(57)【要約】【課題】超音波ビームの方位分解能を改善して、ボケの少ない鮮明なＢモード画像を得られるプローブを提供する。【解決手段】プローブ３は、生体に対して超音波ビームを送信し、かつ生体から受信した超音波を電気信号に変換するトランスデューサ３２を備えている。本発明では、トランスデューサ３２として、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサを用いており、超音波画像表示装置は、当該プローブ３を用いて生成したエコー信号に基づいてＢモード画像を生成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に対して超音波ビームを送信し、かつ生体から受信した超音波を電気信号に変換するトランスデューサを備えたプローブであって、
前記トランスデューサとして、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサを用いることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記リング状のトランスデューサの内径は、外径Ｌの略１／２以上である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記トランスデューサは、薄板状の圧電振動子の両面に電極が形成されたものであり、当該トランスデューサに方形波１波の駆動信号を印加してパルス状の超音波ビームを発生させる、請求項１または２に記載のプローブ。
【請求項４】
生体に対して超音波ビームを送信し、かつ生体から受信したエコー波を電気信号に変換してエコー信号のデータを生成するトランスデューサを備えたプローブと、
前記プローブから送信される超音波ビームの位置を変える走査部と、
前記走査部により走査され、複数の位置において生成された前記エコー信号のデータを、位置の情報と共に記憶する記憶部と、
前記エコー信号のデータに基づいてＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成部と、
前記Ｂモード画像データ生成部で生成されたＢモード画像データを表示する表示部と、を備え、
前記トランスデューサとして、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサを用いることを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項５】
前記リング状のトランスデューサの内径は、外径Ｌの略１／２以上である、請求項４に記載の超音波画像表示装置。
【請求項６】
前記走査部は、前記プローブを機械的に移動させることによって前記超音波ビームの送信位置を変える、請求項４または５に記載の超音波画像表示装置。
【請求項７】
信号処理部を更に備え、前記エコー信号は、当該信号処理部において、エコー波の距離に応じて減衰の補正が行われた後、前記Ｂモード画像データの生成に用いられる、請求項４ないし６のいずれかに記載の超音波画像表示装置。
【請求項８】
骨情報算出部を更に備え、当該骨情報算出部は、前記エコー信号のデータのうち生体内の骨の中心付近を通る超音波ビームのエコー信号のデータに基づいて前記骨の外径と厚みを算出する、請求項４ないし７のいずれかに記載の超音波画像表示装置。
【請求項９】
請求項４に記載のプローブに代え、円板状の圧電振動子を同心円状に分割した複数のリング状のトランスデューサでプローブを構成し、
前記それぞれのトランスデューサに位相の異なる方形波１波の駆動信号を印加することで、各トランスデューサから発信される超音波を収束させ、
かつ前記各トランスデューサで受信したエコー波の信号を遅延させることでエコー信号の位相を合わせることを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項１０】
複数の圧電振動子を平面上にマトリクス状に配置し、当該複数の圧電振動子を、擬似の複数のリング状のトランスデューサを構成するようにグループ分けし、
請求項９に記載の複数のリング状のトランスデューサに代え、当該グループ分けされた擬似の複数のリング状のトランスデューサを用いて超音波の送受信を行うことを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１または２に記載のプローブを２個用い、当該２個のプローブのうち一方のプローブから超音波ビームを送信し、生体内を通過した超音波を他方のプローブで受信して電気信号に変換することを特徴とする透過波信号の計測装置。
【請求項１２】
前記トランスデューサは、薄板状の圧電振動子の両面に電極が形成されたものであり、当該トランスデューサに正弦波１波の駆動信号を印加して超音波ビームを発生させる、請求項１１に記載の透過波信号の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送受信を行うプローブおよび当該プローブを用いて生体内の組織の画像を表示する超音波画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生体内の骨の状態を見るのにＸ線ＣＴが使用されているが、設備が高価であり、また被曝の問題がある。またＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）も使用されているが、極めて高価で、かなりの設置場所をとり、簡便さに欠ける。
【０００３】
これに対し、超音波は生体への影響がなく、操作が簡単で比較的安価であることから、生体内の軟部組織の画像診断に広く用いられている。
【０００４】
発明者等は、先に、超音波により生体内の骨密度を診断する装置を提案した（非特許文献１）。この装置は、超音波の送受信を行なうトランスデューサを内蔵した一対のプローブを、生体を挟んで対向する位置に配置し、その状態で超音波の送受信を行い、骨面や骨内部で反射したエコー波形の信号を解析することにより、骨密度の診断に必要な情報を得るものである。
【０００５】
上述した装置では、超音波の照射位置を機械的または電子的に移動させて、生体の断面を表示したＢモードの画像を生成し、その画像を見ながら骨の位置を確認すると共に、骨に照射された超音波のエコー波形を解析することによって骨の外径や厚みに関する情報を取得している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】：Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013)07HF05
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、超音波の送受信を行うプローブにおいては、トランスデューサとして、放射面が湾曲した円形の圧電振動子を用いていた。そして圧電振動子の両面に形成された電極間にパルス状の駆動信号を印加することによって超音波を発生させ、生体組織から反射したエコー波を圧電振動子で受信し、エコー波に対応した強さの電気信号を発生させ、その電気信号に基づいてＢモードの画像を得ていた。
【０００８】
しかし、上述した従来のプローブでは、音軸上において、焦点より近い領域と遠い領域では、送波および受波の感度が低くなり、またビーム幅も太くなるため、十分な方位分解能が得られない（すなわち焦点深度が浅い）。結果として、エコー波によって生成されたＢモード画像の輝度が低く、かつボケやすいという問題があった。
【０００９】
一方、焦点深度を深くするために、ダイナミック収束、すなわち受波の焦点を近いところから遠いところに変えながらエコー波を受信することも考えられるが、焦点を切り替えるために時間がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の状況に鑑みてなされたもので、超音波ビームの方位分解能を改善して、ボケの少ない鮮明なＢモード画像を得られるプローブ、およびそれを用いた超音波画像表示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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にかかるプローブは、生体に対して超音波ビームを送信し、かつ生体から受信した超音波を電気信号に変換するトランスデューサを備えたプローブであって、
前記トランスデューサとして、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサを用いることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記リング状のトランスデューサの内径は、外径Ｌの略１／２以上であることが好ましい。また前記トランスデューサは、薄板状の圧電振動子の両面に電極が形成されたものであり、当該トランスデューサに方形波１波の駆動信号を印加してパルス状の超音波ビームを発生させることが好ましい。
【００１３】
また本発明にかかる超音波画像表示装置は、
生体に対して超音波ビームを送信し、かつ生体から受信したエコー波を電気信号に変換してエコー信号のデータを生成するトランスデューサを備えたプローブと、
前記プローブから送信される超音波ビームの位置を変える走査部と、
前記走査部により走査され、複数の位置において生成された前記エコー信号のデータを、位置の情報と共に記憶する記憶部と、
前記エコー信号のデータに基づいて第１のＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成部と、
前記Ｂモード画像データ生成部で生成された第１のＢモード画像データを表示する表示部と、を備え、
前記トランスデューサとして、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサを用いることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記走査部は、前記プローブを機械的に移動させることによって前記超音波ビームの送信位置を変えることが好ましい。
【００１５】
また信号処理部を更に備え、前記エコー信号は、当該信号処理部において、エコー波の距離に応じて減衰の補正が行われた後、前記第１のＢモード画像データの生成に用いられることが好ましい。
【００１６】
なお、骨情報算出部を更に備え、当該骨情報算出部は、前記エコー信号のデータのうち生体内の骨の中心付近を通る超音波ビームのエコー信号のデータに基づいて前記骨の外径と厚みを算出しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるプローブを用いれば、超音波ビームの方位分解能が改善され、更には焦点を切り替えることなく、ボケの少ない鮮明なエコー波のＢモード画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる超音波画像表示装置のうち生体に対して超音波を送受信する部分の基本的な構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるプローブの外観を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる超音波画像表示装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１のプローブを用いて超音波ビームを送信した際の音圧の実測値をグレースケールで表示した図である。
【図５】従来のプローブを用いて超音波ビームを送信した際の音圧の実測値をグレースケールで表示した図である。
【図６】実施の形態１のプローブを用いて生成された円柱のＢモード画像を示す図である。
【図７】従来のプローブを用いて生成された円柱のＢモード画像を示す図である。
【図８】実施の形態１の超音波画像表示装置を用いて生成された前腕部のＢモード画像を示す図である。
【図９】従来の超音波画像表示装置を用いて生成された前腕部のＢモード画像を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において使用するプローブの外観を示す図である。
【図１１】実施の形態２のプローブを用いて超音波ビームを送信した際の音圧のシミュレーション結果をグレースケールで表示した図（その１）である。
【図１２】実施の形態２のプローブを用いて超音波ビームを送信した際の音圧のシミュレーション結果をグレースケールで表示した図（その２）である。
【図１３】実施の形態２のプローブを用いて超音波ビームを送信した際の音圧のシミュレーション結果をグレースケールで表示した図（その３）である。
【図１４】プローブを２個用いて透過波による信号を計測する実施の形態３にかかる装置の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態３において得た透過波のグラフ（その１）である。
【図１６】実施の形態３において得た透過波のグラフ（その２）である。
【図１７】実施の形態３において得た透過波のグラフ（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態にかかるプローブおよび超音波画像表示装置について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
＜超音波画像表示装置の構成＞
図１に、本発明の実施の形態１にかかる超音波画像表示装置１のうち生体に対して超音波を送受信する部分の基本的な構成を示す。
【００２１】
本実施の形態では、水平の台（図示せず）の上に固定された人の前腕部１００に対し、左右に配置された一対のプローブ３ａおよび３ｂから、水が充填されたウォーターバッグ２ａおよび２ｂを介して、生体に向けてパルス状の超音波ビームＵＢを放射している。そして、生体内で反射したエコー波を、再度、プローブ３ａおよび３ｂで受信して電気信号に変換して、エコー波の信号を得ている。
【００２２】
プローブ３ａおよび３ｂ（以降、総称して「プローブ３」とも云う）は水平線上の対向する位置に設置されており、プローブ３ａから右向きに超音波ビームＵＢが送信され、プローブ３ｂから左向きに超音波ビームＵＢが送信される。
【００２３】
また図１では省略しているが、プローブ３ａおよび３ｂを、移動手段を用いて上下方向（図中破線の矢印で示す）に機械的に走査し、一定の間隔（例えば０．２５ｍｍ）ずらしながら、超音波ビームの送信とエコー波の受信を繰り返す。このようにして得られたエコー波の信号に基づいて、前腕部手首付近の断面のＢモード画像を生成し、液晶ディスプレイ等の画面に表示する。
【００２４】
そして、Ｂモード画像に基づいて生体内の骨の位置を確認し、超音波ビームが骨の中心付近に放射された一対のエコー波の信号を取り出し、その波形を解析することによって骨密度の診断に必要な骨の外径や厚みを算出している。
【００２５】
人の前腕部１００について簡単に説明すると、前腕部１００は、皮膚、筋肉等の軟組織１３０がとう骨１１０と尺骨１２０で支持されている。骨密度の診断に必要な情報を取得する際には、検査のやり易さから、とう骨１１０に超音波を照射する場合が多い。図示するように、とう骨１１０は、軟組織を含む海綿骨１１２を中心にして皮質骨１１１がそれを取り巻くように配置されている。
【００２６】
＜プローブの構造と駆動方法＞
図２に本実施の形態にかかるプローブ３の外観を示す。プローブ３は、生体内に超音波ビームを送信し、また生体から超音波エコーを受信して電気信号に変換するもので、円筒状のプローブ本体３１の前部に、前面が湾曲した円柱状のダンパー３３を配置し、その表面に、湾曲した円形の圧電振動子から切り出されたリング状のトランスデューサ３２を取り付けたものである。
【００２７】
本実施の形態では、トランスデューサ３２として、ＰＶＤＦ（polyvinylidene difluoride）製の薄板状の圧電振動子の両面に電極を形成したものを、直径約２０ｍｍのダンパー３３の表面に貼り付けている。トランスデューサ３２の外径は２０ｍｍ、内径は１４．４ｍｍである。またトランスデューサ３２の焦点距離は約４０ｍｍ、トランスデューサ３２から送信される超音波の中心周波数は約１０ＭＨｚである。
【００２８】
ダンパー３３は、後方への超音波の伝播を抑制するものであり、パルス幅を短くするのに寄与している。また図示しないが、トランスデューサ３２の表面は防水のためポリイミド膜で覆われている。
【００２９】
上述したトランスデューサ３２の電極に、パルス状の駆動信号を送って電圧を印加すると圧電振動子が伸縮し、この伸縮によってパルス状の超音波が発生して超音波ビームＵＢが形成される。また圧電振動子は、生体組織から反射したエコー波を受信することによって伸縮し、エコー波に対応した強さの電気信号を発生させる。
【００３０】
＜超音波画像表示装置の信号処理系の構成＞
次に、図３に基づいて、本実施の形態にかかる超音波画像表示装置１の信号処理系の構成を説明する。超音波画像表示装置１は、前述したプローブ３ａ、３ｂ以外に、制御部１１、操作部１２、駆動信号発生部１３、プローブ走査部１４、モータ１５、エンコーダ１６、信号処理部１７、第１記憶部１８、Ｂモード画像データ生成部１９、第２記憶部２０、画像処理部２１、表示部２２、骨情報算出部２３および第３記憶部２４で構成されている。これらのうちプローブ３ａ、３ｂの構造および駆動方法については、後に図面を参照して詳述する。
【００３１】
構成部材のうち、制御部１１、Ｂモード画像データ生成部１９、画像処理部２１および骨情報算出部２３のそれぞれの機能は、図示しないマイクロプロセッサにより実現される。マイクロプロセッサは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性メモリで構成され、不揮発性メモリに格納されたソフトウェア（プログラム）を読み出してＣＰＵで実行することにより、上記各部材の機能を実現する。
【００３２】
また第１記憶部１８、第２記憶部２０および第３記憶部２４の機能は、ハードディスクドライブやメモリカード等の外部記憶装置によって実現される。
【００３３】
なお、図では、１台のモータ１５を用いて、超音波プローブ３ａおよび３ｂを垂直方向に走査、すなわち一定間隔で移動させているが、超音波プローブ３ａおよび３ｂを、それぞれ専用のモータを用いて移動させるようにしてもよい。
【００３４】
制御部１１は、操作部１２から入力されたデータに従って、超音波画像表示装置１の各部の動作を制御する。なお、制御部１１と各構成部材の間は制御用の配線で結ばれているが、図では、煩雑さを避けるために省略している。
【００３５】
操作部１２は、操作者が、Ｂモード画像の生成に必要なデータ（例えば、プローブ３の１回の移動距離）や画像生成の指示等を入力するのに用いられ、キーボードやスイッチで構成されている。
【００３６】
駆動信号発生部１３は、プローブ３の駆動信号を発生させるもので、本実施の形態では、電圧５０Ｖ、幅０．２５μｓの方形波１波を発生させ、トランスデューサの電極間に印加している。
【００３７】
プローブ走査部１４は、超音波ビームＵＢの送信位置を走査するもので、プローブ３ａおよび３ｂを一定間隔で垂直方向に移動させる。図示しないが、プローブ３ａおよび３ｂは、それぞれボールネジに取り付けられたフレームに支持されており、モータ１５を回転すると、フレームおよびこれに支持されたプローブ３ａおよび３ｂが垂直方向に移動する。
【００３８】
プローブ３ａおよび３ｂの移動距離は、モータ１５の回転軸に取り付けられたエンコーダ１６によってモータ１５の回転数を数えることにより制御される。プローブ走査部１４は、エンコーダ１６からの信号に基づいてプローブ３ａおよび３ｂの移動量を制御し、プローブ３ａおよび３ｂからの超音波ビームＵＢの送信とエコー波の受信を終える毎に、プローブ３ａおよび３ｂを一定距離（本実施の形態では０．２５ｍｍ）垂直方向に移動させる。
【００３９】
プローブ３ａおよび３ｂで発生したエコー波の受信信号は信号処理部１７に入力される。図示しないが、信号処理部１７は、ノイズ除去フィルター、信号増幅器およびＡ/Ｄ変換器で構成されており、ノイズ除去フィルターおよび信号増幅器で不要なノイズの除去と信号の増幅がなされた後、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換されてエコー信号となる。
【００４０】
なお、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数としては、少なくともエコー波に含まれる周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、エコー波の周波数の１６倍程度の周波数が好ましい。
【００４１】
第１記憶部１８は、信号処理部１７によってデジタル信号に変換されたエコー信号を、プローブ３の駆動毎に、エンコーダ１６から出力されたモータ１５の回転数、すなわちプローブ３の垂直方向の位置情報と共に記憶する。
【００４２】
第１記憶部１８へのエコー信号のデータの記憶は、図１においてプローブ３が上端から移動を開始し、下端において移動を終了するまで続けられ、最終的にＢモードの１画面分のデータが第１記憶部１８に記憶される。
【００４３】
Ｂモード画像データ生成部１９は、第１記憶部１８に記憶された１画面分のエコー信号のデータを読み出し、それぞれのエコー信号に対してＳＴＣ（sensitivity time control）機能を用いて距離による減衰の補正を行った後、包絡線検波処理を施して、Ｂモード画像データを生成する。生成されたＢモード画像データは、第２記憶部２０に記憶される。
【００４４】
画像処理部２１は、第２記憶部２０に記憶されたＢモード画像データに各種の画像処理（例えば、画像に寸法確認用のスケールをスーパーインポーズする）を施す。画像処理が施されたＢモード画像データは、ＬＣＤディスプレイ等で構成された表示部２２に転送された後、表示部２２の画面に表示される。
【００４５】
図４に、本実施の形態にかかるプローブ３を用いて超音波ビームを送信したときの音圧を、ニードル型ハイドロフォンを用いて計測した値をグレースケールで表示した画像を示す。
【００４６】
音圧の計測に際しては、プローブ３を水槽中に沈めて水平方向に超音波ビームを放射し、ニードル型ハイドロフォンを、音軸を含む鉛直面内で二次元に移動させながら行った。
【００４７】
図４（ａ）は、音圧の実測値をグレースケールで表示したものであり、音圧が高い程、白色の輝度が強くなる。図中、横軸はプローブの超音波放射面からの距離、縦軸は音軸からの距離を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す画像において、超音波放射面からの距離ごとに、最大音圧（概ね音軸上が音圧最大）に対して１／２以上となるエリアを白色で表示したものである。図４（ｂ）の画像は図４（ａ）の画像に比べて超音波ビームの広がりが把握し易い。
【００４８】
図５（ａ）（ｂ）は、比較のため、従来のプローブ、すなわち湾曲した円形の圧電振動子（直径２０ｍｍ）を用いて超音波ビームを送信したときの音圧をグレースケールで表示した画像と、超音波放射面からの距離ごとに、最大音圧に対して１／２以上となるエリアを白色で表示した画像である。図５（ａ）に示す音圧のピーク値は、トランスデューサ３２の面積が大きいことから、図４（ａ）に示す音圧のピーク値の１．２倍となっている。
【００４９】
図４と図５の画像を比較して分かるように、本実施の形態にかかるプローブ（図２参照）を用いた場合、焦点より近い位置でも遠い位置でも、音軸上で高い音圧を維持し、また従来のプローブを用いた場合に比べて細いビーム幅を維持している。
【００５０】
図６（ａ）は、本実施の形態にかかるプローブ３を水槽内に沈め、超音波放射面から水平方向にｌだけ離れた位置に直径１．５ｍｍの鉄製の円柱の断面を超音波放射面に向けて設置した状態において、プローブ３を上下方向に移動させた時に得られるＢモード画像である。図６（ａ）では、プローブ３を０．２ｍｍピッチで上下方向に移動させながら１２ｍｍ幅のＢモードエコー画像を得た。
【００５１】
図６（ａ）において上下方向に配置された５枚のＢモード画像は、プローブの超音波放射面と円柱との間の距離lを３２ｍｍ〜５２ｍｍの範囲で変えたときの画像である。また図６（ｂ）は、それぞれの画像において、エコー波の振幅値を示したグラフである。
【００５２】
一方、図７（ａ）（ｂ）は、円形のトランスデューサを用いた従来のプローブについて、上下方向に走査しながら超音波ビームを送受信したときのＢモード画像と振幅値を示すグラフである。
【００５３】
図６と図７を比較してわかるように、リング状のトランスデューサを用いて超音波ビームを送受信した場合、特に遠距離（l＝５２ｍｍ）においてエコー波の振幅が改善され、１／１０帯域幅も狭く、方位分解能が向上している。これに伴い、遠距離において金属柱の断面が認識しやすい。
【００５４】
図８に、図１に示す構成において、本実施の形態にかかるプローブを用いたときの前腕部のＢモード画像を示す。図８（ａ）は、左側に設置されたプローブ３ａによるエコー信号の画像、図８（ｂ）は、右側に設置されたプローブ３ｂによるエコー信号の画像である。
【００５５】
図１に示したように、プローブ３ａと３ｂは同じ水平線上に位置し、かつ超音波ビームの放射方向も水平方向に一致するため、図８（ａ）（ｂ）により前腕部全体の断層画像が得られる。なお、図８（ａ）（ｂ）の横軸は、それぞれプローブの超音波放射面からの距離を示している。
【００５６】
比較のため、図９に、円形の圧電振動子を用いた従来のプローブについて、図８と同様の条件で作成したＢモード画像を示す。
【００５７】
図８に示す本実施の形態のプローブを用いたＢモード画像は、図９の従来のプローブを用いたＢモード画像に比較して上下方向の分解能（すなわち方位分解能）が改善されている。特に骨面や骨面より深い領域において、図９の画像では上下方向にボケているのに対し、図８の画像ではボケが改善されていることが分かる。
【００５８】
なお、図８および図９において、画像の左右の表面に表れた２本の線は、ウォーターバックの樹脂膜の内側と外側で超音波が反射したことにより生じた画像であり、前腕部の画像とは関係がない。
【００５９】
図３の説明に戻り、骨情報算出部２３および第３記憶部２４の機能について説明する。図８の画像から骨の中心付近を通るエコー信号の位置が分かるため、操作者は、操作部１２を操作して、骨情報の算出に用いるエコー信号のデータ抽出を制御部１１に指示する。
【００６０】
制御部１１は、操作部１２に入力されたデータに基づいて、第１記憶部１８に記憶された第１のエコー信号から骨の中心付近を通るエコー信号のデータを読み出し、そのデータを骨情報算出部２３に転送する。骨情報算出部２３は、転送されたエコー信号のデータから、とう骨の表面および皮質骨と海綿骨との境界からのエコー波の位置を特定する。
【００６１】
とう骨１１０の外径については、予め、プローブ３ａおよび３ｂの水平方向の位置情報が与えられているため、とう骨１１０の骨面からのエコー波の位置情報および超音波の速度情報を用いて算出できる。またとう骨１１０の皮質骨１１１の厚みについても、とう骨１１０の骨面および皮質骨１１１と海綿骨１１２との境界からのエコー波の位置情報および超音波の速度情報を用いて算出できる。
【００６２】
算出されたとう骨１１０の外径と厚みを示すデータは、第３記憶部２４に記憶され、骨密度を診断する際に基礎データとして用いられる。
【００６３】
上述したように、本実施の形態にかかるプローブを用いれば、超音波ビームの方位分解能が改善され、ボケの少ない鮮明なＢモード画像が得られるため、超音波のエコー波形を解析することによって骨の外径や厚みに関する情報を取得する際の精度が向上する。
【００６４】
（実施の形態２）
実施の形態１では、一つのリング状のトランスデューサ３２を用いて超音波ビームを送受信する場合について説明したが、円形の圧電振動子を同心円状に分割し、それらを単独、もしくは複数用いて超音波ビームを送受信することもできる。本実施の形態では、このような場合について説明する。
【００６５】
図１０に、前面が湾曲したダンパー３３の表面に円形のＰＶＤＦの薄板を貼り付け、それを同心円状に分割したプローブ３Ａの外観を示す。本実施の形態では、直径２０ｍｍの円形の圧電振動子を、外径に対して２の１／２乗で割った値となる位置で切断して４分割した。
【００６６】
具体的には、外側からリング状のトランスデューサ３２の外径は２０ｍｍ、リング状のトランスデューサ３４の外径は１４．１ｍｍ、リング状のトランスデューサ３５の外径は１０ｍｍおよび円形のトランスデューサ３６の外径は７．１ｍｍであり、それぞれのトランスデューサ間の隙間を０．１５ｍｍに設定した。
【００６７】
図１１（ａ）、図１２（ａ）および図１３（ａ）に、このようにして作製したプローブ３Ａのうち、最外周のリング状のトランスデューサ３２を用いて超音波を送信した場合、トランスデューサ３２および３４を用いて超音波を送信した場合、ならびに全てのトランスデューサ３２、３４、３５、３６を用いて超音波を送信した場合の、それぞれの音圧の分布を算出したシミュレーション画像を示す。
【００６８】
シミュレーションに際しては、トランスデューサを微小点に分割し、微小点から被測定点へ音波が伝搬したと仮定し、それぞれの波形を加算することで音圧を算出した。
【００６９】
なお、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）は、図４（ｂ）に示す画像を作成した場合と同じ条件で作成した、超音波放射面からの距離ごとに、最大音圧の１／２以上の画像を白で表した画像である。図１１（ｂ）および図１２（ｂ）において、音軸の上下に斜めに表示された線は、サイドローブによって生じた画像である。
【００７０】
図１１〜図１３の画像から分かるように、全ての振動子を駆動する従来のプローブに近い駆動方法を採用した場合に比較し、リング状のトランスデューサを１つもしくは２つ駆動する場合、方位分解能が明らかに改善されている。
【００７１】
結果として、振動子の内径が外径Ｌの略１／２以上のリング状のトランスデューサを用いれば、Ｂモード画像の方位分解能が改善され、ボケの少ない鮮明な画像が得られることが分かる。
【００７２】
なお、リング状のトランスデューサの幅をどこまで狭くすかについては、受信したエコー信号の強度によって変わるため、必要とする信号の強さに応じてリングの幅を決定することになる。
【００７３】
また、本実施の形態では、湾曲した複数のリング状のトランスデューサを用いて超音波の送受信を行ったが、これに代えて、湾曲のない円板状の圧電振動子を同心円状に分割して複数のリング状のトランスデューサでプローブを構成してもよい。
【００７４】
この場合、それぞれのトランスデューサに位相の異なる方形波１波の駆動信号を印加することで、各トランスデューサから発信される超音波を収束させ、かつ各トランスデューサで受信したエコー波の信号を遅延させることでエコー信号の位相を合わせる。
【００７５】
更に、複数の圧電振動子をマトリクス上に配置し、当該複数の圧電振動子を、擬似のリング状のトランスデューサを構成するようにグループ分けし、上述のリング状のトランスデューサの代わりに、当該擬似のリング状のトランスデューサを用いて超音波の送受信を行うようにしてもよい。
【００７６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１０に示したプローブ３Ａを２個用い、一方のプローブから送信された超音波を他方のプローブで受信して、生体内を透過した信号を計測する装置について説明する。
【００７７】
図１４に、透過波による信号を計測するために本実施の形態で採用した構成を示す。図１０に示した一対のプローブ３Ａ（３Ａ１、３Ａ２）を、一定の間隔（８０ｍｍ）を隔てて水槽中に沈め、それぞれの超音波放射面を対向させた状態で水平方向に配置した。更に、プローブ３Ａ１の超音波放射面からｌだけ離れた位置に、被検物として１ｍｍφの金属線４を鉛直方向に３本、３ｍｍ間隔で配置した。
【００７８】
上述した状態において、プローブ３Ａ１および３Ａ２を、破線の矢印で示すように、それぞれ上下方向に０．２５ｍｍピッチで移動させながらプローブ３Ａ１に１ＭＨｚ、１００Ｖ（peak to peak）の正弦波１波を印加して超音波ビームを放射し、水中を伝搬した超音波をプローブ３Ａ２で受信して透過波信号を計測した。
【００７９】
図１５〜図１７に、このようにして得られた透過波のグラフを示す。図１５は、図１０に示したプローブ３Ａにおいて、最外周のリング状のトランスデューサ３２を用いて超音波を送受信した場合、図１６は、トランスデューサ３２および３４を用いて超音波を送受信した場合、図１７は全てのトランスデューサ３２、３４、３５、３６を用いて超音波を送受信した場合のグラフである。
【００８０】
各図において、（ａ）〜（ｅ）は、送信側プローブ３Ａ１から金属線４までの距離ｌを３０ｍｍから５０ｍｍまで変えたときのグラフを示している。図において、横軸は音軸からの垂直方向の距離を示し、縦軸は透過波の振幅値（peak to peak）を示す。振幅値は、それぞれの最大値（すなわち水のみの部分を通過したときの値）を０ｄＢとした。従って、金属線４により減衰した部分はマイナスの値となる。
【００８１】
各図において、横軸の−３ｍｍ、０ｍｍおよび＋３ｍｍの位置にディップが形成されているが、これは、金属線４によって透過波が減衰したためである。一般的に、ピークとディップの差（振幅差）が大きい程、被検物の細かな変化を捉えることが可能であり、方位分解能が高くなる。
【００８２】
図１５と図１７のグラフを比較すると、焦点付近（ｌ＝４０ｍｍ）の振幅差は、２．３ｄＢ対２．１ｄＢとほぼ同じであるが、距離ｌ＝３０ｍｍでは３．４ｄＢ対１．９ｄＢ、距離ｌ＝５０ｍｍにおいても３．４ｄＢ対１．９ｄＢと、焦点から離れた位置では、リング状のトランスデューサ３２を用いた図１５の方が振幅差が大きくなり、方位分解能が改善されていることが分かる。
【００８３】
一方、リング状のトランスデューサ３２および３４を用いて超音波を送受信した場合、図１６に示すように、図１５と図１７に示した値の中間の値を示している。
【００８４】
図１５〜図１７のグラフから分かるように、全ての振動子を駆動する従来のプローブに近い駆動方法を採用して透過波信号を計測した場合（図１７）に比較し、リング状のトランスデューサを１つもしくは２つ駆動する場合（図１５、図１６）、方位分解能が改善されている。
【００８５】
なお、本実施の形態では、被検物として鉛直方向に配置された３本の金属線を用いたが、被検物として生体を用い、生体内を通過した透過波信号を計測しても、同様の効果が得られることは云うまでもない。
【００８６】
発明者等は、先に、透過波信号のデータを用いて骨強度の測定を行うことを提案したが（特開２００６−１４９７９号公報参照）、本実施の形態にかかる透過波信号の計測装置を用いることにより、骨強度測定の際の精度を高めることができる。
【００８７】
更に、このようにして得られたデータから透過波の減衰や音速を解析し、その結果を、実施の形態１や２で得たエコー波の信号データと組み合わせることにより、骨密度の診断に必要な情報、例えば骨の密度や弾性的性質に関する情報を算出することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  超音波画像表示装置
２ａ、２ｂ  ウォーターバッグ
３、３ａ、３ｂ、３Ａ  プローブ
４  金属線
１１  制御部
１２  操作部
１３  駆動信号発生部
１４  プローブ走査部
１５  モータ
１６  エンコーダ
１７  信号処理部
１８  第１記憶部
１９  Ｂモード画像データ生成部
２０  第２記憶部
２１  画像処理部
２２  表示部
２３  骨情報算出部
２４  第３記憶部
１００  前腕部
１１０  とう骨
１２０  尺骨
１３０  軟組織
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１０】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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