JP5345480B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

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、中央サブアレイと、前記中央サブアレイの周囲に設けられた複数のサブアレイ集団と、を有し、前記各サブアレイ集団は密集した複数のサブアレイにより構成され、前記サブアレイパターンは、前記複数のサブアレイ集団における隣接集団間に集団間不揃いが生じ且つ前記各サブアレイ集団内に集団内不揃いが生じるパターンである、ことを特徴とする。

上記構成によれば、中央サブアレイと、その周囲に設けられた複数のサブアレイ集団と、を利用して超音波の送信及び受信が実行される。各サブアレイ集団においては複数のサブアレイが密集しているので、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。しかも、隣接するサブアレイ集団間に「集団間不揃い」が存在し、且つ、各サブアレイ集団内に「集団内不揃い」が存在しているので、複数のサブアレイを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。更に、中央位置に中央サブアレイが設けられているので、その部分も送信開口の一部及び／又は受信開口の一部として有効に利用することができる。望ましくは、集団間不揃い及び集団内不揃いは、一方側サブアレイ列と他方側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、中央サブアレイから見て、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。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、各サブアレイは正四角形を有する。かかる構成によれば、サブアレイ集団を構成した場合において、複数のサブアレイを互いに隙間無く密集させるのが容易である。中央サブアレイ以外の他のサブアレイの形状を統一するのが望ましい。かかる構成によれば、回路構成やその制御を簡易化できる。もちろん、中央サブアレイの形状も含めて、すべてのサブアレイの形状を統一してもよい。

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中央サブアレイ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及び集団内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り、前記集団内不揃いは、前記各サブアレイ集団内おいて一部分と他部分とが両者間の境界線の方向へｎ素子分ずれた状態である。すなわち、集団間不揃い及び集団内不揃いとも、振動素子単位でのずれに相当する。ｍ及びｎは、サブアレイの一辺に相当する素子数よりも小さい数である。

望ましくは、前記複数のサブアレイ集団を構成する複数のサブアレイはｉ素子×ｉ素子のサイズを有し、前記ｍ素子及び前記ｎ素子はいずれも前記ｉ素子よりも小さい。望ましくは、前記中央サブアレイも前記ｉ素子×ｉ素子のサイズを有する。

望ましくは、前記中央サブアレイの周囲に複数の二次元ギャップが生じる。サブアレイの形状の規格化を前提とした場合、集団間不揃い及び集団内不揃いを生成するために、複数のギャップが不可避的に生じる。望ましくは、前記各二次元ギャップは１又は複数の無効振動素子により構成される。望ましくは、前記各二次元ギャップは１又は複数の有効振動素子により構成される。望ましくは、前記各二次元ギャップは前記中央サブアレイよりも小さい。

望ましくは、前記複数のサブアレイ集団は、Ｘ正方向境界線、Ｙ正方向境界線、Ｘ負方向境界線及びＹ負方向境界線により区分された第１乃至第４サブアレイ集団を含む。各境界線は、中央サブアレイの中心位置又は４辺から外側へ伸びる線である。

望ましくは、前記Ｘ正方向境界線と前記Ｘ負方向境界線が一直線上に並び、前記Ｙ正方向境界線と前記Ｙ負方向境界線が一直線上に並ぶ。望ましくは、前記Ｘ正方向境界線と前記Ｘ負方向境界線がＹ方向にずれた関係にあり、前記Ｙ正方向境界線と前記Ｙ負方向境界線がＸ方向にずれた関係にある。

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。 中央サブアレイの拡大図である。 サブアレイパターンの第２例を示す図である。 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。 サブアレイパターンの第５例を示す図である。 サブアレイ内のグルーピングパターン例を示す図である。 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。

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２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１０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。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を構成する複数のサブアレイ（SA-1〜SA-n）が設定される。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。各サブアレイはこの例では正四角形を有し、ｉ個×ｉ個の振動素子により構成される。ｉは例えば２，３，４，５，６、７，８といった整数である。複数のサブアレイは、中央サブアレイＡと、複数のサブアレイ集団Ｂ〜Ｅと、により構成される。中央サブアレイは２Ｄアレイ振動子１６の中央に位置するサブアレイであり、その周囲に複数のサブアレイ集団Ｂ〜Ｅが設定される。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Ｂ〜Ｅが設定される。各サブアレイ集団Ｂ〜Ｅはサブアレイ密集体（サブアレイクラスタ）である。

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ＳＷ（スイッチング）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、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。

送受信制御部２４は、図２に示す構成例において、５つの制御信号を出力している。すなわち、中央サブアレイ用の制御信号３６ａ、第１乃至第４のサブアレイ集団用の制御信号３６ｂ〜３６ｅを出力している。各制御信号はグルーピングパターンを指定する信号である。つまり、第１サブアレイ集団Ｂを構成する複数のサブアレイに対しては同一のグルーピングパターンが設定されている。これは他のサブアレイ集団についても同様である。中央サブアレイＡについてはそれ専用の制御信号が与えられているが、制御信号を更に１本削減したいのであれば、中央サブアレイに対して制御信号３６ｂ〜３６ｅのいずれかを与えるようにしてもよい。サブアレイ集団Ｂ〜Ｅ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グルーピング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。ここで、サブアレイはグルーピングパターンの設定単位をなすものであり、サブアレイ集団はグルーピングパターンを共通とする制御単位をなすものである。グループは結線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、グルーピング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いてはすべてのサブアレイに対して１種類のグルーピング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ＳＷ回路（SW1〜SWn）に対してはｎ個の信号線列（１９−１〜１９−ｎ）が接続されている。各信号線列は、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２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２においては、制御信号３６ａ〜３６ｅが複数の信号線を使って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。

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り、SAはサブアレイを示し、１０２はサブアレイ内の中心（重心）を示している。

サブアレイパターンは、中央サブアレイＡと、複数のサブアレイ集団Ｂ〜Ｅと、からなる。この例では、すべてのサブアレイが同じ正四角形を有し、すなわちｉ素子×ｉ素子のサイズを有している。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。いずれにしても、サブアレイパターン全体として、サブアレイの種別数を１又は数個程度に抑えれば、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１種類のサブアレイ形状が利用されているから、そのような利点を最大限引き出せる。なお、サブアレイ集団間の境界線がｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２で表されている。

中央サブアレイＡは２Ｄアレイ振動子１６の中央に設定され、それを取り囲むように４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅが設定されている。４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅは、２Ｄアレイ振動子１６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Ｂ〜Ｅは、互いに密集した複数のサブアレイにより構成され、以下に説明するギャップ領域を除いて、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。第１サブアレイ集団Ｂ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SAb1が含まれ、その特定の隅（角）が中央サブアレイＡの特定の隅（角）に接している。その内接サブアレイSAb1と、そこから見て紙面上側の隣接サブアレイと、内接サブアレイSAb1から見て紙面右側の隣接サブアレイの３つのサブアレイがサブアレイ集団部分を構成し、残りの２つのサブアレイ（ギャップ領域１００ｂよりも紙面上方の２つのサブアレイ）が別のサブアレイ集団部分を構成している。それらの集団部分間においては両者の境界線方向であるＹ方向に不揃いが生じており、具体的には、サブアレイ一辺の半分（ｉ素子／２）に相当するずれ（集団内不揃い）が発生している。このように、サブアレイ集団を構成する複数のサブアレイを縦横に完全に揃えるのではなく、一部に不揃いの部分を恣意的に生じさせることによって、サイドローブ低減効果を期待できる。

そのような集団内不揃いを生じさせた結果として、中央サブアレイＡと第１サブアレイ集団Ｂとの間にはギャップ領域１００ｂが生じている。ギャップ領域１００ｂは、Ｘ方向にｉ素子、Ｙ方向にｉ素子／２のサイズを有している。そのようなギャップ領域１００ｂを挟んで、中央サブアレイＡからその紙面上側の内接サブアレイSAb2が隔てられている。

第２サブアレイ集団Ｃ、第３サブアレイ集団Ｄ及び第４サブアレイ集団Ｅも、第１サブアレイ集団Ｂ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SAc1,SAd1,SAe1と、中央サブアレイＡに対してギャップ領域１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを介して隣接するサブアレイSAc2,SAd2,SAe2と、を有する。これにより、それらのサブアレイ集団Ｃ，Ｄ，Ｅ内にも集団内不揃いが生じている。４つのサブアレイ集団内に生じている４つの集団内不揃いの方向は不統一であり、具体的には、Ｘ方向に２つの集団内不揃いが発生しており、Ｙ方向に２つの集団内不揃いが生じている。

４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅ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Ｂと第２サブアレイ集団Ｃとの間でＹ方向にｉ素子／２分だけずれが生じている。同じく、境界線ｘ１上においては、第２サブアレイ集団Ｃと第３サブアレイ集団Ｄとの間でＸ方向にｉ素子／２分だけずれが生じている。同様に、第３サブアレイ集団Ｄと第４サブアレイ集団Ｅの間、及び、第４サブアレイ集団Ｅと第１サブアレイ集団Ｂとの間においても、Ｘ方向又はＹ方向にｉ素子／２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Ｂ〜Ｅ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。これらによって、上記の４つの集団内不揃いと相俟って、より顕著なサイドローブ低減効果が期待できる。なお、各ギャップ領域１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅは本実施形態では送受信において格別利用されていないが（無効振動素子により構成されているが）、それらを送受信時に機能させることも可能である。

図４に示すように、境界線ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２は中央サブアレイが有する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方向に中央サブアレイ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方向に中央サブアレイ幅分だけシフトしている。なお、１０６−１〜１０６−４は中央サブアレイの４つの隅を示している。Ｏは中央サブアレイの重心であり、かつ、２Ｄアレイ振動子の中心である。

以上のように、２次元サブアレイパターンが、４つの集団内不揃いと、４つの集団間不揃いとを有するので、サイドローブを効果的に抑制することが可能である。そのような利点を得つつも、各サブアレイ集団は複数のサブアレイの密集体として構成されているので不感エリアを小さくして感度を高めることが可能である。また、サブアレイパターンを構成する複数のサブアレイが同一形状を有しているので構成及び制御を極めて簡略化できるという利点も得られる。すなわち、シンプルでありながら、実用的価値を十分に高められるのである。

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５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、中央サブアレイＡと、４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅとで構成される。各サブアレイ集団Ｂ〜Ｅは、中央サブアレイＡの特定辺の半分だけに接する内接サブアレイSAb1,SAc1,SAd1,SAe1を含む。また、４つの象限には比較的小さい矩形のギャップ領域１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅが存在している。各ギャップ領域はｉ素子／２×ｉ素子／２のサイズを有している。この第２例によれば、第１例よりも不感領域の面積を削減して感度を高められるという利点が得られる。この第２例では、境界線ｘ１とｘ２が中央サブアレイＡの中心をＸ方向に通過する同一直線を構成しており、境界線ｙ１とｙ２が中央サブアレイＡの中心をＹ方向に通過する同一直線を構成している。各サブアレイ集団Ｂ〜Ｅ内に着目すると、第１例と同様に、集団内不揃いが生じており、また、各境界線ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２に着目すると、第１例と同様に、集団間不揃いが生じている。このような２種類の不揃いを生じさせることにより、第１例同様に、サイドローブを効果的に低減できる。

図６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、比較的に小さな中央サブアレイＡと、４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅとで構成される。各サブアレイ集団Ｂ〜Ｅは、中央サブアレイＡの特定辺の半分だけに接する内接サブアレイSAb1,SAc1,SAd1,SAe1を含む。また、４つの象限にはギャップ領域１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅが存在している。各ギャップ領域は１素子×３素子の長方形サイズを有している。但し、その長辺の方向は所属象限によって相違している。第３例では、中央サブアレイＡを規定形状とは別の形状とする必要があるが、第２例よりも不感領域の面積をより削減して感度を高められるという利点が得られる。この第３例では、境界線ｘ１とｘ２が中央サブアレイＡの中心をＸ方向に通過する同一直線を構成しており、境界線ｙ１とｙ２が中央サブアレイＡの中心をＹ方向に通過する同一直線を構成している。各サブアレイ集団Ｂ〜Ｅに着目すると、第１例及び第２例と同様に、集団内不揃いが生じており、また、各境界線ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２に着目すると、第１例及び第２例と同様に、集団間不揃いが生じている。このような２種類の不揃いを巧妙に生じさせることにより、第１例及び第２例と同様に、サイドローブを効果的に低減できる。

図７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、中央サブアレイＡと、４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅとで構成される。この第４例におけるサブアレイパターンは、サブアレイ数の点を除いて、図３に示した第１例におけるサブアレイパターンと同じである。この第４例においても円形領域１０３が送受信領域として機能する。但し、矩形、菱形等の送受信領域を構成するようにしてもよい。

図８に示す第５例において、２Ｄアレイ振動子１６Ｄ上に設定されたサブアレイパターンは、中央サブアレイＡと、それを取り囲む４つの内側サブアレイ集団Ｂ１〜Ｅ１と、更にそれらを取り囲む外側サブアレイ集団Ｂ２〜Ｅ２と、で構成される。図８に示すサブアレイパターンは、集団数の点を除いて、図３に示したサブアレイパターンと同じである。各内側サブアレイ集団Ｂ１〜Ｅ１は２つのサブアレイで構成され、各外側サブアレイ集団Ｂ２〜Ｅ２は３つのサブアレイで構成されている。各内側サブアレイＢ１〜Ｅ１においては上記同様に集団内不揃いが生じており、しかもそれらの間において集団間不揃いが生じている。これと同様に、各外側サブアレイＢ２〜Ｅ２においても集団内不揃いが生じており、しかもそれらの間において集団間不揃いが生じている。なお、ｒｂ，ｒｃ，ｒｄ，ｒｅはそれぞれ内側と外側とを区分する境界線を表している。

図９には、サブアレイSA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る。上述したように、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。（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。

図１０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１０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。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の複数の素子信号に対して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。

ｎ個のＳＢＦは、中央サブアレイＡに対応したＳＢＦ３８−１と、４つのサブアレイ集団Ｂ〜Ｅに対応した複数のＳＢＦ３８−２〜３８−ｎと、により構成されている。５つの制御信号３７ａ〜３７ｅはディレイパターンを指定する信号である。すなわち、中央サブアレイＡに対しては独立してディレイパターンを設定可能であり、個々のサブアレイ集団に対してはそれらを構成する複数のサブアレイに対して共通のディレイパターンが設定される。その結果、各時刻において選択するディレイパターンの個数は５つとなる。制御信号を各サブアレイ集団ごとに共通化できるので回路構成を簡易化できる。それらの回路の制御も容易となる。

このようなサブ整相加算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５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、集団内不揃いと集団間不揃いとを併用してサイドローブを効果的に低減できる。

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 (15)

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、中央サブアレイと、前記中央サブアレイの周囲に設けられた複数のサブアレイ集団と、を有し、
   前記各サブアレイ集団は密集した複数のサブアレイにより構成され、
   前記サブアレイパターンは、前記複数のサブアレイ集団における隣接集団間に集団間不揃いが生じ且つ前記各サブアレイ集団内に集団内不揃いが生じるパターンである、
   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中央サブアレイの特定の辺の一部又は特定の角に接した、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り、
   前記集団内不揃いは、前記各サブアレイ集団内おいて一部分と他部分とが両者間の境界線の方向へｎ素子分ずれた状態である、
   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、
   前記複数のサブアレイ集団を構成する複数のサブアレイはｉ素子×ｉ素子のサイズを有し、
   前記ｍ素子及び前記ｎ素子はいずれも前記ｉ素子よりも小さい、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記中央サブアレイも前記ｉ素子×ｉ素子のサイズを有する、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、
   前記中央サブアレイの周囲に複数の二次元ギャップが生じた、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、
   前記各二次元ギャップは１又は複数の無効振動素子により構成された、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、
   前記各二次元ギャップは１又は複数の有効振動素子により構成された、ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項６又は７記載の装置において、
   前記各二次元ギャップは前記中央サブアレイよりも小さい、ことを特徴とする超音波診断装置。
10. 請求項１記載の装置において、
    前記複数のサブアレイ集団は、Ｘ正方向境界線、Ｙ正方向境界線、Ｘ負方向境界線及びＹ負方向境界線により区分された第１乃至第４サブアレイ集団を含む、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項９記載の装置において、
    前記Ｘ正方向境界線と前記Ｘ負方向境界線が一直線上に並び、
    前記Ｙ正方向境界線と前記Ｙ負方向境界線が一直線上に並ぶ、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項９記載の装置において、
    前記Ｘ正方向境界線と前記Ｘ負方向境界線がＹ方向にずれた関係にあり、
    前記Ｙ正方向境界線と前記Ｙ負方向境界線がＸ方向にずれた関係にある、
    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。
14. 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。
15. 請求項１記載の装置において、
    前記複数のサブアレイは、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、
    ことを特徴とする超音波診断装置。