(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体から接続ケーブルを介して供給されたアナログの駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブのアレイトランスデューサから出力され且つ前記接続ケーブルを介して入力した受信信号に基づいて前記装置本体が超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブは、
それぞれ前記アレイトランスデューサの各トランスデューサから出力された受信信号を増幅するプリアンプと前記プリアンプで増幅された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを含む複数の受信回路と、
前記接続ケーブルと前記複数の受信回路とを互いに接続／遮断するためのスイッチ手段と、
前記複数の受信回路でデジタル信号に変換された前記受信信号を一時的に格納する複数のメモリと
を内蔵し、
前記装置本体から前記超音波プローブへ供給される前記駆動信号と前記超音波プローブの前記複数の受信回路でデジタル信号に変換された後に前記装置本体へ出力される前記受信信号とが互いに時分割されて前記接続ケーブルを伝送し、
前記スイッチ手段により前記複数の受信回路が前記接続ケーブルに接続されると前記複数のメモリに一時的に格納されていた前記受信信号が前記接続ケーブルを介して前記装置本体へ伝送されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記接続ケーブルは、前記超音波プローブの前記トランスデューサの個数より少ない本数の信号線からなる請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
装置本体から接続ケーブルを介して供給されたアナログの駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブのアレイトランスデューサから出力され且つ前記接続ケーブルを介して入力した受信信号に基づいて前記装置本体が超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記接続ケーブルは、前記アレイトランスデューサのトランスデューサの個数より少ない本数の信号線からなり、
前記超音波プローブは、
それぞれ前記アレイトランスデューサの各トランスデューサから出力された受信信号を増幅するプリアンプと前記プリアンプで増幅された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを含む複数の受信回路と、
前記接続ケーブルの複数の信号線と前記アレイトランスデューサとを接続する高電圧マルチプレクサと、
前記アレイトランスデューサと前記複数の受信回路とを接続する低電圧マルチプレクサとを有し、
前記装置本体から前記超音波プローブへ供給される前記駆動信号と前記超音波プローブの前記複数の受信回路でデジタル信号に変換された後に前記装置本体へ出力される前記受信信号とが互いに時分割されて前記接続ケーブルを伝送することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記接続ケーブルの各信号線を介して１回の送信期間中に供給される複数の前記駆動信号によりそれぞれ対応する前記トランスデューサが駆動される請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記アレイトランスデューサからの超音波ビームの送信方向を傾斜させることにより前記アレイトランスデューサへの前記駆動信号の供給タイミングを互いにずらす請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記装置本体は、前記アレイトランスデューサで受信され且つ前記接続ケーブルを介して前記超音波プローブから伝送された１フレーム以上の期間の受信ＲＦ信号あるいは受信ＲＦ信号と等価な信号を記憶し、隣接する複数方向の受信信号により実走査線とは異なる仮想走査線上の信号を合成することにより、仮想走査線に基づく超音波画像を生成する請求項５に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置に係り、特に、装置本体と超音波プローブとを接続ケーブルで接続し、超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを超音波プローブで受信し、その受信信号を装置本体へ伝送して超音波画像の生成を行う超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、アレイトランスデューサを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続ケーブルを介して接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
ここで、超音波プローブと装置本体とを接続する接続ケーブルには、超音波プローブで得られた受信信号が超音波プローブから装置本体へ伝送される他、各超音波トランスデューサを駆動するための駆動信号が装置本体から超音波プローブへ伝送される。このため、超音波プローブに配設された超音波トランスデューサのそれぞれに対応して、駆動信号を伝送するための送信用信号線と受信信号を伝送するための受信用信号線とが必要となり、超音波トランスデューサの個数が増えるほど、接続ケーブルの信号線の本数も増加することとなる。
このようにして信号線の本数が増加すると、接続ケーブルが太く且つ重くなり、超音波プローブの操作性が低下するという問題が発生する。
【０００４】
このような問題に対処するために、接続ケーブルの各信号線を細径化しようとすると、外来ノイズの混入や信号線の線抵抗による減衰が発生し、受信信号の検出精度が著しく低下するという問題を来してしまう。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１には、超音波プローブ内の各超音波トランスデューサ毎に遅延回路を接続して各信号を時分割して伝送することにより、超音波トランスデューサの個数に関わらずに少ない本数の信号線で各超音波トランスデューサのための駆動信号と受信信号の伝送を行う技術が提案されている。
また、特許文献２では、駆動信号の送信と受信信号の受信を能動的にスイッチで切り替えることにより接続ケーブルの信号線の本数を低減すると共に、超音波プローブ内にプリアンプを内蔵して受信信号を増幅することで受信信号の検出精度を向上させようとする装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７９１３０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０９７００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に記載の超音波診断装置では、超音波トランスデューサを駆動するための高電圧の駆動信号と微小な受信信号の双方に所定の遅延を与えようとしているが、一般にアナログの遅延線は時間精度が低く、特に、最大で１００Ｖ以上にもなる駆動信号を高精度に遅延させることは困難である。
また、例えば１００Ｖ以上もの耐電圧を有しながら、１μ秒程度の高速動作を行うことができる実用的な電子スイッチが未だ開発されていないため、特許文献２に開示された装置を実現することは困難である。
【０００８】
この発明は、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、超音波プローブと装置本体とを接続する接続ケーブルの細径化および軽量化を図りながらも受信信号を高精度に検出することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る超音波診断装置は、装置本体から接続ケーブルを介して供給されたアナログの駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブのアレイトランスデューサから出力され且つ接続ケーブルを介して入力した受信信号に基づいて装置本体が超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブは、それぞれアレイトランスデューサの各トランスデューサから出力された受信信号を増幅するプリアンプとプリアンプで増幅された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを含む複数の受信回路と、接続ケーブルと複数の受信回路とを互いに接続／遮断するためのスイッチ手段と、複数の受信回路でデジタル信号に変換された受信信号を一時的に格納する複数のメモリとを内蔵し、装置本体から超音波プローブへ供給される駆動信号と超音波プローブの複数の受信回路でデジタル信号に変換された後に装置本体へ出力される受信信号とが互いに時分割されて接続ケーブルを伝送し、スイッチ手段により複数の受信回路が接続ケーブルに接続されると複数のメモリに一時的に格納されていた受信信号が接続ケーブルを介して装置本体へ伝送されるものである。
【００１１】
また、接続ケーブルは、超音波プローブのトランスデューサの個数より少ない本数の信号線から構成することが好ましい。
第２の発明に係る超音波診断装置は、装置本体から接続ケーブルを介して供給されたアナログの駆動信号に基づいて超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブのアレイトランスデューサから出力され且つ接続ケーブルを介して入力した受信信号に基づいて装置本体が超音波画像を生成する超音波診断装置であって、接続ケーブルは、アレイトランスデューサのトランスデューサの個数より少ない本数の信号線からなり、超音波プローブは、それぞれアレイトランスデューサの各トランスデューサから出力された受信信号を増幅するプリアンプとプリアンプで増幅された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを含む複数の受信回路と、接続ケーブルの複数の信号線とアレイトランスデューサとを接続する高電圧マルチプレクサと、アレイトランスデューサと複数の受信回路とを接続する低電圧マルチプレクサとを有し、装置本体から超音波プローブへ供給される駆動信号と超音波プローブの複数の受信回路でデジタル信号に変換された後に装置本体へ出力される受信信号とが互いに時分割されて接続ケーブルを伝送するものである。
接続ケーブルの各信号線を介して１回の送信期間中に供給される複数の駆動信号により、それぞれ対応するトランスデューサを駆動するようにしてもよい。
アレイトランスデューサからの超音波ビームの送信方向を傾斜させることによりアレイトランスデューサへの駆動信号の供給タイミングを互いにずらすこともできる。この場合、装置本体は、アレイトランスデューサで受信され且つ接続ケーブルを介して超音波プローブから伝送された１フレーム以上の期間の受信ＲＦ信号あるいは受信ＲＦ信号と等価な信号を記憶し、隣接する複数方向の受信信号により実走査線とは異なる仮想走査線上の信号を合成することにより、仮想走査線に基づく超音波画像を生成することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、超音波プローブと装置本体との接続に用いられる接続ケーブルを構成する信号線の本数を削減することにより接続ケーブルの細径化および軽量化を図りながらも受信信号を高精度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態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。
【図２】実施の形態１の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態１における装置本体の内部構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態２で用いられた超音波プローブの内部構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２の超音波プローブに用いられた高電圧マルチプレクサを模式的に示す図である。
【図６】実施の形態２の超音波プローブに用いられた低電圧マルチプレクサを模式的に示す図である。
【図７】超音波プローブの開口を模式的に示す図である。
【図８】超音波プローブの送信開口中心部と送信開口端部との間の遅延時間を示すグラフである。
【図９】実施の形態３における超音波トランスデューサの駆動方法を示す図である。
【図１０】実施の形態３における超音波プローブを模式的に示す図である。
【図１１】実施の形態３における送信ビーム偏向方向を模式的に示す図である。
【図１２】実施の形態３における画像化方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１に接続ケーブル２を介して電気的に接続された装置本体３とを備えている。
【００１５】
超音波プローブ１は、アレイ状に配列された第１チャネル〜第ＮチャネルのＮ個の超音波トランスデューサ４を有しており、この超音波トランスデューサ４にマルチプレクサ５を介してＭ個の送受信回路６が接続され、これらＭ個の送受信回路６に信号分配器７が接続されている。さらに、信号分配器７には、マルチプレクサ５と各送受信回路６の動作を制御するための制御部８が接続されると共に、マルチプレクサ５と各送受信回路６と制御部８にそれぞれ電源を供給する電源部９が接続されている。
【００１６】
各送受信回路６は、超音波エコーの受信により超音波トランスデューサ４から出力された受信信号を増幅するプリアンプＡＭＰおよび可変利得アンプＶＧＡと、受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するローパスフィルタＬＰＦと、受信信号をデジタル信号に変換するＡ／ＤコンバータＡＤＣとが順次直列に接続された受信回路１０を有している。また、各送受信回路６は、受信回路１０に直列に接続されたメモリ１１を有すると共に、受信回路１０およびメモリ１１に対して並列に配置された送信用信号線１２を有している。メモリ１１は、受信回路１０のＡ／ＤコンバータＡＤＣでデジタル信号に変換された受信信号を一時的に格納するためのものである。
【００１７】
さらに、各送受信回路６には、受信回路１０および送信用信号線１２のいずれかを選択的にマルチプレクサ５に接続する切替スイッチＳＷ１と、メモリ１１および送信用信号線１２のいずれかを選択的に信号分配器７に接続する切替スイッチＳＷ２とが配設されている。切替スイッチＳＷ１は、送信用信号線１２の電位に基づいて自動的に作動する受動型のスイッチで、装置本体３からの駆動信号の供給により送信用信号線１２の電位がしきい値を越えると、送信用信号線１２とマルチプレクサ５とを接続し、駆動信号が供給されずに送信用信号線１２の電位がしきい値以下になると、受信回路１０とマルチプレクサ５とを接続する。一方、切替スイッチＳＷ２は、制御部８から入力されるＳＷ２制御信号に基づいて作動する汎用の能動型のスイッチである。これら切替スイッチＳＷ１およびＳＷ２により、接続ケーブル２と受信回路１０とを互いに接続／遮断するスイッチ手段が構成されている。
【００１８】
このような超音波プローブ１の信号分配器７に接続ケーブル２が接続されている。接続ケーブル２は、駆動信号および受信信号を伝送するためのｍ本の信号線１３と、制御線１４および電源線１５を有している。接続ケーブル２のｍ本の信号線１３は、信号分配器７を介してＭ個の送受信回路６に接続され、制御線１４および電源線１５はそれぞれ制御部８および電源部９に接続されている。
なお、送受信回路６の個数Ｍは、超音波トランスデューサ４の個数Ｎと同数あるいは個数Ｎより少なく設定され、接続ケーブル２の信号線１３の本数ｍは、送受信回路６の個数Ｍと同数あるいは個数Ｍより少なく設定されている。
【００１９】
なお、装置本体３は、接続ケーブル２の信号線１３を介して超音波プローブ１の各超音波トランスデューサ４へアナログ高電圧の駆動信号を供給すると共に、接続ケーブル２の信号線１３を介して超音波プローブ１から入力された受信信号に基づいて超音波画像を生成し表示するものである。
【００２０】
次に、図２のタイミングチャートを参照して、この実施の形態１の動作について説明する。
まず、装置本体３から接続ケーブル２の制御線１４を介して超音波プローブ１の制御部８に指令が伝送され、時刻Ｔ１に、制御部８は第１番目の送受信回路６の切替スイッチＳＷ２に信号分配器７と送信用信号線１２とを接続するためのＳＷ２制御信号を出力すると共に、マルチプレクサ５により第１番目の送受信回路６と第１チャネルの超音波トランスデューサ４とを接続させるものとする。ＳＷ２制御信号の出力により、切替スイッチＳＷ２が要する応答時間Ｔｄが経過した時刻Ｔ２に切替スイッチＳＷ２が作動して第１番目の送受信回路６の送信用信号線１２が信号分配器７に接続される。
【００２１】
その後、時刻Ｔ３に装置本体３により接続ケーブル２の第１番目の信号線１３を介して超音波プローブ１へアナログ高電圧の駆動信号が供給されると、この駆動信号は、信号分配器７を介して第１番目の送受信回路６の切替スイッチＳＷ２から送信用信号線１２へと伝送される。駆動信号の伝送により、送信用信号線１２の電位がしきい値を越えるため、受動型の切替スイッチＳＷ１は自動的に送信用信号線１２をマルチプレクサ５に接続するように切り替わる。
【００２２】
このようにして、駆動信号は、第１番目の送受信回路６の送信用信号線１２を通り、マルチプレクサ５を介して第１チャネルの超音波トランスデューサ４に供給される。これにより、第１チャネルの超音波トランスデューサ４から図示しない被検体に向けて超音波ビームが送信される。
【００２３】
時刻Ｔ４に駆動信号の供給が終了すると、第１番目の送受信回路６における送信用信号線１２の電位がしきい値以下となるため、受動型の切替スイッチＳＷ１は自動的に受信回路１０とマルチプレクサ５とを接続するように切り替わる。このため、被検体による超音波エコーを受信した第１チャネルの超音波トランスデューサ４から出力される受信信号が、マルチプレクサ５を介して第１番目の送受信回路６の受信回路１０に入力され、プリアンプＡＭＰおよび可変利得アンプＶＧＡで増幅され、ローパスフィルタＬＰＦで高周波成分が除去され、Ａ／ＤコンバータＡＤＣでデジタル信号に変換された後にメモリ１１に格納される。このようにして時刻Ｔ４から超音波エコーの受信が行われ、第１チャネルの超音波トランスデューサ４から出力される受信信号が次々と受信回路１０で処理されてメモリ１１に格納される。
【００２４】
駆動信号の供給が終了した時刻Ｔ４から所定時間経過後の時刻Ｔ５に、装置本体３からの指令に基づき、制御部８を介して第１番目の送受信回路６の切替スイッチＳＷ２に信号分配器７とメモリ１１とを接続するためのＳＷ２制御信号を出力する。これにより、切替スイッチＳＷ２が要する応答時間Ｔｄが経過した時刻Ｔ６に切替スイッチＳＷ２が作動して第１番目の送受信回路６のメモリ１１が信号分配器７に接続される。
【００２５】
この切替スイッチＳＷ２の切り替えの間も超音波エコーの受信は続行されているが、被検体の最深部からのエコーを受信したところで、超音波エコーの受信が終了し、時刻Ｔ７に、装置本体３からの指令に基づき、制御部８を介して、時刻Ｔ４から第１番目の送受信回路６のメモリ１１に格納されていたデジタルの受信信号がまとめて切替スイッチＳＷ２、信号分配器７、接続ケーブル２の第１番目の信号線１３を介して装置本体３へ転送される。すなわち、アナログの駆動信号とデジタルの受信信号とが互いに時分割されて共通の信号線１３を伝送する。
【００２６】
このようにして、第１チャネルの超音波トランスデューサ４による超音波の送信および超音波エコーの受信が時刻Ｔ８に完了する。
その後、時刻Ｔ９に、次の超音波トランスデューサ４による超音波の送信および超音波エコーの受信が開始される。
【００２７】
上述したような接続ケーブル２の第１番目の信号線１３を用いた超音波の送信および超音波エコーの受信を、接続ケーブル２のｍ本の信号線１３に対してそれぞれ行うことができる。
第１チャネル〜第Ｎチャネルのすべての超音波トランスデューサ４による受信信号を入力すると、装置本体３は、それらの受信信号を処理することにより超音波画像を生成し、図示しないディスプレイ等に表示する。
【００２８】
ここで、装置本体３の内部構成の一例を図３に示す。
装置本体３は、走査制御部２１と、送信遅延パターン記憶部２２と、送信制御部２３と、駆動信号発生部２４と、素子データメモリ２５と、受信遅延パターン記憶部２６と、受信制御部２７と、メモリ２８と、Ｂモード画像信号生成部２９と、画像表示制御部３１と、Ｄ／Ａコンバータ３２と、表示部３３と、操作部３４と、制御部３５と、格納部３６とを含んでいる。
【００２９】
走査制御部２１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部２２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部２３は、走査制御部２１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ４の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部２３は、複数の超音波トランスデューサ４から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００３０】
駆動信号発生部２４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ４に対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部２４は、送信制御部２３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ４から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波プローブ１に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ４から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波プローブ１に供給する。
超音波プローブ１からのデジタルの受信信号は、素子データメモリ２５に格納される。素子データメモリ２５は、超音波プローブ１の各チャネルのトランスデューサ４に対応する各時刻の受信信号を超音波の送信回数毎に記憶するものである。
【００３１】
受信遅延パターン記憶部２６は、複数の超音波トランスデューサ４から出力される複数の受信信号に対してフォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２７は、走査制御部２１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２６に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、素子データメモリ２５に格納されている複数の受信信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。また、受信信号に基づいて送信フォーカス処理を行うようにしても良い。このフォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。さらに、受信制御部２７は、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す。
【００３２】
受信制御部２７によって生成される音線信号は、メモリ２８に供給されると共に、Ｂモード画像信号生成部２９に供給される。Ｂモード画像信号生成部２９は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部２９ａと、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）２９ｂとを含んでおり、受信制御部２７から供給される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。また、フリーズモードにおいては、メモリ２８に格納されている音線信号に基づいて、Ｂモード画像信号が生成される。
【００３３】
ＳＴＣ部２９ａは、受信制御部２７又はメモリ２８から供給される音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣ２９ｂは、ＳＴＣ部２９ａによって補正された音線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ラスター変換し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
【００３４】
画像表示制御部３１は、Ｂモード画像信号生成部２９によって生成されるＢモード画像信号に基づいて、被検体の超音波画像を表す画像信号を生成する。Ｄ／Ａコンバータ３２は、画像表示制御部３１から出力されるデジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部３３は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて、被検体の超音波画像を表示する。
【００３５】
制御部３５は、操作部３４を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部２１、Ｂモード画像信号生成部、画像表示制御部３１等を制御する。走査制御部２１、送信制御部２３、受信制御部２７、Ｂモード画像信号生成部２９、画像表示制御部３１および制御部３５は、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、それらをデジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部３６に格納される。格納部３６における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００３６】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、マルチプレクサ５を介してＮ個の超音波トランスデューサ４とＭ個の送受信回路６とを接続すると共に信号分配器７を介してＭ個の送受信回路６とｍ本の信号線１３とを接続し、各送受信回路６において２つの切替スイッチＳＷ１およびＳＷ２により受信回路１０と送信用信号線１２との切り替えを行うようにしたので、超音波トランスデューサ４の個数より少ない本数の信号線１３で駆動信号と受信信号の伝送を行うことができるようになった。
【００３７】
また、各送受信回路６において、超音波トランスデューサ４からの受信信号を一時的にメモリ１１に格納し、切替スイッチＳＷ２が切り替わった後に、メモリ１１内の受信信号をまとめて装置本体３へ転送するため、切替スイッチＳＷ２として所定の応答時間Ｔｄを有する汎用の能動型のスイッチを用いても、受信信号の一部を失うことなく、受信信号のすべてを装置本体３で検出することが可能となる。
【００３８】
さらに、各受信回路１０で、超音波トランスデューサ４から出力された受信信号をプリアンプＡＭＰおよび可変利得アンプＶＧＡで増幅すると共にＡ／ＤコンバータＡＤＣでデジタル信号に変換した後にメモリ１１に格納して、装置本体３へと転送するので、接続ケーブル２の信号線１３としてシールドを重視した同軸ケーブルを用いなくても、データ転送におけるノイズの混入が低減され、より鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００３９】
実施の形態２
図４に実施の形態２に係る超音波診断装置に用いられる超音波プローブの内部構成を示す。
アレイ状に配列された第１チャネル〜第ＮチャネルのＮ個の超音波トランスデューサ４に高電圧マルチプレクサ４１を介して接続ケーブル２のｍ本の信号線Ｓ１〜Ｓｍが接続されている。
【００４０】
また、Ｎ個の超音波トランスデューサ４にそれぞれ過電圧保護回路４２を介して低電圧マルチプレクサ４３が接続され、この低電圧マルチプレクサ４３にＭ個の受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭが接続されている。これらの受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭは、それぞれ図１に示した実施の形態１における受信回路１０と同一のもので、受信信号を増幅するプリアンプＡＭＰおよび可変利得アンプＶＧＡと、受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するローパスフィルタＬＰＦと、受信信号をデジタル信号に変換するＡ／ＤコンバータＡＤＣとが順次直列に接続された構成を有している。
【００４１】
Ｍ個の受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭに共通のメモリ４４が接続され、このメモリ４４にデジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５が接続されている。さらに、デジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５にｍ個の汎用の能動型スイッチからなる保護スイッチ４６を介して接続ケーブル２のｍ本の信号線Ｓ１〜Ｓｍが接続されている。
さらに、高電圧マルチプレクサ４１、低電圧マルチプレクサ４３、Ｍ個の受信回路Ｒ１〜ＲＭ、メモリ４４、デジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５および保護スイッチ４６に制御部４７が接続されている。
【００４２】
この実施の形態２においては、Ｎ個の超音波トランスデューサ４は、便宜上、それぞれＡ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｃ１〜Ｃｎ、Ｄ１〜Ｄｎのｎ個の超音波トランスデューサからなるＡ群〜Ｄ群の４群に分けられている。そして、Ａ群〜Ｄ群のそれぞれの超音波トランスデューサの個数ｎが接続ケーブル２の信号線Ｓ１〜Ｓｍの本数ｍに等しく、受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭの個数Ｍが接続ケーブル２の信号線Ｓ１〜Ｓｍの本数ｍの２倍の関係になるように設定されているものとする。
【００４３】
高電圧マルチプレクサ４１は、図５に示されるように、信号線Ｓ１〜ＳｍのそれぞれをＡ群〜Ｄ群の４個の超音波トランスデューサに選択的に接続する４：１マルチプレクサである。例えば、第１番目の信号線Ｓ１は、Ａ群の第１番目の超音波トランスデューサＡ１、Ｂ群の第１番目の超音波トランスデューサＢ１、Ｃ群の第１番目の超音波トランスデューサＣ１、Ｄ群の第１番目の超音波トランスデューサＤ１のいずれかに接続される。
【００４４】
一方、低電圧マルチプレクサ４３は、図６に示されるように、受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭのそれぞれを２個の超音波トランスデューサに選択的に接続する２：１マルチプレクサである。Ｍ個の受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭのうち、半分のｍ個の受信回路Ｒｘ１〜Ｒｘｍは、それぞれＡ群の１つの超音波トランスデューサとＣ群の１つの超音波トランスデューサに選択的に接続され、残り半分のｍ個の受信回路Ｒｘｍ＋１〜ＲｘＭは、それぞれＢ群の１つの超音波トランスデューサとＤ群の１つの超音波トランスデューサに選択的に接続される。例えば、第１番目の受信回路Ｒｘ１は、Ａ群の第１番目の超音波トランスデューサＡ１とＣ群の第１番目の超音波トランスデューサＣ１のいずれかに接続され、第ｍ＋１番目の受信回路Ｒｘｍ＋１は、Ｂ群の第１番目の超音波トランスデューサＢ１とＤ群の第１番目の超音波トランスデューサＤ１のいずれかに接続される。
【００４５】
なお、高電圧マルチプレクサ４１、低電圧マルチプレクサ４３および保護スイッチ４６により、この発明におけるスイッチ手段が構成されている。
【００４６】
次に、この実施の形態２の動作について説明する。
まず、制御部４７により保護スイッチ４６の各スイッチがＯＦＦにされた状態で、図示しない装置本体から接続ケーブル２の信号線Ｓ１〜Ｓｍを介してアナログ高電圧の駆動信号が伝送されると、これらの駆動信号は、高電圧マルチプレクサ４１によりそれぞれ接続された超音波トランスデューサ４に供給され、その超音波トランスデューサ４から超音波ビームが送信される。
【００４７】
超音波エコーを受信した超音波トランスデューサ４から出力される受信信号は、過電圧保護回路４２を通り、低電圧マルチプレクサ４３で選択された受信回路に入力されて、プリアンプＡＭＰおよび可変利得アンプＶＧＡで増幅され、ローパスフィルタＬＰＦで高周波成分が除去され、Ａ／ＤコンバータＡＤＣでデジタル信号に変換された後にメモリ４４に格納される。
このようにして、受信回路Ｒｘ１〜ＲｘＭのそれぞれで増幅され且つＡ／Ｄ変換された受信信号がメモリ４４に格納される。
【００４８】
そして、被検体の最深部からのエコーを受信したところで、超音波エコーの受信が終了し、制御部４７により保護スイッチ４６の各スイッチがＯＮされ、デジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５によりメモリ４４に格納されていたデジタルの受信信号がまとめて接続ケーブル２の信号線Ｓ１〜Ｓｍを介して装置本体へ転送される。すなわち、アナログの駆動信号とデジタルの受信信号とが互いに時分割されて共通の信号線Ｓ１〜Ｓｍを伝送する。受信信号の装置本体への転送は、シリアル形式でもパラレル形式でも行うことができる。
【００４９】
受信信号の装置本体への転送が完了すると、高電圧マルチプレクサ４１および低電圧マルチプレクサ４３で接続が切り替えられた超音波トランスデューサ４により、同様にして、超音波の送信および超音波エコーの受信が行われ、メモリ４４に格納された受信信号がまとめて接続ケーブル２の信号線Ｓ１〜Ｓｍを介して装置本体へ転送される。
このようにしてすべての超音波トランスデューサ４による受信信号を入力すると、装置本体は、それらの受信信号を処理することにより超音波画像を生成し、図示しないディスプレイ等に表示する。
【００５０】
この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、超音波トランスデューサ４の個数Ｎより少ない本数の信号線Ｓ１〜Ｓｍで駆動信号と受信信号の伝送を行うことができる。
例えば、超音波プローブの超音波トランスデューサ４の個数Ｎを１２８、接続ケーブル２の信号線の本数ｍを３２、受信回路の個数Ｍを６４とし、これらの受信回路でデジタル化された６４チャネルの受信信号をデジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５によりいわゆるＴＳＳ方式あるいは圧縮等の伝送方式で３２チャネルとした上で３２本の信号線で装置本体３へ伝送し、装置本体３内で６４チャネルに戻して素子データメモリに格納することができる。
さらに、いわゆるゾーン方式で拡がった超音波ビームを使用することにより、１回の送信で１２８チャネルの超音波プローブのうち最大３２チャネルしか送信しない場合には、超音波プローブの超音波トランスデューサ４と接続ケーブル２とを接続する高電圧マルチプレクサ４１として８：１マルチプレクサを使用することで、接続ケーブル２を１６チャネルとすることもできる。６４個の受信回路でデジタル化された受信信号は、デジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５により１６チャネルとした上で１６本の信号線で装置本体３へ伝送され、装置本体３内で４：１マルチプレクサにより６４チャネルに戻して素子データメモリに格納すればよい。
ただし、超音波トランスデューサ４の総数Ｎより少ない本数ｍの信号線でアナログの駆動信号とデジタルの受信信号とを互いに時分割して接続ケーブル２の信号線で伝送することができれば、超音波トランスデューサ４の総数Ｎ、受信回路の個数Ｍ、接続ケーブル２の信号線の本数ｍは適宜設定することができる。
【００５１】
これに対して、従来の超音波診断装置では、１２８チャネルの超音波プローブからの受信信号を６４個の受信回路で受信する場合、例えば１２８チャネルの接続ケーブルで超音波プローブから装置本体へ受信信号を伝送して装置本体内で２：１マルチプレクサにより６４チャネルにするか、あるいは、超音波プローブ内に２：１マルチプレクサを内蔵して６４チャネルの接続ケーブルで超音波プローブから装置本体内の６４個の受信回路へ伝送しなければならず、本発明のような接続ケーブルの信号線の大幅な削減を図ることはできない。
【００５２】
また、実施の形態２においても、各超音波トランスデューサからの受信信号を一時的にメモリ４４に格納した後、まとめて装置本体へ転送するため、保護スイッチ４６として汎用の能動型のスイッチを用いても、受信信号の一部を失うことなく、受信信号のすべてを装置本体で検出することが可能となる。
なお、メモリ４４に格納された受信信号に対して、デジタル演算部／デジタル出力コントローラ４５で一次処理として焦点形成演算の一部を行った上で装置本体へ転送することもできる。このようにすれば、装置本体における信号処理の負担が軽減される。
【００５３】
実施の形態３
１回の超音波の送信期間中において、接続ケーブルの１つの信号線で複数の超音波トランスデューサを駆動することができれば、接続ケーブル内の信号線の本数削減および接続ケーブルの軽量化を図ることができる。
【００５４】
例えば、図７に示されるように、超音波プローブの開口幅Ｗを４０ｍｍ、最大送信開口幅Ｗｅを２０ｍｍ、送信焦点距離Ｌｆを５〜７０ｍｍ、音速ｃを１５３０ｍ／ｓとすると、超音波プローブ１から正面方向に超音波を送信したときの送信開口中心Ｏと送信開口端部Ｅとの間の遅延時間τは、
τ＝（Ｌｅｆ−Ｌｆ）／ｃ
となる。ただし、Ｌｅｆは、焦点ｆと送信開口端部Ｅとの間の距離を示す。この遅延時間τを送信焦点距離Ｌｆの関数としてグラフに表すと、図８のようになり、送信焦点距離Ｌｆ＝５〜７０ｍｍに対応する遅延時間τは、４μｓ程度以下となる。
【００５５】
これに対して、汎用の高電圧スイッチの応答速度は、ＯＮ時及びＯＦＦ時ともに３〜５μｓであるので、１回の超音波の送信期間中に高電圧スイッチを作動させて超音波トランスデューサを切り替えると、受信信号の一部を失うこととなる。
そこで、この実施の形態３においては、図９に示されるように、複数の超音波トランスデューサ４に対して駆動信号の供給タイミングを互いにずらすことにより、アレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサ４から傾斜した方向へ超音波ビームを送信させるようにした。
【００５６】
例えば、上述した実施の形態２に用いられた超音波プローブのＡ群〜Ｄ群の超音波トランスデューサに対して、Ａ群の第１番目の超音波トランスデューサＡ１から超音波を送信した直後にＢ群の第１番目の超音波トランスデューサＢ１から超音波を送信し、以降、Ａ群の第２番目の超音波トランスデューサＡ２、Ｂ群の第２番目の超音波トランスデューサＢ２、Ａ群の第３番目の超音波トランスデューサＡ３、Ｂ群の第３番目の超音波トランスデューサＢ３・・・と、Ａ群のｎ個の超音波トランスデューサＡ１〜ＡｎとＢ群のｎ個の超音波トランスデューサＢ１〜Ｂｎを交互に切り替えてそれぞれ超音波の送信を行う。
【００５７】
このとき、図１０に示されるように、超音波プローブの開口幅Ｗ＝４０ｍｍが４群に分割されているため、１つの群の開口幅Ｗｇは１０ｍｍとなり、汎用の高電圧スイッチの応答時間を５μｓと見なすと、Ａ群の第１番目の超音波トランスデューサＡ１による送信直後に汎用の高電圧スイッチを切り替えてＢ群の第１番目の超音波トランスデューサＢ１から超音波を送信するまで５μｓを要し、この間に超音波は、Ｌ＝１５３０［ｍ／ｓ］×５［μｓ］＝７．６５［ｍｍ］だけ進行することとなる。
【００５８】
このため、５μｓの間隔でＡ群のｎ個の超音波トランスデューサＡ１〜ＡｎとＢ群のｎ個の超音波トランスデューサＢ１〜Ｂｎを交互に切り替えて順次超音波の送信を行うと、図１１に示されるように、
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ／Ｗｇ）＝ｔａｎ−１（７．６５／１０）＝３７．４°
で表される角度だけ超音波プローブの正面方向から傾斜した方向に超音波ビームが偏向されて送信される。
このようにして、複数の超音波トランスデューサからの超音波ビームの送信方向を偏向させることで、受信信号の一部を失うことなく、接続ケーブルの１つの信号線で複数の超音波トランスデューサを駆動することが可能となる。
【００５９】
このように傾斜した方向に超音波ビームを送信した場合に、各超音波トランスデューサで受信された１フレーム以上の期間の受信ＲＦ信号、あるいは受信ＲＦ信号の複素ベースバンド化された信号等、受信ＲＦ信号と等価な信号を装置本体内で記憶し、隣接する複数方向の受信信号により実走査線とは異なる仮想走査線上の信号を合成することにより、仮想走査線に基づく超音波画像を生成することも可能となる。
具体的には、１回の超音波ビームの送信によって得られる複数のエコー信号を整相加算する第１受信フォーカス処理により１回の超音波ビームの送信毎に複数の走査線について第１音線データを生成して記憶し、これら第１音線データから複数方向へ超音波ビームを送信することによって生成された第１音線データを読み出して、これらに第２受信フォーカス処理を施すことにより１ライン分の第２音線データを生成する。例えば、ｎ回目に送信した超音波ビームのエコーから生成された第１音線データと、ｎ＋１回目に送信した超音波ビームのエコーから生成された第１音線データに対して第２受信フォーカス処理を施して第２音線データを生成する。
このようにして、図１２に示されるように、例えば点Ｐからのエコーについては、超音波プローブのｊ番目の超音波トランスデューサから送信された超音波Ｓｊによる受信ＲＦ信号を利用し、点Ｑからのエコーについては、超音波プローブのｊ＋１番目の超音波トランスデューサから送信された超音波Ｓｊ＋１による受信ＲＦ信号を利用して、これらの受信ＲＦ信号を合成することにより、仮想走査線に基づく超音波画像を生成することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  超音波プローブ、２  接続ケーブル、３  装置本体、４，Ａ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎ，Ｃ１〜Ｃｎ，Ｄ１〜Ｄｎ  超音波トランスデューサ、５  マルチプレクサ、６  送受信回路、７  信号分配器、８，４７  制御部、９  電源部、１０，Ｒｘ１〜ＲｘＭ  受信回路、１１，４４  メモリ、１２  送信用信号線、１３，Ｓ１〜Ｓｍ  信号線、１４  制御線、１５  電源線、２１  走査制御部、２２  送信遅延パターン記憶部、２３  送信制御部、２４  駆動信号発生部、２５  素子データメモリ、２６  受信遅延パターン記憶部、２７  受信制御部、２８  メモリ、２９  Ｂモード画像信号生成部、３１  画像表示制御部、３２  Ｄ／Ａコンバータ、３３  表示部、３４  操作部、３５  制御部、３６  格納部、４１  高電圧マルチプレクサ、４２  過電圧保護回路、４３  低電圧マルチプレクサ、４５  デジタル演算部／デジタル出力コントローラ、４６  保護スイッチ、ＳＷ１，ＳＷ２  切替スイッチ、ＡＭＰ  プリアンプ、ＶＧＡ  可変利得アンプ、ＬＰＦ  ローパスフィルタ、ＡＤＣ  Ａ／Ｄコンバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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