WO2022230601A1

WO2022230601A1 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法

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Publication number: WO2022230601A1
Application number: PCT/JP2022/016591
Authority: WO
Inventors: 雅史野口
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20240050071A1; EP4331498A1; JPWO2022230601A1; CN117241736A; EP4331498A4

Abstract

２次元超音波画像および３次元超音波画像の画質を向上できる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供する。超音波診断装置（１）は、超音波プローブ（２）と装置本体（３）とを備える。超音波プローブ（２）は、複数の振動子を含む２次元振動子アレイ（１１）と、２次元走査の際に少なくとも一部の振動子をエレベーション方向に振動子が並ぶ複数のパッチに分割し、３次元走査の際に少なくとも一部の振動子をアジマス方向に振動子が並ぶ複数のパッチに分割するパッチ分割回路（１２）と、複数のパッチに対応する複数のプローブビームフォーマ（１３）とを含み、装置本体（３）は、本体ビームフォーマ（１４）を含み、プローブビームフォーマ（１３）は、パッチ内の振動子に対して送受信信号のビームフォーミングを行い、本体ビームフォーマ（１４）は、複数のパッチに対して送受信信号のビームフォーミングを行う。

Description

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法

　本発明は、２次元走査と３次元走査の双方を行う超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。

　従来から、いわゆるアジマス方向と、いわゆるエレベーション方向において、それぞれ、複数の振動子が配列された２次元振動子アレイを含む、超音波プローブを備えた超音波診断装置が知られている。一般的に、２次元振動子アレイは非常に多数の振動子を含んでいるため、２次元振動子アレイのすべての振動子から装置本体まで信号線を引き出すことが困難である。それにより、２次元振動子アレイのすべての振動子に対して個別にビームフォーミングを行うことが困難であるため、複数の振動子を１つの制御単位として、すなわち１つのパッチとして制御することが多い。

　通常、２次元振動子アレイを構成する複数の振動子を、アジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有する複数のパッチに分割し、それぞれのパッチの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングがなされることが多く、これが、２次元走査により得られる２次元超音波画像の画質が低下する要因となっていた。そこで、２次元超音波画像の画質を向上させるために、特許文献１に開示されるような超音波診断装置が開発されている。特許文献１では、２次元振動子アレイのエレベーション方向における１列の振動子、すなわち、２次元振動子アレイのエレベーション方向における振動子数をＮとして１×Ｎの振動子を１つのパッチとして制御している。

特表２０１９－５０９８５６号公報

　特許文献１の技術を用いることにより、２次元超音波画像の画質を向上できるが、特許文献１に開示されているパッチを用いて３次元走査を行うと、いわゆるグレーティングローブが発生しやすく、これにより、得られた３次元超音波画像において、いわゆるグレーティングローブアーチファクトが発生しやすくなるため、画質の低い３次元超音波画像が得られてしまうという問題があった。

　本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、２次元超音波画像と３次元超音波画像の画質を向上できる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、２次元走査および３次元走査の双方を行う超音波診断装置であって、超音波プローブと、超音波プローブに接続された装置本体とを備え、超音波プローブは、複数の振動子がエレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された２次元振動子アレイと、２次元走査を行う際には、２次元振動子アレイの少なくとも一部の複数の振動子を、それぞれエレベーション方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割し、３次元走査を行う際には、２次元振動子アレイの少なくとも一部の複数の振動子を、それぞれアジマス方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割するパッチ分割回路と、パッチ分割回路により分割された複数のパッチに対応する複数のプローブビームフォーマとを含み、装置本体は、超音波プローブの複数のプローブビームフォーマに接続された本体ビームフォーマを含み、複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行い、本体ビームフォーマは、複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うことを特徴とする。

　本体ビームフォーマは、それぞれ複数のプローブビームフォーマに接続された送信回路および受信回路を含み、装置本体は、受信回路に接続された画像生成部を含み、少なくとも一部の複数の振動子から超音波ビームを送信する際には、送信回路から複数のプローブビームフォーマを介して複数のパッチにおける２以上の振動子に送信信号が供給され、少なくとも一部の複数の振動子により超音波エコーを受信する際には、複数パッチにおける２以上の振動子から複数のプローブビームフォーマおよび受信回路を介して画像生成部に受信信号が供給されることが好ましい。

　画像生成部は、２次元走査を行うことにより本体ビームフォーマの受信回路を介して供給される受信信号に基づいて２次元超音波画像を生成し、３次元走査を行うことにより本体ビームフォーマの受信回路を介して供給される受信信号に基づいて３次元超音波画像を生成することが好ましい。

　エレベーション方向に、２次元振動子アレイのエレベーション方向における振動子数以下の第１の振動子数の振動子が配列され、且つ、アジマス方向に、２次元振動子アレイのアジマス方向における振動子数よりも少ない第２の振動子数の振動子が配列された開口に含まれる複数の振動子を、少なくとも一部の複数の振動子として選択するスイープ回路を有し、パッチ分割回路は、開口において複数のパッチの分割を行い、スイープ回路により開口をアジマス方向にスイープさせながら開口内の振動子を用いて２次元走査および３次元走査が行われ得る。

　第１の振動子数をＭとし且つ第２の振動子数をＮとした場合に、パッチ分割回路は、２次元走査が行われる際に、開口に含まれる複数の振動子を、それぞれ、エレベーション方向にＭの約数であるＫ個の振動子が並んだ複数のパッチに分割し、３次元走査が行われる際に、開口に含まれる複数の振動子を、それぞれ、アジマス方向にＮの約数であるＬ個の振動子が並んだ複数のパッチに分割できる。

　複数のプローブビームフォーマは、パッチ分割回路に接続され、パッチ分割回路は、スイープ回路に接続され、スイープ回路は、２次元振動子アレイの複数の振動子に接続され、複数の振動子から、開口に含まれる複数の振動子を直接的に選択できる。
　または、スイープ回路は、複数のプローブビームフォーマに接続され、複数のプローブビームフォーマは、パッチ分割回路に接続され、パッチ分割回路は、２次元振動子アレイの複数の振動子に接続され、スイープ回路は、複数のプローブビームフォーマから一部のプローブビームフォーマを選択することにより、開口に含まれる複数の振動子を選択できる。

　本体ビームフォーマは、３次元走査が行われる際に、２次元振動子アレイから送信および受信される超音波がエレベーション方向にステアされるように、複数のパッチに対して送信信号および受信信号を遅延させるビームフォーミングを行うことができる。
　この場合に、本体ビームフォーマは、３次元走査が行われる際に、超音波のステア角度の範囲がエレベーション方向において非対称となるように、複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うことができる。

　また、ビームフォーマは、３次元走査が行われる際に、超音波のステア角度の間隔を、ステア角度の絶対値に応じて変更するように、複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うことができる。

　装置本体は、２次元走査と３次元走査とを交互に行うように走査を制御する走査制御部を含むことができる。
　この場合に、走査制御部は、３次元走査が行われる際に、３次元走査のアジマス方向に隣接する走査線が互いに異なるグループに属するように、３次元走査における複数の走査線を複数のグループに分割して、分割されたそれぞれのグループ毎に走査されるように複数のプローブビームフォーマを制御し、且つ、分割された少なくとも１つのグループの３次元走査が終了する毎に、３次元走査を２次元走査に切り替えることができる。

　２次元振動子アレイは、エレベーション方向の幅の２．５倍以上のアジマス方向の幅を有することが好ましい。

　装置本体は、ユーザが入力操作を行うための入力装置と、入力装置を介したユーザの入力操作に基づいて、観察対象を選択する観察対象選択部と、３次元走査を行うことにより本体ビームフォーマを介して供給される受信信号に基づいて、観察対象選択部により選択された観察対象を検出する観察対象検出部とを含み得る。

　この場合に、画像生成部は、観察対象検出部により検出された観察対象に対してボリュームレンダリングを行うことにより、観察対象の３次元超音波画像を生成できる。
　装置本体は、画像生成部により生成された２次元超音波画像および３次元超音波画像を表示するモニタを含み、モニタにおいて、２次元超音波画像に３次元超音波画像が重畳表示され得る。
　また、画像生成部は、観察対象検出部により検出された観察対象に対応する部分以外の部分の受信信号を削減して３次元超音波画像を生成できる。

　複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して送信信号に遅延を付与することにより送信信号のビームフォーミングを行うことができる。
　また、複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して遅延が未付与の送信信号を送信することにより送信信号のビームフォーミングを行うこともできる。

　また、複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して受信信号に遅延を付与することにより受信信号のビームフォーミングを行うことができる。
　また、複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子から受信した遅延が未付与の受信信号を本体ビームフォーマに送信することにより受信信号のビームフォーミングを行うこともできる。

　本発明に係る超音波診断装置の制御方法は、複数の振動子がエレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された２次元振動子アレイを含む超音波プローブと、超音波プローブに接続された装置本体を備え、２次元走査および３次元走査の双方を行う超音波診断装置の制御方法であって、２次元走査を行う際には、複数の振動子を、それぞれエレベーション方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割し、３次元走査を行う場合には、複数の振動子を、それぞれアジマス方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割し、超音波プローブにおいて、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行い、装置本体において、複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うことを特徴とする。

　本発明によれば、超音波診断装置が、２次元走査および３次元走査の双方を行う超音波診断装置であって、超音波プローブと、超音波プローブに接続された装置本体とを備え、超音波プローブは、複数の振動子がエレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された２次元振動子アレイと、２次元走査を行う際には、複数の振動子を、それぞれエレベーション方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割し、３次元走査を行う際には、複数の振動子を、それぞれアジマス方向に２以上の振動子が並んだ複数のパッチに分割するパッチ分割回路と、パッチ分割回路により分割された複数のパッチに対応する複数のプローブビームフォーマとを含み、装置本体は、超音波プローブの複数のプローブビームフォーマに接続された本体ビームフォーマを含み、複数のプローブビームフォーマは、複数のパッチ内における２以上の振動子に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行い、本体ビームフォーマは、複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うため、２次元超音波画像と３次元超音波画像の画質を向上できる。

本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における２次元走査用のパッチの例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１における３次元走査用のパッチの例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１における送信回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における受信回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における画像生成部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における２次元走査と３次元走査の時間的なタイミングを模式的に示す図である。本発明の実施の形態１においてグループ分けされた走査線を模式的に示す図である。本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２における開口を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態４に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
　以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
　なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
　本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。

実施の形態１
　図１に本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１の構成を示す。超音波診断装置１は、超音波プローブ２と、超音波プローブ２に接続された装置本体３を備えている。図示しないが、超音波プローブ２と装置本体３とは、ケーブルにより互いに接続されている。

　超音波プローブ２は、２次元振動子アレイ１１を備えており、２次元振動子アレイ１１にパッチ分割回路１２が接続されている。また、パッチ分割回路１２に複数のプローブビームフォーマ１３が接続されている。図示しないが、複数のプローブビームフォーマ１３からは、それぞれ、信号線が引き出されている。これらの複数の信号線は、超音波プローブ２と装置本体３とを互いに接続するケーブルを通って、装置本体３側に延びている。

　装置本体３は、超音波プローブ２と装置本体３とを互いに接続するケーブルを通る複数の信号線により、超音波プローブ２の複数のプローブビームフォーマ１３と接続される送受信切り替え回路１４を備えている。送受信切り替え回路１４に、送信回路１５および受信回路１６が接続されている。送受信切り替え回路１４、送信回路１５および受信回路１６により、本体ビームフォーマ２５が構成されている。また、受信回路１６に、画像生成部１７、表示制御部１８およびモニタ１９が、順次、接続されている。また、受信回路１６にメモリ２４が接続されている。また、装置本体３は、超音波プローブ２のパッチ分割回路１２と複数のプローブビームフォーマ１３および装置本体３の本体ビームフォーマ２５に接続された走査制御部２０を備えている。
　また、画像生成部１７、表示制御部１８および走査制御部２０に、本体制御部２１が接続されている。また、本体制御部２１に、入力装置２２が接続されている。

　また、画像生成部１７、表示制御部１８、走査制御部２０および本体制御部２１により、装置本体３用のプロセッサ２３が構成されている。

　２次元振動子アレイ１１は、例えば図２および図３に示すように、エレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された複数の振動子１１Ａを有している。これらの振動子１１Ａは、それぞれ送信回路１５から供給される送信信号に従って超音波を送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して、超音波エコーに基づく信号を出力する。振動子１１Ａは、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。

　図２および図３では、アジマス方向がＸ方向として、エレベーション方向がＹ方向として記載されている。以下でも、説明のために、アジマス方向をＸ方向、エレベーション方向をＹ方向と呼ぶことがある。また、アジマス方向とエレベーション方向の双方に直交する方向をＺ方向と呼ぶことがある。

　パッチ分割回路１２は、２次元走査が行われる際に、２次元振動子アレイ１１の振動子１１Ａの少なくとも一部の複数の振動子１１Ａ（サブアレイ）を、それぞれエレベーション方向に２以上の振動子１１Ａが並んだ複数のパッチに分割する。また、パッチ分割回路１２は、３次元走査が行われる際に、２次元振動子アレイ１１の振動子１１Ａのうち、少なくとも一部の複数の振動子１１Ａ（サブアレイ）を、それぞれアジマス方向に２以上の振動子１１Ａが並んだ複数のパッチに分割する。

　パッチ分割回路１２は、例えば、２次元走査が行われる際に、図２に示すように、複数の振動子１１Ａを、それぞれエレベーション方向に複数の振動子１１Ａが並んだ複数のパッチＰ１に分割できる。また、パッチ分割回路１２は、３次元走査が行われる際に、図３に示すように、複数の振動子１１Ａを、それぞれアジマス方向に複数の振動子１１Ａが並んだ複数のパッチＰ２に分割できる。

　ここで、２次元走査とは、例えば図２に示すように、１つの走査面に沿って観察対象の断層面を走査して、観察対象の断層面に関する２次元的な情報を得ることである。
　また、３次元走査とは、例えば図３に示すように、走査面をエレベーション方向にステアしながら、すなわち、エレベーション方向に傾けながら、複数の走査面に沿って観察対象の複数の断層面を走査し、観察対象の３次元的な情報を得ることである。

　また、パッチとは、複数の振動子１１Ａの制御単位のことである。パッチは、２以上の振動子１１Ａを含み得る。

　例えば、図２に示す２次元走査用のパッチＰ１は、２次元振動子アレイ１１においてエレベーション方向に１列に並んだ複数の振動子１１Ａを含んでおり、パッチＰ１に含まれる複数の振動子１１Ａは、まとめて制御され得る。
　また、図３に示す３次元走査用のパッチＰ２は、２次元振動子アレイ１１においてアジマス方向に１列に並んだ複数の振動子１１Ａを含んでおり、パッチＰ２に含まれる複数の振動子１１Ａは、まとめて制御され得る。

　超音波プローブ２には、２次元振動子アレイ１１を構成する振動子１１Ａの総数よりも少ない数のプローブビームフォーマ１３が含まれている。
　複数のプローブビームフォーマ１３は、パッチ分割回路１２により分割された複数のパッチＰ１およびＰ２に対応しており、パッチＰ１およびＰ２のそれぞれに含まれる複数の振動子１１Ａから受け取った受信信号と、送信回路１５から供給される送信信号とに対してビームフォーミングを行い得る。

　ここで、複数のプローブビームフォーマ１３は、送信信号に対するビームフォーミングとして、それぞれのパッチＰ１およびＰ２の振動子１１Ａから特定の方向に超音波ビームが送信されるように、それぞれの送信信号に対して遅延を付与することができる。また、複数のプローブビームフォーマ１３は、送信信号に対するビームフォーミングとして、送信信号に対して遅延を付与せずに、すなわち、遅延が未付与の送信信号をパッチＰ１およびＰ２の振動子１１Ａ内の複数の振動子１１Ａに対して送信することにより、それぞれのパッチＰ１およびＰ２の振動子１１ＡからＺ方向に直進する超音波ビームが送信されるようにすることもできる。

　また、複数のプローブビームフォーマ１３は、受信信号に対するビームフォーミングとして、それぞれのパッチＰ１およびＰ２の振動子１１Ａが特定の方向から伝搬する超音波エコーを受信するように、それぞれの受信信号に対して遅延を付与することができる。また、複数のプローブビームフォーマ１３は、受信信号に対するビームフォーミングとして、受信信号に対して遅延を付与せずに、すなわち、パッチＰ１およびＰ２内の複数の振動子１１Ａから受信した遅延が未付与の受信信号をそのまま本体ビームフォーマ２５に送信することにより、それぞれのパッチＰ１およびＰ２の振動子１１ＡがＺ方向に直進する超音波エコーを受信するようにすることもできる。

　本体ビームフォーマ２５は、超音波プローブ２と装置本体３とを互いに接続するケーブル内を通る図示しない複数の信号線を介して、複数のプローブビームフォーマ１３に接続され、パッチ分割回路１２により分割された複数のパッチＰ１およびＰ２の送信信号と受信信号のビームフォーミングを行う。

　本体ビームフォーマ２５は、図１に示すように、送受信切り替え回路１４、送信回路１５および受信回路１６を含んでいる。
　送信回路１５は、走査制御部２０による制御の下で、パッチＰ１およびＰ２の送信信号のビームフォーミングを行い、送受信切り替え回路１４、複数のプローブビームフォーマ１３およびパッチ分割回路１２を介して２次元振動子アレイ１１に対して送信信号を送信する。送信回路１５は、図４に示すように、送受信切り替え回路１４に接続される送信信号発生回路３１と、送信信号発生回路３１に接続される遅延信号発生回路３２とを有している。

　遅延信号発生回路３２は、走査制御部２０による制御の下で、振動子アレイ１１から送信される超音波を送信焦点距離に対応する位置に収束させるように、すなわち、送信信号のビームフォーミングのために、振動子アレイ１１のそれぞれの振動子１１Ａが駆動するタイミングに遅延を付与するための送信遅延信号を発生する。

　送信信号発生回路３１は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、走査制御部２０による制御の下で、遅延信号発生回路３２により生成された送信遅延信号に基づいて、複数の振動子１１Ａに対する駆動信号である送信信号を発生する。このようにして、送信信号発生回路３１は、送信遅延信号に従ってビームフォーミングがなされた送信信号を発生させる。送信信号発生回路３１は、送信信号を、送受信切り替え回路１４、複数のプローブビームフォーマ１３およびパッチ分割回路１２を介して、２次元振動子アレイ１１の複数の振動子１１Ａに供給する。このようにして、２次元振動子アレイ１１の複数の振動子１１Ａの電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子１１Ａからパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。

　受信回路１６は、走査制御部２０による制御の下で、パッチＰ１およびＰ２の受信信号すなわち送受信切り替え回路１４を介して複数のプローブビームフォーマ１３から受信した受信信号のビームフォーミングを行う。
　受信回路１６は、図５に示すように、送受信切り替え回路１４に接続される増幅回路３３と、増幅回路３３に接続されるＡＤ（Analog Digital）変換回路３４と、ＡＤ変換回路３４に接続される整相加算回路３５を有している。

　増幅回路３３は、２次元振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子１１Ａから入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換回路３３に送信する。
　ＡＤ変換回路３４は、増幅回路３２から送信された受信信号をデジタル形式に変換する。
　整相可算回路３５は、走査制御部２０による制御の下で、被検体内のそれぞれの観測点で反射した超音波エコーを集束させるように、ＡＤ変換回路３４によりデジタル形式に変換されたそれぞれの受信信号に対して遅延を付与し、遅延が付与された受信信号をそれぞれの観測点毎に加算合成する。これにより、パッチＰ１およびＰ２の受信信号のビームフォーミングが行われる。

　送受信切り替え回路１４は、走査制御部２０による制御の下で、複数のプローブビームフォーマ１３と送信回路１５とが互いに接続された状態と、複数のプローブビームフォーマ１３と受信回路１６とが互いに接続された状態とを切り替える。送受信切り替え回路１４は、送信回路１５がパッチＰ１およびＰ２の送信信号のビームフォーマを行う際に、複数のプローブビームフォーマ１３と送信回路１５とが互いに接続された状態にし、受信回路１６がパッチＰ１およびＰ２の受信信号のビームフォーマを行う際に、複数のプローブビームフォーマ１３と受信回路１６とが互いに接続された状態にする。

　ここで、複数のプローブビームフォーマ１３の総数は、２次元振動子アレイ１１を構成する振動子１１Ａの総数よりも少ない。そのため、ケーブルを通って本体ビームフォーマ２５に接続される複数の信号線の本数も、２次元振動子アレイ１１を構成する振動子１１Ａの総数よりも少ない。また、本体ビームフォーマ２５は、複数のパッチＰ１およびＰ２の送信信号に対するビームフォーミングの際に、送信信号に対して遅延を付与してもよく、遅延を付与しなくてもよい。また、本体ビームフォーマ２５は、複数のパッチＰ１およびＰ２の受信信号に対するビームフォーミングの際に、受信信号に対して遅延を付与してもよく、遅延を付与しなくてもよい。

　ところで、一般的に、２次元振動子アレイは非常に多数の振動子を含んでいるため、２次元振動子アレイのすべての振動子から装置本体まで信号線を引き出すことが困難であった。そのため、２次元振動子アレイを有する超音波診断装置では、２次元振動子アレイを構成する複数の振動子をアジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有する複数のパッチに分割することが多かった。

　このようなパッチの受信信号と送信信号に対してビームフォーミングをすることにより２次元走査を行うと、アジマス方向におけるパッチの数は、２次元振動子アレイに含まれるアジマス方向の振動子の数よりも少ないため、２次元振動子アレイに含まれるアジマス方向のすべての振動子の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行う場合と比較して、得られる２次元超音波画像の画質が低下してしまうという問題があった。

　図２に示すような、パッチ分割回路１２により分割された２次元走査用のパッチＰ１は、アジマス方向において１個の振動子１１Ａを有し、エレベーション方向において２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向における振動子１１Ａの数と同一の数の振動子１１Ａを有している。そのため、アジマス方向におけるパッチＰ１の数は、２次元振動子アレイ１１に含まれるアジマス方向の振動子１１Ａの数と同じである。本体ビームフォーマ２５により、複数のパッチＰ１の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うと、２次元振動子アレイ１１の、アジマス方向のそれぞれの振動子１１Ａの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うことになる。そのため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても、高画質な２次元超音波画像が得られる。

　また、一般的に、図３に示すように走査面をエレベーション方向にステアする場合には、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチが短いほど、いわゆるグレーティングローブが発生しにくく、振動子間のピッチが長いほどグレーティングローブが発生しやすいことが知られている。例えば、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチをＤ、走査面のステア角度をＡ、パッチ内の振動子から発せられる超音波の波長をＬとして、Ｌ＝Ｄ｜ｓｉｎ（Ａ）－ｓｉｎ（Ｂ）｜の条件を満たす角度Ｂの方向において、いわゆるグレーティングローブが発生することが知られている。例えば、ピッチＤが０．２ｍｍ、波長Ｌが０．２ｍｍ、角度Ａが３０度である場合に－３０度の角度Ｂの方向にグレーティングローブが発生する。

　ここで、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチＤとは、エレベーション方向に互いに隣接する一対の振動子の中心間の距離のことである。走査面のステア角度とは、ＸＺ面を０度としたＹＺ面内における走査面の傾斜角度のことであり、ＸＺ面の一方の面側におけるステア角度を正とし、ＸＺ面の他方の面側におけるステア角度を負とすることができる。ｓｉｎ（Ａ）は角度Ａを位相とする正弦関数、ｓｉｎ（Ｂ）は角度Ｂを位相とする正弦関数、｜｜は絶対値記号である。

　アジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有するパッチを用いて、送信信号と受信信号のビームフォーミングをすることにより３次元走査を行うと、それぞれのパッチが実効的に１つの振動子として扱われる。そのため、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチは、エレベーション方向において互いに隣接するパッチ間のピッチとして考えられる。この場合には、ピッチＤが長くなるため、グレーティングローブが生じやすくなる。グレーティングローブが発生すると、得られた３次元超音波画像にグレーティングローブアーチファクトと呼ばれる像が含まれてしまい、ユーザが３次元超音波画像を読影する際の妨げとなる。

　また、アジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有するパッチにおいて、エレベーション方向におけるパッチの数は、２次元振動子アレイに含まれるエレベーション方向の振動子の数よりも少ない。そのため、このようなパッチを用いてビームフォーミングを行うことにより３次元走査を行うと、２次元振動子アレイに含まれるエレベーション方向のすべての振動子の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行う場合と比較して、得られる３次元超音波画像の画質が低下してしまうという問題があった。

　図３に示すような、パッチ分割回路１２により分割された３次元走査用のパッチＰ２は、エレベーション方向において１個の振動子１１Ａを有し、アジマス方向において２次元振動子アレイ１１のアジマス方向における振動子１１Ａの数と同一の数の振動子１１Ａを有している。そのため、エレベーション方向におけるパッチＰ２の数は、２次元振動子アレイ１１に含まれるエレベーション方向の振動子１１Ａの数と同じである。また、エレベーション方向におけるパッチＰ２間のピッチＤは、エレベーション方向において互いに隣接する振動子１１Ａ間のピッチと同じである。２次元振動子アレイ１１は、非常に多数の振動子１１Ａにより構成されており、エレベーション方向におけるパッチＰ２間のピッチＤは、十分に短い。そのため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても、グレーティングローブが発生しにくい。

　また、本体ビームフォーマ２５により、複数のパッチＰ２の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うと、２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向のそれぞれの振動子１１Ａの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うことになる。そのため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても、高画質な３次元超音波画像が得られる。

　画像生成部１７は、図６に示すように、信号処理部３６、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）３７および画像処理部３８が順次直列に接続された構成を有している。

　信号処理部３６は、２次元走査が行われる場合に、受信回路１６から受信した受信信号に対し、本体制御部２１により設定される音速値を用いて超音波の反射位置の深度に応じた距離による減衰の補正を施す。その後、信号処理部３６は、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を２次元超音波画像信号として生成する。

　また、信号処理部３６は、３次元走査が行われる場合に、複数の走査断面について、２次元走査の場合と同様にして、受信回路１６から受信した受信信号に対して減衰の補正と包絡線検波処理とを施す。さらに、信号処理部３６は、得られた受信信号に対していわゆるボリュームレンダリングの処理を行う。これにより、信号処理部３６は、３次元超音波画像信号を生成する。

　ＤＳＣ３７は、信号処理部３６で生成された２次元超音波画像信号および３次元超音波画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。

　画像処理部３８は、ＤＳＣ３７から入力される２次元超音波画像信号および３次元超音波画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、２次元超音波画像信号および３次元超音波画像信号を表示制御部１８に送出する。以降は、画像処理部３８により画像処理が施された２次元超音波画像信号を単に２次元超音波画像と呼び、画像処理部３８により画像処理が施された３次元超音波画像信号を単に３次元超音波画像と呼ぶ。

　走査制御部２０は、パッチ分割回路１２、複数のプローブビームフォーマ１３および本体ビームフォーマ２５を制御することにより、超音波診断装置１においてなされる２次元走査と３次元走査を制御する。

　走査制御部２０は、２次元走査と３次元走査を交互に行うように走査を制御できる。例えば、走査制御部２０は、図７に示すように、１フレームの２次元超音波画像に相当する受信信号を得るための２次元走査Ｓ１と、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号を得るための３次元走査Ｓ２とが交互になされるように走査を制御できる。図７では、例えば、区間Ｔ１において１フレームの２次元超音波画像に相当する受信信号が得られ、区間Ｔ２において１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号が得られ、区間Ｔ３において新たな１フレームの２次元超音波画像に相当する受信信号が得られ、区間Ｔ４において新たな１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号が得られるように、走査が制御される。

　このような場合に、走査制御部２０は、例えば、２次元走査Ｓ１を行うことを表す信号と３次元走査Ｓ２を行うことを表す信号とを、パッチ分割回路１２に送信する。パッチ分割回路１２は、走査制御部２０から送信された信号に基づいて、２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１と３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２とを切り替えるように複数の振動子１１Ａを分割する。

　本体制御部２１は、予め記録されたプログラム等に従って装置本体３の各部を制御する。
　表示制御部１８は、本体制御部２１の制御の下で、画像生成部１７により生成された２次元超音波画像および３次元超音波画像等に対して所定の処理を施して、モニタ１９に表示する。

　モニタ１９は、表示制御部１８の制御の下で、種々の表示を行う。モニタ１９は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）または有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。

　入力装置２２は、ユーザが入力操作を行うためのものである。入力装置２２は、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等のユーザが入力操作を行うための装置等により構成される。

　メモリ２４は、本体ビームフォーマ２５によってビームフォーミングが行われた受信信号等を一時的に保存するためのものである。メモリ２４としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア等が用いられ得る。

　なお、画像生成部１７、表示制御部１８、走査制御部２０および本体制御部２１を有するプロセッサ２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。

　また、プロセッサ２３の画像生成部１７、表示制御部１８、走査制御部２０および本体制御部２１は、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵ等に統合させて構成されることもできる。

　次に、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置１が、２次元走査Ｓ１および３次元走査Ｓ２を行い、それによって得られた２次元超音波画像と３次元超音波画像をモニタ１９に表示するまでの動作を説明する。

　まず、ユーザにより、超音波プローブ２が被検体の体表上に配置され、入力装置２２を介して走査を開始する指示が入力される。このようにしてユーザに入力された情報は、本体制御部２１から装置本体３の各部に送信される。この状態において、走査制御部２０の制御の下で、２次元走査Ｓ１および３次元走査Ｓ２が行われる。
　以下では、図７に示すように、区間Ｔ１における２次元走査Ｓ１により走査が開始される例を説明する。

　走査制御部２０は、本体制御部２１から走査を開始する指示を受け取ると、区間Ｔ１において２次元走査Ｓ１を行うことを表す情報をパッチ分割回路１２に送信する。
　パッチ分割回路１２は、走査制御部２０から送信された情報に基づいて、２次元振動子アレイ１１の複数の振動子１１Ａを図２に示すような２次元走査Ｓ１用の複数のパッチＰ１に分割する。

　本体ビームフォーマ２５の送信回路１５は、本体制御部２１から受け取った走査を開始する指示に基づいて、送信信号を発生し、発生した送信信号を、送受信切り替え回路１４を介して複数のプローブビームフォーマ１３に送出する。

　この際に、送信回路１５は、パッチ分割回路１２により分割された２次元走査Ｓ１用の複数のパッチＰ１の送信信号に対してビームフォーミングを行う。送信回路１５でビームフォーミングが行われた送信信号は、複数のプローブビームフォーマ１３に送出される。

　続いて、複数のプローブビームフォーマ１３は、本体ビームフォーマ２５の送信回路１５から送出されたそれぞれのパッチＰ１内の送信信号に対してビームフォーミングを行う。
　このようにして、本体ビームフォーマ２５と複数のプローブビームフォーマ１３とにおいてビームフォーミングが行われた送信信号は、それぞれのパッチＰ１の複数の振動子１１Ａに送信される。

　それぞれのパッチＰ１内の複数の振動子１１Ａは、受け取った送信信号に基づいて超音波を発生させる。このようにして複数の振動子１１Ａから発せられた超音波は、被検体内を超音波ビームとして伝搬し、被検体内の組織で反射して超音波エコーとして複数の振動子１１Ａに向かって伝搬する。

　このようにして被検体内を伝搬する超音波エコーは、複数のパッチＰ１の複数の振動子１１Ａに受信され、複数の振動子１１Ａにより受信信号が生成される。生成された受信信号は、パッチ分割回路１２を介して複数のプローブビームフォーマ１３に送出される。

　複数のプローブビームフォーマ１３は、それぞれのパッチＰ１の複数の振動子１１Ａから送出された受信信号に対してビームフォーミングを行う。複数のプローブビームフォーマ１３によりビームフォーミングが行われた受信信号は、装置本体３の本体ビームフォーマ２５に送出される。

　本体ビームフォーマ２５の受信回路１６は、複数のプローブビームフォーマ１３によりビームフォーミングされた、複数のパッチＰ１の受信信号に対してビームフォーミングを行う。
　このようにして、複数のプローブビームフォーマ１３と本体ビームフォーマ２５とによってビームフォーミングが行われた受信信号は、画像生成部１７に送出される。

　画像生成部１７は、本体ビームフォーマ２５の受信回路１６から送出された受信信号に基づいて、２次元超音波画像を生成する。
　生成された２次元超音波画像は、表示制御部１８において所定の処理が施された後で、モニタ１９に表示される。

　ここで、一般的に、２次元振動子アレイは非常に多数の振動子を含んでいるため、２次元振動子アレイのすべての振動子から装置本体まで信号線を引き出すことが困難であった。そのため、２次元振動子アレイを有する超音波診断装置では、２次元振動子アレイを構成する複数の振動子をアジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有する複数のパッチに分割することが多かった。

　このようなパッチの受信信号と送信信号に対してビームフォーミングをすることにより２次元走査Ｓ１を行うと、アジマス方向におけるパッチの数は、２次元振動子アレイに含まれるアジマス方向の振動子の数よりも少ない。そのため、２次元振動子アレイに含まれるアジマス方向のすべての振動子の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行う場合と比較して、得られる２次元超音波画像の画質が低下してしまうという問題があった。

　図２に示すように、実施の形態１におけるパッチ分割回路１２により分割された２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１は、アジマス方向において１個の振動子１１Ａを有し、エレベーション方向において２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向における振動子１１Ａの数と同一の数の振動子１１Ａを有している。そのため、アジマス方向におけるパッチＰ１の数は、２次元振動子アレイ１１に含まれるアジマス方向の振動子１１Ａの数と同じである。本体ビームフォーマ２５により、複数のパッチＰ１の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うと、２次元振動子アレイ１１のアジマス方向のそれぞれの振動子１１Ａの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うことになるため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても高画質な２次元超音波画像が得られる。

　次に、走査制御部２０は、図７に示す区間Ｔ２において３次元走査Ｓ２を行うことを表す情報をパッチ分割回路１２に送信する。なお、一例として、区間Ｔ２では、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号が得られるとする。
　パッチ分割回路１２は、走査制御部２０から送信された情報に基づいて、２次元振動子アレイ１１の複数の振動子１１Ａを、図３に示すような３次元走査Ｓ２用の複数のパッチＰ２に分割する。

　本体ビームフォーマ２５の送信回路１５は、２次元走査Ｓ１の場合と同様にして、送信信号を発生し、発生した送信信号を、送受信切り替え回路１４を介して複数のプローブビームフォーマ１３に送出する。

　この際に、送信回路１５は、パッチ分割回路１２により分割された３次元走査Ｓ２用の複数のパッチＰ２の送信信号に対してビームフォーミングを行う。本体ビームフォーマ２５でビームフォーミングが行われた送信信号は、複数のプローブビームフォーマ１３に送出される。

　続いて、複数のプローブビームフォーマ１３は、本体ビームフォーマ２５から送出されたそれぞれのパッチＰ１内の送信信号に対してビームフォーミングを行う。
　このようにして、本体ビームフォーマ２５と複数のプローブビームフォーマ１３においてビームフォーミングが行われた送信信号は、それぞれのパッチＰ１の複数の振動子１１Ａに送信される。

　それぞれのパッチＰ２内の複数の振動子１１Ａは、受け取った送信信号に基づいて超音波を発生させる。このようにして複数の振動子１１Ａから発せられた超音波は、被検体内を超音波ビームとして伝搬し、被検体内の組織で反射して超音波エコーとして複数の振動子１１Ａに向かって伝搬する。

　このようにして被検体内を伝搬する超音波エコーは、複数のパッチＰ２の複数の振動子１１Ａに受信され、複数の振動子１１Ａにより受信信号が生成される。生成された受信信号は、パッチ分割回路１２を介して複数のプローブビームフォーマ１３に送出される。

　複数のプローブビームフォーマ１３は、それぞれのパッチＰ２の複数の振動子１１Ａから送出された受信信号に対してビームフォーミングを行う。複数のプローブビームフォーマ１３によりビームフォーミングが行われた受信信号は、装置本体３の本体ビームフォーマ２５に送出される。

　本体ビームフォーマ２５の受信回路１６は、複数のプローブビームフォーマ１３によりビームフォーミングされた、複数のパッチＰ１の受信信号に対してビームフォーミングを行う。
　このようにして、複数のプローブビームフォーマ１３と本体ビームフォーマ２５とによってビームフォーミングが行われた受信信号は、メモリ２４に保存される。

　ここで、走査制御部２０は、図３に示すように、走査面をエレベーション方向にステアするように、複数のプローブビームフォーマ１３および本体ビームフォーマ２５を制御する。言い換えると、走査制御部２０は、複数のパッチＰ２のそれぞれにより得られる走査面をエレベーション方向にステアして、各走査面が鉛直方向に対して任意の傾き（ステア角度）を有するように、複数のプローブビームフォーマ１３および本体ビームフォーマ２５を制御する。この際に、本体ビームフォーマ２５は、走査面がエレベーション方向にステアされるように、３次元走査Ｓ２用の複数のパッチＰ２の送信信号および受信信号に対して遅延を付与できる。

　このようにしてステア角度が変更された状態で、複数のプローブビームフォーマ１３および本体ビームフォーマ２５による送信信号のビームフォーミングと、超音波の送信と、超音波の受信と、複数のプローブビームフォーマ１３および本体ビームフォーマ２５による受信信号のビームフォーミングと、メモリ２４への受信信号の保存とがなされ、さらに、ステア角度が変更される。

　このようにして、図７に示す区間Ｔ２において、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号が得られるまで、超音波の送信からステア角度の変更までの一連の処理が繰り返される。

　区間Ｔ２の処理によって、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号がメモリ２４に保存されると、画像生成部１７は、メモリ２４から１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号を読み出して、この受信信号に基づいて３次元超音波画像を生成する。生成された３次元超音波画像は、表示制御部１８によって所定の処理が施された後で、区間Ｔ１で生成された２次元超音波画像と一緒にモニタ１９に表示される。

　次に、区間Ｔ３において、区間Ｔ１で行われた２次元走査Ｓ１の処理と同様の処理が行われ、新たに生成された２次元超音波画像がモニタ１９に表示される。

　区間Ｔ３における２次元走査Ｓ１の処理が完了すると、次の区間Ｔ４において、区間Ｔ２で行われた３次元走査Ｓ２の処理と同様にして、新たな１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号を得るために、超音波の送信からステア角度の変更までの一連の処理が繰り返される。

　区間Ｔ４の処理によって、新たな１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号がメモリ２４に保存されると、画像生成部１７は、メモリ２４から１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号を読み出して、この受信信号に基づいて３次元超音波画像を生成する。生成された３次元超音波画像は、表示制御部１８によって所定の処理が施された後で、区間Ｔ３で生成された２次元超音波画像と一緒にモニタ１９に表示される。

　ここで、一般的に、図３に示すように走査面をエレベーション方向にステアする場合には、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチＤが短いほどグレーティングローブが発生しにくく、振動子間のピッチＤが長いほどグレーティングローブが発生しやすいことが知られている。

　アジマス方向とエレベーション方向にそれぞれ複数の振動子を有するパッチを用いて、送信信号と受信信号のビームフォーミングをすることにより３次元走査Ｓ２を行うと、それぞれのパッチが実効的に１つの振動子として扱われる。そのため、エレベーション方向において互いに隣接する振動子間のピッチは、エレベーション方向において互いに隣接するパッチ間のピッチとして考えられる。この場合には、ピッチＤが長くなるため、グレーティングローブが生じやすくなる。グレーティングローブが発生すると、得られた３次元超音波画像にグレーティングローブアーチファクトと呼ばれる像が含まれてしまい、ユーザが３次元超音波画像を読影する際の妨げとなる。

　図３に示すように、実施の形態１におけるパッチ分割回路１２により分割された３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２は、エレベーション方向において１個の振動子１１Ａを有し、アジマス方向において２次元振動子アレイ１１のアジマス方向における振動子１１Ａの数と同一の数の振動子１１Ａを有している。そのため、エレベーション方向におけるパッチＰ２の数は、２次元振動子アレイ１１に含まれるエレベーション方向の振動子１１Ａの数と同じであり、エレベーション方向におけるパッチＰ２間のピッチＤは、エレベーション方向間の隣接する振動子１１Ａ間のピッチと同じである。２次元振動子アレイ１１は、非常に多数の振動子１１Ａにより構成されており、エレベーション方向におけるパッチＰ２間のピッチＤは十分に短いため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても、グレーティングローブが発生しにくい。

　また、本体ビームフォーマ２５により、複数のパッチＰ２の送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うと、２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向のそれぞれの振動子１１Ａの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングを行うことになるため、高画質な３次元超音波画像が得られる。

　また、２次元超音波画像と３次元超音波画像とが一緒にモニタ１９に表示されるため、ユーザは、２次元超音波画像と３次元超音波画像とをモニタ１９上で一緒に確認することにより、観察対象の部位等の被検体内の様子を精確に把握しながら被検体を検査できる。
　このようにして、３次元超音波画像が２次元超音波画像と一緒にモニタ１９に表示されると、次の区間以降も、２次元走査Ｓ１と３次元走査Ｓ２とが交互に行われる。
　実施の形態１において説明される超音波診断装置１の動作は以上のようなものである。

　以上から、本発明の実施の形態１の超音波診断装置１によれば、パッチ分割回路１２により、２次元振動子アレイ１１を構成する複数の振動子１１Ａが、２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１と３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２とに分割される。また、複数のプローブビームフォーマ１３により、それぞれのパッチＰ１およびＰ２の振動子１１Ａの送信信号と受信信号に対してビームフォーミングがなされる。さらに、本体ビームフォーマ２５により、複数のパッチＰ１およびＰ２の、送信信号と受信信号に対してビームフォーミングがなされるため、２次元振動子アレイ１１のすべての振動子１１Ａと本体ビームフォーマ２５とを複数の信号線で直接接続できなくても、２次元超音波画像の画質と３次元超音波画像の画質の双方を向上できる。

　なお、図２に示す２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１は、アジマス方向において１個の振動子１１Ａを有し、エレベーション方向において２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向の振動子数と同じ数の振動子１１Ａを有しているが、エレベーション方向において２以上の振動子１１Ａを有していればよい。この場合でも、アジマス方向におけるパッチＰ１の数は、２次元振動子アレイ１１のアジマス方向の振動子１１Ａの数と同じであるため、２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１を用いて２次元走査Ｓ１が行われることにより、高画質な２次元超音波画像が得られる。

　また、図３に示す３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２は、エレベーション方向において１個の振動子１１Ａを有し、アジマス方向において２次元振動子アレイ１１のアジマス方向の振動子数と同じ数の振動子１１Ａを有しているが、アジマス方向において２以上の振動子１１Ａを有していればよい。この場合でも、エレベーション方向におけるパッチＰ２の数は、２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向の振動子１１Ａの数と同じであるため、３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２を用いて３次元走査Ｓ２が行われることにより、高画質で且つグレーティングローブアーチファクトが抑制された３次元超音波画像が得られる。

　また、本体ビームフォーマ２５は、３次元走査Ｓ２が行われる際に、超音波のステア角度の範囲がエレベーション方向において対称となるように、複数のパッチＰ１およびＰ２に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うことができる。これにより、広範囲にわたって被検体内を描出した３次元超音波画像を得ることができる。

　また、本体ビームフォーマ２５は、３次元走査Ｓ２が行われる際に、超音波のステア角度の範囲がエレベーション方向において非対称となるように、複数のパッチＰ１およびＰ２に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うこともできる。これにより、例えば、ユーザが観察する必要のない範囲の走査を省くことができるため、３次元超音波画像の生成に要する計算負荷を軽減でき、モニタ１９に表示される３次元超音波画像のフレームレートを向上できる。

　また、本体ビームフォーマ２５は、３次元走査Ｓ２が行われる際に、超音波のステア角度の間隔を、ステア角度の絶対値に応じて変更するように、複数のパッチＰ１およびＰ２に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行うこともできる。ここで、ステア角度の間隔とは、互いに隣接する一対の走査面のなす角のことを指す。より具体的に、ステア角度の間隔とは、隣り合う二つのパッチＰ２，Ｐ２の走査面がなす角のことである。この場合に、本体ビームフォーマ２５は、例えば、ステア角度が０度に近いほど、隣接する走査面の角度間隔を密にする一方、ステア角度が０度から遠ざかるほど、隣接する走査面の角度間隔を疎にするように走査できる。すなわち、鉛直方向に対する走査面の傾きは、ステア範囲の端部近傍に近づくほど大きくなり、隣接する走査面との角度間隔を疎にするように走査できる。これによっても、ユーザが観察する必要のない範囲の走査を省くことができるため、３次元超音波画像の生成に要する計算負荷を軽減でき、モニタ１９に表示される３次元超音波画像のフレームレートを向上できる。

　また、超音波診断装置１の動作の説明では、２次元走査Ｓ１から開始され、次に３次元走査Ｓ２が行われているが、３次元走査Ｓ２から開始されてもよい。

　また、図７を用いた説明において、区間Ｔ２における３次元走査Ｓ２および区間Ｓ４における３次元走査Ｓ２で、それぞれ、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号が得られる例が説明されている。一方、例えば、区間Ｔ２における３次元走査Ｓ２により、１フレームの３次元超音波画像の半分に相当する受信信号が得られ、区間Ｔ４における３次元走査Ｓ２により、１フレームの３次元超音波画像の残りの半分に相当する受信信号が得られてもよい。一般的に、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号を得るための３次元走査Ｓ２および３次元超音波画像の生成には、十分に長い時間を要する。そのため、３次元走査Ｓ２の途中に２次元走査Ｓ１を行うことにより、モニタ１９に表示される２次元超音波画像のフレームレートを高く維持することができる。

　また、３次元走査Ｓ２の区間Ｔ２、Ｔ４で得られる受信信号は、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号および１フレームの３次元超音波画像の半分に相当する受信信号に限定されない。例えば、１フレームの３次元超音波画像の１／３の受信信号が得られてもよく、１／４の受信信号が得られてもよく、より少ない割合の受信信号が得られてもよい。この場合でも、モニタ１９に表示される２次元超音波画像のフレームレートを高く維持できる。

　また、区間Ｔ２で１フレームの３次元超音波画像の半分に相当する受信信号が得られる場合に、１フレームの３次元超音波画像に相当する受信信号がメモリ２４に保存されてから３次元超音波画像の生成が行われることが説明されている。これに対して、例えば、区間Ｔ２で受信信号が得られた際に、その受信信号を用いて、１フレームの３次元超音波画像の半分の情報量を有する３次元超音波画像を生成してモニタ１９に表示し、区間Ｔ４で受信信号が得られた際に、区間Ｔ２と区間Ｔ４で得られた受信信号を用いて、１フレームの３次元超音波画像を生成してモニタ１９に表示してもよい。このように、３次元走査Ｓ２の１つの区間で受信信号が得られる毎に３次元超音波画像を生成し、生成された３次元超音波画像を、２次元超音波画像と一緒にモニタ１９に表示できる。これにより、モニタ１９に表示される２次元超音波画像のフレームレートを高く維持できることに加え、モニタ１９に表示される３次元超音波画像のフレームレートも向上できる。

　また、走査制御部２０は、図８に模式的に示すように、３次元走査Ｓ２が行われる際に、３次元走査Ｓ２のアジマス方向に隣接する走査線ＳＬが互いに異なるグループＧ１、Ｇ２およびＧ３に属するように、３次元走査Ｓ２における複数の走査線ＳＬを複数のグループＧ１、Ｇ２およびＧ３に分割してもよい。走査制御部２０は、分割されたそれぞれのグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３毎に走査されるように複数のプローブビームフォーマ１３を制御し、且つ、分割された少なくとも１つのグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３の３次元走査Ｓ２が終了する毎に、３次元走査Ｓ２を２次元走査Ｓ１に切り替えることができる。

　図８に示す例では、アジマス方向に隣接する走査線ＳＬが、３つのグループＧ１、Ｇ２およびＧ３のうち、互いに異なるグループに属するように、３次元走査Ｓ２における複数の走査線ＳＬが３つのグループＧ１、Ｇ２およびＧ３に分割されている。この場合に、例えば、図７の区間Ｔ２においてグループＧ１に属する複数の走査線ＳＬに沿って３次元走査Ｓ２が行われ、区間Ｔ４においてグループＧ２に属する複数の走査線ＳＬに沿って３次元走査Ｓ２が行われ、次の３次元走査Ｓ２の区間においてグループＧ３に属する複数の走査線ＳＬに沿って３次元走査Ｓ２が行われる。言い換えると、３次元走査Ｓ２が行われる度に、使用する走査線ＳＬのグループＧ１、Ｇ２およびＧ３が切り替えられる。

　この場合に、３つのグループＧ１、Ｇ２およびＧ３に対応する受信信号がすべて得られた際に３次元超音波画像が生成されてもよく、グループＧ１、Ｇ２およびＧ３のそれぞれに対応する受信信号が得られた際に３次元超音波画像が生成されてもよい。グループＧ１、Ｇ２およびＧ３のそれぞれに対応する受信信号が得られた際に３次元超音波画像が生成される場合には、まず、グループＧ１に対応する受信信号が得られた際に、グループＧ１に対応する受信信号から、１フレームの３次元超音波画像の１／３の密度を有する３次元超音波画像が生成される。次に、グループＧ２に対応する受信信号が得られた際に、グループＧ１に対応する受信信号およびグループＧ２に対応する受信信号から、１フレームの３次元超音波画像の２／３の密度の有する３次元超音波画像が生成される。最後に、グループＧ３に対応する受信信号が得られた際に、３つのグループＧ１、Ｇ２およびＧ３に対応する受信信号から、１フレームの３次元超音波画像が生成される。

　また、図示しないが、超音波プローブ２に対して、加速度センサまたはジャイロセンサ等の、超音波プローブ２の動きを検出するセンサを取り付けることもできる。この場合に、例えば被検体の呼吸等により、被検体の体表面と一緒に超音波プローブ２が動いたことを検出できる。さらに、検出された被検体の動きが、定められた動きしきい値よりも大きい場合に、最新の１グループに対応する受信信号のみを用いて３次元超音波画像が生成され得る。これにより、被検体の動きに追従した３次元超音波画像を生成できる。

　また、走査制御部２０は、２次元走査Ｓ１が行われる際に、２次元走査Ｓ１のエレベーション方向に隣接する走査線ＳＬが互いに異なるグループに属するように、２次元走査Ｓ１における複数の走査線ＳＬを複数のグループに分割してもよい。そこで、走査制御部２０は、分割されたそれぞれのグループ毎に走査されるように複数のプローブビームフォーマ１３を制御し、且つ、分割された少なくとも１つのグループの２次元走査Ｓ１が終了する毎に、２次元走査Ｓ１を３次元走査Ｓ２に切り替えることができる。

　図示しないが、例えば、２次元走査Ｓ１における複数の走査線ＳＬを３つのグループに分割する場合に、図７の区間Ｔ１において１つ目のグループに対応する受信信号が得られ、区間Ｔ３において２つ目のグループに対応する受信信号が得られ、次の２次元走査Ｓ１の区間において３つ目のグループに対応する受信信号が得られる。この場合に、３つのグループに対応する受信信号がすべて得られた際に２次元超音波画像が生成されてもよく、それぞれのグループに対応する受信信号が得られた際に２次元超音波画像が生成されてもよい。

　また、２次元振動子アレイ１１はエレベーション方向の幅の２．５倍以上のアジマス方向の幅を有することができる、すわなち、２次元振動子アレイ１１のサイズは、アジマス方向の幅がエレベーション方向の幅の２．５倍以上となるように設計され得る。２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向の幅がアジマス方向の幅よりも短いことにより、超音波プローブ２の先端部を被検体の体表面に接触させた際に、超音波プローブ２と被検体の体表面との間に隙間が生じにくく、湾曲した体表面に対しても、超音波プローブ２を隙間なく接触できる。さらに、実施の形態１の超音波診断装置１では、３次元走査Ｓ２が行われる際に、エレベーション方向に１つの振動子１１Ａを含み且つアジマス方向に複数の振動子１１Ａを含むパッチＰ２が用いられるため、２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向の幅がアジマス方向の幅よりも短い場合でも、高画質で且つグレーティングローブアーチファクトが抑制された３次元超音波画像が得られる。

　実施の形態２
　実施の形態１では、２次元振動子アレイ１１を構成するすべての振動子１１Ａを２次元走査Ｓ１用の複数のパッチＰ１と３次元走査用の複数のパッチＰ２に分割しているが、２次元振動子アレイ１１に、アジマス方向に移動（スイープ）する開口を設定し、その開口内の複数の振動子１１Ａが複数のパッチＰ１、Ｐ２に分割され得る。ここで、開口とは、エレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された複数の振動子１１Ａから、任意の複数の振動子１１Ａを選択するための領域を意味する。

　図９に、本発明の実施の形態２の超音波診断装置１Ａの構成を示す。実施の形態２の超音波診断装置１Ａは、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置１において、超音波プローブ２の代わりに超音波プローブ２Ａを備えたものである。

　実施の形態２における超音波プローブ２Ａは、実施の形態１における超音波プローブ２で、スイープ回路４１が追加されたものである。超音波プローブ２Ａにおいて、２次元振動子アレイ１１にスイープ回路４１が接続され、スイープ回路４１にパッチ分割回路１２が接続されている。

　スイープ回路４１は、走査制御部２０の制御の下で、エレベーション方向に、２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向における振動子数以下の第１の振動子数の振動子１１Ａが配列され、且つ、アジマス方向に、２次元振動子アレイ１１のアジマス方向における振動子数よりも少ない第２の振動子数の振動子１１Ａが配列された、開口に含まれる複数の振動子１１Ａを、２次元振動子アレイ１１の少なくとも一部の振動子１１Ａ、すなわちサブアレイ、として選択する。

　第１の振動子数をＭとし且つ第２の振動子数をＮとした場合に、パッチ分割回路４１は、例えば、２次元振動子アレイ１１の複数の振動子１１Ａから、図１０に示すように、エレベーション方向にＭ個の振動子１１Ａが配列され且つアジマス方向にＮ個の振動子１１Ａが配列された開口Ｑに含まれるＭ×Ｎ個の振動子１１Ａを直接的に選択する。ここで、ＭおよびＮは、２以上の整数である。なお、図９においては、Ｍは２次元振動子アレイ１１のエレベーション方向の振動子数と等しく、Ｎは２次元振動子アレイ１１のアジマス方向の振動子数よりも小さい。
　また、スイープ回路４１は、２次元走査Ｓ１および３次元走査Ｓ２が行われる際に、開口Ｑをアジマス方向にスイープさせる。

　パッチ分割回路１２は、開口Ｑにおいて複数のパッチＰ１およびＰ２の分割を行う。パッチ分割回路１２は、２次元走査Ｓ１が行われる際に、開口Ｑにおける複数の振動子１１Ａを、それぞれ、エレベーション方向にＭの約数であるＫ個の振動子１１Ａが並んだ、２次元走査Ｓ１用の複数のパッチＰ１に分割する。また、パッチ分割回路１２は、３次元走査Ｓ２が行われる際に、開口Ｑにおける複数の振動子１１Ａを、それぞれ、アジマス方向にＮの約数であるＬ個の振動子１１Ａが並んだ、３次元走査Ｓ２用の複数のパッチＰ２に分割する。

　以上のように、２次元振動子アレイ１１に開口Ｑが設定される場合でも、パッチ分割回路１２により、開口Ｑにおける複数の振動子１１Ａが、２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１および３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２にそれぞれ分割される。そのため、２次元走査Ｓ１と３次元走査Ｓ２で開口Ｑの制御を共通化でき、超音波プローブ２Ａ内に実装される回路の規模を小さくでき、且つ、走査の制御を簡略化できる。

実施の形態３
　実施の形態２において、スイープ回路４１は、２次元振動子アレイ１１に接続されることで開口Ｑに含まれる振動子１１Ａを、２次元振動子アレイ１１の少なくとも一部の複数の振動子１１Ａ、すなわちサブアレイ、として直接的に選択している。これに対し、スイープ回路４１は、複数のプローブビームフォーマ１３に接続されることで開口Ｑに含まれる振動子１１Ａをサブアレイとして間接的に選択することもできる。

　図１１に、実施の形態３の超音波診断装置１Ｂの構成を示す。実施の形態３の超音波診断装置１Ｂは、図９に示す実施の形態２の超音波診断装置１Ａにおいて、超音波プローブ２Ａの代わりに超音波プローブ２Ｂを備えたものである。

　実施の形態３における超音波プローブ２Ｂは、実施の形態２における超音波プローブ２Ａにおいて、スイープ回路４１の接続位置が変更されたものである。超音波プローブ２Ｂは、２次元振動子アレイ１１を構成するすべての振動子１１Ａに対応する複数のプローブビームフォーマ１３を有している。２次元振動子アレイ１１にパッチ分割回路１２および複数のプローブビームフォーマ１３が順次接続され、複数のプローブビームフォーマ１３にスイープ回路４１が接続されている。また、スイープ回路４１に装置本体３の本体ビームフォーマ２５が接続されている。

　実施の形態３において、スイープ回路４１は、複数のプローブビームフォーマ１３のうち、パッチ分割回路１２により分割された複数のパッチＰ１およびＰ２に対応する一部のプローブビームフォーマ１３を選択することにより、それらのプローブビームフォーマ１３に対応する複数の振動子１１Ａを、開口ＱのＭ×Ｎ個の振動子１１Ａとして選択する。

　以上のように、スイープ回路４１により、開口ＱのＭ×Ｎ個の振動子１１Ａが間接的に選択される場合でも、実施の形態２と同様にして、パッチ分割回路１２により、開口Ｑにおける複数の振動子１１Ａが、２次元走査Ｓ１用のパッチＰ１および３次元走査Ｓ２用のパッチＰ２にそれぞれ分割されるため、２次元走査Ｓ１と３次元走査Ｓ２で開口Ｑの制御を共通化でき、超音波プローブ２Ａ内に実装される回路の規模を小さくでき、且つ、走査の制御を簡略化できる。

実施の形態４
　実施の形態１では、３次元走査Ｓ２における走査範囲の全体に対応する３次元超音波画像が生成されているが、ユーザの観察対象を検出し、検出された観察対象の３次元超音波画像を生成することもできる。

　図１２に、実施の形態４の超音波診断装置１Ｃの構成を示す。実施の形態４の超音波診断装置１Ｃは、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置１において、装置本体３の代わりに装置本体３Ｃを備えたものである。

　実施の形態４における装置本体３Ｃは、実施の形態１における装置本体３において、観察対象選択部５１と観察対象検出部５２が追加され、本体制御部２１の代わりに本体制御部２１Ｃが備えられ、プロセッサ２３の代わりにプロセッサ２３Ｃが備えられたものである。

　装置本体３Ｃにおいて、本体制御部２１Ｃに観察対象選択部５１が接続されている。また、受信回路１６および観察対象選択部５１に、観察対象検出部５２が接続されている。また、受信回路１６および観察対象検出部５２に、メモリ２４が接続されている。また、画像生成部１７、表示制御部１８、走査制御部２０、本体制御部２１Ｃ、観察対象選択部５１および観察対象検出部５２により、装置本体３Ｃ用のプロセッサ２３Ｃが構成されている。

　観察対象選択部５１は、ユーザの観察対象となり得る複数の被検体の部位および処置具等を予め記憶しており、入力装置２２を介したユーザの入力操作に基づいて、観察対象を選択する。この際に、例えば、予め記憶されている複数の観察対象の部位および処置具等のリストがモニタ１９に表示され、入力装置２２を介してユーザが１つの観察対象を選択すると、観察対象選択部５１は、ユーザにより選択された観察対象を選択できる。

　観察対象検出部５２は、３次元走査Ｓ２を行うことにより本体ビームフォーマ２５の受信回路１６を介して供給される受信信号に基づいて、観察対象選択部５１により選択された観察対象を検出する。観察対象検出部５２によって検出された観察対象の情報は、観察対象の検出が行われた受信信号と関連付けられてメモリ２４に保存される。

　画像生成部１７は、観察対象検出部５２により検出された観察対象の情報と受信信号とをメモリ２４から読み出し、観察対象検出部５２により検出された観察対象に対してボリュームレンダリングの処理を行うことにより、観察対象の３次元超音波画像を生成する。

　このようにして画像生成部１７によって生成された観察対象の３次元超音波画像は、例えば、モニタ１９において２次元超音波画像に重畳表示され得る。また、観察対象の３次元超音波画像は、２次元超音波画像と並んでモニタ１９に表示されてもよい。

　以上から、実施の形態４の超音波診断装置１Ｃによれば、観察対象が検出され、検出された観察対象に対してボリュームレンダリングが行われることにより、観察対象の３次元超音波画像が生成されるため、ユーザは、観察対象の形状および３次元的な位置関係等を詳細に把握できる。

　なお、画像生成部１７は、観察対象検出部５２により検出された観察対象に対応する部分以外の部分の受信信号を削減して３次元超音波画像を生成することもできる。この場合にも、観察対象が強調された３次元超音波画像が得られるため、ユーザは、観察対象の形状および３次元的な位置関係等を詳細に把握できる。また、実施の形態１のように、走査範囲の全体に対応する３次元超音波画像を生成する場合と比較して、３次元超音波画像の生成に必要な計算負荷を軽減し、３次元超音波画像を表示するフレームレートを向上できる。

　また、実施の形態４の態様は、実施の形態１に適用できることが説明されているが、実施の形態２および３に対しても同様に適用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　超音波診断装置、２，２Ａ，２Ｂ　超音波プローブ、３，３Ｃ　装置本体、１１　２次元振動子アレイ、１１Ａ　振動子、１２　パッチ分割回路、１３　プローブビームフォーマ、１４　送受信切り替え回路、１５　送信回路、１６　受信回路、１７　画像生成部、１８　表示制御部、１９　モニタ、２０　走査制御部、２１，２１Ｃ　本体制御部、２２　入力装置、２３，２３Ｃ　プロセッサ、２４　メモリ、２５　本体ビームフォーマ、３１　送信信号発生回路、３２　遅延信号発生回路、３３　増幅回路、３４　ＡＤ変換回路、３５　整相加算回路、３６　信号処理部、３７　ＤＳＣ、３８　画像処理部、４１　スイープ回路、５１　観察対象選択部、５２　観察対象検出部、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３　グループ、Ｐ１，Ｐ２　パッチ、Ｑ　開口、Ｓ１　２次元走査、Ｓ２　３次元走査、ＳＬ　走査線、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４　区間。

Claims

　２次元走査および３次元走査の双方を行う超音波診断装置であって、
　超音波プローブと、
　前記超音波プローブに接続された装置本体と
　を備え、
　前記超音波プローブは、
　複数の振動子がエレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された２次元振動子アレイと、
　前記２次元走査を行う際には、前記２次元振動子アレイの少なくとも一部の複数の振動子を、それぞれ前記エレベーション方向に２以上の前記振動子が並んだ複数のパッチに分割し、前記３次元走査を行う際には、前記２次元振動子アレイの少なくとも一部の複数の振動子を、それぞれ前記アジマス方向に２以上の前記振動子が並んだ複数のパッチに分割するパッチ分割回路と、
　前記パッチ分割回路により分割された前記複数のパッチに対応する複数のプローブビームフォーマと
　を含み、
　前記装置本体は、前記超音波プローブの前記複数のプローブビームフォーマに接続された本体ビームフォーマを含み、
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行い、
　前記本体ビームフォーマは、前記複数のパッチに対して前記送信信号および前記受信信号のビームフォーミングを行う、
超音波診断装置。
　前記本体ビームフォーマは、それぞれ前記複数のプローブビームフォーマに接続された送信回路および受信回路を含み、
　前記装置本体は、前記受信回路に接続された画像生成部を含み、
　前記少なくとも一部の複数の振動子から超音波ビームを送信する際には、前記送信回路から前記複数のプローブビームフォーマを介して前記複数のパッチにおける前記２以上の前記振動子に前記送信信号が供給され、
　前記少なくとも一部の複数の振動子により超音波エコーを受信する際には、前記複数パッチにおける前記２以上の前記振動子から前記複数のプローブビームフォーマおよび前記受信回路を介して前記画像生成部に前記受信信号が供給される、
請求項１に記載の超音波診断装置。
　前記画像生成部は、前記２次元走査を行うことにより前記本体ビームフォーマの前記受信回路を介して供給される前記受信信号に基づいて２次元超音波画像を生成し、前記３次元走査を行うことにより前記本体ビームフォーマの前記受信回路を介して供給される前記受信信号に基づいて３次元超音波画像を生成する、
請求項２に記載の超音波診断装置。
　前記エレベーション方向に、前記２次元振動子アレイの前記エレベーション方向における振動子数以下の第１の振動子数の前記振動子が配列され、且つ、前記アジマス方向に、前記２次元振動子アレイの前記アジマス方向における振動子数よりも少ない第２の振動子数の前記振動子が配列された開口に含まれる複数の振動子を、前記少なくとも一部の複数の振動子として選択するスイープ回路を有し、
　前記パッチ分割回路は、前記開口において前記複数のパッチの分割を行い、
　前記スイープ回路により前記開口を前記アジマス方向にスイープさせながら前記開口内の前記振動子を用いて前記２次元走査および前記３次元走査が行われる、
請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記第１の振動子数をＭとし且つ前記第２の振動子数をＮとした場合に、前記パッチ分割回路は、前記２次元走査が行われる際に、前記開口に含まれる複数の振動子を、それぞれ、前記エレベーション方向にＭの約数であるＫ個の前記振動子が並んだ複数の前記パッチに分割し、前記３次元走査が行われる際に、前記開口に含まれる複数の振動子を、それぞれ、前記アジマス方向にＮの約数であるＬ個の前記振動子が並んだ複数の前記パッチに分割する、
請求項４に記載の超音波診断装置。
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記パッチ分割回路に接続され、
　前記パッチ分割回路は、前記スイープ回路に接続され、
　前記スイープ回路は、前記２次元振動子アレイの前記複数の振動子に接続され、前記複数の振動子から、前記開口に含まれる複数の振動子を直接的に選択する、
請求項４または５に記載の超音波診断装置。
　前記スイープ回路は、前記複数のプローブビームフォーマに接続され、
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記パッチ分割回路に接続され、
　前記パッチ分割回路は、前記２次元振動子アレイの前記複数の振動子に接続され、
　前記スイープ回路は、前記複数のプローブビームフォーマから一部の前記プローブビームフォーマを選択することにより、開口に含まれる複数の振動子を選択する、
請求項４または５に記載の超音波診断装置。
　前記本体ビームフォーマは、前記３次元走査が行われる際に、前記２次元振動子アレイから送信および受信される超音波が前記エレベーション方向にステアされるように、前記複数のパッチに対して前記送信信号および前記受信信号を遅延させるビームフォーミングを行う、
請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記本体ビームフォーマは、前記３次元走査が行われる際に、超音波のステア角度の範囲が前記エレベーション方向において非対称となるように、前記複数のパッチに対して前記送信信号および前記受信信号のビームフォーミングを行う、
請求項８に記載の超音波診断装置。
　前記本体ビームフォーマは、前記３次元走査が行われる際に、超音波のステア角度の間隔を、ステア角度の絶対値に応じて変更するように、前記複数のパッチに対して前記送信信号および前記受信信号のビームフォーミングを行う、
請求項８または９に記載の超音波診断装置。
　前記装置本体は、前記２次元走査と前記３次元走査とを交互に行うように走査を制御する走査制御部を含む、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記走査制御部は、前記３次元走査が行われる際に、前記３次元走査の前記アジマス方向に隣接する走査線が互いに異なるグループに属するように、前記３次元走査における複数の走査線を複数のグループに分割して、分割されたそれぞれの前記グループ毎に走査されるように前記複数のプローブビームフォーマを制御し、且つ、分割された少なくとも１つの前記グループの前記３次元走査が終了する毎に、前記３次元走査を前記２次元走査に切り替える、
請求項１１に記載の超音波診断装置。
　前記２次元振動子アレイは、前記エレベーション方向の幅の２．５倍以上の前記アジマス方向の幅を有する、
請求項１～１２のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記装置本体は、
　ユーザが入力操作を行うための入力装置と、
　前記入力装置を介したユーザの入力操作に基づいて、観察対象を選択する観察対象選択部と、
　前記３次元走査を行うことにより前記本体ビームフォーマを介して供給される前記受信信号に基づいて、前記観察対象選択部により選択された前記観察対象を検出する観察対象検出部と、を含む、
請求項３に記載の超音波診断装置。
　前記画像生成部は、前記観察対象検出部により検出された前記観察対象に対してボリュームレンダリングを行うことにより、前記観察対象の前記３次元超音波画像を生成する、
請求項１４に記載の超音波診断装置。
　前記装置本体は、前記画像生成部により生成された前記２次元超音波画像および前記３次元超音波画像を表示するモニタを含み、
　前記モニタにおいて、前記２次元超音波画像に前記３次元超音波画像が重畳表示される、
請求項１５に記載の超音波診断装置。
　前記画像生成部は、前記観察対象検出部により検出された前記観察対象に対応する部分以外の部分の前記受信信号を削減して前記３次元画像を生成する、
請求項１４～１６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子に対して前記送信信号に遅延を付与することにより前記送信信号のビームフォーミングを行う、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子に対して遅延が未付与の前記送信信号を送信することにより前記送信信号のビームフォーミングを行う、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子に対して前記受信信号に遅延を付与することにより前記受信信号のビームフォーミングを行う、
請求項１～１９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記複数のプローブビームフォーマは、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子から受信した、遅延が未付与の前記受信信号を、前記本体ビームフォーマに送信することにより前記受信信号のビームフォーミングを行う、
請求項１～１９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　複数の振動子がエレベーション方向およびアジマス方向にそれぞれ配列された２次元振動子アレイを含む超音波プローブと、前記超音波プローブに接続された装置本体とを備え、２次元走査および３次元走査の双方を行う超音波診断装置の制御方法であって、
　前記２次元走査を行う際には、前記複数の振動子を、それぞれ前記エレベーション方向に２以上の前記振動子が並んだ複数のパッチに分割し、
　前記３次元走査を行う場合には、前記複数の振動子を、それぞれ前記アジマス方向に２以上の前記振動子が並んだ複数のパッチに分割し、
　前記超音波プローブにおいて、前記複数のパッチ内における前記２以上の前記振動子に対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行い、
　前記装置本体において、前記複数のパッチに対して送信信号および受信信号のビームフォーミングを行う、
超音波診断装置の制御方法。