JP2017127430A - 超音波プローブ、及び超音波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い測定精度の超音波プローブ及び超音波装置を提供する。
【解決手段】超音波プローブ２は、超音波を送信する送信面３３Ａを含む送信部３と、超音波を受信する受信面４３Ａを含む受信部４と、受信部４の角度を変更する受信姿勢変更部５とを備え、送信部３の一部には、超音波を受信可能な第二受信部（送受兼用トランスデューサー群）が含まれている。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波プローブ、及び超音波装置等に関する。

従来、超音波を送信する送信トランスデューサーと、送信トランスデューサーから出力され、対象物により反射された超音波を受信する受信トランスデューサーと、を備えた超音波装置が知られている。
このような超音波装置において、送信トランスデューサーの送信面と、受信トランスデューサーの受信面とが同一平面（又は平行な平面）である場合、受信トランスデューサーにおいて受信した超音波の受信信号が低下する。つまり、送信トランスデューサーから第一方向に超音波を送信した場合、対象物で反射された超音波のうち、第一方向に沿って反射された超音波が最も強い強度であり、この超音波を受信することが最も好ましい。しかしながら、実際には、受信トランスデューサーは、送信トランスデューサーとは異なる位置にあるので、第一方向に対して傾斜する角度で反射された超音波が受信トランスデューサーにて受信されることになり、この場合、受信信号の信号値（電圧）が低下してしまう。

これに対して、送信トランスデューサーや受信トランスデューサーの角度を変更可能な超音波装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置は、配管の管壁の亀裂を探索するための超音波装置であり、送信用探触子（送信トランスデューサー）と、受信用探触子（受信トランスデューサー）の傾斜角度や、送信トランスデューサー及び受信トランスデューサーの距離が変更可能に構成されている。この装置では、送信トランスデューサー及び受信トランスデューサーとは別に設けられた垂直送受信用探触子を用いてビードの位置を検出する。また、送信用探触子及び受信用探触子の回転軸間の距離、受信用探触子の超音波の出射角度、及び受信用探触子の反射超音波の入射角度は予め設定されている。そして、亀裂が発生しやすいビード近傍の配管を、超音波の送受信により探索し、配管の亀裂の有無を測定する。

特開２０１３−１２４９７８号公報

ところで、上記特許文献１は、予め径寸法が分かっている配管を対象としている。つまり、送信トランスデューサーや受信トランスデューサーが設けられる超音波プローブから超音波の反射位置までの深度が既知である。このため、既知の深度に基づいて、送信トランスデューサーや受信トランスデューサーの配置や角度を設定することが可能となる。
一方、超音波を反射させる対象物が、例えば生体内の組織（例えば血管等）である場合、対象物の深度が不明であったり位置が変化したりする。この場合、受信トランスデューサーで受信した超音波がどの位置（深度）で反射された超音波であるかを判定することが困難となり、測定精度が低下してしまう。

本発明は、高い測定精度の超音波プローブ及び超音波装置を提供することを目的とする。

本発明の一適用例に係る超音波プローブは、超音波を送信する送信部と、前記超音波を受信する第一受信部と、前記送信部及び前記第一受信部の少なくともいずれか一方の配置を変更する変更機構と、を備え、前記送信部の一部には、前記超音波を受信可能な第二受信部が含まれていることを特徴とする。

本適用例では、変更機構が設けられており、送信部及び第一受信部の少なくともいずれか一方の配置を変更する。ここで述べる配置の変更とは、送信部及び第一受信部の少なくとも一方の角度を変更する他、送信部及び第一受信部の少なくとも一方をスライド移動させる等により、送信部及び第一受信部の間の距離を変更するものをも含む。また、送信部内には、超音波を受信する第二受信部が含まれている。
送信部と第一受信部とがそれぞれ独立している超音波プローブでは、送信部から送信され、対象物内の所定の反射位置にて反射された超音波（反射波）を第一受信部で受信する際に、送信部の超音波の送出方向と、第一受信部により受信される反射波の受信方向とが異なる。このため、送信部と第一受信部とを同一平面とすると、第一受信部に斜めから反射波が受信されることになるので、受信される超音波の音圧が小さく、第一受信部から出力される信号も小さくなる。
これに対して、本適用例のように、変更機構が設けられる構成では、第一受信部の法線方向が反射位置に向かう方向となるように、送信部及び第一受信部の配置（角度や位置）を変更することができる。よって、第一受信部にて受信される反射波の受信方向が第一受信部の法線方向と略一致させることが可能となる。よって、超音波の音圧の低下が抑制され、第一受信部から出力される信号の出力低下も抑制される。このため、送信部から超音波を送信してから、第一受信部にて反射波を受信した受信時間（第一時間）を精度よく測定できる。

ところで、超音波プローブでは、上述した第一時間を測定することで、超音波が反射された対象物の位置を測定する。つまり、第一受信部に入力された反射波の入力タイミングを測定することで、対象物における超音波の反射位置を算出できる。しかしながら、送信部に対する第一受信部の傾斜角を変化させる場合では、送信部及び第一受信部の姿勢によって反射位置の深度が変化するので、第一受信部からの信号のみでは当該深度の算出が困難となる。
これに対して、本適用例では、送信部内に第二受信部が設けられているので、送信部から超音波を送信した後、第二受信部で反射波が受信されるまでの時間（第二時間）を測定することで、超音波が送信部から送信されて対象物における反射位置に到達するまでの時間（つまり、送信部から超音波の反射位置までの距離）を算出できる。したがって、上記第一時間と、第二時間とを用いることで、超音波の反射位置を高精度に測定することができる。また、送信部に含まれる第二受信部は、超音波の送信方向（例えば送信部の法線方向）に沿って戻ってくる反射波を受信するものであるため、その信号強度も大きく、精度よく第二時間を測定できる。
以上により、本適用例では、対象物における超音波の反射位置の測定を高精度に実施することができる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記送信部は、前記超音波を送信する複数の超音波送信トランスデューサーがアレイ配置された送信アレイを含むことが好ましい。
本適用例では、送信部は、複数の超音波送信トランスデューサーがアレイ構造に配置された送信アレイを有する。このような送信アレイとしては、例えば第一方向（スキャン方向）に沿って複数の超音波送信トランスデューサーが配置される１次元アレイ構造としてもよく、第一方向及び第一方向に交差する第二方向に沿って複数の超音波送信トランスデューサーが配置される２次元アレイ構造としてもよい。２次元アレイ構造の場合では、例えば、第二方向（スライス方向）に沿った超音波送信トランスデューサーを同時駆動可能に結線して１ｃｈ（チャネル）の超音波送信群とすれば、１次元アレイ構造として機能させることも可能となる。
送信アレイを１次元アレイ構造とする場合では、第一方向に沿った各超音波送信トランスデューサー（又は超音波送信群）を遅延駆動させることで、送信部の法線方向及び第一方向を含む面（走査面）内に超音波を送信することが可能となり、反射波を第一受信部にて受信することで、対象物の走査面に対する内部断層画像を取得することができる。
また、送信アレイを２次元アレイ構造とし、各超音波送信トランスデューサーをそれぞれ個別に駆動可能とすれば、送信アレイから任意の方向に超音波を送信することが可能となり、反射波を第一受信部にて受信することで、対象物に対する３次元画像を取得することも可能となる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記第二受信部は、前記送信アレイの中心に配置されていることが好ましい。
本適用例では、第二受信部は、送信アレイの中心に配置されているので、送信部の中心から、対象物における超音波の反射位置までの距離を算出できる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記第二受信部は、複数設けられ、複数の前記第二受信部は、前記送信アレイにおいて、所定の基準位置に対して対称となる位置に配置されている構成としてもよい。
本適用例では、複数の第二受信部が基準位置に対して対称となる位置に配置されている。なお、基準位置としては、例えば送信アレイの中心位置等を例示できる。このような構成では、複数の第二受信部の受信結果に基づいて、送信部から超音波の反射位置までの距離を精度よく算出することができる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記第二受信部は、前記超音波の送信及び受信が可能な送受信兼用トランスデューサーであることが好ましい。
本適用例では、第二受信部として、送受信兼用トランスデューサーを用いる。この場合、超音波の送信時に、第二受信部の送受信兼用トランスデューサーを超音波の送信用として用いることができ、送信される超音波の音圧を上げることができる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記第二受信部は、前記超音波の受信を行う受信用トランスデューサーであってもよい。
本適用例では、第二受信部は、受信用トランスデューサーにより構成されている。超音波プローブにより超音波の送受信を行う際、例えば受信部（第一受信部や第二受信部）において、対象物の反射位置で反射された二次高調波を受信する場合がある。このような場合、送信部から送信される超音波と、第二受信部において受信される反射波との周波数が異なるので、超音波を送信する際の振動部のサイズと、超音波を受信する際の振動部のサイズとを異なるサイズにする必要がある。この場合では、第二受信部を上記のような送受兼用トランスデューサーにより構成すると、第二受信部において、高調波を受信することができない。これに対して、本適用例では、第二受信部が超音波の受信用トランスデューサーであるので、受信する超音波の周波数に応じた振動部により構成されればよく、反射波を好適に受信することができる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記第一受信部は、前記超音波を受信する複数の超音波受信トランスデューサーがアレイ配置された受信アレイを含むことが好ましい。
本適用例では、第一受信部がアレイ構造により構成されている。第一受信部のアレイ構造としては、上記した送信部をアレイ構造にする場合と同様、１次元アレイ構造としてもよく、２次元アレイ構造としてもよい。２次元アレイ構造の場合、第一方向に沿った超音波受信トランスデューサーを１ｃｈとした超音波受信群を構成し、１次元アレイとして機能させてもよい。この場合、各超音波受信群を複数の超音波受信トランスデューサーにより構成することで、受信信号を増幅でき、受信感度を良好にできる。
また、対象物の反射位置からの反射波を各超音波受信トランスデューサー（又は超音波受信群）によりそれぞれ受信することで、受信信号の位相差に基づいて、反射位置を精度よく算出できる。

本適用例の超音波プローブにおいて、前記送信部は、第一音響レンズを備え、前記第一受信部は、第二音響レンズを備え、前記第一音響レンズの曲率と、前記第二音響レンズの曲率が等しいことが好ましい。
本適用例では、送信部に設けられる第一音響レンズと、第一受信部に設けられる第二音響レンズとの曲率が同一となる。このような構成では、第一音響レンズが設けられることで、送信部の各位置から送信された超音波が、位置に応じた位相差を有して出力され、対象物の所定の焦点位置に収束させることが可能となる。また、第一音響レンズと同じ曲率の第二音響レンズを介して第一受信部にて反射波が受信されるので、各超音波が有する上記位相差が解消され、第一受信部において精度よく反射波を受信することが可能となる。

本発明における一適用例の超音波装置は、超音波を送信する送信部と、前記超音波を受信する第一受信部と、前記送信部及び前記第一受信部の少なくともいずれか一方の配置を変更する変更機構と、を備え、前記送信部の一部に前記超音波を受信可能な第二受信部が含まれている超音波プローブと、前記超音波プローブを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、制御部により、上述したような超音波プローブを制御する。超音波プローブでは、上記のように高精度な測定を実施することができる。よって、超音波装置では、このような超音波プローブから出力された信号に基づいて対象物の内部断層画像を高精度に測定することができる。

本適用例の超音波装置において、前記制御部は、前記第二受信部からの受信信号に基づいて、前記第一受信部からの受信信号が所定値以上となるように前記変更機構を制御することが好ましい。
本適用例では、制御部は、第二受信部からの信号に基づいて、変更機構を制御する。上記のように、第二受信部からの信号に基づいて、送信部から対象物の反射位置までの時間（距離）を算出することができる。よって、この第二信号に基づいて、第一受信部の受信方向が反射位置に向くように（受信信号が所定値以上となるように）変更機構を制御することで、信号強度の大きい第一受信部からの信号に基づいた高精度な測定を実施できる。

第一実施形態の超音波装置の概略構成を示すブロック図。 第一実施形態の超音波プローブの概略を示す斜視図。 第一実施形態の超音波プローブの概略断面図。 第一実施形態の送信部を構成する送信素子基板の概略構成を示す平面図。 第一実施形態の送信部の概略を示す断面図。 第一実施形態の受信部を構成する送信素子基板の概略構成を示す平面図。 第一実施形態の受信部の概略を示す断面図。 第一実施形態の超音波測定方法を示すフローチャート。 第一実施形態における受光部の姿勢制御を説明するための図。 第二実施形態の超音波プローブの概略断面図。 第二実施形態の超音波測定方法を示すフローチャート。 第二実施形態における受光部の姿勢制御を説明するための図。 第四実施形態の送信部を構成する送信素子基板の概略構成を示す平面図。 他の実施形態の送信素子基板の構成例を示す図。

[第一実施形態]
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御する制御部１０と、を備えている。
この超音波装置１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波（反射波）を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流や血圧等）を測定したりする。

［超音波プローブ２の構成］
図２は、本実施形態の超音波プローブ２の概略を示す斜視図である。
図３は、本実施形態の超音波プローブ２の概略断面図である。
超音波プローブ２は、図１から図３に示すように、筐体２１と、送信部３と、受信部４（第一受信部）と、受信姿勢変更部５（変更機構）と、回路基板６と、を備えている。
筐体２１は、例えば箱状に形成されており、内部に送信部３、受信部４、受信姿勢変更部５、回路基板６等を収納する。この筐体２１は、一面側が生体に対して当接させるセンサー面２２となり、このセンサー面２２には、センサー窓２３が設けられ、当該センサー窓２３に送信部３や受信部４の一部が露出する。
なお、本実施形態では、受信部４が回動可能な構成であり、送信部３と受信部４との間の防水性を確保するために、送信部３の受信部４側の端部と、受信部４の送信部３側の端部とに可撓性の防水シート２４が接合され、送信部３及び受信部４が接続されている。

また、筐体２１の一部（例えば、センサー面２２に交差する側面、又は、センサー面２２とは反対側の上面）には、超音波プローブ２と制御部１０とを通信可能に接続するケーブル２０が接続されている。

（送信部３の構成）
送信部３は、筐体２１の所定位置に固定されている。この送信部３は、例えば、送信基板部３１と、第一音響レンズ３２とにより構成されており、図２，３に示すように、第一音響レンズ３２がセンサー窓２３から外部に露出している。
また、本実施形態では、送信基板部３１が筐体２１の内壁に接合される等により固定されており、送信部３の筐体２１に対する姿勢は変更されない。なお、送信基板部３１と筐体２１との固定部位には、図示略の防水機構が施されている。

図４は、送信部３を構成する送信素子基板３３の概略構成を示す平面図である。
図５は、送信部３の概略を示す断面図である。
送信基板部３１は、送信素子基板３３と、送信素子基板３３を補強する送信補強板３４と、を備える。また、送信基板部３１と第一音響レンズ３２との間には、音響整合層３５が設けられている。

（送信素子基板３３の構成）
送信素子基板３３は、図５に示すように、基板本体部３３１と、基板本体部３３１の送信補強板３４側に設けられる振動膜３３２と、振動膜３３２に積層された圧電素子３３３と、を備えている。ここで、送信素子基板３３の振動膜３３２の表面（音響整合層３５との境界面）は、送信面３３Ａとなる。本実施形態では、送信面３３Ａは、センサー面２２に平行となる。
また、送信素子基板３３を基板厚み方向から見た平面視において、送信素子基板３３の中央領域には、複数の超音波トランスデューサー３６Ａがマトリックス状に配置されて、二次元アレイ構造の送信アレイ３６を構成する。ここで、これらの複数の超音波トランスデューサー３６Ａは、超音波送信トランスデューサーであって、超音波を送信する。また、詳細は後述するが、複数の超音波トランスデューサー３６Ａのうち、送信アレイ３６のＹ方向における中心位置に設けられ、Ｘ方向に沿って並ぶ所定個数の超音波トランスデューサー３６Ａは、送受信兼用トランスデューサーとなり、これらの超音波トランスデューサー３６Ａにより、第二受信部である送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１が構成される。

基板本体部３３１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成され、基板本体部３３１の送信アレイ３６内には、各々の超音波トランスデューサー３６Ａに対応した開口部３３１Ａが設けられている。また、各開口部３３１Ａは、振動膜３３２により閉塞されている。
振動膜３３２は、例えばＳｉＯ_２や、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の積層体等より構成され、基板本体部３３１の送信補強板３４側の全体を覆って設けられている。この振動膜３３２の厚み寸法は、基板本体部３３１に対して十分小さい厚み寸法となる。

また、図５に示すように、各開口部３３１Ａを閉塞する振動膜３３２上には、それぞれ下部電極３３４、圧電膜３３５、及び上部電極３３６の積層体である圧電素子３３３が設けられている。ここで、開口部３３１Ａを閉塞する振動膜３３２及び圧電素子３３３により、１つの超音波トランスデューサー３６Ａが構成される。
このような超音波トランスデューサー３６Ａでは、下部電極３３４及び上部電極３３６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部３３１Ａの開口領域内の振動膜３３２が振動され、開口部３３１Ａの開口面積に応じた超音波が送出される。また、対象物から反射された反射波により振動膜３３２が振動されると、圧電膜３３５の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極３３４及び上部電極３３６間に発生する前記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。

本実施形態では、図４に示すように、上記のような超音波トランスデューサー３６Ａが、送信素子基板３３の所定の送信アレイ３６内に、Ｘ方向、及びＸ方向に交差（本実施形態では直交）するＹ方向に沿って複数配置される。
ここで、下部電極３３４は、Ｘ方向に沿う直線状に形成されており、Ｘ方向に沿った各超音波トランスデューサー３６Ａを結線する。下部電極３３４の両端部には、回路基板６に接続される端子が設けられる。
一方、上部電極３３６は、図４に示すように、送信アレイ３６内の全ての超音波トランスデューサー３６Ａを結線しており、例えばＹ方向端部からＸ方向側に突出した端子が回路基板６に接続される。

上記のような送信アレイ３６では、下部電極３３４により連結されたＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー３６Ａにより、１ｃｈ（チャネル）の超音波トランスデューサー群３６Ｂが構成され、当該超音波トランスデューサー群３６ＢがＹ方向に沿って複数並ぶ１次元アレイ構造のアレイ配置となる。
また、詳細は後述するが、複数の超音波トランスデューサー群３６Ｂのうち、Ｙ方向の中心位置に設けられた超音波トランスデューサー群３６Ｂは、超音波の送信と受信との双方を行う送受兼用トランスデューサー（送受兼用トランスデューサー群）となる。

（送信補強板３４の構成）
送信補強板３４は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば送信素子基板３３と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、送信補強板３４の材質や厚みは、超音波トランスデューサー３６Ａの周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー３６Ａにて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。

そして、この送信補強板３４は、送信素子基板３３の送信アレイ３６に対向して、送信素子基板３３の開口部３３１Ａに対応した複数の凹溝３４１が形成されている。これにより、振動膜３３２のうち、超音波トランスデューサー３６Ａにより振動される領域（開口部３３１Ａ内）では、送信素子基板３３との間に所定寸法のギャップが設けられることになり、振動膜３３２の振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー３６Ａからの背面波が他の隣接する超音波トランスデューサー３６Ａに入射される不都合（クロストーク）を抑制することができる。

また、振動膜３３２が振動すると、開口部３３１Ａ側（送信面３３Ａ側）の他、送信補強板３４側にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、送信補強板３４により反射され、再び振動膜３３２側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜３３２から出力される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、ギャップにおける音響的な距離が、超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍となるように、各凹溝３４１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー３６Ａから発せられる超音波の波長λを考慮して、送信素子基板３３や送信補強板３４の各部の厚み寸法が設定される。

また、送信補強板３４は、下部電極３３４や上部電極３３６に対応して図示しない貫通孔が設けられ、当該貫通孔から、下部電極３３４や上部電極３３６と回路基板６とを接続する配線電極が設けられる。当該配線電極としては、例えば、送信補強板３４を貫通する貫通電極が設けられ、貫通電極の一端部に下部電極３３４や上部電極３３６の端子部が接続され、他端部に回路基板６の端子部が接続される構成としてもよい。また、フレキシブル基板等や、ワイヤー等によって、下部電極３３４や上部電極３３６の端子部と回路基板の端子部とが接続される構成としてもよい。

（音響整合層３５及び第一音響レンズ３２の構成）
音響整合層３５は、図５に示すように、送信素子基板３３の送信面３３Ａ側に設けられている。具体的には、音響整合層３５は、送信素子基板３３の開口部３３１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部３３１から所定の厚み寸法で形成される。
第一音響レンズ３２は、音響整合層３５上に設けられ、図２及び図３に示すように、筐体２１のセンサー窓２３から外部に露出する。この第一音響レンズ３２は、Ｘ方向に対する断面表面形状が円弧となる、Ｙ方向を軸としたシリンドリカル形状を有し、Ｘ方向に対する断面表面における円弧の曲率が、後述する第二音響レンズ４２と同じ曲率となる。
これらの音響整合層３５や第一音響レンズ３２は、超音波トランスデューサー３６Ａから送信された超音波を測定対象である生体に伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー３６Ａに伝搬させる。このため、音響整合層３５及び第一音響レンズ３２は、超音波トランスデューサー３６Ａの音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。このような音響インピーダンスの素材としては、例えばシリコーン等を用いることができる。

（受信部４の構成）
受信部４は、送信部３のＸ方向側に配置される。この受信部４は、受信基板部４１と、第二音響レンズ４２とにより構成されている。第二音響レンズ４２は、第一音響レンズ３２と同様センサー窓２３から外部に露出している。
受信基板部４１は、例えば送信部３とは反対側の端部に、Ｙ方向に沿った回動軸５１に固定されており、回動軸５１が軸心を中心に回動することで、受信部４が回動する。

図６は、受信部４を構成する受信素子基板４３の概略構成を示す平面図である。
図７は、受信部４の概略を示す断面図である。
受信基板部４１は、受信素子基板４３と、受信素子基板４３を補強する受信補強板４４と、を備える。また、受信基板部４１と第二音響レンズ４２との間には、音響整合層４５が設けられている。なお、これらの受信素子基板４３、及び第二音響レンズ４２の構成は、上述した送信素子基板３３及び第一音響レンズ３２と略同一の構成であるため、ここでの説明は簡略化する。

（受信素子基板４３の構成）
受信素子基板４３は、図７に示すように、基板本体部４３１と、基板本体部４３１の受信補強板４４側に設けられる振動膜４３２と、振動膜４３２に積層された圧電素子４３３と、を備えている。ここで、受信素子基板４３の振動膜４３２の表面（音響整合層４５との境界面）は、受信面４３Ａとなる。本実施形態では、受信姿勢変更部５により受信部４が回動されることで、受信面４３Ａの送信面３３Ａ（センサー面２２）に対する角度が変更される。
また、受信素子基板４３を基板厚み方向から見た平面視において、受信素子基板４３の中央領域には、複数の超音波トランスデューサー４６Ａがマトリックス状に配置されて、二次元アレイ構造の受信アレイ４６を構成する。ここで、これらの複数の超音波トランスデューサー４６Ａは、超音波受信トランスデューサーであって、対象物（生体）からの超音波（反射波）を受信する。

基板本体部４３１は、送信素子基板３３の基板本体部３３１と略同様の構成を有し、基板本体部４３１の受信アレイ４６内には、各々の超音波トランスデューサー４６Ａに対応した開口部４３１Ａが設けられ、各開口部４３１Ａは、振動膜４３２により閉塞されている。
振動膜４３２は、送信素子基板３３の基板本体部３３１と略同様、基板本体部４３１の受信補強板４４側の全体を覆って設けられている。この振動膜４３２の厚み寸法は、基板本体部４３１に対して十分小さい厚み寸法となる。

また、図７に示すように、各開口部４３１Ａを閉塞する振動膜４３２上には、それぞれ下部電極４３４、圧電膜４３５、及び上部電極４３６の積層体である圧電素子４３３が設けられている。ここで、開口部４３１Ａを閉塞する振動膜４３２及び圧電素子４３３により、１つの超音波トランスデューサー４６Ａが構成される。
このような超音波トランスデューサー４６Ａでは、対象物から反射された反射波により振動膜４３２が振動されると、圧電膜４３５の上下で電位差が発生し、下部電極４３４及び上部電極４３６間に発生する前記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。

本実施形態では、図６に示すように、上記のような超音波トランスデューサー４６Ａが、受信素子基板４３の所定の受信アレイ４６内に、Ｘ方向Ｙ方向に沿って複数配置されている。そして、送信アレイ３６と同様、下部電極４３４は、Ｘ方向に沿う直線状に形成されており、Ｘ方向に沿った各超音波トランスデューサー４６Ａを結線し、下部電極４３４の両端部の端子が、回路基板６に接続される。
また、上部電極４３６は、図６に示すように、受信アレイ４６内の全ての超音波トランスデューサー４６Ａを結線し、例えばＹ方向端部からＸ方向側に突出した端子が回路基板６に接続される。

上記のような受信アレイ４６では、下部電極４３４により連結されたＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー４６Ａにより、１ｃｈ（チャネル）の超音波トランスデューサー群４６Ｂが構成され、当該超音波トランスデューサー群４６ＢがＹ方向に沿って複数並ぶ１次元アレイ構造のアレイ配置となる。

（受信補強板４４の構成）
受信補強板４４は、送信補強板３４と同様の構成を有し、受信アレイ４６の開口部４３１Ａに対応した複数の凹溝４４１を備える。また、受信補強板４４は、下部電極４３４や上部電極４３６に対応して図示しない貫通孔が設けられ、当該貫通孔から、フレキシブル基板等や、ワイヤー等によって、下部電極４３４や上部電極４３６の端子部と回路基板の端子部とが接続される。
また、受信補強板４４のＸ方向における送信部３とは反対側の端部には、上述した回動軸５１が固定されている。

（音響整合層４５及び第二音響レンズ４２の構成）
音響整合層４５は、図７に示すように、受信素子基板４３の受信面４３Ａ側に設けられている。具体的には、音響整合層４５は、受信素子基板４３の開口部４３１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部４３１から所定の厚み寸法で形成される。
第二音響レンズ４２は、音響整合層４５上に設けられ、図２及び図３に示すように、筐体２１のセンサー窓２３から外部に露出する。この第二音響レンズ４２は、Ｘ方向に対する断面表面形状が円弧となる、Ｙ方向を軸としたシリンドリカル形状を有し、Ｘ方向に対する断面表面における円弧の曲率が、第一音響レンズ３２と同じ曲率となる。
このように、第一音響レンズ３２と第二音響レンズ４２との曲率を同一にすることで、送信部３において送信される超音波が第一音響レンズ３２を通過する際に発生する位相差が、受信部４で超音波を受信する際に通過する第二音響レンズ４２により解消されることになり、超音波送信時に位相と、超音波受信時に位相を揃えることができ、受信精度の向上を図れる。

なお、超音波プローブ２を生体に取り付ける際には、図３に示すように、センサー窓２３に音響整合材料２５（例えばジェル等の液体）を塗布する。これにより、音響整合材料２５は、第一音響レンズ３２と生体との間、第二音響レンズ４２と生体との間に充填される。
また、送信部３と受信部４との間が可撓性の防水シート２４により接続されることで、送信部３と受信部４との間から筐体２１内に音響整合材料２５等の液体の侵入を抑制できる。また、受信部４の外周と、筐体２１との間に同様の防水シートを設けてもよく、これにより、防水性の向上を図れる。

（受信姿勢変更部５の構成）
受信姿勢変更部５は、制御部１０の制御に基づいて、受信部４を回動させ、送信面３３Ａに対する受信面４３Ａの傾斜角度を変更する。
この受信姿勢変更部５としては、受信部４を回動させるいかなる構成であってもよく、例えば、本実施形態では、回動軸５１と、ステッピングモーター５２と、駆動伝達部５３と、を備えて構成される。
回動軸５１は、上述したように、受信補強板４４のＸ方向における送信部３とは反対側の端部に固定され、受信補強板４４（受信部４）とともに回動する。回動軸５１の一部（例えば先端部）には、第一歯車５１１が設けられる。
ステッピングモーター５２は、例えば回路基板６に電気的に接続されており、制御部１０からの信号に基づいて駆動されモーター軸５２１を、軸心を中心に回転させる。モーター軸５２１には、第二歯車５２２が設けられている。
駆動伝達部５３は、例えば、第一歯車５１１及び第二歯車５２２を連結する１以上の歯車により構成される。そして、ステッピングモーター５２が駆動されてモーター軸５２１が回動されると、その駆動力が第二歯車５２２から駆動伝達部５３を介して第一歯車５１１に伝達され、回動軸５１が回動する。これにより、回動軸５１とともに受信部４が回動する。

［回路基板６の構成］
回路基板６は、送信部３、受信部４、及び受信姿勢変更部５の駆動を制御するためのドライバ回路等が設けられている。具体的には、回路基板６は、図１に示すように、スイッチ回路６１、送信回路６２、第一受信回路６３、第二受信回路６４、及びモーター制御回路６５等を備えている。
また、回路基板６は、ケーブル２０内の同軸ケーブルを介して制御部１０に電気的に接続されている。

スイッチ回路６１は、送信部３の送信アレイ３６に配置される複数の超音波トランスデューサー群３６Ｂのうち、Ｙ方向の中心位置に設けられた所定数（例えば１ｃｈ）の超音波トランスデューサー群３６Ｂ（以降、この超音波トランスデューサー群３６Ｂを、他の超音波トランスデューサー群３６Ｂと区別するため、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１と称する）に接続されている。このスイッチ回路６１は、例えば制御部１０の制御に基づいて、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１と送信回路６２とを接続する送信接続、及び送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１と第二受信回路６４（第二受信部）とを接続する受信接続のいずれかに切り替える。

送信回路６２は、スイッチ回路６１と、送信部３の送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１以外の超音波トランスデューサー群３６Ｂ群に接続されている。この送信回路６２は、制御部１０の制御により、送信部３の各超音波トランスデューサー群３６Ｂに印加する電圧を出力する。送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１は、スイッチ回路６１が送信接続に切り替えられた際に、送信回路６２からの電圧信号が入力されることで、超音波が出力される。
ここで、送信回路６２は、駆動させる超音波トランスデューサー群３６Ｂ群の下部電極３３４に対して、所定の駆動パルス信号（ＳＩＧ信号）を印加し、上部電極３３６に対して、所定の共通バイアス電圧（ＣＯＭ信号）を印加すする。

第一受信回路６３は、受信部４の各超音波トランスデューサー群４６Ｂに接続されている。この第一受信回路６３は、制御部１０の制御により、各超音波トランスデューサー群４６Ｂの上部電極４３６に対して、所定の共通バイアス電圧（ＣＯＭ信号）を印加する。そして、各超音波トランスデューサー４６Ａの振動膜４３２が超音波を受信して振動されると、各超音波トランスデューサー群４６Ｂの下部電極から、受信信号が第一受信回路６３に入力される。また、第一受信回路６３は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、入力された受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅、各超音波トランスデューサー群４６Ｂの整相加算処理等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御部１０に出力する。

第二受信回路６４は、送信部３の送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１に接続されている。この第二受信回路６４は、スイッチ回路６１が受信接続に切り替えられた際に、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１の上部電極３３６に対して、所定の共通バイアス電圧（ＣＯＭ信号）を印加する。そして、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１にて超音波が受信されると、下部電極３３４から受信信号が入力される。第二受信回路６４は、第一受信回路６３と同様、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、入力された受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御部１０に出力する。

モーター制御回路６５は、制御部１０の制御の下、受信姿勢変更部５を制御して受信部４の姿勢を変更（回動）させる。本実施形態では、制御部１０からの制御信号に基づいて、ステッピングモーター５２に電圧を印加する。

［制御部１０の構成］
制御部１０は、図１に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、演算部１４と、を備えて構成されている。
操作部１１は、ユーザーが超音波装置１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送受制御手段１４１、姿勢制御手段１４２、及び測定手段１４３等として機能する。
送受制御手段１４１は、スイッチ回路６１、送信回路６２、第一受信回路６３、及び第二受信回路６４を制御して、超音波プローブ２にて超音波の送信処理、及び受信処理を実施させる。例えば、送信回路６２に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、第一受信回路６３及び第二受信回路６４に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
姿勢制御手段１４２は、第二受信回路６４から入力された受信信号に基づいて、反射位置の深度を算出し、モーター制御回路６５を制御して、受信部４の姿勢（角度）を変更する。
測定手段１４３は、第一受信回路６３からの入力された受信信号、及び第二受信回路６４から入力された受信信号に基づいて、生体内における超音波の反射位置を算出したり、生体の内部断層画像を生成したりする。

［超音波装置１による超音波測定方法］
次に、上述したような超音波装置１を用いた超音波測定方法を説明する。
図８は、本実施形態の超音波装置１を用いた超音波測定方法を示すフローチャートである。
本実施形態の超音波装置１を用いた超音波測定処理を実施する場合、先ず、超音波プローブ２のセンサー窓２３に音響整合材料２５を充填させ、超音波プローブ２を対象物である生体に密着固定する。
この後、例えば操作部１１の操作により、超音波測定処理の開始指示が入力されると、送受制御手段１４１は、スイッチ回路６１を送信接続に切り替え（ステップＳ１）、送信回路６２から送信部３の各超音波トランスデューサー群３６Ｂに駆動電圧を印加して超音波を送信させる（ステップＳ２）。具体的には、送受制御手段１４１は、送信回路６２を制御して、下部電極３３４にＳＩＧ信号を印加し、上部電極３３６にＣＯＭ信号を印加する。
この後、送受制御手段１４１は、スイッチ回路６１を受信接続に切り替え（ステップＳ３）、第二受信回路６４により送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１からの受信信号（第二受信信号）を検出させる（ステップＳ４）。つまり、送受制御手段１４１は、第二受信回路６４を制御し、上部電極３３６にＣＯＭ信号を印加し、下部電極３３４から出力される受信信号を第二受信回路６４で検出させる。

なお、ステップＳ１からステップＳ４の処理は、ステップＳ２にて、各超音波トランスデューサー群３６Ｂに入力する駆動電圧の印加タイミングを超音波トランスデューサー群３６Ｂ毎に遅延させて超音波の送信方向を変化させながら複数回実施してもよい。この場合、送信部３により、Ｙ方向に沿い、送信部３に直交する所定の走査面に対して超音波を送信することができるので、測定領域をより広範囲（送信面３３Ａを中心にした略扇状の領域）に設定することができる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、送信部３の法線方向に超音波を出力する態様（走査面に対するスキャンを実施しない態様）を例示する。

図９は、本実施形態における受信部４の姿勢制御を説明するための図である。
姿勢制御手段１４２は、ステップＳ４の処理により、第二受信回路６４からの第二受信信号を受信すると、送信部３の送信面３３Ａに対する受信部４の受信面４３Ａの回動させるべき角度を算出し（ステップＳ５）、算出された角度だけ受信部４を回動させる（ステップＳ６）。
つまり、図９（Ａ）に示すように、送信面３３Ａと、受信面４３Ａとが平行である場合、受信面４３Ａの法線方向に対して傾斜する角度で、対象物（生体）内の反射位置Ａ（測定対象）にて反射された超音波が入力されることになる。この場合、上述したように、受信部４にて、受信面４３Ａの法線方向から超音波を受信する場合に比べて、各超音波トランスデューサー４６Ａの振動膜４３２の振動が小さくなり、出力される受信信号の信号強度も小さくなってしまう。よって、本実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、超音波が受信部４の受信面４３Ａの法線方向と略一致する方向から入射されるように、受信部４の姿勢を変更する。

具体的には、ステップＳ５では、姿勢制御手段１４２は、第二受信回路６４からの受信信号に基づいて、送信部３から反射位置Ａまでの距離、つまり反射位置Ａの深度を算出する。送信部３からの超音波は、送信面３３Ａの法線方向に出力されるため、反射位置Ａにて当該超音波が反射されると、送信面３３Ａの法線方向から反射波が入力される。したがって、ステップＳ４において送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１から信号強度が大きい受信信号が出力され、超音波の送信タイミングから、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１での超音波の受信タイミングまでの時間を精度よく計測できる。よって、当該時間と音速とに基づいて、高精度に送信部３から反射位置Ａまでの距離ａを算出できる。
また、送信部３と受信部４との距離ｂは予め分かっているので、姿勢制御手段１４２は、受信部４の回動角度θをθ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ／ａ）により算出する。
そして、姿勢制御手段１４２は、算出する回動角度θだけ受信部４を回動させる旨の制御信号をモーター制御回路６５に出力する。これにより、モーター制御回路６５がステッピングモーター５２を駆動させ、図９（Ｂ）に示すように、受信部４を回動角度θだけ回動させる。

この後、超音波プローブ２を用いた本測定処理を実施する。この本測定処理では、ステップＳ１からステップＳ３と同様に、送受制御手段１４１は、スイッチ回路６１を送信接続に切り替え（ステップＳ７）、送信回路６２から送信部３の各超音波トランスデューサー群３６Ｂに駆動電圧を印加する（ステップＳ８）。また、送受制御手段１４１は、スイッチ回路６１を受信接続に切り替え（ステップＳ９）、第一受信回路６３及び第二受信回路６４を制御して、受信部４の超音波トランスデューサー群４６Ｂからの受信信号（第一受信信号）及び送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１からの第二受信信号を検出させる（ステップＳ１０）。

なお、ステップＳ７からステップＳ１０の処理においても、ステップＳ８にて、各超音波トランスデューサー群３６Ｂに入力する駆動電圧の印加タイミングを超音波トランスデューサー群３６Ｂ毎に遅延させ、超音波の送信方向を変化させながら複数回実施してもよい。この場合、送信部３により、Ｙ方向に沿い、送信部３に直交する所定の走査面に対して超音波を送信することができ、測定領域をより広範囲（送信面３３Ａを中心にした略扇状の領域）に設定することができる。本実施形態では、説明の便宜上、送信部３の法線方向に超音波を出力する態様（走査面に対するスキャンを実施しない態様）を例示する。

この後、測定手段１４３は、受信部４から第一受信回路６３を介して入力された第一受信信号と、送信部３から第二受信回路６４を介して入力された第二受信号とに基づいて、反射位置Ａを算出する（ステップＳ１１）。すなわち、第一受信信号に基づいて算出される反射位置Ａを、第二受信信号に基づいて補正する。
図９（Ｂ）に示すように、送信部３から反射位置Ａに向かう方向Ｕ１と、反射位置Ａから受信部４に向かう方向Ｕ２とが異なり、方向Ｕ１と方向Ｕ２とが角度θで交差する場合、送信部３から反射位置Ａまでの距離ａと、反射位置Ａから受信部４までの距離ｂとは、異なる距離となる。
また、受信部４を回動させると、受信面４３Ａが送信面３３Ａと平行な場合に比べて、回動軸５１から超音波が受信される位置までの距離ｃに応じて、距離ｄ（＝ｃ×ｃｏｓθ）だけ受信距離が延びる。なお、本実施形態では、超音波トランスデューサー群４６Ｂに属する各超音波トランスデューサー４６Ａは、下部電極４３４により結線されており、これらの超音波トランスデューサー４６Ａからの信号が加算されて出力される。よって、本実施形態では、距離ｃとして、回動軸５１から超音波トランスデューサー群４６Ｂにおける中点までの距離（平均距離）を用いる。
以上の値ａ，ｂ，ｃ，θを用いると、受信距離ｂは、以下の式（１）に示す値となる。

［数１］
ｂ＝（ａ／ｃｏｓθ）＋（ｃ×ｓｉｎθ）・・・（１）

つまり、受信部４の各超音波トランスデューサー群３６Ｂでは、超音波プローブ２から反射位置Ａまでの距離ａよりもｂ−ａ（＝（ａ／ｃｏｓθ）＋（ｃ×ｓｉｎθ）−ａ）だけ受信距離が伸びた受信信号が取得される。言い換えると、受信部４の超音波トランスデューサー群４６Ｂから出力される受信信号は、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１から出力される受信信号よりも、受信距離の差（ｂ−ａ）に相当する時間だけ遅延することになる。
よって、測定手段１４３は、送信部３から超音波を送信してから第一受信信号が出力されたタイミングまでの第一時間から、送信部３から超音波を送信してから第二受信信号が出力されたタイミングまでの第二時間及び第一時間の差分（受信距離の差ｂ−ａに相当する時間）だけ減じた時間を算出し、算出された時間に基づいて、反射位置Ａの真の距離を算出する。

この後、測定手段１４３は、算出された真の距離に基づいて、生体内の各超音波反射位置を画像化し、生体に対する内部断層画像を取得する（ステップＳ１２）。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１は、超音波を送信する送信面３３Ａを含んで構成された送信部３と、生体内の測定対象（反射位置Ａ）にて反射された超音波を受信する受信面４３Ａを含んで構成された受信部４（第一受信部）と、受信部４を回動させる受信姿勢変更部５とを備えた超音波プローブ２を有する。そして、超音波プローブ２の送信部３には、超音波を受信可能な送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１（第二受信部）を備えている。
このような構成では、受信姿勢変更部５により、受信面４３Ａの法線方向に反射位置Ａが向かうように、受信部４の角度を変更することができる。これにより、受信面４３Ａにて受信される反射波の受信方向が受信面の法線方向と略一致し、受信超音波の音圧の低下が抑制され、受信部４からの第一受信信号の信号強度を大きくでき、ノイズ等の影響を受けにくい精度の高い超音波測定を実施できる。

また、受信部４の受信面４３Ａの送信面３３Ａに対する角度が変更可能な構成では、受信部４からの第一受信信のみでは、送信部３から反射位置Ａまでの真の距離を算出できない。これに対して、本実施形態では、送信部３に設けられた送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１により、送信部３から反射位置Ａまでの距離に応じた第二受信信号を受信する。よって、第一受信信号を第二受信信号に基づいて補正することで、反射位置Ａの深度をより高精度に求めることができる。よって、超音波装置１における測定精度をより向上させることができる。

本実施形態では、送信部３は、超音波トランスデューサー３６Ａが複数配置された送信アレイ３６を有する。このような構成では、複数の超音波トランスデューサー３６Ａを制御することで、生体内に対する所定の走査面に対する高精度な内部断層画像を取得することができる。

本実施形態では、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１は、送信アレイ３６の中心に配置されている。これにより、送信部３の中心位置から反射位置Ａまでの距離に基づいた第二受信信号を取得できる。

本実施形態では、送信部３に、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１が設けられており、この送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１により、第二受信部が構成される。
このため、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１は、超音波の受信だけでなく、超音波の送信も実施できるので、送信部３に第二受信部を設ける場合の送信超音波の出力低下を抑制できる。

本実施形態では、受信部４は複数の超音波トランスデューサー４６Ａがアレイ状に配置された受信アレイ４６を備える。このため、複数の超音波トランスデューサー４６Ａ（超音波トランスデューサー群４６Ｂ）により、反射位置Ａで反射された超音波を測定することができ、これらの測定結果に基づいて反射位置Ａを算出することで、精度の高い測定を実施できる、

本実施形態では、送信部３は、送信面３３Ａに設けられた第一音響レンズ３２を備え、受信部４は、受信面４３Ａに設けられ、第一音響レンズ３２と同じ曲率の第二音響レンズ４２を備えている。
このような構成では、第一音響レンズ３２が設けられることで、送信面３３Ａの各位置から送信された超音波が、位置に応じた位相差を有して出力され、生体内の所定の目標位置に収束するように超音波を送信することができ、超音波走査測定により測定精度が向上する。また、第二音響レンズ４２が第一音響レンズ３２と同じ曲率を有するので、第二音響レンズ４２を介して受信部４にて反射波が受信される際に、超音波送信時に第一音響レンズ３２を通過する際に生じた位相差を解消することができ、高精度な超音波測定を実施できる。

本実施形態では、姿勢制御手段１４２は、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１からの受信信号（第二受信回路６４からの第二受信信号）に基づいて、受信部４が反射位置Ａに向くような回動角度θを算出し、受信部４を当該角度θだけ回動させる。このため、受信部４で受信される超音波の音圧が大きくなるように、受信部４の角度を適切に制御することができる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、超音波プローブ２における受信部４を受信姿勢変更部５により回動させることで、送信面３３Ａに対する受信面４３Ａの角度を変更し、受信部４にて受信面４３Ａの法線方向と略一致する方向からの超音波を受信させた。これに対して、第二実施形態では、受信部４に加え、さらに送信部３の角度が変更可能である点で、上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略する。

図１０は、第二実施形態の超音波プローブ２Ａの概略断面図である。
図１０に示すように、本実施形態の超音波プローブ２Ａでは、送信部３を回動させる送信姿勢変更部７が設けられている。
この送信姿勢変更部７は、受信姿勢変更部５と略同様の構成を有し、回動軸７１、ステッピングモーター７２、及び駆動伝達部７３を備えて構成される。回動軸７１は、送信部３の受信補強板４４のＸ方向における受信部４とは反対側の端部に固定され、送信補強板３４（送信部３）とともに回動する。回動軸７１の一部（例えば先端部）には、第三歯車７１１が設けられる。
ステッピングモーター７２は、例えば回路基板６に電気的に接続されており、制御部１０からの信号に基づいて駆動されモーター軸７２１を、軸心を中心に回転させる。モーター軸７２１には、第四歯車７２２が設けられている。このステッピングモーター７２は、受信姿勢変更部５のステッピングモーター５２と同様、回路基板６のモーター制御回路６５に接続されている。なお、モーター制御回路６５は、受信姿勢変更部５のステッピングモーター５２と、送信姿勢変更部７のステッピングモーター７２とを、それぞれ個別に制御することが可能に構成されている。
駆動伝達部７３は、例えば、第三歯車７１１及び第四歯車７２２を連結する１以上の歯車により構成される。そして、ステッピングモーター７２が駆動されてモーター軸７２１が回動されると、その駆動力が第四歯車７２２から駆動伝達部７３を介して第三歯車７１１に伝達され、回動軸７１が回動する。これにより、回動軸７１とともに送信部３が回動する。

図１１は、第二実施形態における超音波測定方法を示すフローチャートである。
図１２は、第二実施形態における送信部及び受信部の姿勢制御を説明するための図である。
このような本実施形態では、第一実施形態と略同様の処理により、超音波測定を実施する。
具体的には、本実施形態では、先ず、送信部３の回動角度αの初期値（α＝０）に戻し、第一実施形態と同様のステップＳ１からステップＳ４の処理を実施する。
この後、姿勢制御手段１４２は、送信部３の回動角度αが所定の限界値（αｍａｘ）であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１において、Ｎｏと判定された場合は、回動角度αを所定値βだけ加算する（ステップＳ２２）。つまり、姿勢制御手段１４２は、送信部３を所定値βだけ回動させる。この後ステップＳ１からステップＳ４の処理を繰り返し実施する。
以上の処理を繰り返すことで、送信部３が、所定の初期値（０°）から限界値（αｍａｘ）まで回動され、各回動角度における第二受信回路６４からの第二受信信号が検出される。

一方、ステップＳ２１において、Ｙｅｓと判定された場合、姿勢制御手段１４２は、ステップＳ４にて検出された第二受信信号の最大値を検出し、当該最大値が検出された際の回動角度αに、送信部３の角度を変更する（ステップＳ２３）。

つまり、送信部３から送信される超音波は、ある程度の拡がりを持って送信されるが、送信部３の超音波送信方向に、目標とする測定対象部位（反射位置Ａ）がない場合、図１２（Ａ）に示すように、反射波も小さく、第二受信信号が小さくなる。
一方、送信部３を回動させ、第二受信信号が最大となる位置では、図１２（Ｂ）に示すように、送信部３の超音波の送信方向に目標とする測定対象部位が存在することを意味する。ステップＳ２３の処理により、図１２（Ｂ）に示すような位置に送信部３の回動角度αが設定される。
以上の後は、第一実施形態と同様に、ステップＳ５からステップＳ１２の処理を実施する。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１における超音波プローブ２Ａでは、送信部３及び受信部４の双方が、それぞれ送信姿勢変更部７及び受信姿勢変更部５により、回動角度を変更可能に構成されている。
このため、送信部３においても、回動角度を変更して、超音波の送信方向を生体内の目標とする測定対象部位に向けることができる。これにより、測定対象部位に対して強い音圧の超音波を送信できるので、受信部４で受信される反射波の音圧が強くなり、測定精度の更なる向上を図れる。
また、送信部３及び受信部４のいずれか一方のみを回動させる構成では、その回動角度が大きくなる。つまり、図９及び図１２を比較すると分かるように、図９（Ｂ）に示す受信部４の回動角度は、図１２（Ｂ）に示す受信部４の回動角度よりも大きくなる。これに対して、本実施形態では、送信部３及び受信部４を回動させる構成であるため、それぞれの回動角度を小さく抑えることができる。つまり、送信部３や受信部４の回動角度が大きい場合では、筐体２１の厚み寸法のサイズも大きくする必要があり、プローブサイズも大型化するが、本実施形態では、超音波プローブ２Ａの小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、送信部３が回動可能であるので、超音波プローブ２Ａを生体に固定した際、送信面３３Ａの法線方向に目標とする測定対象部位がない場合でも、送信部３の回動角度を変更することで、超音波プローブ２Ａを固定し直す必要がなく、測定を継続させることができる。

更に、本実施形態では、送信部３を回動させることで、走査面（送信面３３Ａの法線方向と、複数の超音波トランスデューサー群３６Ｂ並び方向であるＹ方向を含む面）を、回動軸７１を中心に回動させることができる。
この場合、送信部３の回動角度に対するそれぞれの内部断層画像を取得すれば、これらの内部断層画像を合成することで、生体内に対する３次元画像を合成することも可能となる。具体的には、送受制御手段１４１は、超音波プローブ２Ａを用いた超音波測定により得られた各受信信号（第一受信信号及び第二受信信号）と、送信部３の回動角度と、関連付けて記憶部１３に、記憶しておく。そして、測定手段１４３は、各回動角度に対して、それぞれ内部断層画像を形成し、これらの内部断層画像を、関連付けられた角度に基づいて、３次元座標上で繋ぎ合せる。以上のような３次元画像を用いることで、生体内の組織をより詳細に分析することができる。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、送信部３の送信アレイ３６における中心に、Ｘ方向に沿った送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１を第二受信部として機能させる例を示した。これに対して、本実施形態では、複数の送受兼用トランスデューサー群が設けられる点で、上記第一実施形態と相違する。
第三実施形態における超音波プローブ２の送信部３は、図４に示すような第一実施形態と同様の構成を有する。
ここで、本実施形態では、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー群３６Ｂのうち、例えば、±Ｙ側端部に第二受信部である送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ２（図４参照）が配置される。つまり、本実施形態では、送信アレイ３６のＹ方向の中心位置を基準位置として、当該基準位置に対して線対称となる位置に配置された超音波トランスデューサー群３６Ｂを送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ２（第二受信部）として機能させる。
具体的には、これらの送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ２が、回路基板６におけるスイッチ回路６１に接続されており、送信回路６２に接続される送信接続と、第二受信回路６４に接続される受信接続とを切り替え可能となる。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、第二受信部を構成する送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ２が、送信アレイ３６の中心に対して対称となる位置に配置されている。
本実施形態では、第一受信信号を、第二受信信号に基づいて補正するため、補正精度を向上させるために、精度の高い第二受信信号を取得することが好ましい。したがって、上記構成とすることで、複数の送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ２からの第二受信号に基づいて、送信部３から反射位置Ａまでの距離ａに基づいた第二受信信号を高精度に取得できる。これにより、測定手段１４３により算出される反射位置Ａ（深度の真値）の精度も高くなり、高精度な測定を実施できる。
また、高精度に送信部３から反射位置Ａまでの距離ａを算出できるので、受信部４の回動角度θも高精度に算出できる。つまり、受信部４で反射波を受信した際に強い信号強度が得られるように、受信部４の回動角度を高精度に制御することができる。

［第四実施形態］
次に、第四実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、送信部３に、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１を配置することで、超音波の送信及び受信の双方が可能な第二受信部を設ける例を示した。これに対して、本実施形態では、第二受信部が超音波の送信を行わず、超音波の受信のみを行う点で上記第一実施形態と相違する。

図１３は、第四実施形態の送信部を構成する送信素子基板の概略構成を示す平面図である。
図１３に示すように、本実施形態の送信素子基板３３は、送信アレイ３６に、超音波送信用の超音波トランスデューサー３６Ａと、本発明の第二受信部を構成する受信用トランスデューサー３６Ｃとを備えている。
ここで、第一実施形態と同様、Ｘ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー３６Ａにより、１ｃｈの超音波トランスデューサー群３６Ｂが構成される。図１３の例では、１つの超音波トランスデューサー群３６Ｂは、−Ｘ側に配置された第１の超音波トランスデューサー群３６Ｂ３と、第２の超音波トランスデューサー群３６Ｂ４とに分かれる。これらの第１の超音波トランスデューサー群３６Ｂ３及び第２の超音波トランスデューサー群３６Ｂ４の下部電極３３４は、送信素子基板３３上では分離されているが、回路基板６において結線され、送信回路６２からＳＩＧ信号が印加される。上部電極３３６に関しても同様であり、−Ｘ側に配置される超音波トランスデューサー３６Ａと、＋Ｘ側に配置される超音波トランスデューサー３６Ａとで分かれているが、回路基板６において、これらの上部電極３３６は結線され、送信回路６２からＣＯＭ信号が印加される。

一方、受信用トランスデューサー３６Ｃは、例えば、送信アレイ３６の中心に複数（本実施形態では４つ）設けられている。
これらの受信用トランスデューサー３６Ｃは、超音波トランスデューサー３６Ａと同様の構成を有し、開口部３３１Ａを閉塞する振動膜３３２と、圧電素子３３３とにより構成される。なお、受信用トランスデューサー３６Ｃに対応する開口部３３１Ａの開口面積は、図１３に示すように、超音波トランスデューサー３６Ａに対応する開口部３３１Ａの開口面積よりも小さく形成されていてもよい。この場合、送信部３から送信される超音波とは異なる周波数の超音波を受信用トランスデューサー３６Ｃにて受信することが可能となる。この場合、例えば、送信部３から超音波を送信し、測定対象から反射された高調波（二次高調波等）を受信する場合に有利になる。

これらの受信用トランスデューサー３６Ｃは、例えば下部電極３３４が互いに接続され、複数（４つ）の受信用トランスデューサー３６Ｃにより、１つの受信用トランスデューサー群３６Ｄが構成される。なお、本実施形態では、１つの受信用トランスデューサー群３６Ｄのみが設けられる例を示すが、複数の受信用トランスデューサー群３６Ｄが設けられる構成などとしてもよい。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、送信部３は、第二受信部としての受信用トランスデューサー３６Ｃを備えている。このような構成では、受信用トランスデューサー３６Ｃを構成する振動膜３３２の面積（開口部３３１Ａの開口面積）を、受信する反射波の周波数に応じた面積に設定できる。よって、例えば二次高調波等を受信する場合に、高精度に超音波を受信することができる。

［その他の変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。

上記第一実施形態では、受信部４の回動角度を変更する受信姿勢変更部５を備える構成としたが、さらに、受信部４をスライド移動させて、送信部３との距離を変更する距離変更部等を備える構成としてもよい。この場合、受信部４の角度変更のみでは、受信方向を反射位置Ａに向かわせることができず、反射波の受信信号が小さくなる場合でも、さらに受信部４と送信部３との距離を変更することで、好適に反射波を受信して受信信号を大きくすることができる。

また、第一実施形態では、受信姿勢変更部５により受信部４の角度を変更する態様を例示し、第二実施形態では、受信姿勢変更部５及び送信姿勢変更部７により受信部４及び送信部３の角度を変更する態様を例示したが、これに限定されない。例えば、受信部４の姿勢を固定し、送信部３の姿勢（回動角度）を変更可能な構成としてもよい。

上記実施形態では、受信部４を構成する超音波トランスデューサー４６Ａが、送信部３を構成する超音波トランスデューサー３６Ａと同一の構成を有する例を示したが、これに限定されない。受信部４を構成する各超音波トランスデューサー４６Ａとして、例えば、圧電膜４３５の厚み方向に直交する一面側に、一対の電極を互いに対向させて配置する構成などとしてもよい。また、圧電膜の厚み方向に沿った側面で圧電膜を挟み込むように電極を配置してもよい。このような構成の超音波トランスデューサーでは、振動膜が振動した際に第一電極及び第二電極間の電位差をより大きくでき、超音波受信時の受信信号をより大きくすることができる。

上記実施形態では、送信部３において、Ｘ方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー３６Ａにおいて下部電極３３４が共通となり、送信アレイ３６内の全ての超音波トランスデューサー３６Ａにおいて、上部電極が共通となる１次元アレイ構造の送信アレイ３６を例示したが、これに限定されない。図１４は、他の実施形態における送信素子基板の構成例を示す図である。
図１４に示すように、Ｘ方向に沿って並ぶ各超音波トランスデューサー３６Ａ間で、下部電極３３４が共通し、Ｙ方向に沿って並ぶ各超音波トランスデューサー３６Ａ間で、上部電極３３６が共通し、これらの下部電極３３４、及び上部電極３３６に対して、それぞれ個別に信号の入力が可能となる構成としてもよい。この場合、例えば送信アレイ３６の中心位置に設けられた９つの超音波トランスデューサー３６Ａを含む領域を第二受信部３６Ｅとして機能させる。具体的には、第二受信部３６Ｅに含まれる超音波トランスデューサー３６Ａを、送受兼用トランスデューサーとして、第一実施形態と同様に、スイッチ回路６１に接続すればよい。
なお、受信部４においても同様であり、二次元アレイ構造の受信アレイ４６を構成してもよい。
このような構成では、各超音波トランスデューサー３６Ａをそれぞれ個別に駆動することができるので、各超音波トランスデューサー３６Ａを遅延制御する等により、任意の収束位置に向かう超音波を送信することができる。よって、第一音響レンズ３２や、第二音響レンズ４２を不要にできる。

上記第一実施形態では、送信部３から超音波を送信し、送受兼用トランスデューサー群３６Ｂ１（第二受信部）により検出された第二受信信号に基づいて、送信部３と反射位置Ａとの距離を算出し、その距離に基づいて、受信部４の回動角度θを算出し、受信部４の姿勢を変更した。
これに対して、送信部３から超音波を送信し、受信部４の回動角度θを、所定角度ずつ変化させて、受信部４から出力される第一受信信号が最大となる回動角度θを検出して受信部４の回動角度θを設定してもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。

１…超音波装置、２，２Ａ…超音波プローブ、３…送信部、４…受信部、５…受信姿勢変更部、６…回路基板、７…送信姿勢変更部、１０…制御部、１４…演算部、２０…ケーブル、２１…筐体、２２…センサー面、２３…センサー窓、２４…防水シート、２５…音響整合材料、３１…送信基板部、３２…第一音響レンズ、３３…送信素子基板、３３Ａ…送信面、３４…送信補強板、３５…音響整合層、３６…送信アレイ、３６Ａ…超音波トランスデューサー、３６Ｂ…超音波トランスデューサー群、３６Ｂ１…送受兼用トランスデューサー群、３６Ｂ２…送受兼用トランスデューサー群、３６Ｂ３…第１の超音波トランスデューサー群、３６Ｂ４…第２の超音波トランスデューサー群、３６Ｃ…受信用トランスデューサー、３６Ｄ…受信用トランスデューサー群、４１…受信基板部、４２…第二音響レンズ、４３…受信素子基板、４３Ａ…受信面、４４…受信補強板、４５…音響整合層、４６…受信アレイ、４６Ａ…超音波トランスデューサー、４６Ｂ…超音波トランスデューサー群、５１…回動軸、５２…ステッピングモーター、５３…駆動伝達部、６１…スイッチ回路、６２…送信回路、６３…第一受信回路、６４…第二受信回路、６５…モーター制御回路、７１…回動軸、７２…ステッピングモーター、７３…駆動伝達部、１４１…送受制御手段、１４２…姿勢制御手段、１４３…測定手段、３３１…基板本体部、３３１Ａ…開口部、３３２…振動膜、３３３…圧電素子、３３４…下部電極、３３５…圧電膜、３３６…上部電極、３４１…凹溝、４３１…基板本体部、４３１Ａ…開口部、４３２…振動膜、４３３…圧電素子、４３４…下部電極、４３５…圧電膜、４３６…上部電極、４４１…凹溝、５１１…第一歯車、５２１…モーター軸、５２２…第二歯車、７１１…第三歯車、７２１…モーター軸、７２２…第四歯車、Ａ…反射位置。

Claims (10)

1. 超音波を送信する送信部と、
   前記超音波を受信する第一受信部と、
   前記送信部及び前記第一受信部の少なくともいずれか一方の配置を変更する変更機構と、を備え、
   前記送信部の一部には、前記超音波を受信可能な第二受信部が含まれている
   ことを特徴とする超音波プローブ。
2. 請求項１に記載の超音波プローブにおいて、
   前記送信部は、前記超音波を送信する複数の超音波送信トランスデューサーがアレイ配置された送信アレイを含む
   ことを特徴とする超音波プローブ。
3. 請求項２に記載の超音波プローブにおいて、
   前記第二受信部は、前記送信アレイの中心に配置されている
   ことを特徴とする超音波プローブ。
4. 請求項２に記載の超音波プローブにおいて、
   前記第二受信部は、複数設けられ、
   複数の前記第二受信部は、前記送信アレイにおいて、所定の基準位置に対して対称となる位置に配置されている
   ことを特徴とする超音波プローブ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、
   前記第二受信部は、前記超音波の送信及び受信が可能な送受信兼用トランスデューサーである
   ことを特徴とする超音波プローブ。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、
   前記第二受信部は、前記超音波の受信を行う受信用トランスデューサーである
   ことを特徴とする超音波プローブ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、
   前記第一受信部は、前記超音波を受信する複数の超音波受信トランスデューサーがアレイ配置された受信アレイを含む
   ことを特徴とする超音波プローブ。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、
   前記送信部は、第一音響レンズを備え、
   前記第一受信部は、第二音響レンズを備え、
   前記第一音響レンズの曲率と、前記第二音響レンズの曲率が等しい
   ことを特徴とする超音波プローブ。
9. 超音波を送信する送信部と、前記超音波を受信する第一受信部と、前記送信部及び前記第一受信部の少なくともいずれか一方の配置を変更する変更機構と、を備え、前記送信部の一部に前記超音波を受信可能な第二受信部が含まれている超音波プローブと、
   前記超音波プローブを制御する制御部と、を備えた
   ことを特徴とする超音波装置。
10. 請求項９に記載の超音波装置において、
    前記制御部は、前記第二受信部からの受信信号に基づいて、前記第一受信部からの受信信号が所定値以上となるように前記変更機構を制御する
    ことを特徴とする超音波装置。

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