(57)【要約】【課題】高分解能で良好な超音波断層像を安価な開口合成方式により実現できるる超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波プローブ２Ａに設けたアレイ状に配置された複数の超音波振動素子５−１，…，５ー５は順次送信信号発生器７からの送信信号がマルチプレクサ６を介して印加されることにより超音波を送信し、かつ受信したエコー信号はＡ／Ｄ変換などされた後、直交検波回路１５により複素データに変換されてコンピュータ２１内のメモリに一時格納され、さらに複素データに対してＣＰＵにより位相回転処理を行い、反射強度を算出して表示画面に表示することにより、位相回転処理等を行う専用の回路を必要とせず、低コストで超音波診断装置１Ａを実現できる。【選択図】　図１
2004141672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　複数の超音波振動素子と、前記超音波振動素子から超音波を駆動する送信回路と、前記送信回路で送信して得られたエコー信号を受信する回路とを収めた超音波プローブと、
　この超音波プローブから出力されるエコー信号に基づきディジタルの複素データを生成する複素データ生成回路と、
　この複素データを取り込み、各超音波振動素子で決まる遅延時間に対応してデータを揃え、位相回転処理をし、これより得られるデータから反射強度の算出の処理を行い、結果を表示するコンピュータと、
　からなる超音波診断装置。
【請求項２】
　複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、
　送受信する振動素子を選択し、前記以外の振動素子をグランドに接続する回路と、
　前記選択された振動素子を送信信号で順次切り替えながら駆動して得られたディジタルの複素データを生成する複素データ生成回路と、
　この複素データを取り込み、各振動素子で決まる遅延時間に対応してデータを揃え、位相回転処理をし、これより得られるデータから反射強度の算出の処理を行い、結果を表示するコンピュータと、
　からなる超音波診断装置。
【請求項３】
　それぞれ異なる位置から時系列的に超音波を送受信する超音波振動子を備えた超音波プローブと、
　前記超音波振動子で受信したエコー信号に対して直交検波して複素データを生成する直交検波回路と、
　前記複素データに対して、送受信した超音波振動子の各位置で決まる遅延時間に対応して、位相回転処理を行い、反射強度を算出する処理を行うコンピュータと、
　を備えた超音波診断装置。
【請求項４】
　前記超音波プローブの超音波振動子は、アレイ状に配置された複数の超音波振動素子で構成され、電子スキャンによりそれぞれ異なる位置の超音波振動素子で時系列的に超音波の送受信が行われることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
　前記超音波プローブの超音波振動子は、モータで回転駆動される円板の外周面に取り付けられ、前記モータによるメカニカルスキャンによりそれぞれ異なる位置での超音波振動素子で時系列的に超音波の送受信が行われることを特徴とする請求項３に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、生体に対する超音波断層像を得る超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　生体内に超音波パルスを照射することにより、生体組織から反射される反射波を受信して、生体断層像を得る超音波診断装置がある。これは、非侵襲的に生体内の診断をすることができるため、産婦人科などの検診に広く用いられるようになっている。
【０００３】
　図１０は、本出願人による従来の開口合成を行う超音波診断装置１Ｇの構成を示す。この超音波診断装置１Ｇは超音波プローブ２と、この超音波プローブ２が接続される超音波処理装置３と、この超音波処理装置３から出力される映像信号を表示するモニタ４とから構成される。
【０００４】
　超音波プローブ２はアレイ状に配置された複数の超音波振動素子５−１，…，５−５からなる超音波振動素子群（以下、超音波振動素子を単に振動素子と略記する）有し、複数の振動素子５−１，…，５−５はそれぞれ信号線と接続され、図示しないコネクタを介して超音波処理装置３内のマルチプレクサ６に接続される。
【０００５】
　超音波処理装置３内には送信信号を発生する送信信号発生器７を有し、この送信信号は送信アンプ８で増幅された後、タイミングコントローラ９からのタイミング信号で切り換えられるマルチプレクサ６を介して選択された振動素子５−ｉ（ｉ＝１，…，５）に印加され、電気−音響変換されて振動素子５−ｉから超音波パルスを放射する。
【０００６】
　また、複数の振動素子５−１，…，５−５で受信され、音響−電気変換されたエコー信号はマルチプレクサ６で選択されたものが、受信アンプ１１で増幅され、さらにＳＴＣコントローラ１２により所定の大きさに増幅される。
【０００７】
　このＳＴＣコントローラ１２の出力はバンドパスフィルタ１３を通り、不要な信号成分を除いた後、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換され、直交検波回路１５に入力される。
【０００８】
　この直交検波回路１５で複素データが生成され、複素データは波面メモリ１６−１，１６−２へ格納される。波面メモリ１６−１，１６−２に格納された複素データに対し、波面ローカスルックアップテーブル（波面ローカスＬＵＴ）１７で発生するアドレスを元に、波面メモリ１６−１，１６−２から合成しようとする焦点に対応する複素データが読み出される。
【０００９】
　読み出された複素データはその焦点に対応する位相補正係数が実成分位相補正ＬＵＴ１８−１及び虚成分位相補正ＬＵＴ１８−２から読み出され、位相補正回路１９によって位相回転処理が行われる。  
　この処理は全ての合成点に対して行われ、その結果はディジタルスキャンコンバータ２０を通してモニタ４に出力され、モニタ４の表示面に超音波断層像を表示する。  
　なお、タイミングコントローラ９は、送信信号発生器７の送信タイミングに同期して、マルチプレクサ６の切り換え、Ａ／Ｄ変換器１４の変換タイミング、直交検波回路１５の検波タイミング等を制御する。
【００１０】
　このような、開口合成方式で位相回転処理を適用したものが特開平１０−５７３７４号公報に詳細に説明されている。ここでは、その動作の概略を図１１を参照して説明する。
【００１１】
　図１１は、直交検波回路１５により、直交検波されたデータが波面メモリ１６に格納された結果を模式的に示すものである。図１１（Ａ）の実線は実数成分、点線は虚数成分を、●は任意の実数成分用波面ローカスのサンプルを○は任意の虚数成分用波面ローカスのサンプルを示す。  
　そして、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のサンプル点Ｓｍ１〜Ｓｍ５を複素座標のベクトルＰ１〜Ｐ５で示したものである。  
　例えば、図１１（Ａ）の波面ローカスＷ１上のエコー信号は、所定の焦点からの反射信号を示している。この波面ローカスＷ１上のサンプル信号Ｓｍ１〜Ｓｍ５のデータを複素ベクトルとして図１１（Ｂ）の複素座標で示すと、各々のベクトルＰ１〜Ｐ５はバラバラの方向を持った信号である。
【００１２】
　このため、波面ローカスＷ１の中心音線上のサンプル信号Ｓｍ３を位相あわせの基準となるよう設定し合成処理を行う。具体的には、振動素子の番号をｎ、各振動素子の遅延時間をＴｎ、エコー信号の１周期の時間をＴｓ、回転補正するための位相をΦｎ（度）とすると、次式となる。
【００１３】
Φｎ＝｛（Ｔｎ−Ｔ３）／Ｔｓ｝×３６０…（１）
　そして、サンプルＳｍｎの位相をサンプルＳｍ３の位相に合わせる処理は、サンプルＳｍｎの実数成分をＩｎ、虚数成分をＱｎ、位相の回転補正量をΦｎとすると、次式となる。
【００１４】
（Ｉｎ＋ｊＱｎ）×Ａｎ・ｅｘｐ（ｊΦｎ）
＝｛Ｉｎ・Ａｎｃｏｓ（Φｎ）−Ｑｎ・Ａｎｓｉｎ（Φｎ）｝
　＋｛Ｑｎ・Ａｎｃｏｓ（Φｎ）＋Ｉｎ・Ａｎｓｉｎ（Φｎ）｝…（２）
　ここで、Ａｎは振幅補正係数を示す。
【００１５】
　（２）式の右辺、第１項の実数成分と第２項の虚数成分が、位相補正後のサンプルＳｍｎの実数成分及び虚数成分を示す。  
　上記（１）式で求めた回転補正量を（２）式に代入し、処理することにより、図１１（Ｂ）の複素座標で示されたそれぞれの位相ベクトルは、サンプルＳｍ３の位相に合うように合成される。
【００１６】
　実際には、（２）式で示される位相補正をリアルタイム処理できないため、図１０に示すように、波面ローカスＬＵＴ１７に格納されている波面ローカスの時刻に合う（２）式のｃｏｓ（Φｎ）とｓｉｎ（Φｎ）をあらかじめ計算し、各々を実成分補正データ、虚成分補正データとし、実成分補正データは実成分位相補正ＬＵＴ１８−１に、虚成分補正データは虚成分位相補正ＬＵＴ１８−２にデータテーブル化して格納しておく。そして、位相補正回路により、（２）式の演算を実行する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
　上述した構成では、直交検波回路１５で生成された複素データを用いて位相回転処理を行うために、各成分毎の波面メモリ１６−１、１６−２、波面ローカスＬＵＴ１７、位相補正回路１９、各成分毎の位相補正ＬＵＴ１８−１、１８−２を必要とする。さらに、処理結果を画面に表示するためにディジタルスキャンコンバータ２０を必要とする。
【００１８】
　このように、位相回転処理及びスキャンコンバータなどの回路を必要とし、これらの処理回路は高速演算の処理であるため、回路が複雑になる。  
　そして、位相補正以外の処理に関する機能追加を行う場合、処理部分の回路の交換及び修正が必要となり、機能追加を容易に行えないという問題があった。
【００１９】
　本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、高分解能で良好な超音波断層像を安価な開口合成方式により実現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】
【００２０】
　上記目的を達成するために、本発明は、受信したエコー信号を複素データへ変換する直交検波回路と、この複素データを入力し、この複素データを各振動子で決まる遅延時間に対応して位相回転処理をソフトウェアで行い、結果を表示するコンピュータとを設ける。
【００２１】
　上記構成により、直交検波回路により得られた複素データをコンピュータに取り込み、コンピュータのメモリにあらかじめ格納しておいた波面ローカスアドレス及び位相補正係数を用いて、ＣＰＵで位相回転処理を行い、結果をコンピュータのモニタに表示することで、複雑な回路を使用せず、コストを抑えて良好な超音波断層像を得る。
【発明の効果】
【００２２】
　以上説明したように本発明によれば、それぞれ異なる位置からの超音波振動子で時系列的に送受信したエコー信号を直交検波回路で変換された複素データに対して、複素データを各送受信した超音波振動子の位置で決まる遅延時間に対応して位相回転処理をコンピュータを用いたソフトウェアで行い、結果を表示するようにしているので、複雑な専用の回路を使用せず、コストを抑えて良好な超音波断層像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
　以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。  
（第１の実施例）
　図１ないし図３は本発明の第１の実施例に係り、図１は本発明の第１の実施例の超音波診断装置の構成を示し、図２は第１の実施例の動作を説明するフローチャートを示し、図３は第１の実施例における位相回転処理の動作の説明図を示す。
【００２４】
　図１に示す本発明の第１の実施例の超音波診断装置１Ａは図１０に示す従来例の超音波診断装置１Ｇにおいて、波面メモリ１６−１，１６−２、波面ローカスＬＵＴ１７、実成分位相補正ＬＵＴ１８−１、虚成分位相補正ＬＵＴ１８−２、位相補正回路１９、ＤＳＣ２０、モニタ４の部分をコンピュータ２１に置換した構成となっており、直交検波回路１５から出力される複素データはタイミングコントローラ９からのタイミング信号に同期してコネクタ部からコンピュータ２１に入力され、コンピュータ２１内のメモリに一旦格納するようにしている。
【００２５】
　より詳細に説明すると、第１の実施例の超音波診断装置１Ａは超音波プローブ２Ａと、この超音波プローブ２Ａが接続される超音波処理装置３Ａと、この超音波処理装置３Ａにおける直交検波回路１５の出力端とコネクタ或いはインタフェースを介して接続されたコンピュータ２１とから構成される。
【００２６】
　超音波プローブ２Ａはアレイ状に配置された複数の超音波振動素子５−１，…，５−５からなる超音波振動素子群（以下、超音波振動素子を単に振動素子と略記する）が設けられた超音波プローブ本体２２を有し、この超音波プローブ本体２２から延出されたケーブル部２３内には複数の振動素子５−１，…，５−５にそれぞれ接続された複数の信号線が配置され、ケーブル部２３の後端の図示しないコネクタを介して超音波処理装置３Ａ内のマルチプレクサ６に接続される。
【００２７】
　超音波処理装置３Ａ内には送信信号を発生する送信信号発生器７を有し、この送信信号は送信アンプ８で増幅された後、タイミングコントローラ９からのタイミング信号で切り換えられるマルチプレクサ６を介して選択された振動素子５−ｉ（ｉ＝１，…，５）に印加され、電気−音響変換されて振動素子５−ｉから超音波パルスを放射する。
【００２８】
　また、複数の振動素子５−１，…，５−５で受信され、音響−電気変換されたエコー信号はマルチプレクサ６で選択されたものが、受信アンプ１１で増幅され、さらにＳＴＣコントローラ１２により所定の大きさに増幅される。
【００２９】
　このＳＴＣコントローラ１２の出力はバンドパスフィルタ１３を通り、不要な信号成分を除いた後、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換され、直交検波回路１５に入力される。
【００３０】
　この直交検波回路１５で複素データが生成され、複素データはタイミングコントローラ９からのタイミング信号に同期してコンピュータ２１内のメモリに格納される。
【００３１】
　タイミングコントローラ９は、送信信号発生器７の送信タイミングに同期して、マルチプレクサ６の切り換え、Ａ／Ｄ変換器１４の変換タイミング、直交検波回路１５の検波タイミング等を制御する。また、コンピュータ２１にもタイミング信号を送る。
【００３２】
　このコンピュータ２１は、内部のＲＯＭ或いは記憶媒体等に予めインストールされたソフトウェアに従って制御及び演算等を行うＣＰＵと、このＣＰＵにより制御され、直交検波回路１５で検波された複素データを格納するメモリ、ＣＰＵによるメモリに格納された複素データに対して位相回転処理を行い、その処理結果を格納するビデオメモリ、ビデオメモリに格納されたデータを表示するモニタ等を備えている。
【００３３】
　本実施例では上述したように図１０の超音波診断装置１Ｇにおいて、波面メモリ１６−１，１６−２、波面ローカスＬＵＴ１７、実成分位相補正ＬＵＴ１８−１、虚成分位相補正ＬＵＴ１８−２、位相補正回路１９、ＤＳＣ２０、モニタ４の部分をコンピュータ２１に置換した構成となっており、これらの機能をコンピュータ２１で行うことにより、位相回転処理して分解能が高い開口合成方式の超音波診断画像を低コストで行うことができるようにしている。
【００３４】
　次に本実施例の動作を説明する。  
　本実施例では、まず、マルチプレクサ６を切り替え、送信信号発生器７と送信アンプ８により、マルチプレクサ６で選択された１個の振動素子５−１で超音波パルスを送信する。
【００３５】
　そして、同じ振動素子５−１で受信し、受信アンプ１１で所定の大きさに増幅される。この時、遠距離になるほど受信信号が小さくなるために、ＳＴＣコントローラ１２の制御により時間と共に利得が大きくなるようにする。
【００３６】
　ＳＴＣコントローラ１２の出力は、ＢＰＦ１３で不要な雑音成分を取り除いた後、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタルデータに変換した後、直交検波回路１５で直交検波処理を行う。
【００３７】
　この時、参照する信号として、送信信号発生器７とタイミングコントロール９により、送信信号に同期した信号を使用する。直交検波して得られた複素データはコンピュータ２１のＣＰＵに送られ、このＣＰＵの制御下でメモリに格納される。
【００３８】
　コンピュータ２１に取り込まれた複素データは、コンピュータ２１に予めインストールされたソフトウェアで処理される。この処理の工程（手順）を図２に示す。
【００３９】
　まず、ステップＳ１において、コンピュータ２１に格納された複素データを画像化しようとする焦点と各振動素子５−ｉの位置関係によって決まる一種のアドレス情報である波面ローカスアドレスをコンピュータ２１内のレジスタにセットする。
【００４０】
　そして、ステップＳ２では、ステップＳ１でレジスタにセットした波面ローカスアドレスにより、コンピュータ２１内のメモリから直交検波回路１５を経て書き込まれた複素データを読み出す。ステップＳ２は、図１１（Ａ）に示す波面ローカスＷ１上のサンプルＳｍ１〜Ｓｍ５を読み出す処理に相当する。
【００４１】
　次のステップＳ３では、各振動素子５−ｉで決まる遅延時間に対応して設定した位相補正係数をレジスタにセットする。この位相補正係数は、ステップＳ２で読み出される複素データとは異なる領域のメモリに格納されている。
【００４２】
　次のステップＳ４では、ステップＳ２で読み出した任意波面ローカス上の複素データと、ステップＳ３でレジスタにセットした位相補正係数とを用いて、次に述べる位相回転処理を行う。
【００４３】
　この位相回転処理は、波面ローカスの中心音線上のサンプルの位相を位相あわせの基準となるように設定する。図２の場合、（１）式で求めた位相補正係数を（２）式に代入することで実現する。
【００４４】
　本実施例でも、位相回転処理をコンピュータ２１でリアルタイムに行うために、（２）式のｃｏｓ（Φｎ）及びｓｉｎ（Φｎ）をテーブルデータとして、メモリに格納している。このデータを用いて、（２）式の演算をコンピュータ２１のＣＰＵで処理する。
【００４５】
　例えば、（２）式を単一命令で複数のデータを処理する機能を持つＩｎｔｅｌ社のＭＭＸテクノロジを用いたＣＰＵで処理した場合を図３に示す。図３は、前記ＣＰＵ特有の積和演算命令ｐｍａｄｄｗｄであり、レジスタｍｍ１、ｍｍ２に格納されたデータを処理した結果を、レジスタｍｍ１に格納する。
【００４６】
　各レジスタｍｍ１、ｍｍ２には、右側の四角の単位で異なるデータを求めて格納しているものとする。なお、各レジスタｍｍ１、ｍｍ２は、左側がＭＳＢ、右側がＬＳＢである。
【００４７】
　レジスタｍｍ１に格納されるｃｏｓ（Φｎ）、ｓｉｎ（Φｎ）は、図１１（Ａ）の波面ローカスＷ１上のサンプルＳｍｎに割り当てられた位相補正係数である。　また、レジスタｍｍ２に格納されるＩｎ、ＱｎはサンプルＳｍｎの実数成分及び虚数成分のデータである。
【００４８】
　図３における点線下は演算した結果を示しており、レジスタｍｍ１のＭＳＢ側に実数成分、ＬＳＢ側に虚数成分の位相回転処理結果が格納される。これより、１命令で（２）式の位相回転処理を実行することができる。このように、積和演算などを高速に実行できる機能を持つＣＰＵを搭載するコンピュータ２１であれば、リアルタイムに位相回転処理を含む合成演算処理を行うことができる。
【００４９】
　上記説明では、Ｉｎｔｅｌ社のＭＭＸテクノロジを搭載したＣＰＵについて述べたが、同様な機能をもつＣＰＵであれば、これに限定されることはない。  
　再び、図２の処理の説明に戻る。ステップＳ４で得られた結果は、コンピュータ２１内のメモリに格納される。
【００５０】
　次のステップＳ５では、ステップＳ１からステップＳ４までの処理が、１波面ローカスの全サンプル数について終了したかどうか判断する。このステップＳ５で、１波面ローカスの全サンプル数の処理を終了していなければ、ステップＳ１からステップＳ４を波面ローカスの全サンプル数の処理が終了するまで繰り返す。
【００５１】
　ステップＳ５で、波面ローカスの全サンプル数が処理終了したと判断された時、次のステップＳ６に移り、この全サンプルのパワー（反射強度）を計算し、結果をコンピュータ２１内のメモリに格納する。
【００５２】
　次のステップＳ７では、上記１波面のローカスのパワー計算までの過程を１音線分（スキャンの距離分）処理したかどうか判断する。このステップＳ７で、１音線分の処理が終了していない場合、再び、ステップＳ１から処理を行う。  
　ステップＳ７で１音線分の処理を終了したと判断した場合、結果をコンピュータ２１のモニタ画面に表示する。
【００５３】
　なお、コンピュータ２１は演算及びその結果を表示するだけでなく、図１に示したタイミングコントロール９の制御及び、ＳＴＣコントローラ１２の制御をコンピュータ２１に付属するキーボード及びマウスなどから行うことにも使用してもよい。
【００５４】
　上記説明では、振動素子数及び波面ローカスのサンプル数を５個として説明したが、実際には、６４個以上で構成することが多く、その数に限定されるものでない。
【００５５】
　本実施例によれば、直交検波した複素データをコンピュータ２１に取り込み、コンピュータ２１のソフトウェアにより合成演算処理を行い、結果の格納、端末操作、合成結果の表示もコンピュータ２１で行うことから、これらの専用回路を必要とせず、この分のコストを抑えることができ、安価な超音波診断装置を提供できる。
【００５６】
　また、ノートタイプ等のコンパクトなコンピュータ２１を使用することにより、小型の超音波診断装置を実現することができる。  
　また、合成演算処理をソフトウェアで行うため、機能の追加をソフトウェアの入れ替えのみで容易に対応することができる。
【００５７】
（第２の実施例）
　次に本発明の第２の実施例を図４を参照して説明する。図４は第２の実施例の超音波診断装置１Ｂの構成を示す。本実施例は第１の実施例のブロック構成を変形してより改善したものである。
【００５８】
　この超音波診断装置１Ｂは超音波プローブ２Ｂと、この超音波プローブ２Ｂに接続される超音波処理装置３Ｂと、この超音波処理装置３Ｂと接続されるコンピュータ２１とから構成される。
【００５９】
　この超音波プローブ２Ｂは、第１の実施例における図１に示す超音波処理装置３Ａ内に設けられていたマルチプレクサ６、送信信号発生器７、送信アンプ８、受信アンプ１１、ＳＴＣコントローラ１２を超音波プローブ本体２２内に収納することにより、この超音波プローブ本体２２から延出されるケーブル部２３内に挿通される信号線の本数を大幅に削減している。
【００６０】
　また、本実施例における超音波処理装置３Ｂは図１における超音波処理装置３Ａからマルチプレクサ６、送信信号発生器７、送信アンプ８、受信アンプ１１、ＳＴＣコントローラ１２を除いた構成となっている。  
　つまり、タイミングコントローラ９と、ＢＰＦ１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、直交検波回路１５とから構成される。その他は第１の実施例と同様の構成である。
【００６１】
　本実施例は第１の実施例と同様の動作及び効果を持つ。さらに、本実施例は第１の実施例に比較して以下の点が異なる。
【００６２】
　本実施例では振動素子群、つまり複数の振動素子５−１，…，５−５の近傍にマルチプレクサ６を設け、ケーブル部２３内にはマルチプレクサ６の切替を行う信号線と、送信信号発生器７を駆動するタイミング信号を伝送する信号線と、ＳＴＣコントローラ１２の制御線（図４では省略）と、このＳＴＣコントローラ１２を経て出力されるエコー信号を伝送する信号線が挿通され、図１における複数の振動素子５−１，…，５−５それぞれに接続された複数の信号線（通常は数十本以上）を挿通しなくても済む。
【００６３】
　図１の構成では、超音波プローブ２Ａと送受信を行う回路とは別の構成となっているため、超音波プローブ２Ａの信号線が振動素子数だけ必要となり、配線作業に手間がかかること、及びそのために大幅なコストアップをまねくことがある。しかし、上記の構成にすることによる、配線作業が容易かつ少なくて済み、コスト削減もできる。
【００６４】
　また、各振動素子５−ｉの近傍に配置した受信アンプ１１でエコー信号を増幅することにより、第１の実施例における各振動素子５−ｉと受信アンプ１１との間のプローブ内を挿通される（一般的にかなり）長い信号線により信号が減衰してしまうことによるＳ／Ｎの低下を防止できるし、外部等からのノイズの影響等を受けにくくできる。
【００６５】
　つまり、図１の構成では、送受信アンプと振動素子５−ｉとが離れるため、信号が減衰し、超音波プローブ２Ａのケーブルに混入するノイズなどの影響を受けやすくなるが、本実施例ではそのような欠点を解消できる。  
　従って、本実施例は、振動素子数の数だけの信号線を配線する必要がなく、ケーブルの配線工数を低減できる。また、送受信部を振動素子群の近くに配置することでパルス特性を改善したり、Ｓ／Ｎを改善することができる効果がある。
【００６６】
　図５は変形例の超音波診断装置１Ｃを示す。  
　図５に示す超音波診断装置１Ｃは超音波プローブ２Ｃと、この超音波プローブ２Ｃの基端のコネクタ２４が接続される超音波処理装置３Ｃと、この超音波処理装置３Ｃが着脱自在で接続される例えばノートタイプのパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略記）２１Ｃとから構成される。
【００６７】
　超音波プローブ２Ｃはプローブ本体２２と、ケーブル部２３と、このケーブル部２３の基端に設けられたコネクタ部２４とから構成される。
【００６８】
　また、超音波処理装置３Ｃは、主に送信信号発生器７から高電圧の送信パルスを発生させる電源回路等を内蔵した電源ユニット２５と、この電源ユニット２５と接続されたケーブル２６を介してパソコン２１Ｃに着脱自在で接続されるコネクタ部としてのＰＣカード２７とから構成される。  
　このＰＣカード２７はパソコン２１ＣのＰＣカードスロット２８に着脱自在で接続される。
【００６９】
　また、ＰＣカード２７が接続されるパソコン２１Ｃはキーボード３０及びトラックボール３１等を備え、これらを操作することにより超音波処理装置３Ｃの制御を行うことができるようにしている。
【００７０】
　また、電源ユニット２５のサイズをパソコン２１Ｃのサイズに合わせる等すると、携帯し易い。この変形例ではＰＣカード２７を設けているので、ノートタイプのパソコン２１Ｃに接続でき、このパソコン２１Ｃの液晶素子による表示部３２に開口合成した超音波断層像を表示させることができる。  
　電源ユニット２５とＰＣカード２７内には、図４における超音波処理装置３Ｂが収納される。
【００７１】
　図６はその１例を示し、この場合には、電源ユニット２５内には電源回路３５を内蔵し、ＰＣカード２７内にタイミングコントローラ９、ＢＰＦ１３、Ａ／Ｄ変換器１４、直交検波回路１５を収納すると共に、ＰＣカードインタフェース（図６では単にＩ／Ｆ）３６とを収納している。
【００７２】
　なお、図６以外の組み合わせにしても良い。例えばＰＣカード２７にはＰＣカードインタフェース３６のみを収納し、電源ユニット２５内にその他の回路を収納するようにしても良い。  
　従って、本変形例によればモバイルに適した超音波診断装置１Ｃを実現できる。
【００７３】
　なお、図５の点線で示すように電源ユニット２５にＰＣカード２７の収納部３３を設け、携帯し易い構造にしても良い。また、電源ユニット２５に超音波プローブ本体２２を収納できるような構造にしても良い。
【００７４】
　また、超音波プローブ本体２２にフリーズスイッチ等の出力画像の状態を変更する変更指示スイッチ３７を設けるようにしても良い。この変更指示スイッチ３７がフリーズスイッチの場合には１回ＯＮした場合には、表示部３２に出力される出力画像の状態を通常の画像からフリーズ画像に変更し、さらにＯＮした場合には通常画像に戻すようにする。また、プリントアウトスイッチの場合には、プリンタが接続されている場合には、プリンタに表示部３２の画像をプリントして出力する。
【００７５】
　また、図６において、直交検波回路１５とＩ／Ｆ３６との間にメモリ或いはバッファを設けるようにしても良い。このようにメモリ或いはバッファを設けると、パソコン２１Ｃは各送信信号に同期して複素データの取り込みを行わなくてもよくなる。
【００７６】
　例えば、最初の送信信号の際のタイミング信号を受けてから、その信号に必ずしも同期しないで、他の処理を終了した段階で、メモリに格納された複素データの取り込みを開始しても良いし、その際のデータの転送をメモリへの複素データの格納速度より大きくしたりすることもできる。
【００７７】
　また、図５では超音波プローブ２Ｃは超音波処理装置３Ｃを構成する電源ユニット２５を介してＰＣカード２７に接続されているが、超音波プローブ２Ｃをケーブル部２３を介してＰＣカード２７に接続し、かつ電源ユニット２５はＰＣカード２７と電源ケーブルを介して接続するようにしても良い。
【００７８】
（第３の実施例）
　次に本発明の第３の実施例を図７を参照して説明する。図７は第３の実施例における超音波プローブ本体２２の一部を示す。  
　図４等のマルチプレクサ６は複数の振動素子５−１，…，５−５に接続された信号線から１つの信号線を選択する機能を備えたものであり、選択されない信号線は解放された状態となっていた。本実施例では選択されない信号線はグランド（ＧＮＤと略記）に接続されるようにしたものである。
【００７９】
　本実施例では複数の振動素子５−１，…，５−５はそれぞれ信号線を介してマルチプレクサ（或いは複数個のアナログスイッチ）４１の各共通接点ｃにそれぞれ接続され、各共通接点ｃはそれぞれ接点ａ或いはｂと（タイミングコントローラ９からの選択信号により）選択的に接続される。接点ａは互いに接続されて共通となり、送信アンプ８及び受信アンプ１１に接続される、つまり接点ａは送受信信号線に接続される。一方、接点ｂはＧＮＤに接続される。
【００８０】
　そして、タイミングコントローラ９からの選択信号により、１つの振動素子５−ｉ（に接続された信号線の共通接点ｃ）が選択されて、その共通接点ｃが接点ａを介して送受信信号線と接続され、その際他の共通接点ｃは全て接点ｂを介してＧＮＤに接続された状態になるようにしている。
【００８１】
　図７では振動素子５−１が選択された状態を示し、この時、他の振動素子５−２，…，５−５は全てＧＮＤに接続されている。その他は図４と同様の構成である。　本実施例によれば、選択された振動素子５−ｉのみで送受信を行うことができ、クロストークが少ない高分解能の画質の良い超音波断層像が得られることになる。
【００８２】
　つまり、図４の構成では、アレイ状に配置された複数の振動素子５−１，…，５−５から送受信する振動素子５−ｉの選択のみ行っており、開口合成法による送受信の走査を行った場合、選択された振動素子５−ｉ以外にも、振動素子間のクロストークにより、選択されない振動素子からの信号の送受が行われて選択されていない振動素子の信号が選択された振動素子の送信信号及び受信信号に混ざり、開口合成の精度を低下させる要因になるが、本実施例ではそのようなクロストークを有効に防止することができる。
【００８３】
　従って、本実施例によれば、開口合成を精度良く行うことができ、高分解能で画質が良い超音波断層像が得られる。その他は第２の実施例と同様の効果が得られる。  
　なお、本実施例は図４の構成に適用しているが、図１の構成にも適用できる。
【００８４】
（第４の実施例）
　次に本発明の第４の実施例を図８を参照して説明する。本実施例の超音波診断装置１Ｄは例えば図５の超音波診断装置１Ｃにおいて、さらにもう１つの超音波プローブ２Ｄを使用できるようにしたものである。
【００８５】
　このため、図５においてさらに同じ超音波プローブ２Ｃ及び超音波処理装置３Ｃを追加して構成しても良いが、本実施例では１つの電源ユニット２５で共通に使用する構成にしている。
【００８６】
　このため、この電源ユニット２５には２つの超音波プローブ２Ｃ，２Ｄの超音波プローブ本体２２、２２′から延出されたケーブル部２３、２３′にそれぞれ設けたコネクタ２４、２４′が接続できるようにすると共に、電源ユニット２５に着脱自在で接続されるコネクタをそれぞれ設けたケーブル２６，２６′を介してＰＣカード２７，２７′が接続できるようにしている。
【００８７】
　また、２つのＰＣカード２７，２７′が同時に接続できるスロット２８，２８′を備えたパソコン２１Ｄにしている。また、電源ユニット２５には２つのＰＣカード２７，２７′を同時に収納する収納部３３、３３′を設けている。  
　また、パソコン２１Ｄの処理能力が大きい場合には、各々の超音波プローブ２Ｃ，２Ｄでの観測結果を並行して画面にライブ表示してもよい。
【００８８】
　また、パソコン２１Ｄの処理能力が２つの超音波プローブ２Ｃ，２Ｄに対して並行して処理させるには負担が大きいような場合には、選択した一方の超音波プローブの観測結果のみライブ画像として表示し、その他の超音波プローブの画像はフリーズ状態でもよい。　この時の画面の表示レイアウトは、１画面を２分割にしてもよく、親子画面の構成にしてもよく、これに限定されることはない。
【００８９】
　本実施例によれば、生体における複数の異なる部位に対して同時に超音波のスキャンができ、より術者の要望に適した超音波診断画像を得ることができる。
【００９０】
　なお、本実施例ではパソコン２１Ｄには２つのＰＣカード２７ａ、２７ｂを接続できるもので説明したが、パソコン２１Ｄ或いはコンピュータ２１に外部入力用インターフェースが３入力以上ある場合、３つ以上の複数の超音波プローブをコンピュータ２１等に接続して使用できるようにしてもよい。
【００９１】
（第５の実施例）
　次に本発明の第５の実施例を図９を参照して説明する。これまでの実施例では電子スキャン方式の超音波診断装置であったが、本実施例はメカニカルスキャン方式の超音波診断装置１Ｅである。
【００９２】
　この超音波診断装置１Ｅは、図１における超音波プローブ２Ａが、モータ駆動回路５１と、このモータ駆動回路５１からのモータ駆動信号により回転するモータ５２と、このモータ５２の回転軸にその回転中心が取り付けられた円板５３の外周面に固定された超音波振動子５４とからなる超音波プローブ２Ｅに置き換えた構成となっている。
【００９３】
　この超音波プローブ２Ｅにおける超音波振動子５４は信号線を介して超音波処理装置３Ｅを構成する送信アンプ８と受信アンプ１１に接続される。また、モータ駆動回路５１はタイミングコントローラ９と接続され、タイミングコントローラ９からのタイミング信号に同期してモータ５２は例えば微小角度毎にステップ状に回転する。
【００９４】
　そしてこの微小角度毎に超音波の送受を行い、その際の音線毎に第１の実施例とほぼ同様の処理を行う。つまり、本実施例は円板５３の外周面に電子スキャン方式のアレイ状の振動素子を取り付けて、各振動素子を順次駆動した場合とほぼ同様の処理を行う。
【００９５】
　本実施例ではモータ５２は例えばステッピングモータで構成され、また１回転より小さい角度で往復回転してセクタ走査を行う。このため、超音波振動子５４は遊びを持たせた信号線を介して送信アンプ８と受信アンプ１１に接続されておれば良く、スリップリングなどを必要としない。
【００９６】
　本実施例によれば、簡単な構成、かつ低コストで超音波プローブ２Ｅを構成できる。　また、本実施例によれば、メカニカルスキャン方式の場合にも、低コストで開口合成方式の超音波診断装置１Ｅを実現できる。
【００９７】
　また、本実施例によれば、送信信号を出力する送信周期とモータ駆動回路５１からのステッピングパルスの周波数等を変更することにより、観察部位等に応じて音線数を変更してより術者の要望に適した超音波診断画像を得られるようにすることもできる。
【００９８】
　例えば、心臓に近い部位に対して超音波診断画像を得ようとする場合には、送信周期は一定で、ステッピングパルスの周波数を例えば２倍に高くして例えば音線数を通常の１／２にして速度優先により所定の走査範囲をスキャンしてブレの少ない超音波診断画像を得られるようにすることができる。
【００９９】
　また、心臓から遠い比較的動きが少ない部位に対しては、超音波診断画像を得ようとする場合には、例えば送信周期は一定でステッピングパルスの周波数を１／２に低くして、通常の２倍の音線数の高解像の超音波診断画像を得られるようにすることができる。
【０１００】
　また、本発明は上述したものに限定されるものでなく、例えば図１等における直交検波回路１５の機能をコンピュータ２１で行うようにしたりしても良い。  
　なお、上述した各実施例等を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。
【０１０１】
［付記］
１．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、
　前記複数の超音波振動素子の中で選択された所定の振動素子に対して超音波送信信号を送出する送信手段と、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記超音波振動素子で受信されたエコー信号に基づき複素データ信号を生成する複素データ生成手段と、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記複数の振動素子各々に対応する超音波信号の遅延時間情報に基づき、前記複素データ信号を位相回転する位相回転演算プログラムを備えると共に、該位相回転演算プログラムの演算結果に基づき、前記エコー信号の反射強度を演算する反射強度演算プログラムを備えた演算用コンピュータと、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記複素データ生成手段で生成された複素データを前記演算用コンピュータに入力する入力手段と、
　を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【０１０２】
２．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、
　前記複数の超音波振動素子の中で選択された所定の振動素子に対して超音波送信信号を送出する送信手段と、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記超音波振動素子で受信されたエコー信号に基づき複素データ信号を生成する複素データ生成手段と、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記複素データ生成手段で生成された複素データを、前記送信タイミングと対応したタイミング信号とともにコンピュータ演算処理装置に入力する入力手段と、
　を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【０１０３】
３．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、前記複数の超音波振動素子の中で選択された所定の振動子に対して超音波信号を送出する送信手段と、前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記超音波振動素子で受信されたエコー信号に基づき複素データ信号を生成する複素データ生成手段とを備えた超音波診断装置に接続される演算処理装置であって、
　前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて前記複素データ信号が入力され、前記複数の振動素子各々に対応する超音波信号の遅延時間情報に基づき、前記複素データ信号に位相転換する位相転換演算プログラムを備えるとともに、該位相転換演算プログラムの演算結果に基づき、前記エコー信号の反射強度を演算する反射強度演算プログラムを備えた
　ことを特徴とする演算処理装置。
【０１０４】
４．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、前記複数の超音波振動素子の中で選択された所定の振動子に対して超音波信号を送出する送信手段と、前記超音波送信手段の超音波送信信号の送信タイミングに応じて、前記超音波振動素子で受信されたエコー信号に基づき複素データ信号を生成する複素データ生成手段とを備えた超音波診断装置に接続される演算処理装置に用いられる演算処理プログラムの記録媒体であって、
　前記複数の振動素子各々に対応する超音波信号の遅延時間情報に基づき、前記複素データ信号を位相転換する位相転換演算プログラムを備えるとともに、該位相転換演算プログラムの演算結果に基づき、前記エコー信号の反射強度を演算する反射強度演算プログラムを記憶する
　ことを特徴とする演算処理装置。
【０１０５】
５．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、
　前記複数の超音波振動素子を送信信号で順次駆動して得られたエコー信号からディジタルの複素データを生成する複素データ生成回路と、
　前記複素データを取り込み、各振動素子で決まる遅延時間に対応してデータを揃え、位相回転処理をし、これより得られるデータから反射強度の算出の処理を行い、結果を表示するコンピュータと、
　を備えた超音波診断装置。
【０１０６】
（付記５の効果）
　直交検波した複素データをコンピュータに取り込み、コンピュータのソフトウェアにより合成演算処理を行い、結果の格納、端末操作、合成結果の表示もコンピュータで行うことから、これらの専用回路を必要とせず、この分のコストを抑えることができ、安価な超音波診断装置を提供できる。  
　また、コンパクトなコンピュータを使用することにより、小型の超音波診断装置を提供することができる。  
　そして、合成演算処理をソフトウェアで行うため、機能の追加をソフトウェアの入れ替えのみで容易に対応することができる。
【０１０７】
６．複数の超音波振動素子と、前記超音波振動素子から超音波を駆動する送信回路と、前記送信回路で送信して得られたエコー信号を受信する回路とを収めた超音波プローブと、
　この超音波プローブから出力されるエコー信号に基づきディジタルの複素データを生成する複素データ生成回路と、
　この複素データを取り込み、各超音波振動素子で決まる遅延時間に対応してデータを揃え、位相回転処理をし、これより得られるデータから反射強度の算出の処理を行い、結果を表示するコンピュータと、
　とからなる超音波診断装置。
【０１０８】
（付記６に対する問題点）
　開口合成方式のように、１個の振動素子を順次切り替えて送受信する場合、振動素子と送受信回路との距離が長くなると、信号の減衰によるノイズの影響を受けやすくなり、良好な超音波断層像が得られないという問題があった。
【０１０９】
（解決する手段）
また、超音波パルス信号を送信する回路と、送受信する振動素子を選択する回路と、受信したエコーを所定に大きさに増幅する回路とをプローブ内に設ける。　（作用）
　振動素子と送受信回路をプローブ内に設けることにより、振動素子から得られる受信エコー信号は所定の大きさに増幅されるため、プローブケーブルに混入するノイズの影響を抑えることができる。
【０１１０】
（付記６の効果）
　送受信回路とマルチプレクサと振動素子をプローブ内に収めることにより、プローブから出力されるケーブル数を少なくでき、配線工数を減らすことができる。  
　また、送受信回路と振動素子間を短くできるため、信号の減衰を抑え、ノイズの影響を受けにくい、良好なエコー信号を受信することができる。
【０１１１】
７．複数の超音波振動素子をアレイ状に並べた超音波振動素子群と、
送受信する振動素子を選択し、前記以外の振動素子をＧＮＤに接続する回路と、前記選択された振動素子を送信信号で順次切り替えながら駆動して得られたディジタルの複素データを生成する複素データ生成回路と、
この複素データを取り込み、各振動素子で決まる遅延時間に対応してデータを揃え、位相回転処理をし、これより得られるデータから反射強度の算出の処理を行い、結果を表示するコンピュータとからなる超音波診断装置。
【０１１２】
（付記７に対する問題点）
　１個の振動素子を順次切り替えて送受信する時に、送受信回路の構成上、選択されていない振動素子も送受信してしまうため、振動子間にクロストークが現われ、開口合成法の原理どおりの高分解能な画質を得られないという問題があった。
【０１１３】
（解決する手段）
　送受信する振動素子を選択する回路と、選択されていない振動素子をＧＮＤに接続する回路とを設ける。
【０１１４】
（作用）
　送受信していない振動素子をＧＮＤに接続することにより、送受信する素子以外からの送受信もれ信号が抑えられ、振動子間のクロストークが低減された、エコー信号を受信することができる。
【０１１５】
（付記７の効果）
　振動素子の選択回路において、送受信用として選ばれていない振動素子をＧＮＤに落とすことにより、振動素子間のクロストークの影響を抑え、良好なエコー信号を受信することができる。
【０１１６】
８．それぞれ異なる位置から時系列的に超音波を送受信する超音波振動子を備えた超音波プローブと、
　前記超音波振動子で受信したエコー信号に対して直交検波して複素データを生成する直交検波回路と、
　前記複素データに対して、送受信した超音波振動子の各位置で決まる遅延時間に対応して、位相回転処理を行い、反射強度を算出する処理を行うコンピュータと、
　を備えた超音波診断装置。
【０１１７】
９．付記８において、前記超音波プローブの超音波振動子はアレイ状に配置された複数の超音波振動素子で構成され、電子スキャンによりそれぞれ異なる位置の超音波振動素子で時系列的に超音波の送受信が行われる。
【０１１８】
１０．付記８において、前記超音波プローブの超音波振動子はモータで回転駆動される円板の外周面に取り付けられ、前記モータによるメカニカルスキャンによりそれぞれ異なる位置での超音波振動素子で時系列的に超音波の送受信が行われる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施例の動作を説明するフローチャート図。
【図３】第１の実施例における位相回転処理の動作の説明図。
【図４】本発明の第２の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図５】第２の実施例の変形例の超音波診断装置の構成を示す斜視図。
【図６】図５の電源ユニット及びＰＣカードの構成例を示すブロック図。
【図７】本発明の第３の実施例における超音波プローブ本体内の主要部の構成を示す図。
【図８】本発明の第４の実施例の超音波診断装置の構成を示す斜視図。
【図９】本発明の第５の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図１０】従来の開口合成超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図１１】位相回転処理を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
【０１２０】
　１Ａ…超音波診断装置
　２Ａ…超音波プローブ
　３Ａ…超音波処理装置
　５−１〜５−５…（超音波)振動素子
　６…マルチプレクサ
　７…送信信号発生器
　８…送信アンプ
　９…タイミングコントローラ
　１１…受信アンプ
　１２…ＳＴＣコントローラ
　１３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
　１４…Ａ／Ｄ変換器
　１５…直交検波回路
　２１…コンピュータ
　２２…超音波プローブ本体
　２３…ケーブル部
　　　代理人　　弁理士　　伊藤　進
【図１】
2004141672.tif 000003
【図２】
2004141672.tif 000004
【図３】
2004141672.tif 000005
【図４】
2004141672.tif 000006
【図５】
2004141672.tif 000007
【図６】
2004141672.tif 000008
【図７】
2004141672.tif 000009
【図８】
2004141672.tif 000010
【図９】
2004141672.tif 000011
【図１０】
2004141672.tif 000012
【図１１】
2004141672.tif 000013