(57)【要約】【課題】コンベックス型の超音波探触子を使用した場合でも正しい局所音速を求める。【解決手段】コンベックス型の超音波探触子３００の先端部に、音響カプラ３０５を取り付ける。音響カプラ３０５を、２種類の音速の異なる第１媒質層３０６と第２媒質層３０７とを超音波の送信方向に沿って順番に積層して構成する。第１媒質層３０６の音速をＶ１とし、第２媒質層３０７の音速をＶ２としたときにＶ１＞Ｖ２とする。非平行な超音波の走査線が平行になるように、第１媒質層３０６と第２媒質層３０７との界面３０８の形状を調節する。これにより、コンベックス型の超音波探触子を使用した場合でも各走査線を平行にすることができるので、リニア型の超音波探触子を使用した場合と基本的には同じようにして局所音速を求めることができる。【選択図】図６
2013244199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を被検体に送信し、かつ前記被検体によって反射された超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の素子を含む超音波探触子であって、前記複数の素子毎にそれぞれ送信される超音波の各走査線が非平行となる超音波探触子と、前記被検体との間に設けられる音響カプラにおいて、
前記超音波探触子から前記被検体に向かう超音波の送信方向に沿って音速の異なる２種以上の媒質を積層してなり、各前記媒質の界面で超音波を屈折させて前記各走査線を平行にする音響カプラ。
【請求項２】
前記送信方向に沿って相対的に音速の大きい第１媒質と相対的に音速の小さい第２媒質とを順番に積層してなる請求項１記載の音響カプラ。
【請求項３】
前記界面は、前記超音波探触子側に向けて突出する湾曲面状に形成されている請求項２記載の音響カプラ。
【請求項４】
前記超音波探触子の曲率中心の座標を（０，０）、平行にする走査線方向をＹ方向、Ｙ方向に直角な方向をＸ方向、前記第１媒質の音速をＶ１、前記第２媒質の音速をＶ２としたときに、前記界面上の座標（ｘ，ｙ）が下記式（１）から式（３）を満たす請求項２または３記載の音響カプラ。
式（１）ｔａｎΦ＝ｘ／ｙ
式（２）ｔａｎθ＝ｄｙ／ｄｘ
式（３）ｓｉｎ（Φ＋θ）／Ｖ１＝ｓｉｎ（θ）／Ｖ２
【請求項５】
超音波を被検体に送信し、かつ前記被検体によって反射された超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の素子を含む超音波探触子であって、前記複数の素子毎にそれぞれ送信される超音波の各走査線が非平行となる超音波探触子と、
請求項１から４のいずれか１項記載の音響カプラと、
を備える超音波診断装置。
【請求項６】
前記音響カプラにより平行にされた前記各走査線の間隔を示す走査線間隔情報を記憶する走査線間隔情報記憶手段と、
前記走査線間隔情報記憶手段に記憶された前記走査線間隔情報に基づき、局所音速値を判定する局所音速値判定手段と、を備える請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記超音波探触子は、コンベックス型の超音波探触子である請求項５または６記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記音響カプラは、音速の異なる３種以上の媒質を積層してなる請求項５から７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子と被検体との間に設けられる音響カプラ、及びこの音響カプラを備える超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音速が一定の媒質からなる被検体ＯＢＪ１内の音速Ｖは、下記のようにして算出することができる。図１９（ａ）に示すように、被検体ＯＢＪ内の反射点（領域）Ｘ１ＲＯＩから超音波探触子３００Ａまでの距離をＬとすると、反射点Ｘ１ＲＯＩで超音波が反射されてから反射点Ｘ１ＲＯＩの直下の超音波トランスデューサ（素子）３０２Ａ０で受信されるまでの経過時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／Ｖである。素子３０２Ａ０からＸ方向（素子３０２Ａの配列方向）に距離Ｘ離れた位置にある素子３０２Ａｉで受信されるまで経過時間をＴ＋ΔＴとすると、素子３０２Ａ０と３０２Ａｉとの間の遅延時間ΔＴは、下記の式（１）により表される。
【０００３】
【数１】
2013244199.tif 000003
【０００４】
従って、超音波が送信されて反射点Ｘ１ＲＯＩで時間Ｔ後に反射された後、各素子により受信されるまでの経過時間［２Ｔ，２Ｔ+ΔＴ］を測定することにより、反射点Ｘ１ＲＯＩまでの距離Ｌと速度Ｖを一意に求めることができる。
【０００５】
図１９（ａ）に示したように、被検体内の音速が一定の場合には音速Ｖを求めることが可能であるが、図１９（ｂ）に示す被検体ＯＢＪ２のように、内部の音速が一定でない場合には、上記の方法では、反射点（領域）Ｘ２ＲＯＩまでの距離Ｌ及び音速Ｖ，Ｖ´を求めることは困難である。
【０００６】
これに対し、被検体内の音速が一定でない場合であっても、局所音速を精度よく算出することができる超音波診断方法が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１記載の超音波診断方法では、超音波探触子から超音波走査線を所定の間隔で被検体に出射する。そして、被検体によって反射された超音波を受信して得た受信信号のうち、着目する走査線上の着目領域に設定された格子点（上格子点）での反射の受信信号に基づいて、上格子点から超音波探触子までの領域の平均音速である環境音速及び各素子受信時刻を算出する。
【０００８】
また、上格子点と超音波探触子との間に設定された各走査線上の格子点（下格子点）での反射の受信信号に基づいて、各下格子点から超音波探触子までの領域の平均音速である環境音速及び各素子受信時刻を算出する。さらに、着目領域における仮定音速を仮定し、上格子点から各下格子点までの伝播時間を算出する。
【０００９】
また、スネルの法則により上格子点から各下格子点に入射する超音波の入射角と、着目領域の仮定音速と上記下格子点での反射に関連して算出した環境音速とに基づいて各下格子点から出射する超音波の出射角を算出する。次いで、下格子点から先に算出した出射角で出射する超音波が入射する超音波探触子の素子の位置と該素子に入射するまでの伝播時間とを算出する。
【００１０】
そして、超音波探触子の素子の位置における超音波の受信時刻を、先に算出した２つの伝播時間を加算することにより算出する。この算出した受信時刻と上格子点での反射の超音波探触子の素子の位置における受信時刻との誤差が最小になるように仮定音速を修正し、その修正した仮定音速を着目領域における局所音速として判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−９９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、特許文献１の超音波診断方法では、リニア型の超音波探触子を用いることを前提としているので、各下格子の図１９中のＸ方向位置は走査線上の深さに関係なく一定である。これに対して、コンベックス型の超音波探触子を用いた場合には、超音波の送信方向に沿って走査線が扇状に広がるので、各下格子のＸ方向位置の間隔が広がる。このため、特許文献１記載の超音波診断方法では正しい局所音速を求めることができない。主として腹部の超音波診断などでは視野（走査範囲）の広いコンベックス型の超音波探触子を用いることが多く、リニア型の超音波探触子を備えていない医療施設もある。このため、コンベックス型の超音波探触子を用いた場合でも正しい局所音速を求められるようにすることが強く望まれている。
【００１３】
本発明の目的は、各走査線が非平行となるコンベックス型等の超音波探触子を使用したときに正しい局所音速を求められるようにするための音響カプラ及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的を達成するための音響カプラは、超音波を被検体に送信し、かつ被検体によって反射された超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の素子を含む超音波探触子であって、複数の素子毎にそれぞれ送信される超音波の各走査線が非平行となる超音波探触子と、被検体との間に設けられる音響カプラにおいて、超音波探触子から被検体に向かう超音波の送信方向に沿って音速の異なる２種以上の媒質を積層してなり、各媒質の界面で超音波を屈折させて各走査線を平行にすることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、超音波探触子の非平行な各走査線を平行にすることができる。
【００１６】
送信方向に沿って相対的に音速の大きい第１媒質と相対的に音速の小さい第２媒質とを順番に積層してなることが好ましい。非平行な各走査線を平行にすることができる。
【００１７】
界面は、超音波探触子側に向けて突出する湾曲面状に形成されていることが好ましい。非平行な各走査線を平行にすることができる。
【００１８】
超音波探触子の曲率中心の座標を（０，０）、平行にする走査線方向をＹ方向、Ｙ方向に直角な方向をＸ方向、第１媒質の音速をＶ１、第２媒質の音速をＶ２としたときに、界
面上の座標（ｘ，ｙ）が下記式（１）から式（３）を満たすことが好ましい。非平行な各走査線を平行にすることができる。
式（１）ｔａｎΦ＝ｘ／ｙ
式（２）ｔａｎθ＝ｄｙ／ｄｘ
式（３）ｓｉｎ（Φ＋θ）／Ｖ１＝ｓｉｎ（θ）／Ｖ２
本発明の超音波診断装置は、超音波を被検体に送信し、かつ被検体によって反射された超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の素子を含む超音波探触子であって、複数の素子毎にそれぞれ送信される超音波の各走査線が非平行となる超音波探触子と、請求項１から４のいずれか１項記載の音響カプラと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
音響カプラにより平行にされた各走査線の間隔を示す走査線間隔情報を記憶する走査線間隔情報記憶手段と、走査線間隔情報記憶手段に記憶された走査線間隔情報に基づき、局所音速値を判定する局所音速値判定手段と、を備えることが好ましい。超音波の各走査線が平行となるので正しい局所音速を求めることができる。
【００２０】
超音波探触子は、コンベックス型の超音波探触子であることが好ましい。
【００２１】
音響カプラは、音速の異なる３種以上の媒質を積層してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の音響カプラ及び超音波診断装置は、非平行な超音波の走査線を平行にすることができるので、各走査線が非平行となるコンベックス型等の超音波探触子を使用したときでも正しい局所音速を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】超音波診断装置の概略図である。
【図２】送信回路の遅延回路の説明図である。
【図３】音響カプラの側面図である。
【図４】超音波探触子に取り付けられた音響カプラの側面図である。
【図５】音響カプラの界面形状を説明するための説明図である。
【図６】音響カプラ装着前後の各走査線を比較した比較図である。
【図７】ＣＰＵの機能ブロック図である。
【図８】局所音速算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】格子点設定を説明するための説明図である。
【図１０】屈折率モデル計算による超音波算出処理を説明するための説明図である。
【図１１】図１０の一部を拡大した拡大図である。
【図１２】図８中の音線追跡（ステップＳ７）の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】ホイヘンスの原理を用いた局所音速算出処理を説明するための説明図である。
【図１４】第２実施形態のＣＰＵの機能ブロック図である。
【図１５】第２実施形態の局所音速算出処理の流れの概略を示したフローチャートである。
【図１６】第２実施形態の局所音速算出処理の流れの詳細を示したフローチャートである。
【図１７】３種類の媒質層で構成される音響カプラの概略図である。
【図１８】複数種類の音響カプラが取り付けられる超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１９】局所音速値の演算処理を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態の超音波診断装置の装置構成］
図１に示すように、超音波診断装置１０は、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに超音波ビームを送信して、被検体ＯＢＪによって反射された超音波ビーム（超音波エコー）を受信し、超音波エコーの検出信号から超音波画像を作成・表示する装置である。超音波診断装置１０は、大別して、ＣＰＵ１００、格納部１０２、操作入力部２００、超音波探触子３００、送受信部４００、画像信号生成部５００、表示部５１１、再生部６００、データ解析計測部６０５を備えている。
【００２５】
ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）１００は、操作入力部２００からの操作入力に応じて超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行う。
【００２６】
操作入力部２００は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力デバイスであり、操作卓２０２とポインティングデバイス２０４とを含んでいる。操作卓２０２は、文字情報（例えば、患者情報）の入力を受け付けるキーボードと、振幅画像（Ｂモード画像）を単独で表示するモードと局所音速の判定結果を表示するモードとの間で表示モードを切り替える表示モード切り替えボタンと、ライブモードとフリーズモードとの切り替えを指示するためのフリーズボタンと、シネメモリ再生を指示するためのシネメモリ再生ボタンと、超音波画像の解析・計測を指示するための解析・計測ボタンとを含んでいる。ポインティングデバイス２０４は、表示部５１１の画面上における領域の指定の入力を受け付けるデバイスであり、例えば、トラックボール又はマウスである。なお、ポインティングデバイス２０４としては、タッチパネルを用いることも可能である。
【００２７】
格納部１０２は、ＣＰＵ１００により超音波診断装置１０の各ブロックの制御を制御するための制御プログラム、パラメータを格納する記憶装置であり、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。
【００２８】
表示部５１１は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ又は液晶ディスプレイであり、超音波画像（動画及び静止画）の表示、局所音速マップ、及び各種の設定画面などを表示する。
【００２９】
超音波探触子３００は、被検体ＯＢＪに当接させて用いるコンベックス型のプローブであり、１次元又は２次元の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の素子３０２を備えている。超音波探触子３００の先端部の表面は、被検体ＯＢＪに向けて突出した湾曲状（扇状）に形成されており、この表面に各素子３０２が設けられている。このため、素子３０２毎にそれぞれ送受信される超音波の各走査線ＳＬ（図５参照）が非平行となる。具体的には、超音波の送信方向に沿って各走査線ＳＬの間隔が次第に広がる、すなわち、各走査線ＳＬが扇状に広がる。
【００３０】
超音波探触子３００の各素子３０２は、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極が形成されて構成された振動子を含んでいる。振動子を構成する圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb (lead) zirconate titanate）のような圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）のような高分子圧電素子を用いることができる。振動子の電極に電気信号を送って電圧を印加すると圧電体が伸縮し、この圧電体の伸縮により各振動子において超音波が発生する。例えば、振動子の電極にパルス状の電気信号を送るとパルス状の超音波が発生し、振動子の電極に連続波の電気信号を送ると連続波の超音波が発生する。そして、各振動子において発生した超音波が合成されて超音波ビームが形成される。また、各振動子により超音波が受信されると、各振動子の圧電体が伸縮して電気信号を発生する。各振動子において発生した電気信号は、超音波の検出信号として受信回路４０４に出力される。
【００３１】
送受信部４００は、超音波の送受信制御を行うものであり、送信回路４０２、受信回路４０４、及びＡ／Ｄ変換器４０６を備えている。送信回路４０２は、各素子３０２をそれぞれ駆動する駆動信号をそれぞれ各素子３０２に送る。受信回路４０４は、各素子３０２から入力される検出信号を受信して音線信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器４０６は、アナログの音線信号をデジタル信号に変換する。
【００３２】
画像信号生成部５００は、送受信部４００からのＲＦ画像信号に基づき、表示用の画像データ（例えばＢモード画像データ）を生成するものであり、信号処理部５０２、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）５０４、画像処理部５０６、画像メモリ５０８、Ｄ／Ａ変換器５１０を備えている。信号処理部５０２は、ＲＦデータに基づきＢモード画像データを生成する。ＤＳＣ５０４は、Ｂモード画像データ等をテレビジョン信号の走査方式の画像データに変換する。画像処理部５０６は、画像データに各種の画像処理を施す。画像メモリ５０８は、画像処理後の画像データを一時的に格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、デジタルの画像データをアナログの画像信号に変換する。
【００３３】
再生部６００は、後述のシネメモリ再生モード時に作動するものであり、シネメモリ６０２とシネメモリ再生部６０４とを有している。シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６に接続しており、ＲＦデータを格納する。シネメモリ再生部６０４は、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータを信号処理部５０２に送る。データ解析計測部６０５は、ＲＦデータを用いてオペレータ指定の解析・計測を行う。
【００３４】
超音波診断装置１０は、動作モードとして、ライブモードとシネメモリ再生モードとを有している。ライブモードは、被検体ＯＢＪに超音波探触子３００を当接させて超音波の送受信を行うことによって得られた超音波画像（動画）の表示、解析・計測を行うモードである。シネメモリ再生モードは、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータに基づいて超音波診断画像の表示、解析・計測を行うモードである。
【００３５】
＜ライブモード＞
次に、ライブモード時における超音波診断処理について説明する。超音波探触子３００を被検体ＯＢＪに当接させた状態で、操作入力部２００からの指示入力により超音波診断が開始されると、ＣＰＵ１００は、送受信部４００に制御信号を出力して、超音波ビームの被検体ＯＢＪへの送信、及び被検体ＯＢＪからの超音波エコーの受信を開始させる。ＣＰＵ１００は、素子３０２毎に超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信方向とを設定する。
【００３６】
また、ＣＰＵ１００は、超音波ビームの送信方向に応じて送信遅延パターンを選択するとともに、超音波エコーの受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する。ここで、送信遅延パターンとは、複数の素子３０２から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンデータであり、受信遅延パターンとは、複数の素子３０２によって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために検出信号に与えられる遅延時間のパターンデータである。これら送信遅延パターン及び受信遅延パターンは予め格納部１０２に格納されている。ＣＰＵ１００は、格納部１０２に格納されているものの中から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを選択し、選択した送信遅延パターン及び受信遅延パターンに従って、送受信部４００に制御信号を出力して超音波の送受信制御を行う。
【００３７】
送信回路４０２は、ＣＰＵ１００からの制御信号に応じて駆動信号を生成して、該駆動信号を素子３０２に印加する。
【００３８】
図２に示すように、送信回路４０２は、素子３０２毎に遅延回路τ１〜τＮを有し、ＣＰＵ１００によって選択された送信遅延パターンに基づいて、各素子３０２に印加する駆動信号を遅延させる。ここで、送信回路４０２は、複数の素子３０２から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、各素子３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整（遅延）する。また、送信回路４０２は、超音波ビームの方向（ステア角α）を調整するように、各素子３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整（遅延）する。なお、複数の素子３０２から一度に送信される超音波が被検体ＯＢＪの撮像領域全体に届くように、駆動信号を印加するタイミングを調節してもよい。
【００３９】
図１に戻って、受信回路４０４は、超音波探触子３００の各素子３０２から出力される超音波検出信号を受信して増幅する。上述のように、各素子３０２と被検体ＯＢＪ内の超音波反射源との間の距離がそれぞれ異なるため、各素子３０２に反射波が到達する時間が異なる。この際に受信回路４０４は、遅延回路を備えており、ＣＰＵ１００によって選択された音速（以下、「仮定音速」という）又は音速の分布に基づいて設定される受信遅延パターンに従って、反射波の到達時刻の差（遅延時間）に相当する分だけ、各検出信号を遅延させる。
【００４０】
さらに、受信回路４０４は、遅延時間を与えた検出信号を整合加算することにより受信フォーカス処理を行う。この際に、超音波反射源とは異なる位置に別の超音波反射源がある場合には、別の超音波反射源からの超音波検出信号は到達時刻が異なるので、別の超音波反射源からの超音波検出信号の位相が打ち消し合う。これにより、超音波反射源からの受信信号が最も大きくなり、フォーカスが合う。このような受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、「ＲＦ信号」という）が形成される。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換器４０６は、受信回路４０４から出力されるアナログのＲＦ信号をデジタルＲＦ信号（以下、「ＲＦデータ」という）に変換する。ここで、ＲＦデータは、受信波（反射された超音波）の位相情報を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力されるＲＦデータは、信号処理部５０２とシネメモリ６０２にそれぞれ入力される。
【００４２】
シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６から入力されるＲＦデータを順次格納する。また、シネメモリ６０２は、ＣＰＵ１００から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）をＲＦデータに関連付けて格納する。
【００４３】
信号処理部５０２は、ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control）によって、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、包絡線検波処理を施す。これにより、Ｂモード画像データ（超音波エコーの振幅を点の明るさ（輝度）により表した画像データ）が生成される。
【００４４】
信号処理部５０２によって生成されたＢモード画像データは、通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものである。このため、ＤＳＣ５０４は、Ｂモード画像データを通常の画像データ（例えば、テレビジョン信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）の画像データ）に変換（ラスター変換）する。画像処理部５０６は、ＤＳＣ５０４から入力される画像データに、各種の必要な画像処理（例えば、階調処理）を施す。
【００４５】
画像メモリ５０８は、画像処理部５０６から入力される画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、画像メモリ５０８から読み出された画像データをアナログの画像信号に変換して表示部５１１に出力する。これにより、超音波探触子３００によって撮影された超音波画像（動画）が表示部５１１に表示される。
【００４６】
なお、本実施形態では、受信回路４０４において受信フォーカス処理が施された検出信号をＲＦ信号としたが、受信フォーカス処理が施されていない検出信号をＲＦ信号としてもよい。この場合、複数の素子３０２から出力される複数の超音波検出信号が、受信回路４０４において増幅され、増幅された検出信号、即ち、ＲＦ信号が、Ａ／Ｄ変換器４０６においてＡ／Ｄ変換されることによってＲＦデータが生成される。このＲＦデータは、信号処理部５０２に供給されるとともに、シネメモリ６０２に格納される。受信フォーカス処理は、信号処理部５０２においてデジタル的に行われる。
【００４７】
＜シネメモリ再生モード＞
次に、シネメモリ再生モードについて説明する。操作卓２０２のシネメモリ再生ボタンが押下されると、ＣＰＵ１００は、超音波診断装置１０の動作モードをシネメモリ再生モードに切り替える。シネメモリ再生モード時には、ＣＰＵ１００は、オペレータからの操作入力により指定されたＲＦデータの再生をシネメモリ再生部６０４に指令する。
【００４８】
シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に従って、シネメモリ６０２からＲＦデータを読み出して信号処理部５０２に送信する。シネメモリ６０２から送信されたＲＦデータは、信号処理部５０２、ＤＳＣ５０４及び画像処理部５０６において所定の処理（ライブモード時と同様の処理）が施されて画像データに変換された後、画像メモリ５０８及びＤ／Ａ変換器５１０を経て表示部５１１に出力される。これにより、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づく超音波画像（動画又は静止画）が表示部５１１に表示される。
【００４９】
＜超音波診断装置の各種機能＞
ライブモード又はシネメモリ再生モード時において、超音波画像（動画）が表示されているときに操作卓２０２のフリーズボタンが押下されると、フリーズボタン押下時に表示されている超音波画像が表示部５１１に静止画表示される。これにより、オペレータは、着目領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の静止画を表示させて観察することができる。
【００５０】
操作卓２０２の計測ボタンが押下されると、オペレータからの操作入力により指定された解析・計測が行われる。データ解析計測部６０５は、各動作モード時に計測ボタンが押下された場合に、Ａ／Ｄ変換器４０６又はシネメモリ６０２から、画像処理が施される前のＲＦデータを取得し、このＲＦデータを用いてオペレータ指定の解析・計測（例えば、組織部の歪み解析（硬さ診断）、血流の計測、組織部の動き計測、又はＩＭＴ（内膜中膜複合体厚：Intima-Media Thickness）値計測）を行う。データ解析計測部６０５による解析・計測結果は、ＤＳＣ５０４に出力される。ＤＳＣ５０４は、データ解析計測部６０５による解析・計測結果を超音波画像の画像データに挿入して表示部５１１に出力する。これにより、超音波画像と解析・計測結果とが表示部５１１に表示される。
【００５１】
また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に局所音速の判定結果を重畳して表示するモード（例えば、局所音速に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。なお、局所音速の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたＢモード画像を表示部５１１に表示してもよい。
【００５２】
＜音響カプラの構成＞
図３及び図４に示すように、超音波探触子３００の先端部には、非平行な各走査線ＳＬ
を平行（ここでいう平行にはほぼ平行も含む）にするための音響カプラ３０５が着脱自在に取り付けられる。音響カプラ３０５は、２種類の音速の異なる第１媒質層３０６と第２媒質層３０７とを超音波の送信方向（図中下方向）に沿って順番に積層してなる。第１媒質層３０６の音速をＶ１とし、第２媒質層３０７の音速をＶ２としたときに、Ｖ１＞Ｖ２となる。第１及び第２媒質層３０６，３０７は例えばウレタンなどで形成される。
【００５３】
第１媒質層３０６の超音波探触子３００と対向する対向面には、超音波探触子３００の先端部が挿入される挿入穴３０６ａが形成されている。なお、図示は省略するが、超音波探触子３００の先端部を挿入穴３０６ａ内に挿入した状態で固定する固定冶具を設けてもよい。
【００５４】
第１媒質層３０６及び第２媒質層３０７の互いに対向する対向面、すなわち、第１媒質層３０６及び第２媒質層３０７の界面３０８は、超音波探触子３００側に突出する湾曲面状に形成されている。第２媒質層３０７の被検体ＯＢＪと対向する対向面は平面状に形成されている。
【００５５】
界面３０８は、超音波探触子３００から送信された超音波を屈折させることにより、非平行の各走査線ＳＬを平行にする。以下、各走査線ＳＬを平行にするための界面３０８の条件の一例について説明を行う。
【００５６】
図５に示すように、各走査線ＳＬが超音波探触子３００内で仮想的に交差するコンベックス中心（曲率中心）Ｃを原点、すなわち、座標（０，０）とする。コンベックス中心（仮想交点）Ｃから超音波の送信方向（図中Ｙ方向）に沿って長く延びた直線を第１直線Ｌ１とする。任意の走査線ＳＬが通過する界面３０８上の任意の点Ｐの座標を（ｘ，ｙ）として、さらに、コンベックス中心Ｃと点Ｐとを結ぶ直線を第２直線Ｌ２とする。そして、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度をΦとする。
【００５７】
また、点Ｐを通りかつ第１直線Ｌ１と直交する直線を第３直線Ｌ３として、第３直線Ｌ３と界面３０８とのなす角度をθとする。さらに、界面３０８上の点Ｐの近傍に位置する点Ｐ’の座標を（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ）とする。
【００５８】
さらに、点Ｐを通りかつ走査線Ｌ１に平行な直線を第４直線Ｌ４とすると、第２直線Ｌ２と第４直線Ｌ４とのなす角度はΦとなる。そして、点Ｐにおいて界面３０８と直行する直線を第５直線Ｌ５とする。ここで点Ｐにおいて直線Ｌ３と直線Ｌ５の成す角度は、直線Ｌ５と界面３０８の成す角度９０度からθを引いた角度である。この事から、直線Ｌ４と直線Ｌ５の成す角度は、直線Ｌ３と直線Ｌ４の成す角度９０度から直線Ｌ３と直線Ｌ５の成す角度を引いた角度、つまりθとなる事が分かる。なお、上述したように第１媒質層３０６の音速はＶ１であり、第２媒質層３０７の音速はＶ２である。
【００５９】
各走査線ＳＬが平行になるときには、図中の走査線ＳＬ（超音波）の第５直線Ｌ５に対する入射角は（Φ＋θ）となり、出射角はθとなる。従って、スネルの法則に基づき、ｓｉｎ（Φ＋θ）／ｓｉｎ（θ）＝Ｖ１／Ｖ２となる。また、ΦはｔａｎΦ＝ｘ／ｙの式から求められ、θはｔａｎθ＝ｄｙ／ｄｘの式から求められる。このため、各走査線ＳＬを平行にするためには、界面３０８の形状と、第１及び第２媒質層３０６，３０７の音速Ｖ１，Ｖ２とが以下の式（２）〜（４）を満たす。
式（２）ｔａｎΦ＝ｘ／ｙ
式（３）ｔａｎθ＝ｄｙ／ｄｘ
式（４）ｓｉｎ（Φ＋θ）／Ｖ１＝ｓｉｎ（θ）／Ｖ２
図６に示すように、超音波探触子３００の先端部に音響カプラ３０５を取り付けることにより、非平行な各方向の走査線ＳＬが界面３０８で屈折され平行になる。この際に、音
響カプラ３０５により平行にされた各走査線ＳＬの間隔は等間隔とはならない。具体的には、各走査線ＳＬの間隔は、音響カプラ３０５の図中Ｘ方向の中心からＸ方向の端部側に向かうのに従って、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・（Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３，・・・）のように次第に広がる。
【００６０】
このような平行な各走査線ＳＬの間隔Ｘ１，Ｘ２，・・・は、音響カプラ３０５の種類（例えば、第１及び第２媒質層３０６，３０７の音速Ｖ１，Ｖ２、界面３０８の形状、超音波探触子３００の先端部と界面との間の距離など）により異なる。このため、音響カプラ３０５により平行にされる各走査線ＳＬの間隔に関する情報は予め測定あるいはシミュレーションにより算出されており、走査線間隔情報１０３（図１参照）として格納部１０２に格納されている。この走査線間隔情報１０３は、後述の着目領域の局所音速の測定に用いられる。
【００６１】
＜ＣＰＵの機能（局所音速の算出に係る構成）＞
図７に示すように、ＣＰＵ１００は、格納部１０２から読み出した各種プログラムを実行することにより、着目領域設定部１０４、格子点設定部（格子点設定手段）１０５、最適音速値判定部（最適音速値判定手段）１０６、演算部（第２受信時刻取得手段）１０８、誤差算出部１０９、局所音速値判定部（局所音速値判定手段）１１０、及び送受信部４００を制御する送受信制御部１１１、受信時刻取得部（第１受信時刻取得手段）１１２として機能する。これら各部は、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づき、特許文献１に開示された屈折率モデル計算により着目領域の局所音速値を算出する。以下、これら各部による局所音速値の算出処理について具体的に説明する。
【００６２】
＜局所音速値の算出処理＞
図８に示すフローチャートにおいて、最初に超音波探触子３００の先端部に音響カプラ３０５を取り付ける（ステップＳ１）。これにより、リニア型の超音波探触子と同様に走査線ＳＬを平行にすることができる。その結果、リニア型の超音波探触子を使用する場合（特許文献１）と基本的には同じ方法を用いて局所音速を算出することができる。
【００６３】
音響カプラ３０５の装着後に、超音波診断装置１０の動作モードが音響カプラ３０５を使用して超音波診断を行うモードに設定されると、ＣＰＵ１００は、格納部１０２から走査線間隔情報１０３を取得する（ステップＳ２）。
【００６４】
次いで、着目領域設定部１０４により被検体ＯＢＪの着目領域の設定が行われる（ステップＳ３）。着目領域設定部１０４は、例えば、表示部５１１に表示される超音波画像の静止画上でオペレータがポインティングデバイスにより指定した領域を着目領域として設定する。なお、着目領域は自動的に所定位置、所定サイズにて設定してもよい。あるいは、着目領域設定部１０４が超音波画像を二値化処理するとともに、白の部分（又は黒の部分）が連続した画素に同じ番号を割り振るラベリング処理を行い、ラベリングした番号順に自動的に着目領域を設定してもよい。
【００６５】
〔格子点の設定〕
図９に示すように、格子点設定部１０５は、ＣＰＵ１００が格納部１０２から取得した走査線間隔情報１０３に基づき、着目領域設定部１０４が設定した着目領域内に上格子点及び下格子点を設定する（ステップＳ４）。各格子点は、走査線位置と受信時刻によって、その位置が定義される。すなわち、音響カプラ３０５により平行とされた各走査線ＳＬ１，ＳＬ２，…,ＳＬｎ上の深さの異なる反射点を格子点として設定する。
【００６６】
より具体的には、図１０に示すように、格子点設定部１０５は、被検体ＯＢＪ内の着目領域（ＲＯＩ）を代表する上格子点をＸＲＯＩ（格子点ＸＲＯＩ）とし、下格子点をＡ１
，Ａ２，…，Ａｎ，…（格子点Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ，…）とする（ステップＳ４）。格子点Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ，…を連結した境界面Ｓ１と被検体ＯＢＪ内の格子点ＸＲＯＩとの間の領域を領域Ａとし、境界面Ｓ１と音響カプラ３０５の被検体ＯＢＪの対向面Ｓ２との間の領域を領域Ｂとする。領域Ａと領域Ｂの中における音速はそれぞれ一定と仮定する。各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）の設定後、送受信制御部１１１は、送受信部４００を制御して、各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）に対する超音波の送受信（送信フォーカス、受信フォーカス）を各素子３０２に実行させる。これにより、各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）のＲＦデータがシネメモリ６０２に格納される。
【００６７】
〔領域Ｂの深さＤＢ及び最適音速値ＶＢの算出〕
次いで、最適音速値判定部１０６は、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づき、領域Ｂにおける最適音速値（環境音速）ＶＢを算出する。ここで、最適音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子における実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。そして、超音波探触子３００の各素子３０２から音響カプラ３０５を経て＋Ｙ方向に送信された超音波が領域ＡとＢとの間の境界面Ｓ１で−Ｙ方向に反射されて各素子３０２に戻るまでの時間（受信時刻）ＴＢが測定されて、下記の式（５）により、上記環境音速ＶＢと受信時刻ＴＢから領域Ｂの深さＤＢが算出される（ステップＳ５）。
式（５）ＤＢ＝ＴＢ×ＶＢ／２
なお、超音波の受信時刻から各種の数値を求める際に、音響カプラ３０５内での各走査線ＳＬ１〜ＳＬｎの経路長差を考慮して、受信時刻又は受信時刻から求める各種数値に補正を加えることが好ましい。各走査線ＳＬ１〜ＳＬｎの間隔は既知であるので各走査線ＳＬ１〜ＳＬｎの音響カプラ３０５内での経路長も予め求めておくことができるため、各走査線ＳＬ１〜ＳＬｎの経路長差も予め求められる。従って、経路長差に応じて受信時刻又は受信時刻から求める各種数値に補正を加えることもできる。経路長差が微小である場合には、経路長差を考慮せずにリニア型の超音波探触子を使用する特許文献１と同様にして受信時刻から各種数値を求めてもよい。この場合には、局所音速の算出が複雑化することが防止される。本実施形態では、経路長差が微小であると仮定した場合について説明する。
【００６８】
最適音速値の算出方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから算出する方法（例えば、特開平８-３１７９２６号公報）を適用することができる。
【００６９】
〔演算部による演算処理〕
演算部１０８は、領域Ａにおける局所音速値（仮定音速）の初期値ＶＡを設定する（ステップＳ６）。そして、演算部１０８は、格子点ＸＲＯＩとＹ方向に並ぶ（Ｘ座標が同じ）格子点Ａｎから＋Ｙ方向に送信された超音波が格子点ＸＲＯＩで−Ｙ方向に反射されて格子点Ａｎに戻るまでの時間（受信時刻）ＴＡを測定して、下記の式（６）により、仮定音速ＶＡと受信時刻ＴＡから領域Ａの深さＤＡを算出する。
式（６）ＤＡ＝ＴＡ×ＶＡ／２
次に、演算部１０８は、先に求められた仮定音速ＶＡ及び環境音速ＶＢに基づいて、格子点ＸＲＯＩにおいて反射されて各素子３０２に到達する受信波の音線追跡を実行して、受信波の受信時刻を算出する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７の音線追跡の処理については後述する。また、受信時刻取得部１２０は、シネメモリ６０２に格納された格子点ＸＲＯＩのＲＦデータに基づき、格子点ＸＲＯＩで反射された超音波（以下、受信波Ｗ１という）が各素子３０２で受信される受信時刻を求める。
【００７０】
〔誤差算出処理〕
次に、誤差算出部１０９は、受信時刻取得部１２０により取得される受信波Ｗ１の受信
時刻と、ステップＳ７の音線追跡により算出された受信波Ｗ２の受信時刻との誤差を算出する（ステップＳ８）。受信波Ｗ１の受信時刻と受信波Ｗ２の受信時刻との誤差を算出する方法としては、特許文献１に記載されているように、互いの相互相関をとる方法、受信波Ｗ１に音線追跡により算出された受信波Ｗ２から得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、又は逆に音線追跡により算出された受信波Ｗ２に受信波Ｗ１から得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法がある。
【００７１】
〔繰り返し処理〕
そして、仮定音速ＶＡが１段階変更（ステップＳ９）された後、ステップＳ７，Ｓ８とが繰り返される。そして、全ての仮定音速の値での演算が終了すると、局所音速値判定部１１０は、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を判定する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０では、受信波Ｗ１と、ステップＳ７の音線追跡により算出された受信波Ｗ２との受信時刻の差（差の絶対値）が最小になる仮定音速ＶＡの値が格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値と判定される。
【００７２】
〔音線追跡による受信波の受信時刻の算出処理〕
次に、ステップＳ７の音線追跡による受信波の受信時刻の算出処理について、図１１及び図１２を用いて説明する。まず、格子点ＸＲＯＩからの超音波の出射角Θの初期値が設定されるとともに、パラメータｎがｎ＝０に設定される（ステップＳ２０）。
【００７３】
次に、格子点ＸＲＯＩから出射角Θで出射した超音波が領域Ａと領域Ｂとの間の境界面Ｓ１に到達するまでの超音波の伝播時間ＴＡＲと、境界面Ｓ１上の超音波の到達位置Ｘ′が算出される（ステップＳ２１）。
【００７４】
格子点ＸＲＯＩにおけるＸ座標をＸ０、点Ｘ′におけるＸ座標をＸ′とすると、格子点ＸＲＯＩと点Ｘ′との間のＸ方向の距離ＸＡは、下記の式（７）により求められる。なお、距離ＸＡは、走査線間隔情報１０３からも得られる。
式（７）ＸＡ＝｜Ｘ′−Ｘ０｜＝ＤＡ×ｔａｎΘ
また、格子点ＸＲＯＩから出射した超音波が境界面Ｓ１上の点Ｘ′に到達するまでの伝播時間ＴＡＲは、下記の式（８）により求められる。
（式８）ＴＡＲ＝ＤＡ／ＶＡ／ｃｏｓΘ
次に、格子点ＸＲＯＩから出射角Θで出射して境界面Ｓ１上の点Ｘ′に到達した超音波が、点Ｘ′から領域Ｂに出射するときの出射角Θ′がスネルの法則により算出される（ステップＳ２２）。そして、点Ｘ′から出射角Θ′で出射した超音波が超音波探触子３００の対向面Ｓ２に到達するまでの超音波の伝播時間ＴＢＲと、対向面Ｓ２上の超音波の到達位置Ｘ″が算出される（ステップＳ２３）。
【００７５】
ここで、点Ｘ′からの出射角Θ′は、下記の式（９）により求められる。また、点Ｘ″におけるＸ座標をＸ″とすると、点Ｘ′と点Ｘ″との間のＸ方向の距離ＸＢは、下記の式（１０）により求められる。また、点Ｘ′から出射した超音波が対向面Ｓ２上の点Ｘ″に到達するまでの伝播時間ＴＢＲは、下記の式（１１）により求められる。なお、上述したように、各走査線ＳＬ１〜ＳＬｎの音響カプラ３０５内での経路長差は微小であると仮定しているので、対向面Ｓ２上の各位置は特許文献１の図８における各素子３０２の位置にそれぞれ対応する。
（式９）Θ′＝ａｒｃｓｉｎ（ＶＢ×ｓｉｎΘ／ＶＡ）
（式１０）ＸＢ＝｜Ｘ″−Ｘ′｜＝ＤＢ×ｔａｎΘ′
（式１１）ＴＢＲ＝ＤＢ／ＶＢ／ｃｏｓΘ′
次に、対向面Ｓ２から出射された超音波が格子点ＸＲＯＩで反射されて対向面Ｓ２に戻るまでの時間ＴＳＵＭ（＝ＴＡＴ＋ＴＢＴ＋ＴＡＲ＋ＴＢＲ）が算出され、上記超音波の到達位置Ｘ″とともにｎ番目の受信時刻データＤｎとして格納される（ステップＳ２４）
。
【００７６】
ここで、ＴＡＴ及びＴＢＴは、素子３０２から＋Ｙ方向に送信された超音波が領域Ａ及び領域Ｂをそれぞれ伝播するのに要する時間である。送信時間ＴＡＴ及びＴＢＴは、それぞれ下記の式（１２）及び式（１３）により求められる。
（式１２）ＴＡＴ＝ＴＡ／２
（式１３）ＴＢＴ＝ＴＢ／２
次に、出射角Θが１ステップ変更されてΘ＝Θ＋ΔΘ（ΔΘ：所定の角度）に更新され、パラメータｎがｎ＝ｎ＋１に更新された後（ステップＳ２５）、ステップＳ２１からステップＳ２４が繰り返される。そして、全ての出射角Θ（例えば、音響カプラ３０５の対向面Ｓ２で受信可能な範囲の角度。｜Θ｜＜９０°）の値での演算が実行される。
【００７７】
次に、上記ステップＳ２０からステップＳ２５までの処理により、各出射角Θに求められた受信時刻データＤｎ（ｎ＝１，２，…）の中から超音波到達位置（受信位置）Ｘ″が対向面Ｓ２上の素子３０２に対応する位置に最も近い受信時刻データＤｎが抽出される。そして、抽出された受信時刻データＤｎが当該素子（受信波の到達位置Ｘ″に最も近い素子３０２）における受信時刻データとして格納部１０２に格納される（ステップＳ２６）。
【００７８】
図８の処理では、ステップＳ２６において格納された受信時刻データを用いて領域Ａ（格子点ＸＲＯＩ）おける局所音速値の判定が行われる。本実施形態では、被検体ＯＢＪ内の着目領域の格子点ＸＲＯＩで反射される超音波の音線追跡を行って、超音波探触子３００の各素子３０２に直接到達する（又は最も近い位置に到達する）受信波の受信時刻のみを、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値の判定に使用する。本実施形態によれば、被検体ＯＢＪ内の格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を、より少ない処理で精確に算出することが可能になる。
【００７９】
＜作用効果＞
本発明では、音響カプラ３０５をコンベックス型の超音波探触子３００に取り付けて各走査線ＳＬを平行にするとともに、予め取得された各走査線ＳＬの間隔に関する走査線間隔情報１０３に基づき各格子点の設定を行うことで、リニア型の超音波探触子を用いる特許文献１と基本的には同じようにして局所音速値を求めることができる。これにより、コンベックス型の超音波探触子３００を用いた場合でも正しい局所音速を求められる。また、生体内の組織境界に対して走査線をなるべく垂直に入射させて屈折を低減することができる。
【００８０】
［第２実施形態の超音波診断装置］
次に、本発明の第２実施形態の超音波診断装置について説明を行う。上記第１実施形態では、特許文献１に開示された屈折率モデル計算により着目領域の局所音速値を算出しているが、第２実施形態では、特許文献１に開示されたホイヘンスの原理を利用して局所音速を算出する。
【００８１】
図１３（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る局所音速値の演算処理を模式的に示す図である。なお、第１実施形態と同様に、超音波の各走査線の音響カプラ３０５内での経路長差は微小であるとして説明を行う。
【００８２】
被検体ＯＢＪ内の着目領域（ＲＯＩ）を代表する格子点をＸＲＯＩ、格子点ＸＲＯＩよりも浅い（即ち、音響カプラ３０５に近い）位置にＸＹ方向に等間隔で配置された格子点をＡ１，Ａ２，…とし、少なくとも格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…との間の音速はそれぞれ一定と仮定する。
【００８３】
本実施形態では、格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波（それぞれＷＡ１，ＷＡ２，…）の（伝搬時間Ｔ及び遅延時間ΔＴ）を既知として、格子点ＸＲＯＩと格子点Ａ１，Ａ２，…の位置関係から格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求める。具体的には、上述のホイヘンスの原理により、格子点ＸＲＯＩからの受信波ＷＸと格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した受信波ＷＳＵＭが一致することを利用する。
【００８４】
ここで、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求めるときの演算に使用する格子点Ａ１，Ａ２，…の範囲及び個数は予め決めておく。なお、局所音速値演算に使用する格子点の範囲が広いと局所音速値の誤差が大きくなり、狭いと仮想受信波との誤差が大きくなるため、格子点の範囲はこれらの兼ね合いで決める。
【００８５】
格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔は、走査線間隔情報１０３に基づき、分解能と処理時間の兼ね合いで決定される。格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔は、一例で１ｍｍから１ｃｍである。
【００８６】
格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔が狭いと誤差計算における誤差が大きくなり、広いと局所音速値の誤差が大きくなる。格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔は、超音波画像の画像分解能の設定に基づいて決定される。格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔は、一例で１ｃｍである。
【００８７】
なお、格子点Ａ１，Ａ２，…の間隔が広い場合、合成波の演算（後述）が困難になるため、補間によって細かい格子点を生成するようにすればよい。
【００８８】
＜第２実施形態のＣＰＵの機能＞
第２実施形態の超音波診断装置は、第１実施形態とは異なるＣＰＵ１５０を備える点を除けば、上記第１実施形態の超音波診断装置１０と基本的に同じ構成であり、上記第１実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
【００８９】
図１４に示すように、ＣＰＵ１５０は、格納部１０２から読み出した各種プログラムを実行することにより、前述の着目領域設定部１０４、格子点設定部（格子点設定手段）１０５、最適音速値判定部（最適音速値判定手段）１０６の他に、第１演算部１５１、第２演算部１５２、局所音速値判定部１５３として機能する。以下、これら各部による局所音速値の算出処理について具体的に説明する。
【００９０】
＜局所音速値の算出処理＞
図１５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ４までは第１実施形態と基本的に同じであるので、ここでは具体的な説明を省略する。なお、各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）の設定後、送受信制御部１１１は、送受信部４００を制御して、各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）に対する超音波の送受信（送信フォーカス、受信フォーカス）を各素子３０２に実行させる。これにより、各格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）のＲＦデータがシネメモリ６０２に格納される。そして、最適音速値判定部１０６は、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づき、事前に被検体ＯＢＪ内に設定された全ての格子点（ＸＲＯＩ、Ａ１，Ａ２，…）における最適音速値を判定する（ステップＳ３０）。ここで、最適音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子点における実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。ステップＳ３０における最適音速値の判定方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから判定する方法（例えば、特開平８−３１７９２６号公報）を適用することができる。
【００９１】
次いで、各格子点における最適音速値に基づいて、各格子点における局所音速値の判定が行われる（ステップＳ３１）。
【００９２】
最適音速値に基づいて局所音速値を判定する方法を説明する。まず、図４に示すように、第１演算部１５１は、格子点ＸＲＯＩにおける最適音速値に基づいて、格子点ＸＲＯＩを反射点としたときの仮想的な受信波ＷＸの波形を算出する（ステップＳ４１）。
【００９３】
次いで、第２演算部１５２は、格子点ＸＲＯＩにおける仮定音速の初期値を設定する（ステップＳ４２）。そして、第２演算部１５２は、下記のように仮想的な合成受信波ＷＳＵＭを算出する（ステップＳ４３）。格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値をＶと仮定すると、格子点ＸＲＯＩから伝播した超音波が格子点Ａ１，Ａ２，…に到達するまでの時間はＸＲＯＩＡ１／Ｖ，ＸＲＯＩＡ２／Ｖ，…となる。ここで、ＸＲＯＩＡ１，ＸＲＯＩＡ２，…は、それぞれ格子点Ａ１，Ａ２，…と格子点ＸＲＯＩとの間の距離である。格子点Ａ１，Ａ２，…における最適音速値はステップＳ３０により既知のため、各格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波は予め求めることができる。従って、格子点Ａ１，Ａ２，…からそれぞれ遅延ＸＲＯＩＡ１／Ｖ，ＸＲＯＩＡ２／Ｖ，…で発した反射波（超音波エコー）を合成することにより、仮想合成受信波ＷＳＵＭを求めることができる。
【００９４】
なお、実際には、素子データ（ＲＦ信号）上で上記処理を行うため、格子点ＸＲＯＩから格子点Ａ１，Ａ２，…に到達するまでの時間（それぞれＴ１，Ｔ２，…）は下記の式（１４）により表される。ここで、ＸＡ１，ＸＡ２，…は、それぞれ格子点Ａ１，Ａ２，…と格子点Ｘとの間のスキャン方向（Ｘ方向）の距離である。また、Δｔは格子点のＹ方向時間間隔である。
【００９５】
【数２】
2013244199.tif 000004
【００９６】
上記Ｔ１，Ｔ２，…に、格子点ＸＲＯＩと同一の走査線ＳＬ上の格子点Ａｎから格子点ＸＲＯＩに到達するまでの時間（Δt／２）を足した遅延で各格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を合成することにより、仮想合成受信波ＷＳＵＭを求めることができる。
【００９７】
ここで、格子点をＹ方向に時間軸で等間隔（Δｔ）に設定する場合、空間上での間隔は必ずしも等間隔にはならない。従って、各格子点に超音波が到達するまでの時間を計算するときに、式（１３）においてΔｔ／２の代わりに補正したΔｔ／２を用いてもよい。ここで、補正したΔｔ／２は、例えば、格子点ＸＲＯＩと同音線の格子点Ａｎに比べたＡ１，Ａ２，…の深さ（Ｙ方向の距離）の差をＶで除算した値をΔｔ／２から加算・減算した値である。各格子点Ａ１，Ａ２，…の深さはそれより浅い格子点において局所音速が既知であることから求められる。
【００９８】
また、仮想合成受信波ＷＳＵＭの算出は、実際に格子点Ａ１，Ａ２，…から遅延ＸＲＯＩＡ１／Ｖ，ＸＲＯＩＡ２／Ｖ，…で発した既定のパルス波（それぞれＷＡ１，ＷＡ２，…）を重ね合わせることにより行う。
【００９９】
次に、第２演算部１５２（別途に誤差算出部を設けてもよい）は、仮想受信波ＷＸと仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差を算出する（ステップＳ４４）。仮想受信波ＷＸと仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差は、互いの相互相関をとる方法、仮想受信波ＷＸに仮想合成受信波ＷＳＵＭから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、又は逆に仮想合成受信波ＷＳＵＭに仮想受信波ＷＸから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法により算出される。ここで、仮想受信波ＷＸから遅延を得るには、格子点ＸＲＯＩを反射点とし、音速Ｖで伝播した超音波が各素子３０２に到着する時刻を遅延とすればよい。また、仮想合成受信波ＷＳＵＭから遅延を得るには、隣り合う素子３０２間での合成受信波の位相差から等位相線を抽出し、その等位相線を遅延とするか、又は単に各素子３０２の合成受信波の最大（ピーク）位置の位相差を遅延としてもよい。また、各素子３０２からの合成受信波の相互相関ピーク位置を遅延としてもよい。位相整合加算時の誤差は、整合加算後の波形のpeak to peakとする方法、又は包絡線検波した後の振幅の最大値とする方法により求められる。
【０１００】
次いで、仮定音速が１ステップ変更された後（ステップＳ４６）、ステップＳ４３からＳ４４が繰り返される。そして、全ての仮定音速の値での演算が終了すると、局所音速値判定部１５３は、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を判定する（ステップＳ４７）。ホイヘンスの原理を厳密に適用した場合に、上記のステップＳ４３において求めた仮想合成受信波ＷＳＵＭの波形は、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値をＶと仮定した場合の仮想受信波（反射波）ＷＸの波形と等しくなる。ステップＳ４７では、仮想受信波ＷＸと仮想合成受信波ＷＳＵＭとの差が最小になる仮定音速の値を格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値と判定する。
【０１０１】
第２実施形態によれば、Ｂモード画像を生成するときに得られる振幅画像、ＲＦデータ又は各超音波トランスデューサ素子により受信した受信波のデータを用いることにより、被検体内の局所音速値を高精度で判定することができる。
【０１０２】
＜作用効果＞
第２実施形態においても、音響カプラ３０５をコンベックス型の超音波探触子３００に取り付けて各走査線を平行にするとともに、予め取得された各走査線の間隔に関する走査線間隔情報１０３に基づき各格子点の設定を行うことで、リニア型の超音波探触子を用いる特許文献１と基本的には同じようにして局所音速値を求めることができる。これにより、第１実施形態と同様に、コンベックス型の超音波探触子３００を用いた場合でも正しい局所音速を求められる。また、生体内の組織境界に対して走査線をなるべく垂直に入射させて屈折を低減することができる。
【０１０３】
［その他の構成］
上記各実施形態では、屈折率モデル計算やホイヘンスの原理を利用して着目領域の局所音速を求めているが、例えば特許文献１に記載されている他の方法（第２の実施形態、第４の実施形態）を用いて局所音速を求めてもよい。
【０１０４】
上記各実施形態では、第１媒質層３０６及び第２媒質層３０７の各音速をＶ１、Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）としているが、Ｖ１＜Ｖ２であってもよい。
【０１０５】
上記各実施形態では、２種類の音速の異なる第１媒質層３０６と第２媒質層３０７とを積層してなる音響カプラ３０５について説明したが、例えば図１７に示すように、３種類の音速の異なる第１媒質層３０６、第２媒質層３０７、及び第３媒質層３５１を積層してなる音響カプラ３０５を使用してもよい。第１媒質層３０６、第２媒質層３０７、及び第３媒質層３５１の各音速をＶ１、Ｖ２、Ｖ３としたときに、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３となることが好ましい。なお、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３であってもよく、Ｖ２＞Ｖ１，Ｖ３であってもよい
。さらに、音響カプラが４種類以上の音速が異なる媒質層で構成されていてもよい。
【０１０６】
上記各実施形態では、超音波探触子３００に取り付けられる音響カプラ３０５の種類は１種類を想定しているが、形状や媒質の材料（音速）等が異なる複数種類の音響カプラ３０５の中からユーザが選択したものを超音波探触子３００に取り付けられるようにしてもよい。この場合には、音響カプラ３０５の種類により、平行にされた各走査線ＳＬの間隔が異なるので、図１８に示すように、複数種類の音響カプラ３０５にそれぞれ対応した走査線間隔情報１０３を格納部１０２に格納しておく。ＣＰＵ１００（格子点設定部１０５）は、超音波探触子３００に取り付けられた音響カプラ３０５に対応する走査線間隔情報１０３を取得して各格子点の設定を行う。なお、超音波探触子３００に取り付けられた音響カプラ３０５の種類の判別は、ユーザにより操作入力部２００に入力された入力情報を基に行われる。あるいは音響カプラに設けられた無線タグの情報を、超音波探触子に設けられたタグリーダで読み取ることで、音響カプラ３０５の種類を自動判別してもよい。
【０１０７】
上記各実施形態では、Ｂモード画像などを得る超音波診断装置の超音波探触子に取り付けられる音響カプラについて説明したが、例えば、横波音速計測など、走査線の実間隔情報を必要とする各種計測・診断を行う超音波診断装置の超音波探触子に取り付けられる音響カプラにも本発明を適用することができる。
【０１０８】
上記各実施形態では、各走査線ＳＬが非平行な超音波探触子としてコンベックス型の超音波探触子を例に挙げて説明したが、例えばセクタープローブなどの走査線が非平行となる各種超音波探触子に取り付けられる音響カプラに本発明を適用することができる。
【０１０９】
上記各実施形態では、音響カプラ３０５を超音波探触子３００に取り付けているが、少なくとも被検体ＯＢＪと超音波探触子３００との間に音響カプラ３０５が設けられていれば、音響カプラ３０５を超音波探触子３００に取り付けなくともよい。
【０１１０】
上記各実施形態では、ＣＰＵ１００により局所音速の算出を行っているが、例えば、データ解析計測部６０５にて局所音速の算出を行ってもよい。また、超音波探触子３００の素子３０２としては、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いることも可能である。例えば、超音波を送信する素子として上述の圧電体により構成される振動子を用いて、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにしてもよい。ここで、光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器又はファイバブラッググレーティングである。
【０１１１】
上記説明によれば、下記の事項の発明が得られる。また、各項の組み合わせも可能である。
【０１１２】
［付記］
（付記項１）
超音波を被検体に送信し、かつ前記被検体によって反射された超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の素子を含む超音波探触子であって、前記複数の素子毎にそれぞれ送信される超音波の各走査線が非平行となる超音波探触子と、前記超音波探触子から前記被検体に向かう超音波の送信方向に沿って音速の異なる２種以上の媒質を積層してなり、各前記媒質の界面で超音波を屈折させて前記各走査線を平行にする音響カプラと、を備える超音波診断装置。
【０１１３】
（付記項２）
前記音響カプラにより平行にされた前記各走査線の間隔を示す走査線間隔情報を記憶す
る走査線間隔情報記憶手段と、前記走査線間隔情報記憶手段に記憶された前記走査線間隔情報に基づき、前記各走査線のうちの複数の走査線上で、かつ前記被検体内の着目領域と前記超音波探触子との間に複数の格子点を設定する格子点設定手段と、前記着目領域及び前記複数の格子点に対する超音波の送受信を前記複数の素子に実行させる送受信制御部と、前記着目領域に対する超音波の送受信により得られた前記超音波検出信号に基づいて、前記着目領域で反射された超音波が前記複数の素子で受信される受信時刻を求める第１受信時刻取得手段と、前記複数の格子点に対する超音波の送受信により得られた前記超音波検出信号に基づいて、前記複数の格子点と前記超音波探触子の間の領域における最適音速値を判定する最適音速値判定手段と、前記着目領域における仮定音速を仮定して、前記仮定音速と複数の格子点における最適音速値とに基づいて、前記着目領域で反射されて前記複数の格子点を通って前記複数の素子に到達する超音波の受信時刻を音線追跡法により求める処理を、複数の前記仮定音速について行う第２受信時刻取得手段と、前記第２受信時刻取得手段が取得した前記仮定音速毎の前記受信時刻の中で、第１受信時刻取得手段が取得した前記受信時刻との差が最小となる受信時刻を判別し、判別した受信時刻に対応する前記仮定音速を前記着目領域における局所音速値として判定する局所音速値判定手段と、を備える付記項１記載の超音波診断装置。
【０１１４】
（付記項３）
前記音響カプラにより平行にされた前記各走査線の間隔を示す走査線間隔情報を記憶する走査線間隔情報記憶手段と、前記走査線間隔情報記憶手段に記憶された前記走査線間隔情報に基づき、前記各走査線のうちの複数の走査線上で、かつ前記被検体内の着目領域と前記超音波探触子との間に複数の格子点を設定する格子点設定手段と、前記着目領域及び前記複数の格子点に対する超音波の送受信を前記複数の素子に実行させる送受信制御部と、前記複数の格子点に対する超音波の送受信により得られた前記超音波検出信号に基づいて、前記複数の格子点と前記着目領域とにおける最適音速値を判定する最適音速値判定手段と、前記着目領域における最適音速値に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される受信波を演算する第１の演算手段と、前記着目領域における仮定音速を仮定して、前記仮定音速と前記複数の格子点における最適音速値とに基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域で反射されて前記複数の格子点を通って受信される受信波を求め、これら受信波を合成して合成受信波を得る処理を、複数の前記仮定音速について行う第２の演算手段と、前記第２の演算手段が得た前記仮定音速毎の前記合成受信波の中で、前記第１の演算手段が演算した前記受信波との差が最小となる合成受信波を判別し、判別した合成受信波に対応する前記仮定音速を前記着目領域における局所音速値として判定する局所音速値判定手段と、を備える付記項１記載の超音波診断装置。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…超音波診断装置，１００，１５０…ＣＰＵ，１０６…走査線間隔情報，３００…超音波探触子，３０２…素子，３０５…音響カプラ，３０６…第１媒質層，３０７…第２媒質層，３０８…界面
【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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【図１２】
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【図１３】
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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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【図１９】
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