JP2018118035A - 超音波診断装置、超音波プローブおよび超音波診断支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して短時間でデータを転送できる。【解決手段】本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、通信制御部とを含む。超音波プローブは、第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って二次元配列された複数の超音波振動子を有する。通信制御部は、前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第１の列遅延データと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第２の列遅延データとを、前記超音波プローブに送信する。前記超音波プローブは、前記送信された前記第１の列遅延データと前記第２の列遅延データとを用いて、前記複数の超音波振動子のそれぞれの遅延量を設定する設定部をさらに有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置、超音波プローブおよび超音波診断支援プログラムに関する。

超音波診断装置は、対象物（患者）に対し超音波を送信し、その対象物内からの反射波（エコー）を受信して対象物内を画像化するものであり、近年では２次元アレイ式超音波プローブが主に用いられる。
２次元アレイプローブは、格子状に２次元配列された多数の超音波振動子（単に素子ともいう）を有するため、全素子を超音波診断装置本体から直接駆動して超音波の送受信を制御することは難しい。よって、素子をサブアレイに分割し、サブアレイごとの部分的な遅延加算を行う専用のＩＣ（ＡＳＩＣ）が超音波プローブ内に備えられる。
サブアレイ内の各素子に関する遅延パターンの設定は、ブランキング時間と称される、エコー信号の受信期間終了から次の超音波の送信タイミングまでの間に行われる必要がある。

特開２０１２−１５２４３２号公報 特開２０１０−１８７８３３号公報

超音波プローブが、例えば典型的なセクタタイプの場合、各素子の遅延パターンに関する通信データ量は少ないためブランキング時間で超音波送信のためのデータ送信を完了することができる。しかし、リニア型のような大面積・大規模な２次元アレイプローブの場合、各素子の遅延パターンに関する通信データ量が数十倍となるため、その分の転送時間が必要となる。より短時間で各素子の遅延パターンに関するデータを送信するためには、高速通信を行うか、データ転送レーンを著しく拡張する必要がある。
しかし、高速通信を行うには、ＣＰＵのクロック周波数を上げるなど回路規模を増大させなければならない。また、データレーンを拡張するには、ケーブルの本数を増加させなければならない。よって、それぞれ現実的な解決策とはいえない。

本実施形態の目的は、従来に比して短時間でデータを転送できる超音波診断装置、超音波プローブおよび超音波診断支援プログラムを提供することにある。

本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、通信制御部とを含む。超音波プローブは、第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って二次元配列された複数の超音波振動子を有する。通信制御部は、前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第１の列遅延データと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第２の列遅延データとを、前記超音波プローブに送信する。前記超音波プローブは、前記送信された前記第１の列遅延データと前記第２の列遅延データとを用いて、前記複数の超音波振動子のそれぞれの遅延量を設定する設定部をさらに有する。

本実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図。 超音波プローブの構成を示すブロック図。 送受信ＩＣの構成を示すブロック図。 サブアレイユニットの構成を示すブロック図。 ブランキング時間の概念を示す図。 送受信ＩＣにおいて計算される各素子の遅延量の算出に関する概念図。 本実施形態で想定する素子の２次元配列の一例を示す図。 本実施形態に係る超音波診断装置の遅延量設定処理を示すフローチャート。 従来手法と本実施形態に係る超音波診断装置での処理との第１の比較結果を示す図。 従来手法と本実施形態に係る超音波診断装置での処理との第２の比較結果を示す図。 図１０におけるメインビームの音圧強度の拡大図。 第２の実施形態に係る通信制御回路における送信開口の設定の一例を示す図。 実施形態の変形例に係る列遅延データについて説明する図。 ＭＵＴ（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子が２次元配列される場合の遅延量の計算について説明する図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る超音波診断装置を図１のブロック図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示されるように、超音波診断装置１は、本体装置１０および超音波プローブ３０を含む。本体装置１０は、ネットワーク１００を介して外部装置４０と接続される。また、本体装置１０は、表示機器５０および入力装置６０と接続される。なお、以下の図では、実線がアナログ信号を示し、破線がデジタル信号を示す。

超音波プローブ３０は、複数の超音波振動子（以下、単に素子ともいう）、素子に設けられる整合層、及び素子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。超音波プローブ３０は、本体装置１０と着脱自在に接続される。超音波プローブ３０の詳細については、後述する。

図１に示される本体装置１０は、超音波プローブ３０が受信した反射波信号に基づいて超音波画像を生成する装置である。本体装置１０は、図１に示すように、超音波送信回路１１、超音波受信回路１２、Ｂモード処理回路１３、ドプラ処理回路１４、３次元処理回路１５、表示処理回路１６、内部記憶回路１７、画像メモリ１８（シネメモリ）、画像データベース１９、入力インタフェース回路２０、通信インタフェース回路２１および制御回路２２を含む。

超音波送信回路１１は、超音波プローブ３０に駆動信号を供給するプロセッサである。超音波送信回路１１は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路、及びパルサ回路等により実現される。トリガ発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、超音波プローブ３０から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な素子毎の送信遅延時間を、トリガ発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ３０に駆動信号（駆動パルス）を印加する。遅延回路により各レートパルスに対し与える送信遅延時間を変化させることで、素子面からの送信方向が任意に調整可能となる。

超音波受信回路１２は、超音波プローブ３０が受信した反射波信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成するプロセッサである。超音波受信回路１２は、例えば、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、受信遅延回路、及び加算器等により実現される。アンプ回路は、超音波プローブ３０が受信した反射波信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行なう。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な受信遅延時間を与える。加算器は、受信遅延時間が与えられた複数のデジタル信号を加算する。加算器の加算処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。

Ｂモード処理回路１３は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に基づき、Ｂモードデータを生成するプロセッサである。Ｂモード処理回路１３は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に対して包絡線検波処理、及び対数増幅処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（以下、Ｂモードデータ）を生成する。生成されたＢモードデータは、超音波走査線上のＢモードＲＡＷデータとして不図示のＲＡＷデータメモリに記憶される。なお、ＢモードＲＡＷデータは、後述の内部記憶回路１７に記憶されてもよい。

ドプラ処理回路１４は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に基づき、ドプラ波形、及びドプラデータを生成するプロセッサである。ドプラ処理回路１４は、受信信号から血流信号を抽出し、抽出した血流信号からドプラ波形を生成すると共に、血流信号から平均速度、分散、及びパワー等の情報を多点について抽出したデータ（以下、ドプラデータ）を生成する。

３次元処理回路１５は、Ｂモード処理回路１３、及びドプラ処理回路１４により生成されたデータに基づき、２次元の画像データまたは３次元の画像データ（以下、ボリュームデータともいう）を生成可能なプロセッサである。３次元処理回路１５は、ＲＡＷ−ピクセル変換を実行することで、ピクセルから構成される２次元画像データを生成する。

また、３次元処理回路１５は、ＲＡＷデータメモリに記憶されたＢモードＲＡＷデータに対し、空間的な位置情報を加味した補間処理を含むＲＡＷ−ボクセル変換を実行することで、所望の範囲のボクセルから構成されるボリュームデータを生成する。３次元処理回路１５は、発生したボリュームデータに対してレンダリング処理を施し、レンダリング画像データを生成する。以下、ＢモードＲＡＷデータ、２次元画像データ、ボリュームデータおよびレンダリング画像データを総称して超音波データとも呼ぶ。

表示処理回路１６は、３次元処理回路１５において発生された各種画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度（ブライトネス）、コントラスト、γカーブ補正、及びＲＧＢ変換等の各種処理を実行することで、画像データをビデオ信号に変換する。表示処理回路１６は、ビデオ信号を表示機器５０に表示させる。なお、表示処理回路１６は、操作者が入力インタフェース回路２０により各種指示を入力するためのユーザインタフェース（ＧＵＩ：Graphical User Interface）を生成し、ＧＵＩを表示機器５０に表示させてもよい。表示機器５０としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

内部記憶回路１７は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。内部記憶回路１７は、本実施形態に係る遅延量設定方法に関する制御プログラム、超音波送受信を実現するための制御プログラム、画像処理を行うための制御プログラム、及び表示処理を行なうための制御プログラム等を記憶している。また、内部記憶回路１７は、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラム、及び映像化に用いるカラーデータの範囲を診断部位毎に予め設定する変換テーブル等のデータ群を記憶している。また、内部記憶回路１７は、生体内の臓器の構造に関する解剖学図譜、例えば、アトラスを記憶してもよい。

また、内部記憶回路１７は、入力インタフェース回路２０を介して入力される記憶操作に従い、３次元処理回路１５で発生された２次元画像データ、ボリュームデータ、レンダリング画像データを記憶する。なお、内部記憶回路１７は、入力インタフェース回路２０を介して入力される記憶操作に従い、３次元処理回路１５で発生された２次元画像データ、ボリュームデータ、レンダリング画像データを、操作順番及び操作時間を含めて記憶してもよい。内部記憶回路１７は、記憶しているデータを、通信インタフェース回路２１を介して外部装置へ転送することも可能である。

画像メモリ１８は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。画像メモリ１８は、入力インタフェース回路２０を介して入力されるフリーズ操作直前の複数フレームに対応する画像データを保存する。画像メモリ１８に記憶されている画像データは、例えば、連続表示（シネ表示）される。

画像データベース１９は、外部装置４０から転送される画像データを記憶する。例えば、画像データベース１９は、外部装置４０に保存される過去の診察において取得された同一患者に関する過去の医用画像データを受け取って記憶する。過去の医用画像データには、超音波画像データ、ＣＴ（Computed Tomography）画像データ、ＭＲ画像データ、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）−ＣＴ画像データ、ＰＥＴ−ＭＲ画像データおよびＸ線画像データが含まれる。

なお、画像データベース１９は、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなどの記憶媒体（メディア）に記録された画像データを読み込むことで、所望の画像データを格納してもよい。

入力インタフェース回路２０は、入力装置６０を介して、ユーザからの各種指示を受け付ける。入力装置６０は、例えば、マウス、キーボード、パネルスイッチ、スライダースイッチ、トラックボール、ロータリーエンコーダ、操作パネルおよびタッチコマンドスクリーン（ＴＣＳ）である。入力インタフェース回路２０は、例えばバスを介して制御回路２２に接続され、操作者から入力される操作指示を電気信号へ変換し、電気信号を制御回路２２へ出力する。なお、本明細書において入力インタフェース回路２０は、マウス及びキーボード等の物理的な操作部品と接続するものだけに限られない。例えば、超音波診断装置１とは別体に設けられた外部の入力機器から入力される操作指示に対応する電気信号を無線信号として受け取り、この電気信号を制御回路２２へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース回路２０の例に含まれる。例えば、操作者のジェスチャによる指示に対応する操作指示を無線信号として送信できるような外部の入力機器でもよい。

通信インタフェース回路２１は、ネットワーク１００等を介して外部装置４０と接続され、外部装置４０との間でデータ通信を行う。外部装置４０は、例えば、各種の医用画像のデータを管理するシステムであるＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）のデータベース、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムのデータベース等である。また、外部装置４０は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置、及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、核医学診断装置、及びＸ線診断装置等、本実施形態に係る超音波診断装置１以外の各種医用画像診断装置である。なお、外部装置４０との通信の規格は、如何なる規格であっても良いが、例えば、ＤＩＣＯＭ（digital imaging and communication in medicine）が挙げられる。

制御回路２２は、例えば、超音波診断装置１の中枢として機能するプロセッサである。制御回路２２は、内部記憶回路１７に記憶されている制御プログラムを実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。具体的には、制御回路２２は、列遅延データ生成機能１０１を実行する。

列遅延データ生成機能１０１を実行することで、制御回路２２は、２次元配列された素子に関する列遅延データを生成する。列遅延データ及びその生成については、図６を参照して後述する。また、制御回路２２は、システム全体の遅延に関するサブアレイ単位の遅延時間（サブアレイ遅延データ）を生成し、サブアレイ遅延データをアナログ信号として超音波送信回路１１に転送する。

なお、列遅延データ生成機能１０１は、制御プログラムとして組み込まれていてもよいし、制御回路２２自体または本体装置１０に、各機能を実行可能な専用のハードウェア回路が組み込まれていてもよい。

制御回路２２は、これら専用のハードウェア回路を組み込んだ特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Logic Device：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、又は単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されてもよい。

次に、本実施形態に係る超音波プローブ３０の構成について図２のブロック図を参照して説明する。
超音波プローブ３０は、接続部２００（ＰＯＤともいう）と、ケーブル２３０と、プローブ本体２５０（ＨＥＡＤともいう）とを含む。

接続部２００は、本体装置１０に接続されるコネクタ部分であり、通信制御回路２０１と記憶回路２０２とを含む。プローブ本体２５０は、複数の送受信ＩＣ２５１と、複数の素子２５２を含む。
通信制御回路２０１は、本体装置１０の超音波送信回路１１から列遅延データを受け取り、列遅延データを記憶回路２０２に格納する。通信制御回路２０１は、ケーブル２３０を介して、プローブ本体２５０に列遅延データを送信する。
記憶回路２０２は、例えばメモリであり、列遅延データを受け取って格納する。
複数の送受信ＩＣ２５１はそれぞれ、通信制御回路２０１から列遅延データを、超音波送信回路１１から駆動信号を受け取る。複数の送受信ＩＣ２５１はそれぞれ、列遅延データおよび駆動信号に基づいて、自身が制御を行うサブアレイごとの素子の遅延量を設定し、超音波の送受信を所定のタイミングで制御する。

複数の素子２５２は、送受信ＩＣ２５１により各素子の遅延量が設定され、遅延量に応じたタイミングで、駆動信号に基づき発生した超音波が生体Ｐに向けて送信される。
超音波プローブ３０から生体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、生体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波として複数の素子２５２にて受信される。受信される反射波の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁などの表面で反射された場合の反射波は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。超音波プローブ３０は、生体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換して、本体装置１０に送信する。

次に、送受信ＩＣ２５１の構成について図３のブロック図を参照して説明する。
送受信ＩＣ２５１は、ＩＣ制御回路３０１および複数のサブアレイユニット３５０を含む。

ＩＣ制御回路３０１は、遅延量設定機能３０２を実行する。遅延量設定機能３０２を実行することで、ＩＣ制御回路３０１は、通信制御回路２０１から取得した列遅延データからサブアレイごとにサブアレイに属する各素子の遅延量を計算し、複数のサブアレイユニット３５０にそれぞれ設定する。
複数のサブアレイユニット３５０はそれぞれ、超音波送信回路１１から駆動信号を、ＩＣ制御回路から遅延量をそれぞれ受け取る。複数のサブアレイユニット３５０はそれぞれ、駆動信号および遅延量に基づいて、割り当てられたサブアレイ内の素子の超音波送受信のタイミングを制御する。

次に、サブアレイユニット３５０の詳細について図４のブロック図を参照して説明する。
各サブアレイユニット３５０は、加算回路３５１と複数の素子送受信回路３５２とを含む。素子送受信回路３５２は、チャンネルごとに存在する。素子送受信回路３５２は、遅延回路４０１と、送信増幅回路４０２と、送受分離回路４０３と、受信増幅回路４０４とを含む。

加算回路３５１は、遅延回路４０１により遅延処理された受信信号を加算する。
遅延回路４０１は、ＩＣ制御回路３０１から遅延量を、超音波送信回路１１から駆動信号を、受信増幅回路４０４から振動子からの受信信号をそれぞれ受け取り、送受信信号に対して遅延量を設定する。
送信増幅回路４０２は、遅延回路４０１から駆動信号を受け取り、駆動信号を増幅する。
送受分離回路４０３は、送信に関する駆動信号と、素子で受信したエコー信号とを分離する。
受信増幅回路４０４は、送受分離回路４０３からエコー信号を受け取り、エコー信号を増幅する。

（各素子の遅延時間の設定処理）
次に、本実施形態に係る超音波診断装置によって実現される、各素子の遅延時間の設定について説明する。この設定処理では、第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って複数の素子が配列された二次元アレイプローブを用いる場合において、ブランキング時間内に、各方向について素子列単位で決定された遅延データ（列遅延データ）を本体装置１０から超音波プローブ３０に転送する。超音波プローブ３０は、本体装置１０から受け取った各方向についての素子列毎の遅延データ、及びサブアレイ毎の遅延データを用いて、同一のブランキング時間内に、加算処理で各素子の遅延量を設定することで素子ごとの遅延時間を設定する。これにより、短時間に大規模な２次元アレイ用の遅延データの設定を実現するものである。

まず、図５および図６を用いて、各素子の遅延時間の設定処理の概略について説明する。
図５は、ブランキング時間と、各ブランキング時間内に実行される遅延時間の設定のための各処理のタイミングを説明するための図である。同図の最上段のタイミングチャートは、本超音波診断装置１の超音波の送受信間隔（ＰＲＩ：Pulse Repetition Interval）を示している。送受信から次の送受信までの間の期間Ｔがブランキング時間に相当する。超音波診断装置１では、各ブランキング時間内に、次に送受信すべき２次元アレイ用データ（単にデータともいう）の本体装置１０から超音波プローブ３０への転送処理、及び超音波プローブ３０における各素子の遅延時間の設定処理を終える必要がある。

なお、図５においては、本体装置１０から超音波プローブ３０への転送期間に含まれるものとして本体装置１０から接続部（ＰＯＤ）への転送期間５０１及び接続部からプローブ本体（ＨＥＡＤ）への転送期間５０２を、超音波プローブ３０における各素子の遅延時間の設定処理に対応するものとしてプローブ本体２５０内での転送処理期間５０３を、それぞれ示してある。

図６は、各方向について列遅延データ、及びサブアレイ毎のサブアレイ遅延データの計算手法を説明するための図である。同図において、各マス目は２次元配列された素子位置６０１に対応しており、説明を簡単にするため、１０×１０素子の１００個の素子を例示している。各素子には、ｘ方向に（０〜９）のアドレスが振られ、ｙ方向に（０〜９）のアドレスが振られ、各素子がｘ座標およびｙ座標で定義できる。例えば、一番左上にある素子のアドレスは（０，０）であり、一番右下にある素子のアドレスは（９，９）である。

また、５×５素子が１つのサブアレイ６０２として定義され、サブアレイ６０２おける中心の素子をサブアレイ位置６０３とする。すなわち、図６の例では４つのサブアレイ６０２が存在する。 生体Ｐのフォーカス点に対する各素子の遅延量を計算するにあたり、フォーカス点の座標を（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）、サブアレイ位置の座標を（ｘｓ，ｙｓ）、および素子位置の座標（ｘｅ，ｙｅ）と定義する。フォーカス点に対するサブアレイ遅延データｄｓは、制御回路２２において、式（１）に従って計算される。

また、フォーカス点に対するｘ方向の列遅延データｄｘ、ｙ方向の列遅延データｄｙは、列遅延データ生成機能１０１において、式（２）および式（３）に従ってそれぞれ計算される。

ここで、列遅延データｄｘは、ｙ方向に配列された素子の列ごとに決定される遅延量であり、列内の素子では同一の遅延量が用られる。同様に、列遅延データｄｙは、ｙ方向に配列された素子の列ごとに決定される遅延量である。

上記計算に従えば、同一列内の素子では同一の遅延量が用いられることになる。例えば、ｘ座標が「０」の列、すなわち（０，０）〜（０，９）の素子で構成される列は、同一の列遅延データが与えられる。

フォーカス点に対する各サブアレイ遅延データｄｓ、ｘ方向に関する各列遅延データｄｘ、ｙ方向に関する各列遅延データｄｙの計算は、超音波送受信が開始される前に、所定のタイミングで実行され記憶される。列遅延データ生成機能１０１は、当該送信に使用されるべきｘ方向に関する列遅延データｄｘ、ｙ方向に関する列遅延データｄｙを、図５に示した転送期間５０１において接続部２００（ＰＯＤ）に転送し、通信制御回路２０１は、受け取ったｘ方向に関する列遅延データｄｘ、ｙ方向に関する列遅延データｄｙを図５に示した転送期間５０２においてプローブ本体２５０（ＨＥＡＤ）に転送する。

プローブ本体２５０（ＨＥＡＤ）内の送受信ＩＣ２５１は、図５に示したプローブ本体２５０内での転送処理期間５０３において、各素子のアドレスに応じたｘ方向の列遅延データｄｘおよびｙ方向の列遅延データｄｙを加算した値を用いて、サブアレイ内の各素子について遅延量を設定する。送受信ＩＣ２５１は、設定された遅延時間に応じて、素子２５２からの超音波の送受信を制御すればよい。例えば、図６に示した素子位置（１，３）については、ｘ方向２列目（ｘ方向のアドレスが１）の列遅延データｄｘ_１と、ｙ方向４列目（ｙ方向のアドレスが３）の列遅延データｄｙ_３とを加算することで、交点である素子位置（１，３）の遅延量が設定される。素子位置（１，３）の素子を制御する素子送受信回路３５２では、送信時は、本体装置からの駆動信号に算出した素子遅延量に基づいて遅延を掛け、当該素子から超音波を発生させる。受信時は、素子２５２からの受信信号を受信増幅回路４０４で増幅し、算出した遅延量に基づいた遅延を掛けて加算回路３５１に出力する。加算回路３５１の出力は、本体装置１０の超音波受信回路１２でサブアレイ遅延ｄｓに基づくシステム遅延が掛けられ、さらに加算処理されて超音波ビームが形成される。

以上が本実施形態に係る遅延時間の設定の概要であるが、当該内容に拘泥されない。例えば、上述では送信のサブアレイ遅延設定はアナログの駆動信号で行われる場合を想定するが、サブアレイ遅延データをデジタル信号として超音波プローブ３０に送信してもよい。ＩＣ制御回路３０１がサブアレイ遅延データと列遅延データとを用いて素子の遅延時間を計算し、各サブアレイユニット３５０に設定してもよい。

次に、本実施形態で想定する素子の２次元配列の一例について図７を参照して説明する。
図７は、本体装置１０で把握する超音波プローブ内の素子の２次元アレイを示す。素子は、ｘ方向に１００素子、ｙ方向に４０素子の計４０００個が配列される場合を想定する。

サブアレイサイズは、５×５素子である。１つの送受信ＩＣ２５１は、２０×２０素子の入力を有し、４００個の素子の制御を担当する。また、１つの送受信ＩＣ２５１は、４×４のサブアレイ出力を有する。ここでは、ｘ方向に５つ、ｙ方向に２つの計１０個の送受信ＩＣ２５１（ＩＣ０〜ＩＣ９）が配置される場合を想定する。各送受信ＩＣには、データ受信端子とデータ送信端子とがそれぞれ１つ備えられ、ＩＣ１からＩＣ９においては、各出力端子が隣の入力端子に接続される。送受信ＩＣ間では、接続される隣のＩＣにバケツリレー方式でデータが転送される。具体的には、ＩＣ０からＩＣ１にデータが入力されると、前回のクロックでＩＣ１に入力されたデータがＩＣ２に転送され、といった順に逐次転送される。

なお、図７の送受信ＩＣ２５１の配置は、音響アレイ上の配置を示しており、実際には、送受信ＩＣは一平面に配置されずに超音波プローブ内の上下方向に分散して配置され、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を用いてそれぞれの送受信ＩＣ２５１から信号が引き出されることもある。

次に、本実施形態にかかる超音波診断装置の遅延量設定処理について図８のフローチャートを参照して説明する。なお、動作の説明として、図７の２次元アレイに対して処理を行う場合を想定する。

ステップＳ８０１では、本体装置１０の制御回路２２が、１００×４０素子に対して予めｘ方向およびｙ方向の列遅延データ（ｄｘ，ｄｙ）を計算しておき、計算された列遅延データを接続部２００の通信制御回路２０１に送信する。列遅延データは、列遅延データｄｘとして１００列分、すなわちｄｘ［０：９９］と、列遅延データｄｙとして４０列分、すなわちｄｙ［０：３９］とを含む。

ステップＳ８０２では、通信制御回路２０１が、列遅延データを記憶回路２０２に記憶する。通信制御回路２０１は、データ転送のために列遅延データをプローブ本体２５０への格納順（データ転送順）に並び替えてから記憶する。なお、メモリ節約のため、通信制御回路２０１は、データ格納時には本体装置１０から列遅延データを受け取った順に記憶し、データ転送時に記憶回路２０２から列遅延データをデータ転送順に抽出するようにしてもよい。

ステップＳ８０３では、通信制御回路２０１が、送受信アレイのうちデータ転送順の最初の宛先である「ＩＣ９」から順に列遅延データが埋まるように、記憶回路２０２から「ＩＣ９」宛ての列遅延データを読み出して、プローブ本体に列遅延データを送信する。各送受信ＩＣでは、データ受信端子で列遅延データを受信すると、データ送信端子から１クロック前の受信データが出力される。

ステップＳ８０４では、通信制御回路２０１が、全ての送受信ＩＣに列遅延データを送信完了したかどうかを判定する。当該判定は、例えばデータ転送順の最後の宛先である「ＩＣ９」からイネーブル（enable）信号を受け取ったかどうかで判定すればよい。ここでは、「ＩＣ９」宛ての列遅延データである（ｄｘ［８０：９９］，ｄｙ［２０：３９］の４０個の列遅延データ）から順に送信され、「ＩＣ９」宛ての列遅延データの転送が完了すれば、「ＩＣ８」宛ての列遅延データが転送されるといった具合に、「ＩＣ０」宛ての列遅延データである（ｄｘ［０：１９］，ｄｙ［０：１９］）まで順に送信される。
列遅延データの送信が完了した場合、ステップＳ８０５に進み、列遅延データの送信が完了していない場合、ステップＳ８０３に戻り、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ８０５では、送受信ＩＣ２５１が、図６を参照して上述したように、列遅延データに基づいて、各素子の遅延量を設定する。以上で超音波診断装置の遅延量設定処理を終了する。

なお、データレーンを複数に拡張する、すなわちデータ受信端子とデータ送信端子とを複数に拡張することで、列遅延データを並列に転送することができるため、より高速なデータ転送が可能である。

次に、従来手法と本実施形態に係る超音波診断装置での処理との第１の比較結果を図９に示す。
図９は、同一のデータ通信量で制御可能な素子のアレイ規模を示し、図９（ａ）が従来手法により制御可能なアレイ規模である。従来手法では、サブアレイの各素子についての遅延データを通信しているため、例えばサブアレイが２０×２０素子であれば、４００個の遅延データが必要となる。

一方、図９（ｂ）が本実施形態に係る転送方法との比較により制御可能なアレイ規模である。本実施形態に係る超音波診断装置では、ｘ方向およびｙ方向にそれぞれ２０個の列遅延データがあれば、１つサブアレイの全素子について遅延量を算出できるため、２０＋２０＝４０個の遅延データがあればよい。つまり、従来手法のデータ通信量と同一の通信量の場合、サブアレイ１０個分の素子に関する遅延量を通信できる。よって、従来に比して制御可能なアレイ規模を飛躍的に向上させることができる。

次に、従来手法と本実施形態に係る超音波診断装置での処理との第２の比較結果を図１０に示す。
図１０（ａ）は、チャンネルごとに遅延量を計算した従来手法によるエコー信号の音圧強度を示し、図１０（ｂ）は、本実施形態に係る超音波診断装置によるエコー信号の音圧強度を示す。縦軸がアジマス方向の角度を示し、横軸がエレベーション方向の角度を示す。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを比較すると、図１０（ｂ）の方が４５度方向のグレーティングローブが多少増加しているが、元々小さいレベルであるため影響は小さい。よって、本実施形態に係る超音波診断装置においても、チャンネルごとに遅延量を計算した従来手法と比較して同等の精度を維持していることが分かる。

次に、図１０におけるメインビームの音圧強度の拡大図を図１１に示す。
図１１（ａ）は、従来手法による結果を示し、図１１（ｂ）は、本実施形態に係る超音波診断装置による結果を示す。図１１（ａ）と（ｂ）とを比較しても音圧の低下はほぼ無く、サイドローブにもほとんど影響がない。よって、本実施形態に係る超音波診断装置の遅延量設定方法は、従来手法と比しても分解能に影響はないといえる。

以上に示した第１の実施形態によれば、２次元アレイの２方向の列遅延データを超音波プローブに転送し、プローブ側で単純な加算処理で各素子の遅延量を設定することで、短時間に大規模な２次元アレイ用の遅延データを設定することができる。すなわち、アレイ規模が増加してもブランキング時間内に２次元アレイ制御用データのプローブ本体への転送を完了することができる。
なお、本実施形態に係る超音波診断装置は、システムのチャネル数が増加した場合などアレイ構造が大規模になるほど、データ通信量の低減効果がさらに向上する点で実益がある。

（第２の実施形態）
列遅延データによる遅延量の設定方法を用いて送信開口を設定することもできる。
第２の実施形態に係る通信制御回路における送信開口の設定について図１２を参照して説明する。
図１２は、図７と同様のアレイ構造を示し、送信に用いる素子の領域を示す送信開口１２０１を併せて示す。

本体装置１０は、第１の実施形態に係る列遅延データ（ｄｘ，ｄｙ）に加えて、ｙ方向に沿った素子の列ごとに、超音波送信に関するオンオフ（on/off）データａｘ（第１のオンオフデータ）と、ｘ方向に沿った素子の列ごとに、超音波送信に関するオンオフ（on/off）データａｙ（第２のオンオフデータ）とを通信制御回路２０１にさらに送信する。オンオフデータ（ａｘ，ａｙ）は、例えば１ビットで表せばよく、自身の列が超音波送信に用いられる場合は「１」とし、超音波送信に用いられない場合は「０」とした情報であればよい。列遅延データｄｘ［０：９９］とｄｙ［０：３９］とに加え、第１のオンオフデータとして１００列分、すなわちａｘ［０：９９］と、第２のオンオフデータとして４０列分、すなわちａｙ［０：３９］とが送信される。

通信制御回路２０１は、記憶回路２０２に列遅延データとオンオフデータ（ａｘ，ａｙ）とを記憶する。
通信制御回路２０１は、第１の実施形態と同様に、ＩＣ９宛てのオンオフデータａｘ，ａｙと列遅延データとから順に送受信ＩＣ２５１に送信する。具体的には、（ａｘ［８０：９９］，ａｙ［２０：３９］，ｄｘ［８０：９９］，ｄｙ［２０：３９］）から順に（ａｘ［８０：９９］，ａｙ［２０：３９］，ｄｘ［０：１９］，ｄｙ［０：１９］）まで送信する。

送受信ＩＣ２５１は、オンオフデータａｘとオンオフデータａｙとの乗算（ビット演算のＡＮＤ演算）ａｘ＊ａｙを行うことにより、超音波送信に用いる素子を設定することができる。具体的には、オンオフデータａｘとオンオフデータａｙとのＡＮＤ演算を行い、値が「１」、すなわちオンオフデータａｘとオンオフデータａｙとが共に「１」である場合のみ、該当する素子を超音波送信に用いると設定すればよい。２次元アレイの全素子についてＡＮＤ演算を行うことにより、送信開口１２０１を得ることができる。

以上に示した第２の実施形態によれば、ｘ方向（アジマス方向）およびｙ方向（エレベーション方向）におけるオンオフデータを送信し、超音波プローブ本体でＡＮＤ演算を行う。これによって、従来に比して、チャンネルごとの送信開口を設定するためのデータを短時間で超音波プローブに転送できる。

なお、上述の実施形態では、通信制御回路２０１および記憶回路２０２は、本体装置１０に接続される接続部に含まれる場合について説明したが、これに限らず、通信制御回路２０１および記憶回路２０２は、本体装置１０に含まれてもよい。
また、本実施形態に係る本体装置１０に含まれる構成と通信制御回路２０１および記憶回路２０２とが、プローブ本体２５０内に含まれてもよい。この場合、プローブ本体２５０は、超音波画像を表示するための表示機器５０（ディスプレイ、タブレット端末、スマートフォンなど）と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）または無線で接続されてもよい。

（実施形態の変形例）
上述の実施形態では、列遅延データとして、素子の配列方向にそった列遅延データｄｘ及びｄｙが用いられることを想定しているが、これに限らず、対角線の列遅延データを更に用いて遅延量を算出してもよい。
列遅延データ生成機能１０１は、上述の列遅延データの右上がりの対角線上に存在する素子の列に関する列遅延データ（ｄｒ）と左上がりの対角線上に存在する素子の列に関する列遅延データ（ｄｌ）を計算すればよい。

具体例として、４つの列遅延データについて図１３を参照して説明する。図１３は、図６に示すサブアレイ６０２の１つを示す。
ここで、便宜上、列遅延データｄｒについて、アドレス（０，０）の素子が存在する対角線の列遅延データはｄｒ_０、アドレス（０，１）及び（１，０）の素子が存在する対角線の列遅延データはｄｒ_１、といった基準で名付ける。同様に、列遅延データｄｌについて、アドレス（０，４）の素子が存在する対角線上の列遅延データは、ｄｌ_０、アドレス（０，３）及び（１，４）の素子が存在する対角線の列遅延データは、ｄｌ_１といった基準で名付ける。

送受信ＩＣ２５１は、各素子のアドレスに応じた４つの列遅延データｄｘ、ｄｙ、ｄｒ及びｄｌを加算した値を用いて、サブアレイ内の各素子について遅延量を設定すればよい。
具体的に、アドレス（１，３）の素子の遅延量を求める場合を想定する。送受信ＩＣ２５１は、列遅延データｄｘ_１、列遅延データｄｙ_３、対角線の列遅延データｄｒ_４、及び対角線の列遅延データｄｌ_３を加算した値を用いて、サブアレイ内の各素子について遅延量を設定すればよい。
このように、４方向の列遅延データを用いて遅延量が計算されることで、２つの列遅延データを用いる場合と比較して、より高精度に遅延量を推定できる。
なお、列遅延データｄｘ及びｄｙを用いずに、列遅延データｄｒ及びｄｌの２つの列遅延データを加算して素子の遅延量を計算してもよい。

また、上述の実施形態では、複数の素子が四角形状に２次元配列された場合を例に説明したが、これに限られない。
例えば、半導体プロセスにより、複数のＭＵＴ（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子がそれぞれ六角形状に形成される場合であってもよい。
ＭＵＴ素子は、ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ＭＵＴ：静電容量型トランスデューサ）素子、又はＰＭＵＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＭＵＴ：圧電型トランスデューサ）素子のいずれも可能である。

六角形状のＭＵＴ素子が２次元配列される場合の遅延量の計算について、図１４を参照して説明する。
図１４は、六角形状のＭＵＴ素子１４０１の配列パターンを示す。説明の便宜上、ｘ方向及びｙ方向を定義し、それぞれＭＵＴ素子に識別子（ＩＤ）を定義する。
例えば、斜線で示されたＩＤ「５」のＭＵＴ素子１４０１の遅延量を求める場合、送受信ＩＣ２５１は、３方向の列遅延データを加算することで算出されればよい。具体的には、１つ目は、ｙ方向に存在するＭＵＴ素子１４０１（ＩＤ＝４，５，６，７）に関する列遅延データｄ１である。２つ目は、右上がりの列方向に存在するＭＵＴ素子１４０１（ＩＤ＝２，５，８）に関する列遅延データｄ２である。３つ目は、左上がりの列方向に存在するＭＵＴ素子１４０１（ＩＤ＝１，５，９）に関する列遅延データｄ３である。
なお、図１４に示すような複数のＭＵＴ素子がまとまって図６に示す１つの素子の役割を担う場合は、当該１つの素子に対し、上述の実施形態に従った列遅延データｄｘ及びｄｙ（４方向であればｄｘ、ｄｙ、ｄｒ及びｄｌ）を用いて遅延量が計算されればよい。

上述の実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１・・・超音波診断装置、１０・・・本体装置、１１・・・超音波送信回路、１２・・・超音波受信回路、１３・・・Ｂモード処理回路、１４・・・ドプラ処理回路、１５・・・次元処理回路、１６・・・表示処理回路、１７・・・内部記憶回路、１８・・・画像メモリ、１９・・・画像データベース、２０・・・入力インタフェース回路、２１・・・通信インタフェース回路、２２・・・制御回路、３０・・・超音波プローブ、４０・・・外部装置、５０・・・表示機器、６０・・・入力装置、１００・・・ネットワーク、１０１・・・列遅延データ生成機能、２００・・・接続部（ＰＯＤ）、２０１・・・通信制御回路、２０２・・・記憶回路、２３０・・・ケーブル、２５０・・・プローブ本体（ＨＥＡＤ）、２５１・・・送受信ＩＣ、２５２・・・素子、３０１・・・ＩＣ制御回路、３０２・・・遅延量設定機能、３５０・・・サブアレイユニット、３５１・・・加算回路、３５２・・・素子送受信回路、４０１・・・遅延回路、４０２・・・送信増幅回路、４０３・・・送受分離回路、４０４・・・受信増幅回路、５０１，５０２・・・転送期間、５０３・・・転送処理期間、６０１・・・素子位置、６０２・・・サブアレイ、６０３・・・サブアレイ位置、１２０１・・・送信開口、１４０１・・・ＭＵＴ素子。

Claims (8)

1. 第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って二次元配列された複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、
   前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第１の列遅延データと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第２の列遅延データとを、前記超音波プローブに送信する通信制御部と、を具備し、
   前記超音波プローブは、前記送信された前記第１の列遅延データと前記第２の列遅延データとを用いて、前記複数の超音波振動子のそれぞれの遅延量を設定する設定部をさらに有する超音波診断装置。
2. 前記設定部は、サブアレイごとに、当該サブアレイに属する超音波振動子のアドレスに対応する列の第１の列遅延データと第２の列遅延データとを加算して各超音波振動子の遅延量を設定し、
   前記超音波プローブは、前記サブアレイのシステム遅延に関するサブアレイ遅延と前記遅延量とに基づいて、前記複数の超音波振動子から超音波を送信及び受信する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記通信制御部は、前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの超音波送信に関する第１のオンオフデータと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの前記超音波送信に関する第２のオンオフデータとを、前記超音波プローブにさらに送信し、
   前記設定部は、前記第１のオンオフデータと前記第２のオンオフデータとを用いて、前記超音波プローブの前記超音波送信に関する送信開口を設定する請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記設定部は、サブアレイに属する各素子の行列アドレスに対応する前記第１のオンオフデータと前記第２のオンオフデータとを乗算することで、前記送信開口を設定する請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記通信制御部は、超音波診断装置本体から受信した前記第１の列遅延データおよび前記第２の列遅延データを、前記超音波プローブに格納される順に並び替える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って二次元配列された複数の超音波振動子と、
   前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第１の列遅延データと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第２の列遅延データとを用いて、前記複数の超音波振動子のそれぞれの遅延量を設定する設定部と、
   を具備する超音波プローブ。
7. 前記超音波プローブは、前記複数の超音波振動子および前記設定部を含むプローブ本体と、当該プローブ本体とケーブルで接続される接続部とを有し、
   前記接続部は、
   超音波診断装置本体から受信した前記第１の列遅延データおよび前記第２の列遅延データを、前記プローブ本体に格納される順に並び替える通信制御部と、
   並び替えられた前記第１の列遅延データおよび前記第２の列遅延データを格納する格納部と、を具備する請求項６に記載の超音波プローブ。
8. 第１の配列方向と第２の配列方向とに沿って二次元配列された複数の超音波振動子を有する超音波プローブを備える超音波診断装置を制御する超音波診断支援プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記第２の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第１の列遅延データと、前記第１の配列方向に沿った超音波振動子の列ごとの遅延量を示す第２の列遅延データとを、前記超音波プローブに送信する通信制御機能と、
   前記超音波プローブは、前記送信された前記第１の列遅延データと前記第２の列遅延データとを用いて、前記複数の超音波振動子のそれぞれの遅延量を設定する設定機能と、
   を実現させるための超音波診断支援プログラム。