JP2011050490A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元超音波診断装置において、２Ｄアレイ振動子を用いて超音波ビームを二次元走査する場合に、サイドローブを低減すると共に、構成及び制御を簡易化する。
【解決手段】２Ｄアレイ振動子１６上に設定されるサブアレイパターンは、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄを有する。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、複数のＸ方向連結体（縦長ペア）Ｐｘと複数のＹ方向連結体（横長ペア）Ｐｙとを含み、それらが密集し且つ混在している。各Ｘ方向連結体Ｐｘは、Ｘ方向に整列した複数の縦長サブアレイで構成され、各Ｙ方向連結体Ｐｙは、Ｙ方向に整列した複数の横長サブアレイで構成される。各サブアレイは長方形を有するが、同じ形状をもった複数のサブアレイを揃えて四角形の連結体を構成することにより、サブアレイパターン上において多様性及び密集性を実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、２Ｄアレイ振動子を備えた超音波診断装置に関する。

医療の分野において三次元超音波診断が普及しつつある。かかる三次元超音波診断装置では、超音波ビームが二次元走査され、これにより三次元空間（三次元エコーデータ取込空間）が形成され、そこから得られたボリュームデータに基づいて三次元超音波画像が形成される。超音波ビームの二次元電子走査のために、２Ｄアレイ振動子を備えた三次元エコーデータ取込用超音波探触子（３Ｄプローブ）が用いられる。

２Ｄアレイ振動子は、二次元配列された非常に多くの振動素子により構成される（例えば数千個の振動素子により構成される）。よって、すべての振動素子に対して送信信号を供給し且つすべての振動素子からの受信信号を処理するには、非常に多くの送信回路や受信回路を用意しなければならないし、また、３Ｄプローブケーブルとして太く重いものを用いなければならなくなる。そこで、プローブ側でのチャンネルリダクションが要請されており、以下のように、それを実現する幾つかの方式が提案されている。

第１の方式は、２Ｄアレイ振動子のアレイ面上に複数のサブアレイを設定し、各サブアレイごとにグルーピング処理を適用するものである（特許文献１、特許文献２参照）。すなわち、個々のサブアレイに対して遅延時間の類似性の観点から複数のグループを設定し、グループ単位で複数の振動素子からの複数の素子信号を加算してグループ受信信号を生成することにより、チャンネルリダクションを図るものである。

第２の方式は、２Ｄアレイ振動子のアレイ面上に複数のサブアレイを設定し、各サブアレイごとにサブ遅延加算処理（サブ整相加算処理）を実行するものである（特許文献３参照）。すなわち、個々のサブアレイを構成する複数の振動素子からの複数の素子信号に対して第１段階の整相加算を適用することにより、チャンネルリダクションを図るものである。

特許第３９７７８２７号明細書 特許第３９７７８２６号明細書 特表２０００−３３０８７号公報

三次元超音波画像の画質を高めるためには、感度を向上させ、同時に、サイドローブ（グレイティングローブ）を低減することが望まれる。アレイ面上に複数のサブアレイを単純に縦横に密に整列させたサブアレイパターンを採用すると、有限なアレイ面を全面的に利用できるので良好な感度を得られるが、サブアレイ配列の規則性から、どうしてもサイドローブが出やすくなる。一方、アレイ面上に複数のサブアレイをランダムに設定すると、サイドローブは出にくくなるが、アレイ面上に多数の隙間が生じてしまい、感度の低下という問題が生じる。なお、個々のサブアレイの形状に多様性をもたせることも考えられるが、その場合にはそれらのサブアレイを機能させるための演算や処理が複雑となるので、サブアレイ形状はある程度は統一した方が望ましい（例えば１個又は数個のサブアレイ形状の利用に留めることが望まれる）。三次元計測に当たっては、回路規模の削減、制御用データの削減といった面での配慮も求められる。

本発明の目的は、三次元超音波診断装置において、サイドローブ低減及び感度向上を図れるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、三次元超音波診断装置において、良好な性能を得つつも、構成及び制御を簡略化できるようにすることにある。

本発明は、サブアレイパターンが設定される二次元配列型の振動素子群を有する２Ｄアレイ振動子と、前記２Ｄアレイ振動子に接続され、サブアレイ単位で又はサブアレイ内のグループ単位で複数の素子信号に対するサブ処理を実行してサブ処理結果信号を出力するサブ処理部と、前記サブ処理部から出力される複数のサブ処理結果信号に対するメイン処理を実行するメイン処理部と、を含み、前記サブアレイパターンは、分散配置された複数のＸ方向連結体と、分散配置された複数のＹ方向連結体と、を含み、前記各Ｘ方向連結体は、Ｘ方向に整列した複数の縦長サブアレイで構成され、前記各Ｙ方向連結体は、Ｙ方向に整列した複数の横長サブアレイで構成され、前記各縦長サブアレイはＹ方向を長手方向とする長方形サブアレイであり、前記各横長サブアレイはＸ方向を長手方向とする長方形サブアレイである、ことを特徴とする。

上記構成において、各連結体は複数の長方形サブアレイを揃えて集合させたものである。これにより、サブアレイパターンの設計に際しては、原則として、連結体（つまり規定形状ブロック）をレイアウト単位とすることができる。また、複数の連結体を相互に密集させること（つまり無用な隙間をなくして感度を高めること）が容易となる。連結体の種類として、Ｘ方向連結体とＹ方向連結体の２種類があり、それらがサブアレイパターンの全体として混在しているから、サブアレイパターン全体としての規則性を崩して、サイドローブの低減を図れる。このように簡素な構成でありながら多様性を実現できる。

望ましくは、前記各Ｘ方向連結体及び前記各Ｙ方向連結体は同じ正方形の形状を有する。この構成によれば、２種類の連結体の形状が同じであり、しかも正方形であるから、無駄な隙間を排除することが容易となるし、レイアウト時において特定位置に連結体を配置する際にその種別変更も容易である。正方形がパターン単位となるので、製造や制御の面でも負担を軽減できる。

望ましくは、前記複数のＸ方向連結体の個数と前記複数のＹ方向連結体の個数は実質的に同一である。この構成によれば、各方向の感度をバランスさせることができ、また特定方向にサイドローブが生じてしまうことを防止できる。

望ましくは、前記各Ｘ方向連結体は２つの縦長サブアレイからなる縦長ペアであり、前記各Ｙ方向連結体は２つの横長サブアレイからなる横長ペアである。望ましくは、前記各Ｘ方向連結体はｓ個の縦長サブアレイで構成され、前記各縦長サブアレイはｍ個の振動素子で構成され、前記各Ｙ方向連結体はｓ個の横長サブアレイで構成され、前記各横長サブアレイはｍ個の振動素子で構成される。すなわち、複数の一次元振動子列を横に並べることにより連結体が構成される。ｓ，ｍは例えば２以上の任意の数値である。

本発明は、サブアレイパターンが設定される二次元配列型の振動素子群を有する２Ｄアレイ振動子と、前記２Ｄアレイ振動子に接続され、サブアレイ単位で又はサブアレイ内のグループ単位で複数の素子信号に対するサブ処理を実行してサブ処理結果信号を出力するサブ処理部と、前記サブ処理部から出力される複数のサブ処理結果信号に対するメイン処理を実行するメイン処理部と、を含み、前記サブアレイパターンは、当該サブアレイパターンの中心点周りに設けられた複数のサブアレイ集団を有し、前記各サブアレイ集団は、分散配置された複数のＸ方向連結体と、分散配置された複数のＹ方向連結体と、を含み、前記各Ｘ方向連結体は、Ｘ方向に整列した複数の縦長サブアレイで構成され、前記各Ｙ方向連結体は、Ｙ方向に整列した複数の横長サブアレイで構成され、前記各縦長サブアレイはＹ方向を長手方向とする長方形サブアレイであり、前記各横長サブアレイはＸ方向を長手方向とする長方形サブアレイである、ことを特徴とする。

上記構成によれば、中心点の周りに設けられた複数のサブアレイ集団を利用して超音波の送信及び受信が実行される。各サブアレイ集団は、複数のＸ方向連結体と複数のＹ方向連結体とにより構成される。サブアレイ集団が、更に、連結体を構成していない孤立サブアレイを含んでいてもよい。いずれにしても、サブアレイ集団は複数のサブアレイを密集させたものとして構成されているので、散発的な隙間の発生を防止して感度を高めることができる。望ましくは、隣接するサブアレイ集団間に「集団間不揃い」が生じるように、サブアレイパターンが構成される。この構成によれば、複数のサブアレイを単純に規則的に二次元配列した場合よりも、サイドローブの発生を効果的に低減することができる。各サブアレイ集団内の密集性を確保しつつ、集団間不揃いを生じさせるために、望ましくは、サブアレイパターンの中央に矩形の中心部分が設けられる。そのような隙間が良い意味で障害となって、複数のサブアレイ集団間にずれを生じさせることができる。望ましくは、集団間不揃いは、一方側のサブアレイ集団（具体的にはその内で他方側サブアレイ集団に接するサブアレイ列と、他方側サブアレイ集団（具体的にはその内で一方側サブアレイ集団に接するサブアレイ列）が境界線を介して対峙している場合において両者の配列が境界線方向にずれており、両者の配列が揃っていない状態を意味する。

２Ｄアレイ振動子を構成する振動素子群の中に送受信において機能しない１又は複数の無効素子が含まれてもよい。望ましくは、複数のサブアレイ集団がそれ全体として円形領域を構成する。その場合、円形領域の外側に存在する複数の振動素子は通常それぞれ無効素子となる。望ましくは、各サブアレイ集団は、その中心点から見て、特定の方位角度内に存在する。望ましくは、４つのサブアレイ集団が設けられ、その場合に、４つのサブアレイ集団は、アレイ面上において、それぞれ９０度に開いた４つの象限（第１象限、第２象限、第３象限、第４象限）に設けられる。

望ましくは、各サブアレイ集団が１つの制御単位（第１制御単位）を構成し、各サブアレイが１つの制御単位（第２制御単位）を構成し、更に、グルーピング方式が採用された場合に設定される各グループが１つの制御単位（第３制御単位）を構成する。サブアレイ集団を１つの制御単位あるいは回路構成単位とすることも勿論可能である。一例を説明すると、各サブアレイ集団ごとにグルーピングパターン又はディレイパターンを特定するパターン選択信号（サブアレイ制御信号）が与えられる。そのようなパターンはビーム走査方向に応じて動的に制御されるものである。また、各サブアレイごとにチャンネルリダクション処理が実行される。チャンネルリダクション処理には、グループ単位で複数の素子信号を加算する処理、サブアレイ単位での複数の素子信号を整相加算する処理、等が含まれる。サブアレイ内に複数のグループが設定される場合、各グループは通常、複数の振動素子で構成される。グループ内の複数の振動素子から出力された複数の素子信号が加算されてグループ受信信号が生成される。１つのグループが１つの振動素子で構成されてもよく、その場合、その振動素子から出力された素子信号がそのままグループ受信信号として出力される。なお、各サブアレイ内に１又は複数の無効素子が含まれてもよい。中央サブアレイについてはそれ専用のパターン選択信号を与えるようにしてもよい。あるいは、中央サブアレイに対して、いずれかのサブアレイ集団に与えられるパターン選択信号を流用し、それを与えるようにしてもよい。

望ましくは、前記各サブアレイ集団は、密集且つ混在した複数のＸ方向連結体及び複数のＹ方向連結体により構成される。望ましくは、前記各サブアレイ集団は、密集且つ混在した複数のＸ方向連結体、複数のＹ方向連結体及び孤立サブアレイにより構成される。複数の孤立サブアレイを設ける場合、実質的に同数の縦長サブアレイと横長サブアレイとが設けられるのが望ましい。

望ましくは、前記中心点を通過し互いに直交する２つの境界線により４つの象限が画定され、前記４つの象限に４つのサブアレイ集団が設けられる。望ましくは、前記サブアレイパターンの中央に矩形の中心部分が設けられ、前記中心部分が有する４つの辺が外側へ延伸されて４つの境界線が構成され、前記４つの境界線により４つの象限が画定され、前記４つの象限に４つのサブアレイ集団が設けられ、前記各境界線を挟んで隣接するサブアレイ集団間に集団間不揃いが生じる。望ましくは、前記集団間不揃いは、隣接するサブアレイ集団が両者間の境界線の方向へずれた状態である。

望ましくは、前記各サブアレイ集団は最も中央寄りの内接サブアレイを有し、前記各サブアレイ集団の内接サブアレイが前記矩形の中心部分の特定の辺の一部又は特定の角に接する。このような構成によれば、上記の集団間不揃いを自然に生じさせることができる。

望ましくは、前記集団間不揃いは、隣り合う２つのサブアレイ集団が両者間の境界線の方向へｍ素子分ずれた状態である。すなわち、集団間不揃いは、振動素子単位での横ずれに相当する。望ましくは、矩形の中心部分は前記各サブアレイのサイズよりも小さいサイズを有する。望ましくは、前記矩形の中心部分は１又は複数の無効振動素子により構成される。あるいは、前記矩形の中心部分は１又は複数の有効振動素子により構成される。サブアレイの規格化による利点を得るためには前者の構成を採用するのが望ましい。

望ましくは、前記各サブ処理はグルーピングによるチャンネルリダクション処理であり、前記各サブアレイ集団では、それに属する複数のサブアレイに対して同一のグルーピングパターンが設定される。望ましくは、前記各サブ処理はサブ整相加算によるチャンネルリダクション処理であり、前記各サブアレイ集団では、それに属する複数のサブアレイに対して同一のディレイパターンが設定される。望ましくは、前記複数のサブアレイ集団は、前記中央サブアレイを中心として、実質的に円形の領域を構成する。

本発明によれば、三次元超音波診断装置において、サイドローブ低減及び感度向上を図れる。あるいは、三次元超音波診断装置において、良好な性能を得つつも、構成及び制御を簡略化できる。

本発明に係る超音波診断装置の実施形態を示すブロック図である。 図１に示した超音波診断装置におけるチャンネルリダクション回路を中心とした要部構成の一例を示す図である。 サブアレイパターンの第１例を示す図である。 縦長ペアと横長ペアを示す拡大図である。 サブアレイパターンの第２例を示す図である。 図５に示したサブアレイパターンの中央部を示す拡大図である。 サブアレイパターンの第３例を示す図である。 サブアレイパターンの第４例を示す図である。 図１に示した超音波診断装置におけるチャンネルリダクション回路を中心とした要部構成の他の例を示す図である。 縦長サブアレイに対する複数のグループの設定例を示す図である。 横長サブアレイに対する複数のグループの設定例を示す図である

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には超音波診断装置が開示されている。超音波診断装置は、医療の分野において、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。超音波診断装置は、大別して、プローブ１０と本体１２とにより構成される。符号１４は両者間を接続するプローブケーブルを示している。プローブ１０に設けられるコネクタ及び本体１２に設けられるコネクタは図示省略されている。

プローブ１０は生体表面に当接した状態で超音波の送受波を行う超音波探触子である。もっとも、プローブ１０が体腔内に挿入されるものであってもよい。プローブ１０は、２Ｄアレイ振動子１６及びチャンネルリダクション回路１８を備えている。それらはプローブ１０のプローブヘッド内に設けられている。但し、チャンネルリダクション回路１８がプローブコネクタに設けられてもよい。２Ｄアレイ振動子１６は、例えば数千個の振動素子１６ａにより構成され、それらはＸ方向及びＹ方向に整列している。振動素子群に対しては、つまりアレイ面上には、複数のサブアレイからなるサブアレイパターンが設定される。サブアレイパターンは、制御の簡易化、サイドローブの低減、感度の向上といった観点から後述のように定められる。

チャンネルリダクション回路１８は、送受信において必要な信号（又は信号線）の個数を削減するための回路である。チャンネルリダクション回路１８によれば、プローブケーブルを細くできるし、本体１２内の送信部２０及び受信部２２の構成を簡易化できる。チャンネルリダクションの方式として、グルーピング方式が採用される場合には図９に例示する構成が採用され、サブ整相加算方式が採用される場合には図２に例示する構成が採用される。グルーピング方式が採用される場合、各サブアレイに対して複数のグループが設定され、送信時には、各グループを構成する複数の振動素子に対して同じ送信信号が並列的に供給され、受信時には、各グループを構成する複数の振動素子から並列的に出力される複数の素子信号（素子受信信号）が加算されて単一のグループ受信信号が生成される。一方、チャンネルリダクション方式としてサブ遅延加算方式が採用される場合、送信時には、元になる送信信号に対する遅延処理によって生成された複数の送信信号がサブアレイを構成する複数の振動素子へ並列的に供給され、受信時には、サブアレイを構成する複数の振動素子から並列的に出力された複数の素子信号がサブ整相加算処理されてサブアレイ受信信号が生成される。

次に、本体１２の構成について説明する。送受信制御部２４は、採用された特定のサブアレイパターンを前提として、各サブアレイに対するグルーピングパターンあるいはディレイパターンの設定を制御している。送信部２０は、複数のサブアレイに対応する複数の送信信号を生成する送信ビームフォーマーである。グルーピング方式が採用される場合、グループ総数分の送信信号が生成される。サブ整相加算方式が採用される場合、サブアレイ総数分の送信信号が生成される。受信部２２は、受信ビームフォーマーである。グルーピング方式が採用される場合、グループ総数分のグループ受信信号に対する整相加算処理が実行され、これにより受信ビームに相当するビームデータが得られる。サブ整相加算方式が採用される場合、サブアレイ総数分のサブアレイ受信信号に対するメイン整相加算処理（二段階目の整相加算処理）が実行され、これにより受信ビームに相当するビームデータが得られる。送信部２０及び受信部２２の動作は送受信制御部２４によって制御されている。

信号処理部２６は、検波器、対数変換器等の構成を具備し、入力される整相加算後の受信信号つまりビームデータに対する各種の処理を実行する。信号処理後のビームデータは三次元画像処理部２８に送られ、三次元画像処理部２８は複数のビームデータに基づいて三次元超音波画像を形成する。その画像データは表示器３０へ送られる。三次元画像処理方式としてはボリュームレンダリング法、サーフェイスレンダリング法等が知られている。複数のビームデータを三次元データメモリ上に格納してボリュームデータを構築し、それに基づいて三次元超音波画像が形成されるようにしてもよい。主制御部３２はＣＰＵ及び動作プログラムにより構成される。主制御部３２にはキーボードやトラックボールなどを備える操作パネル３４が接続されている。ドプラ情報の処理を行う回路については図示省略されている。

図２には、図１に示した超音波診断装置の部分的な構成が示されている。図２はサブビームフォーミング方式を採用した場合における構成例を示すブロック図である。２Ｄアレイ振動子１６上には、後に詳述するように、サブアレイパターンが設定される。サブアレイパターンは、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄを含む。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、複数の縦長ペア（Ｘ方向連結体）Ｐｘと、複数の横長ペア（Ｙ方向連結体）Ｐｙと、を含む。それらは密集し且つ混在している。縦長ペアＰｘは、Ｘ方向に並んで連結された２つの縦長サブアレイからなる。横長ペアＰｙは、Ｙ方向に並んで連結された２つの横長サブアレイからなる。整理すると、サブアレイパターンは、複数のサブアレイ（SA-1〜SA-n）を含み、この例ではｎ個のサブアレイが設定される。ｎは例えば二桁の数値である。各ペア（各連結体）Ｐｘ，Ｐｙは、いずれも四角形の形状を有し、ｉ個×ｉ個の振動素子により構成される。ｉは例えば４，６，８，１０，１２，１４，１６といった偶数であるが、その数は任意に定めることができる。各サブアレイの長手方向のサイズはｉ個の振動素子に相当し、短手方向のサイズはｉ／２個の振動素子に相当する。サブアレイパターンの中心を原点として、本実施形態では、２Ｄアレイ振動子１６上の第１象限〜第４象限に４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄが設定される。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄはサブアレイ密集体（サブアレイクラスタ）である。なお、複数の一次元振動子列を揃えて正四角形の連結体を構成することもできる。

複数のサブアレイに対して、チャンネルリダクション回路１８を構成する複数のＳＢＦ（サブビームフォーマー）（３８−１〜３８−ｎ）が接続されている。その接続関係は一対一である。各ＳＢＦは、対応するサブアレイから並列的に出力される複数の素子信号に対して第１段階の整相加算処理を実行する回路である。その結果、それらの素子信号が１つの受信信号に集約される。送信時には、サブアレイごとに、１つの送信信号から、遅延関係をもった複数の送信信号が生成され、それらがサブアレイを構成する複数の振動素子に供給される。ＳＢＦはそのような送信ビームフォーマーとしての機能も備えている。ｎ個のＳＢＦに対して、メインビームフォーマー２２Ａ及び送信部２０が並列的に接続されている。ｎ個のＳＢＦにはｎ個の信号線２１−１〜２１−ｎが接続されている。

送受信制御部２４は、図２に示す構成例において、４つの制御信号ペア、つまり８つの制御信号３７ａｘ，３７ａｙ，３７ｂｘ，３７ｂｙ，・・・３７ｄｘ，３７ｄｙを出力している（添字のａ，ｂ，ｃ，ｄはサブアレイ集団の識別子であり、添字のｘ，ｙはサブアレイが縦長タイプか横長タイプかを特定する識別子である）。すなわち、それらは第１乃至第４のサブアレイ集団Ａ〜Ｄ用の制御信号である。個々の制御信号ペアは、縦長サブアレイに対してディレイパターンを指定する信号と、横長サブアレイに対してディレイパターンを指定する信号と、からなる。つまり、第１サブアレイ集団Ａにおける複数の縦長サブアレイに対しては同一のディレイパターンが設定され、同じ第１サブアレイ集団Ａにおける複数の横長サブアレイに対しては同一のディレイパターン（遅延条件）が設定される。このことは他のサブアレイ集団についても同様である。サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、複数のサブアレイの密集体であり、つまり、同じ局所領域内に存在しているので、それらに対して共通のディレイパターンを設定しても送受信特性の劣化はさほどではない。但し、縦長サブアレイと横長サブアレイとでは条件が異なるから、それらに対しては別々のディレイパターンを与える必要がある。ここで、サブアレイはサブビームフォーミングの設定単位をなすものであり、サブアレイ集団はディレイパターン（縦長用ディレイパターン、横長用ディレイパターン）を共通とする制御単位をなすものである。本実施形態において、サブアレイパターンはアレイ面上に固定的に設定されるが、ディレイパターンはビーム方位及び送信フォーカス深さ等の送受信条件に応じて動的に可変設定される。但し、上記のように、個々のサブアレイ集団内における同一種別の複数にサブアレイに対しては１種類のディレイパターンが設定される。もちろん、これらの条件に関しては各種の変形例が考えられる。

ｎ個のＳＢＦ（３８−１〜３８−ｎ）に対してはｎ個の信号線（２１−１〜２１−ｎ）が接続されている。また、ｎ個の信号線は、本体内における送信部２０と、受信部２２とに並列的に接続されている。よって、図示の構成例では、送信部２０は、ｎ個の送信信号を出力し、受信部２２は、ｎ個の受信信号に対して整相加算処理を実行する。なお、図２においては、複数の制御信号が並列に伝送されていたが、それらを単一の信号線を使って時分割伝送するようにしてもよい。送受信制御部２４をプローブ１０内に設けるようにしてもよい。

図３には、２Ｄアレイ振動子１６上に設定されるサブアレイパターンの第１例が示されている。上述したように、２Ｄアレイ振動子１６は、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の振動素子１６ａにより構成される。円形領域１０３が実際に送受波する領域である。個々の長方形がサブアレイを示している。

サブアレイパターンは、その中心周りに設けられた複数のサブアレイ集団Ａ〜Ｄを有する。各サブアレイ集団は、密集した複数のサブアレイペアにより構成され、具体的には、複数の縦長ペアＰｘと、複数の横長ペアＰｙと、を有している。両者は実質的に同数設けられている。複数の縦長ペアＰｘと複数の横長ペアＰｙは二次元的に混在状態にある。２種類のペアＰｘ，Ｐｙは互いに同一の形状を有し、つまり同じ四角形を有する。その四角形はｉ素子×ｉ素子のサイズを有するものである。

図４に示すように、各縦長ペアＰｘは、Ｘ方向に並んで連結された２個の縦長サブアレイ１１２，１１４により構成されており、ここで各縦長サブアレイ１１２，１１４はＹ方向を長手方向とする長方形を有する。各横長ペアＰｙは、Ｙ方向に並んで連結された２個の横長サブアレイ１１６，１１８により構成されており、ここで各横長サブアレイ１１６，１１８はＸ方向を長手方向とする長方形を有する。各サブアレイ１１２〜１１８の長手方向のサイズはｉ個（図示の例では４個）の振動素子に相当し、各サブアレイ１１２〜１１８の短手方向のサイズはｉ／２個（図示の例では２個）の振動素子に相当する。但し、サブアレイ集団内に規格外のサブアレイが含まれてもよい。

図３に戻って、サブアレイ集団間の境界線がｘ，ｙで表されている。それらの境界線は中心点でクロスしている。各境界線ｘ，ｙに注目すると、境界線の一方側と他方側とで同じ種別のサブアレイペアが並ばないように交互配列が実現されている。サブアレイパターン全体を観察した場合、２種類のサブアレイペアの二次元交互配列が実現されている。サブアレイパターン全体として、サブアレイの種別数を極少数に抑えれば、構成及び制御を簡略化できるという利点が得られる。図示の例は２種類のサブアレイだけが利用されているから、そのような利点を効果的に引き出せる。また、各サブアレイペアが同じ形状の四角形として構成されているので、サブアレイ集団内に無用な隙間が生じてしまう問題を回避しつつ、サブアレイ集団内に多様性（非一様性）をもたせることができる。

図５乃至図８を用いてサブアレイパターンの第２例乃至第４例を説明する。なお、各図において、図３に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す第２例において、２Ｄアレイ振動子１６Ａ上に設定されたサブアレイパターンは、矩形の中心部分１００とその周囲に設けられた４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄにより構成される。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、二次元的に混在した複数の縦長ペアＰｘ及び複数の横長ペアＰｙにより構成されている。

２Ｄアレイ振動子１６Ａの中央には、サブアレイペアの規定サイズよりも小さい矩形の中心部分１００が設定され、それを取り囲むように、しかも中心側へ詰めた状態で、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄが設けられている。４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄは、２Ｄアレイ振動子１６Ａ上における中心を原点とした直交座標系を定義した場合に、その第１象限から第４象限に設けられている。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、互いに密集した複数のサブアレイにより構成され、各サブアレイ集団内には実質的な隙間は存在していない。

図６にはサブアレイパターンの中央部分が拡大図として示されている。境界線ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２は中心部分１００が有する４つの辺１０４−１〜１０４−４から外部へ伸ばした延長線に相当する。境界線ｘ１と境界線ｘ２は互いに反対方向（正方向、負方向）に延伸し、それらはＹ方向に中心部分１００の幅分だけシフトしている。境界線ｙ１と境界線ｙ２も互いに反対方向に延伸し、それらはＸ方向に中心部分１００の幅分だけシフトしている。なお、１０６−１〜１０６−４は中心部分１００の４つの隅を示している。Ｏは中心部分１００の重心であり、かつ、２Ｄアレイ振動子１６の中心である。

図５に戻って、第１サブアレイ集団Ａに着目すると、それには中央サブアレイＡに最も近い内接サブアレイSAa1が含まれ、それが中心部分１００の特定の辺（ｙ１上の辺）に接している。それを基点として他のサブアレイが中心寄りに詰めて密集している。第２サブアレイ集団Ｂ、第３サブアレイ集団Ｃ及び第４サブアレイ集団Ｄも、第１サブアレイ集団Ａと同様に、それぞれ密集した複数のサブアレイにより構成され、具体的には、内接サブアレイSAb1,SAc1,SAd1と、それに連なって広がる複数のサブアレイと、を有する。

４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄにおける隣接相互間の境界線ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２に着目すると、各境界線上に不揃い（集団間不揃い）が生じている。例えば、境界線ｙ１上においては、第１サブアレイ集団Ａと第２サブアレイ集団Ｂとの間でＹ方向にｉ／２個の素子分だけずれが生じている。同じく、境界線ｘ２上においては、第２サブアレイ集団Ｂと第３サブアレイ集団Ｃとの間でＸ方向にｉ／２個の素子分だけずれが生じている。同様に、第３サブアレイ集団Ｃと第４サブアレイ集団Ｄの間、及び、第４サブアレイ集団Ｄと第１サブアレイ集団Ａとの間においても、Ｘ方向又はＹ方向にｉ／２個の素子分だけずれが生じている。この結果、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄにおける４つの隣接集団間に４つの集団間不揃いが生じていることになる。境界線を挟んで一方側のサブアレイペア列と他方側のサブアレイペア列とが当該境界線の方向にずれているので、サブアレイパターンの多様性をより高められる。これにによって、顕著なサイドローブ低減効果が期待できる。

図７に示す第３例において、２Ｄアレイ振動子１６Ｂ上に設定されたサブアレイパターンは、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄを有する。各サブアレイ集団Ａ〜Ｄは、複数の縦長ペアＰｘと、複数の横長ペアＰｙと、１つの孤立サブアレイと、を有する。第１サブアレイ集団Ａ及び第３サブアレイ集団Ｃは、サブアレイパターンの中心点に接する横長サブアレイとしての孤立サブアレイＱ１，Ｑ３を有する。それらは内接サブアレイに相当する。第２サブアレイ集団Ｂ及び第４サブアレイ集団Ｄは、サブアレイパターンの中心点に接する縦長サブアレイとしての孤立サブアレイＱ２，Ｑ４を有する。それらも内接サブアレイに相当する。それらの４つの孤立型内接サブアレイを風車状に設けた上で、それぞれのサブアレイ集団（サブアレイペアの集合体）を構成することにより、自然にサブアレイ集団間に不揃いを生じさせることができる。この場合、中央に隙間が生じないので、有効エリアを送受波において活用できる。

図８に示す第４例において、２Ｄアレイ振動子１６Ｃ上に設定されたサブアレイパターンは、中心部分１００と、４つのサブアレイ集団Ａ〜Ｄとで構成される。この例４例は、第２例として示したパターンと第３例として示したパターンを組み合わせたものに相当する。すなわち、中央部分１００の４辺に接するように４つの孤立型内接サブアレイＱ１〜Ｑ４が風車状に設けられた上で、各象限に複数の縦長ペアＰｘ及び複数の横長ペアＰｙが密集配置されている。境界線に着目すると、隣接集団間において不揃いが生じており、一方側と他方側のずれ量は中心部分１００のサイズに相当している。

図９には、図１に示した超音波診断装置の部分的な構成が示されている。図９はグルーピング方式を採用した場合における構成例を示すブロック図である。なお、図２に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。

複数のサブアレイ（SA-1〜SA-n）に対しては、チャンネルリダクション回路１８を構成する複数のＳＷ（スイッチ）回路（ＳＷ１−ＳＷｎ）が接続されている。その接続関係は一対一である。各ＳＷ回路は、それに対応するサブアレイに対して複数のグループを設定する。各グループは互いに遅延量が近似している関係にある複数の振動素子により構成される。このようなグルーピングにより、グループを構成する複数の振動素子へ同じ送信信号を並列に供給することができ、グループを構成する複数の振動素子から並列に出力される複数の素子信号を加算して１つのグループ受信信号を生成することができる。つまり、送受信時にチャンネルリダクションを図れる。なお、１つのサブアレイに対しては複数のグループが設定され、その中には、例外的に、１つの振動素子により構成されるグループが含まれてもよい。また、サブアレイ中の一部の振動素子が無効振動素子となってもよい。サブアレイ内に送信専用素子及び受信専用素子が設定されてもよい。

４つの制御信号３６ａｘ，３６ａｙ，３６ｂｘ、３６ｂｙ，・・・３６ｄｘ，３６ｄｙは、ディレイパターンを指定する信号である。すなわち、個々のサブアレイ集団に対しては縦長ペア用及び横長ペア用の２種類の制御信号が与えられている。制御信号を各サブアレイ集団ごとに且つサブアレイ種別ごとに共通化できるので回路構成を簡易化できる。各ＳＷ回路ＳＷ１−ＳＷｎに対しては、それぞれ信号線列が接続されている。信号線列は、１つのサブアレイに設定可能な最大グループ数に相当する個数の信号線からなる。図９においては、その個数がｊとして表されている。ｎ個の信号線列は、本体内における送信部２０と、受信部２２とに並列的に接続されている。よって、図示の構成例では、送信部２０は、ｎ×ｊ個の送信信号を出力し、受信部２２は、ｎ×ｊ個の受信信号に対して整相加算処理を実行する。なお、図９においては、複数の信号線を使って複数の制御信号が並列に伝送されていたが、それらを単一の信号線上に時分割伝送するようにしてもよい。送受信制御部２４をプローブ１０内に設けるようにしてもよい。

このようなサブ処理方式が選択される場合においても、サブアレイパターンとして第１例から第４例のいずれも採用することが可能であり、更に他のサブアレイパターンを採用することも可能である。いずれにしても、サブアレイを密集させて感度を高めつつも集団間不揃いを利用してサイドローブを効果的に低減できる。

図１０には、縦長サブアレイに設定される幾つかのグルーピングパターン例が示されている。各数字は振動素子が所属するグループ番号を示している。同じ番号同士の複数の振動素子は電気的に結線されている。図１１には、横長サブアレイに設定される幾つかのグルーピングパターンが示されている。グルーピングパターンは送信フォーカス点の三次元位置の運動に伴い動的に切り替えられるものである。各図の（Ｃ）に示すグルーピングパターンにはいずれのグループにも属しない無効素子が含まれている。

１０ プローブ、１２ 本体、１４ プローブケーブル、１６ ２Ｄアレイ振動子、１８ チャンネルリダクション回路、２０ 送信部、２２ 受信部、２４ 送受信制御部。

Claims (14)

1. サブアレイパターンが設定される二次元配列型の振動素子群を有する２Ｄアレイ振動子と、
   前記２Ｄアレイ振動子に接続され、サブアレイ単位で又はサブアレイ内のグループ単位で複数の素子信号に対するサブ処理を実行してサブ処理結果信号を出力するサブ処理部と、
   前記サブ処理部から出力される複数のサブ処理結果信号に対するメイン処理を実行するメイン処理部と、
   を含み、
   前記サブアレイパターンは、分散配置された複数のＸ方向連結体と、分散配置された複数のＹ方向連結体と、を含み、
   前記各Ｘ方向連結体は、Ｘ方向に整列した複数の縦長サブアレイで構成され、
   前記各Ｙ方向連結体は、Ｙ方向に整列した複数の横長サブアレイで構成され、
   前記各縦長サブアレイはＹ方向を長手方向とする長方形サブアレイであり、
   前記各横長サブアレイはＸ方向を長手方向とする長方形サブアレイである、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記各Ｘ方向連結体及び前記各Ｙ方向連結体は同じ正方形の形状を有する、ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記複数のＸ方向連結体の個数と前記複数のＹ方向連結体の個数は実質的に同一である、ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記各Ｘ方向連結体は２つの縦長サブアレイからなる縦長ペアであり、
   前記各Ｙ方向連結体は２つの横長サブアレイからなる横長ペアである、ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項３記載の装置において、
   前記各Ｘ方向連結体はｓ個の縦長サブアレイで構成され、前記各縦長サブアレイはｍ個の振動素子で構成され、
   前記各Ｙ方向連結体はｓ個の横長サブアレイで構成され、前記各横長サブアレイはｍ個の振動素子で構成された、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、
   前記サブアレイパターンは当該サブアレイパターンの中心点周りに設けられた複数のサブアレイ集団を有し、
   前記各サブアレイ集団は、混在した複数のＸ方向連結体及び複数のＹ方向連結体を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記各サブアレイ集団は、密集且つ混在した複数のＸ方向連結体及び複数のＹ方向連結体により構成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項６記載の装置において、
   前記各サブアレイ集団は、密集且つ混在した複数のＸ方向連結体、複数のＹ方向連結体及び孤立サブアレイにより構成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項６記載の装置において、
   前記中心点を通過し互いに直交する２つの境界線により４つの象限が画定され、
   前記４つの象限に４つのサブアレイ集団が設けられた、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
10. 請求項６記載の装置において、
    前記サブアレイパターンの中央に矩形の中心部分が設けられ、
    前記中心部分が有する４つの辺が外側へ延伸されて４つの境界線が構成され、
    前記４つの境界線により４つの象限が画定され、
    前記４つの象限に４つのサブアレイ集団が設けられ、
    前記各境界線を挟んで隣接するサブアレイ集団間に集団間不揃いが生じた、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記集団間不揃いは、隣接するサブアレイ集団が両者間の境界線の方向へずれた状態である、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項１記載の装置において、
    前記各サブ処理はグルーピングによるチャンネルリダクション処理であり、
    前記各サブアレイ集団では、それに属する複数のサブアレイに対して同一のグルーピングパターンが設定された、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
13. 請求項１記載の装置において、
    前記各サブ処理はサブ整相加算によるチャンネルリダクション処理であり、
    前記各サブアレイ集団では、それに属する複数のサブアレイに対して同一のディレイパターンが設定された、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
14. 請求項１記載の装置において、
    前記サブアレイパターンは実質的に円形の領域を構成する、
    ことを特徴とする超音波診断装置。