(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受信を制御する装置本体に対し、装置本体から複数の信号線を介して伝送された駆動信号に基づいてアレイトランスジューサから超音波ビームを被検体に向けて送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスジューサで受信して得られた受信信号を装置本体の複数の送受信回路に接続された複数の信号線を介して伝送する超音波プローブであって、
アレイトランスジューサを構成する各トランスジューサが厚み振動以外の不要振動を抑えて超音波を送受信するように複数のサブダイス素子より構成され、
より少ない送受信回路を有する装置本体に対応してチャンネル数を減少させる場合には各チャンネルを構成するサブダイス素子の数が増加するように複数のサブダイス素子の接続状態を切り換えると共にアレイトランスジューサを構成する複数のトランスジューサを複数の信号線のいずれかに対応付けて選択的に接続することにより複数の信号線のうち各チャンネルに接続されて駆動信号および受信信号を伝送する有効信号線を選択するチャンネル形成・接続部を備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記チャンネル形成・接続部は、
複数のサブダイス素子間の接続を選択することによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成すると共に複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線に排他的に割り付けるためのチャンネル形成・接続スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記チャンネル形成・接続部は、
複数のサブダイス素子間の接続を選択することによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成するための複数のスイッチを有するチャンネル形成部と、
前記チャンネル形成部で形成された複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線に排他的に割り付けるための複数のスイッチを有するチャンネル接続部と
を含み、
複数の信号線のうち前記チャンネル接続部により各チャンネルと接続された信号線が前記有効信号線となることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記チャンネル形成・接続部は、各チャンネルを構成するサブダイス素子数がそれぞれ同数となるように接続状態を切り換えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超音波プローブと、
それぞれ対応する前記有効信号線に接続される複数の送受信回路を有する少なくとも１台の装置本体と
を有し、
前記チャンネル形成・接続部による複数のサブダイス素子の接続状態の切り換えは、前記少なくとも１台の装置本体の有する送受信回路の総数に応じて行われることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置に係り、特に、それぞれ複数のサブダイス素子が接続された複数のチャンネルを有する超音波プローブおよびこれを用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、超音波振動子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された装置本体とを有してしる。装置本体には内蔵された超音波送受信回路の処理能力に対応する超音波プローブが接続され、超音波送受信回路からの駆動信号に基づいて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の超音波送受信回路で受信すると共に装置本体において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】
近年、ベッドサイドや救急医療現場等に搬送して使用することができるポータブル型あるいは携帯型の超音波診断装置が開発されている。このような超音波診断装置は、操作性および利便性を追求すべく装置の小型化が要求され、これに伴って超音波送受信回路の規模自体も小さく、画質の低下を余儀なくされている。そこで、超音波診断装置を小型化すると共に画質の低下を抑制することが求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、携帯型の超音波ユニットをドッキング・カートにドッキングさせることによりドッキング・カートでデータ処理を行う超音波診断システムが開示されている。携帯型の超音波ユニットで生成された受信信号がドッキング・カートに供給され、ドッキング・カートの高いデータ処理能力で受信信号が処理された後、ドッキング・カートのディスプレイに高い解像度で超音波画像が表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のシステムでは、ドッキング・カートに携帯型の超音波ユニットをドッキングさせることで、携帯型の超音波ユニットが有する処理能力よりも高い能力で受信信号の処理を行うことができる。しかしながら、ドッキングされる携帯型の超音波ユニットのクラスに応じて超音波送受信回路の規模はそれぞれ異なるため、それぞれの超音波ユニットのクラスに対応した超音波プローブを複数備える必要がある。
【０００７】
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、超音波送受信回路の規模の異なる診断装置本体に対応することができる超音波プローブを提供することを目的とする。
また、この発明は、このような超音波プローブを用いた超音波診断装置を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波プローブは、超音波の送受信を制御する装置本体に対し、装置本体から複数の信号線を介して伝送された駆動信号に基づいてアレイトランスジューサから超音波ビームを被検体に向けて送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスジューサで受信して得られた受信信号を装置本体の複数の送受信回路に接続された複数の信号線を介して伝送する超音波プローブであって、アレイトランスジューサを構成する各トランスジューサが厚み振動以外の不要振動を抑えて超音波を送受信するように複数のサブダイス素子より構成され、より少ない送受信回路を有する装置本体に対応してチャンネル数を減少させる場合には各チャンネルを構成するサブダイス素子の数が増加するように複数のサブダイス素子の接続状態を切り換えると共にアレイトランスジューサを構成する複数のトランスジューサを複数の信号線のいずれかに対応付けて選択的に接続することにより複数の信号線のうち各チャンネルに接続されて駆動信号および受信信号を伝送する有効信号線を選択するチャンネル形成・接続部を備えたものである。
【０００９】
ここで、前記チャンネル形成・接続部は、複数のサブダイス素子間の接続を選択することによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成すると共に複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線に排他的に割り付けるためのチャンネル形成・接続スイッチを有することが好ましい。
また、前記チャンネル形成・接続部は、複数のサブダイス素子間の接続を選択することによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成するための複数のスイッチを有するチャンネル形成部と、前記チャンネル形成部で形成された複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線に排他的に割り付けるための複数のスイッチを有するチャンネル接続部とを含み、複数の信号線のうち前記チャンネル接続部により各チャンネルと接続された信号線が前記有効信号線となるのが好ましい。
【００１０】
また、前記チャンネル形成・接続部は、各チャンネルを構成するサブダイス素子数がそれぞれ同数となるように接続状態を切り換えることができる。
【００１１】
また、本発明に係る超音波診断装置は、上記のいずれかに記載の超音波プローブと、それぞれ対応する前記有効信号線に接続される複数の送受信回路を有する少なくとも１台の装置本体とを有し、前記チャンネル形成・接続部による複数のサブダイス素子の接続状態の切り換えは、前記少なくとも１台の装置本体の有する送受信回路の総数に応じて行われるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、複数のサブダイス素子の接続状態を切り換えることにより各チャンネルを構成するサブダイス素子数を変更するので、超音波送受信回路の規模の異なる診断装置本体に超音波プローブを対応させ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】実施形態１で用いられた超音波プローブにおけるアレイトランスジューサの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】複数のサブダイス素子の接続方法を示し、（Ａ）は２つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合、（Ｂ）は３つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合を示す図である。
【図４】チャンネル形成部およびチャンネル接続部の回路構成を示し、（Ａ）は２つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合、（Ｂ）は３つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合を示す図である。
【図５】チャンネル接続部により接続状態を切り換えた状態を示し、（Ａ）は２つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合、（Ｂ）は３つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合を示す図である。
【図６】実施形態１の変形例に係るチャンネル接続部により接続状態を切り換える様子を示す図である。
【図７】実施形態２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８】チャンネル形成・接続部の回路構成を示し、（Ａ）は２つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合、（Ｂ）は３つのサブダイス素子で１チャンネルを構成する場合を示す図である。
【図９】実施形態３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１０】実施形態３の変形例に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図１１】実施形態４に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１に、この発明の実施形態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、超音波を送受信する超音波プローブ１と、超音波プローブ１に接続された装置本体２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Ｋ個のサブダイス素子がそれぞれ所定数ずつ接続された複数のトランスジューサからなるアレイトランスジューサ３を有しており、それぞれのトランスジューサによりチャンネルが形成される。アレイトランスジューサ３には、Ｋ個のサブダイス素子間の接続を選択的に切り換えることによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成するチャンネル形成部４が接続されている。チャンネル形成部４にはＭ本の入出力線５を介してチャンネル接続部６が接続され、このチャンネル接続部６に駆動信号および受信信号を伝送するためのＮ本の信号線７を有する接続ケーブルが接続されている。チャンネル接続部６は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）から構成され、入出力線５と信号線７との接続状態を切り換える。
装置本体２は、Ｎ個のＴｘ／Ｒｘ（送受信）回路８を有しており、これらのＴｘ／Ｒｘ回路８に接続ケーブルの信号線７がそれぞれ対応して接続されている。各Ｔｘ／Ｒｘ回路８は、それぞれの信号線７を介して超音波プローブ１の各チャンネルに送信信号を供給すると共に超音波プローブ１の各チャンネルで生成された受信信号を受信する。装置本体２は、Ｔｘ／Ｒｘ回路８で受信された受信信号に基づいて超音波画像を表す画像データを生成する。
なお、超音波プローブ１のサブダイス素子の個数Ｋはチャンネル接続部６とチャンネル形成部４とを接続する入出力線５の本数Ｍより多く設定され、入出力線５の本数Ｍは信号線７およびＴｘ／Ｒｘ回路８の個数Ｎより多く設定されている。
【００１６】
図２に、超音波プローブ１に内蔵されたアレイトランスジューサ３の構成を示す。アレイトランスジューサ３を構成する各トランスジューサは、短冊状に分割されて複数のサブダイス素子を構成する圧電振動子９を有し、各圧電振動子９にはチャンネル毎に同一の電圧を印加するための電極１０が設置され、その背面側には超音波による余分な振動を抑制して超音波のパルス幅を短くするための制動材１１が設置されている。また、各圧電振動子９の前面側には音響整合層１２を介して音響レンズ１３が配置されている。
なお、各圧電振動子９は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）等から構成されている。このような圧電振動子９から構成される各チャンネルに電極１０からパルス状または連続波の電圧を印加すると、圧電振動子９が厚み方向に振動する。ここで、圧電振動子９が短冊状に分割されて各トランスジューサが構成されることで、厚み方向以外に振動する不要振動の発生が抑制されている。このような振動により、それぞれのチャンネルからパルス状または連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、各チャンネルを構成する圧電振動子９は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１７】
図３（Ａ）および（Ｂ）に、アレイトランスジューサ３の一例を示す。このアレイトランスジューサ３は、多数のサブダイス素子数、例えば３８４個のサブダイス素子がそれぞれ１００μｍの同一ピッチＰでアレイ状に配列され、約７．５ＭＨｚの周波数で使用されるものである。各チャンネルを２つのサブダイス素子を接続して形成する場合には、図３（Ａ）に示すように、サブダイス素子Ｓ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、Ｓ５とＳ６、・・・をそれぞれ接続し、各チャンネルを３つのサブダイス素子を接続して形成する場合には、図３（Ｂ）に示すように、サブダイス素子Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ７〜Ｓ９、・・・をそれぞれ接続する。
【００１８】
サブダイス素子の接続状態は、各チャンネルを構成するサブダイス素子数がそれぞれ同数となるように、チャンネル形成部４により切り換えられる。各チャンネルを構成するサブダイス素子数がそれぞれ２つまたは３つになるように接続状態を切り換える場合には、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、チャンネル形成部４は、サブダイス素子Ｓ１およびＳ２とサブダイス素子Ｓ３との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ１と、サブダイス素子Ｓ３とサブダイス素子Ｓ４との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ２およびＳＷ３と、サブダイス素子Ｓ４とサブダイス素子Ｓ５およびＳ６との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ４と、以下同様にして各チャンネルを構成するサブダイス素子間の接続を切り換える複数のスイッチにより構成することができる。すなわち、チャンネル形成部４は、サブダイス素子Ｓ１とＳ２、Ｓ５とＳ６、Ｓ７とＳ８、Ｓ１１とＳ１２、Ｓ１３とＳ１４、・・・を常に接続し、サブダイス素子Ｓ３、Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１０、・・・の接続状態を切り換えるように構成することができる。
【００１９】
図４（Ａ）に示すように、各チャンネルを２つのサブダイス素子により形成する場合には、チャンネル形成部４は、スイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・を開放すると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・を接続する。このようにして、それぞれ２つのサブダイス素子からなる１９２個のチャンネルとチャンネル接続部６から延びる１９２本の入出力線Ｌ１〜Ｌ１９２とをそれぞれ接続する。一方、図４（Ｂ）に示すように、各チャンネルを３つのサブダイス素子により形成する場合には、チャンネル形成部４は、スイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・を接続すると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・を開放する。このようにして、それぞれ３つのサブダイス素子からなる１２８個のチャンネルと１９２本の入出力線のうち１２８本の入出力線Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６・・・とをそれぞれ接続する。なお、１９２本の入出力線のうち各チャンネルと接続されない６４本の入出力線Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８・・・は装置本体２のＴｘ／Ｒｘ回路に接続されていない。
チャンネル形成部４により形成された複数のチャンネルのうち所定数のチャンネルが、チャンネル接続部６により装置本体２から延びる複数の信号線７に順次選択的に接続される。すなわち、チャンネル接続部６は、チャンネル形成部４により形成された複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線７に排他的に割り付ける。例えば、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、複数の信号線７とサブダイス素子Ｓ１〜Ｓ１９２との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ５、ＳＷ７、・・・と、複数の信号線７とサブダイス素子Ｓ１９３〜Ｓ３８４との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ６、ＳＷ８、・・・とを有し、２：１の切り換えを行うチャンネル接続部６が利用できる。このような２：１のチャンネル接続部６は、チャンネル形成部４により形成された複数のチャンネルのうちこれを等分割した数で構成されるＡグループのチャンネルを信号線７に接続し、超音波の送受信に伴って信号線７と接続されるチャンネルの位置を所定の素子数分だけ順次移動させていく。チャンネル接続部６は、信号線７と接続されるチャンネルの位置の移動をＢグループのチャンネルが信号線７に接続されるまで繰り返す。すなわち、チャンネル形成部４により１９２個のチャンネルが形成されたときには、９６個のチャンネルからなるＡグループから９６個のチャンネルからなるＢグループまで順次選択的に信号線７に接続され、チャンネル形成部４により１２８個のチャンネルが形成されたときには、６４個のチャンネルからなるＡグループから６４個のチャンネルからなるＢグループまで順次選択的に信号線７に接続される。
【００２０】
次に、超音波診断装置の動作について説明する。
まず、図１において、サブダイス素子の個数Ｋを３８４個とすると共に入出力線５の本数Ｍを１９２本とした超音波プローブ１をＴｘ／Ｒｘ回路８の個数Ｎを９６個とした装置本体２に９６本の信号線７を有する接続ケーブルを介して接続する。なお、超音波プローブ１には、２：１の切り換えを行うチャンネル接続部６が内蔵されているものとする。
装置本体２に接続された超音波プローブ１は、図４（Ａ）に示すように、チャンネル形成部４のスイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・が開放されると共にスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・が接続されることにより、それぞれ２つのサブダイス素子を接続した１９２個のチャンネルからなるアレイトランスジューサ３が形成される。また、超音波プローブ１のチャンネル接続部６のスイッチＳＷ５、ＳＷ７、・・・が接続されると共にスイッチＳＷ６、ＳＷ８・・・が開放され、チャンネル形成部４により形成された１９２個のチャンネルのうちＡグループの９６個のチャンネルと９６本の信号線がそれぞれ接続される。
【００２１】
このように、超音波プローブ１はチャンネル接続部６を内蔵するため、各チャンネルに接続された入出力線５の本数（１９２本）に比べ、超音波プローブ１と装置本体２を接続する接続ケーブルに内蔵された信号線７の本数（９６本）を少なくすることができ、これに伴い超音波プローブ１の操作性等を向上させることができる。
【００２２】
超音波プローブ１と装置本体２が接続されると、装置本体２に内蔵された９６個のＴｘ／Ｒｘ回路８から９６本の信号線７（有効信号線）を介して超音波プローブ１のチャンネル接続部６に駆動信号が供給される。チャンネル接続部６は、スイッチＳＷ５、ＳＷ７、・・・と接続された入出力線Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌ９６を介して駆動信号をチャンネル形成部４に供給する。チャンネル形成部４に供給された駆動信号は、サブダイス素子Ｓ１とＳ２、Ｓ３とＳ４、・・・Ｓ１９１とＳ１９２をそれぞれ接続して構成されたＡグループの９６個の各チャンネルにそれぞれ供給される。これにより、Ａグループの各チャンネルから図示しない被検体に向けて超音波がそれぞれ送信される。また、被検体により反射された超音波エコーはＡグループの各チャンネルで受信され、その受信信号が同様の経路を経て装置本体２の各Ｔｘ／Ｒｘ回路８に入力される。
続いて、超音波プローブ１のチャンネル接続部６が９６本の信号線７と接続される９６個のチャンネルの位置が所定数だけ移動するようにスイッチを切り換え、超音波が送受信される。
【００２３】
このようにして、超音波が送受信される度にチャンネル接続部６が信号線７と接続されるチャンネルの位置を所定数ずつ移動させ、最後に、図５（Ａ）に示すように、チャンネル接続部６のスイッチＳＷ５、ＳＷ７、・・・を開放すると共にスイッチＳＷ６、ＳＷ８・・・を接続することにより、Ｂグループの９６個のチャンネルと９６本の信号線（有効信号線）がそれぞれ接続される。同様にして、装置本体２の各Ｔｘ／Ｒｘ回路８からチャンネル接続部６に駆動信号が供給され、その駆動信号がチャンネル接続部６のスイッチＳＷ６、ＳＷ８、・・・と接続された入出力線Ｌ９７、Ｌ９８、・・・Ｌ１９２を介してＢグループの各チャンネルにそれぞれ供給される。これにより、Ｂグループの各チャンネルから被検体に向けて超音波がそれぞれ送信されると共に被検体により反射された超音波エコーがＢグループの各チャンネルから受信され、その受信信号が装置本体２の各Ｔｘ／Ｒｘ回路８に入力される。
このように、超音波ビームの走査は、有効信号線とＡグループの各チャンネルを接続した状態より開始され、所定の素子数分だけ有効信号線と接続されるチャンネルを移動しながら超音波の送受信を繰り返し、有効信号線をＢグループの各チャンネルと接続して超音波が送受信されたところで終了される。装置本体２は、各Ｔｘ／Ｒｘ回路８に入力された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。
【００２４】
一方、Ｔｘ／Ｒｘ回路８の個数Ｎを６４個とした装置本体２に超音波プローブ１を接続する場合には、図４（Ｂ）に示すように、チャンネル形成部４のスイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・が接続されると共にスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・が開放されることにより、それぞれ３つのサブダイス素子を接続した１２８個のチャンネルからなるアレイトランスジューサ３が形成される。チャンネル形成部４により形成された１２８個のチャンネルはチャンネル接続部６のスイッチＳＷ５、ＳＷ６、・・・により、図４（Ｂ）に示すように、６４個のＡグループの各チャンネルとＴｘ／Ｒｘ回路８にそれぞれ接続された６４本の信号線（有効信号線）とがそれぞれ接続される。続いて、チャンネル接続部６は、超音波が送受信される度にスイッチを切り換え、６４本の有効信号線と接続される６４個のチャンネルの位置を所定数ずつ移動させる。このようにして、図５（Ｂ）に示すように、６４個のＢグループの各チャンネルと６４本の有効信号線とを接続して超音波が送受信されたところで超音波ビームの走査が終了される。なお、接続ケーブルに内蔵された９６本の信号線のうち装置本体２のＴｘ／Ｒｘ回路８と接続されていない３２本の信号線（有効信号線以外の信号線）は、各チャンネルとの接続に関与しないチャンネル接続部６のスイッチＳＷ７、ＳＷ８、・・・（入出力線Ｌ２、Ｌ５、・・・）とそれぞれ接続されている。
【００２５】
本実施形態によれば、チャンネル形成部４が装置本体２に内蔵されたＴｘ／Ｒｘ回路８の個数に応じて超音波プローブ１のチャンネル数を変更するため、Ｔｘ／Ｒｘ回路８の規模の異なる複数の装置本体２に超音波プローブ１をそれぞれ対応させることができる。
【００２６】
なお、チャンネル形成部４により変更される各チャンネルのサブダイス素子数は２つおよび３つに限られず、サブダイス素子間の接続状態を切り換えるスイッチＳＷの位置や個数を変更することにより様々なサブダイス素子数から構成されるチャンネルを形成することができる。
また、チャンネル接続部６は２：１の切り換えを行うものに限られず、超音波を送受信する時間間隔に応じたＭＵＸを利用することができる。
また、チャンネル接続部６は、サブダイス素子Ｓ１〜Ｓ３８４を２等分してサブダイス素子Ｓ１〜Ｓ１９２がＡグループ、サブダイス素子Ｓ１９３〜Ｓ３８４がＢグループとなるように切り換えを行うものに限られない。例えば、チャンネル接続部６は、図６に示すように、任意の位置のサブダイス素子Ｓｊ〜Ｓｋ（ｋ＝ｊ＋１９１）を素子選択範囲として同一のタイミングで複数の信号線７にそれぞれ接続されるように切り換えを行うことができる。続いて、素子選択範囲と複数の信号線７との接続状態が開放されると、素子選択範囲を挟んで離れた位置に分割配置されたサブダイス素子が複数の信号線７にそれぞれ接続されるように切り換えが行われる。また、素子選択範囲は任意の数のサブダイス素子から構成することもでき、さらに素子選択範囲とそれ以外の範囲のサブダイス素子を互いに異なる数から構成することもできる。
【００２７】
実施形態２
図７に実施形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置では、図１に示した実施形態１の装置における超音波プローブ１に代えて超音波プローブ２１が用いられている。超音波プローブ２１は、実施形態１の超音波プローブ１において、チャンネル形成部４およびチャンネル接続部６の代わりにチャンネル形成・接続部２２をアレイトランスジューサ３と信号線７との間に接続したものである。
チャンネル形成・接続部２２は、アレイトランスジューサ３に配列された複数のサブダイス素子の接続状態を切り換えることにより各チャンネルを構成するサブダイス素子数を変更すると共にアレイトランスジューサ３を構成する複数のトランスジューサを装置本体２のＴｘ／Ｒｘ回路８にそれぞれ接続された複数の信号線７に対応付けて接続する。
【００２８】
例えば、２つまたは３つのサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成する場合には、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すようなチャンネル形成・接続部２２により各チャンネルを構成するサブダイス素子の接続状態の切り換えを行うことができる。チャンネル形成・接続部２２は、サブダイス素子Ｓ１およびＳ２とサブダイス素子Ｓ３との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ１と、サブダイス素子Ｓ３とサブダイス素子Ｓ４との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ２およびＳＷ３と、サブダイス素子Ｓ４とサブダイス素子Ｓ５およびＳ６との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ４と、以下同様にして各チャンネルを構成するサブダイス素子間の接続を切り換える複数のスイッチを有する。チャンネル形成・接続部２２は、各チャンネルを２つのサブダイス素子により形成する場合には、図８（Ａ）に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・を開放すると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・を接続し、各チャンネルを３つのサブダイス素子により形成する場合には、図８（Ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・を接続すると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・を開放する。
また、チャンネル形成・接続部２２は、複数の信号線７とサブダイス素子Ｓ１〜Ｓ１９２との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ５、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ９・・・と、複数の信号線７とサブダイス素子Ｓ１９３〜Ｓ３８４との接続状態を切り換えるスイッチＳＷ６、ＳＷ１０・・・とを有する。これにより、複数のチャンネルのうちこれを等分割した数で構成されるＡグループのチャンネルを信号線７に接続し、超音波の送受信に伴って信号線７と接続されるチャンネルの位置を所定の素子数分だけ順次移動させていく。チャンネル形成・接続部２２は、信号線７と接続されるチャンネルの位置の移動をＢグループのチャンネルが接続されるまで繰り返す。なお、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・は、各チャンネルを構成するサブダイス素子間の接続を切り換えると共に複数の信号線７と各チャンネルとの接続状態の切り換えを行っている。すなわち、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・は、複数のサブダイス素子間の接続を選択することによりそれぞれ複数のサブダイス素子からなる複数のチャンネルを形成すると共に複数のチャンネルのうち２以上のチャンネルを同一の信号線に排他的に割り付けるためのチャンネル形成・接続スイッチとして機能する。
【００２９】
まず、図７において、サブダイス素子の個数Ｋを３８４個とした超音波プローブ２１をＴｘ／Ｒｘ回路８の個数Ｎを９６個とした装置本体２に９６本の信号線７を介して接続する。
装置本体２に接続された超音波プローブ１は、図８（Ａ）に示すように、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・が開放されると共にスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・が接続されることにより、それぞれ２つのサブダイス素子を接続した１９２個のチャンネルからなるアレイトランスジューサ３が形成される。また、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ５、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ９・・・が接続されると共にスイッチＳＷ６、ＳＷ１０・・・が開放され、１９２個のチャンネルのうちＡグループの９６個のチャンネルと９６本の信号線（有効信号線）がそれぞれ接続される。
【００３０】
超音波プローブ１と装置本体２が接続されると、装置本体２に内蔵された９６個のＴｘ／Ｒｘ回路８から信号線７を介して超音波プローブ２１のチャンネル形成・接続部２２に駆動信号が供給される。チャンネル形成・接続部２２は、Ｔｘ／Ｒｘ回路８から供給された駆動信号をスイッチＳＷ５、ＳＷ２、・・・とそれぞれ接続されたＡグループの９６個の各チャンネルに供給する。
続いて、超音波が送受信される度に超音波プローブ２１のチャンネル形成・接続部２２が９６本の信号線７と接続される９６個のチャンネルの位置を所定数ずつ移動させていき、最後に９６本の信号線７がＢグループのチャンネルと接続される。超音波プローブ２１は、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ５、ＳＷ２、ＳＷ３・・・を開放すると共にスイッチＳＷ６、ＳＷ１０・・・を接続することにより、Ｂグループの９６個のチャンネルと９６本の信号線がそれぞれ接続される。同様にして、装置本体２の９６個のＴｘ／Ｒｘ回路８からチャンネル形成・接続部２２に駆動信号が供給され、その駆動信号がスイッチＳＷ６、ＳＷ１０、・・・と接続されたＢグループの各チャンネルにそれぞれ供給される。
このように、超音波ビームの走査は、有効信号線とＡグループの各チャンネルを接続した状態より開始され、所定の素子数分だけ有効信号線と接続されるチャンネルを移動しながら超音波の送受信を繰り返し、有効信号線をＢグループの各チャンネルと接続して超音波が送受信されたところで終了される。
なお、チャンネル形成・接続部２２は、サブダイス素子Ｓ１〜Ｓ３８４を２等分してサブダイス素子Ｓ１〜Ｓ１９２がＡグループ、サブダイス素子Ｓ１９３〜Ｓ３８４がＢグループとなるように切り換えを行うものに限られず、任意の位置のサブダイス素子Ｓｊ〜Ｓｋ（ｋ＝ｊ＋１９１）を素子選択範囲として同一のタイミングで複数の信号線７にそれぞれ接続されるように切り換えを行うことができる。また、素子選択範囲は任意の数のサブダイス素子から構成することもでき、さらに素子選択範囲とそれ以外の範囲のサブダイス素子を互いに異なる数から構成することもできる。
【００３１】
このように、チャンネル形成・接続部２２が複数のＴｘ／Ｒｘ回路８と接続された信号線７と各チャンネルとの接続をグループ毎に切り換えて超音波の送受信を行うため、各チャンネルの個数（１９２本）に比べ、超音波プローブ１と装置本体２を接続する接続ケーブルに内蔵された信号線７の本数（９６本）を少なくすることができ、これに伴い超音波プローブ１の操作性等を向上させることができる。
また、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・が各チャンネルを構成するサブダイス素子間の接続を切り換えると共に複数の信号線７と各チャンネルとの接続状態の切り換えを行うため、実施形態１の超音波プローブ１に比べてスイッチの個数を減らして簡易な構成とすることができる。
【００３２】
一方、Ｔｘ／Ｒｘ回路８の個数Ｎを６４個とした装置本体２に超音波プローブ２１を接続する場合には、図８（Ｂ）に示すように、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ１、ＳＷ４・・・が接続されると共にスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・が開放されることにより、それぞれ３つのサブダイス素子を接続した１２８個のチャンネルからなるアレイトランスジューサ３が形成される。また、チャンネル形成・接続部２２のスイッチＳＷ５、ＳＷ９・・・により、１２８個のチャンネルがそれぞれ６４個のＡグループまたはＢグループにグループ分けされる。ＡグループまたはＢグループで同じＴｘ／Ｒｘ回路８にそれぞれ接続される素子は、チャンネル形成・接続部２２により排他的に選択された６４本の信号線（有効信号線）と接続される。なお、接続ケーブルに内蔵された９６本の信号線のうち装置本体２のＴｘ／Ｒｘ回路８と接続されていない３２本の信号線（有効信号線以外の信号線）は、各チャンネルとの接続に関与しないスイッチＳＷ２、ＳＷ３、・・・とそれぞれ接続されている。
【００３３】
本実施形態によれば、チャンネル形成・接続部２２が装置本体２に内蔵されたＴｘ／Ｒｘ回路８の個数に応じて超音波プローブ２１のチャンネル数を変更するため、Ｔｘ／Ｒｘ回路８の規模の異なる複数の装置本体２に超音波プローブ２１をそれぞれ対応させることができる。
【００３４】
実施形態３
実施形態１および２に係る超音波診断装置は、１個の超音波プローブを複数の装置本体２に接続して用いることもできる。
例えば、実施形態１に示した３８４個のサブダイス素子と１９２本の入出力線５を有する超音波プローブ１において、チャンネル形成部４によりそれぞれ２つのサブダイス素子により構成される１９２個のチャンネルを形成した場合、この超音波プローブ１を６４個のＴｘ／Ｒｘ回路８を内蔵した装置本体２に接続すると、図９に示すように、１９２個のチャンネルのうち１２８個のチャンネルしか使用することができない。すなわち、１９２個のチャンネルと接続された１９２本の入出力線５のうち１２８本がチャンネル接続部６を介して装置本体の６４個のＴｘ／Ｒｘ回路８に接続され、残る６４本はＴｘ／Ｒｘ回路８に接続されない。
そこで、例えば図１０に示すように、この超音波プローブ１をそれぞれ６４個のＴｘ／Ｒｘ回路８を備えた第１の装置本体３１および第２の装置本体３２に信号分配器３３を介して接続することができる。チャンネル形成部４により２つのサブダイス素子がそれぞれ接続されて形成された１９２個のチャンネルは１９２本の入出力線５を介して２：１の切り換えを行うチャンネル接続部６に接続される。このチャンネル接続部６は、１９２本の入出力線５を９６本の信号線７にそれぞれ接続すると共に信号分配器３３を介して９６本の信号線７を第１の装置本体３１および第２の装置本体３２にそれぞれ内蔵された４８個のＴｘ／Ｒｘ回路８と選択的に接続する。これにより、１９６個のチャンネルが第１の装置本体３１および第２の装置本体３２の有する９６個のＴｘ／Ｒｘ回路８にそれぞれ選択的に接続される。第１の装置本体３１および第２の装置本体３２は、互いに同一のタイミングで並列動作し、超音波プローブ１の１９２個のチャンネルから超音波の送受信を行う。
【００３５】
本実施形態によれば、超音波プローブ１のチャンネル数に対して接続される装置本体２のＴｘ／Ｒｘ回路の個数が少ない場合でも、複数の装置本体２を並列運転することにより同時に並行して処理し得る受信信号の数を向上させ、高画質の超音波画像を得ることできる。
【００３６】
実施形態４
図１１に、実施形態３で２台の装置本体を並列運転する際に用いた、第１の装置本体３１および第２の装置本体３２の内部構成を示す。第１の装置本体３１は、ユニット側コネクタ３４を介して信号分配器３３に接続されるフロントエンド３５を有し、このフロントエンド３５にビームフォーマ３６を介してバックエンド３７が接続され、バックエンド３７にモニタ３８が接続されている。さらに、第１の装置本体３１は、クロック・リトリガ回路３９を有しており、このクロック・リトリガ回路３９に制御部４０が接続されている。
【００３７】
フロントエンド３５は、ｎチャンネルのＴｘ／Ｒｘ回路８を有し、信号分配器３３を介して接続された超音波プローブ１の対応するチャンネルの振動子に駆動信号を供給すると共に被検体からの超音波エコーを受信することによりこれらチャンネルの振動子で生成された受信信号に対して直交検波処理等を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成する。フロントエンド３５は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。
【００３８】
ビームフォーマ３６は、制御部４０により設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの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。この受信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ベースバンド信号（音線信号）が生成される。
【００３９】
バックエンド３７は、ビームフォーマ３６によって生成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。バックエンド３７は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、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。ＤＳＣは、ＳＴＣ部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変換（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。
【００４０】
モニタ３８は、バックエンド３７によって生成される画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。
クロック・リトリガ回路３９は、クロック信号を診断装置ユニット１内の各部に供給すると共に、このクロック信号によりリトリガされたトリガ信号を第１の装置本体３１内の各部に供給するものである。
また、制御部４０は、第１の装置本体３１内の各部の動作を制御する。
【００４１】
一方、第２の装置本体３２も、第１の装置本体３１と同様の内部構成を有している。すなわち、第２の装置本体３２は、ユニット側コネクタ４１を介して信号分配器３３に接続されるフロントエンド４２を有し、このフロントエンド４２にビームフォーマ４３を介してバックエンド４４が接続され、バックエンド４４にモニタ４５が接続されている。さらに、第２の装置本体３２は、クロック・リトリガ回路４６を有しており、このクロック・リトリガ回路４６に制御部４７が接続されている。
これら第２の装置本体３２内の各部は、第１の装置本体３１内の同一名称の各部と同様の機能を有している。
【００４２】
第１の装置本体３１および第２の装置本体３２が並列運転されるときには、例えば第１の装置本体３１がマスター装置本体として、第２の装置本体３２がスレーブ装置本体としてそれぞれ選択されて機能し、図１１に示されるように、第２の装置本体３２のビームフォーマ４３がデータバス４８を介して第１の装置本体３１のバックエンド３７に接続されると共に、第２の装置本体３２のバックエンド４４およびクロック・リトリガ回路４６が動作制御ケーブルを介して第１の装置本体３１のバックエンド３７およびクロック・リトリガ回路３９にそれぞれ接続される。
【００４３】
信号分配器３３に接続されているユニット側コネクタ３４および４１には、互いに異なる識別番号（ＩＤ番号）が予め設定されており、第１の装置本体３１および第２の装置本体３２は、ユニット側コネクタ３４が接続されると、このユニット側コネクタ３４の識別番号により、マスター装置本体として機能することを認識し、ユニット側コネクタ４１が接続されると、このユニット側コネクタ４１の識別番号により、スレーブ装置本体として機能することを認識するように構成されている。
また、超音波プローブ１に接続されているプローブコネクタ４９にも、ユニット側コネクタ３４および４１とは異なる識別番号が予め設定されており、第１の装置本体３１および第２の装置本体３２は、プローブコネクタ４９が直接接続されると、並列運転を行わず、それぞれ単独で通常の超音波診断動作を行うことを認識する。
【００４４】
次に、並列運転時の動作について説明する。
まず、信号分配器３３により、超音波プローブ１のアレイトランスジューサ３の複数のチャンネルのうち偶数番目に配列されたチャンネルが第１の装置本体３１に接続されると共に奇数番目に配列されたチャンネルが第２の装置本体３２に接続されるものとする。
スレーブ装置本体として機能する第２の装置本体３２は、第１の装置本体３１のクロック・リトリガ回路３９から供給された同期用クロック信号およびメイントリガ信号に従って動作する。
【００４５】
例えば、「ｍ」を自然数として、第１の装置本体３１のフロントエンド３５から超音波プローブ１の（２ｍ＋２）番目のチャンネルの振動子に駆動信号を供給すると共に第２の装置本体３２のフロントエンド４２から超音波プローブ１の（２ｍ＋３）番目のチャンネルの振動子に駆動信号を供給することにより、互いに隣接するこれら２つのチャンネルから超音波が送信されると、被検体からの超音波エコーを受信した超音波プローブ１の各チャンネルの振動子は、それぞれ受信信号を出力する。
【００４６】
そして、振動子アレイの偶数番目に配列されたチャンネルの振動子から出力された受信信号が第１の装置本体３１のフロントエンド３５に入力されてサンプルデータが生成されると共に、振動子アレイの奇数番目に配列されたチャンネルの振動子から出力された受信信号が第２の装置本体３２のフロントエンド４２に入力されてサンプルデータが生成される。このとき、第２の装置本体３２は、第１の装置本体３１のクロック・リトリガ回路３９から供給された同期用クロック信号およびメイントリガ信号に従って動作するため、第１の装置本体３１のフロントエンド３５と第２の装置本体３２のフロントエンド４２は、互いに同一タイミングでサンプルデータを生成する。
【００４７】
第１の装置本体３１では、フロントエンド３５で生成されたサンプルデータに対してビームフォーマ３６が受信フォーカス処理を行うことにより、音線信号が生成され、バックエンド３７に供給される。一方、第２の装置本体３２においても、フロントエンド４２で生成されたサンプルデータに対してビームフォーマ４３が受信フォーカス処理を行うことにより、音線信号が生成されるが、この音線信号は、データバス４８を介して第１の装置本体３１のバックエンド３７に供給される。
なお、このとき、第１の装置本体３１および第２の装置本体３２は、超音波プローブ１のそれぞれのチャンネルに対して、各チャンネルを構成する複数のサブダイス素子で位相整合を行い、複数方向の超音波ビームを合成し、合成結果に基づいて音線信号を生成するように構成することもできる。
【００４８】
このようにして双方の装置本体３１および３２のビームフォーマ３６および４３で生成された音線信号が供給されると、第１の装置本体３１のバックエンド３７は、これらの音線信号を合成し、合成された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。この画像信号が第１の装置本体３１のモニタ３８に送られ、超音波診断画像がモニタ３８に表示される。
【００４９】
本実施形態によれば、第１の装置本体３１および第２の装置本体３２はそれぞれｎチャンネルの超音波送受信回路を有しているので、それぞれ単独で通常の超音波診断動作を行う際には、同時に並行して処理し得る受信信号の数は「ｎ」であるが、双方の装置本体３１および３２を同期運転することにより、同時に並行して処理し得る受信信号の数は、単独の場合の２倍の「２ｎ」となる。このため、高画質の超音波画像を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１，２１  超音波プローブ、２  装置本体、３  アレイトランスジューサ、４  チャンネル形成部、５  入出力線、６  チャンネル接続部、７  信号線、８  Ｔｘ／Ｒｘ回路、９  圧電振動子、１０  電極、１１  制動材、１２  音響整合層、１３  音響レンズ、２２  チャンネル形成・接続部、３１  第１の装置本体、３２  第２の装置本体、３３  信号分配器、３４，４１  ユニット側コネクタ、３５，４２  フロントエンド、３６，４３  ビームフォーマ、３７，４４  バックエンド、３８，４５  モニタ、３９，４６  クロック・リトリガ回路、４０，４７  制御部、４８  データバス、４９  プローブコネクタ。
【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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