JP2012066078A - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波プローブは、配列面に2次元状に配列された複数の振動子10を有する。複数の振動子10のうちの複数の送信専用素子は、配列面に設けられた第1環領域11に配列される。複数の振動子10のうちの複数の受信専用素子は、配列面に設けられ、第1環領域11に隣り合わせに配置され、第1環領域11と同一の同心円中心を有する第2環領域12に配列される。
【選択図】図2
Description
以下、本実施形態に係る超音波プローブ1の構成を複数の実施形態に分けて説明する。なお、以下の説明において、振動子配列面上の一方の方向をエレベーション方向と呼び、もう一方の方向をアジマス方向と呼ぶ。エレベーション方向とアジマス方向とは、互いに直交する。
図2は、第1実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ10の配列パターンを模式的に示す図である。振動子アレイ10は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図3は、第2実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ20の配列パターンを模式的に示す図である。振動子アレイ20は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図4は、第3実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ30の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ30は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図5は、第4実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ40の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ40は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図6は、第5実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ50の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ50は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図7は、第6実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ60の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ60は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図8は、第7実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ70の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ70は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図9は、第8実施形態に係る超音波プローブにおける振動子アレイ80の配列パターンを模式的に示す図である。典型的には、振動子アレイ80は、2次元状に配列された複数の送受信素子と複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
図10は、第9実施形態に係る超音波プローブの振動子アレイ90の配列パターンを示す図である。第9実施形態に係る振動子アレイ90は、アラゴスポットが欠落した図8の第7実施形態に係る振動子アレイに対応する。振動子アレイ90は、複数のオーバラップしない環領域を有している。典型的には、振動子アレイ90は、2次元状に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とを有している。
以下、第1〜第9実施形態に係る超音波診断装置1の動作を複数の動作例に分けて説明する。
動作例1に係る超音波診断装置1は、電気的に超音波ビームをステアリングさせることにより、スキャン領域を2次元的または3次元的にスキャンする。動作例1は、第1〜9実施形態に係る超音波プローブの全てに適用可能である。しかし、以下の説明を具体的に行うため、動作例1に係る超音波プローブとして、第1実施形態に係る超音波プローブを例に挙げる。なお、図2の第1環領域11は送信専用素子を含み、第2環領域12は受信専用素子を含み、中心領域13は受信専用素子を含むものとする。
動作例2に係る超音波診断装置1は、中心領域が送受信に利用されない超音波プローブ2を利用して超音波スキャンを実行する。動作例2は、第4〜8実施形態に係る超音波プローブ2により利用可能である。以下の説明を具体的に行うため、動作例2に係る超音波プローブ2として、第4実施形態に係る超音波プローブ2を例に挙げる。なお、図5の第1環領域41は送信専用素子を含み、第2環領域42は受信専用素子を含み、中心領域(アラゴスポット)43は振動子を含まないものとする。また、動作例2は、動作例1と略同一である。同一の処理内容は、必要な箇所を除いて説明を省略する。
動作例3に係る超音波診断装置1は、ダイナミックスポットスキャンを実行する。動作例3は、第4〜8実施形態に係る超音波プローブ2により利用可能である。なお以下の説明を具体的に行うため、動作例3に係る超音波プローブ2として、第4実施形態に係る超音波プローブを例に挙げる。なお以下の説明において、第4実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
動作例4に係る超音波診断装置1は、環領域のサイズを変化させるリングサイズ変化スキャンを実行する。環領域のサイズは、静的または動的に変化される。動作例4は、第1〜9実施形態に係る超音波プローブ2により利用可能である。なお以下の説明を具体的に行うため、動作例4に係る超音波プローブ2として、第1実施形態に係る超音波プローブ2を例に挙げる。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
動作例5においては、空間コンパウンド開口(spatial compounding aperture)技術について説明する。空間コンパウンド開口技術は、第1〜9実施形態に係る超音波プローブ2の全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、空間コンパウンド開口技術を第2実施形態に係る超音波プローブ2を具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、第2実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
動作例6においては、合成開口(synthetic aperture)技術について説明する。合成開口技術は、第1〜9実施形態に係る超音波プローブ2の全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、合成開口技術を第2実施形態に係る超音波プローブを具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、第2実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
上述の通り、本実施形態に係る超音波プローブ2は、送信専用素子と受信専用素子とを備えている。また、超音波プローブ2は、アラゴスポットを有していても良い。従って、送受信素子のみを備える従来の超音波プローブに比べて、送受信のための回路構成が単純である。また、送信専用素子と受信専用素子とは、光学回折理論に従う配列パターンで配列されている。送信動作や受信動作に関して、ビーム幅は、近距離音場に最適化され、最適化されたビーム幅は、結果的に画質を向上させる。サイドローブは、近距離音場に最適化され、最適化されたサイドローブは、結果的に画像のノイズを低減させる。従って、本実施形態に係る近距離音場の性能は、従来に比して近距離音場の性能が向上する。これに伴い、受信ビーム形成のための回路構成をハイスペックにする必要がなくなるため、本実施形態に係る超音波プローブ2及び超音波診断装置1は、近距離音場における画質向上や、コスト低減、消費電力の削減を実現することができる。
上述の第1〜9実施形態に係る超音波プローブは、送信専用素子と受信専用素子とを有しているとした。しかしながら、本実施形態に係る超音波プローブは、これに限定されない。変形例に係る超音波プローブは、送受信素子のみを有している。以下、変形例に係る超音波プローブ及び超音波診断装置について説明する。なお以下の説明において、第1〜第9実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
変形例の動作例1に係る制御部5は、ステアリング角度と焦点深さとの組み合わせに応じて、送信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域と受信機能が割り付けられた送受信素子の占有領域との形状を動的に変化させる。以下、図19A、19B、及び19Cを参照しながら、変形例の動作例1に係る超音波診断装置1の動作を説明する。
変形例の動作例2に係る超音波プローブは、送信時と受信時との両方においてアラゴスポットとして機能する中心領域を有している。以下、図20A、20B、及び20Cを参照しながら、変形例の動作例2に係る超音波診断装置1の動作例を説明する。なお、以下の説明において、変形例の動作例1と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
変形例の動作例3に係る超音波診断装置は、ダイナミックスポットスキャンを実行する。以下、図21A、21B、及び21Cを参照しながら、変形例の動作例3に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の動作例を説明する。なお、以下の説明において、変形例の動作例2と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
変形例の動作例4に係る超音波診断装置1は、非対称開口技術を利用したスキャンを実行する。非対称開口技術は、第1〜9実施形態に係る配列パターンの全てについて適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、非対称開口技術を第2実施形態に係る配列パターンを具体例に挙げて説明する。なお以下の説明において、変形例の動作例1と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
変形例の動作例5に係る超音波診断装置1は、移動開口(walking aperture)技術を利用した超音波スキャン(以下、移動開口スキャンと呼ぶ。)を実行する。以下、図24を参照しながら、変形例の動作例5に係る超音波診断装置1の動作例を説明する。
上述の通り、変形例に係る超音波プローブ2は、送受信素子のみを備えている。しかしながら、変形例に係る超音波診断装置は、第1〜9実施形態における光学回折理論に従う配列パターンに従って、送受信素子の送信機能と受信機能とを個別に切替えることができる。従って、変形例に係る超音波診断装置1は、第1〜9実施形態と同様に、近距離音場に最適化された超音波送受信を実行することができる。
Claims (31)
- 配列面に2次元状に配列された複数の振動子を具備する超音波プローブであって、
前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子は、前記配列面に設けられた第1環領域に配列され、
前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、前記配列面に設けられ、前記第1環領域に隣り合わせに配置され、前記第1環領域と同一の同心円中心を有する第2環領域に配列される、
ことを特徴とする超音波プローブ。 - 前記第1環領域が前記第2環領域の内側に設けられている場合、前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、さらに、前記配列面に設けられ前記同心円中心にオーバラップする中心領域に配列され、
前記第1環領域が前記第2環領域の外側に設けられている場合、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子は、さらに、前記中心領域に配列される、
請求項1記載の超音波プローブ。 - 前記配列面には、前記同心円中心にオーバラップし、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記中心領域に前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子が配列されている場合、前記中心領域のサイズは、焦点深さとステアリング角度との組み合わせに応じて動的に変化する、請求項3記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記同心円中心にオーバラップし、前記複数の送信専用素子と前記複数の受信専用素子とのうちのいずれも配列されず、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記第1環領域及び前記第2環領域の外側に設けられた第4の環領域が設けられ、前記第4の環領域には、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれか一方が配列される、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記第4の環領域に配列された複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれか一方は、機能しない、請求項6記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記第1環領域及び前記第2環領域の外側に設けられた第4の環領域が設けられ、前記第4の環領域には、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子とのうちのいずれも配列されていない、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記第1環領域と前記第2環領域とは、径方向に沿って繰り返し設けられる、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記第1環領域と前記第2環領域との少なくとも一方においては、前記複数の振動子は互いに間隔を空けて配列されている、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記複数の送信専用素子への駆動信号または前記複数の受信専用素子からの受信信号は、既定のアポダイゼーション関数により近似されている、請求項11記載の超音波プローブ。
- 前記アポダイゼーション関数は、焦点深さに応じて変化する、請求項12記載の超音波プローブ。
- 前記第1環領域と前記第2環領域との何れか一方は、前記複数の受信専用素子が配列されている場合、ステアリング角度に応じて動的に変化する、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記ステアリング角度は、空間コンパウンド開口についての複数の受信動作期間の各々において、既定の角度に変化する、請求項14記載の超音波プローブ。
- 前記第1環領域と前記第2環領域との何れか一方に前記複数の受信専用素子が配列され、前記複数の受信専用素子のうちの一部分は、合成開口を生成するための複数の受信動作期間の各々において駆動される、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記第1環領域及び前記第2環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップし、アラゴスポットとして機能する中心領域が設けられる、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記第1環領域及び前記第2環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域が設けられ、前記複数の振動子のうちの複数の受信専用素子は、前記中心領域に配列され、前記中心領域は、アラゴスポットとして機能する、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記配列面には、前記第1環領域及び前記第2環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域が設けられ、前記複数の振動子のうちの複数の送信専用素子と複数の受信専用素子との何れか一方は、前記中心領域に配列される、請求項1記載の超音波プローブ。
- 前記第1環領域と前記第2環領域との両方に関するサイズは、焦点深さとステアリング角度とに応じて変化する、請求項1記載の超音波プローブ。
- 配列面に2次元状に配列された複数の送受信素子と、
前記複数の送受信素子に超音波送信のための駆動信号を供給する送信部と、
前記複数の送受信素子からのエコー信号を超音波受信のために信号処理する受信部と、
前記複数の送受信素子のうちの一部分から構成される振動子パターンが送受信動作期間毎に前記配列面を一方向に沿って既定量だけ移動するように前記送信部と前記受信部とを制御する制御部とを具備する超音波診断装置であって、
前記振動子パターンは、前記複数の送受信振動子のうちの超音波送信に利用される複数の送信専用素子が配列された第1環領域と、
前記第1環領域に隣り合わせに配置され、前記第1環領域と同一の同心円中心を有し、前記複数の送受信振動子のうちの超音波受信に利用される複数の受信専用素子が配列される第2環領域と、を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記制御部は、前記複数の送信専用素子に駆動信号を供給するように前記送信部を制御し、前記複数の受信専用素子からのエコー信号を信号処理するように前記受信部を制御する、ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。
- 前記制御部は、前記配列面に搭載される前記複数の送受信素子のうちの前記振動子パターンを構成する送受信素子以外の送受信素子を超音波送信と超音波受信との両方に利用しないように前記送信部と前記受信部とを制御する、ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。
- 前記第1環領域と前記第2環領域との両方のサイズは、焦点深さとステアリング角度との両方に応じて動的に変化する、ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。
- 前記振動子パターンは、前記第1環領域及び前記第2環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域を有し、
前記制御部は、前記第1環領域が前記第2環領域の内側に設けられている場合、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を複数の受信専用素子に割り当て、前記第1環領域が前記第2環領域の外側に設けられている場合、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を複数の送信専用素子に割り当てる、
ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。 - 前記振動子パターンは、前記第1環領域及び前記第2環領域の内側に設けられ、前記同心円中心にオーバラップする中心領域を有し、
前記制御部は、前記中心領域をアラゴスポットとして利用するために、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を送信専用素子と受信専用素子との両方に割り当てない、
ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。 - 前記振動子パターンは、前記第1環領域及び前記第2環領域の外側に設けられた第4の環領域を有し、
前記制御部は、前記中心領域に含まれる複数の送受信素子を送信専用素子と受信専用素子との両方に割り当てない、
ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。 - 前記第1環領域と前記第2環領域とは、径方向に沿って繰り返し設けられる、ことを特徴とする請求項21記載の超音波診断装置。
- 前記制御部は、前記第2環領域に含まれる前記複数の受信専用素子のうちの一部分を、合成開口を生成するために、複数の受信動作期間の各々において駆動する、請求項21記載の超音波診断装置。
- 2次元状に配列された複数の振動子と、
前記複数の振動子のうちの第1の環領域に配列された振動子に送信機能を割り付け、前記複数の振動子のうちの第2の環領域に配列された振動子に受信機能を割り付ける制御部であって、前記第2の環領域は、前記第1環領域に隣り合わせに配置され、前記第1環領域と同一の同心円中心を有する制御部と、
前記複数の振動子のうちの送信機能が割り付けられた振動子に駆動信号を供給する送信部と、
前記複数の振動子のうちの受信機能が割り付けられた振動子からのエコー信号に基づいて受信信号を生成する受信部と、
を具備する超音波診断装置。
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