(57)【要約】超音波診断装置の超音波プローブで、配線面積を増大させることなく異なるサブアレイ間の干渉を低減してノイズを低減して高品質な画像を得ることを可能にするために、超音波プローブを備えた超音波診断装置を、被検体に向けて超音波を送信して被検体からの反射波を受信する超音波プローブと、超音波プローブからの超音波の送信と受信とを制御すると共に、被検体からの反射波を超音波プローブで受信した受信信号を受けて被検体の超音波画像を生成して表示画面上に表示する本体装置部とを備え、超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電源とをそれぞれ複数有し、複数のサブアレイと複数の基準電源とをそれぞれ１対１に対応させて構成した。
2017061414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電圧源とをそれぞれ複数備え、前記複数のサブアレイと前記複数の基準電圧源とはそれぞれ１対１に対応して構成されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波プローブであって、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の基準電圧源とは、前記複数のサブアレイ及び前記複数の基準電圧源とそれぞれ１対１に対応する切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項２記載の超音波プローブであって、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の送信信号源とは、前記切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
請求項１記載の超音波プローブであって、基準電圧設定回路を更に備え、前記基準電圧源はバッファ回路で構成されて前記基準電圧設定回路と接続されており、前記基準電圧源は前記基準電圧設定回路の出力信号を低出力インピーダンスでバッファ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５】
超音波信号を送受信する複数の素子回路を有する複数のサブアレイと、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の切替スイッチと、前記複数の切替スイッチと１対１に対応する複数の基準電源と、前記複数の切替スイッチを制御する制御部とを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項５記載の超音波プローブであって、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記制御部は前記複数の切替スイッチを制御して、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する回路のオン・オフ、及び前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記送信信号源とを接続する回路のオン・オフを行うことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
請求項６記載の超音波プローブであって、前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する回路のオン・オフの切替えと、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記送信信号源とを接続する回路のオン・オフの切替えを、逆のタイミングで行うことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
被検体に向けて超音波を送信して前記被検体からの反射波を受信する超音波プローブと、
前記超音波プローブからの前記超音波の送信と受信とを制御すると共に、前記被検体からの反射波を前記超音波プローブで受信した受信信号を受けて前記被検体の超音波画像を生成して表示画面上に表示する本体装置部と
を備え、
前記超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電源とをそれぞれ複数有し、前記複数のサブアレイと前記複数の基準電源とはそれぞれ１対１に対応して構成されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の基準電源とは、前記複数のサブアレイ及び前記複数の基準電源とそれぞれ１対１に対応する切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の送信信号源とは、前記切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項８記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは、基準電圧設定回路を更に備え、前記複数の基準電圧源はバッファ回路で構成されて前記基準電圧設定回路と接続されており、前記複数の基準電圧源は前記基準電圧設定回路の出力信号を低出力インピーダンスでバッファすることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の切替スイッチと、前記複数の切替スイッチを制御する制御部とを備え、前記複数の基準電源は前記複数の切替スイッチと１対１に対応していることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えと前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の送信信号源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えとを行うことを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えと、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の送信信号源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えを、逆のタイミングで行うことを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブおよびそれを用いた超音波診断装置に関し、特に、超音波プローブ内の信号間出力の干渉問題に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、Ｘ線診断装置、あるいはＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置などの他の医用画像診断装置に比べ、装置規模が小さく、また、超音波プローブを体表から当てるだけの簡便な操作により、例えば、心臓の脈動や胎児の動きといった検査対象の動きの様子をリアルタイムで表示可能な装置である。【０００３】
具体的には、超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵されている複数の振動子それぞれに駆動信号を供給することで超音波を被検体内に送信する。そして、超音波診断装置は、生体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波の反射波を複数の振動子それぞれにて受信し、超音波プローブが受信した反射波に基づいて、超音波画像を生成する。【０００４】
ここで、超音波診断装置においては、超音波画像の画質向上のために、複数の振動子に供給する駆動信号や複数の振動子それぞれから得られる反射波信号に対して、遅延時間の制御が行われている。【０００５】
具体的には、超音波診断装置は、被検体内の所定の焦点と各振動子との距離に応じた遅延時間により、各振動子に供給する駆動信号のタイミングを制御することで、被検体の所定の焦点にビームフォームした超音波を送信する。【０００６】
そして、被検体内の所定の焦点と各振動子との距離に応じた遅延時間により、各振動子において時間的に異なって受信された所定の焦点からの信号をそれぞれの時間を合わせて加算、すなわち整相加算する。これにより、超音波診断装置は、焦点のあった１本の受信信号を生成する。このように、所定の焦点からの信号のそれぞれを合わせるため、アナログ、あるいはデジタルの遅延回路が必要とされている。【０００７】
例えば、特許文献１には、CCD素子に所定のタイミングでエコー信号を蓄積し、遅延時間を与え、異なる遅延時間の電荷を共通の電位井戸に出力することで加算される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４５５７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
二次元の断層画像でなく、三次元の立体画像を得るために、振動子を二次元アレイ状に並べる二次元超音波プローブにおいては、数千から一万チャンネルの振動子を用いる。【００１０】
このような二次元超音波プローブでは、異なる振動子間や加算処理の単位であるサブアレイの出力間で、出力信号が干渉する問題がある。【００１１】
二次元超音波プローブでは、異なる振動子間や加算処理をグルーピング化してサブアレイ単位で出力することにより、振動子の数に対してケーブルの本数を低減しているがこれを共通の基準電圧を用いて信号を加算すると、異なるサブアレイ間の信号が干渉して異なるサブアレイの信号が乗ってしまい、信号が劣化してしまう。【００１２】
特許文献１には、共通の電位井戸を用いて信号を加算することが開示されているが、共通電位井戸を介して異なるサブアレイ間の信号が干渉して異なるサブアレイの信号が乗って信号が劣化してしまうという課題については配慮されていなかった。【００１３】
図１４に、従来の超音波プローブの加算処理の出力部の等価回路の例を示す。【００１４】
従来の超音波プローブの加算処理の出力部の等価回路は、バッファ５０２と、異なる遅延時間の電荷５００と、サブアレイ５１０と、加算容量５０１と、基準電圧源５０４と、抵抗５０３を含む。【００１５】
以下、図１４を用いて出力信号が干渉する原理を説明する。【００１６】
サブアレイ５１０ａ内の異なる受信の遅延時間の電荷５００ａ１、５００ａ２、…、５００ａｎは、それぞれｉａ１、ｉａ２、…、ｉａｎの電流を、加算容量５０１ａに出力する。加算容量５０１ａではサブアレイ内の異なる遅延時間の電荷が加算され、バッファ５０２ａを介し、本体装置へと信号が出力される。サブアレイ５１０ｂ、…、５１０ｈも同様であるため、説明を省略する。【００１７】
加算容量５０１の一端は、抵抗５０３を介し、基準電圧源５０４と接続される。抵抗５０３は、基準電圧源５０４の出力抵抗と、加算容量５０１と基準電圧源５０４との間の配線の寄生抵抗をモデル化したものである。基準電圧源５０４の出力電圧はバッファ５０２の入力電圧範囲内で設定される。【００１８】
ここで、加算容量５０１の容量値をＣ、基準電圧源５０４の出力電圧をＶｒｅｆ、抵抗５０３の抵抗値をＲとする。加算時の加算容量５０１の初期電荷量を０とすれば、バッファ５０２ａの入力電圧Ｖｏａは下記の数式で表される。【００１９】
【数１】
2017061414.tif 000003
【００２０】
即ち、第１項のサブアレイ５１０ａの加算結果に対して、第２項に示す他のサブアレイ５１０ｂ、…、５１０ｎの加算された出力信号が重畳される。他のバッファ５０２の入力電圧も同様に、異なるサブアレイからの出力信号が重畳されるため、異なるサブアレイサブアレイの出力間で、出力信号が干渉することとなる。【００２１】
干渉量は抵抗５０３、即ち、共通電位を与える配線の寄生抵抗値を下げれば小さくなる。このためには配線幅を太くする方法等が考えられるが、この方法では配線面積が増加し、超音波プローブが大型化するという課題がある。【００２２】
本発明の目的は、配線面積を増大させることなく異なるサブアレイ間の干渉を低減してノイズを低減して高品質な画像を得ることを可能にする超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置を提供することにある。【００２３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００２５】
本発明による代表的な超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと基準電圧源とをそれぞれ複数備え、複数のサブアレイと複数の基準電圧源とをそれぞれ１対１に対応させて構成した。【００２６】
また、本発明による別の代表的な超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、複数のサブアレイと１対１に対応する複数の切替スイッチと、複数の切替スイッチと１対１に対応する複数の基準電源と、複数の切替スイッチを制御する制御部とを備えて構成した。【００２７】
更に、本発明による代表的な超音波プローブを備えた超音波診断装置は、被検体に向けて超音波を送信して被検体からの反射波を受信する超音波プローブと、超音波プローブからの超音波の送信と受信とを制御すると共に、被検体からの反射波を超音波プローブで受信した受信信号を受けて被検体の超音波画像を生成して表示画面上に表示する本体装置部とを備え、超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電源とをそれぞれ複数有し、複数のサブアレイと複数の基準電源とはそれぞれ１対１に対応して構成した。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、以下のような効果が得られる。  
（１）超音波プローブにおける信号間の干渉を低減することができる。  
（２）超音波プローブを小型化することができる。  
（３）また、上記（２）により、超音波プローブのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波診断装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける１サブアレイの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける１素子回路の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける素子回路切替スイッチの構成を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおけるサブアレイ切替スイッチの構成を示す回路ブロック図である。
【図６】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける素子回路切替スイッチの制御の一例を示す真理値表である。
【図７】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおけるサブアレイ切替スイッチの制御の一例を示す真理値表である。
【図８】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける送受分離部の制御の一例を示す真理値表である。
【図９】本発明の実施例１における超音波診断装置の超音波プローブにおける素子回路切替スイッチとサブアレイ切替スイッチの制御のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例１における基準電圧源の構成を示す回路ブロック図である。
【図１１】本発明の実施例２における超音波診断装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施例２における基準電圧源の構成を示す回路ブロック図である。
【図１３】本発明の実施例２における基準電圧設定回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図１４】本発明の比較例であるサブアレイの出力をモデル化した等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、超音波プローブを、超音波信号を送受信する複数の素子回路で構成されるサブアレイと、基準電圧源とを備えて構成し、サブアレイと基準電圧源は１対１で接続することで、異なるサブアレイの出力信号間の干渉を防ぐようにしたものである。
【００３１】
また、本発明は、超音波プローブのサブアレイ間の信号の干渉を低減する手段としてサブアレイごとに基準電圧源を備え、また、信号の受信時と送信時とで配線を切替えることで信号線を追加することなく信号の受信と送信とを行えるようにしたことにより、配線面積を増大させることなく異なるサブアレイ間の干渉を低減しノイズを低減して高品質な画像を得ることを可能にしたものである。
【００３２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００３３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００３４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００３５】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００３６】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００３７】
以下、実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本実施の形態１における超音波診断装置の一例を示す構成図である。  
超音波診断装置１０００は、図１に示すように、プローブ１００４および本体装置１００５を有する。【００３９】
プローブ１００４は、複数のサブアレイ１００１ａ，１００１ｂ，…、サブアレイ切替スイッチ１１０１ａ，１１０１ｂ，…、基準電圧源１１０２ａ，１１０２ｂ，…、送信信号源１１０３ａ，１１０３，…、および制御回路（図１では、ＣＮＴと示す）１２００を備える。【００４０】
本体装置１００５は、プローブ１００４の側のサブアレイ切替スイッチ１１０１ａ，１１０１ｂ，…と接続する複数のインターフェース回路（図１では、ＩＦと示す）１００３ａ，１００３ｂ，…、プローブ１００４の側の制御回路（ＣＮＴ）１２００と接続するデジタルインターフェース(図１では、デジタルＩＦと示す)１００６、インターフェース回路１００３ａ，１００３ｂ…と接続する制御部１００７、制御部１００７と接続して超音波画像を表示する表示部１００８を有する。【００４１】
プローブ１００４の側のサブアレイ切替スイッチ１１０１、基準電圧源（ＳＲＥＦ）１１０２、送信信号源（ＳＤＧ）１１０３，および本体装置１００５の側のインターフェース回路１００３は、１個のサブアレイ１００１に対して１個それぞれ設けられている。なお、以下、添え字のａ，ｂ，ｃ，…は同一の構成要素であることを示し、特に必要のない場合は省略する。【００４２】
図２はプローブ１００４が有する１サブアレイ１００１の構成の一例を示すブロック図である。【００４３】
サブアレイ１００１は、複数の１素子回路１０２ａ，１０２ｂ，…、をそれぞれ有する。サブアレイ１００１は、プローブ１００４の内部に、例えば１２８個設けられる。１素子回路１０２は、各サブアレイ１００１の内部に、８×８＝６４個程度がマトリクス状に配列された構成からなる。【００４４】
図３は、サブアレイ１００１が有する１素子回路１０２の構成の一例を示すブロック図である。【００４５】
送受信部である１素子回路１０２は、図示するように、振動子２０１、送受分離部２０２、受信アナログフロントエンド部（図２では、受信ＡＦＥと示す）２０４、および受信遅延を行なう受信アナログメモリ部２０５、送信部２０３、送信遅延を行なう送信アナログメモリ部２０６、素子回路切替スイッチ２０７から構成される。【００４６】
図４は、１素子回路１０２が有する素子回路切替スイッチ２０７の構成の一例を示すブロック図である。【００４７】
素子回路切替スイッチ２０７は、スイッチＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３と、を有する。  
スイッチＳＷ１０は、端子Ｏ２と端子SＯとの間に挿入される。  
スイッチＳＷ１１は、端子Ｒ２と端子SＲとの間に挿入される。  
スイッチＳＷ１２は、端子Ｄ０と端子SＯとの間に挿入される。  
スイッチＳＷ１３は、端子Ｄ１と端子SＲとの間に挿入される。【００４８】
図５は、サブアレイ切替スイッチ１１０１の構成の一例を示すブロック図である。  
サブアレイ切替スイッチ１１０１は、スイッチＳＷ２０、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３と、バッファ１２０１と、を有する。  
スイッチＳＷ２０は、バッファ１２０１と端子ＳＯとの間に挿入される。  スイッチＳＷ２１は、端子ＳＲ２と端子ＳＲとの間に挿入される。  
スイッチＳＷ２２は、端子ＳＤ０と端子ＳＯとの間に挿入される。  
スイッチＳＷ２３は、端子ＳＤ１と端子ＳＲとの間に挿入される。  
バッファ１２０１は、スイッチＳＷ２０と端子ＳＯ２との間に挿入される。【００４９】
サブアレイ切替スイッチ１１０１の端子ＳＯおよび端子ＳＲは、サブアレイ１００１が有する１素子回路１０２の全てに対し、共通にそれぞれ接続され、１素子回路１０２が有する素子回路切替スイッチ２０７の端子ＳＯおよび端子ＳＲに、それぞれ接続される。【００５０】
サブアレイ切替スイッチ１１０１の端子ＳＯ２は、本体装置１００５のインターフェース回路１００３と接続され、端子ＳＲ２は基準電圧源１１０２と接続され、端子ＳＤ０および端子ＳＤ１は、送信信号源１１０３にそれぞれ接続される。【００５１】
素子回路切替スイッチ２０７の端子Ｏ２と端子Ｒ２は、受信アナログメモリ部２０５にそれぞれ接続され、端子Ｄ０と端子Ｄ１は、送信アナログメモリ部２０６にそれぞれ接続される。【００５２】
図１０は、基準電圧源１１０２の構成の一例を示すブロック図である。【００５３】
基準電圧源１１０２は、基準電圧設定回路１３００とバッファ回路１３１０を備えている。基準電圧設定回路１３００は電流源１３０１と抵抗１３０２で構成される。バッファ回路１３１０はボルテージフォロワを構成している。【００５４】
基準電圧設定回路１３００では、抵抗１３０２の一端が電流源１３０１と接続され、他端はグランド電位に接続される。電流源１３０１の電流値をIとし、抵抗１３０２の抵抗値をRとすれば、IRの基準電圧が基準電圧設定回路１３００から出力され、バッファ回路１３１０に入力される。バッファ回路１３１０は、ボルテージフォロワを構成しており、入力された基準電圧を低インピーダンスで出力する。【００５５】
以下、図１、図２、図３を用いて、振動子２０１から行なう超音波信号の送受信動作について説明する。【００５６】
図１の送信信号源１１０３から出力された送信入力信号ＳＤ１は、本体装置１００５のデジタルＩＦ１００６を介して制御部１００７で制御されたプローブ１００４の制御回路（ＣＮＴ）１２００からの切替信号Ｃによって、図１のサブアレイ切替スイッチ１１０１のスイッチＳＷ２３をオンにしてスイッチＳＷ２１をオフにして端子ＳＲから出力して素子回路切替スイッチ２０７の端子ＳＲに入力することで、サブアレイ１００１内の１素子回路１０２に共通に入力される。【００５７】
１素子回路１０２に入力された送信入力信号は、制御回路１２００からの切替信号Ｃによって、図３の素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１１がオフにされスイッチＳＷ１３がオンにされることで端子Ｄ１から出力され、図３の送信アナログメモリ部２０６へ入力される。【００５８】
図１の送信信号源１１０３から出力された送信入力信号ＳＤ０は、本体装置１００５のデジタルＩＦ１００６を介して制御部１００７で制御されたプローブ１００４の制御回路（ＣＮＴ）１２００からの切替信号Ｃによって、図１のサブアレイ切替スイッチ１１０１のスイッチＳＷ２２をオンにしてスイッチＳＷ２０をオフにして端子ＳＯから出力して素子回路切替スイッチ２０７の端子ＳＯに入力することで、サブアレイ１００１内の１素子回路１０２に共通に入力される。【００５９】
１素子回路１０２に入力された送信入力信号は、制御回路１２００からの切替信号Ｃによって、図３の素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１０がオフにされスイッチＳＷ１２がオンにされることで端子Ｄ０から出力され、図３の送信アナログメモリ部２０６へ入力される。【００６０】
送信アナログメモリ部２０６では、図示はしていないが遅延制御用の制御信号を出力するデジタル回路からの制御信号に基づいて、送信入力信号をサンプリングしてメモリに蓄積し、ある遅延時間(超音波を照射したい部位のプローブからの距離に応じた時間)の後に送信部２０３へ出力する。送信部２０３は入力した送信入力信号Ｄ０とＤ１の値に応じて正あるいは負の振幅の高圧信号にレベル変換し、送受分離部２０２を介して振動子２０１を駆動する。振動子２０１からは、超音波信号が出力される。また、振動子２０１から出力されて検体で反射した超音波信号は、振動子２０１で受信される。【００６１】
振動子２０１が受信した超音波信号は、送受分離部２０２によって分離されて受信アナログフロントエンド部２０４に入力される。受信アナログフロントエンド部２０４では、受信した信号を増幅およびフィルタリングなどの処理を行う。【００６２】
受信アナログフロントエンド部２０４から出力された信号は、受信アナログメモリ部２０５に入力される。この受信アナログメモリ部２０５は、図示はしていないが遅延制御用の制御信号を出力するデジタル回路からの制御信号に基づいて、アナログ入力信号をサンプリングしてメモリに蓄積し、ある遅延時間の後に出力する。【００６３】
また、受信アナログメモリ部２０５に入力される信号の振幅について、振幅がない状態に対応する出力信号の基準電圧は、図１の基準電圧源１１０２から出力され、サブアレイ切替スイッチ１１０１の端子ＳＲ２に入力される。制御回路１２００からの切替信号Ｃによって、サブアレイ切替スイッチ１１０１がスイッチングされ、スイッチＳＷ２１がオンになりスイッチＳＷ２３がオフになる。これにより、サブアレイ切替スイッチ１１０１の出力端子ＳＲからは基準電圧が出力され、サブアレイ１００１内の１素子回路１０２の素子回路切替スイッチ２０７の入力端子ＳＲに入力される。制御回路１２００からの切替信号Ｃによって、素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１１をオンにしてスイッチＳＷ１３をオフにすることにより、素子回路切替スイッチ２０７の端子Ｒ２から受信アナログメモリ部２０５に基準電圧が入力される。【００６４】
基準電圧が入力された受信アナログメモリ部２０５から出力された信号は、素子回路切替スイッチ２０７の端子Ｏ２に入力し、制御回路１２００からの切替信号Ｃによって、素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１０をオンにしてスイッチＳＷ１２をオフにすることにより、素子回路切替スイッチ２０７の端子ＳＯから、即ち１素子回路１０２から出力される。サブアレイ単位で共通の信号線(図２のＳＯと接続する線)に接続することにより、サブアレイ１００１内の１素子回路１０２の端子ＳＯからの出力信号が、サブアレイ単位で加算される。【００６５】
サブアレイ１００１内の全ての１素子回路１０２からの出力信号が加算された信号は、サブアレイ１００１の端子ＳＯからサブアレイ切替スイッチ１１０１の端子ＳＯに入力する。【００６６】
制御回路１２００から出力される切替信号Ｃによって、サブアレイ切替スイッチ１１０１のスイッチＳＷ２０をオンにしてスイッチＳＷ２２をオフにすることにより、サブアレイ切替スイッチ１１０１端子ＳＯ２から出力して、本体装置１００５のインターフェース回路１００３に送られる。【００６７】
インターフェース回路１００３に送られた信号は制御部１００７に送られ、制御部１００７でそれぞれのサブアレイ１００１からの出力に対応する信号が統合されて被検体の超音波画像が形成される。この形成された超音波画像は、表示部１００８に送られて、表示部の画面受に表示される。【００６８】
図６は、１素子回路１０２の素子回路切替スイッチ２０７の制御の一例を示す真理値表である。【００６９】
図７は、サブアレイ切替スイッチ１１０１の制御の一例を示す真理値表である。【００７０】
図８は、送受分離部２０２の制御の一例を示す真理値表である。【００７１】
１素子回路１０２の素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３と、サブアレイ切替スイッチ１１０１のスイッチＳＷ２０、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３と、送受分離部２０２は、制御回路１２００から出力される切替信号Ｃの０、あるいは１のデジタル値に応じて、スイッチの端子間が導通状態でありスイッチがオンしていることを示すＣＬＯＳＥ、あるいはスイッチの端子間が非導通状態でありスイッチがオフしていることを示すＯＰＥＮのモードに設定される。制御回路１２００から出力される切替信号Ｃは、本体のデジタルＩＦ１００６を介して、制御部１００７により制御される。【００７２】
図９は、１素子回路１０２の送受分離部２０２と素子回路切替スイッチ２０７と、サブアレイ切替スイッチ１１０１の制御のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。【００７３】
以下、図６乃至図９を用いて、素子回路切替スイッチ２０７とサブアレイ切替スイッチ１１０１と送受分離部２０２の制御のタイミングについて説明する。【００７４】
図９において、Ｔ０１の期間は、切替信号Ｃは０に設定される。送受分離部２０２はＯＰＥＮに設定され、受信アナログフロントエンド部２０４は、送信部２０３および振動子２０１と分離される。素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１、及びサブアレイ切替スイッチ１１０１のスイッチＳＷ２０、ＳＷ２１はＯＰＥＮに設定され、素子回路切替スイッチ２０７のスイッチＳＷ１２、ＳＷ１３、及びサブアレイ切替スイッチ１１０１のＳＷ２２、ＳＷ２３はＣＬＯＳＥに設定される。【００７５】
従って、本体装置１００５のデジタルＩＦ１００６を介して制御部１００７で制御されたプローブ１００４の制御回路１２００から各送信信号源１１０３に出力される制御信号に基づいて送信信号源１１０３から出力される送信入力信号はスイッチＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ２２、ＳＷ２３を通過し、送信アナログメモリ部２０６に入力することが可能となる。即ち、振動子２０１から超音波信号が出力可能な状態となる。【００７６】
図９において、Ｔ０２の期間は、切替信号Ｃは１に設定される。送受分離部２０２はＣＬＯＳＥに設定され、受信アナログフロントエンド部２０４は、振動子２０１と導通状態になる。スイッチＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ２０、ＳＷ２１はＣＬＯＳＥに設定され、スイッチＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ２２、ＳＷ２３はＯＰＥＮに設定される。従って、基準信号源１１０２から出力される基準電圧はスイッチＳＷ１１、ＳＷ２１を通過し、受信アナログメモリ部２０５に入力することが可能となる。受信アナログメモリ部２０５から出力される信号はスイッチＳＷ１０を通過し、サブアレイ１００１内の１素子回路１０２の出力信号が、サブアレイ単位で加算され、スイッチＳＷ２０を通過し、バッファ１２０１に入力され、本体装置１００５へと出力される。即ち、振動子２０１で受信した超音波信号が、本体装置１００５で受信可能な状態となる。【００７７】
以上に示したとおり、サブアレイ１００１毎に基準電圧源を設けるため、複数のサブアレイ１００１間の出力信号の干渉は起こらない。一方、サブアレイ１００１毎に基準電圧を出力する配線が必要となるが、図５に示したように、サブアレイ切替スイッチ１１０１に、端子ＳＲ２から基準電圧を入力し、端子ＳＤ１から送信信号入力してスイッチＳＥ２１とＳＷ２３とを切替えることにより、サブアレイ切替スイッチ１１０１端子ＳＲからは基準電圧と送信信号の何れかが出力され、サブアレイ１００１へ入力する配線ＳＲと兼用が可能なため、配線面積を抑えながら、サブアレイ１００１間の出力信号の干渉を防ぐことが可能な超音波プローブを提供することができる。【００７８】
また、本実施例では、図１１のバッファ回路１３１０はボルテージフォロワに限らず低出力インピーダンスが実現可能な構成なら良い。例えば、エミッタフォロワやソースフォロワ、オペアンプを用いた非反転増幅器などが考えられる。【００７９】
また、図３において、受信アナログメモリ部２０５と送信アナログメモリ部２０６は、送信と受信で共用しても良い。この場合でも、送信入力用の端子Ｄ０と端子Ｄ１と受信出力用の端子Ｏと基準電圧入力用の端子Ｒに対して、素子回路切替スイッチ２０７を接続することで、基準電圧の配線と送信入力信号の配線を兼用することが可能である。
【実施例２】
【００８０】
図１１は図１に対し、図１０に示す基準電圧源１１０２内の基準電圧設定回路１３００を図１３に示した基準電圧設定回路１４００で置き換えて、各基準電圧源で共有できるようにした図である。以下、図１１乃至図１３を用いて、本発明の第２の実施の形態を説明する。【００８１】
基準電圧設定回路１４００から出力された基準電圧信号は、基準電圧源１１１０を介しサブアレイ切替スイッチ１１０１に接続される。基準電圧設定回路１４００は制御回路１２１０から入力された制御信号に基づき、基準電圧を設定し、基準電圧源１１１０へと出力する。基準電圧源１１１０はバッファとして動作し、基準電圧設定回路の出力を受け、低インピーダンスで出力する。その他の動作は本発明第１の実施の形態と同じなため説明を省略する。【００８２】
図１２に本実施例における基準電圧源１１１０の一例を示す。図１３に本実施例における基準電圧設定回路１４００の一例を示す。【００８３】
基準電圧源１１１０は、バッファ回路１３１０で構成され、バッファ回路１３１０は、ボルテージフォロワを構成しており、入力された基準電圧を低インピーダンスで出力する。【００８４】
図１３に示した基準電圧設定回路１４００は、電流源１４０１と抵抗１４０２と抵抗１４０３とスイッチＳＷ１４１９とＳＷ１４１１とバッファ回路１４０４で構成される。【００８５】
電流源１４０１は、直列接続された抵抗１４０２と抵抗１４０３に電流を流し、抵抗１４０３の一端はグランド電位に接続される。電流源１４０１の電流値をIとし、抵抗１４０２と抵抗１４０３の抵抗値をそれぞれＲとすれば、スイッチＳＷ１４００とスイッチＳＷ１４０１の一端にはそれぞれ、Ｉ２ＲとＩＲの基準電圧が加えられる。【００８６】
スイッチＳＷ１４１０とスイッチＳＷ１４１１は制御回路１２００により制御され、スイッチＳＷ１４１０がクローズで、スイッチＳＷ１４１１がオープンの場合、Ｉ２Ｒの基準電圧がバッファ回路１４０４に入力される。一方、スイッチＳＷ１４１０がオープンで、スイッチＳＷ１４１１がクローズの場合、ＩＲの基準電圧がバッファ回路１４０４に入力される。バッファ回路１４０４は、ボルテージフォロワを構成しており、入力された基準電圧を低インピーダンスで出力する。【００８７】
すなわち、基準電圧をサブアレイ１００１へ供給するため、低インピーダンス出力のバッファ回路部１３１０は、各サブアレイに対して１対１で接続することにより、異なるサブアレイ間の干渉を低減できる。【００８８】
一方、基準電圧の設定を行なう基準電圧設定回路１４００は、図１２に示すように、複数の基準電圧源１１１０で共有される。そのため、基準電圧設定回路１４００を各基準電圧源内で構成する方式に比べ、面積と消費電力の削減が可能となる。【００８９】
また、制御回路１２１０からの信号により、基準電圧設定回路１４００のスイッチＳＥ１４１０とＳＥ１４１１とを制御することで、基準電圧を変えることが可能となる。例えば、図３に示した受信ＡＦＥ２０４あるいは受信アナログメモリ部２０５が複数の消費電力で動くモードを持つとすれば、そのモードに連動して基準電圧を切替えることが可能となる。【００９０】
また、本実施例における、図１３と図１４のバッファ回路１３１０とバッファ回路１４０４は、ボルテージフォロワに限らず低出力インピーダンスが実現可能な構成なら良い。例えば、エミッタフォロワやソースフォロワ、オペアンプを用いた非反転増幅器などが考えられる。また、図１４のバッファ回路１４０４が無い構成でも良い。バッファ回路１４０４は、基準電圧設定回路１４００と基準電圧源１１１０の間の配線において、周辺配線からの距離が近く、カップリングによる干渉の影響が懸念される場合等は、バッファ回路１４０４を入れることで、バッファ回路１４０４の出力が低インピーダンスのため、干渉の影響が軽減される。【００９１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。【００９２】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。【００９３】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００４…プローブ    １００１…サブアレイ    １０２…１素子回路  １２０１…バッファ    １２００…制御回路    １００５…本体装置    １００３…インターフェース回路    ２０１…振動子    ２０２…送受分離部    ２０３…送信部    ２０４…受信アナログフロントエンド部    ２０５…受信アナログメモリ部    ２０６…送信アナログメモリ部    ２０７…素子回路切替スイッチ    １１０１…サブアレイ切替スイッチ    １１０２…基準電圧源    １１０３…送信信号源    ＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３…スイッチ    ＳＷ２０、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３…スイッチ
【図１】
2017061414.tif 000004
【図２】
2017061414.tif 000005
【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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【図１３】
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【図１４】
2017061414.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月26日(2018.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電圧源とをそれぞれ複数備え、前記複数のサブアレイと前記複数の基準電圧源とはそれぞれ１対１に対応して構成されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波プローブであって、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の基準電圧源とは、前記複数のサブアレイ及び前記複数の基準電圧源とそれぞれ１対１に対応する切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項２記載の超音波プローブであって、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の送信信号源とは、前記切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
請求項１記載の超音波プローブであって、基準電圧設定回路を更に備え、前記基準電圧源はバッファ回路で構成されて前記基準電圧設定回路と接続されており、前記基準電圧源は前記基準電圧設定回路の出力信号を低出力インピーダンスでバッファ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５】
超音波信号を送受信する複数の素子回路を有する複数のサブアレイと、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の切替スイッチと、前記複数の切替スイッチと１対１に対応する複数の基準電源と、前記複数の切替スイッチを制御する制御部とを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項５記載の超音波プローブであって、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記制御部は前記複数の切替スイッチを制御して、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する回路のオン・オフ、及び前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記送信信号源とを接続する回路のオン・オフを行うことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
請求項６記載の超音波プローブであって、前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する回路のオン・オフの切替えと、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記送信信号源とを接続する回路のオン・オフの切替えを、逆のタイミングで行うことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
被検体に向けて超音波を送信して前記被検体からの反射波を受信する超音波プローブと、
前記超音波プローブからの前記超音波の送信と受信とを制御すると共に、前記被検体からの反射波を前記超音波プローブで受信した受信信号を受けて前記被検体の超音波画像を生成して表示画面上に表示する本体装置部と
を備え、
前記超音波プローブは、超音波信号を送受信する複数の素子回路を有するサブアレイと、基準電源とをそれぞれ複数有し、前記複数のサブアレイと前記複数の基準電源とはそれぞれ１対１に対応して構成されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の基準電源とは、前記複数のサブアレイ及び前記複数の基準電源とそれぞれ１対１に対応する切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の送信信号源を更に備え、前記１対１に対応する前記複数のサブアレイと前記複数の送信信号源とは、前記切替スイッチを介して接続されていることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項８記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは、基準電圧設定回路を更に備え、前記複数の基準電源はバッファ回路で構成されて前記基準電圧設定回路と接続されており、前記複数の基準電源は前記基準電圧設定回路の出力信号を低出力インピーダンスでバッファすることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブは、前記複数のサブアレイと１対１に対応する複数の切替スイッチと、前記複数の切替スイッチを制御する制御部とを備え、前記複数の基準電源は前記複数の切替スイッチと１対１に対応していることを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えと前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の送信信号源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えとを行うことを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の超音波プローブを備えた超音波診断装置であって、前記超音波プローブの前記制御部は、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の基準電源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えと、前記複数のサブアレイとそれぞれ１対１に対応する前記複数の送信信号源とを接続する前記切替スイッチのオン・オフの切替えを、逆のタイミングで行うことを特徴とする超音波プローブを備えた超音波診断装置。
【国際調査報告】
2017061414.tif 000018
2017061414.tif 000019