JP2018015035A - 超音波デバイス、及び超音波測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度な超音波測定を実施することができる超音波デバイス、及び超音波測定装置を提供する。
【解決手段】複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスであって、複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、ことを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスであって、複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、ことを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、超音波デバイス、及び超音波測定装置に関する。
従来、超音波を送受信する複数の振動素子（超音波送受部）が一方向に一次元アレイ配置された超音波アレイを含む超音波プローブ、及び当該超音波プローブを備える超音波診断装置（超音波測定装置）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波測定装置は、１次元配列された超音波送受部から所定のスキャン面内において超音波を送信し、スキャン面内の測定対象にて反射された超音波を受信することで、スキャン面における測定対象の断層画像を取得することができる。
特許文献１に記載の超音波測定装置は、１次元配列された超音波送受部から所定のスキャン面内において超音波を送信し、スキャン面内の測定対象にて反射された超音波を受信することで、スキャン面における測定対象の断層画像を取得することができる。
ところで、上記特許文献１に記載のような超音波測定装置では、超音波素子アレイの直下の測定対象点に対して、超音波素子アレイから超音波の送受信面の法線方向に超音波を送信し、反射波を受信することで、反射超音波を好適に受信することができ、精度の高い超音波測定を実施できる。一方、測定対象点が超音波素子アレイの直下（法線方向）ではない場合、各超音波送受部に対して信号の入出力を遅延させる位相制御等により超音波の送受信方向の制御を行う。しかしながら、反射超音波の送受信面に入射する角度が大きくなるほど受信感度が低下するため、測定精度も低下してしまう。例えば、複数の超音波を用いて、ある測定対象点に対して多方向から超音波測定を行う場合、測定対象点が送受信面の直下（法線方向）となる超音波素子アレイでは、精度の高い超音波測定を行えるが、測定対象点が送受信面の直下に位置せず、超音波の送信方向の制御を行って測定対象点に対する超音波測定を実施する超音波素子アレイでは、超音波の送受信方向によっては測定精度が低下してしまう。
本発明は、高精度な超音波測定を実施することができる超音波デバイス、及び超音波測定装置を提供することを一つの目的とし、以下に適用例及び実施形態を説明する。
一適用例に係る超音波デバイスは、複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスであって、複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、ことを特徴とする。
本適用例における第一方向は、超音波素子アレイの厚み方向に対して交差する方向であり、当該方向に超音波送受部が並んで連結されている。したがって、各超音波素子アレイの超音波送受部から、第一方向及び厚み方向を含むスキャン面に対して超音波の送受信処理を実施することができる。そして、このような超音波素子アレイが第一方向で連結されているので、各超音波素子アレイのスキャン面が平行となる。
そして、各超音波素子アレイは、第一方向に連結されて角度変更部によって、連結された隣り合う超音波素子アレイ間の角度が変更することが可能となる。このため、超音波素子アレイの送受信面の法線方向に超音波の送受信処理を行うリニアスキャンを実施する場合、角度変更部により変更された角度に応じて、リニアスキャンを実施する方向を変化させることが可能となる。
ここで、上述したように、超音波素子アレイでは、スキャン面に対してリニアスキャンを行う場合、超音波素子アレイの各超音波送受部に対する信号の入出力を遅延させて超音波の送受信方向を傾斜させる超音波測定（以降、セクタスキャンと称す）を行う場合に比べて、受信感度が大きく精度の高い超音波測定を実施できる。
このため、本適用例では、角度変更部により、各超音波素子アレイの厚み方向（送受信面の法線方向）に超音波測定を行いたい測定対象点が位置するように、隣り合う超音波素子アレイの角度を変更し、リニアスキャンを実施することで、例えば複数の超音波素子アレイを第一方向の同一平面上に連結配置してセクタスキャンを実施する場合に比べて、高精度な測定結果を得ることができる。つまり、超音波素子アレイの厚み方向と第一方向とに交差する第二方向から平面視した場合に、各超音波素子アレイの送受信面の中心における法線が、測定対象点で交わるように、角度変更部によって各超音波素子アレイ間の角度を設定することで、それぞれの超音波素子アレイから高精度な測定結果を得ることができ、測定結果に基づいて例えば高精度な超音波断層像を得ることができる。
そして、各超音波素子アレイは、第一方向に連結されて角度変更部によって、連結された隣り合う超音波素子アレイ間の角度が変更することが可能となる。このため、超音波素子アレイの送受信面の法線方向に超音波の送受信処理を行うリニアスキャンを実施する場合、角度変更部により変更された角度に応じて、リニアスキャンを実施する方向を変化させることが可能となる。
ここで、上述したように、超音波素子アレイでは、スキャン面に対してリニアスキャンを行う場合、超音波素子アレイの各超音波送受部に対する信号の入出力を遅延させて超音波の送受信方向を傾斜させる超音波測定（以降、セクタスキャンと称す）を行う場合に比べて、受信感度が大きく精度の高い超音波測定を実施できる。
このため、本適用例では、角度変更部により、各超音波素子アレイの厚み方向（送受信面の法線方向）に超音波測定を行いたい測定対象点が位置するように、隣り合う超音波素子アレイの角度を変更し、リニアスキャンを実施することで、例えば複数の超音波素子アレイを第一方向の同一平面上に連結配置してセクタスキャンを実施する場合に比べて、高精度な測定結果を得ることができる。つまり、超音波素子アレイの厚み方向と第一方向とに交差する第二方向から平面視した場合に、各超音波素子アレイの送受信面の中心における法線が、測定対象点で交わるように、角度変更部によって各超音波素子アレイ間の角度を設定することで、それぞれの超音波素子アレイから高精度な測定結果を得ることができ、測定結果に基づいて例えば高精度な超音波断層像を得ることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の前記超音波素子アレイは、前記厚み方向及び前記第一方向に交差する第二方向に対して、互いにずれる位置に配置される、ことが好ましい。
ところで、超音波デバイスを用いて、第二方向にずれた測定位置での複数の超音波断層像を得たい場合、複数の超音波素子アレイをスキャン面の法線方向に配置することが考えられる。しかしながら、この場合、超音波素子アレイの外寸の影響により、スキャン面の間隔を狭くするには限界がある。つまり、測定位置（スキャン面）の間隔を狭めて高分解能な測定を実施する場合に、上記構成では限界がある。
これに対して、本適用例では、複数の超音波素子アレイが、スキャン面と平行な第一方向に連結されて第一方向の列として構成されており、かつ、第二方向に対してずれて配置されている。このような構成では、各超音波素子アレイの外寸に拘らず、スキャン面の間隔を所望の寸法に設定することができる。つまり、複数の超音波素子アレイをスキャン面の法線方向に並べて配置する場合に比べて、測定位置（スキャン面）の間隔を狭めることができ、高分解能な測定を実施することができる。
ところで、超音波デバイスを用いて、第二方向にずれた測定位置での複数の超音波断層像を得たい場合、複数の超音波素子アレイをスキャン面の法線方向に配置することが考えられる。しかしながら、この場合、超音波素子アレイの外寸の影響により、スキャン面の間隔を狭くするには限界がある。つまり、測定位置（スキャン面）の間隔を狭めて高分解能な測定を実施する場合に、上記構成では限界がある。
これに対して、本適用例では、複数の超音波素子アレイが、スキャン面と平行な第一方向に連結されて第一方向の列として構成されており、かつ、第二方向に対してずれて配置されている。このような構成では、各超音波素子アレイの外寸に拘らず、スキャン面の間隔を所望の寸法に設定することができる。つまり、複数の超音波素子アレイをスキャン面の法線方向に並べて配置する場合に比べて、測定位置（スキャン面）の間隔を狭めることができ、高分解能な測定を実施することができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとを含み、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部を備える、ことが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイとして、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが含まれ、これらの第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが第一連結部により角度が可変として連結されている。このため、第一連結部において、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの角度を角度変更部により適宜設定することで、これらの２つの超音波素子アレイから所望の測定対象点に対する測定結果を得ることができ、高精度な超音波測定を行うことができる。
本適用例では、複数の超音波素子アレイとして、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが含まれ、これらの第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが第一連結部により角度が可変として連結されている。このため、第一連結部において、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの角度を角度変更部により適宜設定することで、これらの２つの超音波素子アレイから所望の測定対象点に対する測定結果を得ることができ、高精度な超音波測定を行うことができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第一連結部は、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとが互いに干渉しない角度を上限角度とし、９０°よりも小さい角度を下限角度として、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する、ことが好ましい。
なお、ここで述べる角度範囲は、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが、１８０°で連結されている状態（送受信面を同一平面とした状態）を基準状態として、当該基準状態からの角度を示している。つまり、第一超音波素子アレイに対して第二超音波素子アレイを基準状態から回動させ、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが干渉する位置における回動角度より小さい角度が本適用例における上限角度となる。また、下限角度においても同様であり、基準状態からの角度を示しており、基準状態から９０°より小さい所定の下限角度回動させた位置が、本適用例における第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの回動角度範囲の下限位置となる。
なお、ここで述べる角度範囲は、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが、１８０°で連結されている状態（送受信面を同一平面とした状態）を基準状態として、当該基準状態からの角度を示している。つまり、第一超音波素子アレイに対して第二超音波素子アレイを基準状態から回動させ、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが干渉する位置における回動角度より小さい角度が本適用例における上限角度となる。また、下限角度においても同様であり、基準状態からの角度を示しており、基準状態から９０°より小さい所定の下限角度回動させた位置が、本適用例における第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの回動角度範囲の下限位置となる。
上記のような構成では、第一連結部は、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとが互いに干渉しない角度を上限角度として、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイとを連結する。これにより、例えば、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが接触して破損することを防止できる。
また、第一連結部は、９０°より小さい角度を下限角度として第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイを連結する。これにより、上限角度から下限角度までの間で角度を変更することで、測定対象の表面から所望の深さ位置までの広範囲に亘って、高精度な超音波測定を実施することが可能となる。
また、第一連結部は、９０°より小さい角度を下限角度として第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイを連結する。これにより、上限角度から下限角度までの間で角度を変更することで、測定対象の表面から所望の深さ位置までの広範囲に亘って、高精度な超音波測定を実施することが可能となる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとを含み、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部と、前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第二連結部と、を備える、ことが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイとして、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとが含まれ、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイが第一連結部により角度が可変として連結され、第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイが第二連結部により角度が可変として連結されている。このため、第一連結部において、第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイの角度を角度変更部により適宜設定し、第二連結部において、第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイの角度を角度変更部により適宜設定することで、３つの超音波素子アレイから測定対象点に対する精度の高い測定結果を得ることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第一連結部及び前記第二連結部の少なくともいずれか一方は、隣り合う前記超音波素子アレイが互いに干渉しない角度を上限角度とし、６０°よりも小さい角度を下限角度として、前記隣り合う前記超音波素子アレイの角度を可変として連結する、ことが好ましい。
本適用例では、第一連結部及び第二連結部の少なくとも一方において、隣り合う超音波素子アレイ（第一連結部であれば第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイ、第二連結部であれば第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイ）が互いに干渉しない角度を上限角度として、超音波素子アレイ同士を連結する。これにより、例えば、隣り合う超音波素子アレイ同士が接触して破損することを防止できる。
また、第一連結部及び第二連結部の少なくとも一方は、６０°より小さい角度を下限角度として隣り合う超音波素子アレイ同士を連結する。これにより、上限角度から下限角度までの間で角度を変更することで、測定対象の表面から所望の深さ位置までの広範囲に亘って、高精度な超音波測定を実施することが可能となる。
本適用例では、第一連結部及び第二連結部の少なくとも一方において、隣り合う超音波素子アレイ（第一連結部であれば第一超音波素子アレイ及び第二超音波素子アレイ、第二連結部であれば第一超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイ）が互いに干渉しない角度を上限角度として、超音波素子アレイ同士を連結する。これにより、例えば、隣り合う超音波素子アレイ同士が接触して破損することを防止できる。
また、第一連結部及び第二連結部の少なくとも一方は、６０°より小さい角度を下限角度として隣り合う超音波素子アレイ同士を連結する。これにより、上限角度から下限角度までの間で角度を変更することで、測定対象の表面から所望の深さ位置までの広範囲に亘って、高精度な超音波測定を実施することが可能となる。
一適用例に係る超音波測定装置は、複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスを備える超音波測定装置であって、複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、ことを特徴とする。
本適用例では、上述した適用例と同様に、角度変更部により、各超音波素子アレイの厚み方向（送受信面の法線方向）に測定対象点が位置するように、隣り合う超音波素子アレイの角度を変更することで、各超音波素子アレイから測定位置に対する高精度な測定結果を得ることができる。これにより、超音波測定装置において、高精度な測定結果を用いて、例えば高精度な超音波断層像を生成する等の各種処理を実施することができる。
本適用例では、上述した適用例と同様に、角度変更部により、各超音波素子アレイの厚み方向（送受信面の法線方向）に測定対象点が位置するように、隣り合う超音波素子アレイの角度を変更することで、各超音波素子アレイから測定位置に対する高精度な測定結果を得ることができる。これにより、超音波測定装置において、高精度な測定結果を用いて、例えば高精度な超音波断層像を生成する等の各種処理を実施することができる。
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の超音波測定装置１は、対象物（本実施形態では生体Ｍ）に対して固定される超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御して生体Ｍの内部断層画像（超音波断層像）を生成する制御装置７と、得られた内部断層画像が表示される表示装置８と、を備えている。
以下、第一実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の超音波測定装置１は、対象物（本実施形態では生体Ｍ）に対して固定される超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御して生体Ｍの内部断層画像（超音波断層像）を生成する制御装置７と、得られた内部断層画像が表示される表示装置８と、を備えている。
本実施形態の超音波測定装置１は、例えば穿刺針を生体内の所定の器官（例えば血管）に挿入する穿刺作業を行う際に好適に用いることができる。
例えば、穿刺作業において、施術者は、超音波プローブ２を生体における穿刺を行いたい患部位置に超音波の伝搬効率を向上させるための音響整合部材９（例えばジェル等）を塗布し、超音波プローブ２を固定する。そして、超音波測定装置１は、超音波プローブ２から生体内に超音波を送信する超音波送信処理、及び生体Ｍ内で反射された反射超音波を超音波プローブ２で受信する超音波受信処理を行う。制御装置７は、超音波プローブ２から超音波受信処理により得られた受信信号が入力されると、当該受信信号に基づいて生体Ｍ内の超音波断層像を形成して表示装置８に表示させる。
このような超音波測定装置１を用いることで、施術者は、表示装置８に表示された超音波断層像を確認（観察）しながら、穿刺作業を効率的に行うことができる。
以下、本実施形態の超音波測定装置１の各構成について詳細に説明する。
例えば、穿刺作業において、施術者は、超音波プローブ２を生体における穿刺を行いたい患部位置に超音波の伝搬効率を向上させるための音響整合部材９（例えばジェル等）を塗布し、超音波プローブ２を固定する。そして、超音波測定装置１は、超音波プローブ２から生体内に超音波を送信する超音波送信処理、及び生体Ｍ内で反射された反射超音波を超音波プローブ２で受信する超音波受信処理を行う。制御装置７は、超音波プローブ２から超音波受信処理により得られた受信信号が入力されると、当該受信信号に基づいて生体Ｍ内の超音波断層像を形成して表示装置８に表示させる。
このような超音波測定装置１を用いることで、施術者は、表示装置８に表示された超音波断層像を確認（観察）しながら、穿刺作業を効率的に行うことができる。
以下、本実施形態の超音波測定装置１の各構成について詳細に説明する。
［超音波プローブの構成］
図２は、超音波プローブ２を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す図であり、図３は、＋Ｘ１側から見た際の概略構成を示す図である。
超音波プローブ２は、図２及び図３に示すように、超音波を送受信する超音波デバイス３と、この超音波デバイス３を支持する固定部材６と、を含み構成される。なお、図示は省略するが、超音波デバイス３を支持する固定部材６を収納する筐体が設けられる構成などとしてもよい。
固定部材６は、超音波デバイス３を固定するとともに、超音波デバイス３と生体Ｍとの間に配置する音響整合部材９を固定する。
また、超音波プローブ２は、ケーブルにより制御装置７に接続され、当該制御装置７による制御に基づいて得られた超音波断層像が表示装置８に表示される。
図２は、超音波プローブ２を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す図であり、図３は、＋Ｘ１側から見た際の概略構成を示す図である。
超音波プローブ２は、図２及び図３に示すように、超音波を送受信する超音波デバイス３と、この超音波デバイス３を支持する固定部材６と、を含み構成される。なお、図示は省略するが、超音波デバイス３を支持する固定部材６を収納する筐体が設けられる構成などとしてもよい。
固定部材６は、超音波デバイス３を固定するとともに、超音波デバイス３と生体Ｍとの間に配置する音響整合部材９を固定する。
また、超音波プローブ２は、ケーブルにより制御装置７に接続され、当該制御装置７による制御に基づいて得られた超音波断層像が表示装置８に表示される。
［超音波デバイスの構成］
図４は、超音波デバイス３の概略構成を示す斜視図である。図５は、超音波デバイス３を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す側面図である。
超音波デバイス３は、３つの超音波ユニット４（第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ及び第三ユニット４Ｃ）を備える。これらの超音波ユニット４がＸ１方向の列として配置され、かつ、Ｘ１方向に交差（本実施形態では直交を例示）する第二方向であるＹ方向に対して所定寸法ずれた位置に配置されている。
すなわち、Ｘ１方向の−Ｘ１側端部に第二ユニット４Ｂが配置され、第二ユニット４Ｂの＋Ｘ１側に第一ユニット４Ａが配置される。この際、Ｙ方向に対して、第一ユニット４Ａは、第二ユニット４Ｂより＋Ｙ側にずれて位置する。Ｙ方向のずれ量は、超音波測定を実施する際の測定位置の間隔（スキャン面の間隔）であり、例えば超音波ユニット４のＹ方向の寸法未満の間隔寸法となる。同様に、第一ユニット４Ａの＋Ｘ１側に第三ユニット４Ｃが配置される。この第三ユニット４Ｃは、Ｙ方向に対して、第一ユニット４Ａより＋Ｙ側にずれて位置する。第三ユニット４Ｃの第一ユニット４Ａに対するずれ量も、超音波測定を実施する際の測定位置の間隔に応じて設定され、例えば超音波ユニット４のＹ方向の寸法未満の間隔寸法に設定される。
図４は、超音波デバイス３の概略構成を示す斜視図である。図５は、超音波デバイス３を−Ｙ側から見た際の概略構成を示す側面図である。
超音波デバイス３は、３つの超音波ユニット４（第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ及び第三ユニット４Ｃ）を備える。これらの超音波ユニット４がＸ１方向の列として配置され、かつ、Ｘ１方向に交差（本実施形態では直交を例示）する第二方向であるＹ方向に対して所定寸法ずれた位置に配置されている。
すなわち、Ｘ１方向の−Ｘ１側端部に第二ユニット４Ｂが配置され、第二ユニット４Ｂの＋Ｘ１側に第一ユニット４Ａが配置される。この際、Ｙ方向に対して、第一ユニット４Ａは、第二ユニット４Ｂより＋Ｙ側にずれて位置する。Ｙ方向のずれ量は、超音波測定を実施する際の測定位置の間隔（スキャン面の間隔）であり、例えば超音波ユニット４のＹ方向の寸法未満の間隔寸法となる。同様に、第一ユニット４Ａの＋Ｘ１側に第三ユニット４Ｃが配置される。この第三ユニット４Ｃは、Ｙ方向に対して、第一ユニット４Ａより＋Ｙ側にずれて位置する。第三ユニット４Ｃの第一ユニット４Ａに対するずれ量も、超音波測定を実施する際の測定位置の間隔に応じて設定され、例えば超音波ユニット４のＹ方向の寸法未満の間隔寸法に設定される。
［超音波ユニットの構成］
図６は、超音波ユニット４の概略構成を示す断面図である。
超音波ユニット４は、筐体４１を備え、この筐体４１の内部に、図６に示すように、超音波センサー４２と、回路基板４６とが収納されている。
後に詳述するが、超音波センサー４２は、超音波の送受信を行う超音波素子アレイ４３を有する。この超音波素子アレイ４３は、一方向（スキャン方向）に沿って配列された複数の超音波送受部４４を備える一次元アレイとして構成されている。
ここで、第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ、及び第三ユニット４Ｃのそれぞれに対応する超音波センサー４２を、第一超音波センサー４２Ａ、第二超音波センサー４２Ｂ、及び第三超音波センサー４２Ｃとする。また、第一超音波センサー４２Ａ、第二超音波センサー４２Ｂ、及び第三超音波センサー４２Ｃのそれぞれに対応する超音波素子アレイ４３を、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃとする。
図６は、超音波ユニット４の概略構成を示す断面図である。
超音波ユニット４は、筐体４１を備え、この筐体４１の内部に、図６に示すように、超音波センサー４２と、回路基板４６とが収納されている。
後に詳述するが、超音波センサー４２は、超音波の送受信を行う超音波素子アレイ４３を有する。この超音波素子アレイ４３は、一方向（スキャン方向）に沿って配列された複数の超音波送受部４４を備える一次元アレイとして構成されている。
ここで、第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ、及び第三ユニット４Ｃのそれぞれに対応する超音波センサー４２を、第一超音波センサー４２Ａ、第二超音波センサー４２Ｂ、及び第三超音波センサー４２Ｃとする。また、第一超音波センサー４２Ａ、第二超音波センサー４２Ｂ、及び第三超音波センサー４２Ｃのそれぞれに対応する超音波素子アレイ４３を、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃとする。
そして、本実施形態では、第一ユニット４Ａ及び第二ユニット４Ｂが、Ｙ方向を軸心とした回動機構を有する第一連結部３１により連結されている。また、第一ユニット４Ａ及び第三ユニット４Ｃが、Ｙ方向を軸心とした回動機構を有する第二連結部３２により連結されている。したがって、第二ユニット４Ｂは、Ｙ方向に沿った軸心を中心として、第一ユニット４Ａに対して角度が可変となる。同様に、第三ユニット４Ｃは、Ｙ方向に沿った軸心を中心として、第一ユニット４Ａに対して角度が可変となる。
なお、各超音波ユニット４の連結構成及び回動機構については後述する。
なお、各超音波ユニット４の連結構成及び回動機構については後述する。
各超音波ユニット４において、超音波素子アレイ４３は、図５に示すように、超音波を送受信する送受信面４３１（アレイ面）を有する。送受信面４３１の法線方向は、超音波素子アレイ４３の厚み方向であり、図６においてＺ２方向となる。また、各超音波ユニット４において、超音波プローブ２におけるＸ１−Ｚ１平面と、送受信面４３１との交線に平行な方向がＸ２方向であり、超音波素子アレイ４３の厚み方向に交差（本実施形態では直交を例示）する第一方向に相当する。ここで、隣り合う超音波ユニット４が１８０°で連結されている（送受信面４３１が同一平面上となる）場合、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向はＸ１方向と平行になる。これは、言い換えると、複数の超音波素子アレイ４３（複数の超音波ユニット４）が第一方向であるＸ２方向に角度を可変に連結されていることを意味する。
そして、各超音波ユニット４の超音波素子アレイ４３は、Ｘ２方向に並ぶ超音波送受部４４を備えている。
なお、本実施形態では、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度が可変となり、各超音波素子アレイ４３におけるＸ２方向及びＺ２方向は、当該角度により異なる方向となる。よって、以降の説明にあたり、第一超音波素子アレイ４３ＡにおけるＸ２方向をＸ２Ａ方向、Ｚ２方向をＺ２Ａ方向と称し、第二ユニット４ＢにおけるＸ２方向をＸ２Ｂ方向、Ｚ２方向をＺ２Ｂ方向と称し、第三ユニット４ＣにおけるＸ２方向をＸ２Ｃ方向、Ｚ２方向をＺ２Ｃ方向と称す場合がある。
また、本実施形態では、第一ユニット４Ａは、Ｘ２方向がＸ１方向と平行となるように固定部材６に固定される。したがって、Ｘ２Ａ方向はＸ１方向であり、Ｚ２Ａ方向はＺ１方向となる。
そして、各超音波ユニット４の超音波素子アレイ４３は、Ｘ２方向に並ぶ超音波送受部４４を備えている。
なお、本実施形態では、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度が可変となり、各超音波素子アレイ４３におけるＸ２方向及びＺ２方向は、当該角度により異なる方向となる。よって、以降の説明にあたり、第一超音波素子アレイ４３ＡにおけるＸ２方向をＸ２Ａ方向、Ｚ２方向をＺ２Ａ方向と称し、第二ユニット４ＢにおけるＸ２方向をＸ２Ｂ方向、Ｚ２方向をＺ２Ｂ方向と称し、第三ユニット４ＣにおけるＸ２方向をＸ２Ｃ方向、Ｚ２方向をＺ２Ｃ方向と称す場合がある。
また、本実施形態では、第一ユニット４Ａは、Ｘ２方向がＸ１方向と平行となるように固定部材６に固定される。したがって、Ｘ２Ａ方向はＸ１方向であり、Ｚ２Ａ方向はＺ１方向となる。
［筐体の構成］
筐体４１は、例えば平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波センサー４２や回路基板４６を収納する。筐体４１は、図６に示すように、生体Ｍ側の一面に、超音波センサー４２を露出させるセンサー窓４１１が設けられている。
筐体４１は、例えば平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波センサー４２や回路基板４６を収納する。筐体４１は、図６に示すように、生体Ｍ側の一面に、超音波センサー４２を露出させるセンサー窓４１１が設けられている。
［超音波センサーの構成］
次に、超音波センサー４２について説明する。
図７は、本実施形態の超音波センサー４２を模式的に示す平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線を断面した際の超音波センサー４２の概略断面図である。なお、図７及び図８は、第一ユニット４Ａを構成する超音波センサー４２について図示している。
超音波センサー４２は、一つの超音波素子アレイ４３を備える。この超音波素子アレイ４３は、上述したように、Ｘ２方向に並ぶ複数の超音波送受部４４により構成される。また、超音波送受部４４は、複数の超音波トランスデューサー４５がＹ方向に配置されて構成されている。この超音波素子アレイ４３は、超音波送受部４４が個別に駆動されることにより、Ｙ方向における超音波送受部４４の中央を通り、かつ、Ｚ２−Ｘ２面に平行な仮想面（以下、スキャン面とも称す）に沿って、超音波ビームを走査可能に構成されている。
なお、図７に示す例では、超音波送受部４４は、Ｙ方向７個の超音波トランスデューサー４５を含んで構成され、超音波センサー４２は、Ｘ２方向に８個の超音波送受部４４を含んで構成されるが、これに限定されず、例えばより多くの超音波トランスデューサー４５が配置されていてもよい。
次に、超音波センサー４２について説明する。
図７は、本実施形態の超音波センサー４２を模式的に示す平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線を断面した際の超音波センサー４２の概略断面図である。なお、図７及び図８は、第一ユニット４Ａを構成する超音波センサー４２について図示している。
超音波センサー４２は、一つの超音波素子アレイ４３を備える。この超音波素子アレイ４３は、上述したように、Ｘ２方向に並ぶ複数の超音波送受部４４により構成される。また、超音波送受部４４は、複数の超音波トランスデューサー４５がＹ方向に配置されて構成されている。この超音波素子アレイ４３は、超音波送受部４４が個別に駆動されることにより、Ｙ方向における超音波送受部４４の中央を通り、かつ、Ｚ２−Ｘ２面に平行な仮想面（以下、スキャン面とも称す）に沿って、超音波ビームを走査可能に構成されている。
なお、図７に示す例では、超音波送受部４４は、Ｙ方向７個の超音波トランスデューサー４５を含んで構成され、超音波センサー４２は、Ｘ２方向に８個の超音波送受部４４を含んで構成されるが、これに限定されず、例えばより多くの超音波トランスデューサー４５が配置されていてもよい。
超音波センサー４２は、例えば、図８に示すように、素子基板４２１、封止板４２２、音響層４２３、及び音響レンズ４２４等を含んで構成されている。
素子基板４２１は、図７に示すように、基部４２１Ａと、振動膜４２１Ｂと、圧電素子４２１Ｃと、を備えている。
基部４２１Ａは、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この基部４２１Ａには、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４２１Ａ１が設けられている。本実施形態では、各開口部４２１Ａ１は、基部４２１Ａの基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（封止板４２２側）に振動膜４２１Ｂが設けられる。
素子基板４２１は、図７に示すように、基部４２１Ａと、振動膜４２１Ｂと、圧電素子４２１Ｃと、を備えている。
基部４２１Ａは、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この基部４２１Ａには、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４２１Ａ１が設けられている。本実施形態では、各開口部４２１Ａ１は、基部４２１Ａの基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（封止板４２２側）に振動膜４２１Ｂが設けられる。
振動膜４２１Ｂは、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基部４２１Ａの封止板４２２側全体を覆って設けられている。すなわち、振動膜４２１Ｂは、開口部４２１Ａ１を構成する隔壁４２１Ａ２により支持され、開口部４２１Ａ１の封止板４２２側を閉塞する。この振動膜４２１Ｂの厚み寸法は、基部４２１Ａに対して十分小さい厚み寸法となる。
圧電素子４２１Ｃは、図７及び図８に示すように、各開口部４２１Ａ１を閉塞する振動膜４２１Ｂ上にそれぞれ設けられている。この圧電素子４２１Ｃは、下部電極４２１Ｃ１、圧電膜４２１Ｃ２、及び上部電極４２１Ｃ３の積層体により構成されている。ここで、振動膜４２１Ｂのうち、開口部４２１Ａ１を閉塞する領域と、圧電素子４２１Ｃとにより、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。
このような超音波トランスデューサー４５では、下部電極４２１Ｃ１及び上部電極４２１Ｃ３の間に所定周波数の矩形波電圧が出力されることで、圧電膜４２１Ｃ２が変形され、これにより開口部４２１Ａ１を閉塞する振動膜４２１Ｂが振動することで、超音波が送信される（超音波送信処理）。また、振動膜４２１Ｂに超音波が入力されて振動膜４２１Ｂが振動すると、圧電膜４２１Ｃ２の下部電極４２１Ｃ１側と上部電極４２１Ｃ３側との間で電位差が生じる。これにより、下部電極４２１Ｃ１及び上部電極４２１Ｃ３の電位差を検出することで、超音波が受信されたことを検出することが可能となる（超音波受信処理）。
また、本実施形態では、上述のように、超音波トランスデューサー４５が、Ｘ２方向及びＹ方向に沿ってアレイ状に配置されている。
ここで、下部電極４２１Ｃ１は、駆動電極配線であり、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、Ｘ２方向に沿って複数平行に配列される。つまり、下部電極４２１Ｃ１は、Ｙ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。この下部電極４２１Ｃ１の両端部（±Ｙ側端部）には、回路基板４６に電気接続される駆動端子部４２１Ｄ１が設けられている。
また、上部電極４２１Ｃ３は、Ｘ２方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ２方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。そして、上部電極４２１Ｃ３の±Ｘ２側端部は共通電極線４２１Ｄ２に接続される。この共通電極線４２１Ｄ２は、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極４２１Ｃ３同士を結線し、その±Ｙ側端部には、回路基板４６に電気接続される共通端子４２１Ｄ３が設けられている。
ここで、下部電極４２１Ｃ１は、駆動電極配線であり、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、Ｘ２方向に沿って複数平行に配列される。つまり、下部電極４２１Ｃ１は、Ｙ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。この下部電極４２１Ｃ１の両端部（±Ｙ側端部）には、回路基板４６に電気接続される駆動端子部４２１Ｄ１が設けられている。
また、上部電極４２１Ｃ３は、Ｘ２方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ２方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられ、これらを結線する。そして、上部電極４２１Ｃ３の±Ｘ２側端部は共通電極線４２１Ｄ２に接続される。この共通電極線４２１Ｄ２は、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極４２１Ｃ３同士を結線し、その±Ｙ側端部には、回路基板４６に電気接続される共通端子４２１Ｄ３が設けられている。
次に、超音波センサー４２を構成する封止板４２２について説明する。封止板４２２は、素子基板４２１に接合され、素子基板４２１を補強する。この封止板４２２は、Ｚ２方向から見た平面視において、素子基板４２１の超音波トランスデューサー４５が配置される領域を覆って形成されており、例えば、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
そして、この封止板４２２は、例えば、素子基板４２１の振動膜４２１Ｂ上に形成された接合膜４２２Ａにより素子基板４２１に接合される。接合膜４２２Ａは、基部４２１Ａの開口部４２１Ａ１以外の領域（開口部４２１Ａ１間の隔壁４２１Ａ２）に対応して設けられている。よって、接合膜４２２Ａにより振動膜４２１Ｂの振動が阻害されることがなく、各超音波トランスデューサー４５の間のクロストークも抑制できる。
また、図示は省略するが、封止板４２２は、下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３の端子に対向して貫通孔が設けられており、当該貫通孔に下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３と回路基板４６とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やＦＰＣ等であってもよい。
また、図示は省略するが、封止板４２２は、下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３の端子に対向して貫通孔が設けられており、当該貫通孔に下部電極４２１Ｃ１や上部電極４２１Ｃ３と回路基板４６とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やＦＰＣ等であってもよい。
音響層４２３は、図８に示すように、基部４２１Ａの開口部４２１Ａ１内を埋めるように、素子基板４２１の超音波の送受信側に設けられている。
音響レンズ４２４は、素子基板４２１の超音波の送受信側に設けられている。この音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内の所定の深さ位置に収束させる。
このような音響層４２３や音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。このため、音響層４２３や音響レンズ４２４としては、音響インピーダンスの値が生体の音響インピーダンスに近い値となる素材により形成される。このような素材として、例えばシリコーン等が挙げられる。
音響レンズ４２４は、素子基板４２１の超音波の送受信側に設けられている。この音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内の所定の深さ位置に収束させる。
このような音響層４２３や音響レンズ４２４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。このため、音響層４２３や音響レンズ４２４としては、音響インピーダンスの値が生体の音響インピーダンスに近い値となる素材により形成される。このような素材として、例えばシリコーン等が挙げられる。
［回路基板の構成］
次に、回路基板４６について説明する。
回路基板４６は、超音波センサー４２の各駆動端子部４２１Ｄ１及び各共通端子４２１Ｄ３のそれぞれと電気接続されており、制御装置７の制御に基づいて超音波センサー４２を制御する。
具体的には、回路基板４６は、送信回路、基準電極回路、受信回路等を備えている。送信回路は、各駆動端子部４２１Ｄ１にパルス波形の駆動電圧を印加する。基準電極回路は、各共通端子４２１Ｄ３に所定の基準電圧（例えば０Ｖ等）を印加する。受信回路は、各駆動端子部４２１Ｄ１から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置７に出力する。
次に、回路基板４６について説明する。
回路基板４６は、超音波センサー４２の各駆動端子部４２１Ｄ１及び各共通端子４２１Ｄ３のそれぞれと電気接続されており、制御装置７の制御に基づいて超音波センサー４２を制御する。
具体的には、回路基板４６は、送信回路、基準電極回路、受信回路等を備えている。送信回路は、各駆動端子部４２１Ｄ１にパルス波形の駆動電圧を印加する。基準電極回路は、各共通端子４２１Ｄ３に所定の基準電圧（例えば０Ｖ等）を印加する。受信回路は、各駆動端子部４２１Ｄ１から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置７に出力する。
［各超音波ユニット４の連結構成］
次に、上記のような超音波ユニット４（第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ，第三ユニット４Ｃ）の連結構成及び回動機構について説明する。
図９は、超音波ユニット４の連結構成を示す概略平面図である。
第一ユニット４Ａの筐体４１（４１Ａ）と、第二ユニット４Ｂの筐体４１（４１Ｂ）との間には、上述したように、第一連結部３１が設けられ、回動機構によって、第二ユニット４Ｂを第一ユニット４Ａに対して回動可能に連結する。
この回動機構としては、第一ユニット４Ａと第二ユニット４Ｂとの角度を所望の角度に変更可能な構成であれば、如何なる構成を用いてもよく、例えば、図９に示すような構成が例示できる。
すなわち、図９に示す例では、第一連結部３１は、第一ユニット４Ａの筐体４１Ａの−Ｘ２Ａ側端面に接続される第一接続片３１１と、第二ユニット４Ｂの筐体の＋Ｘ２Ｂ側端面に接続される第二接続片３１２と、第一接続片３１１及び第二接続片３１２の間に設けられＹ方向に沿った軸心を有する第一回動部３１３とを備える。
次に、上記のような超音波ユニット４（第一ユニット４Ａ、第二ユニット４Ｂ，第三ユニット４Ｃ）の連結構成及び回動機構について説明する。
図９は、超音波ユニット４の連結構成を示す概略平面図である。
第一ユニット４Ａの筐体４１（４１Ａ）と、第二ユニット４Ｂの筐体４１（４１Ｂ）との間には、上述したように、第一連結部３１が設けられ、回動機構によって、第二ユニット４Ｂを第一ユニット４Ａに対して回動可能に連結する。
この回動機構としては、第一ユニット４Ａと第二ユニット４Ｂとの角度を所望の角度に変更可能な構成であれば、如何なる構成を用いてもよく、例えば、図９に示すような構成が例示できる。
すなわち、図９に示す例では、第一連結部３１は、第一ユニット４Ａの筐体４１Ａの−Ｘ２Ａ側端面に接続される第一接続片３１１と、第二ユニット４Ｂの筐体の＋Ｘ２Ｂ側端面に接続される第二接続片３１２と、第一接続片３１１及び第二接続片３１２の間に設けられＹ方向に沿った軸心を有する第一回動部３１３とを備える。
第一接続片３１１は、第二ユニット４Ｂ側に突出する第一支持部３１１Ａを有する。この第一支持部３１１Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第一回動部３１３の第一回動軸３１３Ａが挿通される。なお、本例では、貫通孔を一例として挙げるが、例えば第一回動軸３１３Ａを挟持する構成などとしてもよい。以降に説明する第二支持部３１２Ａ、第三支持部３２１Ａ、第四支持部３２２Ａにおいても同様である。
第二接続片３１２は、第一ユニット４Ａ側に突出する第二支持部３１２Ａを有する。この第二支持部３１２Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第一回動軸３１３Ａが挿通される。そして、第二支持部３１２Ａの一部は、第一回動軸３１３Ａに固定され、第一回動軸３１３Ａが軸心を中心に回動されることで、第二接続片３１２に接続された第二ユニット４Ｂも回動される。
第二接続片３１２は、第一ユニット４Ａ側に突出する第二支持部３１２Ａを有する。この第二支持部３１２Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第一回動軸３１３Ａが挿通される。そして、第二支持部３１２Ａの一部は、第一回動軸３１３Ａに固定され、第一回動軸３１３Ａが軸心を中心に回動されることで、第二接続片３１２に接続された第二ユニット４Ｂも回動される。
第一回動部３１３は、第一回動軸３１３Ａと、第一角度変更部３１３Ｂとを含んで構成される。
第一角度変更部３１３Ｂは、例えば、図３及び図４に示すように、第一回動軸３１３Ａの一端部で、超音波デバイス３の外側に設けられる。第一角度変更部３１３Ｂは、例えばサーボモーター等、回転方向を反転可能なモーターであり、制御装置７から入力された制御信号に基づいた回転方向に、制御信号に基づいた角度だけ回転される。なお、ここでは、正逆方向に回転可能なモーターを用いる例を示すが、例えば、第一回動軸３１３Ａとの間に回転方向を制御するための切り替えギアを設ける構成としてもよい。また、第一角度変更部３１３Ｂに第一回動軸３１３Ａが直接連結されて、回転駆動力が直接伝達される例を示すが、第一角度変更部３１３Ｂと第一回動軸３１３Ａとの間に、回転数を制御するためのギアが適宜配置されてもよい。
第一角度変更部３１３Ｂは、例えば、図３及び図４に示すように、第一回動軸３１３Ａの一端部で、超音波デバイス３の外側に設けられる。第一角度変更部３１３Ｂは、例えばサーボモーター等、回転方向を反転可能なモーターであり、制御装置７から入力された制御信号に基づいた回転方向に、制御信号に基づいた角度だけ回転される。なお、ここでは、正逆方向に回転可能なモーターを用いる例を示すが、例えば、第一回動軸３１３Ａとの間に回転方向を制御するための切り替えギアを設ける構成としてもよい。また、第一角度変更部３１３Ｂに第一回動軸３１３Ａが直接連結されて、回転駆動力が直接伝達される例を示すが、第一角度変更部３１３Ｂと第一回動軸３１３Ａとの間に、回転数を制御するためのギアが適宜配置されてもよい。
また、第一ユニット４Ａの筐体４１Ａと、第三ユニット４Ｃの筐体４１（４１Ｃ）との間には、上述したように、第二連結部３２が設けられ、回動機構によって、第三ユニット４Ｃを第一ユニット４Ａに対して回動可能に連結する。
この回動機構としては、上記第一連結部３１と同様の構成を用いることができる。
例えば、図９に示すように、第二連結部３２は、第一ユニット４Ａの筐体４１Ａの＋Ｘ２Ａ側端面に接続される第三接続片３２１と、第三ユニット４Ｃの筐体４１Ｃの−Ｘ２Ｃ側端面に接続される第四接続片３２２と、第三接続片３２１及び第四接続片３２２の間に設けられＹ方向に沿った軸心を有する第二回動部３２３とを備える。
この回動機構としては、上記第一連結部３１と同様の構成を用いることができる。
例えば、図９に示すように、第二連結部３２は、第一ユニット４Ａの筐体４１Ａの＋Ｘ２Ａ側端面に接続される第三接続片３２１と、第三ユニット４Ｃの筐体４１Ｃの−Ｘ２Ｃ側端面に接続される第四接続片３２２と、第三接続片３２１及び第四接続片３２２の間に設けられＹ方向に沿った軸心を有する第二回動部３２３とを備える。
第三接続片３２１は、第三ユニット４Ｃ側に突出する第三支持部３２１Ａを有する。第三支持部３２１Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔を有し、当該貫通孔に第二回動部３２３の第二回動軸３２３Ａが挿通される。
第四接続片３２２は、第一ユニット４Ａ側に突出する第四支持部３２２Ａを有する。この第四支持部３２２Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第二回動軸３２３Ａが挿通される。そして、第四支持部３２２Ａの一部は、第二回動軸３２３Ａに固定され、第二回動軸３２３Ａが軸心を中心に回動されることで、第四接続片３２２に接続された第三ユニット４Ｃも回動される。
第四接続片３２２は、第一ユニット４Ａ側に突出する第四支持部３２２Ａを有する。この第四支持部３２２Ａは、例えばＹ方向に貫通する貫通孔が設けられ、当該貫通孔に第二回動軸３２３Ａが挿通される。そして、第四支持部３２２Ａの一部は、第二回動軸３２３Ａに固定され、第二回動軸３２３Ａが軸心を中心に回動されることで、第四接続片３２２に接続された第三ユニット４Ｃも回動される。
第二角度変更部３２３Ｂは、例えば、図３及び図４に示すように、第二回動軸３２３Ａの一端部で、超音波デバイス３の外側に設けられる。第二角度変更部３２３Ｂは、例えばサーボモーター等、回転方向を反転可能なモーターにより構成され、制御装置７から入力された制御信号に基づいた回転方向に、制御信号に基づいた角度だけ回転される。なお、第一角度変更部３１３Ｂと同様、例えば第二回動軸３２３Ａとの間に回転方向を制御するための切り替えギアを設ける構成としてもよく、第二角度変更部３２３Ｂと第二回動軸３２３Ａとの間に、回転数を制御するためのギアを設ける構成としてもよい。
第一角度変更部３１３Ｂ及び第二角度変更部３２３Ｂにより設定される回動角度範囲についての詳細な説明は後述する。
第一角度変更部３１３Ｂ及び第二角度変更部３２３Ｂにより設定される回動角度範囲についての詳細な説明は後述する。
［固定部材の構成］
固定部材６は、図２及び図３に示すように、音響整合部材９を超音波デバイス３に対して固定する。この固定部材６は、超音波デバイス３が取り付けられる固定本体部６１と、固定本体部６１の−Ｙ側かつ＋Ｚ１側からＺ１方向に延出する第一固定部材６２と、当該第一固定部材６２の＋Ｙ側に位置し、固定本体部６１の＋Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ１方向に延出する第二固定部材６３と、を有する。音響整合部材９は、第一固定部材６２と第二固定部材６３との間に挟まれるように配置される。これにより、超音波プローブ２を生体Ｍの表面に沿って移動させたとしても、超音波デバイス３に対する音響整合部材９の位置ずれを抑制できる。
固定部材６は、図２及び図３に示すように、音響整合部材９を超音波デバイス３に対して固定する。この固定部材６は、超音波デバイス３が取り付けられる固定本体部６１と、固定本体部６１の−Ｙ側かつ＋Ｚ１側からＺ１方向に延出する第一固定部材６２と、当該第一固定部材６２の＋Ｙ側に位置し、固定本体部６１の＋Ｙ側かつ＋Ｚ側からＺ１方向に延出する第二固定部材６３と、を有する。音響整合部材９は、第一固定部材６２と第二固定部材６３との間に挟まれるように配置される。これにより、超音波プローブ２を生体Ｍの表面に沿って移動させたとしても、超音波デバイス３に対する音響整合部材９の位置ずれを抑制できる。
固定本体部６１は、制御装置７に接続されるケーブルが設けられている。この固定本体部６１は、超音波プローブ２を操作する際に施術者によって把持される。固定本体部６１の形状は、図示例のように矩形状に限らず、施術者が把持し易い形状であってもよい。また、固定本体部６１の内部に超音波センサー４２を駆動するための回路基板等が設けられていてもよい。
第一固定部材６２は、図２に示すように、Ｙ方向から見た平面視において、略矩形状の外形を有する。この第一固定部材６２は、穿刺針のガイドとしての溝部６２２と、スキャン開始位置を示す開始マーク６２３と、を有する。
溝部６２２は、第一固定部材６２の−Ｙ側の面６２１の＋Ｚ１側の端部で、かつ、Ｘ１方向における中心部に形成されている。この溝部６２２の底面６２２Ａは、図３に示すように、＋Ｚ１側に向かうにしたがって＋Ｙ側に向かうように所定の角度（例えばＸ１−Ｙ面に対して１５°以上３０°以下の角度）で傾斜している。このため、施術者は、穿刺針１０を底面６２２Ａに沿って移動させることにより、超音波プローブ２に対して穿刺針１０を所定の角度で移動させることが容易である。したがって、施術者は、生体Ｍの内部の血管に対して穿刺針１０を穿刺する際に、適切な穿刺作業をより容易に行うことができる。
溝部６２２は、第一固定部材６２の−Ｙ側の面６２１の＋Ｚ１側の端部で、かつ、Ｘ１方向における中心部に形成されている。この溝部６２２の底面６２２Ａは、図３に示すように、＋Ｚ１側に向かうにしたがって＋Ｙ側に向かうように所定の角度（例えばＸ１−Ｙ面に対して１５°以上３０°以下の角度）で傾斜している。このため、施術者は、穿刺針１０を底面６２２Ａに沿って移動させることにより、超音波プローブ２に対して穿刺針１０を所定の角度で移動させることが容易である。したがって、施術者は、生体Ｍの内部の血管に対して穿刺針１０を穿刺する際に、適切な穿刺作業をより容易に行うことができる。
開始マーク６２３は、例えば、第一固定部材６２の−Ｙ側の面６２１の−Ｘ１側の位置に設けられ、超音波プローブ２におけるスキャンが開始される−Ｘ１側の位置を示す。なお、開始マーク６２３は、Ｘ１方向及びＺ１方向のそれぞれに沿って設けられ互いにＬ字状に交差する溝を例示しているが、これに限定されず、例えば、Ｘ１方向及びＺ１方向のいずれかに沿って設けられた溝であってもよいし、Ｙ方向から見た平面視において円形や矩形状の溝であってもよい。また、開始マーク６２３は、溝以外にも突部であってもよい。また、第一固定部材６２に開始マーク６２３を印字してもよい。また、開始マーク６２３のみが設けられる例を示したが、スキャンが終了する終了マーク等が更に設けられる構成としてもよい。
［音響整合部材の構成］
音響整合部材９は、図２及び図３に示すように、超音波測定時において、超音波デバイス３と生体Ｍの表面との間に配置され、超音波デバイス３から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波デバイス３に伝搬させる。このため音響整合部材９は、生体に近い音響インピーダンスを有する。
また、音響整合部材９は、弾性材料、例えばジェル状の材料で形成され、Ｙ方向から見た平面視において台形状の外形を有する。このため、音響整合部材９は、超音波デバイス３の各超音波素子アレイ４３と、生体表面との両方に対して好適に密着可能である。
音響整合部材９は、図２及び図３に示すように、超音波測定時において、超音波デバイス３と生体Ｍの表面との間に配置され、超音波デバイス３から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波デバイス３に伝搬させる。このため音響整合部材９は、生体に近い音響インピーダンスを有する。
また、音響整合部材９は、弾性材料、例えばジェル状の材料で形成され、Ｙ方向から見た平面視において台形状の外形を有する。このため、音響整合部材９は、超音波デバイス３の各超音波素子アレイ４３と、生体表面との両方に対して好適に密着可能である。
［制御装置の構成］
次に、制御装置７について説明する。
制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ２を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の超音波断層像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、送受信制御部７１、画像形成部７２、表示制御部７３、及び角度制御部７４等として機能する。また、制御装置７には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
次に、制御装置７について説明する。
制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ２を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の超音波断層像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、送受信制御部７１、画像形成部７２、表示制御部７３、及び角度制御部７４等として機能する。また、制御装置７には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
送受信制御部７１は、超音波プローブ２を制御して、超音波センサー４２の所定の超音波送受部４４から超音波を送信させる。また、送受信制御部７１は、超音波プローブ２を制御して、超音波送受部４４からの受信信号を取得する。
画像形成部７２は、超音波プローブ２の各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃから出力された受信信号（画像信号）に基づいて、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのそれぞれに対応する超音波断層像を生成する。
表示制御部７３は、表示装置８に対して、生成された各超音波断層像を表示させる。
表示制御部７３は、表示装置８に対して、生成された各超音波断層像を表示させる。
角度制御部７４は、第一角度変更部３１３Ｂや第二角度変更部３２３Ｂを制御することで、第二超音波素子アレイ４３Ｂや第三超音波素子アレイ４３Ｃの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する傾斜角度を変更する。
本実施形態では、所定深さ位置ｄにおいて、Ｘ１方向の位置が略同じであり、かつＹ方向の位置がずれた３か所の測定位置に対する超音波測定を実施する。つまり、角度制御部７４は、図５に示すようなＹ方向から見た平面視において、第一超音波素子アレイ４３Ａによる超音波測定の測定領域Ｆ１と、第二超音波素子アレイ４３Ｂによる超音波測定の測定領域Ｆ２と、第三超音波素子アレイ４３Ｃによる超音波測定の測定領域Ｆ３と、が重なり合う部分（重畳領域Ｆ４）に測定対象点（点Ｐ）が位置するよう、当該測定対象点の測定深さに応じて、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する傾斜角度δを変更する。
ここで、第一超音波素子アレイ４３Ａの開口中心（Ｘ２方向及びＹ方向における中心）を通る送受信面４３１面の法線を法線Ｎ１とする。同様に、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃについて、開口中心を通る送受信面４３１面の法線をそれぞれ法線Ｎ２、法線Ｎ３とする。各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、−Ｙ側から見た平面視において点Ｐで交差している。なお、実際には、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、ねじれの関係にあるため、互いに交差していない。
なお、本実施形態において、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃは、点Ｐから等距離の位置に配置されている。
ここで、第一超音波素子アレイ４３Ａの開口中心（Ｘ２方向及びＹ方向における中心）を通る送受信面４３１面の法線を法線Ｎ１とする。同様に、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃについて、開口中心を通る送受信面４３１面の法線をそれぞれ法線Ｎ２、法線Ｎ３とする。各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、−Ｙ側から見た平面視において点Ｐで交差している。なお、実際には、各法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、ねじれの関係にあるため、互いに交差していない。
なお、本実施形態において、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃは、点Ｐから等距離の位置に配置されている。
［第二超音波素子アレイ及び第三超音波素子アレイの回動角度範囲］
本実施形態では、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとが同一平面となる状態を基準状態として、第二超音波素子アレイ４３Ｂの回動角度範囲（上限角度δＨ及び下限角度δＬ）が予め設定されている。第一超音波素子アレイ４３Ａと第三超音波素子アレイ４３Ｃとの角度においても同様であり、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃとが同一平面となる状態を基準状態として、第三超音波素子アレイ４３Ｃの基準状態からの回動角度範囲（上限角度δＨ及び下限角度δＬ）が予め設定されている。したがって、角度制御部７４は、この予め設定された回動角度範囲内で、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを制御する。
以下、角度制御部７４による超音波素子アレイ４３の回動角度範囲について説明する。なお、本実施形態では、第二超音波素子アレイ４３Ｂにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬと、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬとが同一である例を示す。よって、以下では、第二超音波素子アレイ４３Ｂにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬについて説明し、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬについては、その説明を省略する。
本実施形態では、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとが同一平面となる状態を基準状態として、第二超音波素子アレイ４３Ｂの回動角度範囲（上限角度δＨ及び下限角度δＬ）が予め設定されている。第一超音波素子アレイ４３Ａと第三超音波素子アレイ４３Ｃとの角度においても同様であり、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃとが同一平面となる状態を基準状態として、第三超音波素子アレイ４３Ｃの基準状態からの回動角度範囲（上限角度δＨ及び下限角度δＬ）が予め設定されている。したがって、角度制御部７４は、この予め設定された回動角度範囲内で、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを制御する。
以下、角度制御部７４による超音波素子アレイ４３の回動角度範囲について説明する。なお、本実施形態では、第二超音波素子アレイ４３Ｂにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬと、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬとが同一である例を示す。よって、以下では、第二超音波素子アレイ４３Ｂにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬについて説明し、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨ及び下限角度δＬについては、その説明を省略する。
上限角度δＨとしては、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとが干渉しない角度が設定される。例えば、第二超音波素子アレイ４３Ｂを基準状態から１８０°回転させた際に、第一超音波素子アレイ４３Ａに干渉する場合、上限角度δＨとして１８０°未満の角度が設定される。なお、実際には、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂは、それぞれ筐体４１Ａ，４１Ｂに格納されているので、筐体４１Ａ及び筐体４１Ｂが回動により干渉する角度を上限として設定すればよい。
また、上限角度δＨの好ましい値としては、６０°よりも小さい値であることが好ましい。
図１０は、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から６０°回動させた場合の模式図である。なお、図１０は、超音波デバイス３をＹ方向から見た平面視であり、筐体４１や回路基板４６、第一連結部３１や第二連結部３２の図示を省略している。後述する図１１及び図１２においても同様である。
本実施形態では、各超音波素子アレイ４３からスキャン面に対して、送受信面４３１の法線方向に超音波が送信され、測定対象（生体Ｍ）内で反射された超音波は、送受信面４３１に対して法線方向から入った超音波を受信する、いわゆるリニアスキャンを実施する。ここで、図１０に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを、それぞれ６０°以上回動させると、平面視において、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２に第三超音波素子アレイ４３Ｃの一部が含まれてしまう。つまり、本実施形態では、各超音波素子アレイ４３のスキャン面はＹ方向にずれて位置するが、超音波は、Ｘ２方向及びＹ方向に対してある程度の拡がりを有してＺ２方向に伝搬される。このため、図１０に示すような平面視において、測定領域Ｆ２と第三超音波素子アレイ４３Ｃとが重なると、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波が第三超音波素子アレイ４３Ｃに受信され、第三超音波素子アレイ４３Ｃから出力された超音波が第二超音波素子アレイ４３Ｂに受信されるおそれがある。このような理由から、上限角度としては、６０°よりも小さい角度とすることが好ましい。
図１０は、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から６０°回動させた場合の模式図である。なお、図１０は、超音波デバイス３をＹ方向から見た平面視であり、筐体４１や回路基板４６、第一連結部３１や第二連結部３２の図示を省略している。後述する図１１及び図１２においても同様である。
本実施形態では、各超音波素子アレイ４３からスキャン面に対して、送受信面４３１の法線方向に超音波が送信され、測定対象（生体Ｍ）内で反射された超音波は、送受信面４３１に対して法線方向から入った超音波を受信する、いわゆるリニアスキャンを実施する。ここで、図１０に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを、それぞれ６０°以上回動させると、平面視において、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２に第三超音波素子アレイ４３Ｃの一部が含まれてしまう。つまり、本実施形態では、各超音波素子アレイ４３のスキャン面はＹ方向にずれて位置するが、超音波は、Ｘ２方向及びＹ方向に対してある程度の拡がりを有してＺ２方向に伝搬される。このため、図１０に示すような平面視において、測定領域Ｆ２と第三超音波素子アレイ４３Ｃとが重なると、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波が第三超音波素子アレイ４３Ｃに受信され、第三超音波素子アレイ４３Ｃから出力された超音波が第二超音波素子アレイ４３Ｂに受信されるおそれがある。このような理由から、上限角度としては、６０°よりも小さい角度とすることが好ましい。
図１１は、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から５１．８°回動させた場合の模式図である。
上限角度δＨとしては、６０°より小さく、５１．８°以上であることがより好ましい。
図１１に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを、それぞれ約５１．８°回動させると、平面視において、測定領域Ｆ１の＋Ｘ２Ａ側の端部と、測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側の端部との交差位置が、生体Ｍと音響整合部材９との境界位置となる。同様に、平面視において、測定領域Ｆ１の−Ｘ２Ａ側の端部と、測定領域Ｆ３の−Ｘ２Ｃ側の端部との交差位置が、生体Ｍと音響整合部材９との境界位置となる。
したがって、上限角度δＨが、６０°より小さく、５１．８°以上である場合、図１０及び図１１に示すように、生体Ｍと音響整合部材９との境界近傍（つまり、生体Ｍにおいて深度が最も浅い表皮部分）を測定する場合に、各超音波素子アレイ４３にて広範囲に対して超音波測定を実施することができる。
上限角度δＨとしては、６０°より小さく、５１．８°以上であることがより好ましい。
図１１に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを、それぞれ約５１．８°回動させると、平面視において、測定領域Ｆ１の＋Ｘ２Ａ側の端部と、測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側の端部との交差位置が、生体Ｍと音響整合部材９との境界位置となる。同様に、平面視において、測定領域Ｆ１の−Ｘ２Ａ側の端部と、測定領域Ｆ３の−Ｘ２Ｃ側の端部との交差位置が、生体Ｍと音響整合部材９との境界位置となる。
したがって、上限角度δＨが、６０°より小さく、５１．８°以上である場合、図１０及び図１１に示すように、生体Ｍと音響整合部材９との境界近傍（つまり、生体Ｍにおいて深度が最も浅い表皮部分）を測定する場合に、各超音波素子アレイ４３にて広範囲に対して超音波測定を実施することができる。
一方、下限角度δＬとしては、測定深度に応じて設定する。ここで、本実施形態では、所定のＸ１方向の位置、及び所定のＺ１方向の位置（深さ）に位置する測定対象点（点Ｐを中心とした領域）を、Ｙ方向においてずれた３つの測定位置で測定する。したがって、下限角度δＬとしては、上限角度δＨよりも小さく、測定領域Ｆ２及び測定領域Ｆ３を、測定領域Ｆ１に重ねられる下限角度δＬが設定されていればよい。つまり、下限角度δＬとしては、６０°より小さい角度であり、０°よりも大きい角度に設定されていればよい。
図１２は、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から下限角度δＬだけ回動させた場合の模式図である。
ところで、超音波プローブ２により超音波測定を実施する際の測定対象点の深度は、予め決められている。つまり、超音波測定において、深度が深い測定対象点の測定を行う場合、低周波数の超音波ほど深度の深い位置を測定することができる。超音波プローブ２は、超音波測定を行う部位は目的に応じて、測定可能な最大深度Ｄが設定されており、当該最大深度Ｄに対する超音波測定が可能な周波数の超音波が出力できるように、各超音波トランスデューサー４５の開口サイズ等（振動膜４２１Ｂの振動領域の面積）が設定される。
また、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向のサイズ（幅寸法）をＷ、超音波プローブ２を用いた超音波測定を行う際の最大深度をＤとした場合に、下限角度δＬは、下記式（１）を満たす角度に設定されることがより好ましい。
ところで、超音波プローブ２により超音波測定を実施する際の測定対象点の深度は、予め決められている。つまり、超音波測定において、深度が深い測定対象点の測定を行う場合、低周波数の超音波ほど深度の深い位置を測定することができる。超音波プローブ２は、超音波測定を行う部位は目的に応じて、測定可能な最大深度Ｄが設定されており、当該最大深度Ｄに対する超音波測定が可能な周波数の超音波が出力できるように、各超音波トランスデューサー４５の開口サイズ等（振動膜４２１Ｂの振動領域の面積）が設定される。
また、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向のサイズ（幅寸法）をＷ、超音波プローブ２を用いた超音波測定を行う際の最大深度をＤとした場合に、下限角度δＬは、下記式（１）を満たす角度に設定されることがより好ましい。
［数１］
ＷｃｏｓδＬ＋２Ｗｃｏｓ２δＬ−Ｗ−２ＤｓｉｎδＬ＝０ …（１）
ＷｃｏｓδＬ＋２Ｗｃｏｓ２δＬ−Ｗ−２ＤｓｉｎδＬ＝０ …（１）
角度制御部７４は、上述したような上限角度δＨから下限角度δＬの間で、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度を、測定対象点の深度に応じて変更する。
［超音波測定処理］
図１３は、超音波測定装置１における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、超音波測定装置１における超音波測定処理について図１３に基づいて説明する。
超音波測定装置１による超音波測定処理では、先ず、測定者は、生体Ｍ（患者等）の対象部位に、音響整合部材９を介して超音波プローブ２を固定する。この後、図１３に示すように、制御装置７は、測定深度を取得する（ステップＳ１）。
このステップＳ１では、例えば、測定者が、制御装置７に通信可能に接続された入力装置等を操作して、超音波測定を実施する深度を入力する。入力装置としては、制御装置７に設けられた操作部であってもよく、超音波プローブ２に設けられた操作部であってもよい。深度の入力は、具体的な深度の深さが入力されてもよく、予め設定された複数の深度レベルから測定者が所望の深度レベルを選択してもよい。制御装置７は、測定者の入力装置の操作から操作信号に基づいて、測定を実施する測定深度ｄ、つまり、生体Ｍの表皮から測定対象点（点Ｐ）の深さｄを取得する。
図１３は、超音波測定装置１における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、超音波測定装置１における超音波測定処理について図１３に基づいて説明する。
超音波測定装置１による超音波測定処理では、先ず、測定者は、生体Ｍ（患者等）の対象部位に、音響整合部材９を介して超音波プローブ２を固定する。この後、図１３に示すように、制御装置７は、測定深度を取得する（ステップＳ１）。
このステップＳ１では、例えば、測定者が、制御装置７に通信可能に接続された入力装置等を操作して、超音波測定を実施する深度を入力する。入力装置としては、制御装置７に設けられた操作部であってもよく、超音波プローブ２に設けられた操作部であってもよい。深度の入力は、具体的な深度の深さが入力されてもよく、予め設定された複数の深度レベルから測定者が所望の深度レベルを選択してもよい。制御装置７は、測定者の入力装置の操作から操作信号に基づいて、測定を実施する測定深度ｄ、つまり、生体Ｍの表皮から測定対象点（点Ｐ）の深さｄを取得する。
次に、角度制御部７４は、ステップＳ１により取得した深度ｄを用いて第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する傾斜角度δを算出する（ステップＳ２）。
ステップＳ２では、例えば、下記式（２）を満たす角度δを算出する。
ステップＳ２では、例えば、下記式（２）を満たす角度δを算出する。
［数２］
Ｗｃｏｓδ＋２Ｗｃｏｓ２δ−Ｗ−２ｄｓｉｎδ＝０ …（２）
Ｗｃｏｓδ＋２Ｗｃｏｓ２δ−Ｗ−２ｄｓｉｎδ＝０ …（２）
式（２）において、Ｗは、各超音波素子アレイ４３ＡのＸ２方向の幅寸法であり、予め制御装置７の記憶部に記憶されている。
なお、ここでは、式（２）に基づいて傾斜角度δを算出する例を示すが、これに限定されない。例えば、記憶部に、測定深度ｄと傾斜角度δとの関係を示すテーブルデータを記憶しておいてもよい。この場合、ステップＳ１にて取得した測定深度ｄに対応する傾斜角度δをテーブルデータから取得すればよい。
なお、ここでは、式（２）に基づいて傾斜角度δを算出する例を示すが、これに限定されない。例えば、記憶部に、測定深度ｄと傾斜角度δとの関係を示すテーブルデータを記憶しておいてもよい。この場合、ステップＳ１にて取得した測定深度ｄに対応する傾斜角度δをテーブルデータから取得すればよい。
この後、角度制御部７４は、ステップＳ２にて算出された傾斜角度δとなるように、第一連結部３１の第一角度変更部３１３Ｂ及び第二連結部３２の第二角度変更部３２３Ｂを駆動させ、第二ユニット４Ｂ及び第三ユニット４Ｃの第一ユニット４Ａに対する角度を変更する（ステップＳ３）。これにより、第二ユニット４Ｂ内の第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三ユニット４Ｃ内の第三超音波素子アレイ４３Ｃが、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して傾斜角度δで傾斜される。
この後、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを駆動させて超音波測定処理を行う（ステップＳ４）。
ステップＳ４では、送受信制御部７１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動させて、超音波測定を実施する。また、画像形成部７２は、超音波の受信結果に基づいて超音波断層像を生成し、表示制御部７３は、生成された超音波断層像を表示装置８に表示させる。
ステップＳ４では、送受信制御部７１は、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動させて、超音波測定を実施する。また、画像形成部７２は、超音波の受信結果に基づいて超音波断層像を生成し、表示制御部７３は、生成された超音波断層像を表示装置８に表示させる。
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波デバイス３は、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを含む複数の超音波素子アレイ４３を有する。これらの超音波素子アレイ４３は、厚み方向（Ｚ２方向）に交差するＸ２方向に配列された超音波送受部４４を備え、Ｘ２−Ｚ２平面と平行なスキャン面に対して超音波測定を実施することができる。そして、これらの超音波素子アレイ４３は、Ｘ１方向にＹ方向を回動軸として角度を可変として連結されており、第一角度変更部３１３Ｂ及び第二角度変更部３２３Ｂにより互いの角度を変化させることが可能に構成されている。
このため、本実施形態の超音波デバイス３では、所望の深度の測定対象点に対応する角度に、各超音波素子アレイの角度を変更することができる。つまり、各超音波素子アレイ４３のアレイ中心を通る送受信面４３１の法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が、測定対象点（点Ｐ）を通るように、各超音波素子アレイの角度を変更することができる。これにより、各超音波素子アレイ４３にてリニアスキャンを実施することで、例えば、同一平面上に配置された複数の超音波素子アレイを用いてセクタスキャンを実施する場合に比べて、超音波の受信感度を大きくでき、精度の高い超音波測定を実現することができる。よって、超音波測定装置１により、超音波測定に基づいた超音波断層像を生成して表示する場合でも、高精度な超音波断層像を表示させることができ、例えば穿刺作業等における効率の向上や、穿刺成功率の向上に貢献できる。
本実施形態の超音波デバイス３は、第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを含む複数の超音波素子アレイ４３を有する。これらの超音波素子アレイ４３は、厚み方向（Ｚ２方向）に交差するＸ２方向に配列された超音波送受部４４を備え、Ｘ２−Ｚ２平面と平行なスキャン面に対して超音波測定を実施することができる。そして、これらの超音波素子アレイ４３は、Ｘ１方向にＹ方向を回動軸として角度を可変として連結されており、第一角度変更部３１３Ｂ及び第二角度変更部３２３Ｂにより互いの角度を変化させることが可能に構成されている。
このため、本実施形態の超音波デバイス３では、所望の深度の測定対象点に対応する角度に、各超音波素子アレイの角度を変更することができる。つまり、各超音波素子アレイ４３のアレイ中心を通る送受信面４３１の法線Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が、測定対象点（点Ｐ）を通るように、各超音波素子アレイの角度を変更することができる。これにより、各超音波素子アレイ４３にてリニアスキャンを実施することで、例えば、同一平面上に配置された複数の超音波素子アレイを用いてセクタスキャンを実施する場合に比べて、超音波の受信感度を大きくでき、精度の高い超音波測定を実現することができる。よって、超音波測定装置１により、超音波測定に基づいた超音波断層像を生成して表示する場合でも、高精度な超音波断層像を表示させることができ、例えば穿刺作業等における効率の向上や、穿刺成功率の向上に貢献できる。
本実施形態では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、Ｘ１方向において重ならない位置に配置され、Ｙ方向に互いにずれる位置に配置されている。
このような構成では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの配置間隔に対応した３つの測定位置での測定対象点に対する超音波測定を行うことができる。つまり、Ｙ方向から見た平面視において、第一超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの測定領域Ｆ３、が所望の深度の測定対象点（点Ｐ）を中心に重なり合うように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを制御する。これにより、Ｘ１方向における目標座標における所望の深度ｄの測定対象点に対して、Ｙ方向に所定の間隔でずらした３つの超音波断層像を取得することができる。また、３つの超音波素子アレイ４３により同時に超音波測定を実施できるので、上記のようなＹ方向にずれた３つの超音波断層像を同時に（リアルタイムに）得ることができる。
このような構成では、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの配置間隔に対応した３つの測定位置での測定対象点に対する超音波測定を行うことができる。つまり、Ｙ方向から見た平面視において、第一超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの測定領域Ｆ３、が所望の深度の測定対象点（点Ｐ）を中心に重なり合うように、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを制御する。これにより、Ｘ１方向における目標座標における所望の深度ｄの測定対象点に対して、Ｙ方向に所定の間隔でずらした３つの超音波断層像を取得することができる。また、３つの超音波素子アレイ４３により同時に超音波測定を実施できるので、上記のようなＹ方向にずれた３つの超音波断層像を同時に（リアルタイムに）得ることができる。
本実施形態では、複数の超音波素子アレイ４３として、上述のように第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを備える。また、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂを連結する第一連結部３１、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを連結する第二連結部３２を備える。更に、第一連結部３１には、第二超音波素子アレイ４３Ｂの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度を変更する第一角度変更部３１３Ｂが設けられ、第二連結部３２には、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第三超音波素子アレイ４３Ｃの角度を変更する第二角度変更部３２３Ｂが設けられている。
このような構成では、中央に配置される第一超音波素子アレイ４３Ａをメインのアレイとして、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを変更することができる。中央に配置される第一超音波素子アレイ４３Ａからは、生体Ｍの表皮に対して略法線方向から超音波の送受信処理を実施できるため、最も高精度な超音波測定を実現できる。一方、第二超音波素子アレイ４３Ｂや第三超音波素子アレイ４３Ｃでは、生体Ｍの表皮に対して傾斜角度δで傾斜する方向で超音波測定処理が実施されるが、例えばメインとなるアレイ（生体Ｍに対する角度が変更されないアレイ）が超音波デバイス３のＸ１方向における端部に設けられる場合に比べ、高精度な測定を実施することができる。
このような構成では、中央に配置される第一超音波素子アレイ４３Ａをメインのアレイとして、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δを変更することができる。中央に配置される第一超音波素子アレイ４３Ａからは、生体Ｍの表皮に対して略法線方向から超音波の送受信処理を実施できるため、最も高精度な超音波測定を実現できる。一方、第二超音波素子アレイ４３Ｂや第三超音波素子アレイ４３Ｃでは、生体Ｍの表皮に対して傾斜角度δで傾斜する方向で超音波測定処理が実施されるが、例えばメインとなるアレイ（生体Ｍに対する角度が変更されないアレイ）が超音波デバイス３のＸ１方向における端部に設けられる場合に比べ、高精度な測定を実施することができる。
本実施形態では、角度制御部７４は、第一角度変更部３１３Ｂ及び第二角度変更部３２３Ｂを制御して、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂの角度、及び第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第三超音波素子アレイ４３Ｃの角度を、上限角度δＨから、下限角度δＬの間で変化させる。この際、角度制御部７４は、上限角度δＨとして、第一角度変更部３１３Ｂに対しては、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂが干渉しない角度、第二角度変更部３２３Ｂに対しては、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃが干渉しない角度に設定する。このため、各超音波素子アレイ４３同士の接触による破損を抑制することができる。
また、好ましい上限角度δＨとして６０°より小さい角度を設定する。これにより、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波が第三超音波素子アレイ４３Ｃで受信されてノイズとなる不都合を抑制できる。
さらに、上限角度δＨとして６０°より小さく、５１．８°以上となる角度が設定されることがより好ましく、最も好ましくは５８．１°である。上記範囲に上限角度δＨが設定されることで、測定対象点が生体Ｍの表皮近傍である場合でも、重畳領域Ｆ４を広く設定できる。
また、好ましい上限角度δＨとして６０°より小さい角度を設定する。これにより、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波が第三超音波素子アレイ４３Ｃで受信されてノイズとなる不都合を抑制できる。
さらに、上限角度δＨとして６０°より小さく、５１．８°以上となる角度が設定されることがより好ましく、最も好ましくは５８．１°である。上記範囲に上限角度δＨが設定されることで、測定対象点が生体Ｍの表皮近傍である場合でも、重畳領域Ｆ４を広く設定できる。
一方、下限角度δＬとしては、６０°より小さい角度が設定される。これにより、上限角度δＨから下限角度δＬの間で、傾斜角度δを制御することで、様々な深さ位置に対して高精度な超音波測定を実施することができる。
また、より好ましい下限角度δＬとして、上述した式（１）を満たすδＬが設定されている。これにより、超音波測定における実施する可能性がある最大深度に対応した下限角度δＬが設定されるので、当該最大深度から生体Ｍの表皮までの広い範囲に対する超音波測定を実施することが可能となる。
また、より好ましい下限角度δＬとして、上述した式（１）を満たすδＬが設定されている。これにより、超音波測定における実施する可能性がある最大深度に対応した下限角度δＬが設定されるので、当該最大深度から生体Ｍの表皮までの広い範囲に対する超音波測定を実施することが可能となる。
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、上限角度δＨのより好ましい角度としては、６０°より小さく、５１．８°以上に設定される例を示した。これに対して、第二実施形態では、上限角度δＨを更に小さい値としている。
図１４は、第二実施形態における上限角度δＨを説明するための図であり、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から３８．７°回動させた場合の模式図である。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略する。
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、上限角度δＨのより好ましい角度としては、６０°より小さく、５１．８°以上に設定される例を示した。これに対して、第二実施形態では、上限角度δＨを更に小さい値としている。
図１４は、第二実施形態における上限角度δＨを説明するための図であり、第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃを基準状態から３８．７°回動させた場合の模式図である。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、Ｙ方向から見た平面視において、第一超音波素子アレイ４３Ａのアレイ中心を通る法線Ｎ１と生体Ｍとの交点に、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側の端部が通過（一致）するように、第二超音波素子アレイ４３Ｂの上限角度δＨが設定される。同様に、第一超音波素子アレイ４３Ａのアレイ中心を通る法線Ｎ１と生体Ｍとの交点に、第三超音波素子アレイ４３Ｃの測定領域Ｆ３の−Ｘ２Ｃ側の端部が通過（一致）するように、第三超音波素子アレイ４３Ｃの上限角度δＨが設定される。
例えば、図１４に示すように、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向に沿う幅寸法が同一寸法である場合では、上限角度δＨは、例えば３８．７°に設定される。
例えば、図１４に示すように、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向に沿う幅寸法が同一寸法である場合では、上限角度δＨは、例えば３８．７°に設定される。
［第二実施形態の作用効果］
第二実施形態では、上記構成によって、重畳領域Ｆ４が生体内に位置することになる。つまり、重畳領域Ｆ４の一部が音響整合部材９に重ならないので、超音波断層像に音響整合部材９の画像情報が入らず、生体内を効率良く測定することができる。
第二実施形態では、上記構成によって、重畳領域Ｆ４が生体内に位置することになる。つまり、重畳領域Ｆ４の一部が音響整合部材９に重ならないので、超音波断層像に音響整合部材９の画像情報が入らず、生体内を効率良く測定することができる。
［第三実施形態］
以下、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態及び第二実施形態では、超音波デバイス３に第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃが含まれ、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δが変更可能となる構成を例示した。これに対して、第三実施形態では、超音波デバイス３が２つの超音波素子アレイ４３を有する点で上記第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
以下、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態及び第二実施形態では、超音波デバイス３に第一超音波素子アレイ４３Ａ、第二超音波素子アレイ４３Ｂ、及び第三超音波素子アレイ４３Ｃが含まれ、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂ及び第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δが変更可能となる構成を例示した。これに対して、第三実施形態では、超音波デバイス３が２つの超音波素子アレイ４３を有する点で上記第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
本実施形態では、超音波素子アレイ４３として、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとが含まれ、これらが、第一実施形態と同様の第一連結部３１により角度を可変として連結されている。このような構成でも、上記第一実施形態や第二実施形態と同様に、測定対象点（点Ｐ）の深度に応じた傾斜角度δに、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂの角度を変化させることで、精度の高い超音波測定を実施することができる。
一方、本実施形態では、角度制御部７４による回動角度範囲（上限角度δＨ及び下限角度δＬ）が、第一実施形態や第二実施形態と相違している。
図１５は、第三実施形態における上限角度δＨを説明するための図であり、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して第二超音波素子アレイ４３Ｂを９０°回動させた場合の模式図である。
本実施形態では、上限角度δＨとして、９０°よりも小さい値であることが好ましい。つまり、図１５に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂを、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して基準状態から９０°以上回動させると、平面視において、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２に第一超音波素子アレイ４３Ａの一部が含まれてしまう。したがって、測定領域Ｆ２と第一超音波素子アレイ４３Ａとが重なると、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波の一部が第一超音波素子アレイ４３Ａに受信され、第一超音波素子アレイ４３Ａから出力された超音波が第二超音波素子アレイ４３Ｂに受信されるおそれがある。このような理由から、上限角度としては、９０°よりも小さい角度とすることが好ましい。
図１５は、第三実施形態における上限角度δＨを説明するための図であり、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して第二超音波素子アレイ４３Ｂを９０°回動させた場合の模式図である。
本実施形態では、上限角度δＨとして、９０°よりも小さい値であることが好ましい。つまり、図１５に示すように、第二超音波素子アレイ４３Ｂを、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して基準状態から９０°以上回動させると、平面視において、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２に第一超音波素子アレイ４３Ａの一部が含まれてしまう。したがって、測定領域Ｆ２と第一超音波素子アレイ４３Ａとが重なると、第二超音波素子アレイ４３Ｂから出力された超音波の一部が第一超音波素子アレイ４３Ａに受信され、第一超音波素子アレイ４３Ａから出力された超音波が第二超音波素子アレイ４３Ｂに受信されるおそれがある。このような理由から、上限角度としては、９０°よりも小さい角度とすることが好ましい。
また、下限角度δＬとしては、第一実施形態と同様に、測定範囲に応じて設定することができる。よって、下限角度δＬとしては、上限角度δＨよりも小さく、第一超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１及び第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２が、互いに重なり合うように、下限角度δＬが設定されていればよい。つまり、下限角度δＬとしては、９０°より小さい角度であり、０°よりも大きい角度に設定されていればよい。
図１６は、第三実施形態における下限角度δＬを説明するための図であり、第一超音波素子アレイ４３Ａに対して第二超音波素子アレイ４３Ｂを下限角度δＬだけ回動させた場合の模式図である。
上記第一実施形態と同様に、本実施形態においても、超音波プローブ２により超音波測定を実施する際の測定対象点の深度は、予め決められている。したがって、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向のサイズ（幅寸法）をＷ、超音波プローブ２を用いた超音波測定を行う際の最大深度をＤとした場合に、下限角度δＬは、下記式（３）を満たす角度に設定されることがより好ましい。
上記第一実施形態と同様に、本実施形態においても、超音波プローブ２により超音波測定を実施する際の測定対象点の深度は、予め決められている。したがって、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向のサイズ（幅寸法）をＷ、超音波プローブ２を用いた超音波測定を行う際の最大深度をＤとした場合に、下限角度δＬは、下記式（３）を満たす角度に設定されることがより好ましい。
［数３］
（Ｄ＋Ｗｓｉｎ（δＬ／２））ｓｉｎ（δＬ／２）＝Ｗ／２ …（３）
（Ｄ＋Ｗｓｉｎ（δＬ／２））ｓｉｎ（δＬ／２）＝Ｗ／２ …（３）
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、複数の超音波素子アレイ４３として、第一超音波素子アレイ４３Ａ、及び第二超音波素子アレイ４３Ｂを備え、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂを連結する第一連結部３１が設けられている。また、第一連結部３１には、第二超音波素子アレイ４３Ｂの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度を変更する第一角度変更部３１３Ｂが設けられている。
このような構成では、各超音波素子アレイ４３の法線Ｎ１，Ｎ２上に、測定対象点（点Ｐ）が位置するように、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとの間の角度を変更することで、第一実施形態と同様に、高精度な測定を実施することができる。
本実施形態では、複数の超音波素子アレイ４３として、第一超音波素子アレイ４３Ａ、及び第二超音波素子アレイ４３Ｂを備え、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂを連結する第一連結部３１が設けられている。また、第一連結部３１には、第二超音波素子アレイ４３Ｂの第一超音波素子アレイ４３Ａに対する角度を変更する第一角度変更部３１３Ｂが設けられている。
このような構成では、各超音波素子アレイ４３の法線Ｎ１，Ｎ２上に、測定対象点（点Ｐ）が位置するように、第一超音波素子アレイ４３Ａと第二超音波素子アレイ４３Ｂとの間の角度を変更することで、第一実施形態と同様に、高精度な測定を実施することができる。
そして、角度制御部７４は、第一角度変更部３１３Ｂを制御して、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂの傾斜角度δを、上限角度δＨから下限角度δＬの間で変化させる。この際、角度制御部７４は、上限角度δＨとして、第一超音波素子アレイ４３Ａ及び第二超音波素子アレイ４３Ｂが干渉しない角度に設定する。このため、各超音波素子アレイ４３同士の接触による破損を抑制することができる。
また、好ましい上限角度δＨとして９０°より小さい角度を設定する。これにより、各超音波素子アレイ４３から出力された他の超音波素子アレイ４３に受信される不都合を抑制できる。
また、好ましい上限角度δＨとして９０°より小さい角度を設定する。これにより、各超音波素子アレイ４３から出力された他の超音波素子アレイ４３に受信される不都合を抑制できる。
また、下限角度δＬとしては、９０°より小さく角度が設定されることで、上限角度δＨから下限角度δＬの間で、傾斜角度δを制御することで、様々な深さ位置に対して高精度な超音波測定を実施することができる。
また、より好ましい下限角度δＬとして、上述した式（３）を満たすδＬが設定されている。これにより、超音波測定における実施する可能性がある最大深度に対応した下限角度δＬが設定されるので、当該最大深度から生体Ｍの表皮までの広い範囲に対する超音波測定を実施することが可能となる。
また、より好ましい下限角度δＬとして、上述した式（３）を満たすδＬが設定されている。これにより、超音波測定における実施する可能性がある最大深度に対応した下限角度δＬが設定されるので、当該最大深度から生体Ｍの表皮までの広い範囲に対する超音波測定を実施することが可能となる。
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、各超音波素子アレイ４３がＹ方向に沿ってずれた位置に配置される例を示したが、これに限定されない。
例えば、超音波デバイス３に含まれる各超音波素子アレイ４３がＹ方向に対して同一位置で、Ｘ１方向に連結されていてもよい。
このような構成では、Ｙ方向に対する位置が同一である測定対象点に対して、複数の超音波素子アレイ４３による超音波測定を行うことができる。各超音波素子アレイ４３における傾斜角度が異なることで、測定対象点に対して超音波の送受信角度がそれぞれ異なる。したがって、例えば骨等の表面に凹凸を有する部位に対しても、好適に超音波測定を実施することができる。
例えば、超音波デバイス３に含まれる各超音波素子アレイ４３がＹ方向に対して同一位置で、Ｘ１方向に連結されていてもよい。
このような構成では、Ｙ方向に対する位置が同一である測定対象点に対して、複数の超音波素子アレイ４３による超音波測定を行うことができる。各超音波素子アレイ４３における傾斜角度が異なることで、測定対象点に対して超音波の送受信角度がそれぞれ異なる。したがって、例えば骨等の表面に凹凸を有する部位に対しても、好適に超音波測定を実施することができる。
また、当該構成では、各超音波素子アレイ４３の測定領域が互いに重ならないように、各超音波素子アレイ４３の傾斜角度を変化させてもよい。この場合では、同一スキャン面におけるより広い範囲に対する超音波測定を行うことができる。
更に、各超音波素子アレイ４３が、Ｙ方向に沿って移動可能な構成などとしてもよい。例えば、筐体４１内に、超音波センサー４２をＹ方向に移動可能にガイドするガイドレールと、Ｙ方向に沿って設けられ、超音波センサー４２の一部に係合されるスクリューと、スクリューを回転駆動させるモーターとを備える構成等が例示できる。当該構成では、スクリューを回転駆動させることで、スクリューに係合する超音波センサー４２がＹ方向に移動可能となる。なお、超音波センサー４２が手動により移動可能な構成などとしてもよい。
このように、超音波センサー４２をＹ方向に移動可能な構成とすることで、超音波素子アレイ４３のスキャン面の間隔を任意に設定することが可能となる。
このように、超音波センサー４２をＹ方向に移動可能な構成とすることで、超音波素子アレイ４３のスキャン面の間隔を任意に設定することが可能となる。
上記第一及び第二実施形態では、超音波デバイス３が３つの超音波素子アレイ４３を含む例、第三実施形態では、２つの超音波素子アレイ４３を含む例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波デバイス３に、Ｘ１方向に連結される４つ以上の超音波素子アレイ４３が含まれ、隣り合う超音波素子アレイ４３同士の角度を変更可能な構成としてもよい。
上記各実施形態において、角度制御部７４が第一連結部３１の第一角度変更部３１３Ｂや第二連結部３２の第二角度変更部３２３Ｂを制御することで、上限角度δＨから下限角度δＬまでの回動角度範囲で、超音波素子アレイ４３の傾斜角度を制御する例を示した。これに対して、第一連結部３１の第一角度変更部３１３Ｂや第二連結部３２の第二角度変更部３２３Ｂが物理的に回動角度範囲外への回動が規制される構成としてもよい。例えば、第一回動軸３１３Ａに突起が設けられ、当該突起が第一ユニット４Ａの筐体４１に当接することで、第一回動軸３１３Ａの回動が規制される構成等が例示できる。
また、上記各実施形態において、第一角度変更部３１３Ｂや第二角度変更部３２３Ｂは、モーターを含んで構成され、角度制御部７４の制御によりモーターを駆動させることで、超音波素子アレイ４３の傾斜角度δが変更される例を示したが、これに限定されない。
例えば、第一回動軸３１３Ａや第二回動軸３２３Ａと同軸となる操作つまみ等が設けられ、手動により超音波素子アレイ４３の傾斜角度δが変更可能な構成としてもよい。
例えば、第一回動軸３１３Ａや第二回動軸３２３Ａと同軸となる操作つまみ等が設けられ、手動により超音波素子アレイ４３の傾斜角度δが変更可能な構成としてもよい。
また、上記各実施形態では、各筐体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが互いに連結されることで、超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃが筐体４１Ａを介して角度を可変として連結される例を示した。これに対して、各超音波素子アレイ（超音波センサー）が直接回動部を介して角度を可変として連結されていてもよい。
第一実施形態や第二実施形態において、３つの超音波素子アレイ４３のうちの中央に配置された第一超音波素子アレイ４３Ａが常に生体Ｍの表皮に対して略平行に維持され、表皮の法線方向に略沿って超音波の送受信を行う構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、Ｘ１方向の−Ｘ１側の端部に位置する第二超音波素子アレイ４３Ｂが、常に生体Ｍの表皮に対して略平行に維持され、Ｘ１方向の中央に配置された第一超音波素子アレイ４３Ａと、＋Ｘ１側の端部に配置された第三超音波素子アレイ４３Ｃとの傾斜角度δが変更される構成などとしてもよい。
例えば、Ｘ１方向の−Ｘ１側の端部に位置する第二超音波素子アレイ４３Ｂが、常に生体Ｍの表皮に対して略平行に維持され、Ｘ１方向の中央に配置された第一超音波素子アレイ４３Ａと、＋Ｘ１側の端部に配置された第三超音波素子アレイ４３Ｃとの傾斜角度δが変更される構成などとしてもよい。
上記各実施形態では、各超音波素子アレイ４３において、Ｚ２方向への超音波の送受信（リニアスキャン）を実施させる例を示したが、これに限定されない。例えば、各超音波素子アレイにおいて、例えば、各超音波送受部４４に対する信号の入出力タイミングをそれぞれ遅延させる（位相制御を行う）ことで、Ｚ２方向に傾斜する方向に超音波を送信（セクタスキャン）させてもよい。このようなセクタスキャンでは、通常、サイドローブの発生等が懸念されるが、上記のように、各超音波素子アレイ４３の傾斜角度δを適宜変更することで、サイドローブの発生を抑えつつ、セクタスキャンによる広範囲に対する超音波測定を実施することが可能となる。
上記第一実施形態及び第二実施形態において、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第二超音波素子アレイ４３Ｂの傾斜角度δと、第一超音波素子アレイ４３Ａに対する第三超音波素子アレイ４３Ｃの傾斜角度δと、を同一の角度に設定する例を示したが、これに限定されず、それぞれ異なる傾斜角度で傾斜させる構成としてもよい。
さらに、この場合、角度制御部７４は、第二超音波素子アレイ４３Ｂと、第三超音波素子アレイ４３Ｃとで、それぞれ異なる上限角度δＨ及び下限角度δＬを設定してもよい。
さらに、この場合、角度制御部７４は、第二超音波素子アレイ４３Ｂと、第三超音波素子アレイ４３Ｃとで、それぞれ異なる上限角度δＨ及び下限角度δＬを設定してもよい。
また、第一実施形態において、上限角度δＨのより好ましい角度として、６０°より小さく、５１．８°以上となる範囲に設定される例を示し、第二実施形態において、上限角度δＨとして、３８．７°とする例を示した。また、第一実施形態において下限角度δＬが式（１）を満たす角度に設定することが好ましいとした。さらには、第三実施形態において、上限角度δＨの好ましい角度として９０°より小さい角度とし、下限角度δＬが式（３）を満たす角度に設定することが好ましいとした。
しかしながら、上記の例は、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向の幅寸法Ｗが同一であるとした場合の例であって、これに限定されるものではない。
しかしながら、上記の例は、各超音波素子アレイ４３のＸ２方向の幅寸法Ｗが同一であるとした場合の例であって、これに限定されるものではない。
すなわち、第一実施形態では、上限角度δＨとして、第二超音波素子アレイ４３Ｂの測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側端部が、第三超音波素子アレイ４３Ｃの＋Ｘ２Ｃ側端部を通る角度δＨ１よりも小さくすればよい。また、当該測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側端部が、生体Ｍの表皮と音響整合部材９との境界において、第一超音波素子アレイ４３Ａの測定領域Ｆ１の＋Ｘ２Ａ側端部と交差する角度δＨ２以上とすればよい。すなわち、上限角度δＨは、δＨ１＞δＨ≧δＨ２の間に設定されることが好ましい。
同様に、第二実施形態においては、上限角度δＨとして、測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側端部が、生体Ｍの表皮と音響整合部材９との筐体において、第一超音波素子アレイ４３Ａの法線Ｎ１と交差する角度δＨ３に設定すればよい。
なお、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨにおいても同様である。
第三実施形態においても同様であり、各超音波素子アレイ４３における測定領域Ｆ１，Ｆ２内に他の超音波素子アレイ４３が含まれないような上限角度δＨが設定されていればよい。
同様に、第二実施形態においては、上限角度δＨとして、測定領域Ｆ２の＋Ｘ２Ｂ側端部が、生体Ｍの表皮と音響整合部材９との筐体において、第一超音波素子アレイ４３Ａの法線Ｎ１と交差する角度δＨ３に設定すればよい。
なお、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨにおいても同様である。
第三実施形態においても同様であり、各超音波素子アレイ４３における測定領域Ｆ１，Ｆ２内に他の超音波素子アレイ４３が含まれないような上限角度δＨが設定されていればよい。
また、下限角度δＬは、第一超音波素子アレイ４３ＡのＸ２方向の幅寸法をＷ１、第二超音波素子アレイ４３ＢのＸ２方向の幅寸法をＷ２として、式（１）の代わりに下記式（４）を満たす角度を設定すればよい。
［数４］
Ｗ１ｃｏｓδＬ＋２Ｗ２ｃｏｓ２δＬ−Ｗ２−２ＤｓｉｎδＬ＝０ …（４）
Ｗ１ｃｏｓδＬ＋２Ｗ２ｃｏｓ２δＬ−Ｗ２−２ＤｓｉｎδＬ＝０ …（４）
なお、この場合、上述した式（３）においても、式（４）の「Ｄ」を、入力された深さ「ｄ」に置き換えた式を用いる。また、第三超音波素子アレイ４３Ｃにおける上限角度δＨにおいても同様である。
第一実施形態及び第二実施形態では、超音波デバイス３に３つの超音波素子アレイ４３が含まれる例、第三実施形態では、超音波デバイス３に２つの超音波素子アレイ４３が含まれる例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波デバイス３に４つ以上の超音波素子アレイ４３が含まれ、これらの超音波素子アレイ４３がＸ１方向に角度を可変として連結される構成としてもよい。
上記第一実施形態において、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを同時に駆動させることで、３つの超音波断層像をリアルタイムで同時に表示させる例を示したが、これに限定されず、各超音波素子アレイ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃを順次駆動させてもよい。
また、取得した超音波断層像を個別に表示させてもよく、各超音波断層像から３次元画像を生成して表示させてもよい。
また、取得した超音波断層像を個別に表示させてもよく、各超音波断層像から３次元画像を生成して表示させてもよい。
上記実施形態では、超音波デバイス３と対象物との間に音響整合部材９を配置していたが、これに限定されず、音響整合部材９を配置しなくてもよい。例えば、生体と略同じ音響インピーダンスを有する水等の媒質内で測定を実施する場合等において、音響整合部材９を設ける必要がない。
また、超音波デバイス３に対して音響整合部材９を固定する固定部材６を備える構成を例示したが、これに限定されず、固定部材６を備えない構成としてもよい。
また、超音波デバイス３に対して音響整合部材９を固定する固定部材６を備える構成を例示したが、これに限定されず、固定部材６を備えない構成としてもよい。
上記実施形態では、超音波トランスデューサー４５として、振動膜４２１Ｂと、当該振動膜を振動させる振動子としての圧電素子４２１Ｃと、を備える構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、圧電素子以外の振動子、例えば、静電アクチュエーター等を備える構成としてもよい。
また、超音波トランスデューサー４５は、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
また、超音波トランスデューサー４５は、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
上記実施形態では、生体内の器官を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機にも本発明を適用することができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、３…超音波デバイス、４…超音波ユニット、４Ａ…第一ユニット、４Ｂ…第二ユニット、４Ｃ…第三ユニット、６…固定部材、７…制御装置、９…音響整合部材、３１…第一連結部、３２…第二連結部、４１…筐体、４１Ａ…筐体、４１Ｂ…筐体、４１Ｃ…筐体、４２…超音波センサー、４２Ａ…第一超音波センサー、４２Ｂ…第二超音波センサー、４２Ｃ…第三超音波センサー、４３…超音波素子アレイ、４３Ａ…第一超音波素子アレイ、４３Ｂ…第二超音波素子アレイ、４３Ｃ…第三超音波素子アレイ、４４…超音波送受部、４５…超音波トランスデューサー、７１…送受信制御部、７２…画像形成部、７３…表示制御部、７４…角度制御部、３１１…第一接続片、３１１Ａ…第一支持部、３１２…第二接続片、３１２Ａ…第二支持部、３１３…第一回動部、３１３Ａ…第一回動軸、３１３Ｂ…第一角度変更部、３２１…第三接続片、３２１Ａ…第三支持部、３２２…第四接続片、３２２Ａ…第四支持部、３２３…第二回動部、３２３Ａ…第二回動軸、３２３Ｂ…第二角度変更部、Ｄ…最大深度、Ｆ１…測定領域、Ｆ２…測定領域、Ｆ３…測定領域、Ｆ４…重畳領域。
Claims (7)
- 複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスであって、
複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、
複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、
複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
複数の前記超音波素子アレイは、前記厚み方向及び前記第一方向に交差する第二方向に対して、互いにずれる位置に配置される、
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイとを含み、
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部を備える、
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第一連結部は、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとが互いに干渉しない角度を上限角度とし、９０°よりも小さい角度を下限角度として、前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する、
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
複数の前記超音波素子アレイは、第一超音波素子アレイと第二超音波素子アレイと第三超音波素子アレイとを含み、
前記第一超音波素子アレイと前記第二超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第一連結部と、
前記第一超音波素子アレイと前記第三超音波素子アレイとの角度を可変として連結する第二連結部と、
を備える、ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第一連結部及び前記第二連結部の少なくともいずれか一方は、隣り合う前記超音波素子アレイが互いに干渉しない角度を上限角度とし、６０°よりも小さい角度を下限角度として、前記隣り合う前記超音波素子アレイの角度を可変として連結する、
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 複数の超音波送受部を有する複数の超音波素子アレイが互いの角度を可変として連結された超音波デバイスを備える超音波測定装置であって、
複数の前記超音波送受部は、前記超音波素子アレイの厚み方向と交差する第一方向に配置され、
複数の前記超音波素子アレイは、前記第一方向に連結され、
複数の前記超音波素子アレイの互いの角度を変化させる角度変更部を備える、
ことを特徴とする超音波測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016145152A JP2018015035A (ja) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | 超音波デバイス、及び超音波測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016145152A JP2018015035A (ja) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | 超音波デバイス、及び超音波測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018015035A true JP2018015035A (ja) | 2018-02-01 |
Family
ID=61075090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016145152A Pending JP2018015035A (ja) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | 超音波デバイス、及び超音波測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018015035A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019232451A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Matt Mcgrath Design & Co, Llc | Method of medical imaging using multiple arrays |
-
2016
- 2016-07-25 JP JP2016145152A patent/JP2018015035A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019232451A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Matt Mcgrath Design & Co, Llc | Method of medical imaging using multiple arrays |
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