、反射されたソース信号が再び各トランスデューサーに戻る時間が異なり、結果として各トランスデューサーが電気的信号を生成する時間も異なる。従って、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、各トランスデューサーから出力された電気的信号を一つの信号に合わせるために、各トランスデューサーと集束点２０との距離差に反比例する時間の長さほど、各トランスデューサーから出力された電気的信号を遅延させる。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、トランスデューサーアレイ２１の全てのトランスデューサーからの電気的信号の出力が完了する時点で、電気的信号を合算する。ここで、トランスデューサーアレイ２１の各トランスデューサーのうち、集束点２０との距離が一番遠い９番目のトランスデューサーから出力された電気的信号は、超音波ボリュームスキャン装置１０２に最後に入力されるので、時間遅延なしに他のトランスデューサーから出力された電気的信号と合算する。このように、各トランスデューサーから出力された電気的信号を遅延させて合算することを、受信ビームフォーミングという。
【００２０】
超音波ボリュームスキャン装置１０２は、プローブ１０１の内部のトランスデューサーアレイ２１が生成した複数個の電気的信号を受信ビームフォーミングし、ビームフォーミングされた信号の強度を利用して集束点の輝度情報を抽出する。そして、それを人体の内部の二次元撮影領域の複数の地点に対して反復的に行って得た輝度情報を合わせて二次元医療映像を生成する。このような輝度情報に基づいた映像をＢモード映像という。但し、当業者ならば、Ｂモード映像以外に、Ａモード映像及びＭモード映像を自明に予測可能であるため、これについての具体的な説明は省略する。生成された医療映像は、映像表示装置１０３に送られる。図２の一次元トランスデューサーアレイ２１を利用した場合に二次元映像が生成されるが、本発明の一実施形態では、二次元トランスデューサーアレイを利用して三次元超音波ボリューム映像を生成できる。
【００２１】
映像表示装置１０３は、超音波ボリュームスキャン装置１０２から医療映像が入力されて、それをディスプレイする。
【００２２】
一方、上述した送信又は受信ビームフォーミングの集束点２０は、ソース信号又は反射信号の位相変換又は時間遅延を通じて他の集束点２４に変更される。それをビームのステアリングという。以下において、遅延とは、位相変換と時間遅延とを包括する。送信ビームフォーミングのステアリングの場合、各集束点別にトランスデューサーアレイ２１に加えられる遅延パターンが異なる。従って、一般的に送信ビームフォーミングは、同時に多重の集束点を形成できないという問題がある。例えば、集束点２０に対する送信ビームフォーミングを完了した後、他の集束点２４に対して送信ビームフォーミングが行われる。送信ビームフォーミングで集束点の位置を変更するステアリングは、変更された集束点の数ほど、送信ビームを形成しなければならない回数が増加する。従って、ステアリングを通じて一つの三次元映像を獲得するのにかかる時間は、送信ビームの形成回数に比例して増加する。これと異なり、受信ビームフォーミングのステアリングは、送信ビームフォーミングのステアリングより速く行われる。受信ビームフォーミングのステアリングは、トランスデューサーアレイ２１の各トランスデューサーにより受信した信号を、メモリなどの記憶媒体に保存し、その保存された信号に遅延パターン２２と遅延パターン２５とを並列に適用させるためである。即ち、受信ビームフォーミングのステアリングは、受信した信号を処理する過程で遅延パターンを変更するものとして理解することができる。
【００２３】
図３は、高度方向の一次元トランスデューサーアレイ２１により形成された送信ビーム平面２０２１又は受信ビーム平面２０２２を示す図である。図３において、立方体で示した部分のそれぞれはトランスデューサーを表し、複数個のトランスデューサーが直列に結合された部分は、トランスデューサーアレイ２１である。各トランスデューサーに電気的信号を印加する場合、ホイヘンスの原理によって、各トランスデューサーから放射状にソース信号が伝播される。図２の例のように、超音波信号のビームフォーミングを行った場合、トランスデューサーから放射状に伝播されたソース信号が重畳される。図３を参照すると、三次元空間で重畳される部分は、トランスデューサーアレイ２１の真中にあるトランスデューサーを中心として、半径ｒを有する一つの扇形の平面形状を有する。このような平面を、送信ビーム平面２０２１という。これについての先行技術として、米国特許第５，３０５，７５６号明細書及び米国特許第５，４１７，２１９号明細書では、送信ビーム平面又は受信ビーム平面のビーム集束について開示している。
【００２４】
図３において、側方向２０３と深さ方向２０４とからなる平面と、送信ビーム平面２０２１とがなす角度をφとする。一方、ここで、深さ方向は、形成された超音波ビームの軸と一致する方向であるので、深さ方向は、軸方向と同じ意味で使われる。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、図２で述べたビームフォーミングのステアリングを通じて、送信ビーム平面のφ値を変更させる。これと同様に受信ビーム平面２０２２を定義するが、送信ビーム平面２０２１を形成する時と同様に、受信ビーム平面２０２２は、ソース信号が反射されて戻る反射信号をビームフォーミングする時に生成される扇形の平面を意味する。受信ビーム平面２０２２も同様に、ビームフォーミングのステアリングを通じて、φ値を変更させる。
【００２５】
互いに直交する交差トランスデューサーアレイには、高度方向と側方向の一次元トランスデューサーアレイが直交して配置される。側方向の一次元トランスデューサーアレイの送信ビーム平面及び受信ビーム平面の形成は、図３に示した高度方向の一次元トランスデューサーアレイ２１の送信ビーム平面及び受信ビーム平面の形成と原理が同一であるので、その説明を省略する。
【００２６】
図４は、一次元トランスデューサーアレイにおけるビームの動的集束を示す図である。ビームの動的集束とは、トランスデューサーアレイが集束したビームの焦点距離Ｒｆを、そのビームの軸方向（Ｚ方向）に変更して集束することを意味する。
【００２７】
複数のトランスデューサーが、固定された集束点にビームをフォーミングした場合、その集束点では高度方向の分解能に優れているが、集束点から遠くなるほど高度方向の分解能が低下するという短所がある。それにも拘らず、一般的な超音波ボリュームスキャン方法では、送信ビームを固定集束して受信ビームを動的集束する一方向動的集束（１−ｗａｙ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を利用している。
【００２８】
送信時と受信時にいずれもビームを動的に集束する双方向動的集束（２−ｗａｙ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）は、一方向動的集束に比べて、優秀な高度方向の解像度が得られる。しかし、双方向動的集束は、一つの三次元映像を得るために複数回の超音波信号を送信するため、その超音波信号の送信回数に比例して、三次元映像を得るのにかかる時間が増加する。従って、双方向動的集束は、リアルタイムで三次元映像を得るのには通常適していないものとして知られている。
【００２９】
双方向動的集束をより具体的に説明すると、一般的な送信動的集束の場合、各焦点距離ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＦ３に対応する遅延パターンが順次に適用された超音波信号により複数回ビームフォーミングされる。従って、送信動的集束は、焦点距離の個数ほど、超音波信号をビームフォーミングする回数が増える。一方、受信動的集束の場合、トランスデューサーアレイにより受信した信号に複数の遅延パターンを並列に適用できる。従って、受信動的集束は、三次元映像を得るのにかかる時間を増加させない。
【００３０】
図３で説明したビームのステアリングと、図４で説明したビームの動的集束は、いずれもビームの集束のためにソース信号又は反射信号を遅延させるという共通点がある。ステアリングと動的集束との差を見ると、ステアリングは角度φを変更しており、動的集束は焦点距離ＲＦを変更している。しかし、両者は、空間上で集束点の変更のために遅延時間を異ならせるという共通点がある。両者を概念的に区分すると、ステアリングは異なるスキャンラインを構成するのに比べて、動的集束は一つのスキャンライン上の異なる位置に集束される。
【００３１】
図５は、交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）を利用したスキャンラインの形成を示す図である。
【００３２】
交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）を利用して三次元映像を得る先行技術としては、直交する二つのトランスデューサーアレイのうちの一つのみが信号を送信し、他のトランスデューサーアレイは信号を受信するＣＡ−ＦＦ（Ｃｒｏｓｓ  Ａｒｒａｙ  ｕｓｉｎｇ  Ｆｉｘｅｄ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）がある。これは、米国特許第５，９０１，７０８号明細書“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｍａｇｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｃｒｏｓｓ  ａｒｒａｙ”に開示された発明である。ＣＡ−ＦＦによると、高度方向のトランスデューサーアレイ１０１１のそれぞれのトランスデューサーにパルサーから送信信号パターンが入力されると、対象体に伝播されるソース信号を生成する。この生成されたソース信号が対象体により反射されて戻る反射信号を、側方向のトランスデューサーアレイ１０１２が受信してそれを電気的信号に変換し、変換された電気的信号を変換部に出力する。従って、高度方向のトランスデューサーアレイ１０１１が送信アレイであると仮定した場合、図５における送信ビーム平面４０１が形成され、側方向のトランスデューサーアレイ１０１２が受信アレイであると仮定した場合、受信ビーム平面４０２が形成される。高度方向をＹ軸、側方向をＸ軸、深さ方向をＺ軸とする座標系を利用して以下の説明を続ける。φはＸ−Ｚ平面と送信ビーム平面とがなす角、θは受信ビーム平面とＹ−Ｚ平面とがなす角を意味する。送信アレイ（１０１１）の各トランスデューサーに、φに対応する送信信号パターンが印加されることによって、角度φを有する送信ビーム平面４０１が形成される。この場合、送信アレイ（１０１１）による信号が重畳される領域は、送信ビーム平面４０１の扇形の中心から距離がｒである円弧に該当する領域である。同様に、受信アレイ（１０１２）が反射ソース信号をビームフォーミングさせると、角度θを有する受信ビーム平面４０２が形成される。この場合も、信号が増幅される地点は、受信ビーム平面の扇形の中心から距離がｒほど離れた円弧領域である。このように形成された送信ビーム平面４０１と受信ビーム平面４０２とが交差する直線が形成され、この直線がスキャンラインである。
【００３３】
スキャンラインとは、映像の情報が得られる経路を意味する。即ち、スキャンラインは、φとθを特定することによって定義されるが、所定のスキャンラインで扇形の中心からの距離ｒを調整すると、そのスキャンライン経路上に、中心からの距離ｒの位置にある位置の映像情報を生成できる。従って、交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）に印加する電気的信号の遅延値を調節して、φとθを所定の値（例えば、１°）ずつ変更し、中心からの距離ｒを所定の値ほど変更しながら、それぞれのスキャンライン及び距離ｒに該当する情報を映像に切り替えると、三次元ボリューム超音波映像が形成される。
【００３４】
ここで、θは受信ビーム平面４０２のステアリング角度を意味するため、受信アレイ（１０１２）により受信した信号に、複数の受信遅延パターンを並列に適用することによって、ステアリングされた複数の受信ビーム平面が同時に形成される。
【００３５】
一方、交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）によりスキャンラインが形成されるためには、送信ビーム平面４０１と受信ビーム平面４０２とが平行してはならない。即ち、送信ビーム平面４０１を生成するトランスデューサーアレイと、受信ビーム平面４０２を生成するトランスデューサーアレイの方向は、異なる方向に構成されなければならない。θ値を調整して複数の受信ビーム平面を形成した場合、一つの送信ビーム平面に対して複数のスキャンラインが形成される。
【００３６】
上述したＣＡ−ＦＦ技法による三次元ボリューム超音波映像は、送信固定集束及び受信動的集束を行う一方向動的集束によるため、送信ビームの焦点距離以外では、高度方向の解像度が不良であるという短所がある。即ち、ＣＡ−ＦＦ技法は、双方向動的集束ができないという問題がある。また、ＣＡ−ＦＦ技法による三次元ボリューム超音波映像は、φ値が異なるＮ個の送信ビーム平面を形成するためにＮ回のビーム送信が必要であるため、複数のビーム送信により、三次元映像を獲得するのにかかる時間が増加するという問題点がある。
【００３７】
しかし、本発明による超音波ボリュームスキャン装置１０２は、互いに直交するコードを利用するため、双方向動的集束と送信ビーム平面のステアリングとを行ったとしても、三次元映像を得るのにかかる時間を増加させない。以下では、複数のスキャンライン、複数のビーム平面、又は複数の焦点距離に対応して、直交するコードを二次元トランスデューサーアレイに印加することによって、三次元超音波映像を得る方法を説明する。
【００３８】
図６は、図１に示したプローブ１０１と超音波ボリュームスキャン装置１０２の構成図である。本発明によるプローブ１０１は、複数のトランスデューサーが二次元に配列された二次元トランスデューサーアレイ６４０を含む。二次元トランスデューサーアレイ６４０には、少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイが異なる方向に配列されている。二次元トランスデューサーアレイ６４０は、図５の交差トランスデューサーアレイ以外にも、図７Ａ〜図７Ｄで後述するように多様な形態に変更して実施可能である。
【００３９】
図６に示したプローブ１０１と超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイ６４０、Ｔ／Ｒ（ｔｒａｎｓｍｉｔ／ｒｅｃｅｉｖｅ）スイッチ６０４、送信部６３０、受信部６２０、及び映像プロセッサー６１０で構成されている。送信部６３０は、パルサー６０１、送信信号遅延部６０２、送信ビームフォーミング部６０３、及びコード出力部６１１で構成され、受信部６２０は、変換部６０５、受信信号遅延部６０６、受信ビームフォーミング部６０７、及び受信デコーダ６０９で構成されている。
【００４０】
二次元トランスデューサーアレイ６４０は、プローブ１０１の内部に構成され、図５及び図７Ａ〜図７Ｄに示したように、少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイを含む。図５の交差トランスデューサーアレイを例示すると、高度方向のトランスデューサーアレイ１０１１と側方向のトランスデューサーアレイ１０１２とを含む。交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）は、互いに交差しており、Ｘ軸とＹ軸の原点で一つのトランスデューサーを共有する。二次元トランスデューサーアレイ６４０は、パルサー６０１から、Ｔ／Ｒスイッチ６０４を通じてそれぞれのトランスデューサーに送信信号パターンが入力されると、それをソース信号に変換する。二次元トランスデューサーアレイ６４０は、このソース信号が対象体により反射されて戻ると、反射されたソース信号を再び電気的信号に変換する。
【００４１】
一方、一つの一次元トランスデューサーアレイのみで三次元ボリュームの映像を形成する技法としては、フリーハンドスキャン方式、又はモーターによる機械的なスキャンを行うウォブリング方式がある。しかし、フリーハンドスキャン方式又はウォブリング方式による場合、三次元映像の解像度やフレーム率には限界がある。従って、高速及び高解像度の三次元映像を提供するためには、二次元トランスデューサーアレイを利用することが望ましい。ここで、トランスデューサーの個数は、例えば高度方向及び側方向にそれぞれ９６個である場合、９６×９６個、即ち９２１６個のトランスデューサーが必要である。このように多くのトランスデューサーを含む一般的な二次元トランスデューサーアレイを使用するためには、トランスデューサーのそれぞれに印加される信号を制御して解析するための超音波スキャン装置も規模が大きくなる。結果、トランスデューサーアレイ及び超音波スキャン装置の生産コストは高くなる。本発明における交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）のトランスデューサーの個数は、例えば、高度方向及び側方向にそれぞれ９６個である場合、９６×２個、即ち、１９２個のトレンスデューサーのみが必要である。従って、交差トランスデューサーアレイ（１０１１，１０１２）を利用した超音波ボリュームスキャン装置及びプローブは、一般的な二次元トランスデューサーアレイを利用する時よりもはるかに少ない素子で具現できるため、同じ品質の映像を生成する条件下ではるかに更に経済的である。また、アレイの個数が多くなるほど、プローブ１０１と超音波スキャン装置１０２とを連結するケーブルの本数も多くなるため、結果、ケーブルが重くなる。一般的に、超音波は、検査時間が平均して２０〜３０分がかかり、場合によって更に長いため、ケーブルは軽くなることが要求される。
【００４２】
パルサー６０１は、両極パルサーであり、送信ビームフォーミング部６０３から遅延された送信信号パターンが入力され、それを既定の大きさの電圧を有する二極性パルスに増幅した後、Ｔ／Ｒスイッチ６０４を通じて二次元トランスデューサーアレイ６４０に印加する。二次元トランスデューサーアレイ６４０が、パルサー６０１から入力された二極性パルスの電圧に応答し、超音波パルスを生成して人体の内部の特定の地点に送信する。
【００４３】
送信信号遅延部６０２は、送信ビームフォーミング部６０３に提供する二次元トランスデューサーアレイ６４０の各トランスデューサーの位置によって変わる超音波が対象体に達する時間を補償するための超音波パルスの遅延パターンを、ルックアップテーブルの形態で保存する。二次元トランスデューサーアレイ６４０に含まれる所定の一次元トランスデューサーアレイの送信ビーム平面のステアリング角度及び円弧の半径ｒを変更するために、パルサー６０１は、それぞれのトランスデューサーに送信信号パターンが印加される時間を異なって設定しなければならないためである。これは、図２で説明したビームフォーミングの概念である。従って、送信信号遅延部６０２は、任意の送信ビーム平面のステアリング角度及び半径ｒに対して信号が印加される時間をテーブルに保存する。送信信号遅延部６０２は、制御部（図示せず）により送信ビーム平面のステアリング角度及び半径ｒが入力されると、この角度に対応する遅延ルックアップテーブルを送信ビームフォーミング部６０３に出力する。
【００４４】
送信ビームフォーミング部６０３は、送信信号遅延部６０２から集束点に焦点を合わせるための遅延値がルックアップテーブルのような形態で入力され、コード出力部６１１から送信信号パターンが入力される。送信ビームフォーミング部６０３は、ルックアップテーブルに基づいて送信信号パターンを遅延させる。
【００４５】
コード出力部６１１は、送信ビームフォーミング部６０３に提供するための送信信号パターンを保存する。例えば、互いに直交するコードとしてコードａ及びｂを保存し、これらのコードを送信ビームフォーミング部６０３に出力するものとして説明する。
【００４６】
Ｔ／Ｒスイッチ６０４は、パルサー６０１、変換部６０５、及び二次元トランスデューサーアレイ６４０を連結するか又は遮断する。Ｔ／Ｒスイッチ６０４は、パルサー６０１が送信信号パターンを二次元トランスデューサーアレイ６４０に出力する時に変換部６０５を遮断する。Ｔ／Ｒスイッチ６０４は、二次元トランスデューサーアレイ６４０が反射信号を受信して電気的信号を変換部６０５に出力する時にパルサー６０１との連結を遮断し、二次元トランスデューサーアレイ６４０と変換部６０５とを連結する。即ち、Ｔ／Ｒスイッチ６０４は、パルサー６０１で放出される高圧の電力が変換部６０５に影響を与えないようにするデュプレクサの役割を行い、二次元トランスデューサーアレイ６４０が送信及び受信を交互に行う時、パルサー６０１と変換部６０５とを二次元トランスデューサーアレイ６４０に適切にスイッチングする役割を行う。
【００４７】
上述した同時に送信された二つのコードａ及びｂのソース信号が対象体により反射されて戻った反射信号を、二次元トランスデューサーアレイ６４０が受信する。ここで、二次元トランスデューサーアレイ６４０が受信した反射信号は、コードａ及びｂが混合されている。二次元トランスデューサーアレイ６４０の内部のそれぞれのトランスデューサーは、受信したコードａ及びｂが混合されている信号をそれぞれのトランスデューサーで電気的信号に切り替え、複数個の電気的信号をＴ／Ｒスイッチ６０４を通じて変換部６０５に出力する。
【００４８】
受信部６２０は、二次元トランスデューサーアレイ６４０により受信した反射信号から、直交するコードａ及びｂのそれぞれのコード成分を獲得する。例えば、二次元トランスデューサーアレイが交差トランスデューサーアレイである場合を説明すると、側方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から高度方向のトランスデューサーアレイが送信したコードを獲得し、高度方向のトランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から側方向のトランスデューサーアレイが送信したコードを獲得する。
【００４９】
変換部６０５は、二次元トランスデューサーアレイ６４０からＴ／Ｒスイッチ６０４を通じて印加された反射信号を増幅した後、デジタル信号に変換する。変換部６０５は、例えば、前置増幅器、超音波が身体の内部を通過しながら発生する減衰を補償するための時間利得補償（Ｔｉｍｅ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ：  ＴＧＣ）ユニット、及びアナログ・デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）で構成されている。
【００５０】
受信信号遅延部６０６は、受信ビームフォーミング部６０７に、遅延ルックアップテーブルのような形態で、受信ビームフォーミングのための受信時間遅延値の情報を提供する。遅延ルックアップテーブルのような形態とは、受信ビームフォーミング部６０７が各トランスデューサーから出力された電気的信号を一つの信号に合わせるために、各トランスデューサーと集束点との距離差に対応する時間の長さについての情報を、テーブル形態で保存したものを意味する。
【００５１】
受信ビームフォーミング部６０７は、受信信号遅延部６０６から、遅延値についての情報がルックアップテーブルのような形態で入力されると、これに基づいて変換部６０５が変換した電気的信号を遅延させた後で、二次元トランスデューサーアレイ６４０に含まれる一次元トランスデューサーアレイの全てのトランスデューサーからの電気的信号の出力が完了する時点で、その電気的信号を合算して受信デコーダ６０９に出力する。
【００５２】
受信デコーダ６０９は、受信ビームフォーミング部６０７から出力された信号が入力され、該入力された信号を、ａコード成分が含まれる信号とｂコード成分が含まれる信号とに分離し、このように分離された信号のそれぞれから映像情報を抽出して映像プロセッサー６１０に出力する。コードを分離する理由は、三次元映像を形成するために、二次元トランスデューサーアレイ６４０のうちのいずれか一つのトランスデューサーアレイがソース信号を送信する場合、反射されて戻る反射信号をそのトランスデューサーアレイが受信してはならず、他のトランスデューサーアレイが反射信号を受信しなければならない。従って、上述した交差トランスデューサーアレイの場合のように、高度方向のトランスデューサーアレイがコードａを送信すると、側方向のトランスデューサーアレイがコードａの反射信号を受信しなければならず、逆に側方向のトランスデューサーアレイがコードｂを送信すると、高度方向のトランスデューサーアレイがコードｂの反射信号を受信しなければならない。側方向のトランスデューサーアレイが受信した電気的信号は、受信デコーダがコードａと相関演算を行ってコードａの反射信号のみを抽出し、高度方向のトランスデューサーアレイが受信した電気的信号は、受信デコーダ６０９がコードｂの反射信号のみを抽出しなければならない。
【００５３】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイを示す図である。
【００５４】
先ず、図７Ａの二次元トランスデューサーアレイ７００ａを見ると、二次元トランスデューサーアレイ７００ａは、側方向（ｊ方向）に６個のトランスデューサーが配列され、高度方向（ｉ方向）にも６個のトランスデューサーが配列されている。従って、二次元トランスデューサーアレイ７００ａは、総３６個のトランスデューサーを含む６×６行列のような構造を有する。ここで、６×６の二次元トランスデューサーアレイ７００ａは、Ｍ×Ｎの二次元トランスデューサーアレイを例示的に説明するために、ＭとＮとを６で表現した。
【００５５】
本発明の超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイ７００ａに含まれるトランスデューサーに、互いに直交するコードを印加する。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイ７００ａに含まれる少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、互いに直交するコードを印加する。超音波ボリュームスキャン装置１０２が互いに直交するコードを印加する方法は、図８以降で説明し、それに先立って、直交するコードの印加の対象となる一次元トランスデューサーアレイについて説明する。
【００５６】
二次元トランスデューサーアレイ７００ａは、複数の一次元トランスデューサーアレイを含む。例えば、二次元トランスデューサーアレイ７００ａを行列で表現すると、それぞれの行と列の両方は、一次元トランスデューサーアレイに該当するため、二次元トランスデューサーアレイ７００ａは、行と列とを合わせて１２個の一次元トランスデューサーアレイを含む。各行と列に対応する一次元トランスデューサーアレイに含まれるトランスデューサーは、線形に配列されれば十分であるので、トランスデューサーは、必ずしも６個ではなくてもよい。例えば、各トランスデューサーを（ｉ，ｊ）で表現すると、５個のトランスデューサーの集合｛（０，１），（０，２），（０，３），（０，４），（０，５）｝は、一つの一次元トランスデューサーアレイを形成する。また、一次元トランスデューサーアレイにおいて、トランスデューサーは線形に配列されれば十分であるので、一次元トランスデューサーアレイの方向は、必ずしも側方向又は高度方向と平行しなくてもよい。例えば、対角線方向のトランスデューサーの集合｛（０，０），（１，１），（２，２），（３，３），（４，４），（５，５）｝は、他の一次元トランスデューサーアレイを形成する。超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイに含まれる少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイを、超音波信号を送信するアレイとして利用する。
【００５７】
本発明において、超音波信号を受信する一次元トランスデューサーアレイは、その超音波信号を送信した一次元トランスデューサーアレイと異なる方向に配置されなければならないことは上述した通りである。従って、図７Ａに示したように、本発明の二次元トランスデューサーアレイは、少なくとも一つの送信アレイと少なくとも一つの受信アレイとをそれぞれ含むため、少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイを含まなければならない。一方、超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイ７００ａに含まれる３６個のトランスデューサーをいずれも使用して超音波信号を送受信できるが、上述したように、少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイのみを利用して超音波信号を送受信してもよい。従って、本発明の超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイ７００ａで、超音波の送受信に使われていないトランスデューサーを除去した形態の二次元トランスデューサーアレイを使用できる。
【００５８】
以上の説明では、二次元トランスデューサーアレイ７００ａに含まれる線形の一次元トランスデューサーアレイは、トランスデューサーが直線型に配列されたものを仮定して説明した。しかし、本発明において、線形の意味は、必ずしも直線に限定されず、曲線を含んでもよい。また、本発明の一次元トランスデューサーアレイの曲率を増加させて、閉曲線、即ち環状アレイを形成するように変形して行うこともできる。
【００５９】
図７Ｂ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態によって、超音波の送受信に使われていないトランスデューサーを除去した形態の二次元トランスデューサーアレイを示す。但し、図７Ｂ〜図７Ｄの二次元トランスデューサーアレイは、少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイを含む二次元トランスデューサーアレイを例示的に列挙した図面であるため、本発明の真の権利範囲は、上記実施形態に限定されない。
【００６０】
以下、図８〜図１２についての説明では、超音波ボリュームスキャン装置１０２が、二次元トランスデューサーアレイ６４０に含まれる一つの一次元トランスデューサーアレイに、複数の直交するコードを印加する方法を説明する。即ち、超音波ボリュームスキャン装置１０２が、二次元トランスデューサーアレイ６４０に含まれるＮ（Ｎは、１以上）個の一次元トランスデューサーアレイに、Ｍ（Ｍ＞Ｎ）個の直交するコードを印加する方法を説明する。
【００６１】
図８は、本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイに含まれる一次元トランスデューサーアレイのビーム平面の形成を示す図である。
【００６２】
図８を参照すると、一次元トランスデューサーアレイ８１０は、一回の送信により三つの送信ビーム平面８２０，８３０，８４０を同時に形成する。図８の一次元トランスデューサーアレイ８１０は、図５及び図７Ａ〜図７Ｄの二次元トランスデューサーアレイに含まれるいずれか一つの一次元トランスデューサーアレイを意味する。
【００６３】
従来技術によると、一次元トランスデューサーアレイ８１０は、集束するビームの角度をステアリングすることによって、送信ビーム平面８２０，８３０，８４０を順次に形成した。しかし、本発明では、各送信ビーム平面のステアリング角に対応する送信遅延パターンを互いに直交するコードに適用することによって、送信ビーム平面８２０，８３０，８４０を同時に形成する。一つの送信ビーム平面内にＮ個のスキャンラインが形成されると仮定する場合、従来技術によると、一回のビーム送信結果を利用してＮ個のスキャンラインを形成するが、本発明によると、一回のビーム送信結果を利用して３×Ｎ個のスキャンラインが形成される。図８において、送信ビーム平面は、三つであることを仮定しているが、これは説明の便宜のための例示であるため、Ｋ（Ｋ＞１）個の送信ビーム平面を形成することができる。
【００６４】
送信ビーム平面８２０，８３０，８４０をそれぞれ区分するために、コード出力部６１１は、互いに直交するコードセットＡを送信ビームフォーミング部６０３に出力する。ＳＥＴ  Ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３｝は、互いに直交するコードａ１，ａ２，ａ３を含む。ここで、直交とは、自己相関は１であり交差相関は０である特性を意味する。従って、ａｉとａｊ（但し、ｉ≠ｊ）の相関は０となる特性がある。言い替えると、直交とは、信号の直交をいい、特性の同じ二つ以上の信号体系が互いに影響を与えずに共に動作可能な状態や特性をいう。直交コードを活用すると、同時に二つ以上の信号を送信しても互いに干渉なしに反射信号を分析することができる。
【００６５】
しかし、擬似直交特性を有するコードを直交コードとしても使用できる。擬似直交特性とは、自己相関結果がインパルス関数（一般的に、Ｄｉｒａｃ−ｄｅｌｔａ  ｆｕｎｃｔｉｏｎをいい、δ（ｔ）＝１  ａｔ  ｔ＝０、δ（ｔ）＝０  ａｔ  ｔ≠０の特性を有する関数）と類似しており、交差相関結果が０に近い特性を有することを意味する。ここで、類似しているという意味は、ｔ＝０での自己相関値に比べて、ｔ≠０での自己相関値と交差相関値とが、例えば３０ｄＢよりも更に小さい値を有することをいう。
【００６６】
以下、直交コードＳＥＴ  Ａを利用して、送信ビーム平面８２０，８３０，８４０を形成する方法を説明する。一次元トランスデューサーアレイ８１０は、Ｍ個のトランスデューサーを含む。
【００６７】
送信ビーム平面８２０についての第１送信遅延パターンＺ１は、Ｍ個のトランスデューサーのそれぞれについての遅延時間を定義する。これと同様に、送信ビーム平面８３０と送信ビーム平面８４０とに対応する第２送信遅延パターンＺ２と第３送信遅延パターンＺ３とが存在する。送信信号遅延部６０２は、制御部（図示せず）から送信ビーム平面８２０、８３０、８４０のそれぞれのステアリング角度φ及び焦点距離ｒが入力されて、送信遅延パターンＺ１，Ｚ２，Ｚ３を送信ビームフォーミング部６０３に出力する。
【００６８】
【数１】
2013255806.tif 000003
【００６９】
送信ビームフォーミング部６０３は、送信信号遅延部６０２から送信遅延パターンＺ１，Ｚ２，Ｚ３が入力されて、送信信号ｇ（ｔ）を遅延させる。ここで、送信信号ｇ（ｔ）を送信遅延パターンによって遅延させた信号は、数式２のようにＭａｔｒｉｘ  Ｇで表すことができる。
【００７０】
【数２】
2013255806.tif 000004
【００７１】
トランスデューサーアレイ８１０のｉ番目のトランスデューサーは、ＭａｔｒｉｘＧのｉ番目の行に対応し、各送信ビーム平面８２０，８３０，８４０は、Ｍａｔｒｉｘ  Ｇの各列に対応する。Ｍａｔｒｉｘ  Ｇの各信号は、同一な信号ｇ（ｔ）を時間遅延したものであるため、互いに相関している。従って、Ｍａｔｒｉｘ  Ｇの各信号をトランスデューサーアレイ８１０にそのまま印加すると、被検体から反射された信号の成分を送信ビーム平面別に分離できない。このような問題点を解決するために、本発明では、直交するコードｓｅｔ  ＡとＭａｔｒｉｘ  Ｇの各エレメントとを畳み込み、畳み込んだ成分を合算してトランスデューサーアレイ８１０に印加する。即ち、送信ビームフォーミング部６０３は、遅延された送信信号Ｍａｔｒｉｘ  Ｇを直交するコードｓｅｔ  Ａで畳み込む。ここで、送信ビームフォーミング部６０３は、送信信号ｇ（ｔ）を遅延させ、遅延された送信信号と直交コードとの畳み込みを行うために、エンコーダを備える。エンコーダを備える送信ビームフォーミング部６０３の詳細な構造については、図１２で後述する。
【００７２】
【数３】
2013255806.tif 000005
【００７３】
演算子‘＊’は、畳み込みを意味する。上記行列式の各行は、一次元トランスデューサーアレイ８１０の各トランスデューサーに印加される信号を意味する。
【００７４】
送信ビーム平面８２０の焦点距離ｒで、トランスデューサーアレイ８１０の各トランスデューサーが送信した信号は重畳されるので、ビームフォーミングが行われ、その信号は、Ｍ×ａ１＊ｇ（ｔ−ｑ１）となる。ここで、Ｍは、Ｍ個のトランスデューサーによる送信信号の伝播過程で媒体による信号損失がないと仮定した場合であって、焦点距離ｒでの信号の大きさを意味する。ｑ１は、Ｍ個のトランスデューサーによる送信信号の伝播遅延時間と送信遅延パターンＺ１の遅延時間とを合算した結果であって、全てのトランスデューサーに対して、焦点距離ｒで同じ値を有する。例えば、最初のトランスデューサーから送信ビーム平面８２０に到達する伝播遅延時間がｔ１であり、Ｍ番目のトランスデューサーから送信ビーム平面８２０に到達する伝播遅延時間がｔｍであると仮定する。この場合、ｔ１＋ｄ１＝ｔ２＋ｄ２＝…＝ｔｍ＋ｄｍ＝ｑ１であるため、それぞれのトランスデューサーで送信された超音波信号は、送信ビーム平面８２０に同一な時間に集束される。同様に、送信ビーム平面８３０の焦点距離ｒでの信号は、Ｍ×ａ２＊ｇ（ｔ−ｑ２）となり、送信ビーム平面８４０の焦点距離ｒでの信号は、Ｍ×ａ３＊ｇ（ｔ−ｑ３）となる。
【００７５】
以下では、送信ビーム平面８２０，８３０，８４０に集束された超音波ビームから反射された信号を受信して、受信ビーム平面を形成する方法を説明する。トランスデューサーアレイ８５０は、各送信ビーム平面８２０，８３０，８４０から反射された超音波信号を受信する。トランスデューサーアレイ８５０は、送信ビーム平面８２０，８３０，８４０を形成するトランスデューサーアレイ８１０と異なる方向に配置される。例えば、図５及び図７Ａ〜図７Ｄに例示した二次元トランスデューサーアレイのうち、同一な平面上で異なる方向に配列された二つの一次元トランスデューサーアレイを選択した場合、一方は一次元トランスデューサーアレイ８１０となり、他方はトランスデューサーアレイ８５０となる。
【００７６】
トランスデューサーアレイ８５０には、Ｍ×ａ１＊ｇ（ｔ−ｑ１）、Ｍ×ａ２＊ｇ（ｔ−ｑ２）、Ｍ×ａ３＊ｇ（ｔ−ｑ３）の反射信号が到達する。実際に被検体に超音波を集束して反射された信号は全反射でなく、到達過程で一部は被検体により減衰するため、反射信号の大きさが縮小する。説明の便宜上、１／Ｍに大きさが縮小したものと仮定する。トランスデューサーアレイ８５０は、焦点距離がｒである受信ビーム平面８６０を形成する。受信ビーム平面８６０が三つの送信ビーム平面８２０，８３０，８４０と交差することによって、三つのスキャンラインが形成される。ステアリング角がθである受信ビーム平面８６０を形成するための受信遅延パターンＺ４は、数式４のように表すことができる。受信信号遅延部６０６は、制御部（図示せず）からステアリング角θ及び受信ビーム平面８６０の焦点距離ｒが入力されると、受信ビーム平面についての受信遅延パターンＺ４を受信ビームフォーミング部６０７に出力する。
【００７７】
【数４】
2013255806.tif 000006
【００７８】
受信ビームフォーミング部６０７は、受信信号遅延部６０６から入力された受信遅延パターンＺ４によって、トランスデューサーアレイ８５０の各トランスデューサーにより受信した信号を遅延させる。トランスデューサーアレイ８５０の各トランスデューサーにより受信した信号に受信遅延パターンＺ４を適用した結果は、Ｍａｔｒｉｘ  Ｒのように表すことができる。
【００７９】
【数５】
2013255806.tif 000007
【００８０】
行列Ｒの各行は、トランスデューサーアレイ８５０の各トランスデューサーにより受信した超音波信号を、受信遅延パターンＺ４を適用して遅延させた信号を意味する。ここで、ｕ１，ｕ２，…，ｕｍは、送信ビーム平面８２０からの超音波信号がトランスデューサーアレイ８５０の各素子に伝達されるまでの伝播遅延値を意味する。受信ビームフォーミング部６０７は、受信遅延パターンＺ４が適用されたＭａｔｒｉｘ  Ｒの全てのエレメントを合算することによって受信ビームフォーミングを行う。ここで、三つのスキャンラインを同時に形成するためには、各送信ビーム平面８２０，８３０，８４０別に合算された信号を分離しなければならない。
【００８１】
受信デコーダ６０９は、各送信ビーム平面８２０，８３０，８４０別に合算されたＭａｔｒｉｘ  Ｒの信号を分離するために、コード出力部６１１から受信した直交するコードＳＥＴ  Ａを利用する。以下では、送信ビーム平面８２０に対して信号を分離する方法を説明する。受信デコーダ６０９は、合算された信号とコードａ１との相関演算を行う。コードＳＥＴ  Ａの直交特性によって、合算された信号から、コードａ２及びａ３が畳み込まれた多項式の項は除去され、コードａ１が畳み込まれた項のみが残る。そして、残った項を全て加えると、送信ビーム平面８２０及び受信ビーム平面８６０を通じて形成されたスキャンラインの映像情報が得られる。その結果は、数式６のように表すことができる。
【００８２】
【数６】
2013255806.tif 000008
【００８３】
数式６において、ｑ１＋ｕ１＋ｗ２＝ｑ１＋ｕ１＋ｗ２＝…＝ｑ１＋ｕ１＋ｗｍ＝ｊ１と表すことができるが、これは、受信遅延パターンＺ４が受信にかかる伝播遅延を補償するためである。従って、トランスデューサーアレイ８５０の各トランスデューサーにより受信した信号を一つの超音波信号として集束できる。
【００８４】
同様に、コードＳＥＴ  Ａのａ２及びａ３のそれぞれに対して上述した過程を同一に適用することによって、送信ビーム平面８３０，８４０と受信ビーム平面８６０とが形成するスキャンラインから、映像情報をそれぞれ獲得する。但し、上述した過程では、行列式Ｒの全てのエレメントを合算した後にＳＥＴ  Ａと相関演算を行ったが、相関演算を先に行った後にその相関演算結果を合算しても、同一な値が得られる。コードＳＥＴ  Ａのａ１，ａ２，ａ３を適用することは、順次に適用できるが、複数の受信デコーダを並列に構成することによってａ１，ａ２，ａ３の相関演算を並列に行ってもよい。この場合、三つのスキャンラインを同時に形成できる。複数の受信デコーダを並列に配置した受信部６２０の構造は、図１２で後述する。
【００８５】
一方、受信ビーム平面８６０とステアリング角θが異なる他の受信ビーム平面に対しても、上述したスキャンラインの形成過程を同様に適用できる。この場合、受信遅延パターンＺ４ではなく、ステアリング角θに対応する受信遅延パターンＺ５、Ｚ６などが適用されなければならない。受信遅延パターンの適用を並列に処理すると、複数の受信ビーム平面を同時に形成できる。若し、ｓ個の送信ビーム平面を同時に形成し、ｔ個の受信ビーム平面を同時に形成すると、ｓ×ｔ個のスキャンラインから映像情報が得られる。即ち、一回の超音波の送受信の過程を通じて、ｓ×ｔ個のスキャンラインから映像情報が得られるため、三次元映像を構成するのにかかる時間が減少する。そして、ｓ，ｔの値は、リアルタイムで三次元映像を獲得するのに必要な適切な値に調整される。例えば、３０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃの三次元映像は、１０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃの三次元映像に比べて、より高いｓ，ｔの値が要求される。
【００８６】
図９は、本発明の一実施形態によるビームの動的集束を示す図である。上述したように、ビームの動的集束とステアリングは概念上区分されるが、動的集束の原理はステアリングと同様である。従って、図８の説明と重複する部分については、その説明を省略する。
【００８７】
図９を参照すると、一次元トランスデューサーアレイ９１０は、一回の送信により三つの焦点距離９２０，９３０，９４０にビームを同時に集束する。図９の一次元トランスデューサーアレイ９１０は、図５及び図７Ａ〜図７Ｄの二次元トランスデューサーアレイに含まれるいずれか一つの一次元トランスデューサーアレイを意味する。
【００８８】
各焦点距離に対応する送信遅延パターンを互いに直交するコードに適用することによって、複数の焦点距離９２０，９３０，９４０に同時にビームを集束できる。従来技術によると、送信動的集束のためには、焦点距離の数に比例して超音波ビームの送信回数が増加する。従って、従来技術によると、送信動的集束方式は、三次元映像を獲得するのにかかる時間を増加させ、リアルタイムで三次元映像を獲得しがたいという短所がある。しかし、本発明によると、一回の超音波信号の送信を通じて送信動的集束が可能であるため、三次元映像を獲得するのにかかる時間を増加させず、高度方向の解像度が向上した三次元映像を獲得できる。図９において、三つの異なる焦点距離にビームを集束するところを例示しているが、これは、説明の便宜のための例示であるため、Ｋ（Ｋ＞１）個の焦点距離にビームを集束することができる。
【００８９】
コード出力部６１１は、各焦点距離９２０，９３０，９４０に集束された超音波ビームをそれぞれ区分するために、互いに直交するコードＳＥＴ  Ｂを送信ビームフォーミング部６０３に出力する。コードＳＥＴ  Ｂ＝｛ｂ１，ｂ２，ｂ３｝は互いに直交するコードｂ１，ｂ２，ｂ３を含む。一次元トランスデューサーアレイ９１０はＭ個のトランスデューサーを含む。
【００９０】
第１送信遅延パターンＹ１は、焦点距離９２０に対してＭ個のトランスデューサーのそれぞれの遅延時間を定義する。同様に、焦点距離９３０と焦点距離９４０とに対応する第２送信遅延パターンＹ２と第３送信遅延パターンＹ３とが存在する。送信信号遅延部６０２は、焦点距離９２０，９３０，９４０のｒ値が制御部（図示せず）から入力されて、送信遅延パターンＹ１，Ｙ２，Ｙ３を、送信ビームフォーミング部６０３に出力する。
【００９１】
【数７】
2013255806.tif 000009
【００９２】
送信ビームフォーミング部６０３は、送信信号ｇ（ｔ）を送信遅延パターンＹ１，Ｙ２，Ｙ３によって遅延させる。送信ビームフォーミング部６０３が送信信号ｇ（ｔ）を送信遅延パターンによって遅延させた信号は、Ｍａｔｒｉｘ  Ｇで表すことができる。
【００９３】
【数８】
2013255806.tif 000010
【００９４】
送信ビームフォーミング部６０３は、上述した送信ビームのステアリングと同様に、直交するコードｓｅｔ  ＢとＭａｔｒｉｘ  Ｇの各エレメントとを畳み込み、畳み込んだ成分を合算する。合算された信号は、Ｔ／Ｒスイッチ６０４を経て一次元トランスデューサーアレイ９１０に印加される。
【００９５】
【数９】
2013255806.tif 000011
【００９６】
数式９の行列式の各行は、一次元トランスデューサーアレイ９１０の各トランスデューサーに印加される信号を意味する。
【００９７】
各焦点距離９２０，９３０，９４０で、一次元トランスデューサーアレイ９１０の各トランスデューサーが送信した信号は重畳され、その信号は、Ｍ×ｂ１＊ｇ（ｔ−ｑ１）となる。ｑ１は、Ｍ個のトランスデューサーによる送信信号の伝播遅延時間と送信遅延パターンＹ１の遅延時間とを合算した結果を意味する。同様に、焦点距離９３０での信号はＭ×ｂ２＊ｇ（ｔ−ｑ２）となり、焦点距離９４０での信号はＭ×ｂ３＊ｇ（ｔ−ｑ３）となる。
【００９８】
以下、各焦点距離９２０，９３０，９４０で反射された信号を受信して受信動的集束を行う方法を説明する。トランスデューサーアレイ９５０は、各焦点距離９２０，９３０，９４０で反射された超音波信号を受信する。トランスデューサーアレイ９５０は、一次元トランスデューサーアレイ９１０と異なる方向に配置される。例えば、図５及び図７Ａ〜図７Ｄに例示した二次元トランスデューサーアレイのうち、同一な平面上で異なる方向に配列された二つの一次元トランスデューサーアレイを選択する場合、一方は一次元トランスデューサーアレイ９１０となり、他方はトランスデューサーアレイ９５０となる。
【００９９】
トランスデューサーアレイ９５０には、Ｍ×ｂ１＊ｇ（ｔ−ｑ１）、Ｍ×ｂ２＊ｇ（ｔ−ｑ２）、Ｍ×ｂ３＊ｇ（ｔ−ｑ３）の反射信号が到達する。実際に被検体から反射された信号は全反射された信号ではなく、反射された信号の一部は被検体により減衰される。説明の便宜上、反射された信号は１／Ｍに大きさが縮小したものと仮定する。
【０１００】
トランスデューサーアレイ９５０の各トランスデューサーにより受信した信号は、Ｍａｔｒｉｘ  Ｒのように表すことができる。
【０１０１】
【数１０】
2013255806.tif 000012
【０１０２】
ｉ番目の行で、ｕｉ，ｖｉ，ｔｉは、各焦点距離９２０，９３０，９４０で反射された超音波信号がトランスデューサーアレイ９５０の各素子に伝達されるまでの伝播遅延値を意味する。コード出力部６１１は、各焦点距離９２０，９３０，９４０別にＭａｔｒｉｘ  Ｒの信号を分離するために、直交するコードＳＥＴ  Ｂを受信デコーダ６０９に出力する。以下では、焦点距離９２０についての信号成分を分離する方法を説明する。受信デコーダ６０９は、行列式Ｒの各行とコードｂ１との相関演算を行う。その結果によって、ｉ番目の行のエレメントは、数式１１のように表すことができる。
【０１０３】
【数１１】
2013255806.tif 000013
【０１０４】
トランスデューサーアレイ９５０が焦点距離ｒの地点に対して受信ビームフォーミングを行うために、制御部（図示せず）は、焦点距離ｒの値を受信信号遅延部６０６に提供する。受信信号遅延部６０６は、ｒ値に対応する受信遅延パターンＹ４を受信ビームフォーミング部６０７に出力する。受信遅延焦点距離ｒは、深さ方向に任意の地点であるが、説明の便宜上、焦点距離９２０と同じであるものと仮定する。焦点距離ｒに対応する受信遅延パターンＹ４は、数式１２のように表すことができる。
【０１０５】
【数１２】
2013255806.tif 000014
【０１０６】
受信遅延パターンＹ４は、反射信号の伝播遅延時間を補償する。即ち、焦点距離９２０で反射された信号に受信遅延パターンＹ４を適用することによって、受信ビームを集束できる。言い換えると、ｕ１＋ｘ１＝ｕ２＋ｘ２＝…＝ｕｍ＋ｘｍとなる。受信ビームフォーミング部６０７は、受信遅延パターンＹ４を適用して反射信号を合算する。受信ビームフォーミング部６０７が反射信号を合算した結果は、数式１３のように表すことができる。
【０１０７】
【数１３】
2013255806.tif 000015
【０１０８】
同様に、コードＳＥＴ  Ｂのコードｂ２及びｂ３のそれぞれに対して上述した過程を同一に適用することによって、焦点距離９３０，９４０に対して受信動的集束を行う。コードＳＥＴ  Ｂのコードｂ１，ｂ２，ｂ３を適用することは、順次に適用できるが、複数の相関演算器を並列に構成することによってコードｂ１，ｂ２，ｂ３を利用した相関演算を並列に行ってもよい。その場合、受信デコーダ６０９は、複数のコードの相関演算を並列に処理するために並列に配置された複数のデコーダを含む。受信デコーダ６０９の構成についての詳細な内容は、図１２の説明で後述する。
【０１０９】
図１０は、本発明の一実施形態によるビームのステアリング及び動的集束を示す図である。
【０１１０】
図１０において、図８のステアリングと図９の動的集束とを同時に適用して超音波ビームを送受信する方法を説明する。上述したように、ビームの動的集束とステアリングは、遅延パターンを利用して超音波信号が集束される位置を変更する方法であるという点で共通している。また、利用された遅延パターンに対応して異なる直交コードを利用している。従って、図１０において、ステアリング及び動的集束を行うのは、異なる遅延パターンと遅延パターンに対応する直交コードとを利用してビームを集束するものと理解できる。以下、図８及び図９で上述した内容については、その説明を省略する。
【０１１１】
図１０を参照すると、トランスデューサーアレイ１０１０は、第１送信ビーム平面１０２０及び第２送信ビーム平面１０３０を形成する。第１送信ビーム平面１０２０には第１焦点距離ｒ１及び第２焦点距離ｒ２が位置し、第２送信ビーム平面１０３０には第３焦点距離ｒ３及び第４焦点距離ｒ４が位置する。即ち、トランスデューサーアレイ１０１０は、第１送信ビーム平面１０２０のステアリング角度φ１に対して二つの焦点距離ｒ１，ｒ２に送信動的集束を行い、第２送信ビーム平面１０３０のステアリング角度φ２に対して二つの焦点距離ｒ３，ｒ４に送信動的集束を行う。本発明では、ｋ（ｋ＞１）個の送信ビーム平面とｌ（ｌ＞１）個の焦点距離とを形成できるが、説明の便宜上、二つの送信ビーム平面と二つの焦点距離とを形成する方法を説明する。
【０１１２】
先ず、送信遅延パターンＺ１〜Ｚ４は、数式１４のように表すことができる。Ｚ１はφ１及び第１焦点距離ｒ１に対応し、Ｚ２はφ１及び第２焦点距離ｒ２に対応し、Ｚ３はφ２及び第３焦点距離ｒ３に対応し、Ｚ４はφ２及び第４焦点距離ｒ４に対応する送信遅延パターンである。送信信号遅延部６０２は、制御部（図示せず）から（φ１，ｒ１），（φ１，ｒ２），（φ２，ｒ３），（φ２，ｒ４）が入力され、送信遅延パターンＺ１〜Ｚ４を送信ビームフォーミング部６０３に出力する。
【０１１３】
【数１４】
2013255806.tif 000016
【０１１４】
コード出力部６１１は、送信遅延パターンＺ１〜Ｚ４に対応して、互いに直交するコードＳＥＴ  Ｅ＝｛ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４｝を送信ビームフォーミング部６０３に出力する。送信ビームフォーミング部６０３は、直交するコードＳＥＴ  Ｅを送信信号に適用する。コードＳＥＴ  Ｅが適用された送信信号は、数式１５のように表すことができる。数式１５において、Ｇｉ（ｔ）は、トランスデューサーアレイ１０１０のｉ番目のトランスデューサーに印加される信号を意味する。
【０１１５】
【数１５】
2013255806.tif 000017
【０１１６】
トランスデューサーアレイ１０４０は、被検体から反射された信号を受信する。図８及び図９と同様に、トランスデューサーアレイ１０１０及びトランスデューサーアレイ１０４０は、二次元トランスデューサーアレイに含まれる一次元トランスデューサーアレイであり、異なる方向に配置されている。トランスデューサーアレイ１０４０のｉ番目のトランスデューサーにより受信した信号Ｒｉ（ｔ）は、数式１６のように表すことができる。
【０１１７】
【数１６】
2013255806.tif 000018
【０１１８】
以下、トランスデューサーアレイ１０４０により受信した超音波信号から、第１送信ビーム平面１０２０の第１焦点距離ｒ１で反射された信号成分を得る方法を説明する。受信デコーダ６０９は、コード出力部６１１から受信したコードＳＥＴ  Ｅのうちのコードｅ１を利用してＲｉ（ｔ）からｅ１が畳み込まれた項のみを残し、残りの信号成分を除去してＲｉ（ｔ）′＝ｅ１＊（ｔ−ｑ１−ｘｉ）が得られる。
【０１１９】
トランスデューサーアレイ１０４０がステアリング角度θを有する受信ビーム平面１０５０を形成するために、受信信号遅延部６０６は、角度θ及び第１焦点距離ｒ１に対応する受信遅延パターンＺ５を受信ビームフォーミング部６０７に出力する。受信ビームフォーミング部６０７は、受信遅延パターンＺ５を利用してＲｉ（ｔ）′を遅延させた後、遅延された各信号を合算する。角度θを変形することによって、第１送信ビーム平面１０２０の第１焦点距離ｒ１で複数のスキャンラインを形成できることは図８で説明した通りである。同様に、受信部６２０は、第１送信ビーム平面１０２０の第２焦点距離ｒ２、第２送信ビーム平面１０３０の第３焦点距離ｒ３、及び第４焦点距離ｒ４に対する複数のスキャンラインを形成できる。
【０１２０】
図１１は、本発明の一実施形態による複数の一次元トランスデューサーアレイを利用した超音波ビームの動的集束を示す図である。図１１を参照すると、二つの一次元トランスデューサーアレイ１１１０，１１２０が異なる方向に配置されている。ここで、それぞれの一次元トランスデューサーアレイ１１１０，１１２０は、図１０のトランスデューサーアレイ１０１０のように超音波ビームの送信動的集束を行い、ステアリングされた複数の送信ビーム平面を形成する。従って、図８〜図１０で説明した内容と重複する内容については、その説明を省略する。
【０１２１】
トランスデューサーアレイ１１１０，１１２０は、それぞれ超音波信号を送信するだけでなく、被検体から反射された超音波信号を受信する。トランスデューサーアレイ１１１０が形成した送信ビーム平面１１３０，１１４０から反射された超音波信号はトランスデューサーアレイ１１２０が受信し、トランスデューサーアレイ１１２０が形成した送信ビーム平面１１５０，１１６０から反射された超音波信号はトランスデューサーアレイ１１１０が受信する。ここで、トランスデューサーアレイ１１１０が送信した超音波信号とトランスデューサーアレイ１１２０が送信した超音波信号とを区分するために、コード出力部６１１は、直交するコードＳＥＴ  Ｙ＝｛ｙ１，ｙ２｝を送信ビームフォーミング部６０３に出力する。即ち、トランスデューサーアレイ１１１０，１１２０に印加される信号は、図１０の数式１５のＧｉ（ｔ）信号に他の直交するコードＳＥＴ  Ｙを畳み込んだ信号となる。即ち、トランスデューサーアレイ１１１０に印加しようとする信号をＳｉ（ｔ）とし、トランスデューサーアレイ１１２０に印加しようとする信号をＴｉ（ｔ）とする場合、Ｓｉ（ｔ）及びＴｉ（ｔ）は、数式１７のように表すことができる。
【０１２２】
【数１７】
2013255806.tif 000019
【０１２３】
数式１７は、トランスデューサーアレイ１１１０では共通して数式１５のＧｉ（ｔ）を使用するものとして例示した。しかし、数式１４の送信遅延パターンと異なる送信遅延パターンを適用して数式１５でＧｉ（ｔ）と異なる信号を使用できることは当業者に自明であるが、ここでは、Ｇｉ（ｔ）を使用するものとして説明する。
【０１２４】
図１０で説明したように、トランスデューサーアレイ１１１０はＳｉ（ｔ）に対応する複数の送信ビーム平面に対して送信動的集束を行い、トランスデューサーアレイ１１２０はＴｉ（ｔ）に対応する複数の送信ビーム平面に対して送信動的集束を行う。
【０１２５】
トランスデューサーアレイ１１１０により受信した信号は、図１０の数式１６のＲｉ（ｔ）を利用して表すことができる。トランスデューサーアレイ１１１０により受信した信号は、トランスデューサーアレイ１１２０が送信した超音波信号の反射信号だけでなく、トランスデューサーアレイ１１１０が送信した超音波信号の反射信号を含む。トランスデューサーアレイ１１１０により受信した信号Ｑｉ（ｔ）は、数式１８のように表すことができる。
【０１２６】
【数１８】
2013255806.tif 000020
【０１２７】
しかし、トランスデューサーアレイ１１１０は、自身が形成した送信ビーム平面についてはスキャンラインを形成できないので、トランスデューサーアレイ１１２０が形成した送信ビーム平面についてスキャンラインを形成しなければならない。従って、トランスデューサーアレイ１１１０は、受信した信号Ｑｉ（ｔ）から自身が送信した超音波信号の反射信号成分を除去しなければならない。このため、受信デコーダ６０９は、受信したＱｉ（ｔ）と直交するコードｙ２との相関演算を行って、ｙ１が畳み込まれた項を除去する。ｙ１が畳み込まれた項が除去された後の受信動的集束及び受信ビーム平面のステアリング過程は、図１０で説明したように展開される。また、トランスデューサーアレイ１１２０により受信した反射信号を利用してスキャンラインを形成する方法は、直交するコードｙ１を使用する点以外はトランスデューサーアレイ１１１０でスキャンラインを形成する過程と実質的に同一であるので、その説明を省略する。図１１では、二つの一次元トランスデューサーアレイを利用しているが、上述した方法は、Ｋ（Ｋ＞１）個の直交コードを利用してＫ個の一次元トランスデューサーアレイに対して適用できる。
【０１２８】
図１２は、本発明の一実施形態による送信部６３０及び受信部６２０の構成を示す図である。図１２に示した送信部６３０及び受信部６２０は、図８〜図１１で上述したように、二次元トランスデューサーアレイに含まれる一つの一次元トランスデューサーアレイが直交コードを利用して複数のビーム平面を同時に形成し、動的集束を行うための構造で構成される。送信部６３０は、パルサー６０１、送信ビームフォーミング部６０３、及びコード出力部６１１を備え、パルサー６０１及びコード出力部６１１は、図６についての説明を参照する。
【０１２９】
送信ビームフォーミング部６０３は、Ｎ個のエンコーダ１２１０と合算器１２２０とを備える。Ｎ個のエンコーダ１２１０は、並列に配置されており、合算器１２２０でそれぞれのエンコーダ１２１０から出力された信号を合算する。Ｎ個のエンコーダ１２１０は、送信信号遅延部６０２からＮ個の送信遅延パターンを受信し、コード出力部６１１からＮ個の互いに直交するコードを受信する。Ｎ＝３である図８の場合を例示すると、一つのエンコーダは、一つの送信ビーム平面に対する送信遅延パターン及び直交コードを受信する。各エンコーダは、送信信号ｇ（ｔ）を送信遅延パターンによって遅延させ、直交コードと畳み込み演算を行う。例えば、Ｎ個のエンコーダ１２１０のうちの第１エンコーダは、送信ビーム平面８２０に対する送信遅延パターンＺ１を送信信号遅延部６０２から受信し、コード出力部６１１から直交コードＳＥＴ  Ａのコードａ１を受信する。第１エンコーダは、ｇ（ｔ）をＺ１によって遅延させた後、コードａ１を畳み込む。同様に、第２エンコーダ及び第３エンコーダは、送信ビーム平面８３０及び送信ビーム平面８４０に対する送信信号ｇ（ｔ）のエンコーディングを行う。
【０１３０】
合算器１２２０は、Ｎ個のエンコーダ１２１０から受信した信号を合算する。合算器１２２０は、送信信号ｇ（ｔ）がＮ個のエンコーダ１２１０によりエンコーディングされて出力されると、その信号を合算することによって数式３のような行列式の各行の信号を出力する。合算器１２２０により合算された信号は、パルサー６０１及びＴ／Ｒスイッチ６０４を経て二次元トランスデューサーアレイ６４０に印加される。以上の説明では、図８の場合を例示したが、図９及び図１０における送信遅延パターン及び直交コードについても同様に適用される。即ち、図１０では、四つの送信遅延パターンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４及び四つの直交コードＳＥＴ  Ｅを例示しているため、図１０の送信ビームフォーミング部６０３は、四つのエンコーダが並列に配置された構造で構成される。
【０１３１】
図１１を図１０と比較すると、図１１の送信ビームフォーミング部６０３は、図１０の直交コードＳＥＴ  Ｅを利用し、且つ各トランスデューサーアレイ１１１０，１１２０を区分するための直交コードＳＥＴ  Ｙを利用している。言い替えると、図１１の送信ビームフォーミング部６０３は、二つの直交コードＳＥＴ  Ｅ、ＳＥＴ  Ｙを利用している。上述したＮ個のエンコーダ１２１０はコードＳＥＴ  Ｅを利用して送信信号ｇ（ｔ）をエンコーディングし、合算器１２２０はコードＳＥＴ  Ｅを利用してエンコーディングされた信号を合算することによって数式１５のＧｉ（ｔ）を出力する。一方、図１１の場合、トランスデューサーアレイ１１１０、１１２０が送信した信号を区分するために、数式１５のＧｉ（ｔ）信号とコードＳＥＴ  Ｙとを畳み込むためのエンコーダ１２３０を利用する。即ち、エンコーダ１２３０は、合算器１２２０から受信したＧｉ（ｔ）信号を、ｙ１を利用してエンコーディングする。エンコーダ１２３０から出力された信号は、パルサー６０１及びＴ／Ｒスイッチ６０４を通じてトランスデューサーアレイ１１１０に印加される。一方、トランスデューサーアレイ１１２０に印加される信号も、トランスデューサーアレイ１１１０に印加される信号と同様な信号処理が必要である。送信ビームフォーミング部６０３は、トランスデューサーアレイ１１１０及びトランスデューサーアレイ１１２０のそれぞれに対して順次に信号を印加するが、トランスデューサーアレイ１１１０及びトランスデューサーアレイ１１２０に同時に信号を印加してもよい。トランスデューサーアレイ１１１０及びトランスデューサーアレイ１１２０に同時に信号を印加する場合、Ｎ個のエンコーダ１２１０、合算器１２２０、及びエンコーダ１２３０は、トランスデューサーアレイ１１１０に対して作動する。トランスデューサーアレイ１１２０について、上述したＮ個のエンコーダ１２１０、合算器１２２０、及びエンコーダ１２３０と別途のＮ個のエンコーダ（図示せず）、別途の合算器（図示せず）、及び別途のエンコーダ（図示せず）が並列に配置されて作動する。
【０１３２】
受信部６２０は、変換部６０５、受信信号遅延部６０６、受信ビームフォーミング部６０７、及び受信デコーダ６０９を備え、変換部６０５及び受信信号遅延部６０６についての説明は、図６を参照する。
【０１３３】
受信デコーダ６０９は、並列に配置されたＮ個のデコーダ１２４０を備える。ここで、Ｎは、使われる直交コードの個数に比例する。図８の場合、直交コードＳＥＴには三つのコードａ１，ａ２，ａ３があるため、受信デコーダ６０９は三つのデコーダ１２４０を備える。それぞれのデコーダ１２４０は、数式５のＭａｒｔｉｘ  Ｒの各行に対してコードａ１，ａ２，ａ３と畳み込み演算を行うことによって数式６の受信信号を出力する。以上の説明では、図８の場合を例示したが、図９及び図１０における直交コードに対しても同様に適用される。即ち、図１０では、四つの直交コードＳＥＴ  Ｅを例示しているため、図１０の受信デコーダ６０９は、四つのデコーダが並列に配置された構造で構成される。
【０１３４】
一方、図１１は、二つの直交コードＳＥＴ  Ｅ，ＳＥＴ  Ｙを利用している。ここで、受信デコーダ６０９は、上述したように、直交コードＳＥＴ  Ｅと数式１６のＲｉ（ｔ）との畳み込み演算を行う。図１２の受信部６２０は、受信デコーダ６０９が直交コードＳＥＴ  Ｅと相関演算を行う前に、数式１８のＱｉ（ｔ）と直交コードＳＥＴ  Ｙとの相関演算を行うためのデコーダ１２５０を備える。デコーダ１２５０は、受信ビームフォーミング部６０７に含まれるものとして示しているが、デコーダ１２５０は、デコーダ１２４０より先行する信号処理のためにデコーダ１２４０の前方に配置されることもある。デコーダ１２５０は、直交コードｙ１，ｙ２との相関演算を並列に処理するために複数のデコーダを備える。図１１の場合、デコーダ１２５０は、並列に配置された二つのデコーダを備える。デコーダ１２５０は、直交コードＳＥＴ  Ｙと数式１８のＱｉ（ｔ）との相関演算を行うことによって、受信デコーダ６０９に数式１６のＲｉ（ｔ）を出力する。
【０１３５】
以上の説明において、直交コードは、ゴレイコード（Ｇｏｌａｙ  ｃｏｄｅ）の活用を例として挙げられる。ゴレイコードとは、デジタル通信におけるエラー訂正コードの種類のうちの一つであり、互いに相補関係であるシーケンス（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｂｉ−ｐｈａｓｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）のセットで構成されたコードである。二相コードのうちのゴレイコードは、公知のように、パルス圧縮された出力からサイドローブが完全に除去されるという特性があるため、長いパルスを使用する超音波映像装置において、それを適用する試みが多く行われていた。ゴレイコードの一例を挙げると、タイプＡコードとタイプＢコードは互いに直交しており、タイプＡコードはコードａ１，ａ２が存在し、タイプＢコードはコードｂ１，ｂ２が存在すると仮定する（種類は、タイプ別に二つ以上であってもよい）。
【０１３６】
図１３ＡはタイプＡのゴレイコードの一例を示す図であり、図１３ＢはタイプＢのゴレイコードの一例を示す図である。コードａｉは図１３Ａに、コードｂｉは図１３Ｂに示している。コードａｉは｛１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，１，−１，−１，−１，−１，−１，１，−１，１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，１，１，１，１，１，−１，１｝の順序を有するコードであり、コードｂｉは｛１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，１，−１，−１，−１，−１，−１，１，−１，−１，１，１，１，−１，−１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，−１，１，−１｝の順序を有するコードである。図１３Ｃは図１３Ａのコードがパルサー６０１で出力される場合にトランスデューサーで発生する音波を示す図であり、図１３Ｄは図１３Ｂのコードがパルサー６０１で出力される場合にトランスデューサーで発生する音波を示す図である。
【０１３７】
以上、図８〜図１２についての説明では、超音波ボリュームスキャン装置１０２が、二次元トランスデューサーアレイに含まれる一つの一次元トランスデューサーアレイに複数の直交コードを印加する方法を説明した。即ち、超音波ボリュームスキャン装置１０２が、二次元トランスデューサーアレイに含まれるＮ（Ｎは、１以上）個の一次元トランスデューサーアレイにＭ（Ｍ＞Ｎ）個の直交するコードを印加する方法を説明した。しかし、本発明の超音波ボリュームスキャン装置１０２は、二次元トランスデューサーアレイに含まれる少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイに少なくとも二つ以上の直交コードを印加することによって、一つの一次元トランスデューサーアレイには一つの直交コードのみが印加される。以下、二次元トランスデューサーアレイにＮ（Ｎ＞１）個の一次元トランスデューサーアレイが含まれた場合、Ｎ個の互いに直交するコードを二次元トランスデューサーアレイに印加する方法を説明する。但し、説明の便宜上、Ｎ＝２である場合を仮定して説明する。
【０１３８】
図１４は、本発明の一実施形態による二次元トランスデューサーアレイが一つの集束点に二つのコードを利用して送信することを示す図である。図１４において、二次元トランスデューサーアレイは、図５及び図７Ａ〜図７Ｄに示したいずれか一つの二次元トランスデューサーアレイであり得る。但し、説明の便宜上、図５の交差トランスデューサーアレイを仮定して説明する。また、図１４の直交コードは、図１３Ａ及び図１３Ｂのゴレイコードが使われたことを仮定する。
【０１３９】
図１４では、説明の便宜上、トランスデューサーの個数を、高度方向のトランスデューサーアレイ１４１１が５個、側方向のトランスデューサーアレイ１４１２が５個（中央のトランスデューサーを共有）で示しているが、当業者は個数が変わってもよいということが分かる。高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１はコードａ１を送信しており、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２はコードｂ１を送信している。このように、同時に二つのコードを送信できる理由は、二つのコード信号が混合されて反射されるとしても、受信時に直交性を利用して二つのコードに分離できるためである。即ち、図１４において、一つの一次元トランスデューサーアレイには一つの直交コードが印加される。
【０１４０】
図１５は、図１４の交差トランスデューサーアレイ１４１１，１４１２が二つのコードを受信することを示す図である。ここで、高度方向のトランスデューサーアレイ（ｙ軸方向）１４１１により反射されて戻る反射信号は、コードｂ１だけでなく、コードａ１も混合されて入る。しかし、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１は、入る反射信号のうち、コードａ１の反射信号は不要であり、コードｂ１の反射信号のみが必要である。その理由は、上述したように、送信するトランスデューサーアレイと受信するトランスデューサーアレイとが異なる方向でなければならないためである。例えば、異なる方向とは、互いに直角をなす方向である。従って、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１に入った信号は、受信デコーダ６０９がコードｂ１のみを分離する。同様な理由により、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２に入った信号は、コードａ１のみが必要であるので、受信デコーダ６０９がコードａ１のみを分離する。即ち、図１５で、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１はコードｂ１のみを受信し、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２はコードａ１のみを受信するとして示しているが、実質的に、交差トランスデューサーアレイ１４１１，１４１２が二つのコードをいずれも受信し、図１５は、受信後に受信デコーダ６０９で分離して使われるコードのみを示す図である。即ち、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１は、受信した反射信号のうち、コードｂ１のみを分離して使用し、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２は、受信した反射信号のうち、コードａ１のみを分離して使用する。このように、受信デコーダ６０９は、受信デコーダ６０９により受信した信号をコード別に分離する。
【０１４１】
一方、交差トランスデューサーアレイ１４１１，１４１２は、パルサー６０１から送信信号パターンが入力されてタイプＡコードとタイプＢコードとを送信する場合、各タイプ別に複数個のコードを使用できる。例えば、各タイプ別に二つのコードを利用して送信する。タイプＡコードの種類であるコードａ１，ａ２を利用してタイプＢコードの種類であるコードｂ１，ｂ２を連続的に送信する。ここで、連続的とは、コードａ１，ｂ１を送信し、集束点に二つのコードが反射されて戻った後に、すぐにそれぞれ同じ種類であるコードａ２，ｂ２を送信することである。
【０１４２】
図１６は、図１４及び図１５による受信デコーダ６０９の構成を示す図である。図１６の受信デコーダ６０９は、コードＡデコーダ１６０１及びコードＢデコーダ１６０２で構成される。
【０１４３】
コードＡデコーダ１６０１は、信号のうちのコードＡ反射信号のみを分離して映像プロセッサー６１０に出力する。コードＡ反射信号は、上述した例で見た場合、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１が送信したコードであるため、側方向のトランスデューサーアレイ１４１２が受信するコードである。従って、コードＡデコーダ１６０１が分離した信号は、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１が送信トランスデューサーアレイとなり、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２が受信トランスデューサーアレイとなる。一方、コードＢデコーダ１６０２は、信号のうちのコードＢ反射信号のみを分離して映像プロセッサー６１０に出力する。コードＢ反射信号は、上述した例で見た場合、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２が送信トランスデューサーアレイとなり、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１が受信トランスデューサーアレイとなる。以下、コードＡデコーダ１６０１とコードＢデコーダ１６０２の構造を通じて信号をコード別に区分する構成について説明する。
【０１４４】
コードＡデコーダ１６０１は、コードＡスイッチング部１６１１、ａ１相関器１６１２、ａ２相関器１６１３、及びコードＡ合算部１６１４で構成される。ａ１相関器１６１２及びａ２相関器１６１３は、コードの個数別に備えられるため、ａ３，ａ４など相関器の個数は増える。コードＡスイッチング部１６１１は、コード出力部６１１から出力されたコードのタイプによって、受信ビームフォーミング部６０７から出力された信号をａ１相関器１６１２又はａ２相関器１６１３に出力する。より詳細に説明すると、コードＡスイッチング部１６１１は、コード出力部６１１から出力されたコードがコードａ１である場合に受信ビームフォーミング部６０７から出力された信号をａ１相関器１６１２に出力し、コード出力部６１１から出力されたコードがコードａ２である場合に受信ビームフォーミング部６０７から出力された信号をａ２相関器１６１２に出力する。コード出力部６１１からコードａ１のみが出力される場合に、コードＡスイッチング部１６１１は、ａ１相関器１６１２にスイッチが固定されている。ａ１相関器１６１２は、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号が入力されると、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号とコードａ１とを利用して、集束点に該当する人体の映像情報を表す信号を抽出する。より詳細に説明すると、ａ１相関器１６１２は、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号とコードａ１とを畳み込むことによって、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号から集束点に該当する人体の映像情報を表す信号を抽出する。
【０１４５】
同様に、ａ２相関器１６１３は、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号が入力されると、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号とコードａ２とを利用して、集束点に該当する人体の映像情報を表す信号を抽出する。より詳細に説明すると、ａ２相関器１６１３は、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号とコードａ２とを畳み込むことによって、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号から集束点に該当する人体の映像情報を表す信号を抽出する。
【０１４６】
下記の数式２５は、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）とを畳み込む一般的な数式を表す。ここで、ｔは時間、ｘは積分定数、
2013255806.tif 000021
ｘ（ｔ）は電気的信号を意味し、ｙ（ｔ）はコード信号を意味する。そして、相関演算の結果をΨｘｙで表示し、下付き添字ｘ，ｙは相関演算を行った二つの信号を意味する。
【０１４７】
【数２５】
2013255806.tif 000022
【０１４８】
上述したように、タイプＡコードとタイプＢコードは、互いに直交する特性を有するため、タイプＡコードとタイプＢコードについて相関演算が行われると、下記の数式２６のように、０が算出される。
【０１４９】
【数２６】
2013255806.tif 000023
【０１５０】
一方、同じタイプのコード間の相関演算が行われると、下記の数式２７のように、インパルス関数が算出される。
【０１５１】
【数２７】
2013255806.tif 000024
【０１５２】
受信ビームフォーミング部６０７から出力された信号をｘ（ｔ）とすると、このｘ（ｔ）には、送信時のタイプＡコード信号成分とタイプＢコード信号成分の両方が含まれている。従って、数式２８のようにｘ（ｔ）を表現する。ここで、ａ１（ｔ）はタイプＡコードを意味し、ｂ１（ｔ）はタイプＢコードを意味する。
【０１５３】
【数２８】
2013255806.tif 000025
【０１５４】
ａ１相関器１６１２は、下記の数式２９を利用して、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号ｘ（ｔ）とコードａ１に該当するａ１（ｔ）とを相関演算することによって、コードＡスイッチング部１６１１から出力された信号から集束点に該当する人体の映像情報を表す信号Ψｘｙを抽出できる。ここで、ｔｒは、交差トランスデューサーアレイ（１４１１，１４１２）がコードａ１を送信した後、対象体により反射されて戻るのにかかる時間を意味し、ｔａ，ｔｂは、コードａとコードｂとをビームフォーミングするためのディレイを意味する。
【０１５５】
【数２９】
2013255806.tif 000026
【０１５６】
ｂ１相関器１６２２は、下記の数式３０を利用して、コードＢスイッチング部１６２１から出力された信号ｘ（ｔ）とコードｂ１に該当するｂ１（ｔ）とを相関演算することによって、コードＢスイッチング部１６２１から出力された信号から集束点に該当する人体の映像情報を表す信号Ψｘｙを抽出できる。ここで、ｔｒは、交差トランスデューサーアレイ（１４１１，１４１２）がコードｂ１を送信した後、対象体により反射されて戻るのにかかる時間を意味する。
【０１５７】
【数３０】
2013255806.tif 000027
【０１５８】
コードＡ合算部１６１４は、このようにａ１相関器１６１２又はａ２相関器１６１３が畳み込みを行った結果を映像プロセッサー６１０に出力する。
【０１５９】
コードＢデコーダ１６０２は、コードＡデコーダ１６０１と同じ構造を有している。コードＢデコーダ１６０２は、コードＢスイッチング部１６２１、ｂ１相関器１６２２、ｂ２相関器１６２３、及びコードＢ合算部１６２４で構成される。同様に、ｂ１相関器１６２２、ｂ２相関器１６２３などは、超音波ボリュームスキャン装置１０２が使用するコードの個数別に備えられるため、ｂ３，ｂ４など相関器の個数は増える。コードＢスイッチング部１６２１は、受信ビームフォーミング部６０７によりビームフォーミングされた信号をｂ１相関器１６２２又はｂ２相関器１６２３に出力する。ここで、コードＢスイッチング部１６２１は、コードｂ１信号である時にはｂ１相関器に、コードｂ２信号である時にはｂ２相関器に出力するが、コードｂ１であるかコードｂ２であるかは、送信時に既定の規則によって送信する場合、受信時にその規則によってスイッチングを行う。ｂ１相関器１６２２及びｂ２相関器１６２３は、コードＢスイッチング部１６２１から信号を入力されると、それぞれコードｂ１及びコードｂ２を利用して畳み込み積分を行う。
【０１６０】
コードＢ合算部１６２４は、このようにｂ１相関器１６２２又はｂ２相関器１６２３が畳み込みを行った結果を映像プロセッサー６１０に出力する。
【０１６１】
コード合算部（図示せず）は、コードＡ合算部１６１４とコードＢ合算部１６２４のそれぞれの結果を組み合わせて、信号の強度を映像情報として映像プロセッサー６１０に出力する。ここで、組み合わせは、単純に二つの結果信号の強度の平均である。
【０１６２】
映像プロセッサー６１０は、コードＡ合算部１６１４とコードＢ合算部１６２４のそれぞれの結果を組み合わせ、信号の強度に基づいて三次元映像ピクセルの輝度映像情報が得られる。この輝度映像情報に基づいて三次元映像を形成し、映像表示装置１０３に出力する。
【０１６３】
図１７は、本発明の一実施形態による三次元超音波ボリュームスキャン方法を示すフローチャートである。以下のフローチャートの説明では、図８〜図１６の説明を参照するが、図８〜図１６と重複する内容についてはその説明を省略する。
【０１６４】
図１７を参照すると、先ず、送信部６３０は、二次元トランスデューサーアレイに含まれる少なくとも一つの一次元トランスデューサーアレイに、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードを印加する（ステップＳ１７１０）。二次元トランスデューサーアレイは、図５及び図７Ａ〜図７Ｄに例示した二次元トランスデューサーアレイ以外にも、複数の一次元トランスデューサーアレイを含む二次元トランスデューサーアレイに変形して実施可能である。また、送信部６３０は、図８〜図１２で上述したように、二次元トランスデューサーアレイに含まれる一次元トランスデューサーアレイに少なくとも二つ以上の直交するコードを印加したり、図１４で上述したように、二次元トランスデューサーアレイに含まれる一次元トランスデューサーアレイに一つの直交するコードを印加したりする。ここで、前者は一つの一次元トランスデューサーアレイが複数の送信ビーム平面を形成して送信動的集束を行う場合をいい、後者は一つの一次元トランスデューサーアレイが一つの送信ビーム平面を形成して送信固定集束を行う場合をいう。但し、後者の場合は、二次元トランスデューサーアレイに含まれる少なくとも二つ以上の一次元トランスデューサーアレイのそれぞれに対して一つの互いに直交するコードを印加することによって、従来技術であるＣＡ−ＦＦ技法に比べて、より向上した高度方向の分解能が保証され、リアルタイムで三次元映像を獲得できることは上述した通りである。
【０１６５】
受信部６２０は、二次元トランスデューサーアレイにより受信した被検体の反射信号から、少なくとも二つ以上の互いに直交するコードのそれぞれに対応する信号を獲得する（ステップＳ１７２０）。即ち、受信部６２０は、被検体の反射信号から互いに直交するコードのうちの所定のコードについての信号成分を獲得するために、反射信号とその所定のコードとの相関演算を行う。この場合、コードの直交性によって、異なるコードについての信号成分は除去されることは上述した通りである。また、受信部６２０は、反射信号の受信動的集束を行って、受信ビーム平面のステアリングのために、受信信号遅延部６０６が出力する受信遅延パターンを反射信号に適用する。受信部６２０は、受信遅延パターンが適用された信号を合算することによって受信ビームフォーミングを行う。一方、受信部６２０は、図８〜図１６で上述したように、二次元トランスデューサーアレイが複数の受信ビーム平面を同時に形成して、受信ビーム平面が被検体で少なくとも二つ以上の焦点距離を有するように少なくとも二つ以上の受信遅延パターンを並列に適用する。
【０１６６】
映像プロセッサー６１０は、受信部６２０が反射信号から獲得した信号を利用して被検体の映像情報を生成する（ステップＳ１７３０）。映像プロセッサー６１０は、受信部６２０が反射信号から獲得した信号の強度を組み合わせて被検体の映像情報を生成する。例えば、映像プロセッサー６１０は、受信部６２０が獲得した信号を集束点別に分類し、集束点別に分類された信号の平均値をその集束点についての映像情報として利用できる。例えば、所定の集束点についてのＮ個の信号の強度の平均値を算出し、それをモードＢ超音波映像の輝度値として利用できる。
【０１６７】
図１８は、図１４に示した交差トランスデューサーアレイを利用した三次元超音波ボリュームスキャン方法を示すフローチャートである。図１８を参照すると、ステップＳ１６で、送信部６３０は、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１に互いに直交するコード対のうちの一方のコードを印加し、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２にコード対のうちの他方のコードを印加する。ステップＳ１６は、ステップＳ１１とステップＳ１２とに分けられる。
【０１６８】
ステップＳ１１で、パルサー６０１は、交差トランスデューサーアレイ（１４１１，１４１２）に、送信信号パターンを生成して出力する。ここで、パルサー６０１は、交差トランスデューサーアレイの各線形トランスデューサーアレイに異なるコードの送信信号パターンを出力する。図１４によると、ｘ軸トランスデューサーアレイにはコードＢ送信信号パターンを、ｙ軸トランスデューサーアレイにはコードＡ送信信号パターンを出力する。
【０１６９】
ステップＳ１２で、交差トランスデューサーアレイ（１４１１，１４１２）は、パルサー６０１から送信信号パターンが入力されると、それを超音波信号に変換して対象体に送信する。ｘ軸トランスデューサーアレイはコードＢの超音波信号を、ｙ軸トランスデューサーアレイはコードＡの超音波信号を送信する。
【０１７０】
ステップＳ１７で、受信部６２０は、側方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）により受信した被検体の反射信号から高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１が送信したコードを獲得し、高度方向のトランスデューサーアレイ（Ｙ軸方向）１４１１により受信した被検体の反射信号から軸方向のトランスデューサーアレイ（Ｘ軸方向）１４１２が送信したコードを獲得する。ステップＳ１７は、ステップＳ１３とステップＳ１４とに分けられる。
【０１７１】
ステップＳ１３で、交差トランスデューサーアレイ（１４１１，１４１２）は、送信されたコードＡ及びコードＢの超音波信号が対象体により反射されて戻った反射超音波信号を再び電気的信号に変換する。
【０１７２】
ステップＳ１４で、受信デコーダ６０９は、この変換された電気的信号をコードＡ信号とコードＢ信号とに分離する。
【０１７３】
ステップＳ１５で、映像プロセッサー６１０は、分離されたコードＡ信号とコードＢ信号とを利用して映像情報を得、この映像情報を利用して三次元ボリューム超音波映像を生成する。
【０１７４】
一方、上述した本発明の実施形態は、コンピュータで実行できるプログラムで作成可能であり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を利用して、プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現される。また、上述した本発明の実施形態で使われたデータの構造は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に、様々な手段を通じて記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、磁気記録媒体（例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光学的読み取り媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）のような記録媒体を含む。
【０１７５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多用に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明は、例えば、超音波映像関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【０１７７】
２０、２４    集束点
２１、８１０、８５０、９１０、９５０、１０１０、１０４０、１１１０、１１２０    （一次元）トランスデューサーアレイ
２２、２５    遅延パターン
２３    電気的信号
１０１    プローブ
１０２    超音波ボリュームスキャン装置
１０３    映像表示装置
２０３    側方向
２０４    深さ方向
４０１、８２０、８３０、８４０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、２０２１    送信ビーム平面
４０２、８６０、１０５０、２０２２    受信ビーム平面
６０１    パルサー
６０２    送信信号遅延部
６０３    送信ビームフォーミング部
６０４    Ｔ／Ｒスイッチ
６０５    変換部
６０６    受信信号遅延部
６０７    受信ビームフォーミング部
６０９    受信デコーダ
６１０    映像プロセッサー
６１１    コード出力部
６２０    受信部
６３０    送信部
６４０    二次元トランスデューサーアレイ
９２０、９３０、９４０、９６０    焦点距離
１０１１、１４１１    高度方向のトランスデューサーアレイ
１０１２、１４１２    側方向のトランスデューサーアレイ
１０２０    第１送信ビーム平面
１０３０    第２送信ビーム平面
１２１０、１２３０    エンコーダ
１２２０    合算器
１２４０、１２５０    デコーダ
１６０１    コードＡデコーダ
１６０２    コードＢデコーダ
１６１１    コードＡスイッチング部
１６１２    ａ１相関器
１６１３    ａ２相関器
１６１４    コードＡ合算部
１６２１    コードＢスイッチング部
１６２２    ｂ１相関器
１６２３    ｂ２相関器
１６２４    コードＢ合算部
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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