(57)【要約】【課題】ＣＭＵＴエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、送信用パルスが入力されると音響波を送信する複数の素子を含む静電容量型トランスデューサと、素子に特性取得用パルスが入力されたときに出力される電流を電圧に変換する変換手段と、変換手段から出力された信号に基づき素子の送信特性を取得する特性取得手段と、送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、反射波に基づき被検体内部の被検体情報を生成する生成手段を有し、制御手段は、送信手段から音響波を送信させる際に、送信特性の素子ごとの差異を減少させるように出力手段を制御する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図２Ａ
2013165882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御手段による制御を受けて送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記特性取得手段は、前記変換手段から出力された信号の振幅を所定の値と比較することにより、前記送信特性を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記変換手段から出力された信号の振幅が所定の値になるように、前記出力手段から送信用パルスを出力するときの出力電圧を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記特性取得手段は、前記複数の素子のそれぞれに前記特性取得用パルスが入力されたときに前記変換手段から出力された信号にフーリエ変換を行うことにより、前記送信特性を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
複数の素子を含む静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、音響波を受信する受信手段と、を有し、前記受信手段が受信した音響波に基づき被検体情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステ
ップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送受信を行うトランスデューサとして、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が提案されている。
ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いて作製されたものである。また、超音波トランスデューサを用いて、測定対象に超音波を送信し、測定対象で反射した超音波を受信することで、測定対象の情報を得る測定方法がある。この測定方法に用いる送受信トランスデューサに、送受信する超音波の周波数範囲が比較的広い（広帯域）という特徴を持つＣＭＵＴを用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ＣＭＵＴを用いて超音波を送受信する場合、同一のＣＭＵＴエレメントにおいて送信波出力と受信波入力の双方が行われる。
送信波出力は一般的に受信波よりも強度が高い。ＣＭＵＴエレメントに対して強度の高い送信波を入力することで、ＣＭＵＴエレメントの受信感度に悪影響が出ることが懸念されている。そこで、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメントと超音波受信専用ＣＭＵＴエレメントを分離するシステムが提案されている。
【０００５】
しかし、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメントにおいては、半導体プロセスに起因する静電容量等のばらつきが存在するため、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント毎に送信特性がばらつく。この送信特性のばらつきを考慮せずに超音波ビームの送信を行うと、所望の送信ビームが形成されず、取得された超音波画像の画質を劣化させてしまうという課題がある。なお、送信特性の例としては、同じ電圧や波形を持つパルスで駆動したときに送信される超音波の、エレメントごとの違いなどがある。
【０００６】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、ＣＭＵＴエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得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】
【０００７】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、制御手段による制御を受けて送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手
段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００８】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、複数の素子を含む静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、音響波を受信する受信手段と、を有し、前記受信手段が受信した音響波に基づき被検体情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＣＭＵＴエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。
【図１Ｂ】従来例の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。
【図２Ａ】第１の実施形態に係る、被検体情報取得装置の一部の構成を示す図。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係る、波形出力制御部の構成を示す図。
【図２Ｃ】第１の実施形態に係る、受信ビーム成形装置の構成を示す図。
【図３】第１〜第２の実施形態に係る、被検体情報取得装置の動作フローを示す図。
【図４】第２の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。
【図５】ＣＭＵＴエレメントの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１２】
本発明が適用される対象には、被検体に超音波等の音響波を送信し、被検体内部で反射し伝播した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音
波エコー技術を利用した装置が含まれる。
かかる装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。このような装置は被検体情報取得装置と呼ぶことができる。被検体情報取得装置により生成した被検体内部の画像は生体の診断に用いることが可能であるので、このような装置を超音波診断装置とも呼ぶことができる。
【００１３】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置は、ＣＭＵＴエレメント（素子）を配置した探触子によって、被検体内に音響波を送信し、反射して伝播した音響波を受信する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
（本実施形態の装置構成）
図１Ａは、本発明の実施形態に係る被検体情報取得装置１の構成を示す図である。
この被検体情報取得装置１は、探触子２、ＡＤ変換部３、受信ビーム成形装置４、信号処理部５、画像処理部６、画像表示部７、データメモリ制御回路８、重み付け係数供給回路９、制御用ＣＰＵ１０、超音波送信部１１から構成される。
【００１５】
超音波送信部１１は、制御用ＣＰＵ１０等の制御に従って被検体の測定領域に超音波を送信する。被検体に送信された超音波の反射波である超音波信号は、探触子２によって受信される。
受信された超音波信号は、探触子２によってアナログ電気信号に変換され、さらにＡＤ変換部３によってデジタル化される。デジタル化された受信信号は、受信ビーム成型装置４によって整相加算処理され、信号処理部５にてフィルタ処理・対数圧縮・包絡線検波等の処理を受ける。信号処理部では、扱う信号の性質に応じ適切な処理を施す。さらに信号処理部の出力データは、画像処理部６に入力され、画像生成に必要な複数の処理をされた後、画像データとなる。画像表示部７は、画像処理部６によって生成された画像データに従い超音波画像を表示する。制御用ＣＰＵ１０は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータ、コントロール信号を供給する。
【００１６】
データメモリ制御回路８−１〜８−Ｎは、受信信号の遅延データを処理し、受信ビーム成形装置４中のデータメモリの受信データ書き込み、または読み出し制御をおこなう。なお、Ｎは受信ビーム成形装置４中に存在するデータメモリの数量を示す。重み付け係数供給回路９−１〜９−Ｎは、アポダイゼーション用の重み付けデータを処理し、受信ビーム成形装置４中の乗算器へ重み付け係数を供給する。なお、Ｎは、受信ビーム成形装置４中に存在する、アポダイゼーション用の乗算器の数量を示す。
【００１７】
（従来の装置構成）
図１Ｂは、従来例におけるＣＭＵＴを用いた超音波診断装置の構成を示した図である。
探触子２は、ＣＭＵＴエレメント２１、スイッチ２２、２３、２４、プリアンプ２５各々Ｋ個から構成されている。超音波送信部１１には送信波形出力用のパルサー２６がＭ個と波形出力制御部３０が存在する。ＡＤ変換部３には、Ｎ個のＡＤコンバータ２７が存在する。
【００１８】
従来例において、ＣＭＵＴを用いた超音波の送受信は次のように行われる。超音波送信の際は、探触子２中のスイッチ２３をＯＮにし、スイッチ２２、２４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が波形データを所望のタイミングでパルサー２６に入力する。波形データに従い、パルサー２６から出力された送信電圧はＣＭＵＴエレメント２１へ入力され、超音波が被検体へ送信される。
【００１９】
一方、超音波受信の際は、探触子２中のスイッチ２３をＯＦＦし、スイッチ２２、２４
をＯＮにする。ＣＭＵＴエレメント２１で受信された超音波信号はプリアンプ２５によってＩ−Ｖ変換され、ＡＤコンバータ２７へ入力される。ＡＤコンバータ２７においてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置４へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。探触子２においては、ＣＭＵＴエレメント２１の数量Ｋと、超音波送信部１１におけるパルサー２６の数量Ｍ、ＡＤ変換部３におけるＡＤコンバータ２７の数量Ｎは各々違う場合があり得る。超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ２９にて接続状態は適宜変更される。このように、従来例においては、同一のＣＭＵＴエレメント２１にて超音波の送信・受信を行うこととなる。
【００２０】
しかし、一般的に送信波形を出力する際には、ＣＭＵＴエレメント２１に数十ボルトの高電圧が印加されるため、ＣＭＵＴエレメント２１において受信感度に悪影響が出ることが懸念される。
そこで、送信専用のＣＭＵＴエレメントと受信専用のＣＭＵＴエレメントを設ける構成が提案されている。
【００２１】
（ＣＭＵＴエレメントの構成）
図５は、ＣＭＵＴの構成と駆動方法について、具体的に説明するための図である。ＣＭＵＴは静電容量型トランスデューサとも言える。
図５はＣＭＵＴエレメント（素子）の断面、および、直流電圧印加手段１０５及び電流電圧変換手段１０２の模式図である。容量型のＣＭＵＴエレメントは、基板５０６上に下部電極５０５が形成され、下部電極５０５と間隙５０４（通常数１０ｎｍ〜９００ｎｍ）を挟んで上部電極５０２が配置されている。本実施形態では、振動膜５０１上に上部電極５０２が形成され、その振動膜５０１は、基板５０６上に形成された支持部５０３により支持されている。本発明においては、このように振動膜５０１と間隙５０４を挟んで対向した２つの電極を１組として、振動する最小単位をセルと呼ぶ。また、複数のセルが並列に電気的に接続された構成をエレメントと呼ぶ。ここでは、２つのセルで１つのエレメントを形成しているが、１つのセルで１つのエレメントを形成しても良いし、複数のセルを２次元アレイ状に接続しても良い。またエレメントも任意の数を設けることができ、２次元アレイ状に配置しても良い。電気機械変換装置であるＣＭＵＴは、通常、１００〜３０００個程度のセルを１エレメント（１画素）として、２００〜４０００程度のエレメントが２次元配列しており、ＣＭＵＴ自体は１〜１０ｃｍ程度のサイズである。
【００２２】
上部電極としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉから選択される金属、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＭｏＷ、ＡｌＣｒから選択される合金のうち少なくとも１種を選んで用いることができる。また、上部電極は振動膜の上面、裏面、内部のうち少なくとも一ヶ所に設けるか、もしくは振動膜を導電体又は半導体で形成する場合は振動膜自体が上部電極を兼ねる構造にすることも可能である。また、本発明に用いられる下部電極としては、上部電極と同様の金属を用いることができる。基板がシリコン等の半導体基板を用いている場合、基板が下部電極を兼ねてもよい。
【００２３】
複数の上部電極５０２は全てが電気的に接続されており、それらは直流電圧印加手段１０５に接続されている。直流電圧印加手段１０５は、下部電極５０５との間に所望の電位差が発生するように、所定の直流電圧を上部電極５０２に一様に印加する。そして、振動膜５０１に音響波が入力されると、音響波の大きさに対応して、振動膜５０１が振動する。下部電極５０５には、振動膜５０１の振動により静電誘導が起こり、微小電流が発生する。下部電極５０５にエレメント（ここでは２つのセル）ごとに接続されている電流電圧変換手段１０２により、その電流値を電圧値に変換して取得することで、音響波の受信信号を電圧値としてエレメントごとに取り出すことができる。なお、上部電極５０２をエレメント毎に電気的に分離して電流電圧変換手段１０２を上部電極５０２に繋ぎ、下部電極５０５を全エレメント電気的に共通とし直流電圧印加手段１０５を下部電極５０５に繋い
でも、装置を構成することは可能である。また、上部電極５０２及び下部電極５０５ともにエレメント毎に電気的に分離してもよい。
なお、このＣＭＵＴエレメントは超音波の送受信いずれも可能である。送信用と受信用のエレメントを分離して設ける場合、両者を別々に設置した上で、送信用のエレメントには直流電圧印加手段を接続し、受信用のエレメントには電流電圧変換手段を接続する。
【００２４】
（本実施形態の詳細な装置構成）
図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る探触子２、超音波送信部１１、そしてＡＤ変換部３を示す図である。探触子２において、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１と超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２を設ける構成となっていることを前提としている。
探触子２は、Ｋ個のＣＭＵＴユニット３８と、選択スイッチ３９、送信特性評価用プリアンプ４０から構成されている。さらに、ＣＭＵＴユニット３８は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１、超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２、スイッチ３３、３４、４４、プリアンプ３５、そしてデカップリングキャパシタ３７から構成されている。
超音波送信部１１には送信波形出力用のパルサー２６がＭ個と波形出力制御部３０、接続切り替えスイッチ４１が存在する。ＡＤ変換部３には、Ｎ個のＡＤコンバータ２７、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３、接続切り替えスイッチ４２が存在する。
【００２５】
（超音波の送受信）
次に、本発明の第１の実施形態の動作を示す。
超音波送信の際は、ＣＭＵＴユニット３８中のスイッチ３４をＯＮにし、スイッチ３３、４４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が波形データを所望のタイミングでパルサー２６−１〜Ｍに入力する。波形データに従い、パルサー２６−１〜Ｍから出力された送信電圧は超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１へ入力され、超音波が被検体へ送信される。この送信電圧は、本発明の送信用パルスに相当する。
【００２６】
一方、超音波受信の際は、超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２で受信された超音波信号はプリアンプ３５によって電流電圧変換され、ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎへ入力される。超音波受信における超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２の出力は微小な電流であるため、微小電流の変化を電圧に変換する電流電圧変換するためのプリアンプ３５は構成要素として設けることが望ましい。ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎにおいてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置４へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。ＣＭＵＴユニット３８の数Ｋと、超音波送信部１１におけるパルサー２６の数Ｍ、ＡＤ変換部３におけるＡＤコンバータ２７の数Ｎが各々違う場合、超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ４１、４２にて接続状態が適宜変更される。
【００２７】
（送信特性ばらつきの検出）
超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１には、静電容量ばらつき等に起因する送信特性ばらつきが存在する。Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性にばらつきが生じると、超音波送信が正常に行われないため、受信される超音波信号の状態に悪影響が生じ、ひいては取得された超音波画像の画質が低下する恐れがある。
そこで、本発明の第１の実施形態においては、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを検出し、補正する。そのアプローチは以下のようになる。
【００２８】
超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを検出・補正する場合には、スイッチ３３、４４をＯＮにし、スイッチ３４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が送信特性ばらつき検出用の波形データを所望のタイミングでパルサー２６−１〜Ｍに入力する。この波形データにより出力され
るパルスは、本発明の特性取得用パルスに相当する。
【００２９】
ここで、パルサーに入力される波形データについて述べる。
図２Ｂは、本発明の第１の実施形態における波形出力制御部３０の構成を示した図である。波形出力制御部３０は、パルサー２６−１〜Ｍに供給する波形データを格納する波形メモリ５０−１〜Ｍと、波形メモリ５０−１〜Ｍへの波形データ書き込み、波形メモリ５０−１〜Ｍからの波形データ出力を制御する波形メモリ制御回路５１から構成される。超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１が送信特性ばらつきを検出し、補正する際には、制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形メモリ制御回路５１が波形メモリ５０−１〜Ｍに送信特性ばらつき用の波形データを書き込む。そして、波形メモリ制御回路５１の制御に従い、波形メモリ５０−１〜Ｍが所望のタイミングで波形データをパルサー２６−１〜Ｍに出力する。
【００３０】
送信特性ばらつき検出用の波形データは、通常の超音波送信用の波形とは異なり得る。超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１のインパルス応答を確認できるパルスが入力できることが望ましい。例えば、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１から１０ＭＨｚ程度の超音波を送信することが想定される場合、パルス幅が５０ｎｓよりも狭いパルスを入力できることが望ましい。
また、送信特性ばらつき検出用には、波形データだけでなく、パルサー２６−１〜Ｍの出力電圧も変更され得る。パルサーの出力電圧は、数Ｖ〜数十Ｖの範囲で、状況に応じて適切な電圧を設定すればよい。
【００３１】
選択スイッチ３９は、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の中から送信特性ばらつき検出用の波形データを入力されたものを選択し、送信特性評価用プリアンプ４０へ接続する。送信特性評価用プリアンプ４０の出力は送信特性評価用のＡＤコンバータ４３へ入力され、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３の出力は受信ビーム成形装置４へ入力される。
【００３２】
なお、送信特性評価用プリアンプ４０は、１個だけ配置される方が望ましい。すなわち、１個の送信特性評価用プリアンプ４０が、全ての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に対して評価を行うことが望ましい。一般的には、送信特性評価用プリアンプ４０にも特性のばらつきが生じる。よって、送信特性評価用プリアンプ４０を複数設けた場合、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性評価内容にばらつきが出てしまう恐れがある。本発明の実施形態のように、１個の送信特性評価用プリアンプ４０で全ての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を評価する手法を用いると、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性内容の信頼性が向上する。また、送信特性評価用プリアンプ４０は１個で良いので、回路規模をさほど増大させずに、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を評価できるというメリットもある。
【００３３】
図２Ｃは、本発明の第１の実施形態における受信ビーム成形装置４とその周辺回路を示す図である。ここでは、Ｎｃｈの受信ビーム成形装置４において、整相加算する構成を例とする。
この受信ビーム成型装置４は、データメモリ１４−１〜１４−Ｎ、アポダイゼーション用の乗算器１５−１〜１５−Ｎ、そして加算回路１３を有する。
受信ビーム成型装置４においては、必ずしも整相加算を行わなければならないものではない。データメモリ１４−１〜１４−Ｎに保存されたデータをそのまま上位ＣＰＵによって直接処理し、画像データを生成する構成としても良い（図示せず）。
【００３４】
ＡＤ変換部３によってデジタル化された受信信号は、まずデータメモリ１４に取り込まれる。データメモリ制御回路８は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはター
ゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータが保存されているデータメモリアドレスをデータメモリ１４に供給する。被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータは、データメモリ制御回路８が出力したデータメモリアドレスに従ってデータメモリ１４より読み出され、受信ビーム成型装置４中の乗算器１５に出力される。
【００３５】
重み付け係数供給回路９は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセルに最適な窓関数重み係数を乗算器１５に供給する。データメモリ１４から出力された受信デジタル信号は、アポダイゼーションのため、チャンネル毎に重み付け係数供給回路９が算出した窓関数重み係数を付され、加算回路１３へ出力される。こうして、最終的にＮｃｈ分の整相加算が完了する。
【００３６】
データメモリ１４−（Ｎ＋１）は、送信特性ばらつき検出用のメモリである。送信特性評価用のＡＤコンバータ４３の出力は、データメモリ１４−（Ｎ＋１）に入力される。データメモリ１４−（Ｎ＋１）に入力されるデータは、送信特性ばらつき検出用の波形データに対する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の応答を示すものである。
【００３７】
（送信特性の補正）
このような処理をＫ回繰り返し、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の全てに対して、送信特性ばらつき検出用波形への応答データを取得する。取得されたデータは、波形データ解析部によってスペクトルや強度等を解析され、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性が評価される。波形データ解析部は、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットにあたる部分である。かかる処理を行うときの制御用ＣＰＵ等は、本発明の特性取得手段に相当すると言える。制御用ＣＰＵ等は同時に、本発明の制御手段に相当する。
【００３８】
その上で、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性に応じ、すべての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性が揃うように、波形出力制御部３０が各超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に対応した送信波形データの補正を行う。すなわち、ＣＭＵＴエレメント間の送信特性の差異を減少させる。補正する項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。補正された送信波形データは、波形メモリ５０−１〜Ｍに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。
【００３９】
（発明のメリット）
本発明の実施形態のように、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の全てに対して、インパルス応答を確認できるパルス、すなわち送信特性ばらつき検出用波形を入力し、それへの応答データを取得する方式のメリットは２点挙げられる。
一つ目は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１のインパルス応答を解析することで、広い周波数帯域の特性を評価できるという点である。ＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価するために、違う周波数特性を持つ複数の波形を入力し、各々の波形に対するＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価する手法も考えられるが、本発明の実施形態よりも煩雑な手順が必要となる。
二つ目は、超音波診断装置で超音波送信に用いているパルサーを送信特性ばらつき検出用波形の入力に流用できるため、回路規模をさほど増大させることなくＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価できるということである。
【００４０】
（処理のフロー）
図３は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつき検出と補正のフロ
ーチャートである。
Ｓ０にて、送信特性ばらつき検出と補正のモードがスタートする。
Ｓ１において、制御用ＣＰＵ１０の制御にもとづき、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１が、波形メモリ５０−１〜Ｍに送信特性ばらつき検出用の波形データを入力する。加えて、必要の応じ、パルサー２６−１〜Ｍの出力電圧を変更する。
【００４１】
続いてエレメントごとの処理に移行する。
Ｓ２において、選択スイッチ３９は、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の中から、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を１つ選択し、送信特性評価用プリアンプ４０へ接続する。
Ｓ３において、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１が、波形メモリ５０−１〜Ｍのうち、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に接続されている波形メモリ５０から送信特性ばらつき検出用の波形データを出力する。波形データにより駆動されたパルサー２６は、選択された超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１へパルスを出力し、その応答信号が選択スイッチ３９、送信特性評価用プリアンプ４０を経由し、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３へ入力される。送信特性評価用のＡＤコンバータ４３は応答信号をデジタルデータ化し、送信特性ばらつき検出用のデータメモリ１４−（Ｎ＋１）へ転送する。
【００４２】
Ｓ４において、データメモリ１４−（Ｎ＋１）は制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。
Ｓ５において、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了していない場合、Ｓ２へもどって未選択の超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を選択し、Ｓ３、Ｓ４のプロセスを実行する。このようにＳ２〜Ｓ５のプロセスをＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了するまで繰り返す。Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１における全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了したら、Ｓ６に移行する。
【００４３】
Ｓ６では、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットがＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てに対応する応答信号データを解析する。例えば、Ｓ６においては応答信号の振幅を測定することで応答信号の強度に関する情報を得る。また、応答信号をＦＦＴ解析（高速フーリエ変換）することで、ＣＭＵＴエレメント３１の周波数特性を得る。
【００４４】
Ｓ７では、Ｓ６での解析結果より、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性がそろうように送信波形データの補正を行う。送信波形データの補正は、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットのいずれで行ってもよい。補正する送信波形データ項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。
例えば、Ｓ６において、応答信号の強度をユーザーの想定する強度たる所定の値と比較した結果、ずれがある場合、Ｓ７においてパルサー出力電圧を調整する。そして、応答信号の強度をユーザーの想定する値へと合わせこむ、もしくは送信波の波数を変更する、といった処理を行う。
また、Ｓ６におけるＦＦＴ解析の結果、Ｋ個のＣＭＵＴエレメント３１の周波数特性にばらつきがあった場合、Ｓ７においてＫ個のＣＭＵＴエレメント３１のうち、なるべく多くのＣＭＵＴエレメント３１に共通する周波数帯域を特定する。その上で、送信波の周波数がその周波数帯域に合うように送信波形データの波長、デューティー比を調整すること
で、ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを最小化する、といった処理を行うことも可能である。
ただし、Ｓ６、Ｓ７における応答信号の解析項目、補正手段はこの限りではない。
補正された送信波形データは、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１によって波形メモリ５０−１〜Ｍに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。
【００４５】
送信波形データの補正が終了したら、Ｓ８にて送信特性ばらつき検出と補正のモードが終了する。
送信特性ばらつき検出と補正の結果、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきが抑えられ、結果として探触子２の超音波送信も良好な状態で行うことができる。
【００４６】
なお、図３においては、Ｓ４で超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の応答信号データを１エレメント毎に制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットに転送している。しかし、必ずしもこのようなシーケンスである必要はない。データメモリ１４−（Ｎ＋１）にＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全ての応答信号データを保存しても良い。この場合、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットに対し、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全ての応答信号データをまとめて転送することとなる。
【００４７】
このように本発明の第１の実施形態によれば、煩雑な手法によらず、加えて回路規模を大きく増大させることなく超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを補正し、探触子２の超音波ビーム送信を良好な状態で行える。ひいては、取得する超音波画像の画質を向上することができる。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る探触子２、超音波送信部１１、そしてＡＤコンバータ３を示す図である。探触子２において、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１と超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２を設ける構成となっていることを前提としている。
第２の実施形態では、送信特性評価用プリアンプ４０が、選択スイッチ４５を介してＡＤコンバータ２７−Ｎに接続されている点が第１の実施形態と異なる。
第２の実施形態では、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおいて、ＡＤコンバータ２７−Ｎを用いて応答信号をデジタルデータ化し、データメモリ１４−Ｎに転送する。データメモリ１４−Ｎは制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。本発明の第２の実施形態においても、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおける一連のシーケンスは、本発明の第１の実施形態の場合と同様である。
なお、送信特性評価用プリアンプ４０は選択スイッチ４５を介してＡＤコンバータ２７−１〜Ｎのうち、必ずしもＡＤコンバータ２７−Ｎに接続せねばならないものではない。ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎのいずれか一つに接続されれば良い。
【００４９】
このように、本発明の第２の実施形態によれば、ＡＤ変換部３や受信ビーム成型装置４において、ＡＤコンバータやデータメモリを増設することなく、加えて煩雑な手法によらずに超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを補正できる。それにより、探触子２の超音波送信を良好な状態で行えるため、取得する超音波画像の画質を向上することができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態はあらゆる点で単なる
例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５１】
２：探触子，３：ＡＤ変換部，４：受信ビーム成形装置，５：信号処理部，６：画像処理部，１０：制御用ＣＰＵ，１１：超音波送信部
【図１Ａ】
2013165882.tif 000003
【図１Ｂ】
2013165882.tif 000004
【図２Ａ】
2013165882.tif 000005
【図２Ｂ】
2013165882.tif 000006
【図２Ｃ】
2013165882.tif 000007
【図３】
2013165882.tif 000008
【図４】
2013165882.tif 000009
【図５】
2013165882.tif 000010