(57)【要約】  回路規模の増大を抑えつつ、超音波像のS/Nの劣化を回避する超音波撮像装置を実現するため、被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる超音波探触子と、各振動子に駆動信号を供給する送信手段と、各振動子により受波された反射エコー信号を整相加算して受信する受信手段と、該受信された反射エコー信号に基づいて超音波像を再構成する画像処理部を備えた超音波撮像装置において、送信手段は、複数の振動子を複数の組に分け、同じ組に属する振動子に共通の駆動信号を供給するとともに組単位でフォーカス制御する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる超音波探触子と、前記各振動子に駆動信号を供給する送信手段と、前記各振動子により受波された反射エコー信号を整相加算して受信する受信手段と、該受信された反射エコー信号に基づいて超音波像を再構成する画像処理部を備えた超音波撮像装置において、
前記送信手段は、前記複数の振動子を複数の組に分け、同じ組に属する振動子に共通の駆動信号を供給することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記送信手段は、前記組ごとに共通の駆動信号を入力させることにより、各振動子から超音波を送信させることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記送信手段は、前記複数の組のうち全ての組又は所定の組を選択し、該選択された組に属する振動子に駆動信号を供給して、前記選択された組単位でフォーカス制御することを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記送信手段は、同じ組に属する前記振動子を間引いて駆動信号を入力させ、超音波を送信させることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記複数の振動子を前記組み分ける束ね部は、前記超音波探触子の筐体内に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記振動子は、半導体プロセスによる微細加工により形成されることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数は、前記超音波探触子の超音波口径の中心に向うにつれて前記組ごとに多くなることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記受信手段は、前記複数の振動子を複数の組に分け、該各組に属する振動子から出力される反射エコー信号を前記組ごとに整相加算する第1の整相加算手段と、前記第1の整相加算手段から出力される各反射エコー信号を整相加算する第2の整相加算手段とを有してなることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記第1の整相加算手段は、前記超音波探触子の筐体内に設けられることを特徴とする請求項8記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数と異なることを特徴とする請求項8又は9記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数と同数であることを特徴とする請求項8又は9記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記超音波探触子の超音波口径の中心に向うにつれて前記組ごとに多くなることを特徴とする請求項8記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記束ね部と前記第1の整相加算手段は、共通の回路内で構成されることを特徴とする請求項5及び9のいずれかに記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記受信手段は、反射エコー信号を全ての受信することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
前記受信手段は、傾斜遅延及び凹面フォーカス遅延を行い、複ビームを形成させることを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。
【請求項１６】
前記第1の整相加算手段は傾斜遅延を行い、前記第2の整相加算手段は凹面フォーカス遅延を行い、複ビームを形成させることを特徴とする請求項8記載の超音波撮像装置。
【請求項１７】
前記第1の整相加算手段は凹面フォーカス遅延を行い、前記第2の整相加算手段は傾斜遅延を行い、複ビームを形成させることを特徴とする請求項8記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置に係り、複数の振動子を配列してなる超音波探触子により超音波を送受するのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像装置は、超音波探触子に配列した複数の振動子から被検体に対し超音波を射出し、被検体から発生した反射エコー信号に基づき超音波像を構成する。
この超音波撮像装置においては、探触子の各振動子に供給する駆動信号に所定遅延を与えてフォーカス制御する送信手段と、各振動子から出力された反射エコー信号を受信して整相加算する受信手段が設けられる。しかし、送信手段および受信手段は、振動子ごとに回路が必要になるため、回路規模が増大する。
受波整相回路において隣接した素子を1つのブロックとして、ブロック内の素子間遅延を行い、ブロック間の長時間遅延を整相することが行われる(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。しかしながら、これら特許文献には、送波回路についての構成は開示されていないため、送信回路の縮小は実現できないため、送受回路縮小の実現はできない。【０００３】
本発明の課題は、送受回路規模の増大を抑えつつ、超音波像のS/Nの劣化を回避する超音波撮像装置を実現することにある。
【特許文献１】特開平5-256933号公報
【特許文献２】米国特許US5229933号公報
【発明の開示】
【０００４】
被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる超音波探触子と、前記各振動子に駆動信号を供給する送信手段と、前記各振動子により受波された反射エコー信号を整相加算して受信する受信手段と、該受信された反射エコー信号に基づいて超音波像を再構成する画像処理部を備えた超音波撮像装置において、前記送信手段は、前記複数の振動子を複数の組に分け、同じ組に属する振動子に共通の駆動信号を供給する。
【０００５】
ここで、送信手段に関して記載する。前記送信手段は、前記組ごとに共通の駆動信号を入力させることにより、各振動子から超音波を送信させる。また前記送信手段は、前記複数の組のうち全ての組又は所定の組を選択し、該選択された組に属する振動子に駆動信号を供給して、前記選択された組単位でフォーカス制御する。或いは、前記送信手段は、同じ組に属する前記振動子を間引いて駆動信号を入力させ、超音波を送信させる。これら前記複数の振動子を前記組み分ける束ね部は、前記超音波探触子の筐体内に設けられる。
前記振動子は、半導体プロセスによる微細加工により形成される。前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数は、前記超音波探触子の超音波口径の中心に向うにつれて前記組ごとに多くなる。
【０００６】
次に、受信手段に関して記載する。前記受信手段は、前記複数の振動子を複数の組に分け、該各組に属する振動子から出力される反射エコー信号を前記組ごとに整相加算する第1の整相加算手段と、前記第1の整相加算手段から出力される各反射エコー信号を整相加算する第2の整相加算手段とを有してなる。前記第1の整相加算手段は、前記超音波探触子の筐体内に設けられる。
【０００７】
前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数と異なる。前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記送信手段により前記共通の駆動信号が入力される組に属する振動子の数と同数である。
【０００８】
前記第1の整相加算手段により反射エコー信号が整相加算される組に属する振動子の数は、前記超音波探触子の超音波口径の中心に向うにつれて前記組ごとに多くなる。前記束ね部と前記第1の整相加算手段は、共通の回路内で構成されることを特徴とする請求項5及び9記載の超音波撮像装置。前記受信手段は、反射エコー信号全て受信する。
【０００９】
前記受信手段は、傾斜遅延及び凹面フォーカス遅延を行い、複ビームを形成させる。前記第1の整相加算手段は傾斜遅延を行い、前記第2の整相加算手段は凹面フォーカス遅延を行い、複ビームを形成させる。前記第1の整相加算手段は凹面フォーカス遅延を行い、前記第2の整相加算手段は傾斜遅延を行い、複ビームを形成させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した一実施形態の超音波撮像装置のブロック図である。
【図２】図1の超音波探触子の振動子の配列を示す図である。
【図３】図1の束ね部の構成図を示している。
【図４】本発明を適用した一実施形態の反射エコー信号の受信処理について説明する図である。
【図５】本発明を適用した超音波探触子の他の例である。
【図６】束ね部の他の例である。
【図７】複ビームを形成する技術を説明するための図である。
【図８】複ビームを形成する技術を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を適用した超音波撮像装置の一実施形態について図1ないし図4を参照して説明する。図1は、本発明を適用した超音波撮像装置のブロック図である。図1に示すように、超音波撮像装置は、超音波探触子10が複数のケーブル12を介して装置本体14に接続して構成される。【００１２】
超音波探触子10は、被検体との間で超音波を送受する複数(例えば、1024個)の振動子16を二次元配列して形成されており、複数の振動子16は複数n(例えば、256)の組に分けられている。また、同じ組に属する振動子16に共通の駆動信号を供給するとともに、振動子16から出力される反射エコー信号に対し組ごとに第1の整相加算を行う束ね部18が超音波探触子10の筐体内にn個配設されている。なお、束ね部18のそれぞれは、各組に属する例えば4つの振動子に配線を介して接続されている。【００１３】
装置本体14は、各束ね部18に駆動信号を出力する送信手段20と、束ね部18から出力される反射エコー信号を受信する受波回路部22と、受波回路部22から出力される反射エコー信号をクロック部の制御指令に応じてディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部(以下、ADC部24)と、ADC部24から出力される反射エコー信号を整相加算する第2の整相加算手段26と、整相加算処理された反射エコー信号に基づいて三次元超音波像を再構成する画像処理部としての信号処理部28を備えている。なお、束ね部18、受波回路部22、ADC部24、第2の整相加算手段26、信号処理部28を含めて受信手段と総称する。また、信号処理部28から出力された三次元超音波像を表示する表示部30や、各部に制御指令を出力する制御部が配設されている。【００１４】
送信手段20は、複数の駆動信号にそれぞれ所定の遅延を与えてフォーカス制御する送波整相部32と、送波整相部32によりフォーカス制御された各駆動信号を各束ね部18に出力する送波回路部34を備えている。なお、送波整相部32は、n個の送波整相回路を有し、送波回路部34は、n個の送波回路を有する。送波回路部34の各送波整相回路は、単一のケーブル12を介して各束ね部18に接続している。【００１５】
受波回路部22は、束ね部18のそれぞれから出力される反射エコー信号を受波するn個の受波回路を有し、受波回路は、プリアンプや、深度方向の信号の減衰を補正するTGC(Time gain compensation)回路などから構成されている。ADC部24は、受波回路部22から出力される各反射エコー信号をディジタル信号に変換するn個のADC回路を有する。受波回路部22の各受波回路は、単一のケーブル12を介して各束ね部18に接続されている。【００１６】
第2の整相加算手段26は、ADC部24から出力される各反射エコー信号を整相するディジタル整相部36と、ディジタル整相部36から出力される反射エコー信号を加算する加算回路38を備えている。ディジタル整相部336は、n個のディジタル整相回路を有している。【００１７】
図2は、図1の超音波探触子の振動子16の配列を示す図である。図2に示すように、1024個の振動子16は、32×32(X方向に32個、Y方向に32個)のように正方形に配列される。二次元配列された振動子16は、2×2(X方向に2個、Y方向に2個)に配列する4個の振動子が同じ組に属するように、256個の組T1〜T256にそれぞれ正方形に分けられている。要するに、複数の振動子16は、X方向に16のブロックに分けられると共にY方向に16のブロックに分けられるため、擬似的に256個の振動子となる。なお、説明の便宜上、振動子の配列位置を(x、y)と表し、例えば、図2の組T1に属する4個の振動子を振動子(1、1)，(1、2)，(2、1)，(2、2)と称する。また、同じ組に属する振動子の数については変更することができ、9個の正方形、16個の正方形にブロックを分けてもよい。なお、ブロックの分け方は長方形であってもよい。【００１８】
図3は、組T1に属する各振動子に接続する束ね部18の構成を一例として示す図である。他の組に対応する束ね部18も同様に構成されている。図3Aに示すように、束ね部18は、装置本体14側に2本の端子T，Rを有し、振動子(1、1)〜(2、2)側に4本の端子S1，S2，S3，S4を有している。また、図3Bに示すように、端子Tは、ケーブル12に接続されると共に、束ね部18内で4本の線に分岐し、分岐した各線が送波スイッチ40を介して振動子(1、1)〜(2、2)にそれぞれ接続している。また、振動子(1、1)〜(2、2)は、受波スイッチ42を介して、遅延回路44にそれぞれ接続されている。また、各遅延回路44から出力される反射エコー信号を加算する加算回路46と、加算回路46から出力される反射エコー信号を増幅する増幅回路48が配設されている。遅延回路44と加算回路46を含んで第1の整相加算手段と総称する。【００１９】
このような束ね部18では、振動子(1、1)〜(2、2)から超音波を射出するとき、制御指令に応じて、送波スイッチ40が閉じられると共に受波スイッチ42が開放されることにより、端子Tと振動子(1、1)〜(2、2)が接続する。また、振動子(1、1)〜(2、2)により超音波を受波するときは、制御指令に応じて、送波スイッチ40が開放されると共に受波スイッチ42が開放されることにより、振動子(1、1)〜(2、2)と遅延回路44が接続する。このような制御によって、送波回路部34と受波回路部22が電気的に分離されるため、送波回路部34と受波回路部22が保護される。【００２０】
なお、遅延回路44としては、アナログサンプル回路(例えば、CCD、スイッチドキャパシタ、アナログメモリ)、LC遅延線などにより構成されたものを用いてもよいし、ΔΣ変調器などにより形成されたものを用いてもよい。ΔΣ変調器は、積分回路(Σ)と量子化器とラッチなどから構成され、単一の入力端子からアナログ信号を積分器に入力し、積分器から出力される信号をA−D変換して単一の出力端子から出力する。ΔΣ変調器を遅延回路44として適用することにより、回路規模の増大を抑えつつ、束ね部18で反射エコー信号をディジタル化することができる。【００２１】
このように構成される超音波撮像装置の動作について説明する。まず、超音波探触子10の超音波射出側を被検体の例えば体表に接触させる。次いで、操作者の入力指令に応じ、例えば256個の駆動信号が生成される。生成された各駆動信号は、予め設定された超音波ビームのフォーカス点に応じ、送波整相部32により所定の遅延が与えられる。遅延された各駆動信号は、送波回路部34により増幅などの処理が施された後、各束ね部18にそれぞれ出力される。各束ね部18の端子Tに入力した駆動信号は、送波スイッチ40を介して、端子S1〜S4から各組に属する振動子に共通の駆動信号としてそれぞれ供給される。例えば、同じ組T1に属する振動子(1、1)〜(2、2)に、共通の駆動信号Aが供給される。同様に、他の組(例えば、組Tに隣接する組T2)に属する各振動子に、駆動信号Aと位相が異なる駆動信号Bが供給される。要するに、組T1〜T256ごとに共通の駆動信号が入力されることによって、各振動子16から超音波が送波され、送波された超音波により送波ビームが形成される。このように超音波送波ビームを形成することにより、三次元超音波走査が行われる。【００２２】
被検体から発生した反射エコー信号は、超音波探触子10の振動子16のそれぞれにより受波される。受波された反射エコー信号は、各振動子16から組単位で各束ね部18に出力される。出力された反射エコー信号は、束ね部18により整相加算された後、増幅処理が施される。例えば、同じ組T1に属する振動子(1、1)〜(2、2)から出力された反射エコー信号は、束ね部18の端子S1〜S4にそれぞれ入力される。入力された各反射エコー信号は、遅延回路44により整相される。整相された各反射エコー信号は、加算回路46により加算される。加算された反射エコー信号は、増幅回路48により増幅された後、端子Rから出力される。【００２３】
束ね部18から出力された反射エコー信号は、受波回路部22により増幅やTGC補正などが施された後、ADC部24によりディジタル信号に変換される。ディジタル化された反射エコー信号は、ディジタル整相部36により整相された後、加算回路38により加算される。加算された反射エコー信号は、信号処理部28により各種フィルタリング処理および包絡線処理などの信号処理が施される。なお、信号処理部28は、CFM(Color Flow Mapping)やドプラ処理などの血流信号処理も行うことができる。【００２４】
信号処理部28から出力された反射エコー信号は、メモリなどに三次元ボリュームデータとして格納される。格納されたボリュームデータが適宜読み出され、読み出されたデータに基づき三次元超音波像が再構成される。再構成された三次元超音波像は、ディジタルスキャンコンバータ(DSC)により表示用の信号に変換された後、表示部30のモニタに表示される。【００２５】
本実施形態によれば、超音波の送波については、同じ組(例えば、組T1)の振動子群(例えば、振動子(1、1)〜(2、2))をひとつの振動子とみなして共通の駆動信号を供給するから、組の数(例えば、256)だけ送波整相部32の送波整相回路や、送波回路部34の送波回路を設ければ済むことになり、回路規模を小さくすることができる。【００２６】
また、すべての振動子(例えば、1024個の振動子)を駆動して超音波を受波することから、受信手段により処理された反射エコー信号の感度が向上するため、超音波像のS/Nを高くすることができる。
例えば、1024個の振動子を二次元配列(32×32)した超音波探触子の場合、送波整相回路を振動子ごとに設けるようにすると、1024個の回路が必要となり、回路規模が比較的大きなものとなる。この点、本実施形態によれば、256個の送波整相回路で済むことから、回路規模を小さくすることができる。【００２７】
次に、図4を参照して反射エコー信号の受信処理について説明する。図4A〜図4Cの横軸は時間軸である。また、説明の便宜上、図4Aに示すように、複数Zの振動子が横に並べて配設された例を用いる。なお、図4Aの振動子(1、1)〜(2、2)は、図2のものと対応している。【００２８】
図4Aに示すように、フォーカス点Ｐから各振動子までの到達距離はそれぞれ異なるから、P点から発生した反射エコー信号が各振動子に到達する時間(以下、到達時間という。)が異なる。なお、本実施形態では、ADC部24のサンプリングクロックのサンプル間隔が50nsであり、ディジタル整相部36のディジタルサンプル遅延のサンプル間隔(遅延間隔)が50nsとする。【００２９】
図4Bは、各振動子(1、1)〜(2、2)から出力される反射エコー信号の遅延時間を示す図である。図4Cは、遅延回路44による遅延処理を示す図である。例えば、振動子Zを基準に設定したとき、図4Bに示すように、振動子Ｚの到達時間と振動子(1、1)の到達時間の差(以下、遅延時間という。)は5.00μsとしている。また、振動子(1、2)反射エコー信号の遅延時間は4.99μs、振動子(2、1)の反射エコー信号の遅延時間は4.98μs、振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間は4.975μsとしている。【００３０】
ここで、各振動子(1、1)〜(2、1)の反射エコー信号の遅延時間と振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間との時間差が求められる。例えば、振動子(1、1)の反射エコー信号の遅延時間5.00μsと振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間4.975μsの時間差は、25nsと求められる。同様に、振動子(1、2)の反射エコー信号の遅延時間4.99μsと振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間4.975μsの時間差は15nsと求められる。また、振動子(1、2)の反射エコー信号の遅延時間4.98μsと振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間4.975μsの時間差は5nsと求められる。【００３１】
さらに、振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間との時間差のほか、ディジタル整相部36の遅延間隔50nsを考慮した微小遅延量(つまり、遅延間隔50nsよりも小さい遅延量)が求められる。例えば、振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間4.975μsを遅延間隔50nsで除したときの余りが微小遅延量25nsとして求められる。【００３２】
そして、求められた微小遅延量25nsと、振動子(2、2)の反射エコー信号の遅延時間との時間差を加えたものが、各反射エコー信号の遅延量になる。例えば、振動子(1、1)の反射エコー信号は、遅延回路44により50ns(時間差25ns＋微小遅延量25ns)だけ遅延される。同様に、振動子(1、2)の反射エコー信号は40ns(時間差15ns＋微小遅延量25ns)、振動子(2、1)の反射エコー信号は30ns(時間差5ns＋微小遅延量25ns)振動子(2、2)の反射エコー信号は25ns(時間差0ns＋微小遅延量25ns)だけ遅延される。これによって、遅延された各反射エコー信号と振動子Zの反射エコー信号との時間差は、4.95μsとなる。このように遅延された各反射エコー信号は、加算回路46により加算された後、増幅回路48を介して受波回路部22に出力される。要するに、各振動子により受波された反射エコー信号は、複数の束ね部18により組T1〜T256ごとに束ねられる。なお、各反射エコー信号に対し微小遅延量25nsを付与することについては、遅延回路44に代えて、装置本体14のディジタル整相部36に補間処理機能を実装させることにより実現できる。【００３３】
図4Dは、図4Cの処理により整相加算された反射エコー信号をディジタル整相部36により整相する処理を示す図である。振動子(1、1)〜(2、2)から出力された反射エコー信号は、図4Cに示すように、束ね部18の遅延回路44と加算回路46により処理された後、受波回路部22とADC部24を介して、ディジタル整相部36に出力される。出力された反射エコー信号は、図4Dに示すように、ディジタル整相部36により4.95μs(遅延間隔50ns×99サンプル)遅延される。これによって、振動子(1、1)〜(2、2)から出力された反射エコー信号は、振動子Zの反射エコー信号を基準として整相される。要するに、振動子16から出力される反射エコー信号が各束ね部18で組T1〜T256ごとに束ねられ、束ねられた各反射エコー信号がディジタル整相部36により整相される。【００３４】
本実施形態によれば、第1の整相加算手段(束ね部18の遅延回路44及び加算回路46)により反射エコー信号が組単位に束ねられることから、組の数(例えば、256)だけディジタル整相部36のディジタル整相回路(整相チャネル)を設ければ済むことになり、回路規模を小さくすることができる。これにより、装置本体14の整相チャネル数が1次元配列型の超音波探触子用に少なく設計されていたときでも、装置本体14に2次元配列型の超音波探触子10を接続させることができるようになる。要するに、超音波探触子10の振動子16を組ごとに送受波制御することにより、超音波探触子10から出力される反射エコー信号の数を装置本体14の整相チャネルに合わせることができる。【００３５】
例えば、256個の振動子を一次元配列してなる超音波探触子を用いる場合、装置本体の整相チャネル数は256に設計されるが、本実施形態によれば、256の整相チャネルを有する装置本体に、1024個の振動子を配列してなる超音波探触子10を256本のケーブル１２を介して接続させることができるようになる。このように、整相チャネル数が比較的少ない装置本体に、振動子の数が比較的多い超音波探触子を接続することが可能になる。【００３６】
さらに、本実施形態によれば、複数の束ね部18を超音波探触子10の筐体内に設け、各束ね部18により反射エコー信号を組単位で束ねて装置本体14側に出力することから、超音波探触子10と装置本体14のケーブル12を組の数(例えば、256)だけ配設すれば済むため、配線数を低減できる。【００３７】
また、図2に示すように、超音波を射出するときは、擬似的にみなされた例えば256個の振動子により超音波が射出される。一方、反射エコー信号を受波するときは、例えば1024個の振動子により反射エコー信号が受波される。したがって、送波と受波では振動子ピッチが異なることから、超音波送波に起因して生じるグレーティングローブと超音波受波に起因して生じるグレーティングローブは発生位置が異なる。これにより、グレーティングローブの増大を抑えることができるため、超音波像のS/Nを向上させることができる。なお、グレーティングローブの発生位置は数式(1)で表すことができる。λは、超音波の波長、θは、グレーティングローブの角度、θ0は、ビームの走査角、pitchは、振動子のピッチ幅である。
θ＝ｓｉｎ−1(λ／ｐｉｔｃｈ＋ｓｉｎθ０)        (1)【００３８】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。図5は、超音波探触子の他の例である。図5Aに示すように、超音波探触子は、図2の複数の振動子に代えて、六角板状の微細構造を有する複数の振動素子50を蜂の巣形(六角形状)に並べて配設してもよい。この場合、図5Bに示すように、例えば7個の振動要素50−1〜50−7から出力される反射エコー信号を束ね部18により束ねることができる。その場合、束ね部18に7つの遅延回路44を設けるようにする。また、振動素子50として、例えば、半導体プロセスによる微細加工により形成されたcMut(Capative Micromachined Ultrasonic Transducer: IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp. 678-690 May 1998)などを適用することができる。cMutとは、印加電圧の大きさに応じて電気機械結合係数が変化する微細振動素子である。なお、振動子又は振動素子の形態としては、本実施形態の形態に限らず、ジルコン酸チタン酸鉛(例えば、PZT)により形成したものや、積層振動子や、複合圧電材料により形成したものを適用してもよい。【００３９】
また、二次元配列型の超音波探触子10に本発明を適用した例を説明したが、一次元配列型の超音波探触子を用いるときにも適用することもできる。要するに、振動子の数が比較的多い超音波探触子を用いるときに本発明を適用することにより、回路規模の増大を抑えつつ、音速不均一を補正して良好な画像を形成することができる。【００４０】
また、超音波探触子10は、複数の振動子が矩形領域に配列して形成された場合、矩形領域の辺に対するビームの走査方向に起因してビーム形状が異なることがある。そこで、円形領域に複数の振動子を配列してもよい。これにより、円形領域の外周付近では振動子が接するように配列されることから、任意の方向にビーム走査したときでも、方向依存性を低減して良好な超音波ビームを形成することができる。【００４１】
図6A〜Cは、束ね部の他の例である。図6Aに示すように、束ね部52が図3Bの束ね部18と異なる点は、送波スイッチ40を取り除くことによって、端子Tが、同じ組T1に属する各振動子(1、1)〜(2、2)に直接に接続したことにある。他の構成は、図3Bの束ね部18と同様である。本例では、各振動子から超音波を射出するときは、受波スイッチ42が開放される。これにより、同じ送波信号が各振動子(1、1)〜(2、2)に伝わる。よって、回路規模を小さくしつつ、遅延回路44などを保護することができる。【００４２】
また、図6Bに示すように、束ね部54が図6Aの束ね部52と異なる点は、端子Ｔが送受分離回路58を介して各振動子(1、1)〜(2、2)に接続すると共に、受波スイッチ42を取り除いて遅延回路44の入力側を送受分離回路58に接続したことにある。本例によれば、端子Tに入力された駆動信号は、送受分離回路58により各振動子に供給される。そして、各振動子から出力された反射エコー信号は、送受分離回路585により遅延回路44に入力される。これにより、送波回路部34などの送波系回路に反射エコー信号が入力されることを回避できると共に、遅延回路44などの受波系回路に駆動信号が入力されることを回避できる。要するに、送波系回路と受波系回路を電気的に分離することにより、送波系回路と受波系回路の負荷を軽減させることができる。【００４３】
また、図6Cに示すように、束ね部56が図6Bの束ね部54と異なる点は、端子Tが、送受分離回路58を介して振動子(1、1)だけに接続することにある。なお、振動子(1、1)は送受分離回路58を介して遅延回路44に接続されるが、他の振動子(1、2)〜(2、2)は遅延回路44に直接に接続されている。すなわち、超音波の送波に関してのみ振動子をスパース型に構成した例である。これによれば、同じ組T1に属する振動子(例えば、振動子(1、1)〜(2、2))のうち所定の振動子(例えば、振動子(1、2)〜(2、2))を間引いて超音波が送波される。したがって、回路規模をより一層低減することができる。また、このような束ね部56を適宜用いることにより、駆動信号を入力する振動子の数を超音波探触子10の超音波口径の中心に向うにつれて徐々に多くすることができる。このようにすれば、超音波口径の端付近の振動子から送受される超音波に起因するサイドローブが低減される。要するに、超音波の送波に重みを付けることにより、良好な超音波送ビームを形成することができる。【００４４】
このような送波の重みは、図3、図6A、図6Bの場合、制御部の制御により実現することができる。その場合、図6Bの送受分離回路58は、制御指令に応じて駆動信号を遮断する機能を有することが必要になる。また、各振動子(1、1)〜(2、2)に入力する各駆動信号の振幅を異ならせてもよい。これにより、図3、図6A〜図6Cのいずれの場合でも、超音波の送波に組単位で重みを付けることができる。また、図3Bや図6Bの場合、送波スイッチ40又は送受分離回路58を制御して各振動子(1、1)〜(2、2)をオンオフすることにより、同じ組T1内でも超音波の送波に重みを付けることができる。また、遅延回路44の入力側または出力側にバッファ回路やプリアンプなどを配設してもよい。【００４５】
また、送信手段20は、複数の組T1〜T256のうち全ての組又は所定の組を選択し、その選択された組に属する振動子に束ね部18を介して駆動信号を供給して、選択された組単位でフォーカス制御することもできる。【００４６】
また、送波ブロックと受波ブロックを別の構成とすることでも良い。また、中心ほどブロックを大きくすることでも良い。中心ほど、遅延差が小さいことから、中心ほど束ね量を増やせる。【００４７】
図7は、複ビームを形成する技術を説明するための図である。複ビームを形成する技術とは、図7に示すように、超音波送波ビームの方向Tに対し異なる複数の方向(例えば、R1、R2の二つの方向)に受波ビームを形成するものである。【００４８】
例えば、図8上段に示されるようにして複ビームを形成する。超音波探触子10から超音波を射出し、射出された超音波により方向Ｔの送波ビームが形成される。そして、各振動子16から出力される反射エコー信号が束ね部18の遅延回路44で凹面フォーカス遅延55を行い、ダイナミックフォーカスされる。または、固定フォーカスでも良い。各束ね部18から出力される各反射エコー信号に対し、ディジタル整相部36により予め決められた傾斜遅延56、57が付与される。傾斜遅延とは、例えば受波ビームを形成するために予め決められた遅延量であり、本例の場合、方向a，bの異なる方向の2つの受波ビームを形成するためのものである。このような傾斜遅延が、ディジタル整相部36により時分割で付与されることにより、例えば方向R1、R2の受波ビームがほぼ同時に形成される。【００４９】
また、図8下段に示されるよう、束ね部18の遅延回路で送波方向の傾斜遅延50を与えて束ね、本体装置のディジタル整相部36で方向a，bそれぞれの方向に凹面フォーカス遅延51、52をダイナミックに行う。それは、時分割処理でも並列処理でもよい。【００５０】
このような複ビームを形成する技術を適用すれば、1本の送波ビームで複数の受波ビームを形成することができるから、超音波撮像時間を短縮することができる。また、各反射エコー信号に対しディジタル整相部36により時分割に傾斜遅延を与えることに代えて、方向R1用の受波整相部と方向R2用の受波整相部を並列に設けるようにしてもよい。また、ディジタル整相部36により形成する受波ビームの方向は、送波ビームの方向T1を含む二次元平面内に限られず、方向T1周りの等方的な方向に複数形成することができる。これにより、二次元配列型の超音波探触子10によって三次元的に超音波走査するときでも、複ビームを形成することができる。また、遅延回路44としてΔΣ変調器を用いた場合は、各ΔΣ変調器を時分割制御することにより複ビームを形成することができる。【００５１】
また、本実施形態では、送信手段により共通の駆動信号が入力される組に属する振動子と、束ね部18により反射エコー信号が束ねられる組に属する振動子の数は同じであるが、異なるようにしてもよい。これにより、撮像部位に応じて超音波像に必要なS/Nを考慮しながら、回路規模を適宜減らすことができる。
【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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【国際調査報告】
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