(57)【要約】  【課題】  少ないビームフォーマで二次元配列された多数の振動子のビームフォーミングを行うことができる超音波診断装置を提供すること。  【解決手段】  第１の方向に並んだサブアレイ１１２の各振動子１１１は、信号線群１２を介して同一の第１のマルチプレクサ１３のポートにそれぞれ接続され、走査部１６は、第１のマルチプレクサ１３を制御して第２のマルチプレクサ１４に対してサブアレイの１つを選択して接続させ、第２のマルチプレクサ１４を制御してサブビームフォーマ１５に対して第１のマルチプレクサ１３と接続されたポートの１つを選択して接続させる。【選択図】  図１
2007020701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向と第２の方向に二次元配列され複数のサブアレイにグループ化された振動子と、前記振動子からの受信信号の整相を行うサブビームフォーマと、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを選択する選択手段と、前記サブビームフォーマの出力を遅延加算する主ビームフォーマとを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを前記第１の方向に選択する第１のマルチプレクサと、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを前記第２の方向に選択する第２のマルチプレクサとを備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記選択手段は、前記サブアレイを前記第１の方向に選択する第１のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサにより選択された前記サブアレイを前記第２の方向に選択して前記サブビームフォーマに接続する第２のマルチプレクサとを備えることを特徴とする請求項１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、二次元アレイを有し、被検体の三次元画像を形成する超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置としては、図４に示すように、複数の送信サブアレイ５１１1〜５１１Mに割り付けられている多数のトランスデューサ素子を含む送信アレイ５１と、周期電気パルスを発生する複数の送信ビームフォーマチャンネル５３１1〜５３１Mを含む送信ビームフォーマ５３と、送信ビームフォーマチャンネル５３１1〜５３１Mにそれぞれ接続され送信ビームフォーマチャンネル５３１1〜５３１Mが発生した周期電気パルスに遅延を加えて、対応するトランスデューサ素子から被検体部位に放射される音響ビームを生成する複数のグループ内送信プロセッサ５２1〜５２Mと、複数の受信サブアレイ５４１1〜５４１Nに割り付けられている多数のトランスデューサ素子を含む受信アレイ５４と、対応する受信サブアレイ５４１1〜５４１Nに割り付けられている複数のトランスデューサ素子に接続され、このトランスデューサ素子それぞれが受信した被検体からのエコーに対応したトランスデューサ信号をそれぞれ遅延させて加算して出力する複数のグループ内受信プロセッサ５５1〜５５Nと、グループ内受信プロセッサ５５1〜５５Nにそれぞれ接続され、グループ内受信プロセッサ５５1〜５５Nが出力する信号から受信ビームを合成する複数の処理チャンネル５６１1〜５６１Nを含む受信ビームフォーマ５６と、複数の処理チャンネル５６１1〜５６１Nの出力する信号を加算するビームフォーマ加算機構５７と、ビームフォーマ加算機構５７で加算された信号から被検体部位の画像を生成する画像生成器５８と、送信ビームフォーマ５３、グループ内送信プロセッサ５２1〜５２M、受信ビームフォーマ５６、グループ内受信プロセッサ５５1〜５５Nなどを制御するシステムコントローラ５９とを備え、多数のトランスデューサ素子により三次元画像を高速に形成するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３０８７号公報（第１１頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の超音波診断装置においては、送信ビームフォーマチャンネルおよび処理チャンネルに対応するトランスデューサ素子の数が決まっているので、トランスデューサ素子の数を増やそうとすると、送信ビームフォーマチャンネルおよび処理チャンネルの数も増やさなければならなかった。
【０００４】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、少ないビームフォーマで二次元配列された多数の振動子のビームフォーミングを行うことが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】
【０００５】
本発明の超音波診断装置は、第１の方向と第２の方向に二次元配列され複数のサブアレイにグループ化された振動子と、前記振動子からの受信信号の整相を行うサブビームフォーマと、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを選択する選択手段と、前記サブビームフォーマの出力を遅延加算する主ビームフォーマとを備える構成を有している。
【０００６】
この構成により、選択手段によりサブビームフォーマの接続先サブアレイが選択され、少ないビームフォーマで二次元配列された多数の振動子のビームフォーミングを行うことができる。
【０００７】
ここで、前記選択手段は、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを前記第１の方向に選択する第１のマルチプレクサと、前記サブビームフォーマと接続する前記サブアレイを前記第２の方向に選択する第２のマルチプレクサとを備える構成とした。
【０００８】
この構成により、簡易に選択手段を実現させることができる。
【０００９】
また、前記選択手段は、前記サブアレイを前記第１の方向に選択する第１のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサにより選択された前記サブアレイを前記第２の方向に選択して前記サブビームフォーマに接続する第２のマルチプレクサとを備える構成とした。
【００１０】
この構成により、簡易に選択手段を実現させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、選択手段によりサブビームフォーマの接続先サブアレイを選択しているので、少ないビームフォーマで二次元配列された多数の振動子のビームフォーミングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を示す図である。
【００１４】
図１において、本実施の形態の超音波診断装置は、プローブハンドル１０と、メインフレーム２０とを備えている。
【００１５】
プローブハンドル１０は、第１の方向および第２の方向に振動子１１１が配列された二次元配列振動子１１と、二次元配列振動子１１と信号線群１２を介して接続され二次元配列振動子１１内の振動子１１１を第１の方向に順次選択する第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１３と、第１のマルチプレクサ１３と接続され第１のマルチプレクサ１３を第２の方向に順次選択する第２のマルチプレクサ１４と、第２のマルチプレクサと接続され二次元配列振動子１１内の振動子１１１からの受信信号の整相を行うサブビームフォーマ１５と、第１のマルチプレクサ１３、第２のマルチプレクサ１４およびサブビームフォーマを制御する走査部１６とを備えている。
【００１６】
メインフレーム２０は、サブビームフォーマ１５の出力を遅延加算する主ビームフォーマ２１と、主ビームフォーマ２１の出力を画像信号に変換する信号処理部２２と、信号処理部２２が出力する画像信号により画像を表示する画像表示部２３と、走査部１６および主ビームフォーマ２１を制御する制御部２４とを備えている。
【００１７】
二次元配列振動子１１内の振動子１１１は、図中点線で囲まれたサブアレイ１１２に分割されており、本実施の形態においては、図１に示すように、サブアレイ１１２は２行２列の振動子１１１で構成され、二次元配列振動子１１は４行４列のサブアレイ１１２で構成されている。
【００１８】
また、サブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄは、第１のマルチプレクサ１３および第２のマルチプレクサ１４を介して２行２列の４個のサブアレイ１１２とそれぞれ接続され、振動子１１１からなる開口は２行２列のサブアレイ１１２のサイズとなる。
【００１９】
図２は、第１のマルチプレクサ１３および第２のマルチプレクサ１４周辺のブロック図である。図２に示すように、各サブアレイ１１２ａ〜１１２ｄは、２行２列の４個の振動子１１１ａ〜１１１ｄから構成されている。
【００２０】
サブアレイ１１２ａの各振動子１１１ａ〜１１１ｄは、信号線群１２ａを介して第１のマルチプレクサ１３ａのポートＺ０〜Ｚ３にそれぞれ接続されている。
【００２１】
同様に、サブアレイ１１２ｂの振動子は信号線群１２ｂを介して第１のマルチプレクサ１３ａのポートＹ０〜Ｙ３に、サブアレイ１１２ｃの振動子は信号線群１２ｃを介して第１のマルチプレクサ１３ａのポートＸ０〜Ｘ３に、サブアレイ１１２ｄの振動子は信号線群１２ｄを介して第１のマルチプレクサ１３ａのポートＷ０〜Ｗ３に接続されている。
【００２２】
第１のマルチプレクサ１３ａのポートＶ０〜Ｖ３は、第２のマルチプレクサ１４ａのポートＴ０〜Ｔ３に接続され、ポートＵ０〜Ｕ３は、第２のマルチプレクサ１４ｂのポートＴ０〜Ｔ３に接続されている。
【００２３】
また、第１のマルチプレクサ１３ａは、ポートＶ０の接続先をポートＺ０とポートＸ０とで切り替えるスイッチＳ１０と、ポートＶ１の接続先をポートＺ１とポートＸ１とで切り替えるスイッチＳ１１と、ポートＶ２の接続先をポートＺ２とポートＸ２とで切り替えるスイッチＳ１２と、ポートＶ３の接続先をポートＺ３とポートＸ３とで切り替えるスイッチＳ１３とを備えている。
【００２４】
同様に、第１のマルチプレクサ１３ａは、ポートＵ０の接続先をポートＹ０とポートＷ０とで切り替えるスイッチＳ１４と、ポートＵ１の接続先をポートＹ１とポートＷ１とで切り替えるスイッチＳ１５と、ポートＵ２の接続先をポートＹ２とポートＷ２とで切り替えるスイッチＳ１６と、ポートＵ３の接続先をポートＹ３とポートＷ３とで切り替えるスイッチＳ１７とを備えている。
【００２５】
第２のマルチプレクサ１４ａは、ポートＳ０〜Ｓ３が第１のマルチプレクサ１３ｂのポートＶ０〜Ｖ３に接続され、ポートＲ０〜Ｒ３が第１のマルチプレクサ１３ｃのポートＶ０〜Ｖ３に接続され、ポートＱ０〜Ｑ３が第１のマルチプレクサ１３ｄのポートＶ０〜Ｖ３に接続され、ポートＰ０〜Ｐ３がサブビームフォーマ１５ａに接続され、ポートＯ０〜Ｏ３がサブビームフォーマ１５ｂに接続されている。
【００２６】
また、第２のマルチプレクサ１４ａは、ポートＰ０の接続先をポートＴ０とポートＲ０とで切り替えるスイッチＳ２０と、ポートＰ１の接続先をポートＴ１とポートＲ１とで切り替えるスイッチＳ２１と、ポートＰ２の接続先をポートＴ２とポートＲ２とで切り替えるスイッチＳ２２と、ポートＰ３の接続先をポートＴ３とポートＲ３とで切り替えるスイッチＳ２３とを備えている。
【００２７】
同様に、第２のマルチプレクサ１４ａは、ポートＯ０の接続先をポートＳ０とポートＱ０とで切り替えるスイッチＳ２４と、ポートＯ１の接続先をポートＳ１とポートＱ１とで切り替えるスイッチＳ２５と、ポートＯ２の接続先をポートＳ２とポートＱ２とで切り替えるスイッチＳ２６と、ポートＯ３の接続先をポートＳ３とポートＱ３とで切り替えるスイッチＳ２７とを備えている。
【００２８】
このように、サブアレイ１１２の振動子１１１の数が第１の方向にＭ＝２個、第２の方向にＮ＝２個に対し、サブアレイ１１２を切り替えるためのスイッチの数Ｋ＝Ｍ×Ｎ＝４個のスイッチが用意される。
【００２９】
また、第１のマルチプレクサ１３は、二次元配列振動子１１の第２の方向のサブアレイ１１２の数（本実施の形態では４）だけ用意され、第２のマルチプレクサ１４は、第１の方向のサブビームフォーマ１５の数（本実施の形態では２）だけ用意される。
【００３０】
また、第１のマルチプレクサ１３のスイッチは、二次元配列振動子１１の第１の方向のサブアレイ１１２の数（本実施の形態では４）÷第１の方向のサブビームフォーマ１５の数（本実施の形態では２）のポート（本実施の形態では２）を切り替えるスイッチが用意され、第２のマルチプレクサ１４のスイッチは、二次元配列振動子１１の第２の方向のサブアレイ１１２の数（本実施の形態では４）÷第２の方向のサブビームフォーマ１５の数（本実施の形態では２）のポート（本実施の形態では２）を切り替えるスイッチが用意される。
【００３１】
このような超音波診断装置において、第１のマルチプレクサ１３ａ〜１３ｄのスイッチＳ１０〜Ｓ１７によりサブアレイ１１２の第１の方向に関する選択が行われ、第２のマルチプレクサ１４ａ，１４ｂのスイッチＳ２０〜Ｓ２７によりサブアレイ１１２の第２の方向に関する選択が行われる。
【００３２】
まず、走査部１６は、第１のマルチプレクサ１３ａを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１７によりポートＺ０〜Ｚ３およびポートＹ０〜Ｙ３を選択させ、第１のマルチプレクサ１３ｂを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１７によりポートＺ０〜Ｚ３およびＹ０〜Ｙ３を選択させる。
【００３３】
同時に、走査部１６は、第２のマルチプレクサ１４ａを制御し、スイッチＳ２０〜Ｓ２７によりポートＴ０〜Ｔ３およびポートＳ０〜Ｓ３を選択させ、第２のマルチプレクサ１４ｂを制御し、スイッチＳ２０〜Ｓ２７によりポートＴ０〜Ｔ３およびポートＳ０〜Ｓ３を選択させる。
【００３４】
これにより、サブアレイ１１２ａの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ａに供給され、サブアレイ１１２ｂの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｃに供給される。
【００３５】
また、第１のマルチプレクサ１３ｂのポートＺ０〜Ｚ３に接続されたサブアレイ１１２ｅの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｂに供給され、第１のマルチプレクサ１３ｂのポートＹ０〜Ｙ３に接続されたサブアレイ１１２ｆの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｄに供給される。
【００３６】
このようにして、図３（ａ）に示す斜線を施された振動子１１１が選択され、選択された振動子１１１が受信した信号がそれぞれ対応したサブビームフォーマに１５ａ〜１５ｄに供給される。
【００３７】
次いで、走査部１６は、第１のマルチプレクサ１３ａを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１３によりポートＶ０〜Ｖ３の接続先をポートＸ０〜Ｘ３に切り替え、第１のマルチプレクサ１３ｂを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１３によりポートＶ０〜Ｖ３の接続先をポートＸ０〜Ｘ３に切り替える。
【００３８】
この際、スイッチＳ１０〜Ｓ１３の切り替えは同一に制御され、切り替え元のサブアレイ１１２と切り替え先のサブアレイ１１２からの信号が混合されてサブビームフォーマ１５に供給されることはない。これは、第１のマルチプレクサ１３ａ〜１３ｄおよび第２のマルチプレクサ１４ａ，１４ｂの他のスイッチについても同様である。
【００３９】
このようにして、図３（ａ）において斜線を施された振動子１１１からなる開口は、図３（ｂ）に示すように、サブアレイ１１２のサイズに相当する距離だけ第１の方向に移動する。
【００４０】
そして、走査部１６は、第１のマルチプレクサ１３ａを制御し、スイッチＳ１４〜Ｓ１７によりポートＵ０〜Ｕ３の接続先をポートＷ０〜Ｗ３に切り替え、第１のマルチプレクサ１３ｂを制御し、スイッチＳ１４〜Ｓ１７によりポートＵ０〜Ｕ３の接続先をポートＷ０〜Ｗ３に切り替える。
【００４１】
このようにして、サブアレイ１１２を第１の方向に順次選択して、開口をサブアレイ１１２のサイズに相当する距離ずつ移動させることができる。
【００４２】
次いで、走査部１６は、第１のマルチプレクサ１３ｂを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１７によりポートＺ０〜Ｚ３およびポートＹ０〜Ｙ３を選択させ、第１のマルチプレクサ１３ｃを制御し、スイッチＳ１０〜Ｓ１７によりポートＺ０〜Ｚ３およびＹ０〜Ｙ３を選択させる。
【００４３】
同時に、走査部１６は、第２のマルチプレクサ１４ａを制御し、スイッチＳ２０〜Ｓ２３によりポートＰ０〜Ｐ３の接続先をポートＲ０〜Ｒ３に切り替え、第２のマルチプレクサ１４ｂを制御し、スイッチＳ２０〜Ｓ２３によりポートＰ０〜Ｐ３の接続先をポートＲ０〜Ｒ３に切り替える。
【００４４】
これにより、サブアレイ１１２ｅの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｂに供給され、サブアレイ１１２ｆの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｄに供給される。
【００４５】
また、第１のマルチプレクサ１３ｃのポートＺ０〜Ｚ３に接続されたサブアレイ１１２ｉの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ａに供給され、第１のマルチプレクサ１３ｃのポートＹ０〜Ｙ３に接続されたサブアレイ１１２ｊの振動子１１１ａ〜１１１ｄの受信信号がサブビームフォーマ１５ｃに供給される。
【００４６】
このようにして、サブアレイ１１２を第２の方向に順次選択して、開口をサブアレイ１１２のサイズに相当する距離ずつ移動させることができる。
【００４７】
以上のような第１の方向の移動と第２の方向の移動を繰り返して、全てのサブアレイ１１２の全ての振動子１１１の受信信号をサブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄに供給し、サブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄで整相して主ビームフォーマ２１に入力し、主ビームフォーマ２１で遅延加算し、信号処理部２２で画像信号に変換し、画像表示部２３に画像を表示する。
【００４８】
このように本実施の形態においては、第１のマルチプレクサ１３ａ〜１３ｄでサブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄの接続先サブアレイ１１２を第１の方向に切り替え、第２のマルチプレクサ１４ａ，１４ｂでサブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄの接続先サブアレイ１１２を第２の方向に切り替えて、全てのサブアレイ１１２を選択して受信信号をサブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄを介して主ビームフォーマ２１に入力しているので、少ないサブビームフォーマ１５ａ〜１５ｄで多くの振動子１１１が受信した信号の整相を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、少ないビームフォーマで二次元配列された多数の振動子のビームフォーミングを行うことができるという効果を有し、二次元アレイを有し、被検体の三次元画像を形成する超音波診断装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサ周辺のブロック図
【図３】（ａ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の二次元配列振動子の開口を示す図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の二次元配列振動子の移動させた開口を示す図
【図４】従来の超音波診断装置のブロック図
【符号の説明】
【００５１】
１０  プローブハンドル
１１  二次元配列振動子
１１１、１１１ａ〜１１１ｄ  振動子
１１２、１１２ａ〜１１２ｊ  サブアレイ
１２、１２ａ〜１２ｄ  信号線群
１３、１３ａ〜１３ｄ  第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ）
１４、１４ａ、１４ｂ  第２のマルチプレクサ
１５、１５ａ〜１５ｄ  サブビームフォーマ
１６  走査部
２０  メインフレーム
２１  主ビームフォーマ
２２  信号処理部
２３  画像表示部
２４  制御部
５１  送信アレイ
５１１1〜５１１M  送信サブアレイ
５２1〜５２M  グループ内送信プロセッサ
５３  送信ビームフォーマ
５３１1〜５３１M  送信ビームフォーマチャンネル
５４  受信アレイ
５４１1〜５４１N  受信サブアレイ
５５1〜５５N  グループ内受信プロセッサ
５６  受信ビームフォーマ
５６１1〜５６１N  処理チャンネル
５７  ビームフォーマ加算機構
５８  画像生成器
５９  システムコントローラ
【図１】
2007020701.tif 000003
【図２】
2007020701.tif 000004
【図３】
2007020701.tif 000005
【図４】
2007020701.tif 000006