信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラム
【課題】 超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングができるようにする。
【解決手段】 受信ＢＦ部は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する。遅延計算部は、位相差算出部により算出された位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、複数の振動子の各々の遅延量を計算する。本技術は、超音波診断装置に適用することができる。
【解決手段】 受信ＢＦ部は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する。遅延計算部は、位相差算出部により算出された位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、複数の振動子の各々の遅延量を計算する。本技術は、超音波診断装置に適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にする、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波診断装置は、プローブ内に含まれる複数の振動子から生体内に向けて送信した超音波の反射波を再びプローブで受信する。そして、超音波診断装置は、受信した反射波に処理を施すことによって、測定対象を画像化する。このとき、超音波診断装置では、ビームフォーミングが行われている。ビームフォーミングとは、各振動子が超音波を送受信するタイミングを、超音波の遅延量に基づいて個別に制御する処理である。
【０００３】
プローブのなかには、各振動子の配置位置が固定されているものもある。このようなプローブを有する超音波診断装置では、ビームフォーミングを行うための各振動子の遅延量が、プローブ毎に各振動子の配置位置に基づいて予め計算されて、超音波診断装置内の記憶装置に固定値として記憶されている。そして、ビームフォーミングが行われる場合には、プローブ毎に、対応する遅延量が記憶装置から読み出されて用いられる。
【０００４】
このような遅延量を記憶する記憶装置の容量を削減するために、プローブ内の振動子の配置位置に基づいて、ビームフォーミングを行う毎に遅延量が計算される手法が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、配置位置が固定されていない複数のプローブが連結され、各プローブにより得られる画像データが合成されて画像化される手法が存在する（例えば、特許文献２参照）。当該手法においては、プローブの連結部分に角度センサが設けられ、角度センサにより検出された角度に基づいて、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係が計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３１１０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の手法は、プローブ内の振動子の配置位置が既知である場合にのみ適用可能であり、振動子の配置位置が不明である場合、例えば振動子の位置関係が固定されていない場合には適用が困難である。
【０００８】
また、特許文献２の手法は、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係を算出するために、各プローブに角度センサが実装される必要がある。したがって、プローブの数が増えた場合には、それに対応する数の角度センサが必要となり、構成が複雑となる。
【０００９】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にするようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術の一側面の信号処理装置は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部とを備える。
【００１１】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つを前記送信対象として選択することができる。
【００１２】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上を前記送信対象として選択することができる。
【００１３】
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用することができる。
【００１４】
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用することができる。
【００１５】
前記複数の振動子は、１次元に配列することができる。
【００１６】
前記複数の振動子は、２次元に配列することができる。
【００１７】
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出することができる。
【００１８】
本技術の一側面の信号処理方法、記録媒体、及びプログラムは、上述した本技術の一側面の信号処理装置に対応する方法、記録媒体、及びプログラムである。
【００１９】
本技術の一側面の信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差が算出され、算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量が計算される。
【発明の効果】
【００２０】
以上のごとく、本技術によれば、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】振動子と対象点との関係を示す図である。
【図２】本技術の概要について説明する図である。
【図３】本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】超音波信号処理の流れについて説明するフローチャートである。
【図５】実測処理の流れについて説明するフローチャートである。
【図６】複数の振動子を用いたキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。
【図７】第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と対象点Ｆからの反射波の音圧の関係を示す図である。
【図８】第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【図９】cMUTを示す図である。
【図１０】複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。
【図１１】本技術が適用される信号処理装置のハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[受信ビームフォーミング]
はじめに、本技術の理解を容易なものとすべく、超音波診断装置における受信ビームフォーミングについて説明する。
【００２３】
図１は、振動子と対象点との関係を示す図である。
【００２４】
受信ビームフォーミングとは、測定領域内の対象点からプローブ内の各振動子までの距離に基づいて、各振動子の受信波の各々を遅延させた各信号を加算する処理（以下、整相加算処理と適宜称する）によって受信波の位相をそろえ、測定領域内の対象点からの反射波の強度を示す信号（以下、反射波検出信号と称する）を生成することをいう。
【００２５】
図１に示されるように、１次元に並んだアレイ状の振動子ＢＬ３，ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３のそれぞれから超音波が送信され、超音波ビームが形成される。この超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。対象点Ｆからの反射波は、点音源からの反射と考えることができるため、送出方向に同心円状に伝わる。対象点Ｆからの反射波が各振動子に到達する時刻は、各振動子の位置によって微小な差異が生ずる。この微小な差異は、反射波が対象点Ｆから同心円状に放射されるのに対して、各振動子は直線状に配置されているため、対象点Ｆから各振動子の各々までの距離が異なるために生ずる。
【００２６】
例えば、対象点Ｆからの反射波は、距離ｄ０を進んで振動子Ｂ０に到達する一方で、振動子ＢＲ３に到達するためには距離ｄ３を進む必要がある。図１に示されるように、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離は、各振動子間の距離ｐの３倍（３×ｐ＝３ｐ）になる。したがって、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離（３×ｐ＝３ｐ）、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０、及び対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３の関係は、三角定理から、次の式（１）により表される。
【００２７】
【数１】
【００２８】
したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３は、距離ｄ０，３ｐを用いて次の式（２）により算出される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３と、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０の距離差Δｄ’は、次の式（３）により算出される。
【００３１】
【数３】
【００３２】
ここで、生体内の音速を1530m/sとした場合、距離差Δｄ’を時間差Δｔ’に変換すると、次の式（４）のように表される。この時間差Δｔ’が、基準となる振動子Ｂ０に対する、振動子ＢＲ３における遅延量である。
【００３３】
【数４】
【００３４】
なお、上述の演算をデジタル処理する場合、サンプリング周波数を50MHzとすると、サンプル間隔は20ns（＝1/50000Hz）、0.0306mm（＝1530×20/1000000）に相当する。したがって、距離差Δｄ’に相当する遅延ステップ数Delaystep＝Δｄ’/0.0306となる。
【００３５】
対象点Ｆから同心円状に広がった反射波が、振動子で効率よく受信されるためには、広がった反射波の全てが振動子で受信されて、各振動子における反射波の信号が、上述の時間差Δｔ’等の各振動子毎の遅延量分だけそれぞれ遅延されながら加算される処理、すなわち整相加算処理が行われるとよい。これにより、S/N比が高い信号を、反射波検出信号として検出することができる。
【００３６】
精度良い整相加算処理の実現のためには、次の２つの条件が満たされる必要がある。第１の条件は、振動子間の相対的な位置関係が既知である、という条件である。この第１の条件から、距離差Δｄ’の算出が可能となる。第２の条件は、音速が一定であると仮定できる、という条件である。この第２の条件から、時間差Δｔ’の算出が可能となる。
【００３７】
通常の場合、音速は一定であると仮定できるので、第２の条件は満たされる。第１の条件が満たされるためには、振動子間の位置関係が固定されていないプローブ（以下、フレキシブルプローブと称する）の場合、何らかの手法を用いて振動子間の相対的な位置関係を把握する必要がある。フレキシブルプローブの場合、例えば、上述の特許文献２の手法のように、センサ等を用いて振動子間の相対的な位置関係を求めることが可能であるが、この場合、構成が複雑になる。そこで、本技術の手法においては、このようなセンサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になるように、超音波ビームの送受信が複数回繰り返される。すなわち、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装することなく簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
【００３８】
[本技術の概要]
図２は、本技術の概要について説明する図である。
【００３９】
図２Ａに示される例では、複数の振動子ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２が、等距離に１次元に固定された状態（以下、直列固定状態と称する）で配列されている。この場合、振動子間の相対的な位置関係は既知である。図２Ａの左側に示されるように、振動子Ｂ０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたとする。
【００４０】
すると、図２Ａの右側に示されるように、振動子Ｂ０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わって各振動子に到達する。ここで、図２Ａの場合、振動子間の相対的な位置関係は既知であり、対象点Ｆからの反射波は、最初に、対象点Ｆから最短距離の振動子Ｂ０において受信波として到達するため、当該振動子Ｂ０における受信波を、以下、基準受信波と称する。この場合、各振動子ＢＬ２，ＢＬ１，ＢＲ１，ＢＲ２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する遅延量（すなわち、位相差）ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々は、一意に算出することができる。
【００４１】
具体的には、直列固定状態では、振動子Ｂ０の左側に隣接する振動子ＢＬ１における遅延量ＤＬ１，さらに当該振動子ＢＬ１の左側に隣接する振動子ＢＬ２の遅延量ＤＬ２の順に、その値は大きくなっていく。同様に、直列固定状態では、振動子Ｂ０の右側に隣接する振動子ＢＲ１における遅延量ＤＲ１，さらに当該振動子ＢＲ１の右側に隣接する振動子ＢＲ２の遅延量ＤＲ２の順に、その値は大きくなっていく。
【００４２】
このように、直列固定状態では、各振動子の遅延量は既知の位置関係により算出可能であるため、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要はない。
【００４３】
これに対して、図２Ｂにおいては、複数の振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２は、相対的な位置関係が不明な状態で配置されている。図２Ｂの場合には、これらの遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２のそれぞれは、上述の式（１）乃至式（４）のような計算により算出することができず、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要がある。
【００４４】
例えば、図２Ｂの左側に示されるように、振動子Ｂ１０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたものとする。
【００４５】
この場合、図２Ｂの右側に示されるように、振動子Ｂ１０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わり各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２に到達する。その際の各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，ＢＲ１１，ＢＲ１２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する実測の到達時間の差異が、遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１,ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々となる。
【００４６】
振動子間の相対的な位置関係が既知である場合（すなわち、直列固定状態）の遅延量ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々（図２Ａの右側）と、振動子間の相対的な位置関係が未知である場合の実測により算出された遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々（図２Ｂの右側）との差分のそれぞれが、各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２Ｃの左側）を示すことになる。
【００４７】
この各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２Ｃの左側）は、基準となる振動子Ｂ２０に対する、振動子ＢＬ２２，ＢＬ２１，ＢＲ２１，ＢＲ２２の各々との位置の差（すなわち、位置ずれ）に簡単に変換することが可能になる。このようにして、位置関係が不明であった振動子の位置関係が、センサを採用せずとも簡単な演算のみで明確になる。
【００４８】
このようにして算出された振動子の位置関係に対応する遅延量が、ビームフォーミングに用いられることにより、高画質の超音波画像の生成が可能となる。
【００４９】
[超音波診断装置の構成例]
図３は、本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【００５０】
図３に示されるように、超音波診断装置１０は、モード制御部２１、送信ＢＦ（Beam Forming）部２２、送受信切り替え部２３、プローブ２４、受信ＢＦ部２５、遅延計算部２６、信号処理部２７、及び表示部２８を有する。
【００５１】
プローブ２４は、図３の例では説明の簡略上、５つの振動子３１−１乃至３１−５を有するものとする。なお、以下では、振動子３１−１乃至３１−５を個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて振動子３１と称する。振動子３１の相対的な位置関係は不明であるとする。また、振動子３１の数は、図３の例では５つとされたが、特にこれに限定されない。
【００５２】
モード制御部２１は、超音波診断装置１０のモードをキャリブレーションモードまたは実測モードのどちらか一方に切り替える。キャリブレーションモードにおいては、プローブ２４内の振動子３１の相対的な位置関係を算出するキャリブレーション処理が実行される。実測モードにおいては、キャリブレーションモードにおいて算出された振動子３１の相対的な位置関係を用いて、測定対象が測定され画像化されて表示される。
【００５３】
本実施形態においては、各振動子３１の相対的な位置関係は固定されていないため、各振動子３１の位置が変化した場合に、キャリブレーション処理が実行されると好適である。また、例えば、測定対象の測定が実行される前に、毎回キャリブレーション処理が行われるようにしてもよい。
【００５４】
送信ＢＦ部２２は、キャリブレーションモード時には、振動子を駆動して、当該振動子から送信する超音波ビームを形成する。送信ＢＦ部２２は、実測モード時には、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成する。
【００５５】
送受信切り替え部２３は、内蔵するスイッチを切り替えることにより、送信ＢＦ部２２および受信ＢＦ部２５のいずれか一方を選択して、プローブ２４からの超音波ビームの送受信を切り替える。
【００５６】
プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信ＢＦ部２２により形成された超音波ビームを送信する。また、プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信した超音波ビームに対応する反射波を受信して、受信した反射波の信号を受信ＢＦ部２５に供給する。
【００５７】
受信ＢＦ部２５は、キャリブレーションモード時には、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準となる配列（以下、基準配列と称する）に基づいてそれぞれ遅延させる。また、受信ＢＦ部２５は、遅延した各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出して、遅延計算部２６に供給する。受信ＢＦ部２５は、実測モード時には、各振動子３１が受信した反射波の信号を、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、生成した反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
【００５８】
遅延計算部２６は、キャリブレーションモード時に、受信ＢＦ部２５から供給された位相差を、前回までの処理で供給された位相差と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれで用いられる遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【００５９】
信号処理部２７は、実測モード時に、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
【００６０】
表示部２８は、実測モード時に、信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。
【００６１】
[超音波信号処理]
次に、このような超音波診断装置１０が実行する、測定対象の超音波画像を表示するまでの一連の処理（以下、超音波信号処理と称する）について、図４を参照して説明する。
【００６２】
図４は、超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【００６３】
ステップＳ１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【００６４】
キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ２に進む。
【００６５】
ステップＳ２において、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１を送信対象の振動子３１として駆動して、当該振動子３１から超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【００６６】
ステップＳ３において、プローブ２４の送信対象の振動子３１（例えば、振動子３１−１）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【００６７】
ステップＳ４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【００６８】
ステップＳ５において、各振動子３１は、ステップＳ３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【００６９】
ステップＳ６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定してそれぞれ遅延させる。
【００７０】
ステップＳ７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。より具体的には、ステップＳ６の受信ビームフォーミングにおいては、図２Ａの右側と図２Ｂの右側との差分を求める演算と等価な処理が実行されて、図２Ｃの左側の信号がそれぞれ出力されることになる。この図２Ｃの左側の信号の各位相差は、各振動子３１の位置ずれを示していることになる。すなわち、各振動子３１の位置ずれを示す位相差が、ステップＳ７の処理で算出される。
【００７１】
ステップＳ８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【００７２】
ステップＳ９において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち全ての振動子３１から超音波ビームが送信されたかを判定する。
【００７３】
まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１０に進む。
【００７４】
ステップＳ１０において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１を変更する。例えば、次の振動子３１−２に変更される。その後、処理はステップＳ２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の各々による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ２乃至Ｓ１０のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
【００７５】
全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ１１に進む。
【００７６】
ステップＳ１１において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ１に戻される。
【００７７】
ステップＳ１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【００７８】
いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１２に進む。
【００７９】
ステップＳ１２において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細について図５を参照して説明する。
【００８０】
図５は、実測処理の流れを説明するフローチャートである。
【００８１】
ステップＳ２１において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、各振動子３１から送信する超音波ビームが、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により算出（すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新）された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成するための信号を生成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【００８２】
ステップＳ２２において、各振動子３１は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２１で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【００８３】
ステップＳ２３において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【００８４】
ステップＳ２４において、各振動子３１は、ステップＳ２２において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【００８５】
ステップＳ２５において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１が受信した反射波の信号を、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により更新(すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新)された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって受信波の位相をそろえ、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
【００８６】
ステップＳ２６において、信号処理部２７は、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
【００８７】
ステップＳ２７において、表示部２８は、ステップＳ２６で信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。これにより実測処理は終了する。
【００８８】
図４のフローチャートに戻り、以上のステップＳ１２の実測処理が終了すると、超音波信号処理は終了する。
【００８９】
[第２のキャリブレーション処理]
図４の例のキャリブレーション処理（以下、第１のキャリブレーション処理と称する）においては、１回の送信ビームフォーミングにおいて超音波ビームが送信される振動子３１の数、すなわち送信対象の振動子３１は１つであった。しかしながら、この場合、１つの振動子３１から送信された超音波ビームは拡散するため、送信方向の真下にある対象点Ｆだけではなく、様々な位置にある対象点に当たって反射する場合がある。受信対象の振動子３１が、様々な位置にある対象点からの反射波を受信した場合、第１のキャリブレーション処理の精度が低くなり、各振動子３１の相対的な位置関係が正しく算出されないおそれがある。
【００９０】
そこで、超音波診断装置１０は、１回の送信ビームフォーミングにおいて複数の振動子３１の組を送信対象の振動子３１として、当該複数の振動子３１から超音波ビームを送信する第２のキャリブレーション処理を実行することができる。超音波診断装置１０は、このような第２のキャリブレーション処理の繰り返し処理を、複数の振動子３１の組を変化させて実行する。これにより、振動子３１の相対的な位置関係の算出の精度をより向上させることができる。第２のキャリブレーション処理について、図６乃至図８を参照して説明する。
【００９１】
図６は、第２のキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。図６においては、５つの振動子３１−１乃至３１−５が一組として、第２のキャリブレーションン処理が繰り返し実行される。
【００９２】
具体的には、図６の状態Ｃ１は、振動子３１−１乃至３１−５の実際の配置状態を表わしている。ただし、振動子３１−１乃至３１−５の配置はまだ推定されておらず、その相対的な位置関係はまだ不明な状態である。
【００９３】
はじめに、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を、状態Ｃ０に示されるような直列固定状態であると仮定して、すなわち直列固定状態を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。そして、状態Ｃ０の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【００９４】
そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１−１乃至３１−５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を算出する。このようにして算出された位相差に基づく、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ２である。
【００９５】
ここで、状態Ｃ０の配置であると仮定した振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。しかしながら、この場合、振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、仮定した配置でビームフォーミングされているため（超音波ビームの信号が形成されているため）、正しく絞られていないので拡散し、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。したがって、対象点Ｆからの反射波に基づいて算出される位相差は、雑音が多く精度が低いものとなる。すなわち、図６の状態Ｃ０示す、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、大きいものとなる。
【００９６】
そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を状態Ｃ２であると仮定して、すなわち状態Ｃ２を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ１における振動子３１−１，３１−５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ２の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ２の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【００９７】
そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１−１乃至３１−５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を再度算出する。このようにして再度算出された位相差に基づく、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ３である。
【００９８】
ここで、状態Ｃ３に示す、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、状態Ｃ２の配置の場合の誤差と比較して小さくなっている。これは次の理由による。
【００９９】
すなわち、状態Ｃ２の配置であると仮定した振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。また、この場合も、振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。しかしながら、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームは、振動子３１の配置が状態Ｃ０の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームと比較すると、絞られたものになっている。したがって、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームの、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波は減少するからである。
【０１００】
そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を、状態Ｃ３であると仮定して、すなわち状態Ｃ３を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ２における振動子３１−５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ３の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ３の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【０１０１】
このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。すなわち、各振動子３１から送信される超音波ビームにより波面が合成され、仮想的に凹状に配置された振動子３１から超音波ビームが送信される状態となるので、超音波ビームが絞られる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
【０１０２】
また、各振動子３１から送信される超音波ビームが絞られるということは、音圧が集中することと等価である。したがって、対象点Ｆからの反射波の音圧も高くなる。さらに、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくので、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなる。したがって、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
【０１０３】
[第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数]
ここで、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数について説明する。
【０１０４】
図７は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と、対象点Ｆからの反射波の音圧の関係とを示す図である。図７において、縦軸は、対象点Ｆからの反射波の音圧を示しており、横軸は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を示している。
【０１０５】
図７に示されるように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けるように変化させながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数が増えていく毎に、対象点Ｆからの反射波の音圧は変化する。
【０１０６】
ここで、上述したように、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくにつれ、対象点Ｆからの反射波の音圧が高くなる。すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に近づいている間は、音圧の変化は上昇方向（正の方向）に向かっている。そして、理想的には、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致すると、対象点Ｆからの反射波の音圧は最高値になり、それ以降、第２のキャリブレーションの処理が繰り返されても、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致し続けるならば、音圧も最高値を保ったまま変化しないことになる。すなわち、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量がほぼ無くなれば、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解にほぼ一致したとして、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。或いはまた、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化が上昇方向（正の方向）から下降方向（負の方向）に変化した場合は、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解から離れる方向に向かうことを意味しているので、音圧の変化が負の方向に変化した時点で（すなわち、変極点で）、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。
【０１０７】
そこで、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも低くなるか、または変化が負の方向に変化したときを収束条件として、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を決定することができる。なお、この場合、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数の上限も予め決めておく。
【０１０８】
次に、上述の収束条件に用いられる対象点Ｆの決定の手法について説明する。１列に配列された各振動子３１に対して、どれくらい離れた距離にある対象点Ｆを収束条件に用いるかは、例えば、次のようにして決定することができる。
【０１０９】
中心点と、その中心点に対して水平方向に左右に１画素分ずつずらした２点との集合を、複数組抽出する。次に、各集合毎に、３点の音圧をそれぞれ求め、中心点の音圧が最高となる集合を、対象点Ｆが含まれる集合の候補として抽出する。この場合、垂直方向に幾つもの候補が抽出されるので、これらの候補の中から、最も音圧が高い中心点を、対象点Ｆとして決定する。
【０１１０】
[超音波信号処理]
次に、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理について、図８を参照して説明する。
【０１１１】
図８は、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【０１１２】
ステップＳ４１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【０１１３】
キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ４１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ４２に進む。
【０１１４】
ステップＳ４２において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定して超音波ビームを送信するための信号を形成する。また、２回目以降のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子が直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、当該配置位置を基準配列として超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【０１１５】
ステップＳ４３において、プローブ２４の複数の振動子３１（例えば、振動子３１−１乃至３１−５）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ４２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【０１１６】
ステップＳ４４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【０１１７】
ステップＳ４５において、各振動子３１は、ステップＳ４３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【０１１８】
ステップＳ４６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態であると仮定してそれぞれ遅延させる。また、２回目以降のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、それぞれ遅延させる。
【０１１９】
ステップＳ４７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ４６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。
【０１２０】
ステップＳ４８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を算出し、算出された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【０１２１】
ステップＳ４９において、受信ＢＦ部２５は、収束条件を満たしたかを判定する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも小さくなったか、または負の値となったかを判定する。
【０１２２】
収束条件を満たしていない場合、ステップＳ４９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、収束条件を満たすまでの間、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される。なお、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される間、各振動子３１の配置位置の推定位置は、実際の配置位置に近づくように変化されながら位相差が算出される。そして、算出された位相差に基づいて遅延量が更新される。
【０１２３】
その後、収束条件を満たした場合、ステップＳ４９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５０に進む。
【０１２４】
ステップＳ５０において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち複数の振動子３１の組からの超音波ビームの送信の処理が、全ての組においてなされたかを判定する。
【０１２５】
まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ５０においてＮＯであると判定されて、処理はステップ５１に進む。
【０１２６】
ステップＳ５１において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１の組を変更する。例えば、図示せぬ次の振動子３１−６乃至３１−１０に変更される。その後、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の組による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ４２乃至Ｓ５１のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
【０１２７】
全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ５０においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５２に進む。
【０１２８】
ステップＳ５２において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ４１に戻される。
【０１２９】
ステップＳ４１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【０１３０】
いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ４１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ５３に進む。
【０１３１】
ステップＳ５３において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細については、図５を用いて説明済みであり、重複するので省略する。
【０１３２】
ステップＳ５３の実測処理が終了すると、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理は終了する。
【０１３３】
このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。また、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなるので、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
【０１３４】
なお、図８の第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行される前に、図４の第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されるようにしてもよい。この場合、はじめに、第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理によって、各振動子３１の相対的な位置関係が算出される。したがって、算出された当該位置関係を各振動子３１の配置の推定位置の初期状態として、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されることにより、第２のキャリブレーション処理の精度をより向上させることができる。
【０１３５】
[２次元配列の振動子]
各振動子３１は、上述のように１次元アレイでもよいが、２次元アレイでもよい。２次元アレイの複数の振動子３１として、例えば、cMUT（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）に実装される微細構造の振動子を採用できる。cMUTは、MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）技術によって、微細構造の各振動子が、フレキシブル基板上に実装された超音波トランスデューサである。cMUTにおける各振動子３１の形状は、特に限定されず、例えば、図９に示されるような形状であってもよい。
【０１３６】
図９は、cMUTを示す図である。図９Ａには、フレキシブル基板４１に円形の振動子３１ａが実装されて構成されるcMUT５１ａが示されている。図９Ｂには、フレキシブル基板４１に四角形の振動子３１ｂが実装されて構成されるcMUT５１ｂが示されている。
【０１３７】
cMUTに用いられるフレキシブル基板４１は、形状が自由に変形可能である。したがって、cMUTをプローブ２４として用いる場合、その形状を、ベルト状、帯状、シート状等に整形することができる。しかしながら、cMUTにおいては、各振動子３１が微細構造であることから、各振動子３１の位置関係を算出するために、各振動子３１にセンサを実装するのは困難である。そこで、本技術の手法をcMUTに適用することにより、センサを実装せずとも各振動子３１の位置関係を算出することが可能となる。
【０１３８】
本技術の手法をcMUTに適用した場合の超音波信号処理は、基本的に上述の処理と同様である。ただし、この場合、各振動子３１の構造が微細であることから、隣接する振動子３１の位置関係は、ほぼ平面に位置すると仮定することができる。したがって、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理において、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を増やさなくても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
【０１３９】
第２のキャリブレーション処理においては、振動子３１の位置関係が未知である場合、多くの振動子３１から超音波ビームが送信されると、振動子３１の配置の推定位置における、実際の振動子３１の配置位置に対する誤差は、大きいものとなる。しかしながら、隣接する振動子３１の位置関係を平面に位置すると仮定すると、振動子３１の配置の推定の誤差をある程度抑制することが可能となる。したがって、第２のキャリブレーション処理がたとえ１回だけ実行されたとしても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができるのである。
【０１４０】
[機能ブロック]
さらに、例えば、位置関係が固定された複数の振動子３１を１つの組（以下、このような組を機能ブロックと称する）として、複数の機能ブロックを定義して、これらの複数の機能ブロックの相互の位置関係を、本技術の手法により算出してもよい。
【０１４１】
図１０は、複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。
【０１４２】
図１０Ａには、円形の振動子３１ｃが示されている。なお、振動子３１ｃの形状は、特に円形に限定されない。図１０Ｂには、機能ブロック７１が示されている。図１０Ｃには、全部で１５個の振動子３１ｃからなるプローブ２４ｃが示されている。プローブ２４ｃは、３つの機能ブロック７１−１乃至７１−３から構成される。また、機能ブロック７１−１乃至７１−３には、それぞれ５つの振動子３１が含まれる。具体的には、機能ブロック７１−１には、振動子３１ｃ１乃至振動子３１ｃ５が含まれる。また、機能ブロック７１−２には、振動子３１ｃ１１乃至振動子３１ｃ１５が含まれる。また、機能ブロック７１−３には、振動子３１ｃ２１乃至振動子３１ｃ２５が含まれる。
【０１４３】
機能ブロック７１−１乃至７１−３にそれぞれ含まれる５つの振動子３１ｃは、物理的に固定されていて、位置関係が変動しない。なお、５つの振動子３１ｃは、振動子３１ｃ間で接続されることにより、物理的に固定されてもよい。また、機能ブロック７１−１乃至７１−３において、５つの振動子３１ｃが実装される基板を非フレキシブル基板として、５つの振動子３１ｃが非フレキシブル基板に実装されることにより、物理的に固定されてもよい。
【０１４４】
このような構成のブローブ２４ｃにおいては、送信ＢＦ部２２は、１回の送信ビームフォーミングにおいて、機能ブロック７１−１乃至７１−３の各々を１つの単位として超音波ビームを送信するキャリブレーション処理を実行する。そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、機能ブロック７１−１乃至７１−３の各々を単位とする受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差を単位毎に算出する。このようにして単位毎に算出された位相差に基づいて、各単位間の相対的な位置関係、すなわち隣接する機能ブロック７１−１乃至７１−３間の相対的な位置関係を算出することができる。
【０１４５】
このように、本技術の手法においては、センサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になる。したがって、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装しない簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
【０１４６】
[本技術のプログラムへの適用]
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１４７】
図１１は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【０１４８】
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【０１４９】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、入力部１０６、出力部１０７、記憶部１０８、通信部１０９、及びドライブ１１０が接続されている。
【０１５０】
入力部１０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部１０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動する。
【０１５１】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０１５２】
コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア１１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０１５３】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１５４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１５５】
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１５６】
例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
【０１５７】
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１５８】
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１５９】
なお、本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
を備える信号処理装置。
（２）
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
前記（１）に記載の信号処理装置。
（３）
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
前記（１）または（２）に記載の信号処理装置。
（４）
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の信号処理装置。
（５）
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の信号処理装置。
（６）
前記複数の振動子は、１次元に配列されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の信号処理装置。
（７）
前記複数の振動子は、２次元に配列されている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の信号処理装置。
（８）
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の信号処理装置。
【０１６０】
本技術は、コンテンツを編集する編集装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１０ 超音波診断装置， ２１ モード制御部， ２２ 送信ＢＦ部， ２３ 送受信切り替え部， ２４ プローブ， ２５ 受信ＢＦ部， ２６ 遅延計算部， ２７ 信号処理部， ２８ 表示部， ３１ 振動子， ４１ フレキシブル基板， ５１ａ，５１ｂ cMUT， ７１ 機能ブロック
【技術分野】
【０００１】
本技術は、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にする、信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波診断装置は、プローブ内に含まれる複数の振動子から生体内に向けて送信した超音波の反射波を再びプローブで受信する。そして、超音波診断装置は、受信した反射波に処理を施すことによって、測定対象を画像化する。このとき、超音波診断装置では、ビームフォーミングが行われている。ビームフォーミングとは、各振動子が超音波を送受信するタイミングを、超音波の遅延量に基づいて個別に制御する処理である。
【０００３】
プローブのなかには、各振動子の配置位置が固定されているものもある。このようなプローブを有する超音波診断装置では、ビームフォーミングを行うための各振動子の遅延量が、プローブ毎に各振動子の配置位置に基づいて予め計算されて、超音波診断装置内の記憶装置に固定値として記憶されている。そして、ビームフォーミングが行われる場合には、プローブ毎に、対応する遅延量が記憶装置から読み出されて用いられる。
【０００４】
このような遅延量を記憶する記憶装置の容量を削減するために、プローブ内の振動子の配置位置に基づいて、ビームフォーミングを行う毎に遅延量が計算される手法が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、配置位置が固定されていない複数のプローブが連結され、各プローブにより得られる画像データが合成されて画像化される手法が存在する（例えば、特許文献２参照）。当該手法においては、プローブの連結部分に角度センサが設けられ、角度センサにより検出された角度に基づいて、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係が計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３１１０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の手法は、プローブ内の振動子の配置位置が既知である場合にのみ適用可能であり、振動子の配置位置が不明である場合、例えば振動子の位置関係が固定されていない場合には適用が困難である。
【０００８】
また、特許文献２の手法は、各プローブに含まれる振動子の相対的な位置関係を算出するために、各プローブに角度センサが実装される必要がある。したがって、プローブの数が増えた場合には、それに対応する数の角度センサが必要となり、構成が複雑となる。
【０００９】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にするようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術の一側面の信号処理装置は、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部とを備える。
【００１１】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つを前記送信対象として選択することができる。
【００１２】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上を前記送信対象として選択することができる。
【００１３】
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用することができる。
【００１４】
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用することができる。
【００１５】
前記複数の振動子は、１次元に配列することができる。
【００１６】
前記複数の振動子は、２次元に配列することができる。
【００１７】
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出することができる。
【００１８】
本技術の一側面の信号処理方法、記録媒体、及びプログラムは、上述した本技術の一側面の信号処理装置に対応する方法、記録媒体、及びプログラムである。
【００１９】
本技術の一側面の信号処理装置及び方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差が算出され、算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量が計算される。
【発明の効果】
【００２０】
以上のごとく、本技術によれば、超音波診断装置のプローブに含まれる複数の振動子間の位置関係が固定されていなくても、簡単な構成で適切なビームフォーミングを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】振動子と対象点との関係を示す図である。
【図２】本技術の概要について説明する図である。
【図３】本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】超音波信号処理の流れについて説明するフローチャートである。
【図５】実測処理の流れについて説明するフローチャートである。
【図６】複数の振動子を用いたキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。
【図７】第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と対象点Ｆからの反射波の音圧の関係を示す図である。
【図８】第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【図９】cMUTを示す図である。
【図１０】複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。
【図１１】本技術が適用される信号処理装置のハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[受信ビームフォーミング]
はじめに、本技術の理解を容易なものとすべく、超音波診断装置における受信ビームフォーミングについて説明する。
【００２３】
図１は、振動子と対象点との関係を示す図である。
【００２４】
受信ビームフォーミングとは、測定領域内の対象点からプローブ内の各振動子までの距離に基づいて、各振動子の受信波の各々を遅延させた各信号を加算する処理（以下、整相加算処理と適宜称する）によって受信波の位相をそろえ、測定領域内の対象点からの反射波の強度を示す信号（以下、反射波検出信号と称する）を生成することをいう。
【００２５】
図１に示されるように、１次元に並んだアレイ状の振動子ＢＬ３，ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３のそれぞれから超音波が送信され、超音波ビームが形成される。この超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。対象点Ｆからの反射波は、点音源からの反射と考えることができるため、送出方向に同心円状に伝わる。対象点Ｆからの反射波が各振動子に到達する時刻は、各振動子の位置によって微小な差異が生ずる。この微小な差異は、反射波が対象点Ｆから同心円状に放射されるのに対して、各振動子は直線状に配置されているため、対象点Ｆから各振動子の各々までの距離が異なるために生ずる。
【００２６】
例えば、対象点Ｆからの反射波は、距離ｄ０を進んで振動子Ｂ０に到達する一方で、振動子ＢＲ３に到達するためには距離ｄ３を進む必要がある。図１に示されるように、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離は、各振動子間の距離ｐの３倍（３×ｐ＝３ｐ）になる。したがって、振動子Ｂ０と振動子ＢＲ３との間の距離（３×ｐ＝３ｐ）、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０、及び対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３の関係は、三角定理から、次の式（１）により表される。
【００２７】
【数１】
【００２８】
したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３は、距離ｄ０，３ｐを用いて次の式（２）により算出される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
したがって、対象点Ｆから振動子ＢＲ３までの距離ｄ３と、対象点Ｆから振動子Ｂ０までの距離ｄ０の距離差Δｄ’は、次の式（３）により算出される。
【００３１】
【数３】
【００３２】
ここで、生体内の音速を1530m/sとした場合、距離差Δｄ’を時間差Δｔ’に変換すると、次の式（４）のように表される。この時間差Δｔ’が、基準となる振動子Ｂ０に対する、振動子ＢＲ３における遅延量である。
【００３３】
【数４】
【００３４】
なお、上述の演算をデジタル処理する場合、サンプリング周波数を50MHzとすると、サンプル間隔は20ns（＝1/50000Hz）、0.0306mm（＝1530×20/1000000）に相当する。したがって、距離差Δｄ’に相当する遅延ステップ数Delaystep＝Δｄ’/0.0306となる。
【００３５】
対象点Ｆから同心円状に広がった反射波が、振動子で効率よく受信されるためには、広がった反射波の全てが振動子で受信されて、各振動子における反射波の信号が、上述の時間差Δｔ’等の各振動子毎の遅延量分だけそれぞれ遅延されながら加算される処理、すなわち整相加算処理が行われるとよい。これにより、S/N比が高い信号を、反射波検出信号として検出することができる。
【００３６】
精度良い整相加算処理の実現のためには、次の２つの条件が満たされる必要がある。第１の条件は、振動子間の相対的な位置関係が既知である、という条件である。この第１の条件から、距離差Δｄ’の算出が可能となる。第２の条件は、音速が一定であると仮定できる、という条件である。この第２の条件から、時間差Δｔ’の算出が可能となる。
【００３７】
通常の場合、音速は一定であると仮定できるので、第２の条件は満たされる。第１の条件が満たされるためには、振動子間の位置関係が固定されていないプローブ（以下、フレキシブルプローブと称する）の場合、何らかの手法を用いて振動子間の相対的な位置関係を把握する必要がある。フレキシブルプローブの場合、例えば、上述の特許文献２の手法のように、センサ等を用いて振動子間の相対的な位置関係を求めることが可能であるが、この場合、構成が複雑になる。そこで、本技術の手法においては、このようなセンサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になるように、超音波ビームの送受信が複数回繰り返される。すなわち、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装することなく簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
【００３８】
[本技術の概要]
図２は、本技術の概要について説明する図である。
【００３９】
図２Ａに示される例では、複数の振動子ＢＬ２，ＢＬ１，Ｂ０，ＢＲ１，ＢＲ２が、等距離に１次元に固定された状態（以下、直列固定状態と称する）で配列されている。この場合、振動子間の相対的な位置関係は既知である。図２Ａの左側に示されるように、振動子Ｂ０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたとする。
【００４０】
すると、図２Ａの右側に示されるように、振動子Ｂ０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わって各振動子に到達する。ここで、図２Ａの場合、振動子間の相対的な位置関係は既知であり、対象点Ｆからの反射波は、最初に、対象点Ｆから最短距離の振動子Ｂ０において受信波として到達するため、当該振動子Ｂ０における受信波を、以下、基準受信波と称する。この場合、各振動子ＢＬ２，ＢＬ１，ＢＲ１，ＢＲ２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する遅延量（すなわち、位相差）ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々は、一意に算出することができる。
【００４１】
具体的には、直列固定状態では、振動子Ｂ０の左側に隣接する振動子ＢＬ１における遅延量ＤＬ１，さらに当該振動子ＢＬ１の左側に隣接する振動子ＢＬ２の遅延量ＤＬ２の順に、その値は大きくなっていく。同様に、直列固定状態では、振動子Ｂ０の右側に隣接する振動子ＢＲ１における遅延量ＤＲ１，さらに当該振動子ＢＲ１の右側に隣接する振動子ＢＲ２の遅延量ＤＲ２の順に、その値は大きくなっていく。
【００４２】
このように、直列固定状態では、各振動子の遅延量は既知の位置関係により算出可能であるため、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要はない。
【００４３】
これに対して、図２Ｂにおいては、複数の振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２は、相対的な位置関係が不明な状態で配置されている。図２Ｂの場合には、これらの遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２のそれぞれは、上述の式（１）乃至式（４）のような計算により算出することができず、実際に超音波ビームを送受信させて実測する必要がある。
【００４４】
例えば、図２Ｂの左側に示されるように、振動子Ｂ１０から対象点Ｆの方向に超音波ビームが送信されたものとする。
【００４５】
この場合、図２Ｂの右側に示されるように、振動子Ｂ１０から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。このとき、対象点Ｆからの反射波は、同心円状に伝わり各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，Ｂ１０，ＢＲ１１，ＢＲ１２に到達する。その際の各振動子ＢＬ１２，ＢＬ１１，ＢＲ１１，ＢＲ１２におけるそれぞれの受信波についての、基準受信波に対する実測の到達時間の差異が、遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１,ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々となる。
【００４６】
振動子間の相対的な位置関係が既知である場合（すなわち、直列固定状態）の遅延量ＤＬ２，ＤＬ１，ＤＲ１，ＤＲ２の各々（図２Ａの右側）と、振動子間の相対的な位置関係が未知である場合の実測により算出された遅延量ＤＬ１２，ＤＬ１１，ＤＲ１１，ＤＲ１２の各々（図２Ｂの右側）との差分のそれぞれが、各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２Ｃの左側）を示すことになる。
【００４７】
この各振動子の位置の差（すなわち、位置ずれ）を示す遅延量ＤＬ２２，ＤＬ２１，ＤＲ２１，ＤＲ２２の各々（図２Ｃの左側）は、基準となる振動子Ｂ２０に対する、振動子ＢＬ２２，ＢＬ２１，ＢＲ２１，ＢＲ２２の各々との位置の差（すなわち、位置ずれ）に簡単に変換することが可能になる。このようにして、位置関係が不明であった振動子の位置関係が、センサを採用せずとも簡単な演算のみで明確になる。
【００４８】
このようにして算出された振動子の位置関係に対応する遅延量が、ビームフォーミングに用いられることにより、高画質の超音波画像の生成が可能となる。
【００４９】
[超音波診断装置の構成例]
図３は、本技術が適用される超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【００５０】
図３に示されるように、超音波診断装置１０は、モード制御部２１、送信ＢＦ（Beam Forming）部２２、送受信切り替え部２３、プローブ２４、受信ＢＦ部２５、遅延計算部２６、信号処理部２７、及び表示部２８を有する。
【００５１】
プローブ２４は、図３の例では説明の簡略上、５つの振動子３１−１乃至３１−５を有するものとする。なお、以下では、振動子３１−１乃至３１−５を個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて振動子３１と称する。振動子３１の相対的な位置関係は不明であるとする。また、振動子３１の数は、図３の例では５つとされたが、特にこれに限定されない。
【００５２】
モード制御部２１は、超音波診断装置１０のモードをキャリブレーションモードまたは実測モードのどちらか一方に切り替える。キャリブレーションモードにおいては、プローブ２４内の振動子３１の相対的な位置関係を算出するキャリブレーション処理が実行される。実測モードにおいては、キャリブレーションモードにおいて算出された振動子３１の相対的な位置関係を用いて、測定対象が測定され画像化されて表示される。
【００５３】
本実施形態においては、各振動子３１の相対的な位置関係は固定されていないため、各振動子３１の位置が変化した場合に、キャリブレーション処理が実行されると好適である。また、例えば、測定対象の測定が実行される前に、毎回キャリブレーション処理が行われるようにしてもよい。
【００５４】
送信ＢＦ部２２は、キャリブレーションモード時には、振動子を駆動して、当該振動子から送信する超音波ビームを形成する。送信ＢＦ部２２は、実測モード時には、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成する。
【００５５】
送受信切り替え部２３は、内蔵するスイッチを切り替えることにより、送信ＢＦ部２２および受信ＢＦ部２５のいずれか一方を選択して、プローブ２４からの超音波ビームの送受信を切り替える。
【００５６】
プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信ＢＦ部２２により形成された超音波ビームを送信する。また、プローブ２４に含まれる振動子３１は、送信した超音波ビームに対応する反射波を受信して、受信した反射波の信号を受信ＢＦ部２５に供給する。
【００５７】
受信ＢＦ部２５は、キャリブレーションモード時には、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準となる配列（以下、基準配列と称する）に基づいてそれぞれ遅延させる。また、受信ＢＦ部２５は、遅延した各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出して、遅延計算部２６に供給する。受信ＢＦ部２５は、実測モード時には、各振動子３１が受信した反射波の信号を、遅延計算部２６により算出された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、生成した反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
【００５８】
遅延計算部２６は、キャリブレーションモード時に、受信ＢＦ部２５から供給された位相差を、前回までの処理で供給された位相差と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれで用いられる遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【００５９】
信号処理部２７は、実測モード時に、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
【００６０】
表示部２８は、実測モード時に、信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。
【００６１】
[超音波信号処理]
次に、このような超音波診断装置１０が実行する、測定対象の超音波画像を表示するまでの一連の処理（以下、超音波信号処理と称する）について、図４を参照して説明する。
【００６２】
図４は、超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【００６３】
ステップＳ１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【００６４】
キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ２に進む。
【００６５】
ステップＳ２において、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、１つの振動子３１を送信対象の振動子３１として駆動して、当該振動子３１から超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【００６６】
ステップＳ３において、プローブ２４の送信対象の振動子３１（例えば、振動子３１−１）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【００６７】
ステップＳ４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【００６８】
ステップＳ５において、各振動子３１は、ステップＳ３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【００６９】
ステップＳ６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定してそれぞれ遅延させる。
【００７０】
ステップＳ７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。より具体的には、ステップＳ６の受信ビームフォーミングにおいては、図２Ａの右側と図２Ｂの右側との差分を求める演算と等価な処理が実行されて、図２Ｃの左側の信号がそれぞれ出力されることになる。この図２Ｃの左側の信号の各位相差は、各振動子３１の位置ずれを示していることになる。すなわち、各振動子３１の位置ずれを示す位相差が、ステップＳ７の処理で算出される。
【００７１】
ステップＳ８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を計算し、計算された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【００７２】
ステップＳ９において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち全ての振動子３１から超音波ビームが送信されたかを判定する。
【００７３】
まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１０に進む。
【００７４】
ステップＳ１０において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１を変更する。例えば、次の振動子３１−２に変更される。その後、処理はステップＳ２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の各々による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ２乃至Ｓ１０のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
【００７５】
全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ１１に進む。
【００７６】
ステップＳ１１において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ１に戻される。
【００７７】
ステップＳ１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【００７８】
いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ１２に進む。
【００７９】
ステップＳ１２において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細について図５を参照して説明する。
【００８０】
図５は、実測処理の流れを説明するフローチャートである。
【００８１】
ステップＳ２１において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子３１に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、送信ＢＦ部２２は、各振動子３１から送信する超音波ビームが、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により算出（すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新）された遅延量分だけ遅延して送信されるように、各振動子３１から送信される超音波ビームを形成するための信号を生成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【００８２】
ステップＳ２２において、各振動子３１は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ２１で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【００８３】
ステップＳ２３において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【００８４】
ステップＳ２４において、各振動子３１は、ステップＳ２２において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【００８５】
ステップＳ２５において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１が受信した反射波の信号を、最後の回（すなわち、直前の回）のステップＳ８で遅延計算部２６により更新(すなわち、キャリブレーション処理時の最終更新)された遅延量分だけ遅延させながら加算する整相加算処理を行うことによって受信波の位相をそろえ、反射波検出信号を生成する。受信ＢＦ部２５は、反射波検出信号を信号処理部２７に供給する。
【００８６】
ステップＳ２６において、信号処理部２７は、受信ＢＦ部２５から供給される反射波検出信号に基づいて、測定対象の超音波画像の信号を生成する。
【００８７】
ステップＳ２７において、表示部２８は、ステップＳ２６で信号処理部２７により生成された信号に基づく超音波画像を表示する。これにより実測処理は終了する。
【００８８】
図４のフローチャートに戻り、以上のステップＳ１２の実測処理が終了すると、超音波信号処理は終了する。
【００８９】
[第２のキャリブレーション処理]
図４の例のキャリブレーション処理（以下、第１のキャリブレーション処理と称する）においては、１回の送信ビームフォーミングにおいて超音波ビームが送信される振動子３１の数、すなわち送信対象の振動子３１は１つであった。しかしながら、この場合、１つの振動子３１から送信された超音波ビームは拡散するため、送信方向の真下にある対象点Ｆだけではなく、様々な位置にある対象点に当たって反射する場合がある。受信対象の振動子３１が、様々な位置にある対象点からの反射波を受信した場合、第１のキャリブレーション処理の精度が低くなり、各振動子３１の相対的な位置関係が正しく算出されないおそれがある。
【００９０】
そこで、超音波診断装置１０は、１回の送信ビームフォーミングにおいて複数の振動子３１の組を送信対象の振動子３１として、当該複数の振動子３１から超音波ビームを送信する第２のキャリブレーション処理を実行することができる。超音波診断装置１０は、このような第２のキャリブレーション処理の繰り返し処理を、複数の振動子３１の組を変化させて実行する。これにより、振動子３１の相対的な位置関係の算出の精度をより向上させることができる。第２のキャリブレーション処理について、図６乃至図８を参照して説明する。
【００９１】
図６は、第２のキャリブレーション処理における振動子の配置を示す図である。図６においては、５つの振動子３１−１乃至３１−５が一組として、第２のキャリブレーションン処理が繰り返し実行される。
【００９２】
具体的には、図６の状態Ｃ１は、振動子３１−１乃至３１−５の実際の配置状態を表わしている。ただし、振動子３１−１乃至３１−５の配置はまだ推定されておらず、その相対的な位置関係はまだ不明な状態である。
【００９３】
はじめに、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を、状態Ｃ０に示されるような直列固定状態であると仮定して、すなわち直列固定状態を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。そして、状態Ｃ０の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【００９４】
そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１−１乃至３１−５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を算出する。このようにして算出された位相差に基づく、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ２である。
【００９５】
ここで、状態Ｃ０の配置であると仮定した振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。しかしながら、この場合、振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、仮定した配置でビームフォーミングされているため（超音波ビームの信号が形成されているため）、正しく絞られていないので拡散し、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。したがって、対象点Ｆからの反射波に基づいて算出される位相差は、雑音が多く精度が低いものとなる。すなわち、図６の状態Ｃ０示す、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、大きいものとなる。
【００９６】
そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を状態Ｃ２であると仮定して、すなわち状態Ｃ２を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ１における振動子３１−１，３１−５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ２の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ２の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【００９７】
そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、振動子３１−１乃至３１−５の各々の受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差（すなわち、各振動子３１の位置ずれの推定量）を再度算出する。このようにして再度算出された位相差に基づく、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置を示す状態が、図６の状態Ｃ３である。
【００９８】
ここで、状態Ｃ３に示す、振動子３１−１乃至３１−５の配置の推定位置（すなわち、位置ずれの推定量）における、実際の配置位置（すなわち、実際の位置ずれ）に対する誤差は、状態Ｃ２の配置の場合の誤差と比較して小さくなっている。これは次の理由による。
【００９９】
すなわち、状態Ｃ２の配置であると仮定した振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆに当たり反射する。また、この場合も、振動子３１−１乃至３１−５から送信された超音波ビームは、対象点Ｆ以外の対象点にも当たり反射する。しかしながら、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームは、振動子３１の配置が状態Ｃ０の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームと比較すると、絞られたものになっている。したがって、振動子３１の配置が状態Ｃ２の配置であると仮定した場合に送信される超音波ビームの、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波は減少するからである。
【０１００】
そこで、次に、送信ＢＦ部２２は、振動子３１−１乃至３１−５の配置を、状態Ｃ３であると仮定して、すなわち状態Ｃ３を基準配列として超音波ビームの信号を形成する。具体的には、状態Ｃ２における振動子３１−５の配置位置を仮想的に変更して、状態Ｃ３の配置であると仮定する。そして、状態Ｃ３の配置であると仮定された振動子３１−１乃至３１−５から超音波ビームが送信される。
【０１０１】
このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。すなわち、各振動子３１から送信される超音波ビームにより波面が合成され、仮想的に凹状に配置された振動子３１から超音波ビームが送信される状態となるので、超音波ビームが絞られる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
【０１０２】
また、各振動子３１から送信される超音波ビームが絞られるということは、音圧が集中することと等価である。したがって、対象点Ｆからの反射波の音圧も高くなる。さらに、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくので、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなる。したがって、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
【０１０３】
[第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数]
ここで、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数について説明する。
【０１０４】
図７は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数と、対象点Ｆからの反射波の音圧の関係とを示す図である。図７において、縦軸は、対象点Ｆからの反射波の音圧を示しており、横軸は、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を示している。
【０１０５】
図７に示されるように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けるように変化させながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数が増えていく毎に、対象点Ｆからの反射波の音圧は変化する。
【０１０６】
ここで、上述したように、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解（すなわち、実際の配置位置）に近づくにつれ、対象点Ｆからの反射波の音圧が高くなる。すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に近づいている間は、音圧の変化は上昇方向（正の方向）に向かっている。そして、理想的には、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致すると、対象点Ｆからの反射波の音圧は最高値になり、それ以降、第２のキャリブレーションの処理が繰り返されても、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解に一致し続けるならば、音圧も最高値を保ったまま変化しないことになる。すなわち、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量がほぼ無くなれば、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解にほぼ一致したとして、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。或いはまた、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化が上昇方向（正の方向）から下降方向（負の方向）に変化した場合は、各振動子３１の配置位置の推定位置が正解から離れる方向に向かうことを意味しているので、音圧の変化が負の方向に変化した時点で（すなわち、変極点で）、第２のキャリブレーションの繰り返しを停止させるとよい。
【０１０７】
そこで、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも低くなるか、または変化が負の方向に変化したときを収束条件として、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を決定することができる。なお、この場合、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数の上限も予め決めておく。
【０１０８】
次に、上述の収束条件に用いられる対象点Ｆの決定の手法について説明する。１列に配列された各振動子３１に対して、どれくらい離れた距離にある対象点Ｆを収束条件に用いるかは、例えば、次のようにして決定することができる。
【０１０９】
中心点と、その中心点に対して水平方向に左右に１画素分ずつずらした２点との集合を、複数組抽出する。次に、各集合毎に、３点の音圧をそれぞれ求め、中心点の音圧が最高となる集合を、対象点Ｆが含まれる集合の候補として抽出する。この場合、垂直方向に幾つもの候補が抽出されるので、これらの候補の中から、最も音圧が高い中心点を、対象点Ｆとして決定する。
【０１１０】
[超音波信号処理]
次に、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理について、図８を参照して説明する。
【０１１１】
図８は、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理の流れを説明するフローチャートである。
【０１１２】
ステップＳ４１において、モード制御部２１は、ユーザから指示され、設定したモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【０１１３】
キャリブレーションモードが設定されている場合、ステップＳ４１においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ４２に進む。
【０１１４】
ステップＳ４２において、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子に対して送信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子の基準配列を直列固定状態、すなわち位置ずれが存在しない配列であると仮定して超音波ビームを送信するための信号を形成する。また、２回目以降のステップＳ４２の処理では、送信ＢＦ部２２は、複数の振動子を送信対象の振動子として駆動して、当該複数の振動子が直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、当該配置位置を基準配列として超音波ビームを送信するための信号を形成する。このとき、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側に切り替える。
【０１１５】
ステップＳ４３において、プローブ２４の複数の振動子３１（例えば、振動子３１−１乃至３１−５）は、送信ＢＦ部２２によりステップＳ４２で形成された信号に基づく超音波ビームを発生し、送信する。
【０１１６】
ステップＳ４４において、送受信切り替え部２３は、スイッチの位置を送信ＢＦ部２２側から受信ＢＦ部２５側に切り替えることにより、送受信を切り替える。
【０１１７】
ステップＳ４５において、各振動子３１は、ステップＳ４３において送信された超音波ビームに対応する反射波を受信する。各振動子３１は、受信した反射波の信号を、受信ＢＦ部２５に供給する。
【０１１８】
ステップＳ４６において、受信ＢＦ部２５は、受信ビームフォーミングを行う。すなわち、初回のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直列固定状態であると仮定してそれぞれ遅延させる。また、２回目以降のステップＳ４６の処理では、受信ＢＦ部２５は、各振動子３１から供給された反射波の信号を、各振動子３１の基準配列を直前の回のステップＳ４７の処理で算出された位相差により特定される各振動子３１の配置位置（すなわち、各振動子３１の配置位置の推定位置）の状態であると仮定して、それぞれ遅延させる。
【０１１９】
ステップＳ４７において、受信ＢＦ部２５は、位相差を算出する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、ステップＳ４６において遅延された各振動子３１の信号列で相関を計算して、位相差を算出する。受信ＢＦ部２５は、算出した位相差を、遅延計算部２６に供給する。
【０１２０】
ステップＳ４８において、遅延計算部２６は、遅延量を更新する。遅延計算部２６は、受信ＢＦ部２５から供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）を、前回までの処理で供給された位相差（すなわち、各振動子の位置ずれ）と平均化して、各振動子３１の位相差を算出する。そして、遅延計算部２６は、算出した位相差（すなわち、平均化された各振動子の位置ずれ）に基づいて、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量を算出し、算出された遅延量を上書きすることによって、遅延量の更新を行う。
【０１２１】
ステップＳ４９において、受信ＢＦ部２５は、収束条件を満たしたかを判定する。すなわち、受信ＢＦ部２５は、対象点Ｆからの反射波の音圧の変化量が所定の閾値よりも小さくなったか、または負の値となったかを判定する。
【０１２２】
収束条件を満たしていない場合、ステップＳ４９においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、収束条件を満たすまでの間、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される。なお、ステップＳ４２乃至Ｓ４９のループ処理が繰り返される間、各振動子３１の配置位置の推定位置は、実際の配置位置に近づくように変化されながら位相差が算出される。そして、算出された位相差に基づいて遅延量が更新される。
【０１２３】
その後、収束条件を満たした場合、ステップＳ４９においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５０に進む。
【０１２４】
ステップＳ５０において、送信ＢＦ部２２は、全ての振動子３１の処理が終了したか、すなわち複数の振動子３１の組からの超音波ビームの送信の処理が、全ての組においてなされたかを判定する。
【０１２５】
まだ全ての振動子３１から超音波ビームが送信されていない場合、ステップＳ５０においてＮＯであると判定されて、処理はステップ５１に進む。
【０１２６】
ステップＳ５１において、送信ＢＦ部２２は、送信ビームフォーミングの対象とする振動子３１の組を変更する。例えば、図示せぬ次の振動子３１−６乃至３１−１０に変更される。その後、処理はステップＳ４２に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、全ての振動子３１の組による送信ビームフォーミングが繰り返し実行され、その都度、ステップＳ４２乃至Ｓ５１のループ処理が繰り返されることで、送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのそれぞれの遅延量が更新されていく。
【０１２７】
全ての振動子３１の処理が終了した場合、ステップＳ５０においてＹＥＳであると判定されて、処理はステップＳ５２に進む。
【０１２８】
ステップＳ５２において、モード制御部２１は、実測モードに切り替える。すると、処理はステップＳ４１に戻される。
【０１２９】
ステップＳ４１において、モード制御部２１は、設定されているモードがキャリブレーションモードであるかを判定する。
【０１３０】
いまの場合、実測モードが設定されているので、ステップＳ４１においてＮＯであると判定されて、処理はステップＳ５３に進む。
【０１３１】
ステップＳ５３において、超音波診断装置２０は、実測処理を行う。実測処理の詳細については、図５を用いて説明済みであり、重複するので省略する。
【０１３２】
ステップＳ５３の実測処理が終了すると、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理は終了する。
【０１３３】
このように、各振動子３１の配置位置の推定位置を正解（すなわち、実際の配置位置）に近付けながら、位相差（すなわち、位置ずれの推定量）を計算する第２のキャリブレーション処理を繰り返し実行することで、各振動子３１から送信される超音波ビームを絞ることができる。これにより、対象点Ｆ以外の対象点からの反射波が低減されるので、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。また、受信ＢＦ部２５による整相加算処理の位相差が少なくなり、加算される音圧が高くなるので、測定対象の測定の精度を向上させることができる。
【０１３４】
なお、図８の第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行される前に、図４の第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されるようにしてもよい。この場合、はじめに、第１のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理によって、各振動子３１の相対的な位置関係が算出される。したがって、算出された当該位置関係を各振動子３１の配置の推定位置の初期状態として、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理が実行されることにより、第２のキャリブレーション処理の精度をより向上させることができる。
【０１３５】
[２次元配列の振動子]
各振動子３１は、上述のように１次元アレイでもよいが、２次元アレイでもよい。２次元アレイの複数の振動子３１として、例えば、cMUT（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）に実装される微細構造の振動子を採用できる。cMUTは、MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）技術によって、微細構造の各振動子が、フレキシブル基板上に実装された超音波トランスデューサである。cMUTにおける各振動子３１の形状は、特に限定されず、例えば、図９に示されるような形状であってもよい。
【０１３６】
図９は、cMUTを示す図である。図９Ａには、フレキシブル基板４１に円形の振動子３１ａが実装されて構成されるcMUT５１ａが示されている。図９Ｂには、フレキシブル基板４１に四角形の振動子３１ｂが実装されて構成されるcMUT５１ｂが示されている。
【０１３７】
cMUTに用いられるフレキシブル基板４１は、形状が自由に変形可能である。したがって、cMUTをプローブ２４として用いる場合、その形状を、ベルト状、帯状、シート状等に整形することができる。しかしながら、cMUTにおいては、各振動子３１が微細構造であることから、各振動子３１の位置関係を算出するために、各振動子３１にセンサを実装するのは困難である。そこで、本技術の手法をcMUTに適用することにより、センサを実装せずとも各振動子３１の位置関係を算出することが可能となる。
【０１３８】
本技術の手法をcMUTに適用した場合の超音波信号処理は、基本的に上述の処理と同様である。ただし、この場合、各振動子３１の構造が微細であることから、隣接する振動子３１の位置関係は、ほぼ平面に位置すると仮定することができる。したがって、第２のキャリブレーション処理を含む超音波信号処理において、第２のキャリブレーション処理の繰り返し回数を増やさなくても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができる。
【０１３９】
第２のキャリブレーション処理においては、振動子３１の位置関係が未知である場合、多くの振動子３１から超音波ビームが送信されると、振動子３１の配置の推定位置における、実際の振動子３１の配置位置に対する誤差は、大きいものとなる。しかしながら、隣接する振動子３１の位置関係を平面に位置すると仮定すると、振動子３１の配置の推定の誤差をある程度抑制することが可能となる。したがって、第２のキャリブレーション処理がたとえ１回だけ実行されたとしても、第２のキャリブレーション処理の精度を向上させることができるのである。
【０１４０】
[機能ブロック]
さらに、例えば、位置関係が固定された複数の振動子３１を１つの組（以下、このような組を機能ブロックと称する）として、複数の機能ブロックを定義して、これらの複数の機能ブロックの相互の位置関係を、本技術の手法により算出してもよい。
【０１４１】
図１０は、複数の機能ブロックからなるプローブを示す図である。
【０１４２】
図１０Ａには、円形の振動子３１ｃが示されている。なお、振動子３１ｃの形状は、特に円形に限定されない。図１０Ｂには、機能ブロック７１が示されている。図１０Ｃには、全部で１５個の振動子３１ｃからなるプローブ２４ｃが示されている。プローブ２４ｃは、３つの機能ブロック７１−１乃至７１−３から構成される。また、機能ブロック７１−１乃至７１−３には、それぞれ５つの振動子３１が含まれる。具体的には、機能ブロック７１−１には、振動子３１ｃ１乃至振動子３１ｃ５が含まれる。また、機能ブロック７１−２には、振動子３１ｃ１１乃至振動子３１ｃ１５が含まれる。また、機能ブロック７１−３には、振動子３１ｃ２１乃至振動子３１ｃ２５が含まれる。
【０１４３】
機能ブロック７１−１乃至７１−３にそれぞれ含まれる５つの振動子３１ｃは、物理的に固定されていて、位置関係が変動しない。なお、５つの振動子３１ｃは、振動子３１ｃ間で接続されることにより、物理的に固定されてもよい。また、機能ブロック７１−１乃至７１−３において、５つの振動子３１ｃが実装される基板を非フレキシブル基板として、５つの振動子３１ｃが非フレキシブル基板に実装されることにより、物理的に固定されてもよい。
【０１４４】
このような構成のブローブ２４ｃにおいては、送信ＢＦ部２２は、１回の送信ビームフォーミングにおいて、機能ブロック７１−１乃至７１−３の各々を１つの単位として超音波ビームを送信するキャリブレーション処理を実行する。そして、受信ＢＦ部２５及び遅延計算部２６は、機能ブロック７１−１乃至７１−３の各々を単位とする受信波に対して受信ビームフォーミングを行い、出力された各信号の相関に基づいて位相差を単位毎に算出する。このようにして単位毎に算出された位相差に基づいて、各単位間の相対的な位置関係、すなわち隣接する機能ブロック７１−１乃至７１−３間の相対的な位置関係を算出することができる。
【０１４５】
このように、本技術の手法においては、センサを実装せずとも、振動子間の相対的な位置関係の取得が可能になる。したがって、本技術の手法においては、フレキシブルプローブを採用したとしても、センサを実装しない簡単な構成でビームフォーミングの実現が可能になる。
【０１４６】
[本技術のプログラムへの適用]
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１４７】
図１１は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【０１４８】
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【０１４９】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、入力部１０６、出力部１０７、記憶部１０８、通信部１０９、及びドライブ１１０が接続されている。
【０１５０】
入力部１０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部１０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動する。
【０１５１】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０１５２】
コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア１１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０１５３】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１５４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１５５】
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１５６】
例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
【０１５７】
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１５８】
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１５９】
なお、本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
を備える信号処理装置。
（２）
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
前記（１）に記載の信号処理装置。
（３）
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
前記（１）または（２）に記載の信号処理装置。
（４）
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の信号処理装置。
（５）
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の信号処理装置。
（６）
前記複数の振動子は、１次元に配列されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の信号処理装置。
（７）
前記複数の振動子は、２次元に配列されている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の信号処理装置。
（８）
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の信号処理装置。
【０１６０】
本技術は、コンテンツを編集する編集装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１０ 超音波診断装置， ２１ モード制御部， ２２ 送信ＢＦ部， ２３ 送受信切り替え部， ２４ プローブ， ２５ 受信ＢＦ部， ２６ 遅延計算部， ２７ 信号処理部， ２８ 表示部， ３１ 振動子， ４１ フレキシブル基板， ５１ａ，５１ｂ cMUT， ７１ 機能ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記複数の振動子は、１次元に配列されている
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記複数の振動子は、２次元に配列されている
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記信号処理装置が、
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
ステップを含む信号処理方法。
【請求項１０】
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
ステップを含むプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項１１】
コンピュータを、
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
して機能させるためのプログラム。
【請求項１】
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの１つが前記送信対象として選択される
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記位相差算出部によって、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が１回行われる毎に、前記複数の振動子のうちの２つ以上が前記送信対象として選択される
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記位相差算出部は、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記位相差算出部は、前記位置ずれを示す前記位相差の算出が、初回の場合には、前記複数の振動子の位置ずれが存在しない配列を前記基準配列として採用し、２回目以降の場合には、前回に算出した前記位相差が示す位置ずれが存在した状態の前記複数の振動子の配列を、前記基準配列として採用する
請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記複数の振動子は、１次元に配列されている
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記複数の振動子は、２次元に配列されている
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記複数の振動子が、所定の数の前記振動子の組を機能ブロックとして、複数の機能ブロックに分割され、
前記位相差算出手段は、前記機能ブロックを単位として、前記位置ずれを示す前記位相差を前記単位毎に算出する
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記信号処理装置が、
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
ステップを含む信号処理方法。
【請求項１０】
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、
算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する
ステップを含むプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項１１】
コンピュータを、
相対位置が固定されていない複数の振動子のうち、送信対象の振動子から送信された超音波の前記複数の振動子における反射波の信号の各位相差と、前記複数の振動子の配列が基準配列であると仮定した場合の前記複数の振動子における反射波の信号の既知の各位相差との差分に基づいて、前記複数の振動子間の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に基づいて、ビームフォーミングで用いる、前記複数の振動子の各々の遅延量を計算する遅延計算部と
して機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７５０７２（Ｐ２０１３−７５０７２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７３６９（Ｐ２０１１−２１７３６９）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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