(57)【要約】【課題】感度改善のために、共振コイルを挿入することにより信号の損失を軽減する超音波プローブ及びこれを具備する超音波診断装置を提供すること。【解決手段】超音波診断装置の本体に電気的に接続される超音波プローブ、及びこれを具備する超音波新案装置であって、前記超音波診断装置の本体から供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子と、前記複数の超音波振動子と前記超音波診断装置の本体との間に前記超音波振動子毎に直列接続され、前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振することにより、信号の損失を軽減するための第１の共振コイルを有する第１の共振手段と、を具備するものである。【選択図】      図２
2010268852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断装置の本体に電気的に接続される超音波プローブであって、
前記超音波診断装置の本体から供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子と前記超音波診断装置の本体との間に前記超音波振動子毎に直列接続され、前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振することにより、信号の損失を軽減するための少なくとも一つの第１の共振コイルを有する共振手段と、
を具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記共振手段は、前記第１の共振コイルに対して並列接続され、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、超音波送信時において前記駆動信号が前記共振手段を迂回するように動作し、且つ超音波受信時において前記共振手段と前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部とが直列共振するように動作する第１の切替手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記第１の切替手段は、両極性に接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記共振手段は、当該共振手段のインダクタンスを制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第１の共振コイルに並列接続又は直列接続される少なくとも一つの第２の共振コイルと、
前記少なくとも一つの第２の共振コイルのそれぞれに対して設けられ、前記第２の共振コイルの電気的接続を選択的に切り替えるための第２の切替手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項４記載の超音波プローブ。
【請求項６】
供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子と、前記複数の超音波振動子と前記超音波診断装置の本体との間に前記超音波振動子毎に直列接続され、前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振することにより、信号の損失を軽減するための少なくとも一つの第１の共振コイルを有する第１の共振手段と、を有する超音波プローブと、
前記駆動信号を供給する信号供給手段と、
前記エコー信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅されたエコー信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
前記第１の共振手段は、前記第１の共振コイルに対して並列接続され、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、超音波送信時において前記駆動信号が前記共振手段を迂回するように動作し、且つ超音波受信時において前記共振手段と前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部とが直列共振するように動作する第１の切替手段をさらに有することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記第１の切替手段は、両極性に接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記第１の共振手段は、当該第１の共振手段のインダクタンスを制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記第１の共振コイルに並列接続又は直列接続される少なくとも一つの第２の共振コイルと、
前記少なくとも一つの第２の共振コイルのそれぞれに対して設けられ、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、前記第２の共振コイルの電気的接続を選択的に切り替えるための第２の切替手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記第１の共振手段と前記増幅手段との間に直列接続され、前記複数の超音波振動子と前記増幅手段との間の並列容量による信号損失を改善する少なくとも一つの第３の共振コイルを有する第２の共振手段をさらに具備する請求項６乃至１０のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記第２の共振手段は、送信波形の高電圧から前記増幅手段を保護する電圧制限回路に対して前記増幅手段側に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記第２の共振手段は、
前記少なくとも一つの第３の共振コイルのそれぞれに対して設けられ、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、前記第３の共振コイルの電気的接続を選択的に切り替えるための第３の切替手段と、
前記少なくとも一つの第３の共振コイルに対して並列接続され、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、超音波送信時において前記駆動信号が前記共振手段を迂回するように動作し、且つ超音波受信時において前記少なくとも一つの第３の共振手段と前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部とが直列共振するように動作する第４の切替手段をさらに有することを特徴とする請求項１０乃至１２のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、
前記駆動信号を供給する信号供給手段と、
前記エコー信号を増幅する増幅手段と、
前記超音波プローブと前記増幅手段との間に直列接続され、前記複数の超音波振動子と段と前記増幅手段との間の並列容量による信号損失を改善する少なくとも一つの共振コイルを有する共振手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
前記共振手段は、送信波形の高電圧から前記増幅手段を保護する電圧制限回路に対して前記増幅手段側に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記共振手段は、当該共振手段のインダクタンスを制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１４又は１５記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記共振手段は、前記少なくとも一つの共振コイルに対して並列接続され、制御信号に応答して、超音波送信時において前記駆動信号が前記共振手段を迂回するように動作し、且つ超音波受信時において前記共振手段と前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部とが直列共振するように動作する第１の切替手段をさらに有することを特徴とする請求項１４乃至１６のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
前記第１の切替手段は、両極性に接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項１７記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
前記第共振手段は、
前記少なくとも一つの共振コイルのそれぞれに対して設けられ、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、前記共振コイルの電気的接続を選択的に切り替えるための第２の切替手段と、
前記少なくとも一つの共振コイルに対して並列接続され、前記超音波診断装置の本体からの制御信号に応答して、超音波送信時において前記駆動信号が前記共振手段を迂回するように動作し、且つ超音波受信時において前記少なくとも一つの第３の共振手段と前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部とが直列共振するように動作する第３の切替手段をさらに有することを特徴とする請求項１４記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度改善のために、共振コイルを挿入することにより信号の損失を軽減する超音波プローブ及びこれを具備する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。この他、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便な診断手法であると言える。この超音波診断において用いられる超音波診断装置は、それが具備する機能の種類によって様々に異なるが、小型なものは片手で持ち運べる程度のものが開発されており、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。
【０００３】
この様な超音波診断に用いられる超音波診断装置において、超音波プローブの超音波振動子内部の虚数部による損失を軽減させるための技術が従来からいくつか提案されている。例えば、第１の手法として、超音波振動子にインピーダンス変換器を接続し、高入力インピーダンスで受信する場合に、超音波振動子とインピーダンス変換器の間に並列共振コイルを設けることにより振動子内部の虚数部による損失を軽減するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、第２の手法として、受信時において有効になる並列共振コイルを設けるものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５７５２４号公報
【特許文献２】特開平７−３２７９９２号公報
【特許文献３】特開２００６−５１２３９号公報
【特許文献４】特開２００４−５７５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の手法により超音波プローブの超音波振動子内部の虚数部による損失を軽減させようとすると、例えば次の様な問題がある。第１の手法では、超音波振動子に近接して電力を消費する回路を設ける。このため、超音波プローブの発熱の制約で送信パワーが制限される場合がある。また、超音波プローブ先端部分のサイズがコイルだけの場合より大きくなる。このとき、インピーダンス変換器をケーブルより本体側に移動すると、並列共振コイルの損失低減効果が劣化することになる。また、第２の手法では、複数の共振コイルを持ち、切り替える手段が提供されていないので、超音波の送受信周波数により使用できない場合がある。 また、主にケーブル、回路の並列容量と並列共振コイルによる並列共振で虚数部のインピーダンスを高めることで損失を軽減する狙いで、振動子内部の虚数部による信号源インピーダンスが高くなることに依存する損失は改善できない。 
すなわち、従来の技術では、信号源の超音波振動子、プリアンプまでの受信信号の伝送系の損失を十分に軽減できず、プリアンプ入力端でプリアンプのＮＦ（ノイズフィギャー）を劣化させていた。また、超音波診断装置に要求される周波数帯域で十分な、損失軽減効果が得られなかった。
【０００６】
また、第１、第２の手法に代表される従来技術を感度改善するための技術も開示されている。
【０００７】
図２０は、感度改善の第１の例である。超音波プローブと超音波診断装置内部のプリアンプとの間に直列又は並列に共振コイルを設けている。同図に示すように、超音波振動子からプリアンプまでの伝送系の損失の主要因であるケーブルやパターンの容量と共振コイルとで共振回路を構成することにより、インピーダンスをコントロールして、伝送系の損失を改善する。この例は、感度改善を比較的容易に実現でき、操作者が持つ超音波プローブヘッド部分に新規構成部品を追加する必要が無いので操作性を阻害する要素はない。しかしながら、感度改善効果に限界がある。
【０００８】
図２１は、感度改善の第２の例である（特許文献３参照）。第１例と同じく、超音波プローブと超音波診断装置内部のプリアンプとの間に共振コイルを設けている。この例では、超音波振動子からプリアンプまでの伝送系の損失の主要因であるケーブルやパターンの容量と共振コイルとで共振回路を構成することにより、インピーダンスをコントロールして、伝送系の損失を改善する。上記第１例と比較した場合、共振コイルの値を可変にすることで、感度改善の効果を広帯域の周波数範囲で有効にできる。  
図２２は、感度改善の第３例を示している（特許文献４参照）。この例では、超音波振動子から見た負荷と超音波振動子の信号減インピーダンスによる分圧の損失を軽減するために、超音波振動子出力にバッファアンプ等の入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスの低いインピーダンス変換器を設けている。また、バッファアンプの前段に並列共振コイルを設けることにより、超音波振動子の虚数部を共振により低減して、損失低減が可能となる。さらに、操作者が手に持つ、プローブ先端部分にアクティブ回路を設ける、振動子から見た負荷インピーダンスが高くなる、という点で以下の問題点が考えられる。第１に、回路の発熱が振動子に伝播されるだけ、振動子表面の発熱が増加し、結果的に送信パワーを下げなければならない。これは送信の感度低下につながる。第２に、回路の発熱により操作者が持つグリップ部分の温度が上がる。例え温度の制約、安全性を守ったとしても、不快感が残る。第３に、プローブ先端にアクティブ素子を追加する分だけ、先端の体積が増加し、持ち易さを阻害し、重量増加により疲れやすくなり、操作性が低下する。第４に、振動子から見た負荷のインピーダンスが高くなると、振動子面で音響エネルギーの吸収量が下がるために、電気的に取り出す振動子の音響エネルギー量が減少する方向になる。これは、相対的に振動子表面で受信エコーを反射しやすくなる。 これは、例えば、体表から超音波を送受信したときに、振動子表面と体表の筋肉、脂肪、表皮の層構造により多重反射が発生しやすくなる。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、従来に比して信号の損失を軽減することができる超音波プローブ及びこれを具備する超音波診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、超音波診断装置の本体に電気的に接続される超音波プローブであって、前記超音波診断装置の本体から供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子と、前記複数の超音波振動子と前記超音波診断装置の本体との間に前記超音波振動子毎に直列接続され、前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振することにより、信号の損失を軽減するための少なくとも一つの第１の共振コイルを有する共振手段と、を具備することを特徴とする超音波プローブである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子と、前記複数の超音波振動子と前記超音波診断装置の本体との間に前記超音波振動子毎に直列接続され、前記超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振することにより、信号の損失を軽減するための少なくとも一つの第１の共振コイルを有する第１の共振手段と、を有する超音波プローブと、前記駆動信号を供給する信号供給手段と、前記エコー信号を増幅する増幅手段と、前記増幅されたエコー信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１３】
請求項１４に記載の発明は、供給される駆動信号に従って超音波を送信し、受信する超音波に応答してエコー信号を発生する複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、前記駆動信号を供給する信号供給手段と、前記エコー信号を増幅する増幅手段と、前記超音波プローブと前記増幅手段との間に直列接続され、前記複数の超音波振動子と段と前記増幅手段との間の並列容量による信号損失を改善する少なくとも一つの共振コイルを有する共振手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【発明の効果】
【００１４】
以上本発明によれば、従来に比して信号の損失を軽減することができる超音波プローブ及びこれを具備する超音波診断装置を実現することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。
【図２】図２は、各超音波振動子毎に設けられる共振ユニット１２０を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態の変形例１を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態の変形例２を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態の変形例３を説明するための図である。
【図６】図６は、本実施形態の変形例４を説明するための図である。
【図７】図７は、本実施形態の変形例５を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態の変形例６を説明するための図である。
【図９】図９は、本実施形態の変形例７を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の変形例８を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の変形例９を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の変形例９を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本実施形態の変形例１０を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本実施形態の変形例１０を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本実施形態の変形例１１を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本実施形態の変形例１１を説明するための図である。
【図１７】図１７は、本実施形態の変形例１２を説明するための図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係る超音波診断装置の効果を説明するための図である。
【図１９】図１９は、本実施形態に係る超音波診断装置の効果を説明するための図である。
【図２０】図２０は、従来技術を説明するための図である。
【図２１】図２１は、従来技術を説明するための図である。
【図２２】図２２は、従来技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態乃至第３実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置１１は、超音波プローブ１２、入力装置１３、モニター１４、超音波送信ユニット２１、超音波受信ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、画像生成ユニット２５、ボリュームデータ生成ユニット２６、画像合成ユニット２７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８、揺動走査条件決定ユニット２９、内部記憶部２９、インターフェース部３０を具備している。また、超音波診断装置１には、被検体の心電波形（ＥＣＧ波形）を取得するＥＣＧ波形取得ユニット４０が接続されている。以下、超音波診断装置１の個々の構成要素の機能について説明する。
【００１９】
超音波プローブ１２は、超音波送受信ユニット２１からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１２から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ１２に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。
【００２０】
また、本超音波装置が具備する超音波プローブ１２には、共振により受信信号の損失を軽減させるための第１の共振ユニット１２０を必要に応じて設けられる。当該第１の共振ユニット１２０の構成については、後で詳しく説明する。
【００２１】
入力装置１３は、装置本体１１に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が入力装置１３の終了ボタンやＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。
【００２２】
モニター１４は、画像生成ユニット２５からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報（通常のＢモード画像）、血流情報（平均速度画像、分散画像、パワー画像等）等を所定の形態で表示する。
【００２３】
超音波送信ユニット２１は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数ｆｒ  Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ１２に駆動パルスを印加する。
【００２４】
超音波受信ユニット２２は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ１２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
【００２５】
また、超音波受信ユニット２２には、共振により受信信号の損失を軽減させるための第２の共振ユニット１３０を必要に応じて設けられる。当該第２の共振ユニット１３０の構成については、後で詳しく説明する。
【００２６】
Ｂモード処理ユニット２３は、送受信ユニット２１からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、画像生成ユニット２５に送信され、反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像としてモニター１４に表示される。
【００２７】
ドプラ処理ユニット２４は、送受信ユニット２１から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。
【００２８】
画像生成ユニット２５は、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、ボリュームデータ生成ユニット２６から受け取ったデータを用いて、超音波画像を生成する。
【００２９】
画像メモリ（シネメモリ）２６は、例えばフリーズする直前の複数フレームに対応する超音波画像を保存するメモリである。この画像メモリ２６に記憶されている画像を連続表示（シネ表示）することで、超音波動画像を表示することも可能である。
【００３０】
画像合成ユニット２７は、画像生成ユニット２５から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニター１４に出力する。
【００３１】
制御プロセッサ２８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を制御する。また、制御プロセッサ２８は、所定のスキャンシーケンスを実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。さらに、制御プロセッサ２８は、後述する第１の共振ユニット１２０、第２の共振ユニット１３０が有するスイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を必要に応じて実行する。
【００３２】
内部記憶部２９は、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラム、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件、ボディマーク生成プログラムその他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、画像生成ユニット２５、画像合成ユニット２７中の画像の保管などにも使用される。内部記憶部２９のデータは、インターフェース部３０を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。
【００３３】
インターフェース部３０は、入力装置１３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインターフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インターフェース部３０よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００３４】
（共振ユニット）
次に、本超音波診断装置１が有する共振ユニットの構成について、詳しく説明する。
【００３５】
図２は、本超音波プローブ１２の各超音波振動子毎に設けられる第１の共振ユニット１２０を説明するための図である。なお、同図においては、超音波プローブ１２の各超音波振動子１２１を等価回路１２１により、超音波受信ユニット２２のプリアンプを等価回路２２１により、それぞれ模式的に示してある。
【００３６】
図２において、共振ユニット１２０は、対応する超音波振動子（すなわち、等価回路１２１）に直列接続された共振コイル１２０ａを有している。この共振コイル１２０ａは、超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振する（超音波振動子内部の合成インピーダンスの複素成分が０（ゼロ）になる）ものである。すなわち、共振コイル１２０ａは、超音波振動子の内部抵抗Ｒｓ、内部容量Ｃｓ、供給される電流の周波数ωから、超音波振動子内部の合成インピーダンスの複素成分が０になるようなインダクタンスＬｓｈを有するものである。
【００３７】
この様な構成によれば、超音波プローブ１２のヘッド部分にアクティブ素子がないので、無駄な発熱による送信パワーの制約が発生しない。また、共振コイル１２０ａと、超音波振動子の内部容量Ｃｓとが直列共振することで低インピーダンスになり、超音波振動子の内部抵抗Ｒｓを信号源として、少ない損失で反射波を受信し或いは超音波を送信することができる。
【００３８】
（変形例１）
図３は、本実施形態の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る超音波プローブ１２の共振ユニット１２０は、共振コイル１２０ａと並列接続されたスイッチＳａをさらに具備している。スイッチＳａは、反射波の受信時にＯＦＦ状態となって、共振コイル１２０ａを動作（直列共振）させると共に、超音波送信時にＯＮ状態となって送信高圧信号をバイパスさせ、送信パルスに対して共振コイル１２０ａが共振しないように、制御ユニット２８からの制御信号によってされる。この様なスイッチ制御により、受信時のみ共振コイルによる直列共振を発生させることができる。
【００３９】
（変形例２）
図４は、本実施形態の他の変形例を説明するための図であり、スイッチＳ１の他の例を示している。同図に示すように、送信高圧信号を共振コイル１２０ａに対してバイパスさせるスイッチＳａを、両極性に接続したダイオードで構成したものである。この様なスイッチＳａによれば、大振幅となる送信高圧信号に対して、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮする。このため、共振コイル１２０ａの両端はショートされ、共振コイル１２０ａは動作しない。
【００４０】
また、受信時においては、供給される信号がダイオードＤ１、Ｄ２のＶｆより小さい振幅であれば、ダイオードはＯＦＦ状態となるため、共振コイル１２０ａは動作することになる。このとき、 コイルは受信信号に対してだけ、動作すればよいので、小型コイルを使用することで、超音波プローブ１２を小型化することができる。
【００４１】
（変形例３）
図５は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、共振ユニット１２０は、超音波振動子１２１に対して直列に接続された共振コイル１２０ａと、共振コイル１２０ａに対して並列接続された共振コイル１２０ｂ及び共振コイル１２０ｃと、共振コイル１２０ｂに直列接続されたスイッチＳｂと、共振コイル１２０ｃに直列接続されたスイッチＳｃとを有している。
【００４２】
制御ユニット２８は、スイッチＳｂ、スイッチＳｃを必要に応じて制御する。このスイッチＳｂ、スイッチＳｃの開閉の組み合わせにより、共振コイル１２０ａの単独、共振コイル１２０ａと共振コイル１２０ｂとの並列接続、共振コイル１２０ａに対して並列接続された共振コイル１２０ｃとの並列接続、共振コイル１２０ａと共振コイル１２０ｂと共振コイル１２０ｃとの並列接続による合計４種類の可変インダクタンスを実現することができる。
【００４３】
（変形例４）
図６は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、共振ユニット１２０は、変形例１−３に示した構成に加えて、共振コイル１２０ａ（及び共振コイル１２０ｂ、共振コイル１２０ｃ）に対して並列接続され、両極性に接続したダイオードで形成されたスイッチＳｄをさらに具備するものである。この様なスイッチＳｄによれば、大振幅となる送信高圧信号に対して、ダイオードＤ１、Ｄ２がＯＮする。このため、スイッチＳｂ、ＳｃをＯＮ状態にすれば、共振コイル１２０ａの両端はショートされ、共振コイル１２０ａは動作しない。
【００４４】
また、受信時においては、供給される信号がダイオードＤ１、Ｄ２のＶｆより小さい振幅であれば、ダイオードはＯＦＦ状態となる。このため、共振コイル１２０ａ、或いはスイッチＳｂ、Ｓｃを適切に制御することで、共振コイル１２０ｂ、共振コイル１２０ｃはそれぞれ動作することになる。
【００４５】
（変形例５）
次に、本実施形態の変形例５について説明する。本変形例に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１２から超音波診断装置本体の受信ユニット２２内部にもつプリアンプ入力までの間の信号損失を改善するための共振コイル１３０（以下、第２の共振ユニット１３０と呼ぶ）を具備するものである。なお、当該第２の共振ユニット１３０は、単独で、或いは、第１の実施形態に示した、超音波振動子内部のインピーダンスの虚数部と直列共振する共振ユニット（以下、「第１の共振ユニット」と呼ぶ）と共に使用することができる。
【００４６】
図７は、本超音波診断装置１のチャンネル毎に設けられる第２の共振ユニット１３０を説明するための図である。同図に示すように、本超音波診断装置１は、プリアンプ２２１の超音波プローブ１２接続側において、第２の共振ユニット１３０を具備している。この第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１に対して並列接続された第１の共振コイル１３０ａ、第２の共振コイル１３０ｂ、第３の共振コイル１３０ｃと、第２の共振コイル１３０ｂに直列接続されたスイッチＳｂ、第３の共振コイル１３０ｃに直列接続されたスイッチＳｃを有している。
【００４７】
第１、第２、第３の共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、超音波診断装置本体の内部にもつプリアンプ２２１入力までの間の並列容量による信号損失を、プリアンプ２２１内の部のインピーダンスの虚数部と直列共振する（プリアンプ２２１内部の合成インピーダンスの複素成分が０（ゼロ）になる）ものである。
【００４８】
また、制御ユニット２８は、スイッチＳｂ、スイッチＳｃを必要に応じて制御する。このスイッチＳｂ、スイッチＳｃの開閉の組み合わせにより、第１の共振コイル１３０ａ１の単独、第１の共振コイル１３０ｂと第２の共振コイル１３０ｂとの並列接続、第１の共振コイル１３０ａに対して並列接続された第３の共振コイル１３０ｃ３との並列接続、第１の共振コイル１３０ａと第２の共振コイル１３０ｂと第３の共振コイル１３０ｃとの並列接続による合計４種類の可変インダクタンスを実現することができる。
【００４９】
（変形例６）
次に、本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、プリアンプ２２１の入力インピーダンスが非常に小さい場合への適用例である。
【００５０】
一般に、プリアンプ２２１の入力インピーダンスが非常に小さい電流急力アンプの場合、並列容量の影響は小さくなる。しかし、伝送系の損失は完全に無視できないため、共振により損失低減は有効である。今の場合、並列共振は、両端をプリアンプの入力インピーダンスで短絡されるので効果が無い。そこで、本変形例では、第２の共振ユニット１３０を、低入力インピーダンスのプリアンプ２２１のエコー信号入力側（すなわち、超音波プローブ１２との接続側）に接続することにより、超音波振動子１２１からプリアンプ入力までの並列容量による信号の減衰を改善するものである。
【００５１】
図８は、本実施形態の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る第２の共振ユニット１３０は、チャンネル毎にプリアンプ２２１に直列接続された共振コイル１３０ａを有している。共振コイル１３０ａは、超音波振動子１２１からプリアンプ入力までの並列容量、内部抵抗から、超音波振動子１２１からプリアンプ入力までのインピーダンスの複素成分が０になるようなインダクタンスＬｓｐを有する。この様な共振コイル１３０ａにより直列共振を発生させ、超音波振動子１２１からプリアンプ入力までの並列容量による信号の減衰を改善する。
【００５２】
（変形例７）
図９は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る超音波プローブ１２の第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１のエコー信号入力側に接続された共振コイル１３０ａを、送信波形の高電圧からプリアンプを保護する電圧制限回路２２０よりもプリアンプ２２１側に配置している。この様に、電圧制限回路２２０とプリアンプ２２１との間に共振コイル１３０ａを接続することで、所定の値以上の高圧信号に対して共振コイル１３０ａが共振しないように制御することができる。
【００５３】
（変形例８）
図１０は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１の入力側に接続された共振コイルの値を可変する手段を有している。すなわち、第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１の入力側に直列接続された共振コイル１３０ａ、共振コイル１３０ｂ、共振コイル１３０ｃと、共振コイル１３０ａに並列接続されたスイッチＳｓａと、共振コイル１３０ｂに並列接続されたスイッチＳｓｂと、共振コイル１ｄ０ｃに並列接続されたスイッチＳｓｃとを有している。
【００５４】
制御ユニット２８は、スイッチＳｓａ、スイッチＳｓｂ、スイッチＳｓｃを必要に応じて制御する。これらのスイッチの開閉の組み合わせにより、共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃのそれぞれの単独、共振コイル１２０ａと共振コイル１３０ｂとの直列接続、共振コイル１３０ａと共振コイル１３０ｃとの直列接続、共振コイル１３０ｂと共振コイル１３０ｃとの直列接続、共振コイル１３０ａ、共振コイル１３０ｂ、共振コイル１３０ｃ全ての直列接続による合計７種類の可変インダクタンスを実現することができる。
【００５５】
（変形例９）
図１１は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る超音波プローブ１２の第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１のエコー信号入力側に接続された共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを、送信波形の高電圧からプリアンプを保護する電圧制限回路２２０よりもプリアンプ２２１側に配置している。この様に、電圧制限回路２２０とプリアンプ２２１との間に共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを接続することで、所定の値以上の高圧信号に対して各コイルが共振しないように制御することができる。
【００５６】
また、図１２に示すように、スイッチＳｓａ、スイッチＳｓｂ、スイッチＳｓｃをスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３によって構成するようにしてもよい。プリアンプ２２１の入力側に直列接続されたコンデンサＣｃｃは、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のバイアスによるＤＣ電圧がプリアンプ２２１の入力に印加されるのを阻止するＡＣ結合コンデンサである。このコンデンサは、プリアンプ２２１に直接ＤＣ電圧を印加することができる場合には、削除できる。また、結合コンデンサＣｃｃと第２の共振ユニット１３０との間には、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のバイアス用抵抗Ｒｂｉａｓ、バイアス用コイルＬｂｉａｓが並列接続されている。バイアス用コイルＬｂｉａｓは、信号ライン（Ｃｃｃ端）にＤＣバイアス電圧が高くならない様にＤＣ付近で低インピーダンスに保つためのものである。バイアス用抵抗Ｒｂｉａｓは、バイアス用コイルＬｂｉａｓによる共振のダンピング効果を持たせ、不要な共振を避けるためのものである。
【００５７】
なお、図１２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３はあくまでも一例であり、ＦＥＴスイッチ、メカニカルリレースイッチ等、各共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの両端を短絡できる機能をもつものであれば使用することができる。
【００５８】
（変形例１０）
本変形例は、超音波プローブ１２側において設けられる第１の共振ユニット１２０と、超音波診断装置本体１１側において設けられる第２の共振ユニット１３０とを組み合わせるものである。
【００５９】
図１３は、本実施形態の他の変形例を説明するための図である。同図に示すように、超音波プローブ１２側においては、超音波振動子１２１に対して第１の共振ユニット１２０（例えば、共振コイル１２０ａを有するもの）を直列接続し、装置本体１１側においては、プリアンプ２２１の入力側に第２の共振ユニット１３０（例えば、直列接続された第１の共振コイル１３０ａ、第２の共振コイル１３０ｂ、第３の共振コイル１３０ｃと、各コイルに並列接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を持つもの）を直列接続する。これにより、超音波振動子１２１の内部容量Ｃｓによる損失と、ケーブルや回路の浮遊容量（パターン容量、回路部品の容量）による損失を改善することができる。
【００６０】
また、図１４に示すように、超音波プローブ１２側においては、超音波振動子１２１に対して第１の共振ユニット１２０（例えば、共振コイル１２０ａを有するもの）を直列接続し、装置本体１１側においては、プリアンプ２２１の入力側に第２の共振ユニット１３０（例えば、並列接続された第１の共振コイル１３０ａ、第２の共振コイル１３０ｂ、第３の共振コイル１３０ｃと、各コイルに直列接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を持つもの）を接続する。これにより、超音波振動子１２１の内部容量Ｃｓによる損失と、ケーブルや回路の浮遊容量による損失を改善することができる。
【００６１】
（変形例１１）
図１５は、本実施形態の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る超音波プローブ１２の第２の共振ユニット１３０は、プリアンプ２２１の入力側に直列接続された共振コイル１３０ａを送信波形が通過する経路に設け、当該共振コイル１３０ａの両端を短絡するスイッチＳａを持つことにより、送信波形をバイパスさせる。このスイッチのＯＮ／ＯＦＦは、制御ユニット２８からの制御信号に従って制御される。
【００６２】
送信波形が通過する場合、コイルのサイズを大きくする必要がある。一方で、送信電圧は生体に安全な超音波パワーの上限で制約を受け、直列共振の効果は小さい。そこで、本変形例では、共振コイル１３０ａと当該両端を短絡するスイッチＳａとを設け、送信時にスイッチＳａをＯＮさせ受信時にＯＦＦさせることにより、受信だけに有効な直列共振を実現する。
【００６３】
なお、スイッチＳａは、例えば図１６に示すように両極性に接続したダイオードを用いるようにしてもよい。
【００６４】
（変形例１２）
図１７は、本実施形態の変形例を説明するための図である。同図に示すように、本変形例に係る第２の共振ユニット１３０は、直列接続される第１の共振コイル１３０ａ、第２の共振コイル１３０ｂ、第３の共振コイル１３０ｃと、各共振コイルに並列接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１、第２、第３の共振コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの両端を短絡するスイッチ素子Ｓ０と、高圧送信パルスからスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のトランジスタを保護するために各スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に対応して設けられたダイオードＤｂ１、Ｄｂ２、Ｄｂ３と、を有している。
【００６５】
この様な構成において、送信ユニット２１から高圧の送信パルスが印加されると、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のベース、エミッタ間に高圧が印加され、ダイオードＤｂ１、Ｄｂ２、Ｄｂ３はＯＮ状態となる。これにより、送信時に発生する高電圧は抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３に印加され、トランジスタは保護される。また、逆極性の波形に対しては、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のベース、エミッタ間のダイオード特性で電圧が制限され、同様に送信時の高電圧は抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３に印加されることになる。従って、高圧の送信パルスによるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の破壊を防ぐことができる。
【００６６】
（効果）
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６７】
本超音波診断装置によれば、超音波受信時においてのみ共振する共振コイルを超音波振動子端に設けているので、超音波振動子内部の虚数部による信号の損失を含む、伝送系の損失を共振の組合せにより軽減することができる。さらに、この共振コイルを、超音波振動子とプリアンプとの間に設けることで、主にケーブルや回路の並列容量による損失も軽減することができる。
【００６８】
また、受信系の損失を軽減することで、同じ受信感度を得るために、プリアンプのＮＦ（ノイズフィギュア）を大きく改善する必要が無く、プリアンプの性能を無理に高める必要が無くなる。さらに、受信系にのみ適用し送信エネルギーを考慮しないため、小型のコイルを使用でき、装置を大型化することなく信号損失を実現することができる。
【００６９】
図１８は、本超音波診断装置の効果を確認するための、共振ユニット１２０を具備するシミュレーション回路の一例である。また、図１９は、図１８に示した回路を用いたシミュレーション結果を示すグラフである。図１９の縦軸は、図１８の回路における入力換算のノイズを示している。従って、ノイズレベルが小さいほど受信感度がよいことになる。第１の共振ユニット１２０（すなわち、共振コイルＬ１）が存在しない（Ｌ１＝０ｕＨ）の場合に対して、Ｌ１とＣｘ１の直列共振により、共振点付近でＣｘ１、Ｌ１のインピーダンスが下がり、信号源のインピーダンスはＲｘ１に近づく。この様に、超音波振動子端に共振コイルを挿入すると、特定の周波数で入力換算のノイズレベルを小さくすることができるため、不要な直列のインピーダンスが減少し、損失を軽減させることができる。一方、Ｌ２の位置に共振コイルを置くと、ケーブル等の並列容量と共振してしまうので、Ｃｘ１の損失軽減は困難になる。
【００７０】
また、共振コイルＬ１の共振で、ケーブルの並列容量、回路の並列容量Ｃｔｒａｃｅによる損失を軽減することは難しいので、共振コイルＬ１、Ｌ２の複数の共振を組合わせることにより伝送系の損失を軽減することが可能になる。この際、受信系の入力インピーダンスにより、プリアンプ２２１入力の共振コイルを直列、或いは並列共振させることで、適切な損失軽減が可能になる。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上本発明によれば、感度改善のために、共振コイルを挿入することにより信号の損失を軽減する超音波プローブ及びこれを具備する超音波診断装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…超音波診断装置、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…モニター、２１…超音波送信ユニット、２２…超音波受信ユニット、２３…Ｂモード処理ユニット、２４…ドプラ処理ユニット、２５…画像生成ユニット、２６…画像メモリ、２７…画像合成ユニット、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２９…内部記憶装置、３０…インターフェース部
【図１】
2010268852.tif 000003
【図２】
2010268852.tif 000004
【図３】
2010268852.tif 000005
【図４】
2010268852.tif 000006
【図５】
2010268852.tif 000007
【図６】
2010268852.tif 000008
【図７】
2010268852.tif 000009
【図８】
2010268852.tif 000010
【図９】
2010268852.tif 000011
【図１０】
2010268852.tif 000012
【図１１】
2010268852.tif 000013
【図１２】
2010268852.tif 000014
【図１３】
2010268852.tif 000015
【図１４】
2010268852.tif 000016
【図１５】
2010268852.tif 000017
【図１６】
2010268852.tif 000018
【図１７】
2010268852.tif 000019
【図１８】
2010268852.tif 000020
【図１９】
2010268852.tif 000021
【図２０】
2010268852.tif 000022
【図２１】
2010268852.tif 000023
【図２２】
2010268852.tif 000024