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技術 超音波診断装置

出願人 コニカミノルタ株式会社
発明者 糠谷優之杉ノ内剛彦
出願日 2019年2月21日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-029736
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-130727
状態 未査定
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 使用ライン スイッチング駆動方式 各切替スイッチ デジタル演算回路 送受信切替回路 電気接続状態 パルス設定 中心極限定理
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させ得る超音波診断装置を提供すること。

解決手段

超音波プローブ20が着脱自在に接続されるコネクタC1と、コネクタC1を介して、超音波プローブ20が生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部13と、受信処理部13の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部14と、を備え、コネクタC1と受信処理部13とを接続する信号ラインL1は、一端がコネクタC1に接続された1本の第1線路L1aと、第1線路L1aの他端から分岐して受信処理部13側に並列に延在する複数本の第2線路L1bと、を有し、受信処理部13は、複数本の第2線路L1bそれぞれを介して伝送される受信信号を、加算処理により統合する超音波診断装置。

概要

背景

圧電振動子を有する超音波プローブを用いて、被検体内に超音波を送信し、その反射波を受信することで、被検体内の断層画像(以下、「超音波画像」と称する)を生成する超音波診断装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。

概要

超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させ得る超音波診断装置を提供すること。超音波プローブ20が着脱自在に接続されるコネクタC1と、コネクタC1を介して、超音波プローブ20が生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部13と、受信処理部13の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部14と、を備え、コネクタC1と受信処理部13とを接続する信号ラインL1は、一端がコネクタC1に接続された1本の第1線路L1aと、第1線路L1aの他端から分岐して受信処理部13側に並列に延在する複数本の第2線路L1bと、を有し、受信処理部13は、複数本の第2線路L1bそれぞれを介して伝送される受信信号を、加算処理により統合する超音波診断装置。

目的

そこで、本開示は、超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させ得る超音波診断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

超音波プローブ着脱自在に接続されるコネクタと、前記コネクタを介して、前記超音波プローブが生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部と、前記受信処理部の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部と、を備え、前記コネクタと前記受信処理部とを接続する信号ラインは、一端が前記コネクタに接続された1本の第1線路と、前記第1線路の他端から分岐して前記受信処理部側に並列に延在する複数本の第2線路と、を有し、前記受信処理部は、前記複数本の第2線路それぞれを介して伝送される前記受信信号を、加算処理により統合する、超音波診断装置

請求項2

前記受信処理部と前記複数本の第2線路との間に配設されたスイッチ回路の制御により、前記受信処理部と電気接続する前記複数本の第2線路の本数を制御するライン制御部を更に有する、請求項1に記載の超音波診断装置。

請求項3

前記ライン制御部は、前記超音波プローブの種類、前記超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、前記受信処理部と電気接続する前記複数本の第2線路の本数を制御する、請求項2に記載の超音波診断装置。

請求項4

前記受信処理部と前記複数本の第2線路との間に配設されたインピーダンス設定回路の制御により、前記コネクタ側から見た前記受信処理部の入力インピーダンスを制御する入力インピーダンス制御部を更に有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

請求項5

記入インピーダンス制御部は、前記超音波プローブの種類、前記超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、前記コネクタ側から見た前記受信処理部の入力インピーダンスを制御する、請求項4に記載の超音波診断装置。

請求項6

前記超音波プローブは、機械走査式の超音波プローブである、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

請求項7

電子走査式の第2超音波プローブが着脱自在に接続される第2コネクタを更に有する、請求項6に記載の超音波診断装置。

請求項8

前記受信処理部に対して接続する信号ラインを、前記コネクタ又は前記第2コネクタのいずれか一方に切り替え切替回路を有し、前記受信処理部は、機械走査式の前記超音波プローブから送出される前記受信信号を受信処理する際と、及び、電子走査式の前記第2超音波プローブから送出される第2受信信号を受信処理する際とで共用される、請求項7に記載の超音波診断装置。

請求項9

機械走査式の前記超音波プローブが使用される場合、前記受信処理部を構成する複数のICのうち不使用状態となるICへの電源の供給をOFFする電源制御部を更に有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

請求項10

前記複数本の第2線路それぞれの配線長は、略同一である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

技術分野

0001

本開示は、超音波診断装置に関する。

背景技術

0002

圧電振動子を有する超音波プローブを用いて、被検体内に超音波を送信し、その反射波を受信することで、被検体内の断層画像(以下、「超音波画像」と称する)を生成する超音波診断装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。

先行技術

0003

特開平10−033533号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、この種の超音波診断装置においては、超音波画像の解像度を向上させる観点から、超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させる要請がある。

0005

この点、本願の発明者らの鋭意検討の結果、この種の超音波診断装置においては、装置本体の内部に存在する種々の回路からの電磁ノイズや、これらの種々の回路との間で発生するクロストーク等に起因して、超音波プローブが接続されるコネクタから、受信信号を受信処理する受信処理部まで受信信号を伝送する間に、当該受信信号にノイズ重畳する場合があることが分かってきた。

0006

そこで、本開示は、超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させ得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

0007

前述した課題を解決する主たる本開示は、
超音波プローブが着脱自在に接続されるコネクタと、
前記コネクタを介して、前記超音波プローブが生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部と、
前記受信処理部の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部と、
を備え、
前記コネクタと前記受信処理部とを接続する信号ラインは、一端が前記コネクタに接続された1本の第1線路と、前記第1線路の他端から分岐して前記受信処理部側に並列に延在する複数本の第2線路と、を有し、
前記受信処理部は、前記複数本の第2線路それぞれを介して伝送される前記受信信号を、加算処理により統合する、
超音波診断装置である。

発明の効果

0008

本開示に係る超音波診断装置によれば、超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0009

第1の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す図
第1の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す図
第1の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図
電子走査式の超音波プローブを用いた超音波検査時における信号ラインの電気接続状態を示す図
機械走査式の超音波プローブを用いた超音波検査時における信号ラインの電気接続状態を示す図
第2の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す図
第3の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図
第3の実施形態に係るライン制御部が参照するライン数設定テーブルの一例を示す図
第3の実施形態に係るライン制御部が参照するライン数設定テーブルの一例を示す図
受信処理部にて検出される受信信号の信号レベル[dB]と、使用する超音波の周波数MHz]の関係の一例を示すグラフ
受信処理部にて検出される受信信号の信号レベル[dB]と、使用する超音波の周波数[MHz]の関係の一例を示すグラフ
第3の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャート
第4の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図

実施例

0010

[超音波診断装置の全体構成]
以下、図1図2を参照して、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成の一例について説明する。

0011

図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1の外観を示す図である。図2は、本実施形態に係る超音波診断装置1の全体構成を示す図である。

0012

超音波診断装置1は、超音波診断装置1の装置本体10に、超音波プローブ20又は30が取り付けられて構成されている。

0013

本実施形態に係る超音波診断装置1は、機械走査式の超音波プローブ20及び電子走査式の超音波プローブ30の両方を使用可能に構成されている。

0014

機械走査式の超音波プローブ20は、例えば、1個の単板状の圧電振動子21、及び圧電振動子21の駆動機構に連結されたモータ22を含んで構成される。そして、機械走査式の超音波プローブ20は、モータ22により圧電振動子21を機械的に動作させることによって、被検体に対して送信する超音波ビーム走査を行う。

0015

尚、機械走査式の超音波プローブ20としては、例えば、セクタ走査方式の超音波プローブや、ラジアル走査方式の超音波プローブ等を用いることができる。

0016

電子走査式の超音波プローブ30(本発明の「第2超音波プローブ30」に相当)は、アレー状に配設された複数の圧電振動子31(ここでは、192個の圧電振動子31−ch1〜31−ch192)を含んで構成される。そして、電子走査式の超音波プローブ30は、電気的制御により、複数の圧電振動子31−ch1〜31−ch192のうち、駆動対象の圧電振動子31を順番切り替えることによって、被検体に対して送信する超音波ビームの走査を行う。

0017

尚、電子走査式の超音波プローブ30としては、例えば、コンベックスプローブリニアプローブセクタプローブ、又は三次元プローブ等を用いることができる。

0018

超音波診断装置1の装置本体10は、制御装置11、送信駆動部12、受信処理部13、画像生成部14、表示処理部15、表示器16、電源部17、及び、操作部18を備えている。

0019

又、装置本体10には、機械走査式の超音波プローブ20を着脱可能に接続するための第1コネクタC1、及び、電子走査式の超音波プローブ30を着脱可能に接続するための第2コネクタC2が備え付けられている。

0020

第1コネクタC1及び第2コネクタC2には、いずれにも、送信駆動部12及び受信処理部13の両方が接続されている。つまり、本実施形態に係る超音波診断装置1においては、機械走査式の超音波プローブ20を用いて超音波の送受信を実行する際と電子走査式の超音波プローブ30を用いて超音波の送受信を実行する際とで、送信駆動部12及び受信処理部13が共用されている。そして、機械走査式の超音波プローブ20は、第1コネクタC1を介して、送信駆動部12で発生された電圧パルスを圧電振動子21に伝送すると共に、超音波エコーにより圧電振動子21が生成した電気信号(以下、「受信信号」と称する)を受信処理部13へ出力する。同様に、電子走査式の超音波プローブ30は、第2コネクタC2を介して、送信駆動部12で発生された電圧パルスを圧電振動子31−ch1〜31−ch192に伝送すると共に、超音波エコーにより圧電振動子31−ch1〜31−ch192が生成した受信信号を受信処理部13へ出力する。

0021

送信駆動部12は、超音波プローブ20又は30に対して駆動信号たる電圧パルスを送出する送信器である。送信駆動部12は、例えば、チャンネル毎に設けられた、高周波パルス発振器及びパルス設定部等を含んで構成される。送信駆動部12は、高周波パルス発振器で生成した電圧パルスを、パルス設定部で設定した電圧振幅パルス幅及びタイミングに調整して、超音波プローブ20又は30に送出する。尚、本実施形態に係る送信駆動部12は、192チャンネル分の高周波パルス発振器及びパルス設定部を有している。

0022

受信処理部13は、超音波プローブ20又は30で生成された超音波エコーに係る電気信号を受信処理する受信器である。受信処理部13は、例えば、チャンネル毎に設けられ、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するAD変換部、及び、各チャンネルの受信信号を整相加算することで複数チャンネルの信号を1つにまとめて音線データを生成する整相加算回路図3のAD変換部13a及び整相加算回路13bを参照)を含んで構成される。尚、本実施形態に係る受信処理部13は、192チャンネル分のAD変換部、及び各チャンネルの受信信号を整相加算する整相加算回路を有している。

0023

画像生成部14は、受信処理部13から取得した受信信号に対して、所定の信号処理(例えば、対数圧縮部、検波部、及びFFT解析部等)を施して、超音波画像を生成する。

0024

画像生成部14は、例えば、受信信号(超音波エコー)の信号強度(Intensity)の時間的変化ラインメモリ蓄積する。画像生成部14は、超音波プローブ20又は30からの超音波ビームが走査されるに応じて、各走査位置での超音波エコーの信号強度の時間的変化をラインメモリに順次蓄積し、フレーム単位となる二次元データを生成する。そして、画像生成部14は、被検体の内部の各位置で検出される超音波エコーの信号強度を輝度値に変換することによって、被検体の内部の断層像たる超音波画像(ここでは、Bモード画像)を生成する。

0025

画像生成部14は、超音波画像として、Bモード画像に加えて、又はBモード画像に代えて、カラードプラ画像又は三次元超音波画像等を生成可能としてもよい。尚、超音波画像を生成する際の処理の内容は、公知であるため、ここでの説明は省略する。

0026

尚、画像生成部14は、機械走査式の超音波プローブ20が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成する際と、電子走査式の超音波プローブ30が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成する際とで、異なる処理を行ってもよい(例えば、異なる座標系を用いてもよい)。

0027

表示処理部15は、画像生成部14で生成された超音波画像に係る画像データを取得して、当該画像データに座標変換処理データ補間処理等の所定の画像処理を施して、表示器16に出力する。

0028

尚、送信駆動部12、受信処理部13、画像生成部14及び表示処理部15の各構成は、典型的には、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等で構成されたデジタル演算回路によって実現される。但し、これらの一部又は全部は、DSP(Digital Signal Processor)、CPU(Central Processing Unit)、またはGPGPU(General-Purpose Graphics Processing Units)等がプログラムに従って演算処理することによって実現されてもよい。

0029

表示器16は、表示処理部15から出力された画像データを表示するモニターである。

0030

電源部17は、上記の各構成を動作させるための直流電源電圧を生成して、これらに対して電力供給する。電源部17としては、例えば、スイッチング駆動方式DCDCコンバーターが用いられている。

0031

操作部18は、操作者入力操作を行うためのユーザインターフェイスであり、例えば、押しボタンスイッチ、キーボードマウス等で構成される。操作部18は、操作者が行った入力操作を操作信号に変換し、制御装置11に入力する。

0032

制御装置11は、超音波プローブ20、30、送信駆動部12、受信処理部13、画像生成部14、表示処理部15、表示器16、電源部17、及び、操作部18等と制御信号の送受信をして、これらを統括制御する。尚、制御装置11は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成され、CPUがROM又はRAM等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって各種制御を実現する。

0033

尚、制御装置11は、機械走査式の超音波プローブ20を用いた超音波検査の実行を制御する機械走査制御部11a、及び、電子走査式の超音波プローブ30を用いた超音波検査の実行を制御する電子走査制御部11bを備えている(詳細は後述する)。

0034

[装置本体の回路構成]
以下、図3を参照して、本実施形態に係る装置本体10の回路構成の一例について説明する。

0035

図3は、本実施形態に係る装置本体10の回路構成を示す図である。

0036

本実施形態に係る装置本体10は、受信処理部13(ここでは、AD変換部13a及び整相加算回路13bを有する)と第1コネクタC1(及び第2コネクタC2)とを接続する信号ラインL1〜L4上に、受信処理部13側から順に、送受信切替回路19a、駆動対象切替回路19b、及び、接続コネクタ切替回路19cを有している。

0037

ここで、受信処理部13からは、送受信切替回路19aを介して駆動対象切替回路19bまで、96本の信号ラインL4(即ち、96チャンネル分の信号ラインL4)が延在する。そして、96本の信号ラインL4は、駆動対象切替回路19bにて、192本の信号ラインL3(即ち、192チャンネル分の信号ラインL3)のいずれかに接続される。

0038

駆動対象切替回路19bから延在する192本の信号ラインL3は、接続コネクタ切替回路19cを介して、192本の信号ラインL2に接続されている。そして、192本の信号ラインL2は、第2コネクタC2まで延在し、電子走査式の超音波プローブ30が有する192個の圧電振動子31−ch1〜31−ch192それぞれと電気的に接続される。

0039

又、駆動対象切替回路19bから延在する192チャンネルの信号ラインL3のうちの8本は、接続コネクタ切替回路19cにて、接続先を、第2コネクタC2側の信号ラインL2から、第1コネクタC1側に延在する8本の信号ラインL1bに切り替え可能となっている。そして、第1コネクタC1側に延在する8本の信号ラインL1bは、第1コネクタC1側で1本の信号ラインL1aに統合された後、第1コネクタC1の端子に接続されている。

0040

送受信切替回路19aは、制御装置11の制御に基づいて、超音波プローブ20(又は30)側の信号ラインL4と接続する対象を、送信駆動部12側又は受信処理部13側のいずれかに選択的に切り替える。送受信切替回路19aは、超音波プローブ20(又は30)から超音波ビームを送信させる際には、超音波プローブ20(又は30)と接続する対象を送信駆動部12側に切り替え、超音波プローブ20(又は30)から受信信号を取得する際には、超音波プローブ20(又は30)と接続する対象を受信処理部13側に切り替える。

0041

駆動対象切替回路19bは、96本の信号ラインL4を接続する対象のラインを、192本の信号ラインL3の中で選択的に切り替えることにより、受信処理部13(及び送信駆動部12)と接続する接続対象の圧電振動子(31−ch1〜31−ch192又は21)を選択的に切り替えるスイッチ回路である。

0042

駆動対象切替回路19bは、例えば、受信処理部13から延在する96チャンネル分の信号ラインL4それぞれに接続された96個のマルチプレクサによって構成されている。ここでは、96個のマルチプレクサそれぞれには、受信処理部13側に1本の信号線L4が接続され、圧電振動子31側に2本の信号線L3が並列に接続されている。各マルチプレクサには、制御装置11からの制御信号が入力される制御線(図示せず)が接続されており、各マルチプレクサは、当該制御信号に基づいて、電気接続状態が制御される。

0043

接続コネクタ切替回路19cは、駆動対象切替回路19bから延在する信号ラインL3の接続先を、第1コネクタC1側又は第2コネクタC2側に選択的に切り替える切替スイッチである。接続コネクタ切替回路19cは、例えば、電子走査式の超音波プローブ30を用いた超音波検査時には、受信処理部13と第2コネクタC2との電気接続状態をオン状態、且つ、受信処理部13と第1コネクタC1との電気接続状態をオフ状態とする(図4を参照)。又、接続コネクタ切替回路19cは、例えば、機械走査式の超音波プローブ20を用いた超音波検査時には、受信処理部13と第1コネクタC1との電気接続状態をオン状態、且つ、受信処理部13と第2コネクタC2との電気接続状態をオフ状態とする(図5を参照)。

0044

但し、接続コネクタ切替回路19cは、例えば、駆動対象切替回路19bから延在する192本の信号ラインL3のうちの8本の信号ラインL3それぞれに設けられた8個の切替スイッチのみによって構成されてもよい。そして、接続コネクタ切替回路19cは、切替スイッチを配設した8本の信号ラインL3のみについて、第1コネクタC1側又は第2コネクタC2側に切り替え可能としてもよい。

0045

尚、接続コネクタ切替回路19cの各切替スイッチには、制御装置11からの制御信号が入力される制御線(図示せず)が接続されており、各切替スイッチは、当該制御信号に基づいて、駆動対象切替回路19bから延在する信号ラインL3の接続先を、第1コネクタC1側又は第2コネクタC2側に切り替える。

0046

ここで、第1コネクタC1から延在する信号ラインL1の構成について、詳述する。当該信号ラインL1には、ノイズ抑制対策のための回路構成が適用されている。

0047

信号ラインL1は、一端が第1コネクタC1に接続された1本の第1線路L1aと、第1線路L1aの他端(以下、「分岐点」とも称する)から分岐して接続コネクタ切替回路19cに延在する複数本(本実施形態では、8本)の第2線路L1bと、を有している。

0048

尚、図3では、説明の便宜として、8本の第2線路L1bそれぞれの配線長を異なる長さで図示しているが、8本の第2線路L1bそれぞれの配線長は、8本の第2線路L1bそれぞれに伝送される受信信号に位相ずれが発生しないように、同一の配線長に設定されるのが望ましい。換言すると、第1線路L1aの分岐点から8経路に分岐する受信処理部13までの信号ラインL1b、L3、L4それぞれの配線長は、同一の配線長に設定されるのが望ましい。

0049

かかる構成により、本実施形態に係る超音波診断装置1においては、第1コネクタC1に入力される受信信号は、第1線路L1aを介して、8本の第2線路L1bに分岐するように伝送される。そして、8本の第2線路L1bそれぞれに伝送された受信信号は、接続コネクタ切替回路19c及び駆動対象切替回路19bを介して、並列に受信処理部13に入力される。その後、これらの受信信号は、それぞれ、受信処理部13のAD変換部13aにてアナログ信号からデジタル信号に変換された後、整相加算回路13bにて加算処理され、一つの受信信号に統合されることになる。

0050

尚、整相加算回路13bは、8本の第2線路L1bを介して伝送される受信信号を加算する際には、遅延処理を行うことなく、これらの受信信号をそのまま加算する。即ち、整相加算回路13bは、8本の第2線路L1bを介して伝送される受信信号が同期状態となるように、加算処理を実行する。但し、整相加算回路13bは、8本の第2線路L1bを介して伝送される受信信号を加算する際に、これらが同期状態となるように、適宜、遅延処理を実行してもよい。

0051

これによって、平均化効果により、受信処理部13が取得する受信信号のS/N比を向上することが可能である。

0052

より詳細には、第1コネクタC1から受信処理部13までの間を接続する各信号ラインL1、L2、L3、L4には、電磁ノイズやクロストーク等に起因したノイズが異なる度合いで発生する。当該ノイズが発生する度合いは、典型的には、当該信号ラインが引き回された位置に依拠し、加えて、装置本体10内の動作状態等にも依拠する。

0053

本実施形態に係る超音波診断装置1では、かかる観点から、第1コネクタC1から受信処理部13に伝送する信号ラインを複数経路に分散させ、受信処理部13にて同期加算する。ここで、m回加算して平均すると(即ち、第2線路L1bがm本とすると)、ノイズ成分は、1本の信号ラインのみを用いた場合の1/√mとなる。このとき、信号成分は変化しないため、相対的にノイズ成分が減少することになる。これによって、S/N比を向上させることができる。尚、かかる原理は、中心極限定理とも称される。

0054

尚、本実施形態では、第1線路L1aから分岐する第2線路L1bの本数を8本としているが、当該本数は、2本以上であれば種々に変更してよい。但し、第2線路L1bの本数を過度に増加させた場合、複数の第2線路L1bそれぞれを通流する受信信号の位相ずれに起因して逆にS/N比が低下する場合もあるため、当該本数は、平均化効果の観点とのバランスにより決定されるのが望ましい。

0055

又、第2線路L1b上には、図3に示すように、抵抗素子L1baを配設してもよい。これによって、一の第2線路L1bから他の第2線路L1bに発生する貫通電流を抑制することができる。例えば、送信駆動部12から、複数本の第2線路L1bそれぞれに対して駆動信号を送信する場合、複数本の第2線路L1bそれぞれを通流する駆動信号の位相ずれに起因して、一の第2線路L1bから他の第2線路L1bに貫通電流が発生するおそれがある。この点、複数本の第2線路L1bそれぞれに抵抗素子L1baを配設しておくことで、貫通電流を抑制することができる。

0056

[超音波診断装置の動作]
次に、本実施形態に係る超音波診断装置1の動作の一例について、説明する。

0057

図4は、電子走査式の超音波プローブ30を用いた超音波検査時における信号ラインL1、L2、L3、L4の電気接続状態を示す図である。図5は、機械走査式の超音波プローブ20を用いた超音波検査時における信号ラインL1、L2、L3、L4の電気接続状態を示す図である。

0058

本実施形態に係る超音波診断装置1において、電子走査式の超音波プローブ30を用いた超音波検査を実行する場合には、制御装置11(電子走査制御部11b)は、各部を、以下のように動作させる。

0059

制御装置11は、まず、接続コネクタ切替回路19cを、受信処理部13と第2コネクタC2との電気接続状態がオン状態、且つ、受信処理部13と第1コネクタC1との電気接続状態がオフ状態となるように切り替える(図4を参照)。そして、制御装置11は、受信処理部13及び画像生成部14に対して、電子走査式の超音波プローブ30に対応する処理を実行するように、動作条件を設定する。

0060

このような設定のもと、制御装置11は、例えば、電子走査式の超音波プローブ30にて、超音波ビームの電子走査が行われるように、駆動対象切替回路19bを切り替え制御し、電子走査式の超音波プローブ30が有する192チャンネル分の圧電振動子31−ch1〜31−ch192のうち、受信処理部13(及び送信駆動部12)と接続する接続対象の圧電振動子を時分割で順番に切り替える。

0061

これにより、画像生成部14にて、複数の圧電振動子31−ch1〜31−ch192の配列方向と被検体の深度方向に沿った二次元状の超音波画像の生成されることになる。そして、画像生成部14で生成された超音波画像は、表示処理部15に送出され、表示器16にて表示される(表示処理部15及び表示器16は、図3中には図示せず)。

0062

一方、本実施形態に係る超音波診断装置1において、機械走査式の超音波プローブ20を用いた超音波検査を実行する場合には、制御装置11(機械走査制御部11a)は、各部を、以下のように動作させる。

0063

制御装置11は、まず、接続コネクタ切替回路19cを、受信処理部13と第1コネクタC1との電気接続状態がオン状態、且つ、受信処理部13と第2コネクタC2との電気接続状態がオフ状態となるように切り替える(図5を参照)。又、制御装置11は、駆動対象切替回路19bを、第1コネクタC1側から分岐する8本の信号ラインL1bが受信処理部13と電気接続するように切り替える。

0064

そして、制御装置11は、受信処理部13及び画像生成部14に対して、機械走査式の超音波プローブ30に対応する処理を実行するように、動作条件を設定する。尚、この際、制御装置11は、第1コネクタC1側から8経路に分岐して伝送される受信信号が同期加算されるように、受信処理部13を動作させる(例えば、整相加算回路13bにて遅延処理を行わない)。

0065

このような設定のもと、制御装置11は、例えば、機械走査式の超音波プローブ20にて、超音波ビームの機械走査が行われるように、モータ22にて、圧電振動子21をラジアル方向に回転させる。そして、制御装置11は、圧電振動子21に対して、各走査位置にて、超音波ビームの送信と超音波エコーの受信を実行させる。

0066

これにより、画像生成部14にて、圧電振動子21の配設位置を中心とした超音波画像の生成されることになる。そして、画像生成部14で生成された超音波画像は、表示処理部15に送出され、表示器16にて表示される(表示処理部15及び表示器16は、図3中には図示せず)。

0067

[効果]
以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置1は、第1コネクタC1と受信処理部13とを接続する信号ラインL1が、一端が第1コネクタC1に接続された1本の第1線路L1aと、第1線路L1aの他端から分岐して受信処理部13側に並列に延在する複数本の第2線路L1bと、を有し、受信処理部13にて、第1線路L1aを介して、複数本の第2線路L1bそれぞれに伝送される受信信号を、加算処理により統合する構成となっている。

0068

従って、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、平均化効果により、電磁ノイズやクロストーク等に起因して第1コネクタC1から受信処理部13に到るまでの間に受信信号に重畳するノイズを、抑制することができる。つまり、これによって、S/N比を向上することが可能である。

0069

又、特に、本実施形態に係る超音波診断装置1は、受信処理部13を、機械走査式の超音波プローブ20から送出される受信信号を受信処理する際と、電子走査式の超音波プローブ30から送出される受信信号を受信処理する際とで共用する構成としている。

0070

従って、超音波診断装置1の装置全体の小型化を図ると共に、別個加算回路を設けることなく複数本の第2線路L1bそれぞれに伝送される受信信号の加算処理を実現することが可能である。

0071

(第2の実施形態)
次に、図6を参照して、第2の実施形態に係る超音波診断装置1の構成について説明する。図6は、本実施形態に係る超音波診断装置1の全体構成を示す図である。

0072

本実施形態に係る超音波診断装置1は、機械走査式の超音波プローブ20に対して駆動信号を送信する送信駆動部12aと、電子走査式の超音波プローブ30に対して駆動信号を送信する送信駆動部12bと、が別個に用意されている点で、第1の実施形態と相違する。尚、第1の実施形態と共通する構成については、説明を省略する(以下、他の実施形態についても同様)。

0073

機械走査式の超音波プローブ20に対して送信する駆動信号は、典型的には、周波数、波形、及び使用チャンネル等の点で、電子走査式の超音波プローブ30に対して送信する駆動信号と異なるものが用いられるのが望ましい。例えば、機械走査式の超音波プローブ20の圧電振動子21は、電子走査式の超音波プローブ30の圧電振動子31に比べて、大きな駆動電圧に耐えられるので、圧電振動子21に送出する駆動信号は、圧電振動子31に送出する駆動信号よりも大きな駆動電圧とすることが望ましい。この点、機械走査式の超音波プローブ20を駆動する送信駆動部12aと、電子走査式の超音波プローブ30を駆動する送信駆動部12bとを別個に構成することによって、各超音波プローブ20、30のポテンシャル最大限生かす回路構成をとることができ、受信感度を向上させることが可能である。

0074

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、受信感度の向上を図ることができる。

0075

(第3の実施形態)
次に、図7を参照して、第3の実施形態に係る超音波診断装置1の構成について説明する。図7は、本実施形態に係る装置本体10の回路構成を示す図である。

0076

本実施形態に係る超音波診断装置1は、受信処理部13がインピーダンス設定回路13cを有している点、及び、制御装置11が入力インピーダンス制御部11cとライン制御部11dとを有している点で、第1の実施形態と相違する。

0077

受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベルは、典型的には、信号ラインL4と受信処理部13との間におけるインピーダンスの不整合に起因した信号劣化、及び、信号ラインL1、L3、L4を伝送されている際に受信信号に重畳するノイズに起因して変化する。

0078

そこで、本実施形態に係る超音波診断装置1は、信号ラインL1、L3、L4と受信処理部13との間におけるインピーダンスの不整合を解消し、且つ、受信信号に含まれるノイズを最小化することで、受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベルを最大化する。

0079

インピーダンス設定回路13cは、信号ラインL4が受信処理部13に接続される位置(即ち、受信処理部13の入力段)に配設され、第1コネクタC1側から見た受信処理部13の入力インピーダンスを変更可能とする。インピーダンス設定回路13cは、96本の信号ラインL4それぞれ上に配設されている。尚、インピーダンス設定回路13cは、L(インダクタンス)、C(キャパシタ)及びR(抵抗)の調整によって、インピーダンスを変更可能とするものであり、公知の構成と同様である。

0080

入力インピーダンス制御部11cは、インピーダンス設定回路13cに対して制御信号を出力し、インピーダンス設定回路13cのインピーダンスを制御する。入力インピーダンス制御部11cは、信号ラインL4と受信処理部13との間におけるインピーダンスの不整合を抑制するように、インピーダンス設定回路13cのインピーダンスを制御する。

0081

この際、入力インピーダンス制御部11cは、典型的には、使用する超音波プローブ20の種類、超音波プローブ20から超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、第1コネクタC1側から見た受信処理部13の入力インピーダンスを制御する。

0082

尚、インピーダンス設定回路13cのインピーダンスの最適条件(即ち、インピーダンス整合する条件)は、例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類と関連付けて、インピーダンス設定テーブルとして、予め記憶部(例えば、ROM)に記憶されている。そして、入力インピーダンス制御部11cは、当該インピーダンス設定テーブルに基づいて、インピーダンス設定回路13cを制御する。

0083

又、ライン制御部11dは、接続コネクタ切替回路19cに対して制御信号を出力し、第1コネクタC1から受信処理部13に受信信号を伝送させる際に使用する第2線路L1bのライン数を制御する。ライン制御部11dは、例えば、8本の第2線路L1bそれぞれに接続された接続コネクタ切替回路19cのスイッチ回路のオンオフを制御することにより、8本の第2線路L1bのうち受信処理部13への伝送ラインとして使用する第2線路L1bのライン数を制御する。尚、ライン制御部11dは、更に、8本の第2線路L1bのうちのいずれを、伝送ラインとして使用するかを選択してもよい。

0084

この際、ライン制御部11dは、典型的には、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、第2線路L1bの使用ライン数を制御する。

0085

尚、第2線路L1bの使用ライン数の最適条件(即ち、S/N比が最も良好になる条件)は、例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類と関連付けて、ライン数設定テーブルとして、予め記憶部(例えば、ROM)に記憶される。そして、ライン制御部11dは、当該ライン数設定テーブルに基づいて、接続コネクタ切替回路19cを制御する。

0086

図8A図8Bは、ライン制御部11dが参照するライン数設定テーブルの一例を示す図である。図8Aは、撮像モードとして、Bモード画像生成動作が選択された場合のライン数設定テーブルを示し、図8Bは、撮像モードとして、Color Dopplerモード画像生成動作が選択された場合のライン設定数テーブルを示している。

0087

図9A図9Bは、受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベル[dB]と、使用する超音波の周波数[MHz]の関係の一例を示すグラフである。図9Aは、圧電振動子21として、7.5M圧電振動子が用いられた場合の関係を示し、図9Bは、圧電振動子21として、5M圧電振動子が用いられた場合の関係を示している。

0088

図9A図9Bの各グラフは、「受信信号を伝送させる第2線路L1bのライン数」及び「第1コネクタC1側から見た受信処理部13の入力インピーダンス」を変化させたときに、受信処理部13にて検出された受信信号の信号レベルを示している。図9A図9Bの各グラフの「受信信号を伝送させる第2線路L1bのライン数」及び「コネクタ側から見た受信処理部13の入力インピーダンス」は、以下の通りである。
グラフT1−ライン数:2本、入力インピーダンス:400Ω
グラフT2−ライン数:2本、入力インピーダンス:200Ω
グラフT3−ライン数:1本、入力インピーダンス:400Ω
グラフT4−ライン数:1本、入力インピーダンス:200Ω
グラフT5−ライン数:8本、入力インピーダンス:400Ω
グラフT6−ライン数:8本、入力インピーダンス:200Ω
グラフT7−ライン数:1本、入力インピーダンス:50Ω

0089

図9A及び図9Bから分かるように、使用する超音波の周波数に応じて、受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベルが最大となる条件は変化する。又、圧電振動子21が有するインピーダンスの変化に起因して、圧電振動子21のタイプ(即ち、超音波プローブの種類)に応じて、受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベルが最大となる条件は変化する。尚、図9A及び図9Bは、超音波診断装置1において、一般に使用される1MHz〜10MHzの帯域内では、「ライン数:2本、入力インピーダンス:400Ω」の条件のときに、受信処理部13にて検出される受信信号の信号レベルを最大化することが可能であることを示す。

0090

尚、受信信号に含まれるノイズは、理論的には、平均化効果により、受信信号を伝送させる第2線路L1bのライン数を多くするほど低減することになる。しかしながら、実際には、受信信号に重畳するノイズの度合いは、各信号ラインが引き回される位置に応じて異なる。加えて、受信信号を伝送させる第2線路L1bのライン数を過剰に多くすると、受信信号が各信号ラインから受信処理部13に到達する際の受信信号の位相ずれに起因して、S/N比が低下する場合もある。尚、かかるノイズの態様は、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類(以下、検査条件)に応じて変化する。

0091

そこで、本実施形態に係る制御装置11(入力インピーダンス制御部11c、ライン制御部11d)は、超音波検査を実施する際の検査条件(例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類)に応じて、第1コネクタC1側から見た受信処理部13の入力インピーダンスを調整すると共に、受信信号を伝送させる第2線路L1bのライン数を調整する。

0092

図10は、本実施形態に係る制御装置11の動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば、超音波検査を開始する際に、制御装置11がコンピュータプログラムに従って順に実行する処理である。

0093

まず、制御装置11は、ユーザからの超音波プローブ20の種類の選択を受け付ける(ステップS1)。次に、制御装置11は、ユーザからの撮像モードの選択を受け付ける(ステップS2)。次に、制御装置11は、ユーザからの使用周波数の選択を受け付ける(ステップS3)。

0094

次に、制御装置11は、ステップS1〜S3で設定された検査条件と、予め記憶したライン数設定テーブルとに基づいて、最適となる第2線路L1bの使用ライン数を決定し(ステップS4)、当該ライン数となるように、接続コネクタ切替回路19cを制御する(ステップS5)。次に、制御装置11は、ステップS1〜S3で設定された検査条件と、予め記憶したインピーダンス設定テーブルとに基づいて、最適となるインピーダンス設定回路13cのインピーダンスを決定し(ステップS6)、当該インピーダンスとなるように、インピーダンス設定回路13cを制御する(ステップS7)。

0095

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、受信処理部13が超音波プローブ20から受信する受信信号を最大化するように、複数本の第2線路L1bのうち受信信号を伝送する信号ラインとして使用するライン数、及び、第1コネクタC1側から見た受信処理部13の入力インピーダンスを調整することが可能である。これによって、S/N比をより向上することが可能である。

0096

(第4の実施形態)
次に、図11を参照して、第4の実施形態に係る超音波診断装置1の構成について説明する。図11は、本実施形態に係る装置本体10の回路構成を示す図である。

0097

本実施形態に係る超音波診断装置1は、制御装置11が受信処理部13への電源供給を制御する電源制御部11eを有している点で、第1の実施形態と相違する。

0098

受信処理部13は、一般に、複数のIC(例えば、FPGA、ASIC又はDSP等)によって構成されており、これらのICは、チャンネル単位切り分けられている(例えば、1ch〜30ch用のIC、31ch〜60ch用のIC・・等)。本実施形態に係る超音波診断装置1においては、通常、電子走査式の超音波プローブ30が使用される場合には、これらのICすべてが使用状態となるが、機械走査式の超音波プローブ20が使用される場合には、これらのICのうちの一部は不使用状態となる。

0099

電源制御部11eは、かかる観点から、受信処理部13の複数のICそれぞれへの電源供給を個別に制御する。そして、電源制御部11eは、機械走査式の超音波プローブ20が使用される場合には、受信処理部13を構成する複数のICのうち不使用状態となるICへの電源の供給をOFFする。これによって、超音波診断装置1の省電力化を図る。

0100

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置1によれば、省電力化の実現が可能である。

0101

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

0102

本開示に係る超音波診断装置によれば、超音波プローブから受信する受信信号のS/N比を向上させることができる。

0103

1超音波診断装置
10 装置本体
11制御装置
11a機械走査制御部
11b電子走査制御部
11c入力インピーダンス制御部
11dライン制御部
11e電源制御部
12、12a、12b送信駆動部
13受信処理部
13aAD変換部
13b整相加算回路
13cインピーダンス設定回路
14画像生成部
15表示処理部
16表示器
17電源部
18 操作部
19a送受信切替回路
19b駆動対象切替回路
19c接続コネクタ切替回路
20機械走査式の超音波プローブ
21圧電振動子
22モータ
30電子走査式の超音波プローブ(第2超音波プローブ)
31 圧電振動子
C1 第1コネクタ
C2 第2コネクタ
L1、L2、L3、L4信号ライン
L1a 第1線路
L1b 第2線路
L1ba 抵抗素子

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