JP2011000426A - 超音波診断装置及び超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブに対して供給された離散的な遅延時間を有する駆動信号に基づいて正確な遅延時間を有する合成駆動信号を生成する。
【解決手段】超音波プローブ３において２次元配列されたＭｘ個の振動素子を駆動して被検体の体内へ超音波パルスを送信する際、超音波プローブ３の信号選択部３２は、その遅延時間がΔτで量子化された状態で装置本体１の送受信部２から供給されるＭｏ（Ｍｏ≪Ｍｘ）チャンネルの駆動信号の中から、前記振動素子の駆動に要求される正確な遅延時間（理想遅延時間）に最も近い遅延時間を有する２つの隣接駆動信号を各々の振動素子に対して選択する。次いで、重荷付け部３３は、選択された隣接駆動信号の各々に対し可変容量デバイスを用いた重み付け処理を行ない、合成・分配部３４は、重み付け処理された隣接駆動信号を加算合成して前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波診断装置及び超音波プローブに係り、特に、複数の振動素子を用いて被検体に対し超音波送受信を行なう超音波診断装置及び超音波プローブに関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動素子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記振動素子により受信して生体情報を収集するものである。また、超音波診断装置は、超音波プローブを接触させるだけの簡単な操作で超音波画像データのリアルタイム表示が可能となるため、各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

今日最も普及している超音波診断装置では、超音波プローブ内に複数個の振動素子を一次元配列し、これらの振動素子に供給する駆動信号あるいは前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を高速制御することにより２次元画像データのリアルタイム表示を行なっている。又、最近では、振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いることにより被検体の３次元領域あるいは任意のスライス断面における画像データのリアルタイム表示を可能とする超音波診断装置も開発されている。

２次元配列された振動素子を用いて画像データを収集する方法として、振動素子の各々に供給する駆動信号やこれらの振動素子から得られる受信信号の遅延時間制御により３次元空間の任意の方向に対して超音波走査を行なう方法がある。また、２次元配列された振動素子を用いて画像データを収集する方法として、所定方向（Ｘ方向）においては上述の遅延時間制御による超音波走査を行ない、前記所定方向に垂直な方向（Ｙ方向）においては電子的な開口移動（超音波送受信に使用する振動素子群の移動）によって超音波走査を行なう方法も知られている。

しかしながら、いずれの方法においても振動素子を２次元配列することによりその素子数は著しく増大（例えば、１０倍〜１００倍）する。このため、超音波プローブ内に電子回路を内蔵させない場合には、超音波プローブと装置本体との間に設けられる信号ケーブルのチャンネル数や装置本体に設けられる送信回路及び受信回路のチャンネル数は振動素子数の増大に伴って飛躍的に増大する。従って、実用的な回路規模、サイズ、重量及び価格等を有し操作性に優れた装置を実現することは極めて困難とされてきた。

このような問題点を解決するために、超音波プローブの内部に電子回路を内蔵させる方法が検討されている。例えば、２次元配列された複数の振動素子を所定の大きさに区分して複数のサブアレイを形成し、送信時あるいは受信時の集束点に対して略等距離にあるサブアレイを超音波プローブ内に設けられた切り替えスイッチを用いて共通接続する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる方法により、前記信号ケーブルのチャンネル数や装置本体の送信回路及び受信回路におけるチャンネル数は、低減させることができる。

特開２００５−３４２１９４号公報

しかしながら、上述の方法によれば、超音波プローブ内の限られた空間に極めて多くの切り替えスイッチ等を実装する必要があり、スイッチング回路の実装面積や消費電力（発熱）に対して厳しい制約が課せられる。このため十分な駆動電圧を前記振動素子に供給することが困難となり、画像データにおけるＳ／Ｎ劣化の要因となった。

又、振動素子に供給される駆動信号の遅延時間精度あるいは前記振動素子から得られる受信信号の整相加算における遅延時間精度は信号ケーブルのチャンネル数に依存する。従って、上述の方法により振動素子を共通接続することによって前記チャンネル数を低減させた場合には、超音波パルスの送信指向特性あるいは超音波反射波の受信指向特性は劣化する。即ち、上述の方法は、良好な空間分解能やコントラスト分解能を有した画像データを得ることができなくなるという問題点を有していた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数個の振動素子を用い被検体に対して超音波送受信を行なう際、装置本体と超音波プローブとを接続する信号線のチャンネル数を低減させた状態で、これらの振動素子に供給する駆動信号あるいは前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を高い精度で制御することが可能な超音波診断装置及び超音波プローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対して設定された超音波送受信方向に対し超音波パルスを送信し、前記超音波送受信方向からの超音波反射波を受信信号に変換する配列された複数個の振動素子を有した超音波プローブと、前記超音波プローブに対し離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの駆動信号を供給する送信部と、前記振動素子から得られる第１の受信信号に基づいて生成された離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの第２の受信信号を整相加算する受信部と、整相加算後の受信信号を処理して得られた超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、を備え、前記超音波プローブは、前記送信部から供給される前記複数チャンネルの駆動信号の中から前記振動素子の駆動に要求される理想遅延時間に近い遅延時間を有した少なくとも２チャンネルの駆動信号を隣接駆動信号として選択する信号選択部と、選択された前記隣接駆動信号の各々に対して所定の重み付けを行なう重み付け部と、重み付けされた前記隣接駆動信号を合成して前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を生成し前記振動素子を駆動する合成・分配部と、を有する。

又、請求項１２に係る本発明の超音波プローブは、被検体に対して設定された超音波送受信方向に対し超音波パルスを送信し、前記超音波送受信方向からの超音波反射波を受信信号に変換する配列された複数個の振動素子を有する振動素子群と、超音波診断装置本体から多芯ケーブルを介して供給される離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの駆動信号の中から前記振動素子の駆動に要求される理想遅延時間に近い遅延時間を有した少なくとも２チャンネルの駆動信号を隣接駆動信号として選択する信号選択部と、選択された前記隣接駆動信号の各々に対して所定の重み付けを行なう重み付け部と、重み付けされた前記隣接駆動信号を合成して前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を生成し前記振動素子を駆動する合成・分配部と、を備える。

本発明によれば、超音波プローブに設けられた複数個の振動素子を用い被検体に対して超音波送受信を行なう際、装置本体と超音波プローブとを接続する信号線のチャンネル数を低減させた状態で、これらの振動素子に供給する駆動信号あるいは前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を高い精度で制御することが可能となる。このため、操作性に優れた超音波プローブを用いて良質な画像データや生体情報を得ることができる。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における超音波プローブの構造を示す図。 同実施例において同一の隣接駆動信号が供給される振動素子の具体例を説明するための図。 同実施例の重み付け部に用いられる可変容量デバイス（ＭＥＭｓ）の構造を示す図。 同実施例の重み付け部に用いられる可変容量デバイスの静電容量特性を示す図。 同実施例の送信時に使用される信号選択部、重み付け部、合成・分配部及び駆動回路を説明するための図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の受信部が備える整相加算部の具体的な回路構成を示す図。 同実施例の超音波診断装置が備える超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波プローブが備える重み付け部の具体的な回路定数を示す図。 同実施例の超音波プローブに対して供給される隣接駆動信号とこれらの隣接駆動信号に基づいて生成される合成駆動信号の具体例を示す図。 同実施例の受信時に使用される重み付け部の具体的な回路定数を示す図。 同実施例の送信時に好適な信号選択部、重み付け部及び合成・分配部の具体例を示す図。 同実施例の各振動素子に供給される合成駆動信号の理想遅延時間を示す図。 同実施例における信号選択部の回路構成を決定する際の振動素子群の分割を示す図。 同実施例における信号選択部の具体的な回路構成を示す図。 同実施例の信号選択部による隣接駆動信号の選択を説明するための図。 本実施例の変形例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、超音波プローブにおいて２次元配列されたＭｘ個の振動素子を駆動して被検体の体内へ超音波パルスを送信する。そして、本実施例では、超音波パルス送信の際、その遅延時間がΔτで量子化された状態で装置本体の送受信部から供給されるＭｏ（Ｍｏ≪Ｍｘ）チャンネルの駆動信号の中から、前記振動素子の駆動に要求される遅延時間（以下では、理想遅延時間と呼ぶ。）に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの駆動信号（以下では、隣接駆動信号と呼ぶ。）を各々の振動素子に対して選択する。次いで、本実施例では、選択された隣接駆動信号の各々に対し可変容量デバイスを用いた重み付け処理を行なった後加算合成することにより前記理想遅延時間を有した駆動信号（以下では、合成駆動信号と呼ぶ。）を生成し、得られた合成駆動信号を用いて前記振動素子に対する駆動を行なう。

尚、以下に示す本実施例では、複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いて任意のスライス断面における２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する場合について述べる。しかし、本実施例は、他の２次元画像データを生成する場合であってもよい。又、本実施例は、上述の超音波プローブを用いた３次元走査によって得られるボリュームデータに基づいた３次元画像データやＭＰＲ（Multi-planar Reconstruction）画像データ、更には、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）画像データ等を生成する場合であってもよい。

（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成と各ユニットの動作につき図１乃至図１７を用いて説明する。尚、図１は、前記超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図７及び図９は、この超音波診断装置が備える送受信部及び超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示す超音波診断装置１００は、超音波プローブ３と、送受信部２と、超音波データ生成部４と、画像データ生成部５と、表示部６とを備えている。超音波プローブ３は、２次元配列された複数（Ｍｘ）個の振動素子（以下では振動素子群と呼ぶ。）を有し当該被検体に対して超音波送受信を行なう。送受信部２は、超音波プローブ３に対しその遅延時間がΔτで量子化されたＭｏ（Ｍｏ≪Ｍｘ）チャンネルの駆動信号（第１の駆動信号）を供給する。又、送受信部２は、超音波プローブ３から得られたＭｏチャンネルの受信信号に対しΔτで量子化された遅延時間を与えて整相加算する。超音波データ生成部４は、送受信部２から供給される整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータ及びカラードプラデータを超音波データとして生成する。画像データ生成部５は、超音波データ生成部４において生成された上述の超音波データを超音波送受信方向に対応させて順次保存することにより２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する。表示部６は、画像データ生成部５において生成されたこれらの画像データを表示する。

更に、超音波診断装置１００は、走査制御部７と、入力部８と、システム制御部９とを備えている。走査制御部７は、所定方向θｐに対して超音波送受信を行なうための遅延時間制御や駆動信号及び受信信号の選択制御等を行なう。入力部８は、被検体情報の入力、超音波データ生成条件や画像データ生成条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう。システム制御部９は、超音波診断装置１００が備える上述の各ユニットを統括的に制御する。そして、超音波プローブ３と装置本体１に設けられた送受信部２及び走査制御部７は、図示しない多芯ケーブルを介して接続されている。

超音波プローブ３は、振動素子群３１、信号選択部３２、重み付け部３３及び合成・分配部３４を備えている。尚、本実施例では、２次元配列されたＭｘ個の振動素子を有するセクタ走査用の超音波プローブ３について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであっても構わない。

特に、サイズの小型化と多芯ケーブルの低チャンネル化が要求される超音波プローブ３の具体例として、経食道超音波検査用の超音波プローブ３につき図２を用いて説明する。被検体の食道内に挿入した振動素子を用いて超音波送受信を行なう経食道超音波検査用の超音波プローブ３を用いることで、肋骨や肺野等の影響をあまり受けることなく良質な心臓の画像データを収集することが可能となる。

振動素子群３１は、図２に示すように、超音波プローブ３の超音波送受信面に沿って２次元配列されたＭｘ個の振動素子１０ｃによって形成されている。振動素子１０ｃは電気音響変換素子であり、送信時には電気的な駆動信号を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波を電気的な受信信号に変換する機能を有している。

そして、振動素子群３１を構成する振動素子１０ｃの接地された前面（超音波送受信面）には音響インピーダンスの整合により被検体に対する超音波送受信を効率よく行なうための２層からなるマッチング層１０ｂと、超音波パルス及び超音波反射波を所定の深さに集束させるための音響レンズ１０ａが装着され、この音響レンズ１０ａは、樹脂カバー１０ｋの開口部に固定されている。

一方、振動素子１０ｃの後面には、この振動素子１０ｃから後方に放射される不要な超音波を吸収すると共に振動素子１０ｃを保持するバッキング材１０ｄが設けられる。又、振動素子１０ｃの後面に接続された信号線１０ｓは、バッキング材１０ｄの内部を貫通しシリコン基板１０ｅの表面においてマイクロマシン技術により形成された可変容量デバイス（ＭＥＭｓ：Micro Electro Mechanical Systems）１０ｆの一方の端子にバンプ接続されている。

又、可変容量デバイス１０ｆの他の端子は、シリコン基板１０ｅに形成された図示しない信号線を介してプリント基板１０ｇに設けられた信号選択部３２の一方の端子に接続される。又、信号選択部３２の他の端子は、多芯ケーブル１０ｊを介して装置本体１に設けられた送受信部２に接続されている。

更に、超音波プローブ３のプリント基板１０ｇには、可変容量デバイス１０ｆが備える後述の電極間に所定の直流電圧を供給する印加電圧発生部１０ｈが設けられる。印加電圧発生部１０ｈに対する電圧制御信号及び信号選択部３２に対する選択制御信号は、図１に示した装置本体１の走査制御部７から多芯ケーブル１０ｊを介して供給される。

尚、図１に示した超音波プローブ３の合成・分配部３４は、例えば、可変容量デバイス１０ｆの振動素子側端子を並列接続することによって形成される。又、図１に示した超音波プローブ３の重み付け部３３は、可変容量デバイス１０ｆとこの可変容量デバイス１０ｆの電極間に対して直流電圧を供給する印加電圧発生部１０ｈ等によって構成されている。

次に、信号選択部３２は、送信時において、その遅延時間がΔτで量子化された状態で装置本体１の送受信部２から供給されるＭｏチャンネルの駆動信号の中から、当該振動素子の理想遅延時間に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択する機能を有している。又、信号選択部３２は、受信時において、Ｍｘ個の振動素子から得られるＭｘチャンネルの受信信号（第１の受信信号）を選択／合成することにより、その遅延時間がΔτで量子化されたＭｏチャンネルの受信信号（第２の受信信号）を生成する機能を有している。

図３は、同一の隣接駆動信号が供給される振動素子を説明するための図である。図３に示すＰｆは、Ｍｘ個の振動素子が２次元配列された振動素子群３１とこの振動素子群３１から所定方向へ放射される超音波パルスの集束点、あるいは所定方向から得られる超音波反射波の集束点である。尚、ここでは、説明を簡単にするために、Ｍｘ＝３６個の振動素子（Ｓ１１乃至Ｓ６６）が２次元配列された振動素子群３１について述べるが、本発明は、これに限定されるものではなく、実際の振動素子群３１は更に多くの振動素子によって構成される。

この場合、信号選択部３２は、例えば、集束点Ｐｆにて反射した超音波が半径ｒ１の球面Ｆ１に到達するまでの伝搬時間τ１（τ１＝ｒ１／Ｃｏ、Ｃｏ；生体内音速度）と半径ｒ２の球面Ｆ２に到達するまでの伝搬時間τ２（τ２＝ｒ２／Ｃｏ）との差が遅延時間Δτとなるように半径ｒ１及び半径ｒ２を設定する。そして、信号選択部３２は、球面Ｆ１と球面Ｆ２によって囲まれた領域Ｓａ１に存在する振動素子群３１の振動素子Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、・・・・を選択する。そして、信号選択部３２は、選択したこれらの振動素子に対し、遅延時間τｏ１を有する駆動信号Ｓｔ１及び遅延時間τｏ２（τｏ２＝τｏ１−Δτ）を有する駆動信号Ｓｔ２（隣接駆動信号）を重み付け部３３及び合成・分配部３４を介して供給する。

同様にして、信号選択部３２は、集束点Ｐｆにて反射した超音波が半径ｒ３の球面Ｆ３に到達するまでの伝搬時間τ３（τ３＝ｒ３／Ｃｏ）と伝搬時間τ２の差が遅延時間Δτとなるように半径ｒ３を設定する。そして、信号選択部３２は、球面Ｆ２と球面Ｆ３によって囲まれた領域Ｓａ２に存在する振動素子Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２３，Ｓ２４・・・・を選択する。そして、信号選択部３２は、選択したこれらの振動素子に対し、遅延時間τｏ２を有する駆動信号Ｓｔ２及び遅延時間τｏ３（τｏ３＝τ２−Δτ）を有する駆動信号Ｓｔ３を重み付け部３３及び合成・分配部３４を介して供給する。

以下同様の手順により、信号選択部３２は、振動素子群３１を構成する全ての振動素子に対して遅延時間差Δτを有する２チャンネルの隣接駆動信号を、重み付け部３３及び合成・分配部３４を介して供給する。尚、振動素子の各々に対して供給される隣接駆動信号の具体的な選択方法については後述する。

次に、図１に示した超音波プローブ３の重み付け部３３は、図２において既に述べたように可変容量デバイス１０ｆとこの可変容量デバイス１０ｆの電極間に直流電圧を供給する印加電圧発生部１０ｈとを備える。重み付け部３３は、印加電圧の大きさに伴って変化する可変容量デバイス１０ｆの静電容量に基づいて振動子へ供給する隣接駆動信号及び前記振動素子から得られる受信信号に対して重み付けを行なう。

図４は、近年、急速な進歩を遂げているマイクロマシン技術の導入によって新たに開発された可変容量デバイス（ＭＥＭｓ）１０ｆの具体例である。この可変容量デバイス１０ｆに設けられた可動電極１０ｆ−１の両端部は、支持部１０ｆ−３に接続された機械的なサスペンション１０ｆ−２によって支えられる。そして、可変容量デバイス１０ｆでは、シリコン基板１０ｅに設けられた固定電極１０ｆ−４に対し可動電極１０ｆ−１の中央部（凸部）を近接させることにより可動電極１０ｆ−１と固定電極１０ｆ−４との間にコンデンサが形成される。

そして、可変容量デバイス１０ｆでは、可動電極１０ｆ−１とシリコン基板１０ｅに設けられたバイアス電極１０ｆ−５との間に直流電圧Ｖｄｃを印加することにより電極間に静電力が発生し、この静電力により可動電極１０ｆ−１と固定電極１０ｆ−４との距離ｄが更新される。即ち、可変容量デバイス１０ｆでは、可動電極１０ｆ−１とバイアス電極１０ｆ−５との間に印加する直流電圧Ｖｄｃを制御することによって所望の静電容量Ｃ（Ｃ＝εＳ／ｄ、ε：電極間媒体の誘電率、Ｓ：中央部の電極面積、d：電極間距離）を得ることができる。図５に、印加電圧Ｖｄｃに対する静電容量Ｃと電極間距離ｄを示す。

信号選択部３２によりＭｏチャンネルの駆動信号の中から選択された２チャンネルの隣接駆動信号は、可変容量デバイス１０ｆの静電容量によって決定されるインピーダンスに基づいて重み付けされた後、合成・分配部３４にて加算合成されて所定の振動素子へ供給される。尚、上述の合成・分配部３４は、加算回路によって構成してもよいが、振動素子のインピーダンスが低い場合には、重み付け部３３の振動素子側端子をそのまま並列接続することにより重み付けされた２チャンネルの隣接駆動信号を加算合成することができる。この方法によれば、隣接駆動信号の重み付けに用いた可変容量デバイス１０ｆにて消費される電力は極めて小さいため、抵抗素子を使用した重み付け回路と比較して超音波プローブ３における消費電力や発熱を大幅に低減することができる。

次に、振動素子群３１、信号選択部３２、重み付け部３３及び合成・分配部３４を備えた超音波プローブ３の具体例につき図６を用いて説明する。但し、図６では、集束点Ｐｆからの距離がｒ１の球面とｒ２の球面とに囲まれた領域Ｓａ１に存在する振動素子Ｓ２１と、集束点Ｐｆからの距離がｒ２の球面とｒ３の球面とに囲まれた領域Ｓａ２に存在する振動素子Ｓ５１との各々に対して信号選択部３２が選択した２チャンネルの隣接駆動信号を供給する場合について説明する。

この場合、装置本体１の送信部２１からは、多芯ケーブル２０のチャンネルｃｈ１を介して遅延時間τｏ１を有した駆動信号Ｓｔ１が供給される。又、装置本体１の送信部２１からは、チャンネルｃｈ２及びチャンネルｃｈ３を介して遅延時間τｏ２（τｏ２＝τｏ１−Δτ）を有した駆動信号Ｓｔ２及び遅延時間τｏ３（τｏ３＝τｏ２−Δτ）を有した駆動信号Ｓｔ３が夫々供給される。

そして、信号選択部３２は、図１の走査制御部７から供給される選択制御信号に基づいてスイッチＷ２１−１及びスイッチＷ２１−２を導通状態にする。これにより、信号選択部３２は、送信部２１から供給されるＭｏチャンネルの駆動信号の中から駆動信号Ｓｔ１及び駆動信号Ｓｔ２を隣接駆動信号として選択し、選択したこれらの隣接駆動信号を重み付け部３３の可変容量デバイスＣ２１−１及びＣ２１−２へ供給する。

一方、重み付け部３３の印加電圧発生部１０ｈは、走査制御部７から供給される電圧制御信号に基づいて発生した直流電圧を可変容量デバイスＣ２１−１及びＣ２１−２の電極間に印加することにより所定の静電容量を形成する。即ち、重み付け部３３の印加電圧発生部１０ｈは、形成した静電容量により隣接駆動信号Ｓｔ１及びＳｔ２に対する重み付けを行なう。そして、合成・分配部３４は、重み付けされた隣接駆動信号Ｓｔ１及びＳｔ２を加算合成することにより理想遅延時間を有した合成駆動信号Ｓｔ２１を生成して振動素子Ｓ２１へ供給する。

同様にして、信号選択部３２は、走査制御部７から供給される選択制御信号に基づいてスイッチＷ５１−２及びスイッチＷ５１−３を導通状態にする。これにより、信号選択部３２は、送信部２１から供給されるＭｏチャンネルの駆動信号の中から駆動信号Ｓｔ２及び駆動信号Ｓｔ３を隣接駆動信号として選択し、選択したこれらの隣接駆動信号を重み付け部３３の可変容量デバイスＣ５１−２及びＣ５１−３へ供給する。

一方、重み付け部３３の印加電圧発生部１０ｈは、走査制御部７から供給される電圧制御信号に基づいて発生した直流電圧を可変容量デバイスＣ５１−２及びＣ５１−３の電極間に印加して所定の静電容量を形成する。即ち、重み付け部３３の印加電圧発生部１０ｈは、形成した静電容量により隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３に対する重み付けを行なう。そして、合成・分配部３４は、重み付けされた隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３を加算合成することにより理想遅延時間を有した合成駆動信号Ｓｔ５１を生成して振動素子Ｓ５１へ供給する。

以下同様の手順により、振動素子群３１を構成する全ての振動素子に対して遅延時間差Δτを有する２チャンネルの隣接駆動信号が重み付け加算されて供給される。この場合、重み付け部３３における可変容量デバイスの容量を制御することにより信号選択部３２のスイッチング機能を同時にもたせることも可能である。尚、重み付け部３３及び合成・分配部３４によって新たに生成される合成駆動信号の具体例については後述する。

一方、受信に際し、振動素子群３１から供給されるＭｘチャンネルの受信信号（第１の受信信号）の各々は、合成・分配部３４により更に２チャンネルの受信信号に分配され、重み付け部３３において送信時と同様の重み付けが行なわれる。次いで、信号選択部３２は、重み付けされた２Ｍｘチャンネルの受信信号に対し選択と合成を行なってその遅延時間がΔτで量子化されたＭｏチャンネルの受信信号（第２の受信信号）を生成する。そして、得られたＭｏチャンネルの受信信号は、多芯ケーブル２０を介して装置本体１の送受信部２へ供給される。

次に、図１に示した送受信部２につき図７を用いて説明する。この送受信部２は、超音波プローブ３に対してその遅延時間がΔτで量子化されたＭｏチャンネルの駆動信号を供給する送信部２１と、超音波プローブ３から供給されたＭｏチャンネルからなる第２の受信信号を整相加算する受信部２２を備えている。送信部２１は、レートパルス発生器２１１、送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３を有する。レートパルス発生器２１１は、被検体内に放射する超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスをシステム制御部９から供給される基準信号を分周することによって生成する。

一方、送信遅延回路２１２は、Ｍｏチャンネルの遅延回路によって構成され、集束用遅延時間と偏向用遅延時間とからなる送信遅延時間を前記レートパルスに与えて駆動回路２１３へ供給する。集束用遅延時間は、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波パルスを集束するために用いられ、偏向用遅延時間は、所定の方向に対して超音波パルスを放射するために用いられる。尚、Ｍｏチャンネルからなる送信遅延回路２１２の各々から出力されるレートパルスの遅延時間はΔτによって量子化される。又、最大偏向角度θＰに対して超音波送受信を行なう際に必要な最大遅延時間をτｍａｘとした場合、上述のチャンネル数Ｍｏは、Ｍｏ＝τｍａｘ／Δτによって決定される。

一方、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給される上述の送信遅延時間を有したレートパルスに基づいて所定の波形と波高値を有するＭｏチャンネルの駆動信号を生成する。そして、駆動回路２１３は、生成したＭｏチャンネルの駆動信号を、多芯ケーブル２０を介して超音波プローブ３の信号選択部３２へ供給する。尚、駆動回路２１３によって生成される駆動信号は、例えば、半波長のパルス幅を有するインパルス波であってもよく、又、数波長以上の波連を有するパルス波であっても構わないが、重み付け加算により良好な合成駆動信号を生成するためには後者の波形が好適である。

次に、受信部２２は、超音波プローブ３の信号選択部３２から多芯ケーブルを介して供給されるＭｏチャンネルの受信信号（第２の受信信号）を整相加算する機能を有する。具体的には、受信部２２は、Ｍｏチャンネルのプリアンプ２２１及びＡ／Ｄ変換器２２２と整相加算部２２３とを有している。プリアンプ２２１は、信号選択部３２から供給されるＭｏチャンネルの受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には、送信部２１の駆動回路２１３が出力する高電圧の駆動信号から保護するための図示しない保護回路が設けられている。

このプリアンプ２２１において所定の大きさに増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換された後、整相加算部２２３へ送られる。整相加算部２２３は、Ａ／Ｄ変換器２２２から供給されるＭｏチャンネルの受信信号に対し所定の遅延時間を与えて加算合成（整相加算）することにより所定方向からの受信信号に対して強い受信指向性を設定する。尚、この整相加算部２２３は、Ｍｏチャンネルの受信信号に対する遅延時間を制御することにより複数方向から略同時に到達する超音波反射波を分離して受信することが可能な、所謂、並列同時受信機能を有している。

次に、整相加算部２２３の具体的な構成につき図８を用いて説明する。この整相加算部２２３は、通常のデジタルフィルタとして用いられるＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）と同様の構成を有する。具体的には、整相加算部２２３は、図８に示すように入力信号に対して遅延時間Δτを与えるＭｏ−１個の遅延回路Ｄｃ−１乃至Ｄｃ−（Ｍｏ−１）と、Ｍｏ−１個の加算回路Ａｄ−１乃至Ａｄ−（Ｍｏ−１）とが交互に直列接続されて構成される。そして、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２２から供給されるＭｏチャンネルの受信信号Ｓｒ１乃至ＳｒＭｏは、整相加算部２２３の遅延回路Ｄｃ−１及び加算器Ａｄ−１乃至Ａｄ−（Ｍｏ−１）の入力端子に供給される。

例えば、基準遅延時間τ０を有する受信信号Ｓｒ１は遅延回路Ｄｃ−１において遅延時間Δτが与えられた後、加算回路Ａｄ−１において遅延時間τ０＋Δτを有する受信信号Ｓｒ２と加算合成される。そして、加算合成された受信信号Ｓｒ１及びＳｒ２は遅延回路Ｄｃ−２において遅延時間Δτが与えられた後、加算回路Ａｄ−２において遅延時間τ０＋２Δτを有する受信信号Ｓｒ３と加算合成される。このような遅延と加算とを受信信号Ｓｒ１乃至ＳｒＭｏに対して行なうことにより、遅延時間τ０＋（ｍ−１）Δτを有する受信信号Ｓｒｍ（ｍ＝１乃至Ｍｏ）に遅延時間（Ｍｏ−ｍ）Δτを与えて加算合成（整相加算）した場合と同様の結果を得ることができる。

次に、図１に示した超音波データ生成部４の具体的な構成につき図９のブロック図を用いて説明する。超音波データ生成部４は、Ｂモードデータ生成部４１と、カラードプラデータ生成部４２とを備えている。Ｂモードデータ生成部４１は、受信部２２の整相加算部２２３から出力されるＢモードの受信信号を処理してＢモードデータを生成する。カラードプラデータ生成部４２は、カラードプラモードの受信信号を直交検波してドプラ信号を検出し、得られたドプラ信号に基づいてカラードプラデータを生成する。

Ｂモードデータ生成部４１は、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２とを備える。包絡線検波器４１１は、受信部２２の整相加算部２２３から供給される整相加算後の受信信号を包絡線検波し、対数変換器４１２は、包絡線検波された受信信号の振幅を対数変換してＢモードデータを生成する。

一方、カラードプラデータ生成部４２は、π／２移相器４２１と、ミキサ４２２−１及び４２２−２と、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２とを備える。π／２移相器４２１と、ミキサ４２２−１及び４２２−２と、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２とは、受信部２２の整相加算部２２３から供給される整相加算後の受信信号を直交検波して実部と虚部とからなる複素型のドプラ信号を検出する。

更に、カラードプラデータ生成部４２は、ドプラ信号記憶部４２４、ＭＴＩフィルタ４２５及び自己相関演算器４２６を備える。同一方向に対する複数回の超音波送受信によって上述のＬＰＦ４２３−１及び４２３−２から出力されるドプラ信号はドプラ信号記憶部４２４に一旦保存される。次いで、高域通過用のデジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ４２５は、当該被検体の同一部位にて収集された時系列的なドプラ信号をドプラ信号記憶部４２４から読み出し、これらのドプラ信号に含まれている臓器の呼吸性移動や拍動性移動等に起因した成分（クラッタ成分）を除去する。そして、自己相関演算器４２６は、ＭＴＩフィルタ４２５によって血流成分のみが抽出されたドプラ信号に対し自己相関演算を行なう。これにより、自己相関演算器４２６は、血流の平均流速値や血流速度の乱れを示す速度分散値、更には、ドプラ信号のエネルギーを示すパワー値をカラードプラデータとして生成する。

次に、図１の画像データ生成部５は、データ記憶部５１と画像処理部５２とを備える。データ記憶部５１には、超音波データ生成部４において超音波送受信方向単位で生成されたＢモードデータ及びカラードプラデータが順次保存される。画像処理部５２は、データ記憶部５１に保存されたＢモードデータ及びカラードプラデータから、２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する。そして、画像処理部５２は、生成したＢモード画像データ及びカラードプラ画像データをデータ記憶部５１に保存する。一方、画像処理部５２は、データ記憶部５１において保存されたＢモード画像データ及びカラードプラ画像データに対しフィルタリング処理等の画像処理を必要に応じて行なう。

表示部６は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備える。前記表示データ生成部は、画像データ生成部５において生成されたＢモード画像データやカラードプラ画像データに対し合成処理や走査変換処理等を行なって表示データを生成する。一方、前記データ変換部は、前記表示データ生成部から供給される表示データに対しＤ／Ａ変換やテレビフォーマット変換等の変換処理を行なって前記モニタに表示する。

走査制御部７は、当該被検体に対して設定された超音波送受信方向θ１乃至θＰの各々に対し超音波を送受信するための遅延時間制御を送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の整相加算部２２３に対して行なう。更に、走査制御部７は、Ｍｏチャンネルの駆動信号の中から振動素子の各々に供給する隣接駆動信号を選択するための選択制御、重み付け部３３から供給される２Ｍｘチャンネルの受信信号を選択／合成してその遅延時間がΔτで量子化されたＭｏチャンネルの受信信号を生成するための選択制御、可変容量デバイスに供給する直流電圧を設定するための電圧制御等を超音波プローブ３が備える信号選択部３２及び重み付け部３３に対して行なう。

入力部８は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、各種画像データの生成条件及び表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等を上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なう。

システム制御部９は、図示しないＣＰＵと記憶回路とを備える。操作者によって入力部８から入力／設定される上述の情報は、前記記憶回路に保存される。一方、前記ＣＰＵは、前記記憶回路に保存された上述の情報に基づいて超音波診断装置１００が有する各ユニットやシステム全体を統括的に制御し、当該被検体に対して任意に設定されたスライス断面におけるＢモード画像データ及びカラードプラ画像データの生成と表示を行なう。

次に、重み付け部３３及び合成・分配部３４によって生成される合成駆動信号の具体例につき図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、超音波プローブ３が備える振動素子群３１、信号選択部３２、重み付け部３３及び合成・分配部３４と装置本体１の送受信部２が備える駆動回路２２３の具体例である。図１０では、説明を簡単にするために、集束点Ｐｆから距離ｒ２にある球面Ｆ２と距離ｒ３にある球面Ｆ３とによって囲まれた領域Ｓａ２に存在する振動素子Ｓ４１及び振動素子Ｓ５１（図３参照）に対し、遅延時間差Δτを有する隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３を送信部２１の駆動回路２２３から供給する場合についてのみ示している。尚、振動素子群３１に示した回路構成は、振動素子解析等において通常用いられている振動素子の等価回路である。

この場合、合成・分配部３４は、重み付け部３３の可変容量デバイスＣ４１−２及びＣ４１−３が有する静電容量によって重み付けされた隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３の加算合成により合成駆動信号Ｓｔ４１を生成して振動素子Ｓ４１へ供給する。又、合成・分配部３４は、同様にして、重み付け部３３の可変容量デバイスＣ５１−２及びＣ５１−３が有する静電容量によって重み付けされた隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３の加算合成により合成駆動信号Ｓｔ５１を生成して振動素子Ｓ５１へ供給する。

図１１は、隣接駆動信号Ｓｔ１及びＳｔ２に基づいて生成される合成駆動信号Ｓｔ４１及びＳｔ５１の一例を示している。尚、図１１では、例えば、超音波パルスの中心周波数ｆｏを５ＭＨｚ、駆動回路２２３の出力インピーダンスを５０オーム、隣接駆動信号Ｓｔ２及びＳｔ３の遅延時間差（量子化遅延時間）ΔτをＴｏ／４＝５０ｎｓｅｃ（但し、周期Ｔｏは中心周波数ｆｏの逆数）としている。そして、図１１では、可変容量デバイスＣ４１−２及びＣ５１−３の静電容量が５ｐＦ、可変容量デバイスＣ４１−３及びＣ５１−２の静電容量が２ｐＦとなるように夫々の可変容量デバイスに対する印加電圧が制御された場合に隣接駆動信号Ｓｔ１及びＳｔ２に基づいて生成される合成駆動信号Ｓｔ４１及びＳｔ５１を示している。

即ち、振動素子４１に供給される合成駆動信号Ｓｔ４１及び振動素子Ｓ５１に供給される合成駆動信号Ｓｔ５１の遅延時間は、可変容量デバイスの容量を制御することにより駆動回路２２３が出力する駆動信号Ｓｔ２の遅延時間と駆動信号Ｓｔ３の遅延時間との間で任意に設定することが可能となる。従って、超音波プローブ３は、振動素子Ｓ４１及び振動素子Ｓ５１に対して理想遅延時間を有する合成駆動信号を供給することができる。

次に、重み付け部３３によって重み付けされた受信信号に対する整相加算の具体例につき図１２を用いて説明する。図１２は、超音波プローブ３が備える振動素子群３１、信号選択部３２、重み付け部３３及び合成・分配部３４と装置本体１の受信部２２が備える整相加算部２３３の具体例を示している。尚、図１２において、整相加算部２２３の前段に設けられるプリアンプ２２１及びＡ／Ｄ変換器２２２は省略されている。又、図１０と同様にして、振動素子群３１の振動素子Ｓ４１及び振動素子Ｓ５１から得られる受信信号Ｓｒ４１及びＳｒ５１を整相加算部２２３において整相加算する場合についてのみ示す。

即ち、振動素子Ｓ４１によって検出された受信信号Ｓｒ４１は、合成・分配部３４において２つの受信信号Ｓｒ４１ａ及びＳｒ４１ｂに分配される。同様にして、振動素子Ｓ５１によって検出された受信信号Ｓｒ５１は合成・分配部３４において受信信号Ｓｒ５１ａ及びＳｒ５１ｂに分配される。そして、重み付け部３３の可変容量デバイスＣ４１−２によって重み付けされた受信信号Ｓｒ４１ａと可変容量デバイスＣ５１−２によって重み付けされた受信信号Ｓｒ５１ａとは、加算合成されて整相加算部２２３の加算回路Ａｄ−ａに供給される。更に、重み付け部３３の可変容量デバイスＣ４１−３によって重み付けされた受信信号Ｓｒ４１ｂと可変容量デバイスＣ５１−３によって重み付けされた受信信号Ｓｒ５１ｂとは、加算合成されて整相加算部２２３の加算回路Ａｄ−ｂに供給される。

そして、加算回路Ａｄ−ｂは、重み付け処理された上述の受信信号Ｓｒ４１ｂ及びＳｒ５１ｂと遅延回路Ｄｃ−ｂにおいてΔτだけ遅延した重み付け処理後の受信信号Ｓｒ４１ａ及びＳｒ５１ａとを合成する。これにより、加算回路Ａｄ−ｂは、図１１に示した合成駆動信号Ｓｔ４１と同一の遅延時間を有した受信信号Ｓｒ４１及び合成駆動信号Ｓｔ５１と同一の遅延時間を有した受信信号Ｓｒ５１を整相加算することができる。同様にして、図３に示した球面Ｆ２と球面Ｆ３によって囲まれた領域Ｓａ２に存在する振動素子Ｓ３２、Ｓ４２、Ｓ２３，Ｓ３３、・・・等から得られる受信信号も遅延回路Ｄｃ−ｂ及び加算回路Ａｄ−ｂによって整相加算される。

一方、球面Ｆ１と球面Ｆ２によって囲まれた領域Ｓａ１に存在する振動素子Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ１２，Ｓ２２、・・・等から得られた受信信号は遅延回路Ｄｃ−ａ及び加算回路Ａｄ−ａにより整相加算され、更に、遅延回路Ｄｃ−ａ及び加算回路Ａｄ−ａにより領域Ｓａ２の振動素子から得られた上述の受信信号との整相加算が行なわれる。即ち、信号選択部３２は、重み付け後の受信信号を所定の加算回路へ供給することにより振動素子群３１から得られるＭｘチャンネルの受信信号に対して正確な整相加算を行なうことが可能となる。

次に、装置本体１の送受信部２から出力されるＭｏ（Ｍｏ＝１２８）チャンネルの駆動信号の中からＭｘ（６４ｘ６４＝４０９６）個からなる振動素子の各々へ供給する駆動信号を選択する信号選択部３２の具体例につき図１３乃至図１７を用いて説明する。

信号選択部３２は、既に述べたように、振動素子群３１を構成するＭｘ個の振動素子の各々を駆動する際、その遅延時間がΔτで量子化された状態で装置本体１の送受信部２から供給されるＭｏチャンネルの駆動信号の中から、前記振動素子の駆動に要求される遅延時間（理想遅延時間）に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択する。又、既に述べたように、この場合のチャンネル数Ｍｏは、最大偏向角度θＰの方向に対して超音波送受信を行なう際に必要な最大遅延時間をτｍａｘとすれば、Ｍｏ＝τｍａｘ／Δτによって決定される。

例えば、配列間隔ｄ（ｄ＝０．１８ｍｍ）でＭｘ（Ｍｘ＝６４ｘ６４＝４０９６）個の振動素子が２次元配列された開口Ｄ（Ｄ＝１１．５ｍｍ）の振動素子群３１を用いて最大偏向角度θＰ（θＰ＝２７度）の方向に対して超音波送受信を行なう場合について説明する。この場合、生体内の音速をＣｏ（Ｃｏ＝１５３０ｍ／ｓｅｃ）とすれば、前記超音波送受信に必要な最大遅延時間τｍａｘは、τｍａｘ≒Ｄｔａｎ（θｐ）／Ｃｏ＝５．１μｓｅｃとなる。一方、超音波パルスの中心周波数をｆｏ（ｆｏ＝５ＭＨｚ）、量子化遅延時間ΔτをΔτ＝Ｔｏ／４＝１／４ｆｏ（Ｔｏ：超音波パルスの周期）とする。この場合、第１の駆動信号のチャンネル数ＭｏはＭｏ＝１０２となり、従って、Δτで量子化された遅延時間を有する１０２チャンネル以上の駆動信号が必要となる。

以下では、装置本体１の送受信部２から供給される１２８チャンネルの駆動信号を４０９６個の振動素子へ供給する場合について述べる。この場合、既に図６において示したような振動素子の各々に対して１２８個の可変容量デバイスを設ける方法は５２４，２８８個の可変容量デバイスを超音波プローブ３に内蔵させる必要があるため回路規模的に現実的ではない。従って、図１３に示すように、１２８チャンネルの駆動信号の中から振動素子の駆動に要求される遅延時間（理想遅延時間）に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択し、これらの隣接駆動信号に対して重み付けを行なう可変容量デバイスを各々の振動素子に対応させて設ける方法が好適である。

次に、１２８チャンネルの駆動信号の中から２チャンネルの隣接駆動信号を振動素子の各々に対して選択する信号選択部３２の具体的な回路構成につき図１４乃至図１７を用いて説明する。

図１４は、最大偏向角度θＰ（θＰ＝２７度）に対して超音波パルスを送信する際に、振動素子Ｓｊｋ（ｊ＝１乃至６４、ｋ＝１乃至６４）を駆動する合成駆動信号Ｓｔｊｋ（ｊ，ｋ）に対して設定される理想遅延時間を示している。例えば、信号選択部３２は、図１４に示すように、振動素子Ｓ１１の合成駆動信号に対して−０．９２６μｓｅｃの遅延時間を設定し、振動素子Ｓ１２及び振動素子Ｓ２１の合成駆動信号に対して−０．８６８μｓｅｃ及び−０．９５６μｓｅｃの遅延時間を設定することにより送受信方向θＰに対し良好な指向特性を有した超音波パルスを放射することが可能となる。

一方、図１５は、装置本体１の送受信部２から供給される１２８チャンネルの駆動信号に基づいて４０９６個の振動素子に対する合成駆動信号を生成する際、振動素子群３１を順次分割することにより駆動される振動素子を特定する方法を示したものである。又、図１６に示す信号選択部３２の回路は、図１５に示す振動素子群３１の分割に関連付けて構成される。

即ち、図１５において、４０９６（６４ｘ６４）個の振動素子からなる振動素子群３１は、３２ｘ３２個の振動素子からなる４つのサブ振動素子群Ａ乃至サブ振動素子群Ｄに分割される。更に、サブ振動素子群Ａは、１６ｘ１６個の振動素子からなるサブ振動素子群Ａａ１乃至サブ振動素子群Ｄａ１に分割される。更に、サブ振動素子群Ａａ１は、８ｘ８個の振動素子からなるサブ振動素子群Ａａ２乃至サブ振動素子群Ｄａ２に分割される。更に、サブ振動素子群Ａａ２は、４ｘ４個の振動素子からなるサブ振動素子群Ａａ３乃至サブ振動素子群Ｄａ３に分割される。更に、サブ振動素子群Ａａ３は、２ｘ２個の振動素子からなる図示しないサブ振動素子群Ａａ４乃至サブ振動素子群Ｄａ４に分割される。又、サブ振動素子群Ｂ乃至サブ振動素子群Ｄの各々に対する分割も同様の手順によって行なわれる。

一方、信号選択部３２は、例えば、図１６に示すように駆動信号の分配や受信信号の合成を行なう複数個のマルチプレクサ（Ｍｕｘ）によって構成される。ＭｕｘＡ乃至ＭｕｘＤは、サブ振動素子群Ａ乃至サブ振動素子群Ｄに夫々対応している。又、ＭｕｘＡａ１乃至ＭｕｘＤａ１は、サブ振動素子群Ａａ１乃至サブ振動素子群Ｄａ１に夫々対応している。又、ＭｕｘＡａ２乃至ＭｕｘＤａ２は、サブ振動素子群Ａａ２乃至サブ振動素子群Ｄａ２に夫々対応している。又、ＭｕｘＡａ３乃至ＭｕｘＤａ３は、サブ振動素子群Ａａ３乃至サブ振動素子群Ｄａ３に夫々対応している。又、ＭｕｘＡａ４乃至ＭｕｘＤａ４は、サブ振動素子群Ａａ４乃至サブ振動素子群Ｄａ４に夫々対応している。

例えば、装置本体１の送受信部２からその遅延時間がΔτで量子化された１２８チャンネルの駆動信号が供給された場合、ＭｕｘＡは、これらの駆動信号の中からサブ振動素子群Ａを構成する１０２４個の振動素子の駆動に必要な６４チャンネルの駆動信号を選択する。そして、ＭｕｘＡａ１は、ＭｕｘＡによって選択された６４チャンネルの駆動信号の中からサブ振動素子群Ａａ１を構成する２５６個の振動素子の駆動に必要な３２チャンネルの駆動信号を選択する。

更に、ＭｕｘＡａ２は、ＭｕｘＡａ１によって選択された３２チャンネルの駆動信号の中からサブ振動素子群Ａａ２を構成する６４個の振動素子の駆動に必要な１６チャンネルの駆動信号を選択する。更に、ＭｕｘＡａ３は、ＭｕｘＡａ２によって選択された１６チャンネルの駆動信号の中からサブ振動素子群Ａａ３を構成する１６個の振動素子の駆動に必要な８チャンネルの駆動信号を選択する。更に、ＭｕｘＡａ４は、ＭｕｘＡａ３によって選択された８チャンネルの駆動信号の中からサブ振動素子群Ａａ４を構成する４個の振動素子の駆動に必要な４チャンネルの駆動信号を選択する。

そして、ＭｕｘＡａ５は、ＭｕｘＡａ４によって選択された４チャンネルの駆動信号の中から理想遅延時間に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択する。ＭｕｘＡａ５により選択された隣接駆動信号は、重み付け部３３に設けられた可変容量デバイスＣｘ１及びＣｘ２によって所定の重み付けが行なわれた後加算合成されて上述の理想遅延時間を有した合成駆動信号が生成される。

即ち、Δτで量子化された１２８チャンネルの駆動信号の中から当該振動素子Ｓｘの駆動に必要な遅延時間（理想遅延時間）に最も近い２チャンネルの隣接駆動信号が上述のＭｕｘＡ、ＭｕｘＡａ１、ＭｕｘＡａ２、ＭｕｘＡａ３、ＭｕｘＡａ４及びＭｕｘＡａ５によって選択される。更に、振動素子群３１を構成する他の振動素子に対する合成駆動信号も同様の手順によって生成される。

図１７は、装置本体１の送受信部２から超音波プローブ３の信号選択部３２に入力されるΔτ（Δτ＝Ｔｏ／４＝０．０５μｓｅｃ）で量子化された遅延時間を有する１２８チャンネルの駆動信号Ｓｔ（ｈ）（ｈ＝１乃至１２８）と、これらの駆動信号に基づいて図１４に示す理想遅延時間を有した合成駆動信号を生成する際に上述のＭｕｘＡ、ＭｕｘＡａ１、ＭｕｘＡａ２、ＭｕｘＡａ３、ＭｕｘＡａ４及びＭｕｘＡａ５によって選択される駆動信号とをその遅延時間を用いて示したものである。

例えば、振動素子Ｓ１１を駆動する理想遅延時間−０．９２６μｓｅｃを有した合成駆動信号を生成する際、ＭｕｘＡは、駆動信号Ｓｔ（ｈ）（ｈ＝１乃至１２８）の中から−１．９７９μｓｅｃ〜１．１７１μｓｅｃの遅延時間を有する６４チャンネルの駆動信号を選択し、ＭｕｘＡａ１は、前記６４チャンネルの駆動信号の中から−１．１７９μｓｅｃ〜０．３７１μｓｅｃの遅延時間を有する３２チャンネル駆動信号を選択する。次いで、ＭｕｘＡａ２は、前記３２チャンネルの駆動信号の中から−１．１７９μｓｅｃ〜−０．４２９μｓｅｃの遅延時間を有する１６チャンネル駆動信号を選択し、ＭｕｘＡａ３は、前記１６チャンネルの駆動信号の中から−０．９７９μｓｅｃ〜−０．６２９μｓｅｃの遅延時間を有する８チャンネル駆動信号を選択する。

更に、ＭｕｘＡａ４は、前記８チャンネルの駆動信号の中から−０．９７９μｓｅｃ〜−０．８２９μｓｅｃの遅延時間を有する４チャンネルの駆動信号を選択し、ＭｕｘＡａ５は、前記４チャンネルの駆動信号の中から理想遅延時間−０．９２６μｓｅｃに最も近い−０．９２９μｓｅｃ及び−０．８７９μｓｅｃの遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択する。そして、重み付け部３３及び合成・分配部３４は、ＭｕｘＡａ５によって選択された２チャンネルの隣接駆動信号を重み付け加算して理想遅延時間−０．９２６μｓｅｃを有する合成駆動信号を生成する。

尚、上述の図１３乃至図１７では、Ｍｘ個からなる振動素子の各々へ供給する駆動信号を装置本体１から供給されるＭｏチャンネルの駆動信号の中から選択する場合について述べた。更に、前記振動素子から得られるＭｘチャンネルの受信信号（第１の受信信号）をＭｏチャンネルの受信信号（第２の受信信号）に束ねる場合の選択／合成も、同様の手順によって行なうことができる。

以上述べた本発明の実施例によれば、超音波プローブに２次元配列された複数個の振動素子を用い被検体に対して超音波送受信を行なう際、装置本体と超音波プローブとを接続する信号線のチャンネル数を低減させた状態で、これらの振動素子に供給する駆動信号あるいは前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を高い精度で制御することが可能となる。このため、操作性に優れた超音波プローブを用いて良質な画像データや生体情報を得ることができる。

特に、装置本体の送受信部から供給されるΔτで量子化された遅延時間を有するＭｏチャンネルの駆動信号の中から、前記振動素子の駆動に要求される理想遅延時間に最も近い遅延時間を有する２チャンネルの隣接駆動信号を選択し、これらの隣接駆動信号を重み付け加算することにより、前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を容易に生成することができる。又、遅延時間が超音波パルスの周期の４分の１で量子化された駆動信号を超音波プローブ３に対して供給することで、超音波プローブ３は、各振動素子における理想遅延時間を有する合成駆動信号を必ず生成することが可能となる。遅延時間が超音波パルスの周期の４分の１より粗くなると、任意の位相を有する合成駆動信号を生成することができず、その結果、不要応答（side lobe）が発生する。即ち、本実施例に係る送信部２１は、遅延時間が超音波パルスの周期の４分の１より細かい値で量子化された駆動信号を超音波プローブ３に対して供給することで、不要応答（side lobe）の発生をすることが可能となる。

又、信号選択部、重み付け部及び合成・分配部を送信時と同様の状態にしたままで振動素子群から得られるＭｘチャンネルの受信信号（第１の受信信号）をΔτで量子化されたＭｏチャンネルの受信信号（第２の受信信号）に束ねることができるため、Δτで量子化された遅延時間が与えられる前記送受信部の整相加算部により正確な整相加算が可能となる。

従って、良好な超音波パルスの送信指向特性あるいは超音波反射波の受信指向特性を形成することができ空間分解能やコントラスト分解能に優れた画像データを生成することができる。

一方、上述の実施例によれば、比較的少ない回路素子による隣接駆動信号の選択及びこの隣接駆動信号に対する重み付け加算が可能となるため超音波プローブ内で消費される電力や発熱を低減させることができる。このため、振動素子を効率よく駆動することができ、Ｓ／Ｎに優れた画像データの生成が可能となる。

又、可変容量デバイスを用いて隣接駆動信号に対する重み付け処理を行なっているため、抵抗素子を使用した場合と比較して重み付け処理における消費電力を大幅に低減させることができる。更に、マイクロマシン技術を導入して可変容量デバイス（ＭＥＭｓ）を形成することにより、超音波プローブのサイズや大きさを増大させることなく振動素子の多チャンネル化が可能となる。特に、ＭＥＭｓの導入により浮遊容量が小さくなるため、１００ボルト以上の耐圧と広い静電容量可変範囲及び速い応答速度を有した微小な可変容量デバイスを実現することができる。

又、上述の実施例によれば、各振動素子から得られる受信信号の遅延時間は、可変容量デバイスの電極間に供給される印加電圧によって任意かつ連続的に更新することができるため、超音波反射波の受信タイミングに伴ってその集束点を深部へ移動させる、所謂、受信ダイナミックフォーカスを容易に実現することができる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブ３を用いて任意のスライス断面における２次元のＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成する場合について述べた。しかし、本発明は、複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブ３を用いて生成される画像データが、ＭＴＩフィルタ４２５のフィルタ定数を変更することによって得られる組織ドプラ画像データ等の他の画像データであってもよい。又、本発明は、上述の超音波プローブ３を用いた３次元走査によって得られるボリュームデータに基づいた３次元画像データやＭＰＲ画像データ、更には、ＭＩＰ画像データ等が生成される場合であっても構わない。

又、上述の実施例では、セクタ走査用の超音波プローブ３について述べたが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであってもよい。特に、リニア走査あるいはコンベックス走査に対応した超音波プローブでは、隣接駆動信号の選択等を目的として設けられた信号選択部３２を用いて超音波送受信の開口部を所望の方向（即ち、超音波送受信方向に対して垂直な方向）へ移動させることができる。即ち、本発明は、信号選択部３２を用いることで、リニア走査あるいはコンベックス走査に対応した超音波プローブにおける同時駆動チャンネルをシーケンシャルに容易に切り替えることが可能となる。

更に、送受信部２は、超音波プローブ３に対しΔτで量子化された遅延時間を有するＭｏチャンネルの駆動信号を供給し、信号選択部３２は、振動素子群３１から得られるＭｘチャンネルの第１の受信信号をその遅延時間がΔτで量子化されたＭｏチャンネルの第２の受信信号に束ねる場合について述べた。しかし、本発明において、Δτによる厳密な量子化は必ずしも必要ではない。

又、信号選択部３２によって選択された２チャンネルの隣接駆動信号に基づいて理想遅延時間を有した合成駆動信号を生成する場合について述べた。しかし、本発明は、３チャンネル以上の隣接駆動信号を用いて合成駆動信号を生成しても構わない。

一方、上述の実施例では、信号選択部３２、重み付け部３３及び合成・分配部３４を用いて送信時における隣接駆動信号の選択と受信時における受信信号の選択／合成を行なう場合について述べた。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図１８に示すように、Ｍｘチャンネルからなる第１の受信信号をＭｏチャンネルからなる第２の受信信号に束ねる受信専用のサブ整相加算部３５と送信及び受信の切り替えを行なう送受信切替部３６とを超音波プローブ３に設けてもよい。

更に、上述の実施例では、複数の振動子が２次元配列された超音波プローブ３を用いて被検体に対し超音波送受信を行なう超音波診断装置について述べた。しかし、本発明は、複数の振動素子が１次元配列された超音波診断装置であっても構わない。

又、上述の実施例では、マイクロマシン技術を導入してシリコン基板上に可変容量デバイスを形成する場合について述べた。しかし、本発明は、振動素子群３１の振動素子や信号選択部３２の回路デバイスもマイクロマシン技術により同一のシリコン基板上に形成してもよい。この方法により振動素子の多チャンネル化は更に容易となる。

１…装置本体
２…送受信部
２１…送信部
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２…受信部
２２１…プリアンプ
２２２…Ａ／Ｄ変換器
２２３…整相加算部
３…超音波プローブ
３１…振動素子群
３２、３２ａ…信号選択部
３３、３３ａ…重み付け部
３４、３４ａ…合成・分配部
３５…サブ整相加算部
３６…送受信切替部
４…超音波データ生成部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…カラードプラデータ生成部
５…画像データ生成部
５１…データ記憶部
５２…画像処理部
６…表示部
７…走査制御部
８…入力部
９…システム制御部
１０ｃ…振動素子
１０ｅ…シリコン基板
１０ｆ（Ｃ）…可変容量デバイス
１０ｆ−１…可動電極
１０ｆ−２…サスペンション
１０ｆ−３…支持部
１０ｆ−４…固定電極
１０ｆ−５…バイアス電極
１０ｈ…印加電圧発生部
１０ｊ…多芯ケーブル
１００、２００…超音波診断装置

Claims (19)

1. 被検体に対して設定された超音波送受信方向に対し超音波パルスを送信し、前記超音波送受信方向からの超音波反射波を受信信号に変換する配列された複数個の振動素子を有した超音波プローブと、
   前記超音波プローブに対し離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの駆動信号を供給する送信部と、
   前記振動素子から得られる第１の受信信号に基づいて生成された離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの第２の受信信号を整相加算する受信部と、
   整相加算後の受信信号を処理して得られた超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、を備え、
   前記超音波プローブは、
   前記送信部から供給される前記複数チャンネルの駆動信号の中から前記振動素子の駆動に要求される理想遅延時間に近い遅延時間を有した少なくとも２チャンネルの駆動信号を隣接駆動信号として選択する信号選択部と、
   選択された前記隣接駆動信号の各々に対して所定の重み付けを行なう重み付け部と、
   重み付けされた前記隣接駆動信号を合成して前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を生成し前記振動素子を駆動する合成・分配部と、
   を有する超音波診断装置。
2. 前記合成・分配部は、前記振動素子の各々から得られる前記第１の受信信号を少なくとも２チャンネルの受信信号に分配し、
   前記重み付け部は、分配された前記受信信号に対して所定の重み付けを行ない、
   前記信号選択部は、前記振動素子の各々から得られる重み付け後の前記受信信号に対して選択と合成を行なって前記第２の受信信号を生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記重み付け部は、印加電圧によって静電容量の制御が可能な可変容量デバイスを用いて前記駆動信号あるいは前記受信信号の重み付けを行なう請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記重み付け部は、マイクロマシン技術の導入によりシリコン基板上に形成された前記可変容量デバイスを用いて前記駆動信号あるいは前記受信信号の重み付けを行なう請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記振動素子及び前記信号選択部が有する回路デバイスの少なくとも何れかは前記マイクロマシン技術の導入により前記可変容量デバイスと同一のシリコン基板上に形成される請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記送信部は、遅延時間が所定の値で量子化された前記複数チャンネルの駆動信号を前記超音波プローブに対して供給する請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記送信部は、前記振動素子から送信される超音波パルスの周期の４分の１で量子化された遅延時間を有する前記駆動信号を前記超音波プローブに対して供給する請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記送信部は、前記振動素子の素子数より少ないチャンネル数の前記駆動信号を前記超音波プローブに対し多芯ケーブルを介して供給する請求項１に記載の超音波診断装置。
9. 前記信号選択部は、前記振動素子の素子数より少ないチャンネル数を有する前記第２の受信信号を装置本体に設けられた前記受信部に対し多芯ケーブルを介して供給する請求項１に記載の超音波診断装置。
10. 前記重み付け部は、前記可変容量デバイスの静電容量を超音波反射波の受信時刻に対応させて連続的に更新することにより受信ダイナミックフォーカスに対する遅延時間を設定する請求項１に記載の超音波診断装置。
11. 前記信号選択部は、前記合成駆動信号が供給される前記振動素子あるいは前記第２の受信信号が得られる前記振動素子を選択することにより超音波送受信に使用する開口の位置を所望の方向へ移動させる請求項１に記載の超音波診断装置。
12. 被検体に対して設定された超音波送受信方向に対し超音波パルスを送信し、前記超音波送受信方向からの超音波反射波を受信信号に変換する配列された複数個の振動素子を有する振動素子群と、
    超音波診断装置本体から多芯ケーブルを介して供給される離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの駆動信号の中から前記振動素子の駆動に要求される理想遅延時間に近い遅延時間を有した少なくとも２チャンネルの駆動信号を隣接駆動信号として選択する信号選択部と、
    選択された前記隣接駆動信号の各々に対して所定の重み付けを行なう重み付け部と、
    重み付けされた前記隣接駆動信号を合成して前記理想遅延時間を有する合成駆動信号を生成し前記振動素子を駆動する合成・分配部と、
    を備える超音波プローブ。
13. 前記合成・分配部は、前記振動素子の各々から得られる第１の受信信号を少なくとも２チャンネルの受信信号に分配し、
    前記重み付け部は、分配された前記受信信号に対して所定の重み付けを行ない、
    前記信号選択部は、前記振動素子の各々から得られる重み付け後の前記受信信号に対して選択と合成を行なって離散的な遅延時間を有する複数チャンネルの第２の受信信号を生成する請求項１２に記載の超音波プローブ。
14. 前記重み付け部は、印加電圧によって静電容量の制御が可能な可変容量デバイスを用いて前記駆動信号あるいは前記受信信号の重み付けを行なう請求項１３に記載の超音波プローブ。
15. 前記重み付け部は、マイクロマシン技術の導入によりシリコン基板上に形成された前記可変容量デバイスを用いて前記駆動信号あるいは前記受信信号の重み付けを行なうことを特徴とする請求項１４に記載の超音波プローブ。
16. 前記振動素子及び前記信号選択部が有する回路デバイスの少なくとも何れかは前記マイクロマシン技術の導入により前記可変容量デバイスと同一のシリコン基板上に形成される請求項１５に記載の超音波プローブ。
17. 前記信号選択部は、前記振動素子の素子数より少ないチャンネル数を有する前記第２の受信信号を装置本体に設けられた前記受信部に対し多芯ケーブルを介して供給する請求項１２に記載の超音波プローブ。
18. 前記重み付け部は、前記可変容量デバイスの静電容量を超音波反射波の受信時刻に対応させて連続的に更新することにより受信ダイナミックフォーカスに対する遅延時間を設定する請求項１２に記載の超音波プローブ。
19. 前記信号選択部は、前記合成駆動信号が供給される前記振動素子あるいは前記第２の受信信号が得られる前記振動素子を選択することにより超音波送受信に使用する開口の位置を所望の方向へ移動させる請求項１２に記載の超音波プローブ。
    

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