JP2003102734A

JP2003102734A - 超音波受信方法及び超音波受信装置、並びに、超音波診断装置

Info

Publication number: JP2003102734A
Application number: JP2001299504A
Authority: JP
Inventors: Eiji Ogawa; 英二小川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の画素を包含する超音波受信面を有する
光検出方式の２次元超音波センサを用いて、光学的クロ
ストークの影響を低減することができる超音波受信方法
等を提供する。【解決手段】この超音波受信方法は、超音波を受信す
るための受信面と、超音波を検出するために用いられる
光ビームを入射する光入射面とを有する超音波検出素子
を用いて超音波を受信する方法であって、超音波検出素
子の光入射面に、所定の間隔を有する複数の光ビームを
入射させるステップ（ａ）と、超音波検出素子の受信面
の各位置に印加される超音波に基づいて変調された複数
の光ビームを検出して検出信号を出力するステップ
（ｂ）と、超音波検出素子の光入射面における複数の光
ビームの照射位置に対応する検出信号に基づいて画像デ
ータを構成するステップ（ｃ）とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を受信する
方法及び装置に関し、さらに、そのような方法を用いて
超音波を受信することにより医療診断を行うための超音
波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波診断装置においては、超音
波の送信手段及び受信手段には同じ方式を用いており、
超音波の送信及び受信を行う素子（振動子）としては、
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラ
ミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙ
ｖｉｎｙｌｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素
子を用いた１次元センサアレイが一般的であった。さら
に、そのような１次元センサアレイをスキャンさせるこ
とにより２次元画像を取得し、複数の２次元画像を合成
することにより３次元画像を得ていた。

【０００３】しかしながら、この手法によれば、１次元
センサアレイのスキャン方向にタイムラグがあるため、
異なる時刻における断面像を合成することになるので、
合成画像がぼけたものとなってしまう。従って、超音波
診断装置を用いて超音波エコー観察等を行う場合のよう
に、生体を対象とする被写体には適していない。

【０００４】超音波を用いて高品位な３次元画像を取得
するためには、センサアレイをスキャンさせることなく
２次元画像を取得できる２次元センサアレイが必要であ
る。このため、上記ＰＺＴやＰＶＤＦを用いて２次元セ
ンサアレイを作製する手法が検討された。上記ＰＺＴや
ＰＶＤＦを用いる場合には、素子の微細加工と、多数の
微細素子への配線が必要であり、現状以上の微細化と素
子集積は困難である。また、それらが解決されたとして
も、素子間のクロストークが増大したり、微細配線によ
る電気的インピーダンスの上昇によりＳＮ比が劣化した
り、微細素子の電極部が破壊し易くなるといった問題が
あるので、ＰＺＴやＰＶＤＦを用いた２次元センサアレ
イの実現は困難である。

【０００５】一方、ＰＺＴのような圧電材料を用いない
超音波センサとして、光ファイバを利用し、超音波信号
を光信号に変換して検出する方式（以下、光検出方式と
いう）のセンサも知られている。このような光検出方式
の超音波センサとして、ファイバブラッググレーティン
グ（ＦＢＧと略称）を用いるもの（防衛大のＴＡＫＡＨ
ＡＳＨＩらによる「ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓ
ｔｉｃＳｅｎｓｏｒｗｉｔｈＦｉｂｅｒＢｒａｇ
ｇＧｒａｔｉｎｇ」ＯＰＴＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷ
Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６（１９９７）ｐ．６９１−６９
４参照）や、ファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）
構造を用いるもの（東工大のＵＮＯらによる「Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏ
ｆａＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＭｉｃｒｏ−Ｐｒｏｂ
ｅｆｏｒＭｅｇａｈｅｒｔｚＵｌｔｒａｓｏｎｉ
ｃＦｉｅｌｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」Ｔ．ＩＥ
ＥＪａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１８−Ｅ，Ｎｏ．１
１，’９８参照）が報告されている。

【０００６】また、圧電材料を用いない超音波センサと
して、超音波受信面を有する２次元センサも研究されて
いる。例えば、ＪａｍｅｓＤ．Ｈａｍｉｌｔｏｎらに
よる「ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙＯｐｔｏａｃｏ
ｕｓｔｉｃＡｒｒａｙｓＵｓｉｎｇＥｔａｌｏｎ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」には、エタロンを用いた超音波の
受信方法が記載されている。エタロンとは、所定の反射
率を有する２枚の基板を、空隙を挟んで向かい合わせた
もので、ファブリーペロー干渉計としても知られている
光共振器である。エタロンに入射した光は、エタロンの
空隙で反射を繰り返し、空隙の長さに応じて特定の波長
を有する光のみが共振して増幅され、その後、入射方向
又はその反対側に向かって出射する。このようなエタロ
ンの一方の基板に超音波を印加し、他方の基板に特定の
波長を有する光を入射すると、基板の振動によって空隙
の長さが変化し、それに応じて、エタロンから出射する
光の強度が変化する。この光の強度を測定することによ
り、高反射ミラーの各位置に印加された超音波の強度を
検出することができる。

【０００７】このような面検出型のセンサを用いること
により、例えば、光ファイバーを用いた１次元センサを
アレイ化するといった手間やコストを削減することがで
きる。しかしながら、上記文献には、エタロンの歪みに
よって反射光が散乱するため、光学的なクロストークが
発生する恐れがあるとも述べられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の点に鑑
み、本発明は、複数の画素を包含する超音波受信面を有
する光検出方式の２次元超音波センサを用いて、光学的
クロストークの影響を低減することができる超音波受信
方法及び超音波受信装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのような超音波受信方法を用いた超
音波診断装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る超音波受信方法は、超音波を受信する
ための受信面と、超音波を検出するために用いられる光
ビームを入射する光入射面とを有する超音波検出素子を
用いて超音波を受信する方法であって、超音波検出素子
の光入射面に、所定の間隔を有する複数の光ビームを入
射させるステップ（ａ）と、超音波検出素子の受信面の
各位置に印加される超音波に基づいて変調された複数の
光ビームを検出して検出信号を出力するステップ（ｂ）
と、超音波検出素子の光入射面における複数の光ビーム
の照射位置に対応する検出信号に基づいて画像データを
構成するステップ（ｃ）とを具備する。

【００１０】また、本発明に係る超音波受信装置は、所
定の間隔を有する複数の光ビームを生成するマルチビー
ム生成手段と、超音波を受信するための受信面と、マル
チビーム生成手段が生成した光ビームを入射する光入射
面とを有し、該受信面の各位置に印加される超音波に基
づいて該光入射面に入射する光ビームを変調する超音波
検出素子と、複数の画素を有する光検出器であって、超
音波検出素子の光入射面の対応する位置から出力される
光ビームを検出して検出信号を出力する光検出器と、光
検出器から出力される検出信号を取り込んで処理する信
号処理手段と、信号処理手段の出力信号に基づいて画像
データを構成する画像処理手段と、超音波検出素子の光
入射面における複数の光ビームの照射位置に対応する検
出信号を取り込むように信号処理手段を制御する制御手
段とを具備する。

【００１１】さらに、本発明に係る超音波診断装置は、
駆動信号に従って超音波を送信する超音波送信部と、超
音波送信部に印加する駆動信号を発生する駆動信号発生
回路と、所定の間隔を有する複数の光ビームを生成する
マルチビーム生成手段と、超音波を受信するための受信
面と、マルチビーム生成手段が生成した光ビームを入射
する光入射面とを有し、該受信面の各位置に印加される
超音波に基づいて該光入射面に入射する光ビームを変調
する超音波検出素子を含む超音波検出部と、複数の画素
を有する光検出器であって、超音波検出素子の光入射面
の対応する位置から出力される光ビームを検出して検出
信号を出力する光検出器と、光検出器から出力される検
出信号を取り込んで処理する信号処理手段と、駆動信号
の発生タイミングと検出信号の取込みタイミングとを制
御すると共に、超音波検出素子の光入射面における複数
の光ビームの照射位置に対応する検出信号を取り込むよ
うに信号処理手段を制御する制御手段と、信号処理手段
の出力信号に基づいて画像データを構成する画像処理手
段と、画像データに基づいて画像を表示する画像表示部
とを具備する。

【００１２】本発明によれば、複数の画素を包含する超
音波受信面を有する光検出方式の２次元超音波センサを
用いて、光学的クロストークの影響の少ない２次元画像
データを得ることができる。従って、そのような２次元
画像データを用いて、良質な２次元又は３次元の超音波
画像を得ることが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構
成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波受信装置を概
略的に示している。この超音波受信装置は、マルチビー
ム生成手段１０と、分波器１４と、超音波検出素子２０
と、光検出器１５と、信号処理部６０と、制御部７０
と、フレームメモリ８０と、信号処理部９０と、画像処
理部１００とを含んでいる。この内で、信号処理部６０
と、フレームメモリ８０と、信号処理部９０は、光検出
器１５から出力される検出信号の処理を行うので、これ
らをまとめて信号処理手段と呼ぶことができる。

【００１４】マルチビーム生成手段１０は、例えば、５
００〜１６００ｎｍの単波長を有するシングルモードレ
ーザ光を発生する光源１１と、マルチビーム生成部１２
と、駆動部１３とを含んでおり、複数の光ビーム（マル
チビーム）を生成する。マルチビーム生成部１２は、例
えば、コリメーターレンズアレイを有し、光源１１から
発生した光を複数のビームに分割する。駆動部１３は、
制御部７０の制御に従って、マルチビームの照射位置が
変更されるように、マルチビーム生成部１２を駆動す
る。

【００１５】分波器１４は、ハーフミラー又は光サーキ
ュレータ又は偏光ビームスプリッター等によって構成さ
れ、第１の方向から入射した入射光を第２の方向に通過
させると共に、第２の方向から戻ってくる反射光を第１
の方向とは別の第３の方向に通過させる。本実施形態に
おいては、分波器１４としてハーフミラーを用いてい
る。ハーフミラーは、入射光を透過して、入射方向と反
対の方向から戻ってくる反射光を、入射方向とほぼ９０
°の角度をなす方向に反射する。

【００１６】超音波検出素子２０は、超音波を受信する
受信面と、超音波を検出するために用いる光を入射する
光入射面とを有する光検出方式の２次元センサである。
超音波検出素子２０としては、例えば、ブラッググレー
ティング構造を有する多層膜センサや、エタロンセンサ
等を用いることができる。超音波検出素子２０の構造や
超音波の検出原理等については、後で詳しく述べる。超
音波検出素子２０は、マルチビーム生成手段１０から、
分波器１４を通過して入射面の各位置に入射したマルチ
ビームを、受信面の各位置に印加される超音波に基づい
て変調して反射する。超音波検出素子２０から反射され
た光は、分波器１４によって反射され、複数の画素を有
する光検出器１５に入射する。

【００１７】光検出器１５は、ＣＣＤや、ＭＯＳ型セン
サや、複数のＰＤ（フォトダイオード）等で構成される
２次元アレイ検出器である。本実施形態においては、Ｃ
ＣＤを用いている。光検出器１５は、超音波検出素子２
０から分波器１４を介して入射した光を複数の画素ごと
に検出し、それぞれの画素における光強度に応じた検出
信号を出力する。

【００１８】信号処理部６０は、増幅器６１と、Ａ／Ｄ
変換器６２と、ラインメモリ６３とを有している。光検
出器１５から出力された検出信号は、画素ごとに処理さ
れる。即ち、各画素における検出信号は、増幅及びＡ／
Ｄ変換され、ラインメモリ６３に順次記憶される。フレ
ームメモリ８０は、制御部７０の制御に従って、ライン
メモリ６３に記憶された検出信号を１フレーム分蓄積す
る。

【００１９】制御部７０は、超音波検出素子２０の光入
射面の所定の位置にマルチビームが照射するように、マ
ルチビーム生成手段１０を制御すると共に、マルチビー
ムが照射した光入射面の各位置に対応する画素から出力
された検出信号のみを取り込むように、ラインメモリ６
３及び／又はフレームメモリ８０を制御する。即ち、制
御部７０は、光検出器１５におけるマルチビームの照射
位置に対応する画素から出力された検出信号のみを取り
込んでラインメモリ６３に記憶させ、さらに、フレーム
メモリに記憶させる。又は、制御部７０は、ラインメモ
リ６３に全ての画素からの検出信号を記憶させ、ライン
メモリ６３に記憶された検出信号の中から、光検出器１
５におけるマルチビームの照射位置に対応する画素から
出力された検出信号のみを取り込んでフレームメモリに
記憶させる。

【００２０】信号処理部９０は、位相調整部９１と、加
算部９２と、対数増幅器９３と、検波器９４と、ＴＧＣ
（ｔｉｍｅｇａｉｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）増
幅器９５とを含んでいる。信号処理部９０は、フレーム
メモリ８０から読み出された検出信号に対し、位相調整
及び加算を行うことにより焦点合わせを行い、さらに、
対数増幅、検波、ＴＧＣ等の信号処理を行う。

【００２１】画像処理部１００は、信号処理部９０の出
力信号に基づいて、画像処理を行う。即ち、超音波の送
信方向に並行する縦方向の断層像（Ｃスキャン像）や、
超音波の送信方向に直交する横方向の断層像（Ｂスキャ
ン像）等の２次元画像データを構成したり、ボリューム
レンダリングやサーフェスレンダリング表示の処理を行
うことにより、３次元画像データを構成する。さらに、
画像処理部１００は、構成された画像データに対して補
間、レスポンス変調処理、階調処理等の処理を行う。

【００２２】次に、図２及び図３を参照しながら、本実
施形態において用いられる２次元センサの構造及び超音
波の検出原理について詳しく説明する。図２は、ブラッ
ググレーティング構造を有する多層膜センサの構造を示
している。図２に示すように、超音波検出素子２０は、
基板２１と、該基板の上に積層された多層膜２２とを含
んでいる。

【００２３】基板２１は、超音波を受信することによっ
て歪みを生じる膜状の基板であり、例えば、直径２ｃｍ
程度の円か、それ以上の面積を有している。基板２１に
は、異なる屈折率を有する２種類の材料層を交互に積層
することにより、ブラッググレーティング構造を有する
多層膜２２が形成されている。図２には、屈折率ｎ₁を
有する材料層Ａと、屈折率ｎ₂を有する材料層Ｂとが示
されている。

【００２４】多層膜２２の周期構造のピッチ（間隔）を
ｄとし、入射光の波長をλとすると、ブラッグの反射条
件は次の式で表される。ただし、ｍは任意の整数であ
る。２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ ・・・（１）ここで、θは入射面から測った入射角であり、θ＝π／
２とすると次の式のようになる。２ｄ＝ｍλ ・・・（２）ブラッググレーティングは、ブラッグの反射条件を満た
す特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光
を透過させる。

【００２５】超音波検出素子２０の一方の面（受信面）
に超音波を伝搬させると、超音波の伝搬に伴い超音波検
出素子２０が歪み、多層膜２２の各位置において周期構
造のピッチｄが変化するので、選択的に反射する光の波
長λが変化する。ブラッググレーティングの反射特性に
おいては、最も反射率の高い（透過率の低い）中心波長
の前後に反射率の変化する傾斜帯域があり、この傾斜帯
域の範囲に中心波長を有する検出光を、超音波検出素子
２０の他方の面（光入射面）に入射させながら超音波を
加える。すると、受信面の各位置における超音波の強さ
に応じた反射光（又は透過光）の強度変化を観測でき
る。この光の強度変化を超音波の強度に換算することに
より、超音波の２次元強度分布情報を取得できる。

【００２６】基板２１の材料としては、石英ガラス（Ｓ
ｉＯ₂）やＢＫ７（ショット社の製品）等の光学ガラス
等が用いられる。また、材料層Ａ及びＢに用いられる物
質としては、屈折率が互いに１０％以上異なる物質の組
み合わせが望ましい。即ち、ｎ₁＜ｎ₂のとき、ｎ₁×
１．１≦ｎ₂を満たす物質を選択する。これは、材料層
Ａと材料層Ｂとの境界面において、高い反射率を得るた
めである。また、材料層Ａ及びＢは、伸縮しやすい物質
であることが望ましい。これは、超音波が印加された際
の歪み量を増大し、結果的にシステムの感度を高めるた
めである。このような条件を満たす物質の組み合わせと
して、ＳｉＯ₂と酸化チタン（Ｔｉ₂Ｏ₃）との組み合わ
せや、ＳｉＯ₂と酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）との組み合
わせ等が挙げられる。例えば、前者の場合に、１５２０
ｎｍのレーザ光に対するＳｉＯ₂の屈折率は約１．４
５、Ｔｉ₂Ｏ₃の屈折率は約２．０であり、これは、屈折
率が１０％以上異なるという上記の条件を十分に満たし
ている。

【００２７】材料層Ａ及びＢの層厚（膜厚）は、多層膜
２２に入射する光の波長λの概ね１／４程度であること
が望ましい。ここで、膜厚とは、材料層の屈折率（ｎ）
と材料層の厚さ（ｔ）との積で表される光学距離であ
る。即ち、ｎｔ＝λ／４が条件となる。これにより、多
層膜２２の周期構造のピッチが入射光の波長の概ね１／
２程度となり、ブラッグの反射条件の式（２）を満たす
波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過さ
せるようになる。或いは、層厚λ／４を有する材料層Ａ
及びＢを交互に積層し、所々に層厚λ／２を有する材料
層Ａ又はＢのいずれか一方を積層しても良い。

【００２８】このような材料層Ａ及びＢが、基板２１上
に、真空蒸着やスパッタリング等の方法によって多層
（例えば、各１００層）形成されている。ここで、基板
にＳｉＯ₂、材料層にＳｉＯ₂及びＴｉ₂Ｏ₃を用いて層数
を各層１００層ずつ、計２００層として作製した多層膜
センサを用い、レーザ光を入射するシミュレーションを
行ったところ、次のような結果が得られた。即ち、入射
光の波長の変化に対する反射率の傾斜は、反射率２５％
において、２．８ｄＢ／０．０１ｎｍであった。このよ
うに、多層膜２２の層数を増やすことにより、反射率が
高くなると共に、波長の変化に対して反射率は急峻な変
化を示すようになり、センサの感度を上げることができ
る。

【００２９】あるいは、図２に示す超音波検出素子（多
層膜センサ）２０の替わりに、図３に示す超音波検出素
子（エタロンセンサ）２５を用いることもできる。図３
に示す超音波検出素子２５において、基板２６は、超音
波によって変形する膜状の基板であり、例えば、直径２
ｃｍ程度の円か、それ以上の面積を有している。基板２
６と対向して、基板２７が配置されており、これらはエ
タロンと同様の構造を形成している。

【００３０】基板２６及び２７の反射率をＲ、これらの
基板の間隔をｄとし、入射光の波長をλとすると、エタ
ロンの透過率Ｔは次のように表される。ただし、ｎは任
意の整数である。Ｔ＝［１＋４Ｒ／（１−Ｒ）²・ｓｉｎ²（φ／２）］^-1 ・・・（３） φ＝２π／λ・２ｎｄ・ｃｏｓθ ・・・（４）ここで、θは出射面の垂線から測った出射角であり、θ
＝０とすると次の式のようになる。 φ＝４πｎｄ／λ ・・・（５）エタロンは、波長λの光を透過率Ｔで透過し、反射率
（１−Ｔ）で反射する。

【００３１】超音波検出素子２５に超音波を伝搬させる
と、基板２６が歪み、受信面の各位置において基板２６
及び２７の間隔ｄが変化するので、波長λの光の反射率
が変化する。エタロンの反射特性は、波長変化に対して
周期的に変化する。従って、反射特性の変化率の大きい
領域に中心波長を有する検出光を基板２７に入射させな
がら超音波を加えると、受信面の各位置における超音波
の強さに応じた反射光の強度変化を観測できる。この反
射光の強度変化を超音波の強度に換算することにより、
超音波の強度を２次元的に計測することができる。

【００３２】ところで、このような超音波受信面が画素
分割されていない超音波検出素子においては、超音波に
よって光の反射面が歪むので、光が散乱することがあ
る。図４には、超音波検出素子の反射面に対して所定の
太さ（照射面積）を有するビームが入射し、超音波検出
素子の歪みによって光が散乱している様子が、模式的に
示されている。図４に示すように、超音波検出素子に含
まれる１つの反射面２３において、反射光の内、光が入
射する方向へ反射する成分は、有効な信号成分である。
しかしながら、反射面２３においては、光が入射する方
向以外の方向へ反射する成分も生じており、これらの成
分は、クロストーク成分となる。そこで、本実施形態に
おいては、このようなクロストークの影響を避けるた
め、マルチビームを超音波検出素子に照射している。

【００３３】ここで、図１、図５、図６を参照しなが
ら、本実施形態に係る超音波受信方法について説明す
る。図５は、超音波受信方法を示すフローチャートであ
り、図６は、マルチビームを照射して検出信号を取得す
る画素の位置を説明するための図である。まず、ステッ
プＳ１０１において、マルチビーム生成手段１０は、マ
ルチビームを生成して出射する。出射されたマルチビー
ムは、分波器１４を通過し、超音波検出素子２０に入射
する。このとき、マルチビームは、図６に示す超音波検
出素子２０の光入射面２４において、例えば、（ａ）に
示すような複数の位置を照射する。ここで、それぞれの
照射位置の間隔は、隣接する照射位置における光の散乱
による影響を受けない程度に、互いに十分離れている。

【００３４】次に、ステップＳ１０２において、光検出
器１５は、超音波検出素子２０によって反射されたマル
チビームを検出する。超音波検出素子２０から反射され
たマルチビームは、分波器１４により反射されて光検出
器１５に入射する。このとき、マルチビームに含まれる
それぞれのビームは、図６の（ｂ）に示すように、光検
出器が有する複数の画素の内、光入射面２４における照
射位置に対応する画素に入射して検出される。なお、こ
のときに、マルチビームが入射した画素の周辺の画素に
は、光反射面２４における散乱によるクロストーク成分
が入射している可能性があるが、周辺の画素におけるこ
の時点の検出信号は使用されないので問題はない。

【００３５】ステップＳ１０３において、さらに超音波
の検出を続けるか否かを判断する。超音波の検出を続け
る場合には、ステップＳ１０４に移行し、制御部７０
が、マルチビーム生成手段１０と、ラインメモリ６３又
はフレームメモリ８０とを制御して、マルチビームの照
射位置と検出信号の取り込みアドレスとを変更する。こ
のとき、次のマルチビームの照射位置は、先のマルチビ
ームの照射位置と重ならないようにすることが望まし
い。なお、１回のマルチビームの照射で、超音波の検出
を終了しても良い。この場合には、最終的に蓄積された
データの密度は、マルチビームを複数回照射する場合に
比較して疎となるが、光のクロストーク成分をカットで
きるという効果はある。

【００３６】通常は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を繰
り返す。例えば、図６の（ｃ）に示すような位置にマル
チビームを出射し、（ｄ）に示すように、マルチビーム
の照射位置に対応する画素からの検出信号がフレームメ
モリ８０に記憶される。図６の（ａ）及び（ｃ）のよう
にマルチビームを照射した場合には、フレームメモリ８
０には、図６の（ｅ）に示す画素からの検出信号が蓄積
される。このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０４を複数
回繰り返すことにより、複数回に渡って検出された検出
信号がフレームメモリ８０に蓄積される。

【００３７】ステップＳ１０３において、超音波の検出
を終了すると判断された場合には、ステップＳ１０５に
移行し、信号処理部９０が、フレームメモリ８０に記憶
された検出信号の処理を行う。さらに、ステップＳ１０
６において、画像処理部１００が、信号処理部９０の出
力信号に基づいて２次元又は３次元の画像データを構成
する。

【００３８】ここで、マルチビームの照射位置は、先に
述べたように、隣接する照射位置における光の散乱によ
る影響を受けない程度に離れていれば、図６に示すよう
な規則的な配置であっても、図７に示すような不規則的
な配置であっても良い。図７においては、（ａ）及び
（ｃ）に示すように、マルチビームの照射位置を不規則
な配置とし、（ｂ）及び（ｄ）に示すように、対応する
画素からの検出信号を複数回にわたって記憶することに
より、（ｅ）に示すような画素からの検出信号が蓄積さ
れている。

【００３９】次に、本発明の一実施形態に係る超音波診
断装置について、図８を参照しながら説明する。図８
は、本実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図
である。この超音波診断装置は、本発明の一実施形態に
係る超音波受信装置を適用したものである。超音波検出
部５０において、図２に示すような超音波検出素子２０
を用いている。あるいは、図２に示す超音波検出素子２
０の替わりに、図３に示すような超音波検出素子２５を
用いても良い。

【００４０】図８に示すように、この超音波診断装置
は、駆動信号発生回路３０と超音波送信部４０とを含ん
でいる。超音波送信部４０は、駆動信号発生回路３０か
ら発生する駆動信号に基づいて超音波を送信する。超音
波送信部４０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代
表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニ
リデン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）
等の高分子圧電素子に代表される圧電性を有する材料
（圧電素子）等によって構成される。この圧電素子に、
駆動信号発生回路３０からパルス状の電気信号或いは連
続波電気信号を送って電圧を印加すると、圧電素子は微
少な機械的振動を生じる。このような機械的振動によ
り、超音波パルス或いは連続波超音波が発生し、伝播媒
質中を超音波ビームとして伝わる。

【００４１】超音波送信部４０から送信された超音波
は、診断対象によって反射され、超音波検出部５０に受
信される。超音波検出部５０には、マルチビーム生成手
段１０から発生し、分波器１４を通過したマルチビーム
が入射しており、このマルチビームは、超音波検出部５
０に印加される超音波に基づいて変調されて反射され
る。反射された光は、分波器１４を介して光検出器１５
に入射し、２次元的に検出される。

【００４２】また、この超音波診断装置は、信号処理部
６０と、制御部７０と、フレームメモリ８０と、信号処
理部９０と、画像処理部１００と、画像表示部１１０
と、記憶部１２０とを含んでいる。光検出器１５から出
力される検出信号は、複数のラインを有する信号処理部
６０において増幅及びＡ／Ｄ変換され、フレームメモリ
８０に記憶される。

【００４３】信号処理部９０は、フレームメモリ８０に
記憶されたデータに基づいて位相調整や検波等の処理を
行い、画像信号を生成する。画像処理部１００は、それ
らの信号に基づいて、２次元画像データ又は３次元画像
データを構成すると共に、補間、レスポンス変調処理、
階調処理等の処理を施す。画像表示部１１０は、例え
ば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であり、これ
らの処理を施された画像データに基づいて画像を表示す
る。さらに、記憶部１２０は、画像処理部１００におい
て処理された画像データを記憶する。

【００４４】制御部７０は、所定のタイミングで駆動信
号を発生するように駆動信号発生回路３０を制御すると
共に、送信時刻から一定時間経過後に光検出器１５から
出力される検出信号を取り込んで記憶するように、信号
処理部６０又はフレームメモリ８０又は信号処理部９０
を制御する。このように、駆動信号の発生タイミング
と、検出信号の取り込みタイミングとをコントロールす
ることにより、被写体の特定の深さからの超音波の反射
を検出することができる。さらに、制御部７０は、マル
チビームが照射される位置を変更するようにマルチビー
ム生成手段１０を制御し、検出信号が取り込まれるアド
レスを変更するようにラインメモリ６３及び／又はフレ
ームメモリ８０を制御する。このように、マルチビーム
の照射位置と、検出信号の取り込みアドレスとをコント
ロールすることにより、クロストーク成分を含まない光
によって超音波を検出することができる。

【００４５】次に、図９を参照しながら、本実施形態に
係る超音波診断装置の変形例について説明する。図９に
示すように、この超音波診断装置は、超音波検出部５０
と超音波送信部４０とを一体化させることにより、超音
波用探触子１３０を形成したものである。光検出方式の
超音波受信装置は、超音波を送信する機能を持たないの
で、圧電素子等を用いた超音波送信部を別途設けること
が必要である。図９に示す変形例は、異なる方式を用い
た超音波送信部と超音波検出部とを一つの探触子にまと
めることにより、従来の送受同一方式を用いた超音波用
探触子と同様の操作感で超音波診断を行うことができる
ようにしたものである。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、複数の画素を包含する
超音波受信面を有する光検出方式の２次元超音波センサ
を用いて、光学的クロストークの影響の少ない２次元画
像データを得ることができる。従って、そのような２次
元画像データを用いて、良質な２次元又は３次元の超音
波画像を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る超音波受信装置の構
成を示す図である。

【図２】図１の超音波検出素子（多層膜センサ）を拡大
して示す図である。

【図３】エタロンセンサを拡大して示す図である。

【図４】光のクロストークを説明するための図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る超音波受信方法を示
すフローチャートである。

【図６】本発明の一実施形態に係る超音波受信方法にお
いて、マルチビームを照射して検出信号を取得する画素
の位置を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施形態に係る超音波受信方法にお
いて、マルチビームを照射して検出信号を取得する画素
の位置を説明するための図である。

【図８】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置を示
すブロック図である。

【図９】図８の超音波診断装置の変形例を示す図であ
る。

【符号の説明】１０マルチビーム生成手段１１光源１２マルチビーム生成部１３駆動部１４分波器１５光検出器２０超音波検出素子（多層膜センサ）２１基板２２多層膜２３反射面２４光入射面２５超音波検出素子（エタロンセンサ）２６、２７基板３０駆動信号発生回路４０超音波送信部５０超音波検出部６０、９０信号処理部６１増幅器６２Ａ／Ｄ変換器６３ラインメモリ７０制御部８０フレームメモリ９１位相調整部９２加算部９３対数増幅器９４検波器９５ＴＧＣ増幅器１００画像処理部１１０表示部１２０記憶部１３０超音波用探触子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H041 AA05 AA07 AB38 AC02 AZ00 AZ05 AZ08 4C301 AA03 CC02 CC06 EE04 GB09 GB14 GB40 HH27 HH37 HH51 JB03 JB11 JB13 JB29 JC01 JC20 KK03 KK17 LL02 LL06 4C601 EE02 GB01 GB03 GB06 GB14 GB50 JB01 JB11 JB13 JB19 JB21 JB34 JB45 JC01 JC25 JC26 KK03 KK12 KK15 KK21 KK22 LL01 LL02 LL05 LL06 5D019 BB19 FF04 GG00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を受信するための受信面と、超音
波を検出するために用いられる光ビームを入射する光入
射面とを有する超音波検出素子を用いて超音波を受信す
る方法であって、前記超音波検出素子の光入射面に、所定の間隔を有する
複数の光ビームを入射させるステップ（ａ）と、前記超音波検出素子の受信面の各位置に印加される超音
波に基づいて変調された複数の光ビームを検出して検出
信号を出力するステップ（ｂ）と、前記超音波検出素子の光入射面における複数の光ビーム
の照射位置に対応する検出信号に基づいて画像データを
構成するステップ（ｃ）と、を具備する超音波受信方
法。
【請求項２】ステップ（ｂ）が、ＣＣＤ、ＭＯＳ型セ
ンサ、又は、複数のフォトダイオードを含む複数の画素
を有する光検出器を用いて光ビームを検出することを含
む、請求項１記載の超音波受信方法。
【請求項３】ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）を、
前記超音波検出素子の光入射面における複数の光ビーム
の照射位置を変更させながら繰り返すステップをさらに
具備する請求項１又は２記載の超音波受信方法。
【請求項４】所定の間隔を有する複数の光ビームを生
成するマルチビーム生成手段と、超音波を受信するための受信面と、前記マルチビーム生
成手段が生成した光ビームを入射する光入射面とを有
し、該受信面の各位置に印加される超音波に基づいて該
光入射面に入射する光ビームを変調する前記超音波検出
素子と、複数の画素を有する光検出器であって、前記超音波検出
素子の光入射面の対応する位置から出力される光ビーム
を検出して検出信号を出力する前記光検出器と、前記光検出器から出力される検出信号を取り込んで処理
する信号処理手段と、前記信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理手段と、前記超音波検出素子の光入射面における複数の光ビーム
の照射位置に対応する検出信号を取り込むように前記信
号処理手段を制御する制御手段と、を具備する超音波受
信装置。
【請求項５】前記マルチビーム生成手段が、前記超音
波検出素子の光入射面における複数の光ビームの照射位
置を変更する手段を含み、前記制御手段が、変更された照射位置に対応して、前記
信号処理手段が取り込む検出信号を変更するように制御
する、請求項４記載の超音波受信装置。
【請求項６】前記画像処理手段が、前記超音波検出素
子の光入射面における複数の光ビームの照射位置を変更
しながら光ビームの検出を繰り返すことにより得られる
検出信号を蓄積するメモリを有する、請求項５記載の超
音波受信装置。
【請求項７】前記マルチビーム生成手段が、光源と、
コリメータレンズアレイとを含む、請求項４〜６のいず
れか１項記載の超音波受信装置。
【請求項８】前記光検出器が、ＣＣＤ、ＭＯＳ型セン
サ、又は、複数のフォトダイオードを含む、請求項４〜
７のいずれか１項記載の超音波受信装置。
【請求項９】前記超音波検出素子が、異なる屈折率を
有する２種類の材料を交互に積層することにより形成さ
れる多層膜を含む、請求項４〜８のいずれか１項記載の
超音波受信装置。
【請求項１０】前記異なる屈折率を有する２種類の材
料が、互いに１０％以上異なる屈折率を有する、請求項
９記載の超音波受信装置。
【請求項１１】前記多層膜を形成する各材料の層が、
該多層膜に入射する光の波長の概１／４の膜厚を有する
層を含む、請求項９又は１０記載の超音波受信装置。
【請求項１２】前記多層膜を形成する各材料の層が、
該多層膜に入射する光の波長の概ね１／２の膜厚を有す
る層をさらに含む、請求項１１記載の超音波受信装置。
【請求項１３】前記超音波検出素子が、エタロンセン
サを含む、請求項４〜８のいずれか１項記載の超音波受
信装置。
【請求項１４】駆動信号に従って超音波を送信する超
音波送信部と、前記超音波送信部に印加する駆動信号を発生する駆動信
号発生回路と、所定の間隔を有する複数の光ビームを生成するマルチビ
ーム生成手段と、超音波を受信するための受信面と、前記マルチビーム生
成手段が生成した光ビームを入射する光入射面とを有
し、該受信面の各位置に印加される超音波に基づいて該
光入射面に入射する光ビームを変調する超音波検出素子
を含む超音波検出部と、複数の画素を有する光検出器であって、前記超音波検出
素子の光入射面の対応する位置から出力される光ビーム
を検出して検出信号を出力する前記光検出器と、前記光検出器から出力される検出信号を取り込んで処理
する信号処理手段と、前記駆動信号の発生タイミングと前記検出信号の取込み
タイミングとを制御すると共に、前記超音波検出素子の
光入射面における複数の光ビームの照射位置に対応する
検出信号を取り込むように前記信号処理手段を制御する
制御手段と、前記信号処理手段の出力信号に基づいて画像データを構
成する画像処理手段と、前記画像データに基づいて画像を表示する画像表示部
と、を具備する超音波診断装置。
【請求項１５】前記超音波送信部が、印加される電圧
に応答して超音波を発生する圧電方式に基づくものであ
る、請求項１４記載の超音波診断装置。
【請求項１６】前記超音波送信部と前記超音波検出部
とが、一体となって超音波用探触子を形成する、請求項
１４又は１５記載の超音波診断装置。