(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視でＮ行Ｌ列のアレイ状に配置され、振動膜を有する超音波トランスデューサー素子と、
前記平面視でアレイの輪郭に沿って第１方向に並ぶＮ行分の前記超音波トランスデューサー素子と対応するＮ行分の素子側配線と、
Ｎ未満のＭ行分の回路側配線と、
前記Ｍ行分の回路側配線を、前記Ｎ行分の素子側配線のうちのＭ行分の素子側配線に選択的に接続する第１マルチプレクサーと、
前記平面視で前記アレイの輪郭に沿って前記第１方向に交差する第２方向に並ぶＬ列分の前記超音波トランスデューサー素子と対応するＬ列分の素子側配線と、
Ｌ未満のＫ列分の回路側配線と、
前記Ｋ列分の回路側配線を、前記Ｌ列分の素子側配線のうちのＫ列分の素子側配線に選択的に接続する第２マルチプレクサーと、
前記アレイと前記第１マルチプレクサーとの間に配置されて、前記アレイに前記Ｎ行分の素子側配線を接続する第１位置と、前記アレイから前記Ｎ行分の素子側配線を切り離す第２位置との間で切り替えられる第１スイッチと、
前記アレイと前記第２マルチプレクサーとの間に配置されて、前記アレイに前記Ｌ列分の素子側配線を接続する第１位置と、前記アレイから前記Ｌ列分の素子側配線を切り離す第２位置との間で切り替えられる第２スイッチと、
を備え、
前記第１スイッチが前記第２位置をとると、前記超音波トランスデューサー素子はグラウンドに接続され、前記第２スイッチが前記第２位置をとると、前記超音波トランスデューサー素子はグラウンドに接続され、
前記第１マルチプレクサーは、前記第１スイッチが前記第１位置にあり、かつ、前記第２スイッチが前記第２位置にあるときに、前記Ｍ行分の回路側配線に選択的に接続される前記超音波トランスデューサー素子に駆動信号を伝送し、かつ、前記Ｍ行分の回路側配線に選択的に接続される前記超音波トランスデューサー素子からの受信信号を伝送して、前記第２方向にスキャン方向を設定し、
前記第２マルチプレクサーは、前記第２スイッチが前記第１位置にあり、かつ、前記第１スイッチが前記第２位置にあるときに、前記Ｋ列分の回路側配線に選択的に接続される前記超音波トランスデューサー素子に駆動信号を伝送し、かつ、前記Ｋ列分の回路側配線に選択的に接続される前記超音波トランスデューサー素子からの受信信号を伝送して、前記第１方向にスキャン方向を設定することを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波デバイスユニットと、前記第１マルチプレクサーおよび前記第２マルチプレクサーを介して前記超音波トランスデューサー素子と接続される制御部と、備え、
前記制御部は、
前記第１マルチプレクサーを介して送信および受信しながら、前記Ｍ行分の素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子の中で前記第２方向にスキャン方向を設定する第１モードと、
前記第２マルチプレクサーを介して送信および受信しながら、前記Ｋ列分の素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子の中で前記第１方向にスキャン方向を設定する第２モードと、
を相互に切り替えることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器において、前記制御部は、
前記第１マルチプレクサーで前記Ｍ行分の素子側配線を選択する信号を生成するライン選択部と、
選択された前記Ｍ行分の素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子から送信される超音波を前記第２方向にセクタースキャンする駆動信号を生成する駆動部と、
金属体の信号強度を検出すると、第２方向位置および前記セクタースキャンの角位置を特定する検出部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項６に記載の電子機器において、前記ライン選択部は前記第２方向に前記Ｍ行分の素子側配線をシフトすることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電子機器において、前記ライン選択部は、前記第２方向位置に基づき前記第２マルチプレクサーで前記Ｋ列分の素子側配線を選択することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイスユニット、それを利用するプローブ、電子機器および超音波診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、二次元アレイの超音波トランスデューサー素子を有する超音波デバイスユニットは一般に知られる。二次元アレイの超音波トランスデューサー素子では被検体の断面に空間的な厚みを持たせることができる。焦点形成や超音波ビームの偏向は制御されることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３０５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１枚の二次元画像だけから穿刺針の位置を特定することは難しい。相違する方向から複数の断面画像が取得されれば、穿刺針の位置は特定されやすい。こうした断面画像の取得には二次元アレイの超音波トランスデューサー素子で全ての素子が個別に駆動されなければならない。個別駆動にあたって個々の超音波トランスデューサー素子ごとに信号配線が接続される。超音波トランスデューサー素子の全数に応じた本数で信号配線が配置されなければならない。配線数の増加は超音波デバイスユニットの大型化を誘引してしまう。
【０００５】
本発明の少なくとも１つの態様によれば、配線数を減少させて小型化を実現することができる超音波デバイスユニットは提供されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、アレイ状に配置され、振動膜を有する超音波トランスデューサー素子と、平面視でアレイの輪郭に沿って第１方向に並ぶＮ本の素子側配線で前記超音波トランスデューサー素子に接続され、前記素子側配線に選択的にＮ未満のＭ本の回路側配線を接続する第１マルチプレクサーと、前記平面視で前記アレイの輪郭に沿って前記第１方向に交差する第２方向に並ぶＬ本の素子側配線で前記超音波トランスデューサー素子に接続され、前記素子側配線に選択的にＬ未満のＫ本の回路側配線を接続する第２マルチプレクサーとを備える超音波デバイスユニットに関する。
【０００７】
超音波の送受信にあたって超音波トランスデューサー素子に電気信号が供給される。このとき、第１マルチプレクサーでは超音波トランスデューサー素子に選択的に多くてもＭ本の回路側配線が接続される。第２マルチプレクサーでは超音波トランスデューサー素子に選択的に多くてもＫ本の回路側配線が接続される。こうして超音波トランスデューサー素子は選択的に駆動される。超音波デバイスユニットから引き出される配線はＮ＋Ｌ本からＭ＋Ｋ本に削減される。配線数の減少は超音波デバイスユニットの小型化に寄与する。
【０００８】
（２）超音波デバイスユニットは、前記アレイと前記第１マルチプレクサーとの間に配置されて、前記アレイに前記素子側配線を接続する第１位置と、前記アレイから前記素子側配線を切り離す第２位置との間で切り替えられる第１スイッチを備えてもよい。第１マルチプレクサーから超音波トランスデューサー素子に駆動信号が供給される際には第１位置の第１スイッチはアレイに素子側配線を接続する。選択されたＭ本の素子側配線に駆動信号は供給される。第２マルチプレクサーから駆動信号が供給される際には第２位置の第１スイッチはアレイから第１マルチプレクサーを切り離す。こうして第１マルチプレクサーの回路側配線は使用されずに済むことから、制御が簡略化される。
【０００９】
（３）超音波デバイスユニットでは、前記第１スイッチが前記第２位置をとると、前記超音波トランスデューサー素子はグラウンドに接続されればよい。第２マルチプレクサーから超音波トランスデューサー素子の一方の電極に駆動信号が供給される際に、超音波トランスデューサー素子の他方の電極はグラウンドに接続される。こうして超音波トランスデューサー素子では他方の電極でグラウンド電位が共通化される。
【００１０】
（４）超音波デバイスユニットは、前記アレイと前記第２マルチプレクサーとの間に配置されて、前記アレイに前記素子側配線を接続する第１位置と、前記アレイから前記素子側配線を切り離す第２位置との間で切り替えられる第２スイッチを備えてもよい。第２マルチプレクサーから超音波トランスデューサー素子に駆動信号が供給される際には第１位置の第２スイッチはアレイに素子側配線を接続する。選択されたＫ本の素子側配線に駆動信号は供給される。第１マルチプレクサーから駆動信号が供給される際には第２位置の第２スイッチはアレイから第２マルチプレクサーを切り離す。こうして第２マルチプレクサーの回路側配線は使用されずに済むことから、制御が簡略化される。
【００１１】
（５）超音波デバイスユニットでは、前記第２スイッチが前記第２位置をとると、前記超音波トランスデューサー素子はグラウンドに接続されればよい。第１マルチプレクサーから超音波トランスデューサー素子の他方の電極に駆動信号が供給される際に、超音波トランスデューサー素子の一方の電極はグラウンドに接続される。こうして超音波トランスデューサー素子では一方の電極でグラウンド電位が共通化される。
【００１２】
（６）超音波デバイスユニットはプローブに組み込まれて利用されることができる。このとき、プローブは、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えればよい。
【００１３】
（７）超音波デバイスユニットは電子機器に組み込まれて利用されることができる。このとき、電子機器は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えればよい。
【００１４】
（８）超音波デバイスユニットは超音波診断装置に組み込まれて利用されることができる。このとき、超音波診断装置は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えればよい。
【００１５】
（９）超音波デバイスユニットは電子機器に組み込まれて利用されることができる。このとき、電子機器は、超音波デバイスユニットと、Ｍ本の前記素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子の中で前記第２方向にスキャン方向を設定する第１モードを確立する制御部をさらに備えればよい。第１モードでは、第２方向に沿って配列される超音波トランスデューサー素子の受信信号に基づき断面画像は形成される。
【００１６】
（１０）前記制御部は、Ｋ本の前記素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子の中で前記第１方向にスキャン方向を設定する第２モードを確立してもよい。第２モードでは、第１方向に沿って配列される超音波トランスデューサー素子の受信信号に基づき断面画像は形成される。
【００１７】
（１１）前記制御部は、前記第１モードと前記第２モードとを相互に切り替えてもよい。こうして相互に交差する断面に基づき対象物の画像は取得されることができる。
【００１８】
（１２）前記制御部は、前記第１マルチプレクサーで前記素子側配線を選択する信号を生成するライン選択部と、選択された前記素子側配線に接続される前記超音波トランスデューサー素子から送信される超音波を前記第２方向にセクタースキャンする駆動信号を生成する駆動部と、金属体の信号強度を検出すると、第１方向位置および前記セクタースキャンの角位置を特定する検出部とを備えてもよい。超音波デバイスユニットは針といった金属体の穿刺にあたって利用されることができる。一般に、金属体の反射率は高いことから、超音波が金属体の表面に直交すると、高い信号強度は得られる。こうしてセクタースキャンに応じて金属体は特定される。
【００１９】
（１３）前記ライン選択部は前記第２方向に素子側配線をシフトしてもよい。シフトの結果、金属体の信号強度が消失すると、第１方向に沿って金属体の先端（端部）は特定される。こうしてシフトが繰り返されることで、金属体が移動しても金属体の先端は追跡されることができる。
【００２０】
（１４）前記ライン選択部は、前記第２方向位置に基づき前記第２マルチプレクサーで前記素子側配線を選択すればよい。第１モードで第２方向に金属体の位置は特定される。特定された位置に応じて第２モードでは第２マルチプレクサーの素子側配線は選択される。したがって、第２マルチプレクサーで素子側配線がＬ本からＫ本に絞られても、確実に第２モードで金属体は追跡されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超音波診断装置の構成を概略的に示す概略図である。
【図２】超音波プローブの表面を概略的に示す斜視図である。
【図３】一実施形態に係る超音波デバイスの構成を概略的に示す拡大部分平面図である。
【図４】超音波デバイスの構造を詳細に示す部分平面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。
【図６】超音波診断装置の回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】血管の位置を特定する動作を概略的に示す概念図である。
【図８】穿刺針の全体像を特定する動作を概略的に示す概念図である。
【図９】長軸モードの画像および短軸モードの画像の概念を示す図である。
【図１０】穿刺針の先端の検出にあたって第２方向位置を特定する動作を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２３】
（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置本体１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置本体１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置本体１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。
【００２４】
超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６は表側体１７および裏側体１８を備える。表側体１７および裏側体１８は相互に結合される。表側体１７および裏側体１８の間で表側体１７の結合面と裏側体１８の結合面の間にはケーブル口１９が区画される。ケーブル口１９にケーブル１４は配置される。筐体１６には、後述されるように、超音波デバイスユニットが支持される。
【００２５】
超音波プローブ１３の筐体１６には穿刺マーク（マーキング）２１が配置される。穿刺マーク２１は例えば裏側体１８の表面に印刷される。穿刺マーク２１は基準直線ＢＬに沿って例えば穿刺針といった金属体の穿刺方向を表示する。穿刺マーク２１は穿刺の実行者に穿刺位置を誘導する。
【００２６】
装置本体１２には表示装置２３が接続される。表示装置２３にはディスプレイパネル２４が組み込まれる。ディスプレイパネル２４の画面に、後述されるように、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が表示される。画像化された検出結果がディスプレイパネル２４の画面に表示される。
【００２７】
図２に示されるように、筐体１６の表側体１７には開口２５が形成される。開口２５は、筐体１６内に区画される収容空間に面する。収容空間内に超音波デバイスユニットＤＶは配置される。超音波デバイスユニットＤＶは超音波デバイス２６を備える。超音波デバイス２６は音響整合層２７を備える。音響整合層２７は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響整合層２７は生体の音響インピーダンス１．５［ＭＲａｙｌ］に近い音響インピーダンス（例えば１．０〜１．５［ＭＲａｙｌ］を有する。超音波デバイス２６は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。超音波診断装置１１や超音波プローブ１３は他の構造を有してもよい。
【００２８】
超音波プローブ１３は密着層２８を有する。密着層２８は表側体１７の表面に例えば積層される。密着層２８は例えば皮膚といった対象物に対して粘着力を発揮する。密着層２８の働きで超音波プローブ１３は対象物に貼り付けられることができる。こうして超音波プローブ１３が貼り付けられると、音響整合層２７は対象物に密着する。また、対象物に密着させる際に、音響整合層２７と対象物の間に、超音波用のジェルや薄いゲルシートが挟まれてもよい。
【００２９】
（２）超音波デバイスの構成
図３は一実施形態に係る超音波デバイス２６の構成を概念的に示す。超音波デバイス２６は素子アレイ（変換素子群）３１を備える。素子アレイ３１はアレイ配置の超音波トランスデューサー３２を含む。図３では超音波トランスデューサー３２は四角いマスごとに表現される。ここでは、素子アレイ３１にＮ行Ｌ列の超音波トランスデューサー３２が配列される。すなわち、第１方向（以下「短軸方向」という）ＦＲにＮ行の超音波トランスデューサー列が配置され、第１方向に９０度で交差する第２方向（以下「長軸方向」という）ＳＲにＬ列の超音波トランスデューサー列が配置される。後述されるように、１つの超音波トランスデューサー３２は１以上の超音波トランスデューサー素子（以下「変換素子」という）を含む。個々の変換素子は決められた周波数の超音波を受信して電気信号に変換する。個々の変換素子は電気信号の供給に応じて決められた周波数の超音波を発信することができる。
【００３０】
図４は超音波デバイス２６の構造をさらに詳細に示す。超音波デバイス２６は基体３８を備える。基体３８に変換素子３９が形成される。個々の変換素子３９は振動膜４１を備える。振動膜４１の詳細は後述される。図４では振動膜４１の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向の平面視）で振動膜４１の輪郭が点線で描かれる。振動膜４１上には圧電素子４２が形成される。圧電素子４２では、後述されるように、上電極４３および下電極４４の間に圧電体膜（図示されず）が挟まれる。これらは順番に重ねられる。超音波デバイス２６は１枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。
【００３１】
基体３８の表面には複数本の第１信号電極線４５が形成される。第１信号電極線４５は配列の列方向に相互に平行に延びる。超音波トランスデューサー３２ごとに第１信号電極線４５は１つに纏められる。第１信号電極線４５は個々の変換素子３９ごとに下電極４４を形成する。第１信号電極線４５には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第１信号電極線４５にはその他の導電材が利用されてもよい。
【００３２】
基体３８の表面には複数本の第２信号電極線４６が形成される。第２信号電極線４６は配列の行方向に相互に平行に延びる。全ての超音波トランスデューサー３２で第２信号電極線４６は１つに纏められることができる。第２信号電極線４６は個々の変換素子３９ごとに上電極４３を形成する。第２信号電極線４６は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第２信号電極線４６にはその他の導電材が利用されてもよい。
【００３３】
超音波トランスデューサー３２ごとに変換素子３９の通電は切り替えられる。１つの超音波トランスデューサー３２ごとに変換素子３９は同時に超音波を出力することから、超音波トランスデューサー３２ごとの個数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。
【００３４】
振動膜４１上では第２信号電極線４６に並列に電極分離膜４７が配置される。電極分離膜４７は第２信号電極線４６の長手方向に帯状に延びる。電極分離膜４７は絶縁性および防湿性を有する。電極分離膜４７は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）といった防湿性絶縁材から形成される。電極分離膜４７は個々の第２信号電極線４６を挟んで第２信号電極線４６の両側に分離して形成される。第２信号電極線４６は振動膜４１上で第１信号電極線４５に交差することから、電極分離膜４７は振動膜４１上で第１信号電極線４５上を横切る。
【００３５】
基体３８上で振動膜４１の領域外には絶縁膜４８が形成される。絶縁膜４８は第１信号電極線４５の長手方向に帯状に延びる。絶縁膜４８は振動膜４１の領域外のみで第１信号電極線４５に並列に配置される。絶縁膜４８は例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。絶縁膜４８は第２信号電極線４６上を横切る。絶縁膜４８は電極分離膜４７に連続する。
【００３６】
図５に示されるように、基体３８は基板５１および可撓膜５２を備える。基板５１の表面に可撓膜５２が一面に形成される。基板５１には個々の変換素子３９ごとに開口５３が形成される。開口５３は基板５１に対してアレイ状に配置される。隣接する２つの開口５３の間には仕切り壁５４が区画される。隣接する開口５３は仕切り壁５４で仕切られる。
【００３７】
可撓膜５２は、基板５１の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ２）層５５と、酸化シリコン層５５の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層５６とで構成される。可撓膜５２は開口５３に接する。こうして開口５３の輪郭に対応して可撓膜５２の一部が振動膜４１を形成する。
【００３８】
振動膜４１の表面に第１信号電極線４５、圧電体膜５８および第２信号電極線４６が順番に積層される。圧電体膜５８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜５８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第２信号電極線４６の下で圧電体膜５８は完全に第１信号電極線４５の表面を覆う。圧電体膜５８の働きで第１信号電極線４５と第２信号電極線４６との間で短絡は回避されることができる。圧電体膜５８の表面は電極分離膜４７で覆われる。
【００３９】
音響整合層２７は素子アレイ３１を覆う。音響整合層２７は基体３８の表面に積層される。基体３８の裏面にはバッキング材としての補強板５９が結合される。補強板５９は平板形状に形成される。補強板５９の表面に基体３８の裏面が重ねられる。補強板５９の表面は基体３８の裏面に接合される。こうした接合にあたって補強板５９は基体３８に接着剤で接着されてもよい。補強板５９は基体３８の剛性を補強する。補強板５９は例えばリジッドな基材を備えることができる。そうした基材は例えば４２アロイ（鉄ニッケル合金）といった金属材料から形成されればよい。
【００４０】
（３）超音波診断装置の回路構成
図６に示されるように、超音波デバイス２６には第１マルチプレクサー６１および第２マルチプレクサー６２が接続される。第１マルチプレクサー６１には素子アレイ３１の輪郭に沿って短軸方向ＦＲに並ぶ（Ｎ×Ｌ）本の素子側配線６３で超音波トランスデューサー３２が接続される。第１マルチプレクサー６１には同様にＮ未満のＭ行分の回路側配線６４が接続される。第１マルチプレクサー６１は供給されるライン選択信号に応じて素子側配線６３にＭ行分の回路側配線６４を接続する。ここでは、個々の超音波トランスデューサー３２ごとに第１信号電極線４５は引き出されることから、１行分の回路側配線６４にはＬ（＝１６）本の導線が含まれる。第１マルチプレクサー６１にはローノイズアンプが搭載されてもよい。
【００４１】
第２マルチプレクサー６２には素子アレイ３１の輪郭に沿って長軸方向ＳＲに並ぶ（Ｌ×Ｎ）本の素子側配線６５で超音波トランスデューサー３２が接続される。第２マルチプレクサー６２には同様にＬ未満のＫ列分の回路側配線６６が接続される。第２マルチプレクサー６２は供給されるライン選択信号に応じて素子側配線６５にＫ本の回路側配線６６を接続する。ここでは、個々の超音波トランスデューサー３２ごとに第２信号電極線４６は引き出されることから、１列分の回路側配線６６にはＮ（＝１６）本の導線が含まれる。第２マルチプレクサー６２にはローノイズアンプが搭載されてもよい。
【００４２】
素子アレイ３１と第１マルチプレクサー６１との間には第１スイッチ６７が配置される。第１スイッチ６７は、素子アレイ３１の第１信号電極線４５に素子側配線６３を接続する第１位置と、第１信号電極線４５から素子側配線６３を切り離す第２位置との間で切り替えられる。切り替えにあたって第１スイッチ６７にはスイッチ制御信号が供給される。ここでは、第１スイッチ６７が第２位置をとると、超音波トランスデューサー３２はグラウンドに接続される。
【００４３】
素子アレイ３１と第２マルチプレクサー６２との間には第２スイッチ６８が配置される。第２スイッチ６８は、素子アレイ３１の第２信号電極線４６に素子側配線６５を接続する第１位置と、第２信号電極線４６から素子側配線６５を切り離す第２位置との間で切り替えられる。切り替えにあたって第２スイッチ６８にはスイッチ制御信号が供給される。ここでは、第２スイッチ６８が第２位置をとると、超音波トランスデューサー３２はグラウンドに接続される。
【００４４】
第１マルチプレクサー６１の回路側配線６４および第２マルチプレクサー６２の回路側配線６６は第３マルチプレクサー７１に接続される。第３マルチプレクサー７１は第１マルチプレクサー６１または第２マルチプレクサー６２を選択する。選択にあたって第３マルチプレクサー７１には方向選択信号が供給される。第３マルチプレクサー７１は例えば交互に第１マルチプレクサー６１および第２マルチプレクサー６２を選択すればよい。第３マルチプレクサー７１には制御装置（処理回路）７２が接続される。接続にあたってＭ本またはＫ本（いずれか多い方）の配線が形成される。制御装置７２は例えば装置本体１２に組み込まれる。配線はケーブル１４に収容される。超音波デバイスユニットＤＶには、第１マルチプレクサー６１および第２マルチプレクサー６２に加えて第３マルチプレクサー７１が含まれてもよい。
【００４５】
制御装置７２にはディスプレイパネル２４が接続される。ディスプレイパネル２４には制御装置７２から映像信号が供給される。供給される映像信号に基づきディスプレイパネル２４の画面には超音波画像やその他の情報が表示される。
【００４６】
制御装置７２は送受切り替えスイッチ７３を備える。送受切り替えスイッチ７３は第３マルチプレクサー７１に接続される。送受切り替えスイッチ７３には送信フォーカス制御部（駆動部）７４および受信フォーカス制御部７５が接続される。超音波の送信時には送受切り替えスイッチ７３は第３マルチプレクサー７１に送信フォーカス制御部７４を接続する。このとき、受信フォーカス制御部７５は送信フォーカス制御部７４および第３マルチプレクサー７１から切断される。超音波の受信時には送受切り替えスイッチ７３は第３マルチプレクサー７１に受信フォーカス制御部７５を接続する。このとき、送信フォーカス制御部７４は受信フォーカス制御部７５および第３マルチプレクサー７１から切断される。また、送受切り替えスイッチ７３は例えば送信時に受信フォーカス制御部７５に所定の電圧以上の信号が入らないようにクランプする機能を備えていてもよい。
【００４７】
送信フォーカス制御部７４は送受切り替えスイッチ７３経由で送信時に変換素子３９に向けて送信信号を出力する。送信フォーカス制御部７４は例えばパルス発生器と遅延回路とを備えることができる。パルス発生器はパルス電圧を出力する。パルス電圧は変換素子３９の圧電体膜５８に印加される。パルス電圧の供給に応じて振動膜４１は超音波振動する。こうして変換素子３９から超音波は発信される。遅延回路は第１信号電極線４５または第２信号電極線４６ごとに電圧の印加に時間差を与えることができる。印加の時間差は超音波トランスデューサー３２から出力される超音波の伝搬方向を決定する。遅延時間を変化させることで平面波の送信方向は制御されることができる。
【００４８】
受信フォーカス制御部７５は変換素子３９の受信信号を受信する。計測対象から反射した超音波は変換素子３９の振動膜４１を超音波振動させる。超音波振動に応じて圧電体膜５８から受信信号が出力される。受信フォーカス制御部７５は例えば受信アンプと信号処理回路を備えることができる。受信アンプで増幅された受信信号は信号処理回路で信号処理される。信号処理回路は開口合成や適応ビームフォーミングに従って特定の対象物にフォーカスされた高解像度の画像信号を生成する。適応ビームフォーミングの処理にあたって例えばＭＶ法やＤＣＭＰ法、ＭＵＳＩＣといった共分散行列を用いた処理が用いられることができる。
【００４９】
制御装置７２は画像構成部７６を備える。画像構成部７６は受信フォーカス制御部７５に接続される。画像構成部７６には受信フォーカス制御部７５から画像信号が供給される。画像構成部７６は供給された画像信号に基づき画像データを生成する。
【００５０】
制御装置７２は遅延量指示部７７を備える。遅延量指示部７７は送信フォーカス制御部７４および受信フォーカス制御部７５に接続される。遅延量指示部７７は、送信フォーカス制御部７４の遅延処理や受信フォーカス制御部７５の信号処理にあたって遅延量を指定する。遅延量は予め例えば遅延メモリー７８に保持されればよい。
【００５１】
制御装置７２は検出部８１を備える。検出部８１は画像構成部７６に接続される。検出部８１は金属体の信号強度を検出すると、長軸方向位置およびセクタースキャンの角位置を特定する。
【００５２】
制御装置７２は動作制御部（制御部）８２を備える。動作制御部８２は第１マルチプレクサー６１、第２マルチプレクサー６２および第３マルチプレクサー７１に接続される。動作制御部８２には検出部８１が接続される。動作制御部８２は検出部８１の出力に基づき方向選択信号、ライン選択信号およびスイッチ制御信号を生成する。
【００５３】
（４）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を説明する。超音波診断装置１１では長軸モード（第１モード）と短軸モード（第２モード）とが交互に実施される。長軸モードでは、（Ｍ×Ｌ）本の素子側配線６３に接続されるＭ行の超音波トランスデューサー３２の中で長軸方向ＳＲにスキャン方向が設定される。（Ｍ×Ｌ）本の素子側配線６３の選択にあたって第１マルチプレクサー６１にはライン選択信号が供給される。配線数Ｍは焦点形成や超音波ビームの偏向といった要因に応じて設定される。短軸モードでは、（Ｋ×Ｎ）本の素子側配線６５に接続されるＫ列の超音波トランスデューサー３２の中で短軸方向ＦＲにスキャン方向が設定される。（Ｋ×Ｎ）本の素子側配線６３の選択にあたって第２マルチプレクサー６２にはライン選択信号が供給される。配線数Ｋは焦点形成や超音波ビームの偏向といった要因に応じて設定される。配線数Ｍと配線数Ｋとは等しく設定されればよい。
【００５４】
動作制御部８２は長軸モードおよび短軸モードを相互に切り替える。切り替えにあたって動作制御部８２は方向選択信号およびスイッチ制御信号を生成する。方向選択信号の働きで第１マルチプレクサー６１または第２マルチプレクサー６２のいずれかが第３マルチプレクサー７１に接続される。第１マルチプレクサー６１が第３マルチプレクサー７１に接続されると、第１スイッチ６７は第１位置をとる。第２スイッチ６８は第２位置をとる。こうしてＭ本の回路側配線６４から受信信号は出力される。第２マルチプレクサー６２が第３マルチプレクサー７１に接続されると、第２スイッチ６８は第１位置をとる。第１スイッチ６７は第２位置をとる。こうしてＫ本の回路側配線６６から受信信号は出力される。
【００５５】
例えば血管に穿刺針を挿入する場面を想定する。穿刺の補助にあたって患者の腕に超音波プローブ１３は貼り付けられる。このとき、穿刺の実行者は予想される血管に穿刺マーク２１を重ね合わせるとよい。血管の長軸は基準直線ＢＬに沿って配置される。
【００５６】
図７に示されるように、穿刺に先立って短軸モードに基づき血管ＶＳの位置を特定する。選択されるＫ列の素子側配線６５は長軸方向ＳＲにずらされる。血管ＶＳの断層画像が取得される。その結果、仮想三次元空間で血管ＶＳは再現される。ディスプレイパネル２４の画面には例えば平面視で超音波プローブ１３の像に血管ＶＳの像が重ねられればよい。穿刺の実行者は超音波プローブ１３に対して相対的に血管ＶＳの位置を知ることができる。穿刺の実行者は特定された血管ＶＳに向けて穿刺針を穿刺することができる。
【００５７】
動作制御部８２は穿刺針の向きに応じて長軸モードで選択されるＭ行の素子側配線６３を選択する。長軸モードで穿刺針の軸心に沿って腕をスキャンする。その結果、図８に示されるように、穿刺針ＮＬの全体像が特定される。全体像に基づき穿刺針ＮＬの先端は特定される。こうした画像に基づき穿刺の実行者は穿刺針ＮＬの進行方向を決定することができる。
【００５８】
動作制御部８２は穿刺針ＮＬの先端の位置に応じて短軸モードで選択されるＫ列の素子側配線６５を選択する。短軸モードで穿刺針ＮＬの軸心を横切って腕をスキャンする。その結果、図９に示されるように、穿刺針ＮＬの先端で穿刺針ＮＬと血管ＶＳとの相対位置は特定される。長軸モードの画像８３と短軸モードの画像８４とが組み合わせられることで、穿刺の実行者は正確に血管ＶＳに向けて穿刺針ＮＬを進行させることができる。
【００５９】
第１マルチプレクサー６１では超音波トランスデューサー３２に選択的に多くてもＭ行分の回路側配線６４が接続される。第２マルチプレクサー６２では超音波トランスデューサー３２に選択的に多くてもＫ列分の回路側配線６６が接続される。第３マルチプレクサー７１はＭ行分またはＫ列分いずれか多い方の配線で制御装置７２に接続される。こうして超音波トランスデューサー３２は選択的に駆動される。超音波デバイスユニットＤＶから引き出される配線は（Ｎ×Ｌ）本から（Ｍ×Ｌ）または（Ｋ＋Ｎ）本に削減される。配線数の減少は超音波デバイスユニットＤＶの小型化に寄与する。
【００６０】
第１マルチプレクサー６１から超音波トランスデューサー３２に駆動信号が供給される際には第１位置の第１スイッチ６７は素子アレイ３１に素子側配線６３を接続する。選択されたＭ行分の素子側配線６３に駆動信号は供給される。第２マルチプレクサー６２から駆動信号が供給される際には第２位置の第１スイッチ６７は素子アレイ３１から第１マルチプレクサー６１を切り離す。第１マルチプレクサー６１の回路側配線６４は使用されずに済む。第１スイッチ６７が第２位置をとると、超音波トランスデューサー３２はグラウンドに接続される。第２マルチプレクサー６２から超音波トランスデューサー３２の一方の電極に駆動信号が供給される際に、超音波トランスデューサー３２の他方の電極はグラウンドに接続される。超音波トランスデューサー３２では他方の電極でグラウンド電位が共通化される。
【００６１】
第２マルチプレクサー６２から超音波トランスデューサー３２に駆動信号が供給される際には第１位置の第２スイッチ６８は素子アレイ３１に素子側配線６５を接続する。選択されたＫ列分の素子側配線６５に駆動信号は供給される。第１マルチプレクサー６１から駆動信号が供給される際には第２位置の第２スイッチ６８は素子アレイ３１から第２マルチプレクサー６２を切り離す。第２マルチプレクサー６２の回路側配線６６は使用されずに済む。第２スイッチ６８が第２位置をとると、超音波トランスデューサー３２はグラウンドに接続される。第１マルチプレクサー６１から超音波トランスデューサー３２の他方の電極に駆動信号が供給される際に、超音波トランスデューサー３２の一方の電極はグラウンドに接続される。超音波トランスデューサー３２では一方の電極でグラウンド電位が共通化される。
【００６２】
長軸モードではＭ行分の素子側配線６３に接続される超音波トランスデューサー３２の中で長軸方向ＳＲにスキャン方向が設定される。長軸モードでは、長軸方向ＳＲに沿って配列される超音波トランスデューサー３２の受信信号に基づき断面画像は形成される。短軸モードではＫ列分の素子側配線６５に接続される超音波トランスデューサー３２の中で短軸方向ＦＲにスキャン方向が設定される。短軸モードでは、短軸方向ＦＲに沿って配列される超音波トランスデューサー３２の受信信号に基づき断面画像は形成される。長軸モードと短軸モードとは相互に切り替えられ、相互に交差する断面に基づき対象物の画像は取得されることができる。
【００６３】
針先の追跡にあたって、長軸モードで第１マルチプレクサー６１の素子側配線６３は選択される。選択にあたって動作制御部８２から第１マルチプレクサー６１にライン選択信号が供給される。送信フォーカス制御部７４は、選択された素子側配線６３に接続される超音波トランスデューサー３２から送信される超音波を長軸方向ＳＲにセクタースキャンする駆動信号を生成する。超音波のセクサースキャンに応じて穿刺針ＮＬから超音波は反射する。超音波の受信に応じて超音波トランスデューサー３２から受信信号は出力される。画像構成部７６は穿刺針ＮＬの全体像を特定する。図１０に示されるように、穿刺針ＮＬの先端から素子アレイ３１まで角位置θ１が検出される。検出部８１は、検出された角位置θ１および第２方向位置Ｌ１から針先に直交する第２方向位置Ｌ１ｂを算出する。動作制御部８２は、算出された第２方向位置Ｌ１ｂに素子側配線６５をシフトする。その結果、超音波トランスデューサー３２から送信される超音波は穿刺針ＮＬの針先で穿刺針ＮＬの軸心に直交する。続いて短軸モードは実施される。
【００６４】
一般に、穿刺針ＮＬなどの金属体の反射率は高い。超音波が金属体の表面に直交すると、高い信号強度は得られる。セクタースキャンに応じて穿刺針ＮＬは特定される。その他、第２方向位置Ｌ１ｂでの角度θ０が維持され第２方向に超音波トランスデューサー３２がシフトされると、穿刺針ＮＬの信号強度の消失に応じて穿刺針ＮＬの先端は特定されることができる。シフトが繰り返されることで、穿刺針ＮＬが移動しても穿刺針ＮＬの先端は追跡されることができる。
【００６５】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１や超音波プローブ１３、超音波トランスデューサー３２等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１１  電子機器（超音波診断装置）、１３  超音波プローブ、１６  筐体、２３  表示装置、３１  アレイ（素子アレイ）、３２  超音波トランスデューサー素子（超音波トランスデューサー）、６１  第１マルチプレクサー、６２  第２マルチプレクサー、６３  素子側配線、６４  回路側配線、６５  素子側配線、６６  回路側配線、６７  第１スイッチ、６８  第２スイッチ、７２  処理回路または制御部（制御装置）、７４  駆動部（送信フォーカス制御部）、８１  検出部、８２  ライン選択部（動作制御部）、ＤＶ  超音波デバイスユニット、ＦＲ  第１方向（短軸方向）、ＮＬ  金属体（穿刺針）、ＳＲ  第２方向（長軸方向）。
【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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