(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送受波する複数の振動子素子を２次元配列してなる超音波探触子と、送受波に用いる前記振動子素子を選択する振動子素子選択手段と、選択された前記振動子素子により受信された受波信号に遅延時間を与え信号処理する信号処理部と、前記信号処理部の出力信号に基づいて画像を生成する画像処理部と、前記画像を表示させる画像表示部とを備えた超音波診断装置において、
前記画像処理部は、フレネルリングによる口径から超音波を送受波し前記超音波探触子面の法線方向に対して一致する方向の超音波ビームで生成される第１の超音波像と、短冊状の口径から超音波を送受波し前記超音波探触子の法線方向に対して斜め方向の超音波ビームで生成される第２の超音波像とを記憶する記憶手段と、
前記第１の超音波像と前記第２の超音波像とからコンパウンドスキャン法により超音波断層像又は／及び三次元像を生成する画像演算手段と
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波を送受波する複数の振動子素子を面状に２次元配列してなる２次元配列探触子を用いた３次元走査に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置の性能向上及び超音波診断技術の進展に伴い、様々な診断領域に超音波診断装置が使用されることとなり、超音波を用いた診断に対しても３次元的な画像表示が要望されていた。通常、３次元的な画像表示を可能とするためには、被検体に対し所定間隔毎に複数枚の断層像を収集し、この得られた複数枚の断層像から抽出された撮像対象（観察対象）となる臓器等の輪郭をつなぎ合わせる等の方法によって３次元画像を再構成する必要があった。次に、この３次元像に基づいて周知の陰影法等によって、画像を三次元的に見せるための処理を行い、得られた二次元像（以下、三次元的二次元像あるいは三次元的超音波像と記す）を表示装置に表示させる構成となっていた。
【０００３】
しかしながら、３次元像の生成には断面の正確な位置情報が必要となるので、１次元配列の探触子を用いた従来の超音波診断装置では、３次元的な画像表示を行うことが困難であった。この問題を解決する方法として、近年、振動子素子を平面状に２次元配列した２次元探触子を用いた超音波診断装置が提案されている。
【０００４】
この２次元探触子を用いた超音波診断装置としては、２次元配列探触子で１つのみの口径を有し、超音波ビームを任意方向にセクタ走査する超音波診断装置が知られている。この超音波診断装置では、例えば６４個×６４個の振動子素子を２次元配列してなる探触子の場合、振動子素子数は４０９６個となり、各々の振動子素子を独自に遅延制御することによって、超音波走査する構成となっていた。
【０００５】
一方、４０９６個の振動子素子からの信号を各々制御するためには、振動子素子数と同数の４０９６チャンネル（ｃｈ）の整相回路が必要となるので、装置本体が非常に大きなものとなってしまい、実現が非常に困難であった。このために、例えば、送波２５６個、受波２５６個のように、４０９６個の振動子素子から１度の超音波の送受波に使用する振動子素子を間引き選択することによって、整相回路のチャンネル数を低減した超音波診断装置が提案されている。しかしながら、超音波の送受波に使用する振動子素子を単純に間引いた場合、Ｓ／Ｎが低下してしまうので、できる限り多くの整相チャンネル数としていた。
【０００６】
また、１次元配列の探触子で多用されるリニア走査やコンベックス走査を２次元配列の探触子の走査に応用した超音波診断装置もあった。しかしながら、この超音波診断装置では、セクタ走査の超音波診断装置に比較してさらに多くの振動子素子が配列される２次元配列探触子を使用することとなっていた。
【０００７】
このために、従来の超音波診断装置では、同心円状の多重リングを形成して口径とし、この多重リングを維持した状態で口径を２次元配列面内で移動させることによって、２次元配列探触子でのリニア走査やコンベックス走査を実現する構成が提案されていた。特に、この方式の超音波診断装置では、同心円状の多重リングの中心軸上の位置を焦点位置とし、この焦点からの距離が等しい振動子素子を束ねることによって多重リングを形成すると共に、整相回路のチャンネル数を低減させていた。
【０００８】
さらには、２次元配列された超音波振動子の内で、一部の振動子素子を送波に使用すると共に、他の位置の振動子素子を受波に使用するスパースアレーと称される技術を用いた超音波診断装置があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の超音波診断装置は、造影剤等を用いることなく無侵襲かつ手軽に軟部組織を描写できるという特徴がある一方で、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置に比較して十分な解像度の断層像及び三次元像が得られないという問題があった。
【００１０】
一方、超音波断層像の解像度及び画質を向上させる技術として、１次元配列の超音波探触子を用い、送受波方向の異なるビームで得られた受波信号から断層像を生成する技術があった。この方式を用いた超音波診断装置では、従来の超音波の送受波と同様に、まず探触子面の法線方向に超音波ビームを形成し、この超音波ビームを走査して所望の断層面内の情報を得る。次に、探触子面の法線方向とは異なる斜め方向の超音波ビームを形成し、この超音波ビームを走査して法線方向と同一断面の情報を得る。この後に、法線方向と斜め方向との超音波ビームが交差した情報から断層像を生成することによって、解像度及び画質を向上させた断層像を得るものであった。
【００１１】
しかしながら、２次元配列の超音波探触子を用い同心円状の多重リングを形成して口径とする超音波診断装置では、超音波ビームの形成方向は探触子面の法線方向に限定されてしまうので、前述した超音波ビームの合成を利用した断層像の生成法を適用することはできなかった。
【００１２】
また、スパースアレー技術を用いた超音波診断装置は、口径を走査せずに超音波ビームをセクタ走査する構成となっており、超音波ビームを交差させた超音波計測を行うことができないので、前述した超音波ビームの合成を利用した断層像の生成法を適用することはできなかった。
【００１３】
本発明の目的は、２次元配列の超音波探触子を用いて高解像の断層像を収集することが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、装置規模を増大させることなく、２次元配列の超音波探触子を用いて診断画像の画質を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１７】
（１）被検体に超音波を送受波する複数の振動子素子を２次元配列してなる超音波探触子と、送受波に用いる前記振動子素子を選択する振動子素子選択手段と、選択された前記振動子素子により受信された受波信号に遅延時間を与え信号処理する信号処理部と、前記信号処理部の出力信号に基づいて画像を生成する画像処理部と、前記画像を表示させる画像表示部とを備えた超音波診断装置において、前記画像処理部は、フレネルリングによる口径から超音波を送受波し前記超音波探触子面の法線方向に対して一致する方向の超音波ビームで生成される第１の超音波像と、短冊状の口径から超音波を送受波し前記超音波探触子の法線方向に対して斜め方向の超音波ビームで生成される第２の超音波像とを記憶する記憶手段と、  前記第１の超音波像と前記第２の超音波像とからコンパウンドスキャン法により超音波断層像又は／及び三次元像を生成する画像演算手段とを備える。
【００２２】
前述した手段によれば、第１の振動子配列で超音波ビームを走査して得られた第１の超音波像と、第１の振動子配列の方向に交差するように選択された第２の振動子配列で超音波ビームを走査して得られる第２の超音波像とを記憶手段に記憶し、画像演算手段が記憶手段に記憶された第１の超音波像と第２の超音波像を合成するので、装置規模を増大させることなく、第１の超音波像と第２の超音波像とを合成した超音波像を得ることができる。
【００２３】
ここで、第１の超音波像と、第２の超音波像との交差する位置での断層像情報とに基づいて、画像演算手段が合成画像を生成することによって、超音波像の画質を向上させることができる。
【００２４】
第１の振動子配列の口径を超音波探触子上で２次元方向に移動して第１の超音波像を得ると共に、第２の振動子配列の口径を第１の受波信号の移動経路に対応させ移動して第２の超音波像を得ることにより、超音波探触子を移動させることなく２次元方向の複数枚の第１及び第２の超音波像を収集することができる。
さらには、第１の振動子配列或いは第２の振動子配列が、超音波ビームの中心位置をずれた位置に形成するスパースアレーへの適用も可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、特に、図１の（ａ）は同心円状の多重リングを口径として断層像を収集する場合の構成を説明するための図であり、図１の（ｂ）は振動子素子を短冊状に束ねて断層像を収集する場合の構成を説明するための図である。ただし、図１において、１０は振動子素子、２０は整相回路、３０は加算器、４０は画像処理部、５０はモニタ、６０は振動子素子のリング状束ねによる口径、７０はスイッチアレー、８０は振動子素子の短冊状束ねによる口径を示す。また、実施の形態１の超音波診断装置では、Ｙ軸方向への一次元走査の場合について説明する。
【００２７】
図１の（ａ），（ｂ）に示すように、実施の形態１の超音波診断装置は、振動子素子１０が２次元配列される超音波探触子と、この超音波探触子側に配置され超音波の送受波に係わる振動子素子を選択するスイッチアレー７０と、超音波探触子からの受波信号に受波整相のための遅延を与える整相回路２０と、受波整相後の受波信号を加算し超音波ビームを形成する加算器３０と、多重リング状振動子によって得られた超音波ビームと短冊状振動子によって得られた超音波ビームとの交点の情報から断層像を生成する画像処理部４０と、生成された断層像を表示するモニタ５０とを備える。実施の形態１では、スイッチアレー７０は超音波探触子側に配設される構成の場合について説明するが、装置本体側に配設する構成としてもよいことはいうまでもない。ただし、スイッチアレー７０を超音波探触子側に配設することによって、超音波探触子と装置本体とを接続する信号線数を減らすことができる。なお、図１においては、送波系の構成は省略されている。
【００２８】
実施の形態１の超音波診断装置は、スイッチアレー７０を制御して、２次元に配列された振動子素子１０の内からリング状に振動子を選択することによって、超音波の送受波を行うリング状の口径を形成すると共に、このリング状束ねで形成される口径６０を矢印で示すＹ軸方向に走査させる制御手段を有する構成となっている。また、この制御手段はスイッチアレー７０を制御して、２次元に配列される振動子素子１０の内から短冊状に振動子を選択することによって、探触子面の法線方向とは異なった斜め方向の超音波ビームを形成するための口径８０を形成する。ただし、制御手段は何れの口径を形成する場合であっても、口径の形状及びビーム方向に対応した整相回路２０を制御する。
【００２９】
図１において、実施の形態１の超音波探触子は、図示しない被検体内に超音波を送受波する複数の振動子素子１０を２次元方向に配列してなり、この振動子素子１０で超音波信号を収集するものである。この振動子素子１０は、当該振動子素子１０の２次元配列の一方向である長軸方向（図１の（ａ）中のＹ軸方向）と、この長軸方向に直交する他の方向である短軸方向（図１の（ａ）中のＸ軸方向）とのそれぞれについて平面状に並ぶ配列とされている。
【００３０】
この振動子素子１０の並びは、例えば、Ｙ軸方向に２８個の振動子素子１０が配列されており、各振動子素子１０の送受波面が超音波の送波方向に対して平面とされている。なお、振動子素子１０のＹ軸方向の配列は平面型に限定されることはなく、例えば、各振動子素子１０の配列面が、超音波の送波方向に対して凸形となる円弧状の軌跡を描くように位置決めされた配列でもよい。
【００３１】
また、短軸方向（図１の（ａ）中のＸ軸方向）における複数の振動子素子１０は、例えば、１４個の振動子素子１０が配列されており、各振動子素子１０の送受波面が超音波の送波方向に対して平面配列とされている。なお、Ｘ軸方向についても上記Ｙ軸方向と同様に、送波方向に凸型の円弧状をなすように振動子素子１０を配列しても良い。
【００３２】
スイッチアレー７０は、整相回路２０のチャンネル数×Ｙ軸方向（超音波ビームの走査方向）の振動子素子数×Ｘ軸方向の振動子素子数、すなわち８×２８×１４＝３１３６個の素子選択スイッチからなる。特に、実施の形態１では、図１の（ａ），（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の１行分毎に８×２８＝２２４個の素子選択スイッチがマトリックス状に配置され、各素子選択スイッチの切り換えにより、整相回路２０の任意のチャンネルを１行分の振動子素子１０の内の何れにも接続できる構成となっている。従って、このスイッチアレー７０を構成する素子選択スイッチの切り換えにより、多重リング状例えばフレネルリングからなる口径６０、及び短冊状の口径８０を探触子面上の矢印で示すＸ，Ｙ方向に連続的に走査移動させて超音波ビームを送受波し、３次元データを取り込むことができる。ただし、実際の超音波診断装置では、口径を構成する振動子素子数は数十個〜数百個が必要となる。
【００３３】
整相回路２０は、同心円状に形成されたリングの数または短冊状の素子配列数の何れかの多い方の数に対応した複数の整相回路、例えば８チャンネルの整相回路を有している。ただし、各整相回路は従来の整相回路と同じ構成で良い。また、実施の形態１では、フレネルリングによる口径６０と短冊状の口径８０とにより、順次超音波ビームを形成する構成となっているので、整相回路群は図示しない制御手段からの口径指示信号に応じて、口径に応じた整相データを図示しないテーブルから読み出して設定する。
【００３４】
加算器３０は、整相回路２０を構成する８チャンネルの受波整相手段から出力される受波整相後の受波信号を加算し、超音波ビームを形成する周知の加算器である。
【００３５】
画像処理部４０は、フレネルリングによる口径６０から超音波を送受波し探触子面の法線方向に一致する超音波ビームで生成される第１の超音波像と、短冊状の口径８０から超音波を送受波し探触子の法線方向に対して斜め方向の超音波ビームで生成される第２の超音波像とを、一時的に格納する図示しない格納手段を有する構成となっている。また、画像処理部４０は、異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像に基づいて、超音波ビームが交差する位置の断層像情報から断層像を生成する、すなわち超音波ビームが交差する位置からの整相された受波信号の情報を使用した周知のコンパウンドスキャンと称される画像形成法によって、１つの超音波断層像又は／及び３次元像を生成する図示しない画像演算手段を有する。さらには、画像処理部４０は、得られた３次元像を表示用の２次元像（三次元的超音波像）に変換するための周知のボリュームレンダンリング処理やサーフェイスレンダリング処理等を行う変換手段を備える構成となっている。なお、コンパウンドスキャンの詳細については、「Robert R.Entrekin,"Real-Time spatial compound imaging-Technical performance in vascular applications",Acousticcal Imaging,Vol25,2000」に記載される。
【００３６】
次に、図１の（ａ），（ｂ）に基づいて、実施の形態１のフレネルリングによる口径６０と、短冊状の口径８０とによる超音波断層像の収集動作について説明する。ただし、以下の説明では、フレネルリングによる口径６０は３つのリング形状に振動子素子１０を束ねて形成し、短冊状の口径８０はＸ軸方向に配列される１列の振動子素子１０の短冊を８列束ねて形成した場合について説明するが、リング数及び短冊の束ね数はこれに限定されない。
【００３７】
図１の（ａ）に示すように、制御手段がスイッチアレー７０を切り換えて２次元配列された振動子素子１０を同心円の３つのリング形状に束ねることにより、フレネルリングによる口径６０が形成される。このとき、制御手段は、整相回路２０に対して、この３つのリングの中心位置から延びる法線方向に焦点を形成するように、整相回路２０の各チャンネルに整相データを設定する。すなわち、同一のリングを形成する振動子素子１０から焦点位置に至るまでの距離がほぼ同じ距離となるように振動子素子１０を選択すると共に、この選択された振動子素子群に接続される整相回路へ所定の整相データを供給する。
【００３８】
ここで、口径６０から超音波の送受波を行うことにより、加算部から出力される信号は、等方的などの方向にも均一な超音波ビームすなわち口径６０の中心位置から法線方向に延びる超音波ビームとなる。このときの各振動子素子１０で受波される超音波と焦点Ｆとの位置関係を示したのが図２である。この図２から明らかなように、口径６０による焦点位置はフレネルリングの法線方向となる。
【００３９】
次に、制御手段が超音波の１送受波毎にスイッチアレー７０の各素子選択スイッチを切り換え制御し、フレネルリングの口径６０を維持した状態で、図１の（ａ）に示す矢印方向に口径６０を移動させることによって、超音波ビーム方向を法線方向に維持した状態でリニア走査することができる。
【００４０】
フレネルリングによる口径６０での走査が終了すると、次に、図１の（ｂ）に示すように、制御手段はスイッチアレー７０を切り換えて振動子素子１０をＹ軸方向に複数列の配列を有した振動子素子列からなる短冊状の口径８０を形成する。このとき、制御手段は、整相回路２０に対して、８列の振動子素子列で形成される口径８０からの超音波ビームが、この口径８０の中心位置における法線方向と一致しない斜め方向の超音波ビームとなるように、各振動子素子列で受信した信号に付与する整相データを調整する。
【００４１】
ここで、口径８０から超音波の送受波を行うことにより、加算部から出力される信号は、口径６０の超音波ビームに対して所定の角度を有する超音波ビームとなる。つまり、口径６０と口径８０との中心位置が同じ場合の焦点Ｆ，Ｆ’の位置は、図２に示すように異なる位置に配置されることとなる。ただし、フレネルリングによる口径６０からの超音波ビームと異なり、短冊状の口径８０からの超音波ビームは振動子素子列毎の整相データを調整することにより、口径８０の振動子素子の配列面に対する超音波ビームの傾斜角度θを任意に設定できる。
【００４２】
このとき、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスイッチアレー７０の各素子選択スイッチを切り換え制御し、短冊状の口径８０を維持した状態で、図１の（ｂ）に示す矢印方向に口径８０を移動させることによって、超音波ビーム方向を斜め方向に維持した状態でのリニア走査、すなわちオブリーク走査ができる。ただし、実施の形態１では、後述するように、短冊状の口径８０で異なる２方向の傾斜された超音波ビームでの走査を行う構成となっている。従って、制御手段は図２に示す焦点Ｆ’での走査が終了すると、次に、他の傾斜（例えば、図３に示す（−θ））での走査を行う。ただし、この他の傾斜での走査は必須ではなく、一の傾斜でのオブリーク走査のみでもよい。しかしながら、二以上の異なる傾斜で走査することにより、得られる断層像の画質を向上させることができる。
【００４３】
フレネルリングによる口径６０と短冊状の口径８０とによる超音波走査で断層像データが得られると、制御手段の制御により、図３に示すように画像処理部４０が異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像から超音波ビームが交差する位置における断層像情報より、１つの超音波断層像を演算する。次に、画像処理部４０は得られた超音波断層像をモニタ５０に出力し、このモニタ５０の表示面に断層像を表示させる。
【００４４】
このように、実施の形態１の超音波診断装置では、探触子面の法線方向での超音波ビームによる走査はフレネルリングによる口径６０で行い、探触子面の法線方向と異なる傾斜方向での超音波ビームによる走査は短冊状の口径８０で行い、それぞれの口径で得られた超音波データから超音波断層像を演算する構成となっているので、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子１０の数よりも少ないチャンネル数の整相回路２０を構成しつつ、２次元配列の超音波探触子を用いた場合であっても高解像の超音波断層像を得ることができる。従って、装置規模を大きくすることなくすなわち振動子素子１０の数よりも少ないチャンネル数の整相回路２０によって、超音波診断装置の画質を向上させることができる。
【００４５】
なお、実施の形態１の超音波診断装置では、同数の振動子素子数で囲まれる領域すなわちＸ軸方向が１４個及びＹ軸方向が８個の振動子素子１０で囲まれる領域に、それぞれフレネルリングの口径６０と短冊状の口径８０とを形成する構成としたが、先にも述べたように、実際の装置構成においては、これに限定されることはなく、他の振動子素子数の領域で口径６０と口径８０を形成してもよいことはいうまでもない。さらには、口径６０と口径８０とを異なる個数の振動子素子１０の領域で形成してもよいことはいうまでもない。
【００４６】
また、実施の形態１の超音波診断装置では、口径６０による超音波走査と口径８０による超音波走査とを順次行い、この収集された断層像から高画質の断層像を生成する構成としたが、例えば、実施の形態１の超音波診断装置本体や探触子部分に、口径６０あるいは口径８０の何れか一方の口径による超音波走査で得られる断層像を表示させるモードと、口径６０及び口径８０での超音波走査を行うことで得られるそれぞれの断層像からコンパウンドスキャン画像形成法により合成された断層像を生成し表示させるモードとを設ける。このような構成とすることにより、口径６０あるいは口径８０の何れか一方の口径による超音波走査のモードで得られる断層像に基づいて関心部位を探索し、関心部位の高画質断層像が必要な領域は口径６０と口径８０とにより超音波走査し、得られた断層像から合成された断層像を生成し表示させるモードに切り換えることによって、画質よりもリアルタイム処理（表示）が要求される関心部位の探索と、高画質表示が要求される確定診断用の画像表示とでそれぞれの用途に適した超音波計測ができるので、診断効率及び診断能を向上させることができる。
【００４７】
なお、実施の形態１において、短冊状振動子の一つの列振動子の信号には全て同一の整相データを与えることとしたが、これによると列方向のフォーカシングが行われないので、画質が良くないことが懸念される。従って、列の長さが長い場合には、例えば１４個の振動子を端から２個、３個、４個、３個、２個のように、５つの群に分け、それぞれの群振動子へ列方向のフォーカシングを行う整相回路を設けても良い。
【００４８】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、特に、図４の（ａ）は同心円状の多重リングを口径として断層像を収集する場合の構成を説明するための図であり、図４の（ｂ）は振動子素子を短冊状に束ねて断層像を収集する場合の構成を説明するための図である。ただし、実施の形態２の超音波診断装置は、実施の形態１の２次元配列探触子よりも多くの振動子素子１０を配列し、Ｙ軸方向と共にＸ軸方向にも口径６０，８０を走査させて複数枚の超音波断層像を収集すると共に、この複数枚の超音波断層像から３次元超音波像を生成する構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態１と同様となる。従って、以下の説明では、口径６０，８０を探触子面に沿って二次元に走査することによって得られる３次元超音波像について詳細に説明する。
【００４９】
図４の（ａ），（ｂ）に示すように、実施の形態２の２次元配列探触子では、実施の形態１の２次元配列探触子よりもＸ軸方向の振動子素子数を多くした構成となっている。すなわち、実施の形態２の２次元配列探触子では、２７×２８＝７５６個の振動子素子１０により構成される。ただし、フレネルリングによる口径６０と短冊状の口径８０とは実施の形態１と同様に、それぞれ１４×８＝１１２個の振動子素子１０で囲まれる領域を形成する。
【００５０】
実施の形態２の超音波診断装置では、図４の（ａ）に示すように、１４×８個の振動子素子領域にフレネルリングによる口径６０を形成する場合には、探触子面の一部領域に口径６０が形成されることとなる。従って、口径６０は図４の（ａ）中に示す矢印方向（Ｙ軸方向）への走査の他に、Ｘ軸方向への走査も可能となる。従って、口径６０のＸ軸方向の位置を固定しておき、この状態で口径６０をＹ軸方向に移動させて断層像を収集した後に、口径６０をＸ軸方向に所定数の振動子素子分だけ移動させた後に、Ｘ軸方向への走査は行わずにＹ軸方向に移動させて断層像を収集するという断層像の収集（撮像）動作を、口径６０がＸ軸方向の一端側から他端側に至るまで繰り返すことによって、Ｘ軸方向への移動間隔が振動子素子１０のＸ軸方向分となるＹ軸方向の断層像を複数枚、２次元配列探触子を移動させることなく収集することができる。ただし、フレネルリングによる口径６０により形成される超音波ビームは探触子面の法線方向となるので、前述する実施の形態１と同様に、口径６０の走査によって得られる断層像は探触子面に対して垂直な超音波ビームによって収集されたものとなる。また、口径６０のＸ軸方向及びＹ軸方向への走査は、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスイッチアレー７０を構成する各素子選択スイッチの切り換えを制御し、口径６０を維持した状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ走査させるものである。
【００５１】
一方、図４の（ｂ）に示すように、１４×８個の振動子素子１０による短冊状の口径８０を形成する場合にも、探触子面の一部領域に口径８０が形成されることとなる。従って、口径６０と同様に、口径８０も図４の（ｂ）中に示す矢印方向（Ｙ軸方向）への走査の他に、Ｘ軸方向への走査が可能となる。従って、口径８０のＸ軸方向の位置を固定しておき、この状態で口径８０をＹ軸方向に移動させて断層像を収集した後に、口径８０をＸ軸方向に所定数の振動子素子の分だけ移動させた後に、Ｘ軸方向への走査は行わずにＹ軸方向に移動させて断層像を収集するという断層像の収集動作を、口径８０がＸ軸方向の一端側から他端側に至るまで繰り返すことによって、Ｘ軸方向への移動間隔が振動子素子１０のＸ軸方向分となるＹ軸方向の断層像を複数枚、２次元配列探触子を移動させることなく収集することができる。ただし、前述する実施の形態１と同様に、実施の形態２においても口径８０による超音波ビームの方向は、探触子面の法線方向とは異なる方向とする。また、口径８０の超音波ビーム方向は、口径８０の走査方向すなわちＹ軸方向と一致する方向に傾斜させる。このように、口径８０からの超音波ビームを傾斜させることによって、口径６０で収集した断層面と同じ断層面の超音波像を傾斜した超音波ビームで収集する。また、口径８０のＸ軸方向及びＹ軸方向への走査は、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスイッチアレー７０を構成する各素子選択スイッチの切り換えを制御し、口径８０を維持した状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ走査させるものであり、さらには、超音波ビームの傾斜角や傾斜方向を変えて、再度、同じ断層面の超音波像を収集する構成としてもよい。
【００５２】
次に、口径６０と口径８０で収集された超音波像は、画像処理部４０により実施の形態１と同様に、口径６０による法線方向の超音波ビームと、口径８０による傾斜された超音波ビームとからコンパウンドスキャン画像形成法によりその交点の受信信号が演算され、Ｙ軸方向に平行な断層像が生成される。このとき、実施の形態２では、Ｘ軸方向に口径６０，８０を移動する毎にこの口径６０，８０をＹ軸方向に走査する構成となっているので、探触子面の法線方向とＹ軸方向との２次元の断層像がＸ軸方向に複数枚生成される。
【００５３】
ここで、例えば、実施の形態２の超音波診断装置が有する図示しない操作パネルを検者が操作して３次元像表示を指定したならば、画像処理部４０は、まず複数枚の断層像から三次元像を生成する。次に、画像処理部４０は三次元像からボリュームレンダリング等の周知の画像処理により、３次元像を表示用の２次元像（三次元的超音波像）に変換し、この表示用の三次元的超音波像をモニタ５０に表示させる。
【００５４】
以上説明したように、実施の形態２の超音波診断装置では、まず、口径６０による探触子面の法線方向の超音波ビームと、この口径６０からの超音波ビームに対してビーム方向が傾斜する口径８０による超音波ビームとが同一の断層面に走査されて断層像情報を収集する構成となっている。次に、実施の形態２では、異なるビーム方向の超音波ビームで収集された断層像情報から画像処理手段４０が超音波ビームの交差位置の断層像情報を生成するコンパウンドスキャン画像形成法と称される方式により一の断層像を生成する。ここで、検者による図示しない操作卓の釦の操作で断層像すなわち２次元像の表示が指定されている場合には、画像処理部４０はコンパウンドスキャンにより生成された断層像を順次モニタ５０に出力し、表示画面上に表示させる。
【００５５】
一方、検者による図示しない操作卓の釦の操作で３次元像の表示が指定されている場合には、画像処理部４０はコンパウンドスキャンにより生成された複数枚の断層像から三次元像を再構成する。次に、画像処理手段４０は再構成された三次元像から周知のボリュームレンダンリングにより表示用の三次元像（三次元的２次元像）を生成し、この生成した三次元的二次元像をモニタ５０に出力して、表示画面上に表示させる。
【００５６】
この場合、探触子面の法線方向での超音波ビームによる走査は全ての振動子素子１０の内の一部の振動子素子１０を用いたフレネルリングによる口径６０で行い、探触子面の法線方向と異なる傾斜方向での超音波ビームによる走査は短冊状の口径８０で行い、それぞれの口径で得られた超音波データから超音波断層像を演算する構成となっているので、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子１０の数よりも少ないチャンネル数の遅延回路で整相回路２０を構成しつつ、２次元配列の超音波探触子を用いた高解像の超音波断層像を得ることができる。従って、装置規模を大きくすることなくすなわち振動子素子１０の数よりも少ないチャンネル数の遅延回路で整相回路２０を構成しつつ、超音波診断装置の画質を向上させることができる。
【００５７】
なお、実施の形態２の超音波診断装置では、口径６０と口径８０との走査方向をＹ軸方向とする構成としたが、これに限定されることはなく、探触子面内の何れの方向に走査させる構成としてもよいことはいうまでもない。ただし、この場合には、短冊状の口径８０は少ない素子選択スイッチ及びチャンネル数とする必要があるので、このために短冊状に束ねる振動子素子の束ね方向も超音波ビームの走査方向に応じて設定する必要がある。例えば、Ｘ軸とＹ軸との４５度方向に口径８０を走査させる場合には、走査方向に直交する短冊を複数本束ねることによって、Ｘ軸とＹ軸との４５度方向に走査可能となる。
【００５８】
また、実施の形態２の超音波診断装置では、口径６０による超音波走査と口径８０による超音波走査とを順次行い、この収集された断層像から高画質の断層像あるいは三次元像を生成する構成としたが、例えば、実施の形態２の超音波診断装置本体や探触子部分に、口径６０あるいは口径８０の何れか一方の口径による超音波走査で得られる断層像を表示させるあるいは三次元像を生成するモードと、口径６０及び口径８０での超音波走査で得られるそれぞれの断層像からコンパウンドスキャンにより合成された断層像を生成するあるいはこの生成された断層像から三次元像を生成し表示させるモードとを設ける。このような構成とすることにより、口径６０あるいは口径８０の何れか一方の口径による超音波走査のモードで得られる断層像あるいは三次元像に基づいて関心部位に探索し、関心部位の高画質断層像が必要な場合に、合成された断層像あるいは三次元像を生成し表示させるモードに切り換えることによって、関心部位の速やかな探索と関心部位の高画質の観察（確定診断）とが可能となる。その結果、診断効率を向上させることが可能となる。
【００５９】
さらには、実施の形態２の超音波診断装置では、Ｙ軸方向に超音波ビームをＹ軸方向に振るのみとしたが、これに限定されることはなく、Ｘ軸方向にも振るようにすることによって、生成される三次元像の画質をさらに向上できることはいうまでもない。
【００６０】
また、口径８０の一つの振動子列の列方向へのフォーカシングを、前述の実施の形態１と同様に行うことが可能である。
【００６１】
（実施の形態３）
図５及び図６は本願発明の実施の形態３の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、特に、図５はスパースアレー６０’を口径として断層像を収集する構成を説明するための図であり、図６は短冊状に束ねた振動子素子を口径として断層像を収集する構成を説明するための図である。ただし、実施の形態３では、振動子素子１０が６４×６４＝４０９６個の２次元配列探触子の場合について説明するが、振動子素子数は４０９６個に限定されるものではない。また、従来のスパースアレーでは、複数の素子選択スイッチをアレー状に配置したアレースイッチ７０は不要であるが、実施の形態３では、アレースイッチ７０を介して振動子素子１０と整相回路２０とを接続する構成となっている。このような構成とすることによって、実施の形態３では、素子選択スイッチの切り換えにより、スパースアレー６０’による超音波の送受波と、振動子素子１０を短冊状に束ねた超音波の送受波とを同一の２次元配列探触子で行う構成となっている。すなわち図示しない被検体に探触子を当接したままの状態で、スパースアレーによる超音波計測と短冊状の口径８０’による超音波計測とを切り換えて行うことが可能な構成となっている。
【００６２】
実施の形態３の超音波診断装置では、図５に示すように、６４×６４＝４０９６個の振動子素子１０の内で、１２８個の振動子素子を超音波の送受波に使用するいわゆるスパースアレーを形成する構成となっている。ただし、スパースアレー６０’による超音波計測では、送波に用いる振動子素子と、受波に用いる振動子素子とを固定して送受波を行う。従って、実施の形態３ではスパースアレーによる超音波計測時には、図示しない制御手段はアレースイッチ７０を構成する素子選択スイッチの内で、予め設定された素子選択スイッチをオンさせることによって、送波に用いる振動子素子と、受波に用いる振動子素子とを固定する。このような構成によって、スパースアレーによる超音波計測を可能としている。このスパースアレーによる超音波ビームの走査は、各振動子へ所定の整相データを与え、配列面の一点を頂点とした円錐形の内部を３次元走査するものである。
【００６３】
一方、図６に示すように、短冊状に振動子素子１０を束ねた超音波計測では、まず、６４×６４の振動子素子１０をＸ軸方向に複数列の例えば６４列に短冊状に束ねる。これによって、６４×６４＝４０９６個の全ての振動子素子１０を使用した短冊状の口径８０’を形成する。このとき、口径８０’を形成する各振動子素子に供給する送波信号及び各振動子素子から出力される受波信号に与える遅延データ又は整相データを調整することによって、口径８０’の超音波ビームの中心位置を口径８０’の中心からずれた位置（スパースアレー６０’の走査中心と異なる位置）に形成する。次に、この口径８０’の中心位置からずれた位置を基準として、セクタ走査により図示しない被検体の断層像を収集する。すなわち、口径８０’からの超音波の送受波で形成される超音波ビームと探触子面との交差位置が、口径８０’の中心位置からＹ軸方向に所定量ずれた位置としたセクタ走査によって被検体の断層像を収集する。ただし、超音波ビームの形成は、各振動子素子から出力される受波信号に整相回路２０でそれぞれに遅延を与え、加算器３０により遅延後の受波信号を加算することによって形成される。
【００６４】
また、スパースアレーでは整相回路２０のチャンネル数が通常の４倍程度である。よって、実施の形態３では、口径８０’を形成する際に、アレースイッチ７０の接続を切り換え、短冊の長手方向（Ｘ軸方向）をさらに分割して整相回路２０に接続する構成とすることによって、スパースアレーよりも分解能及びＳ／Ｎを向上した断層像を収集することが可能となる。
【００６５】
次に、画像処理部４０が口径６０’で収集された断層像と口径８０’で収集された断層像との超音波ビームの交点位置での情報を演算し、この演算された交点位置の画像データから断層像及び／又は三次元像を生成する。ここで、図示しない操作卓から断層像の表示が指定されている場合には、画像処理部４０は生成断層像を表示用のデータに変換してモニタ５０に出力して、表示面上に表示させる。一方、三次元像の表示が指示されている場合には、画像処理部４０は三次元像から表示用の二次元像（三次元的超音波像）を生成し、この三次元的超音波像をモニタ５０の入力形式のデータに変換した後に出力して、モニタ５０の表示面に三次元的超音波像を表示させる。
【００６６】
以上説明したように、実施の形態３の超音波診断装置では、２次元配列探触子の探触子面の全体を口径とするスパースアレーによる口径６０’と短冊状の口径８０’とによる超音波ビームのセクタ走査で所望の断層面の走査する際に、短冊状の口径８０’の超音波ビームの中心位置を口径６０’の中心位置から所定量ずらした位置に設定しセクタ走査で走査することによって、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子１０の数よりも少ないチャンネル数の遅延回路で整相回路２０を構成しつつ、口径６０’による超音波ビームと口径８０’による超音波ビームとが交差するようにした、所望の断面の超音波像を収集することが可能となるので、コンパウンドスキャンによってそれぞれの断層像よりも画質の向上した断層像を生成することが可能となる。従って、コンパウンド走査によって複数枚の断層像を収集し三次元像を構成した場合であっても、画質の向上した三次元像を生成でき、この三次元像から生成した表示用の超音波像である三次元的超音波像の画質も向上できる。
【００６７】
なお、実施の形態１，２の超音波診断装置では、口径６０’の形状は、同心円状に素子束ねしたフレネルリングとしたが、これに限定されることはなく、素子選択スイッチの切り換えにより、例えば楕円、矩形状、その他の任意形状にしてもよいことはいうまでもない。この場合、その口径６０’からは任意形状に収束した超音波ビームが送受波されることとなる。ただし、口径６０’の形状をフレネルリングとする場合が最も少ないチャンネル数で整相回路を構成できると共に、Ｓ／Ｎの良好な超音波画像を取得できることはいうまでもない。
【００６８】
また、実施の形態１〜３では、３次元像の超音波像を生成する場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、フレネルリングによる口径６０で収集した断層像から３次元像を再構成し、得られた３次元像をモニタ５０に表示させて、このモニタ５０に表示される断層像に基づいて指定された断面位置の断層像を得る際に、口径６０と口径８０とによる断層像から生成された断層像を表示させる構成としてもよいことはいうまでもない。このような構成とすることによって、比較的に時間を要する口径６０と口径８０との断層像の計測を、一般的に確定診断を行う場合に必要となる断層像の収集に対してのみ行うことが可能となるので、確定診断に必要となる断層像の収集に要する時間を低減させることが可能となる。その結果として、被検体にかかる負担を低減できると共に、診断効率を向上できる。
【００６９】
また、実施の形態１〜３では、３次元表示は、スキャンしたボリュームのデータを用いて、ボリュームレンダンリングで表示させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、視点位置を決め、この視点位置から見た２次元像を視線に沿った音響強度に応じて光の透過するが如く、透過度をボクセル毎に決定して表示させる方式でもよい。
【００７０】
また、操作卓に配置した画像の切り替え釦の操作に応じて、収集した複数の断層像を順次表示させるようにしてもよいことはいうまでもない。すなわち、実施の形態２，３では、画像表示用の三次元的２次元像をボリュームレンダンリングで生成することとしたが、３次元像から表示用の三次元的２次元像を生成する方式はボリュームレンダリングに限定されるものではなく他の方式でもよく、さらには、表示形式は２次元像に限定されることはなく、周知の三次元像の表示形式でもよい。
【００７１】
また、フレーム単位で走査方法を変更したが、ラスタ毎に変更してラスタ毎にコンパウンドデータを作成して走査しても良い。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）、装置規模を増大させることなく第１の超音波ビームと、第２の超音波ビームとが交差した断層像を得ることができる。
（２）、第１の超音波ビームで収集された断層像情報と、第２の超音波ビームで収集された断層像情報と、第１の超音波ビームと第２の超音波ビームとの交差する位置での断層像情報とに基づいて、生成手段が断層像を生成するので、断層像の画質を向上させることができる。
（３）、断層像の画質を向上させることができるので、複数枚の断層像から生成する３次元像及び表示用の三次元的二次元像の画質を向上させることができる。
（４）、表示用の画像の画質を向上させることができるので、検者の診断効率を向上させることができる。
（５）、検者の診断効率を向上した結果、検査に要する時間を短縮することができるので、検者及び被検体の負担を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１の各振動子素子で受波される超音波と焦点Ｆとの位置関係を説明するための図である。
【図３】実施の形態１における異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。
【図５】本願発明の実施の形態３の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。
【図６】本願発明の実施の形態３の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…振動子素子                    ２０…整相回路
３０…加算器                        ４０…画像処理部
５０…モニタ                        ７０…スイッチアレー
６０…振動子素子のリング状束ねによる口径
６０’…振動子素子のスパースアレー束ねによる口径
８０，８０’…振動子素子の短冊状束ねによる口径
【図１】
0004201311.tif 000002
【図２】
0004201311.tif 000003
【図３】
0004201311.tif 000004
【図４】
0004201311.tif 000005
【図５】
0004201311.tif 000006
【図６】
0004201311.tif 000007