JP2022066071A - 超音波プローブ及び超音波システム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブの先端部に対する圧縮応力の印加に応じ、正確で精度よく送受信の遅延量を決定すること。【解決手段】実施形態に係る超音波プローブは、基材と、ヒンジ固定部と、複数の超音波振動子と、送受信部とを有する、基材は、曲げ剛性を有し、単調曲面状に凹む変形が可能である。ヒンジ固定部は、基材の相対する２端にそれぞれ設けられる。複数の超音波振動子は、圧電素子又は半導体で構成され、基材上にアレイ配置される。送受信部は、単調曲面状に変形後の基材上にアレイ配置された複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置に基づいて、各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う。【選択図】 図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波プローブ及び超音波システムに関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の超音波振動子を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づくエコー信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

超音波診断装置において、超音波プローブの各超音波振動子の幾何的位置と、対象焦点域との音路長に応じた遅延を与えることによってその送受信ビームフォーミングの制御を行っている。複数の超音波振動子が形成するアレイの配置形状が固定されないアレイ配置形状可変型の超音波プローブにおいて、各超音波振動子の幾何的位置は、アレイ配置形状の変更に応じて正確に測定されなければならない。

アレイ配置形状可変型の超音波プローブにおいて、各超音波振動子の幾何的位置を正確に測定するために、超音波振動子個々に対して位置センサを配置して、アレイ配置形状の変更後の各超音波振動子の幾何的位置を検出したり、又は、レーザー計測計によりアレイ配置形状の変更後の各超音波振動子の幾何的位置を計測したりする。そして、超音波診断装置は、その検出・計測結果に基づいて超音波振動子ごとの幾何的位置を求め、ビームフォーミングに用いる個々の超音波振動子の送受信信号の遅延量を決定している。

特開２０１７－１２１４９６号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、超音波プローブの先端部に対する圧縮応力の印加に応じ、正確で精度よく送受信の遅延量を決定することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る超音波プローブは、基材と、ヒンジ固定部と、複数の超音波振動子と、送受信部とを有する、基材は、曲げ剛性を有し、単調曲面状に凹む変形が可能である。ヒンジ固定部は、基材の相対する２端にそれぞれ設けられる。複数の超音波振動子は、圧電素子又は半導体で構成され、基材上にアレイ配置される。送受信部は、単調曲面状に変形後の基材上にアレイ配置された複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置に基づいて、各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う。

図１は、実施形態に係る超音波システムの構成例を示す概略図。 図２は、実施形態に係る超音波プローブの外観と、操作者による把持状態を示す図。 図３は、実施形態に係る超音波プローブの先端部を模式的に示す縦断面図。 図４は、実施形態に係る超音波プローブにおいて、単調曲面状に変形後における複数の超音波振動子それぞれの位置をテーブルとして示す図。 図５は、実施形態に係る超音波プローブの先端部を模式的に示す縦断面図。 図６は、実施形態に係る超音波プローブの先端部を模式的に示す縦断面図。

以下、図面を参照しながら、超音波プローブ及び超音波システムの実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る超音波システムの構成例を示す概略図である。

図１は、実施形態に係る超音波システム１を示す。超音波システム１は、実施形態に係る超音波プローブ１０と、超音波診断装置２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とを備える。なお、超音波診断装置２０に、超音波プローブ１０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を「超音波診断装置」と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置２０の外部に、超音波プローブ１０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波プローブ１０は、前面部に、微小な圧電素子又は半導体で構成され、アレイ配置される複数の超音波振動子を備える。各超音波振動子は、スキャン対象を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各超音波振動子は、電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ１０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波診断装置２０に接続される。

超音波プローブ１０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向に１次元（１Ｄ）的に複数の超音波振動子が配列された１Ｄアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向に２次元（２Ｄ）的に複数の超音波振動子がアレイ配列された２Ｄアレイプローブとの種類に分けられる。なお、１Ｄアレイプローブは、エレベーション方向に少数の超音波振動子がアレイ配列されたプローブを含む。

ここで、３Ｄスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ１０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブが利用される。又は、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ１０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた１Ｄプローブが利用される。後者のプローブは、メカ４Ｄプローブとも呼ばれる。

なお、超音波プローブ１０に備えられる複数の超音波振動子の配列関係については、図３以降の図面を用いて後述する。

超音波診断装置２０は、送受信回路２１と、Ｂモード処理回路２２と、ドプラ処理回路２３と、画像処理回路２４と、画像生成回路２５と、画像メモリ２６と、ネットワークインターフェース２７と、制御回路２８と、メインメモリ２９とを備える。回路２１～２５は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路２１～２５の機能の全部又は一部は、制御回路２８がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

送受信回路２１は、送信回路と受信回路（図示省略）を有する。送受信回路２１は、制御回路２８による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路２１が超音波診断装置２０に設けられる場合について説明するが、送受信回路２１は、超音波プローブ１０に設けられてもよいし、超音波診断装置２０と超音波プローブ１０との両方に設けられてもよい。なお、送受信回路２１は、送受信部の一例である。

送信回路は、パルス発生回路と、送信遅延回路と、パルサ回路等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、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。送信遅延回路は、超音波プローブ１０の超音波振動子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超音波振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間（すなわち、送信支援時間）を変化させることで、超音波振動子から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。送信遅延時間は、図２～図６を用いて後述する複数の超音波振動子の相対的な位置関係、焦点深さ等に基づいて算出される。

受信回路は、アンプ回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、及び加算器等を有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正されたエコー信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間（すなわち、受信遅延時間）を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理されたエコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。受信遅延時間は、図２～図６を用いて後述する複数の超音波振動子の相対的な位置関係、焦点深さ等に基づいて算出される。

Ｂモード処理回路２２は、制御回路２８による制御の下、受信回路からエコーデータを受信し、対数増幅、及び包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。なお、Ｂモード処理回路２２は、Ｂモード処理部の一例である。

ドプラ処理回路２３は、制御回路２８による制御の下、受信回路からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、平均速度、分散、パワー等の移動体の移動情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。なお、ドプラ処理回路２３は、ドプラ処理部の一例である。

Ｂモード処理回路２２によって生成されるＢモードデータや、ドプラ処理回路２３によって生成されるドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データである。一方で、後述する画像生成回路２５によって生成されるデータは、スキャンコンバート処理後の表示画像データである。なお、Ｂモードデータ及びドプラデータは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。

画像処理回路２４は、制御回路２８による制御の下、スキャンコンバージョン処理前の画像データである生データを取得する。なお、画像処理回路２４は、画像処理部の一例である。

画像生成回路２５は、一般的には、画像処理回路２４によって生成された合成画像データを、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、スキャンコンバージョン処理後の画像データである表示画像データを生成する。具体的には、画像生成回路２５は、超音波プローブ１０による超音波の走査形態に応じて座標変換を行うことで、表示画像データを生成する。なお、画像生成回路２５は、画像生成部の一例である。

画像メモリ２６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２６は、制御回路２８の制御による制御の下、画像生成回路２５によって生成された超音波画像データを、２次元データとしてのみならず、ボリュームデータとして記憶する。なお、画像メモリ２６は、記憶部の一例である。

ネットワークインターフェース２７は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース２７は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置２０と、外部装置（図示省略）とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網の他、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。また、ネットワークインターフェース２７は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波診断装置２０は、例えば超音波プローブ１０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース２７は、ネットワーク接続部の一例である。

制御回路２８は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサの他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、制御回路２８は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ２９は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ２９が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、制御回路２８は、処理部の一例である。

メインメモリ２９は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メインメモリ２９は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ２９は、制御回路２８において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース３０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。なお、メインメモリ２９は、記憶部の一例である。

入力インターフェース３０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して制御回路２８に出力する。なお、入力インターフェース３０は、入力部の一例である。

ディスプレイ４０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ４０は、制御回路２８の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ４０は、表示部の一例である。

続いて、超音波プローブ１０の構成について説明する。

図２は、超音波プローブ１０の外観と、操作者による把持状態を示す図である。図２に示すように、超音波プローブ１０の先端部は、操作者の握力によって把持可能である。

図３は、超音波プローブ１０の先端部を模式的に示す縦断面図である。図３（Ａ）は、圧縮応力印加前の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図であり、図３（Ｂ）は、圧縮応力印加後（印加中）の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の基材Ｍに軸力が作用して座屈現象が起き、基材Ｍが単調曲面状に曲がっている状態を示す。なお、図３（Ａ），（Ｂ）の横方向は、アレイ方向、つまり、アジマス方向を示す。

図３（Ａ）に示すように、圧縮応力印加前の状態の超音波プローブ１０は、基材Ｍと、ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２と、複数（ｎ個）の超音波振動子Ｅｎ（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…，Ｅｎ）と、筐体Ｃとを備える。

基材Ｍは、曲げ剛性を有し、単調曲面状に凹む変形が可能である。例えば、基材Ｍは、角形平板基材である。ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２は、基材Ｍの相対する２端にそれぞれ設けられ、超音波プローブ１０の筐体Ｃの内壁面に固定される。ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２は、回転端止め構造を備えるものである。

超音波振動子Ｅｎは、圧電素子又は半導体で構成され、基材Ｍ上にアレイ配置される。例えば、超音波振動子Ｅｎは、基材Ｍ上に、等間隔にアレイ配置される。なお、超音波振動子Ｅｎは、基材Ｍ上に、不等間隔にアレイ配置されていてもよい。また、例えば、超音波振動子Ｅｎは、基材Ｍ上に、１次元アレイ配置、又は、２次元アレイ配置される。

筐体Ｃは、その内壁面において、ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２を介して基材Ｍを支持する。また、筐体Ｃは、少なくともその先端側は、超音波プローブ１０の内部側に変形可能な材料で構成される。

なお、超音波プローブ１０は、音響レンズと、音響整合層と、背面材等をさらに備えることができるが、それらの図示は省略される。音響レンズは、超音波プローブ１０のプローブヘッドに設けられ、所定の形状をもって形成される。音響整合層は、超音波振動子Ｅｎと音響レンズとの間に設けられ、超音波振動子Ｅｎと生体の中間的な音響インピーダンスを有する物質で構成される。音響整合層を設けることで、超音波振動子Ｅｎと生体との音響インピーダンス差が小さくなるため、超音波を生体に効率よく伝えることができる。背面材は、バッキング材とも呼ばれる。背面材は、超音波振動子Ｅｎの背面に設けられた、振動を抑制するための部材である。背面材を設けることで、超音波が放射される方向と逆方向への音を吸収して余分な振動を抑えることができ、超音波のパルス幅を短くすることができる。

図３（Ａ）に示す超音波プローブ１０に対し、操作者の握力により、筐体Ｃを介してヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間（ｘ軸方向）に圧縮応力Ｐが印加されることにより、筐体Ｃが凹ませられる。それに従い、基材Ｍが単調曲面状に変形される（図３（Ｂ）に図示）。なお、図３（Ｂ）に示す各超音波振動Ｅ１´，Ｅ２´，Ｅ３´，…，Ｅｎ´は、図３（Ａ）に示す各超音波振動Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…，Ｅｎとそれぞれ同一のものであり、各超音波振動Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…，Ｅｎから位置がそれぞれ変化しているものである。

ここで、基材Ｍは、単調曲面状に変形されるものであるから、基材Ｍ上の各点の位置、つまり、基材Ｍに設けられる各超音波振動Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…，Ｅｎの位置、つまり、相対的な位置関係を算出することができる。

送受信回路２１は、単調曲面状に変形後の基材Ｍ上にアレイ配置された超音波振動子Ｅｎの各超音波振動子の位置（すなわち、各超音波振動子の、他の超音波振動子の位置）に基づいて、各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う。例えば、送受信回路２１は、基材Ｍが単調曲面状に変形された状態（又は、ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間に圧縮応力が印加された状態）を認識すると、単調曲面状に変形後における超音波振動子Ｅｎの各超音波振動子の位置を、基材Ｍの剛性特性値と単調曲面状に変形後におけるヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間の距離との関数として算出するものとする。

例えば、超音波プローブ１０が基材Ｍの変形（又は、圧縮応力の印加）を検出するセンサ（図示省略）を設けることで、送受信回路２１は、基材Ｍが単調曲面状に変形された状態を認識することができる。又は、圧縮応力を印加する操作者による手動操作により、送受信回路２１は、基材Ｍが単調曲面状に変形された状態を認識することができる。これにより、送受信回路２１は、リアルタイムで、単調曲面状に変形後における超音波振動子Ｅｎの各超音波振動子の位置を算出する。

具体的には、曲げ剛性ＥＩの一様断面の基材Ｍが、両側からヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間に圧縮応力Ｐを受ける場合、ｘ軸上のあるｘ座標におけるｙ軸方向の変位（ｙ座標）は、次の式（１）に従う。なお、ｘ軸上のあるｘ座標におけるｙ軸方向の変位（ｙ座標）は、ｘ軸上のｘ座標にある超音波振動子の、ｙ軸方向の変位（ｙ座標）とみなすことができる。ここで、「Ｅ・Ｉ」は、曲げ剛性を意味する。

ここで、次の式（２）となるような「ｋ」を考えると、上記式（１）は次の式（３）のようになる。

上記式（３）の微分方程式の一般解は次の式（４）で示される。なお、次の式（４）における「Ａ」、「Ｂ」は積分定数であり、基材Ｍの境界条件によって決定する。

ここで、ヒンジ固定部Ｈ１において、「ｘが０の時、ｙは０である」という既知の条件を上記式（４）に導入する。この場合、上記式（４）の右辺第一項は、「sin ０＝０」となるので、「０」になる一方で、第二項は、「cos ０＝１」なので、「Ｂ」になる。そして、左辺は「０」なので、「Ｂ」は、「０」でなければならない。そのため、上記式（４）は、次の式（５）のようになる。

一方で、ヒンジ固定部Ｈ２において、「ｘがＬ_ｘの時、ｙは０である」という既知の条件を上記式（４）に導入する（「Ａが０である」という条件を除く）。そのため、求める解は、次の式（６）のようになる。ここで、「Ｌ_ｘ」は、単調曲面状に変形後におけるヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間の距離である。

上記式（６）の条件が満たされるケースは、次の式（７）に示す場合である。

そこで、上記式（７）から得られる「ｋ」を上記式（５）に代入すると、次の式（８）を得ることができる。

上記式（８）により、変形前における第１の超音波振動子Ｅ１の位置［ｘ１，０］から、変形後の位置［ｘ１，ｙ１］＝［ｘ１，A sin (πx1/L_x)］が得られ、…、変形前における第ｎの超音波振動子Ｅｎの位置［ｘｎ，０］から、変形後の位置［ｘｎ，ｙｎ］＝［ｘｎ，A sin (πxn/L_x)］が得られる。このように、送受信回路２１は、基材Ｍが単調曲面状に変形された状態を認識すると、単調曲面状に変形後における超音波振動子Ｅｎの各超音波振動子の位置、すなわち、ｘ座標及びｙ座標を算出することができる。

なお、単調曲面状に変形後におけるヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間の距離Ｌ_ｘは、固定値とされていればよい。つまり、超音波プローブ１０は、筐体Ｃへの圧縮応力の印加による凹みを制御するような内部機構（図示省略）を設ける。そして、操作者は、筐体Ｃに圧縮応力の印加することで、筐体Ｃを最大限まで凹ませることで、ヒンジ固定部Ｈ１，Ｈ２間の距離Ｌ_ｘを固定値とすることができる。なお、圧縮応力の印加による筐体Ｃの凹みの制御は、１段階に限定されるものではなく、多段階で行われてもよい。

また、超音波プローブ１０に複数の超音波振動子が１次元配列される場合の、変形後における各超音波振動子の位置の算出について説明したが、その場合に限定されるものではない。超音波プローブ１０に複数の超音波振動子が２次元配列される場合の、変形後における各超音波振動子の位置を算出してもよい。その場合、ｚ軸方向（図３の紙面の奥行方向）のｚ座標は、変形前後で変化しないものとすることができる。

以上のように、超音波プローブ１０又は超音波システム１によれば、超音波プローブ１０の先端部に対する一定の圧縮応力の印加による、超音波振動子Ｅｎそれぞれの変化後の位置をリアルタイムで算出することで、正確で精度よく送受信の遅延量をリアルタイムで決定することができる。

（第１変形例）
実施形態に係る超音波プローブ１０又は超音波システム１では、変形後における超音波振動子Ｅｎそれぞれの位置をリアルタイムで算出するものである。一方で、第１変形例では、変形後における超音波振動子Ｅｎそれぞれの変化後の位置を予め実測し、実測結果をテーブルとして保持するものである。変形に応じたｙ座標の変位は基材Ｍの材料ごとに多少異なるので、基材Ｍの材料ごとに予め設定されたテーブルを利用することで、そのばらつきを抑えることができる。

第１変形例において、図１に示すメインメモリ２９は、変形後における超音波振動子Ｅｎそれぞれの位置を、基材Ｍの材料ごとにテーブルとして保持する。

図４は、超音波プローブ１０において、単調曲面状に変形後における超音波振動子Ｅｎそれぞれの位置をテーブルとして示す図である。

図４に示すように、メインメモリ２９は、単調曲面状に変形後における超音波振動子Ｅｎの各超音波振動子の位置をテーブルとして記憶する。送受信回路２１は、基材Ｍが単調曲面状に変形された状態を認識すると、メインメモリ２９に記憶された各超音波振動子の位置に基づいて、各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う。

なお、上述したが、送受信回路２１が超音波プローブ１０に設けられる場合もある。その場合、当該テーブルを記憶するメインメモリ２９は超音波プローブ１０に設けられるものとする。

以上のように、超音波プローブ１０又は超音波システム１の第１変形例によれば、上述の効果に加え、基材Ｍの特性に応じた超音波振動子の位置変化に基づいて、正確に精度よく遅延時間を算出することができる。

（第２変形例）
上述では、操作者が手動で超音波プローブ１０の筐体Ｃに圧縮応力を印加して基材Ｍを変形させる場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。例えば、超音波プローブ１０は、超音波プローブ１０の筐体Ｃに対して内側に圧縮応力を印加するための駆動部（モータ等）を備え、圧縮応力Ｐ（又は、距離Ｌ_ｘ）を制御してもよい。

図５は、超音波プローブ１０の先端部を模式的に示す縦断面図である。図５（Ａ）は、圧縮応力印加前の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図であり、図５（Ｂ）は、圧縮応力印加後（印加中）の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の基材Ｍに軸力が作用して座屈現象が起き、基材Ｍが単調曲面状に曲がっている状態を示す。図５（Ａ），（Ｂ）の横方向は、アレイ方向、つまり、アジマス方向を示す。

図５（Ａ）は、図３（Ａ）と同等で、圧縮応力印加前の超音波プローブ１０の先端部を示す。さらに、超音波プローブ１０は、基材Ｍに対して圧縮応力を印加するための駆動部（モータ等）Ｕを備える。例えば、超音波ビームの焦点深さＦ_ｙごとに適切な圧縮応力Ｐ（又は、距離Ｌ_ｘ）を予め設定する。

図５（Ｂ）に示すように、送受信回路２１は、検査対象の深さ、つまり、焦点深さＦ_ｙに応じた圧縮応力Ｐを取得し、その圧縮応力Ｐが基材Ｍに印加されるように駆動部Ｕを制御する。そして、送受信回路２１は、各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御（すなわち、各超音波素子の遅延時間τｎ（ｔ）の設定制御）を、焦点深さＦ_ｙの関数として制御する。

なお、上述したが、送受信回路２１が超音波プローブ１０に設けられる場合もある。

以上のように、超音波プローブ１０又は超音波システム１の第２変形例によれば、上述の効果に加え、検査対象の深さに応じて基材Ｍを駆動部Ｕにより適切に変形させることができる。

（第３変形例）
上述では、基材Ｍの凹面側（又は、超音波送受信の正面側）に超音波振動子Ｅｎがアレイ配列される場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。例えば、基材Ｍの凸面側（又は、超音波送受信の背面側）に超音波振動子Ｅｎがアレイ配列されてもよい。

図６は、超音波プローブ１０の先端部を模式的に示す縦断面図である。図６（Ａ）は、圧縮応力印加前の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図であり、図６（Ｂ）は、圧縮応力印加後（印加中）の超音波プローブ１０の先端部を示す縦断面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の基材Ｍに軸力が作用して座屈現象が起き、基材Ｍが単調曲面状に曲がっている状態を示す。なお、図６（Ａ），（Ｂ）の横方向は、アレイ方向、つまり、アジマス方向を示す。

図６に示す超音波振動子Ｅｎがアレイ配列であっても、図３及び図５と同じような効果が得られることは言うまでもない。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、超音波プローブ１０の先端部に対する圧縮応力Ｐの印加（距離Ｌ_ｘ）に応じ、正確で精度よく送受信の遅延量を決定することができる。

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、実施形態同士の組み合わせ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。

１ 超音波システム
１０ 超音波プローブ
２０ 超音波診断装置
２１ 送受信回路
２９ メインメモリ
Ｍ 基材
Ｈ１，Ｈ２ ヒンジ固定部
Ｅｎ 複数の超音波振動子
Ｕ 駆動部

Claims (8)

1. 曲げ剛性を有し、単調曲面状に凹む変形が可能な基材と、
   前記基材の相対する２端にそれぞれ設けられるヒンジ固定部と、
   圧電素子又は半導体で構成され、前記基材上にアレイ配置される複数の超音波振動子と、
   前記単調曲面状に変形後の前記基材上にアレイ配置された前記複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置に基づいて、前記各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う送受信部と、
   を有する超音波プローブ。
2. 前記送受信部は、前記単調曲面状に変形後における前記複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置を、前記基材の剛性特性値と前記単調曲面状に変形後における前記ヒンジ固定部間の距離との関数として算出する、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記単調曲面状に変形後における前記複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置を記憶する記憶部、をさらに有し、
   前記送受信部は、前記記憶部に記憶された前記各超音波振動子の位置に基づいて、前記各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 前記基材に対して圧縮応力を印加するための駆動部をさらに有し、
   前記送受信部は、焦点深さに応じた圧縮応力となるように前記駆動部を制御し、前記各超音波振動子の前記送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を、前記焦点深さの関数として制御する、
   請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
5. 前記複数の超音波振動子は、前記基材上に、等間隔にアレイ配置される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
6. 前記複数の超音波振動子は、前記基材上に、１次元アレイ配置、又は、２次元アレイ配置される、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
7. 前記基材は、角形平板基材である、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
8. 超音波プローブと超音波診断装置とを備える超音波システムであって、
   前記超音波プローブは、
   曲げ剛性を有し、単調曲面状に凹む変形が可能な基材と、
   前記基材の相対する２端にそれぞれ設けられるヒンジ固定部と、
   圧電素子又は半導体で構成され、前記基材上にアレイ配置される複数の超音波振動子と、
   を有し、
   前記超音波診断装置は、
   前記単調曲面状に変形後の前記基材上にアレイ配置された前記複数の超音波振動子の各超音波振動子の位置に基づいて、前記各超音波振動子の送受信ビームフォーミングに係る遅延制御を行う送受信部、
   を有する超音波システム。

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