(57)【要約】【課題】従来に比して高周波帯域の信号を処理できる。【解決手段】本実施形態に係る超音波診断装置は、複数の変換部及び配列部を含む。複数の変換部は、１つの超音波振動子で受信したエコー信号を、周波数が同一であって位相が等間隔に異なる複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数のサンプリング値を取得する。配列部は、前記複数のサンプリング値を、サンプリング時刻に従い時系列順に配列する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの超音波振動子で受信したエコー信号を、周波数が同一であって位相が等間隔に異なる複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数のサンプリング値を取得する複数の変換部と、
前記複数のサンプリング値を、サンプリング時刻に従い時系列順に配列する配列部と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
前記１つの超音波振動子で受信したエコー信号を複数のエコー信号に分配する分配部を含む超音波プローブをさらに具備し、
前記複数の変換部は、前記複数のエコー信号と同数配置され、
各変換部は、前記複数のエコー信号のうちの１つを、前記変換部ごとに位相が異なるクロック信号を用いてサンプリングする、請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記超音波プローブが前記分配部を含むか否かを判定する判定部をさらに具備し、
前記複数の変換部は、前記超音波プローブが前記分配部を含まないと判定された場合、前記複数のエコー信号のうちの１つを、共通のクロック信号を用いてサンプリングする、請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記超音波プローブは、各超音波振動子を超音波の送受信に用いるか否かを切り替えるスイッチをさらに含む、請求項２または請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記エコー信号は、２つに分配され、
前記複数の変換部は、第１変換部および第２変換部を含み、
前記第１変換部は、２つに分配されたエコー信号の一方を、正相のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、第１サンプリング値を取得し、
前記第２変換部は、２つに分配されたエコー信号の他方を、前記正相のクロック信号とは逆相のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、第２サンプリング値を取得し、
前記配列部は、前記第１サンプリング値及び前記第２サンプリング値を、サンプリング時刻に従い時系列順に配列する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記エコー信号は、ｎ個のエコー信号に分配され、
前記複数のクロック信号は、位相が３６０°÷ｎずつ異なるｎ個のクロック信号であり、
ｎは、３６０の約数のうちの１以外の約数である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
１つの超音波振動子で受信したエコー信号から、複数のエコー信号を複製する分配部を具備する、超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波診断装置及び超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、対象物（患者等の被検体）に対し超音波を送信し、その対象物内からの反射波（エコー）を受信して対象物内を画像化するものである。近年では、より高周波帯域の信号を用いて高精細な映像化を行うことが求められる。
【０００３】
しかし、装置本体の受信回路内に含まれるアナログデジタル（ＡＤ）変換器のサンプリング周波数には限界がある。ナイキスト周波数以上の信号帯域は、いわゆる折り返しが発生するため、折り返し防止用のプリフィルタで除去する必要がある。つまり、ナイキスト周波数以上の帯域信号を映像化に利用することができず、映像の高精細化の制約となりうる。
高周波帯域の信号を用いる場合は元のサンプリング周波数を上げればよいが、ＡＤ変換器の回路規模を増大する必要があり、コスト増加や消費電力が増加するなどのデメリットが生じる。
【０００４】
回路規模を保持しつつサンプリング周波数を等価的に上げる手法として、等価時間サンプリング法がある。等価時間サンプリング法は、周期信号に対してサンプルタイミングをずらして複数周期のデータを取得して並び替える方法である。しかし、等価時間サンプリング法を超音波診断装置に対して適用した場合、複数回送信された超音波のそれぞれのエコー信号に対してサンプリングを行う必要があるため、被検体の体動による影響などにより正確なサンプリングができない。さらには、複数のエコー信号が必要となることからフレームレートが低下する問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８６９３９号公報
【特許文献２】特開昭５９−２０７７３３号公報
【特許文献３】特開２０１５−９１００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態の目的は、より高周波帯域の信号を処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る超音波診断装置は、複数の変換部及び配列部を含む。複数の変換部は、１つの超音波振動子で受信したエコー信号を、周波数が同一であって位相が等間隔に異なる複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数のサンプリング値を取得する。配列部は、前記複数のサンプリング値を、サンプリング時刻に従い時系列順に配列する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る超音波プローブの構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る超音波送受信回路を示すブロック図。
【図４】ＡＤＣに入力されるクロック信号の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る超音波送受信回路の変形例を示すブロック図。
【図６】超音波受信回路の処理結果の一例を示す図。
【図７】超音波受信回路の処理結果の一例を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図。
【図９】第１の実施形態に係る超音波プローブが接続された場合の、超音波受信回路を示すブロック図。
【図１０】一般的な超音波プローブが接続された場合の、超音波受信回路を示すブロック図。
【図１１】第３の実施形態に係る超音波プローブを示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態に係る超音波送受信回路を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置及び超音波プローブについて説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
本実施形態に係る超音波診断装置を図１のブロック図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示されるように、超音波診断装置１は、装置本体１０および超音波プローブ３０を含む。装置本体１０は、ネットワーク１００を介して外部装置４０と接続される。また、装置本体１０は、表示機器５０および入力装置６０と接続される。
【００１１】
超音波プローブ３０は、複数の超音波振動子（以下、単に素子ともいう）、素子に設けられる整合層、及び素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する。超音波プローブ３０は、装置本体１０と着脱自在に接続される。
複数の素子は、装置本体１０が有する超音波送信回路１１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。
【００１２】
超音波プローブ３０から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波として複数の素子にて受信される。受信される反射波の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁などの表面で反射された場合の反射波は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。超音波プローブ３０は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換して、装置本体１０に送信する。
【００１３】
図１に示される装置本体１０は、超音波プローブ３０が受信した反射波信号（エコー信号）に基づいて超音波画像を生成する装置である。装置本体１０は、図１に示すように、超音波送信回路１１、超音波受信回路１２、Ｂモード処理回路１３、ドプラ処理回路１４、３次元処理回路１５、表示処理回路１６、内部記憶回路１７、画像メモリ１８（シネメモリ）、画像データベース１９、入力インタフェース回路２０、通信インタフェース回路２１および制御回路２２を含む。
【００１４】
超音波送信回路１１は、超音波プローブ３０に駆動信号を供給するプロセッサである。超音波送信回路１１は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路、及びパルサ回路等により実現される。トリガ発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、超音波プローブ３０から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な素子毎の送信遅延時間を、トリガ発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ３０に駆動信号（駆動パルス）を印加する。遅延回路により各レートパルスに対し与える送信遅延時間を変化させることで、素子面からの送信方向が任意に調整可能となる。
【００１５】
超音波受信回路１２は、超音波プローブ３０が受信したエコー信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成するプロセッサである。超音波受信回路１２は、例えば、アンプ回路、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-Digital Converter）、受信遅延回路及び加算器等により実現される。超音波受信回路１２については、図２を参照して後述する。
【００１６】
Ｂモード処理回路１３は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に基づき、Ｂモードデータを生成するプロセッサである。Ｂモード処理回路１３は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に対して包絡線検波処理、及び対数増幅処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（以下、Ｂモードデータ）を生成する。生成されたＢモードデータは、超音波走査線上のＢモードＲＡＷデータとして不図示のＲＡＷデータメモリに記憶される。なお、ＢモードＲＡＷデータは、後述の内部記憶回路１７に記憶されてもよい。
【００１７】
ドプラ処理回路１４は、超音波受信回路１２から受け取った受信信号に基づき、ドプラ波形、及びドプラデータを生成するプロセッサである。ドプラ処理回路１４は、受信信号から血流信号を抽出し、抽出した血流信号からドプラ波形を生成すると共に、血流信号から平均速度、分散、及びパワー等の情報を多点について抽出したデータ（以下、ドプラデータ）を生成する。
【００１８】
３次元処理回路１５は、Ｂモード処理回路１３、及びドプラ処理回路１４により生成されたデータに基づき、２次元の画像データまたは３次元の画像データ（以下、ボリュームデータともいう）を生成可能なプロセッサである。３次元処理回路１５は、ＲＡＷ−ピクセル変換を実行することで、ピクセルから構成される２次元画像データを生成する。
【００１９】
また、３次元処理回路１５は、ＲＡＷデータメモリに記憶されたＢモードＲＡＷデータに対し、空間的な位置情報を加味した補間処理を含むＲＡＷ−ボクセル変換を実行することで、所望の範囲のボクセルから構成されるボリュームデータを生成する。３次元処理回路１５は、発生したボリュームデータに対してレンダリング処理を施し、レンダリング画像データを生成する。以下、ＢモードＲＡＷデータ、２次元画像データ、ボリュームデータおよびレンダリング画像データを総称して超音波データとも呼ぶ。
【００２０】
表示処理回路１６は、３次元処理回路１５において発生された各種画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度（ブライトネス）、コントラスト、γカーブ補正、及びＲＧＢ変換等の各種処理を実行することで、画像データをビデオ信号に変換する。表示処理回路１６は、ビデオ信号を表示機器５０に表示させる。なお、表示処理回路１６は、操作者が入力インタフェース回路２０により各種指示を入力するためのユーザインタフェース（ＧＵＩ：Graphical User Interface）を生成し、ＧＵＩを表示機器５０に表示させてもよい。表示機器５０としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００２１】
内部記憶回路１７は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。内部記憶回路１７は、本実施形態に係る遅延量設定方法に関する制御プログラム、超音波送受信を実現するための制御プログラム、画像処理を行うための制御プログラム、及び表示処理を行なうための制御プログラム等を記憶している。また、内部記憶回路１７は、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラム、及び映像化に用いるカラーデータの範囲を診断部位毎に予め設定する変換テーブル等のデータ群を記憶している。また、内部記憶回路１７は、生体内の臓器の構造に関する解剖学図譜、例えば、アトラスを記憶してもよい。
【００２２】
また、内部記憶回路１７は、入力インタフェース回路２０を介して入力される記憶操作に従い、３次元処理回路１５で発生された２次元画像データ、ボリュームデータ、レンダリング画像データを記憶する。なお、内部記憶回路１７は、入力インタフェース回路２０を介して入力される記憶操作に従い、３次元処理回路１５で発生された２次元画像データ、ボリュームデータ、レンダリング画像データを、操作順番及び操作時間を含めて記憶してもよい。内部記憶回路１７は、記憶しているデータを、通信インタフェース回路２１を介して外部装置４０へ転送することも可能である。
【００２３】
画像メモリ１８は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。画像メモリ１８は、入力インタフェース回路２０を介して入力されるフリーズ操作直前の複数フレームに対応する画像データを保存する。画像メモリ１８に記憶されている画像データは、例えば、連続表示（シネ表示）される。
【００２４】
画像データベース１９は、外部装置４０から転送される画像データを記憶する。例えば、画像データベース１９は、外部装置４０に保存される過去の診察において取得された同一患者に関する過去の医用画像データを受け取って記憶する。過去の医用画像データには、超音波画像データ、ＣＴ（Computed Tomography）画像データ、ＭＲ（magnetic resonance）画像データ、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）−ＣＴ画像データ、ＰＥＴ−ＭＲ画像データおよびＸ線画像データが含まれる。
【００２５】
なお、画像データベース１９は、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなどの記憶媒体（メディア）に記録された画像データを読み込むことで、所望の画像データを格納してもよい。
【００２６】
入力インタフェース回路２０は、入力装置６０を介して、ユーザからの各種指示を受け付ける。入力装置６０は、例えば、マウス、キーボード、パネルスイッチ、スライダースイッチ、トラックボール、ロータリーエンコーダ、操作パネルおよびタッチコマンドスクリーン（ＴＣＳ）である。入力インタフェース回路２０は、例えばバスを介して制御回路２２に接続され、操作者から入力される操作指示を電気信号へ変換し、電気信号を制御回路２２へ出力する。なお、本明細書において入力インタフェース回路２０は、マウス及びキーボード等の物理的な操作部品と接続するものだけに限られない。例えば、超音波診断装置１とは別体に設けられた外部の入力機器から入力される操作指示に対応する電気信号を無線信号として受け取り、この電気信号を制御回路２２へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース回路２０の例に含まれる。例えば、操作者のジェスチャによる指示に対応する操作指示を無線信号として送信できるような外部の入力機器でもよい。
【００２７】
通信インタフェース回路２１は、ネットワーク１００等を介して外部装置４０と接続され、外部装置４０との間でデータ通信を行う。外部装置４０は、例えば、各種の医用画像のデータを管理するシステムであるＰＡＣＳ（Picture Archiving and  Communication System）のデータベース、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムのデータベース等である。また、外部装置４０は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置、及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、核医学診断装置、及びＸ線診断装置等、本実施形態に係る超音波診断装置１以外の各種医用画像診断装置である。なお、外部装置４０との通信の規格は、如何なる規格であっても良いが、例えば、ＤＩＣＯＭ（digital imaging and communication in medicine）が挙げられる。
【００２８】
制御回路２２は、例えば、超音波診断装置１の中枢として機能するプロセッサである。制御回路２２は、内部記憶回路１７に記憶されている制御プログラムを実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。
【００２９】
制御回路２２は、これら専用のハードウェア回路を組み込んだ特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Logic Device：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、又は単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されてもよい。
【００３０】
次に、第１の実施形態に係る超音波プローブ３０について図２を参照して説明する。
超音波プローブ３０は、プローブ本体３1（ＨＥＡＤともいう）、ケーブル３３、コネクタ部３５（ＰＯＤともいう）を含む。
【００３１】
プローブ本体３１は、複数の素子３１１を含む。なお、説明の便宜上、プローブ本体３１に配置される送受信に関する送受信ＩＣ等は省略する。
【００３２】
複数の素子３１１は、超音波を被検体Ｐ内に送信し、被検体Ｐ内で反射したエコー信号を受信する。ここでは、１次元リニアアレイプローブを想定し、複数の素子３１１が一列に配列される場合を示すが、これに限らず、１．５次元アレイプローブ、２次元アレイプローブ等その他のプローブでもよく、その他のプローブで用いられる素子の配列であってもよい。
【００３３】
ケーブル３３は、プローブ本体３１からのエコー信号をコネクタ部に伝送する伝送線路である。
コネクタ部３５は、装置本体１０に接続される部分であり、分配回路３５１を有する。分配回路３５１は、１つの素子３１１で受信したエコー信号を複数のエコー信号に分配（複製）する。
【００３４】
なお、以下では、１つの素子３１１で受信したエコー信号を２つに分配し、２つのエコー信号を生成する場合について説明する。また、説明の便宜上、１つの素子３１１からの信号が分岐される状態を図示しているが、同時受信口径として用いられる素子の全てについて、信号を２つに分配して２つのエコー信号を生成し、後段への入力とする。
【００３５】
次に、第１の実施形態に係る超音波受信回路１２の一例について図３を参照して説明する。
超音波受信回路１２は、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ：Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１２１、複数のＡＤＣ１２３、クロック決定回路１２５、配列回路１２６、受信遅延回路１２７及び加算器１２８を含む。
【００３６】
ＬＮＡ１２１は、接続される超音波プローブ３０の素子数（チャンネル数）と同数配置される。ＬＮＡ１２１は、コネクタ部３５を介して素子３１１で受信したエコー信号を受信し、エコー信号を増幅する。図３の例では、分配回路３５１で２つに分配された同一の素子３１１からのエコー信号の一方が、ＬＮＡ１２１−１に入力され、同一の素子３１１からのエコー信号の他方が、ＬＮＡ１２１−（ｍ＋１）に入力される（ｍは自然数）。それぞれのＬＮＡ１２１において、エコー信号が増幅される。
【００３７】
ＡＤＣ１２３は、超音波プローブのチャンネル数、すなわちＬＮＡ１２１と同数配置され、ＬＮＡ１２１と１対１で接続される。ここでは、ＬＮＡ１２１−１にＡＤＣ１２３−１が接続され、ＬＮＡ１２１−（ｍ＋１）にＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）が接続される。
【００３８】
なお、１つの素子３１１で受信したエコー信号が２つのエコー信号に分配されるので、同時受信口径に用いられる素子数の２倍の数のＡＤＣ１２３を用いることになる。つまり、装置本体１０のＡＤＣ１２３の数がｑ（ｑは自然数）個である場合、超音波プローブの素子３１１のうち同時受信口径として用いることができる素子数（チャンネル数）は最大でｑ／２個である。
【００３９】
ＡＤＣ１２３は、クロック信号とＬＮＡ１２１から増幅されたエコー信号とを受け取り、クロック信号に応じたタイミングで受信信号をサンプリングし、サンプリング値を得る。サンプリングのタイミングは、例えばクロック信号の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとしてサンプリングすればよい。
【００４０】
クロック決定回路１２５は、例えばＮＯＴ回路により構成され、外部からクロック信号を受け取り、クロック信号の位相を反転する。
【００４１】
ここで、同一の素子３１１からの共通のエコー信号をサンプリングするＡＤＣ１２３−１及びＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）には、互いに位相が反転したクロック信号がそれぞれ入力される。
クロック信号の位相を反転させる方法としては、例えばクロック決定回路１２５が、ＮＯＴ回路により構成されることで、入力されたクロック信号の位相を反転すればよい。これにより、正相のクロック信号と、クロック決定回路１２５により位相が反転した逆相のクロック信号が生成される。
【００４２】
ＡＤＣ１２３−１及びＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）に入力されるクロック信号の一例を図４に示す。
ＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）には、図４に示すような正相のクロック信号Ｃｌｏｃｋ１が入力される。ＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）は、Ｃｌｏｃｋ１の立ち上がりをトリガとして、エコー信号をサンプリングし、サンプリング値を取得する。ＡＤＣ１２３−１には、Ｃｌｏｃｋ１とは逆相のクロック信号Ｃｌｏｃｋ２が入力される。ＡＤＣ１２３−１は、Ｃｌｏｃｋ２の立ち上がりをトリガとして、ＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）と共通のエコー信号をサンプリングし、サンプリング値を取得する。これにより、時系列順では、ＡＤＣ−（ｍ＋１）で得られる、あるサンプリング時刻のサンプリング値と次のサンプリング時刻におけるサンプリング値との間に、ＡＤＣ−１で得られる逆相のクロック信号を用いたサンプリング値が存在する。
【００４３】
なお、共通のエコー信号が入力されるＡＤＣ１２３−１及びＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）では、等しいダイナミックレンジとなるようにゲインが調整されることが望ましい。例えば、低周波のノイズを予め調整するためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High Pass Filter）をプリフィルタとして、ＡＤＣ１２３の前段に設けてもよい。ゲインの調整は、例えば、超音波プローブ３０の出荷前の段階で、素子ごと（チャンネルごと）のゲインを測定し、ゲインに基づいて補正テーブルを予め作成しておく。その後、被検体に対するスキャン時に当該補正テーブルを参照して、チャンネルの組み合わせに応じてゲインを補正すればよい。
【００４４】
配列回路１２６は、ＡＤＣ１２３−１で取得されたサンプリング値の系列（サンプリング系列）とＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）で取得されたサンプリング系列をそれぞれ受け取り、サンプリング値をサンプリング時刻に従い時系列順に並び替え、デジタル信号を生成する。
【００４５】
具体的には、正相のクロック信号でサンプリングしたＡＤＣ１２３のサンプリング系列を、「ａ０，ａ１，ａ２，・・・，ａｆ」とし、逆相のクロック信号でサンプリングしたＡＤＣ１２３のサンプリング系列を、「ｂ０，ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｆ」と仮定する。この場合、これらのサンプリング値を時系列順に「ａ０，ｂ０，ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，・・・，ａｆ，ｂｆ」と並び替えればよい。
【００４６】
受信遅延回路１２７は、配列回路１２６からデジタル信号を受け取り、デジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な受信遅延時間を与える。
【００４７】
加算器１２８は、受信遅延回路１２７から受信遅延時間が与えられた複数のデジタル信号を受け取って加算する。加算器の加算処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。
【００４８】
また、第１の実施形態に係る超音波受信回路１２の変形例を図５に示す。
図５は、例えば制御回路２２において、予め位相を１８０°反転させた２つのクロック信号を用意した場合の例である。このように、図３のように超音波受信回路１２の内部にクロック決定回路１２５を設けず、超音波受信回路１２の外部から入力される正相のクロック信号及び逆相のクロック信号を、ＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）及びＡＤＣ１２３−１にそれぞれ入力するようにしてもよい。
【００４９】
次に、第１の実施形態に係る超音波受信回路１２の処理結果の一例について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、時間領域におけるエコー信号のサンプリング点であり、縦軸が振幅を示し、横軸が時間を示す。また、実線６０１は、エコー信号を示す。実線の円６０２は、Ｃｌｏｃｋ１のクロック信号に従うサンプリング点を示し、破線の円６０３は、Ｃｌｏｃｋ２のクロック信号に従うサンプリング点を示す。
図６から明らかなように、エコー信号に対して１つのクロックの２倍のサンプリング値を得ることができる。
【００５０】
図７は、周波数帯域における信号強度であり、縦軸が信号強度、横軸が周波数を示す。また、実線７０１は、図６に示すエコー信号をフーリエ変換したものであり、破線７０２は、図６のサンプリング点から得られる周波数特性である。
図７に示すように、破線７０２が実線７０１に沿ったグラフとなっており、サンプリング点により高周波帯域まで再現できていることが分かる。
【００５１】
以上に示した第１の実施形態によれば、同一の素子からのエコー信号を２つのＡＤＣに入力し、共通のエコー信号を、位相が１８０°異なる正相のクロック信号または逆相のクロック信号でサンプリングする。これによって、１回の超音波の送信に基づくエコー信号をクロック信号の２倍のサンプリング周波数でサンプリングすることができるため、より高周波帯域の信号を処理することができる。つまり、通常のクロック信号のナイキスト周波数以上の帯域信号を処理することができ、より高精細な映像（超音波画像）を生成することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態では、超音波プローブの種類に応じ、エコー信号に対して通常のサンプリングを行うか、第１の実施形態に係るサンプリングを行うかを判定する。このような判定を行うことにより、第１の実施形態に係る超音波プローブと一般的な超音波プローブとを併用することができ、超音波診断装置の利便性を向上させることができる。
【００５３】
第２の実施形態に係る超音波診断装置１について図８を参照して説明する。
第２の実施形態に係る超音波診断装置１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置と同様であるが、制御回路２２は、判定機能２２１を実現する。なお、判定機能２２１は、制御プログラムとして組み込まれていてもよいし、制御回路２２自体または装置本体１０に、判定機能２２１を実行可能な専用のハードウェア回路が組み込まれていてもよい。
【００５４】
判定機能２２１を実現する制御回路２２が、超音波プローブの種類を判定する。ここでは接続された超音波プローブ３０が分配回路３５１を含む超音波プローブであるか否かを判定する。
【００５５】
具体的には、分配回路３５１を含む超音波プローブ３０のプローブＩＤのテーブルが、例えば、内部記憶回路１７に予め格納される。超音波プローブ３０が装置本体１０に接続された場合に、超音波プローブ３０からプローブＩＤが装置本体１０に送信される。判定機能２２１を実現する制御回路２２は、受信したプローブＩＤとテーブルに格納されるプローブＩＤとを比較し、一致するＩＤがあれば、分配回路３５１を含む超音波プローブ３０であると判定すればよい。
【００５６】
判定機能２２１を実現する制御回路２２は、接続された超音波プローブ３０が分配回路３５１を含む超音波プローブであると判定した場合、共通のエコー信号が入力される２つのＡＤＣ１２３に対し、正相のクロック信号と逆相のクロック信号とがそれぞれ入力されるように、スイッチ１２９を切り替える制御信号を生成する。一方、判定機能２２１を実現する制御回路２２は、接続された超音波プローブが分配回路３５１を含まない超音波プローブであると判定した場合、共通のエコー信号が入力される２つのＡＤＣ１２３に対し、一方に逆相のクロック信号が入力されないように、すなわち共通のクロック信号が入力されるように、スイッチ１２９を切り替える制御信号を生成する。
【００５７】
次に、第２の実施形態に係る超音波受信回路１２について図９を参照して説明する。
第２の実施形態に係る超音波受信回路１２は、第１の実施形態に係る構成に加え、スイッチ１２９を含む。
【００５８】
スイッチ１２９は、ＡＤＣ１２３のサンプリングクロックに関して、制御回路２２から受信する制御信号に応じて、ＡＤＣに対して逆相のクロック信号を入力するか、正相のクロック信号を入力するかを切り替える。図９の例では、逆相のクロック信号が入力されるようにスイッチ１２９を切り替えた場合であり、クロック決定回路１２５からの逆相のクロック信号がＡＤＣ１２３に入力される。これにより、第１の実施形態と同様に、高周波帯域でのサンプリングを行うことができる。
【００５９】
次に、一般的な超音波プローブ、すなわち分配回路３５１を含まない超音波プローブが接続される場合を図１０に示す。
図１０に示すように、クロック決定回路１２５からの逆相のクロック信号がＡＤＣ１２３−１に入力されずに、共通するクロック信号が各ＡＤＣ１２３に入力されるように切り替える。
【００６０】
一般的な超音波プローブでは、１つのチャンネルに対し１つのＡＤＣ１２３が対応する必要があるので、全てのＡＤＣ１２３が同一のクロック信号で動作させればよい。これによって、一般的なエコー信号のＡＤ変換（サンプリング処理）を行うことができる。
【００６１】
以上に示した第２の実施形態によれば、超音波プローブが分配回路を含むか否かに応じてクロック信号を切り替えるスイッチを設けることで、接続される超音波プローブの種類に応じたエコー信号のＡＤ変換を実現できる。
つまり、第１の実施形態に係る超音波プローブが接続されたときは、送受信チャンネル数の２倍のＡＤＣを用いてサンプリング周波数の２倍のサンプリングを行うことで、より高周波帯域の信号を処理することができる。一方、一般的な超音波プローブが接続されたときは、送受信チャンネル数と同数のＡＤＣを用いて、通常のサンプリング処理を行うことができる。
すなわち、超音波診断装置の構造を変えることなく、処理を切り替えることができ、利便性及び汎用性を向上させることができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
上述の実施形態では、１つの素子に対して２つのＡＤＣを用いるため、同時受信口径（同時受信チャンネル数）としては、最大で、装置本体１０に配置されるＡＤＣの半数に相当する素子しか同時受信することはできない。
【００６３】
そこで、第３の実施形態では、超音波プローブ側に超音波の送受信に用いる素子を切り替えるスイッチを設ける。これにより、送受信に用いる素子数を減らさずに超音波の送受信を行うことができる。
【００６４】
第３の実施形態に係る超音波プローブ３０について図１１を参照して説明する。
図１１に示す超音波プローブ３０は、プローブ本体３１にスイッチ３１３を含む。
【００６５】
スイッチ３１３により、送受信に用いる複数の素子３１１が、超音波の送信のタイミングで切り替えられる。なお、図１１の例では、１つのスイッチ３１３しか図示していないが、スイッチ３１３が素子数の半数配置され、ｍ個離れた素子同士を切り替え可能に接続される。例えば、素子３１１−１と素子３１１−（ｍ＋１）とを同時受信口径で用いるべき素子を選択するように切り替えられる。なお、スイッチ３１３により切り替えられる素子の間隔は、ｍ個離れた素子同士に限らず、任意の間隔でもよい。
【００６６】
同時受信口径としてどの素子３１１を用いるかは、装置本体１０からの制御信号により制御されればよい。例えば、制御回路２２が、どの素子を同時受信口径として用いるかを予め選択した制御信号を超音波プローブ３０に送信する。超音波プローブ３０では、制御信号に応じてスイッチ３１３が切り替えられればよい。
【００６７】
なお、スイッチ３１３は、ケーブル径の増大を許容できるならば、プローブ本体３１ではなくコネクタ部３５に含まれてもよい。
また、各素子についてオン／オフを制御するスイッチを配置し、切り替え対象となる２つの素子３１１同士を対応付けることで、一方の素子がオンである場合、対応付けられる他方の素子がオフとなるスイッチ制御でもよい。
【００６８】
以上に示した第３の実施形態によれば、超音波プローブ３０内にスイッチを設け、同時受信口径に用いる素子を切り替えることで、利用する素子数を減らすことなく、視野幅を拡大できる。また、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、クロック信号の２倍のサンプリング周波数でサンプリングすることができるため、より高周波帯域の信号を処理することができる。
【００６９】
（第４の実施形態）  
第１の実施形態から第３の実施形態までは、正相のクロック信号と逆相のクロック信号との２つのクロック信号により、エコー信号を実質２倍のサンプリング周波数でサンプリングする例を示した。これに限らず、第４の実施形態では、１つの素子で受信したエコー信号を３つ以上に分配し、実質３倍以上のサンプリング周波数でサンプリングしてもよい。
【００７０】
第４の実施形態に係る超音波受信回路１２について図１２を参照して説明する。
同一の素子３１１からのエコー信号は、分配回路３５１により複数のエコー信号に分配される。以下では、ｎ個のエコー信号に分配されたものとして説明する。ｎは、３６０の約数のうちの１以外の約数であり、以下ではｎ＝３である場合を想定する。ｎ個のエコー信号は、超音波受信回路１２における複数のＬＮＡ１２１にそれぞれ入力され、増幅される。
【００７１】
クロック決定回路１２５は、入力されるクロック信号から、周波数が同一であって位相が等間隔に異なる複数のクロック信号を生成する。具体的には、位相が３６０°÷ｎずつ異なるｎ個のクロック信号を生成すればよい。例えば、ｎ＝３であれば、３６０÷３＝１２０なので、基準となる位相が０°の第１クロック信号、第１クロック信号から位相が１２０°ずれた第２クロック信号、及び第１クロックから位相が２４０°ずれた第３クロック信号の３つのクロック信号が生成される。
【００７２】
ｍ個ずつ離れたｎ個のＡＤＣには、位相が３６０°÷ｎずつ異なるｎ個のクロック信号が１対１に入力される。図１２の例では、例えば、ＡＤＣ１２３−１には第３クロック信号が入力され、ＡＤＣ１２３−（ｍ＋１）には第２クロック信号が入力され、ＡＤＣ１２３−（２ｍ＋１）には第１クロック信号が入力される。各ＡＤＣは、入力されたクロック信号に従って、共通のエコー信号をサンプリングし、サンプリング値を得る。
【００７３】
配列回路１２６は、第１の実施形態の場合と同様に、各ＡＤＣ１２３から受け取ったサンプリング値をサンプリング時刻に従い時系列順に配列すればよい。
【００７４】
なお、何倍のサンプリング周波数でエコー信号をサンプリングするかは、例えば、予め設定しておいてもよいし、制御回路２２が、ユーザ指示により決定されたｎの値を、クロック決定回路１２５及び超音波プローブ３０の分配回路３５１に通知する。
【００７５】
分配回路３５１は、装置本体１０から通知されたｎの値に応じてエコー信号をｎ個に分配し、ｎ個のエコー信号を生成する。
クロック決定回路１２５は、ｎの値に応じて３６０°÷ｎずつ異なるクロック信号を生成する。制御回路２２は、正相（位相が０°）のクロック信号が入力されるＡＤＣ以外の各ＡＤＣに対して、３６０°÷ｎずつ異なるクロック信号の１つを入力するように制御すればよい。
【００７６】
以上に示した第４の実施形態によれば、周波数が同一であって位相が等間隔に異なる複数のクロック信号を用いて、同一の素子で受信したエコー信号をサンプリングすることにより、エコー信号の分配数に応じた倍数のサンプリング周波数でエコー信号をサンプリングすることができる。これにより、第１の実施形態及び第２の実施形態に比して、より高周波帯域の信号を処理することができ、高精細な超音波画像を生成することができる。
【００７７】
また、本実施形態に係る装置本体１０に含まれる構成と分配回路３５１とは、プローブ本体３１内に含まれてもよい。この場合、プローブ本体３１は、超音波画像を表示するための表示機器５０（ディスプレイ、タブレット端末、スマートフォンなど）と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）または無線で接続されてもよい。
【００７８】
加えて、実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・超音波診断装置、１０・・・装置本体、１１・・・超音波送信回路、１２・・・超音波受信回路、１３・・・Ｂモード処理回路、１４・・・ドプラ処理回路、１５・・・３次元処理回路、１６・・・表示処理回路、１７・・・内部記憶回路、１８・・・画像メモリ、１９・・・画像データベース、２０・・・入力インタフェース回路、２１・・・通信インタフェース回路、２２・・・制御回路、３０・・・超音波プローブ、３１・・・プローブ本体、３３・・・ケーブル、３５・・・コネクタ部、４０・・・外部装置、５０・・・表示機器、６０・・・入力装置、１００・・・ネットワーク、１２１・・・ＬＮＡ、１２３・・・ＡＤＣ、１２５・・・クロック決定回路、１２６・・・配列回路、１２７・・・受信遅延回路、１２８・・・加算器、１２９，３１３・・・スイッチ、２２１・・・判定機能、３１１・・・素子、３５１・・・分配回路、６０１，７０１・・・実線、６０２，６０３・・・円、７０２・・・破線。
【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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