JP2001309917A - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、装置本体側のコネクタを２次
元アレイ型超音波プローブとで共用できる１．５次元ア
レイ型超音波プローブ及び超音波診断装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】本発明は、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）というマトリ
クスサイズで２次元状に配列された複数の振動素子を有
するプローブヘッド２８と、超音波診断装置本体２５側
のコネクタ２４と接続されるプローブコネクタ３０と、
プローブヘッド２８とプローブコネクタ３０とを電気的
に連結するケーブル２９とを備え、振動素子はプローブ
コネクタ３０内で２系統に分岐され、その一方がプロー
ブコネクタ３０の送信用コネクタピンに接続され、他方
が受信用コネクタピンに接続されることを特徴とする超
音波プローブである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の送受信を
行う超音波プローブと生体に超音波を送信して得られる
受信信号により生体の断層像等を映像化する超音波診断
装置とに係り、特に、振動子が２次元状に配列された２
次元アレイ型の超音波プローブ及び超音波診断装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２次元的な断層像に加え、超音波
プローブの断層面をスライス面と直交方向に手動、又は
機械揺動などで移動させることで、３次元の情報を収集
し、任意断面表示をしたり、血管を抽出して３次元的な
表示をさせたり、胎児等の表面画像を立体的に表示させ
るなど、各種のデータ収集、表示方法が考案されてい
る。しかし、超音波プローブを機械的または手動で移動
させることは、結果的にデータ収集に時間を要し、実時
間での動画像を得ることは困難であった。

【０００３】近年、超音波プローブの製造技術の進歩に
より、超音波振動子を２次元的に配列した小型の２次元
アレイ型超音波プローブが開発され、実用化に向け検討
が進められている。この２次元アレイ型を電子スキャン
させることで超音波ビームを３次元的に送受信すること
ができ、機械的、手動で動かすことが不要であるため、
原理的には実時間でのデータ収集が可能となった。

【０００４】しかしながら、２次元アレイ型超音波プロ
ーブは素子数（チャンネル数）が非常に多く、この非常
に多いチャンネルの全てを使って３次元スキャンを行う
ことは回路規模が膨大になり、現実的ではない。このた
め３次元スキャンでは、全チャンネルを使わずに、数分
の一のチャンネルをまばらに引き出し、その比較的少な
いチャンネルで３次元スキャンを行ういわゆるスパース
アレイ（間引き駆動）という技術が使われていて、この
技術によると、感度が多少犠牲にはなるが、回路規模を
削減でき、可搬性のある装置サイズにすることができ
る。

【０００５】一方、従来の１次元アレイ型超音波プロー
ブと２次元アレイ型超音波プローブの中間的な位置づけ
として、２次元断層像をあらゆる深さで分解能良く、描
出する目的で、スライス方向のチャンネル数を２次元ア
レイ型超音波プローブの数分の一に減らした、１次元及
び２次元アレイ型超音波プローブと区別するために他の
表現を使うと、１次元アレイをスライス方向に例えば８
列並べたいわゆる１．５次元アレイ型超音波プローブが
ある。この１．５次元アレイ型超音波プローブは、レン
ズ方向の振動子配列は、電子的に集束点を可変するため
の可変焦点の遅延を加える目的にのみ使われるため、振
動子は２次元的に配置されているが、スキャンの方法に
より２次元アレイ型超音波プローブと区別して１．５次
元アレイと呼ばれる。

【０００６】例えば、図５に示すように、２次元アレイ
型超音波プローブ１のマトリクスサイズは一般的なもの
で６４×６４チャンネル（チャンネル）であり、その総
素子数は４０９６チャンネルになる。３次元スキャンで
一般的なスパースアレイではこの素子の一部、例えば５
１２チャンネルを送信専用、別の５１２チャンネルを受
信専用としてまばらにケーブル２及びコネクタ３、４を
介して装置本体５に引き出して送受信を行うようになっ
ている。

【０００７】このため、装置５側には、５１２チャンネ
ルの送信回路６と５１２チャンネルの受信回路７が備え
られる。また、この２次元アレイ型超音波プローブを超
音波診断装置本体に接続するには、送受信号数の他、Ｇ
ＮＤ、その他制御信号を合わせ、合計２０００ピン程度
のコネクタ３，４を必要とする。

【０００８】一方、スライス方向の分解能を向上させる
目的で構成された１．５次元アレイ型超音波プローブ６
では、例えば、１２８チャンネル×８チャンネル程度の
マトリクスサイズで、スライス方向８分割は深さ方向に
のみ遅延を加えるため、中心部から順に対称に外側素子
同士を共通接続して用いられる。このため、８分割は実
質４分割として動作させることができ、このまま送受信
するには、本体５は、１２８チャンネル×４チャンネル
＝５１２チャンネルの送受信チャンネルで構成される。
この場合、１．５次元プローブを装置へ接続するための
ケーブル７及びコネクタ８，９はおよそ、７００から１
０００ピン必要となる。コネクタ８の中、またはプロー
ブヘッド６の中に切替ＳＷを設け、５１２チャンネルの
送受信チャンネルを１２８チャンネルや２５６チャンネ
ルにして構成する場合には、１５０から３５０ピン程度
のコネクタで良い。

【０００９】このように２次元アレイ型超音波プローブ
と１．５次元アレイ型超音波プローブとではコネクタピ
ンの数が異なり、また送受信の仕様も、２次元用は送受
別、１．５次元は送受共用と相違することから、装置本
体にはそれぞれ専用のコネクタ４，９が必要とされ、
１．５次元アレイ型超音波プローブと２次元アレイ型超
音波プローブとの両方を備える装置においては、装置の
コネクタ取り付け面積が大きくなってしまうという問題
があった。

【００１０】また、上述したようにそれぞれの送受信の
仕様の相違に対応するように、装置本体内の送受信回路
６，７には、２５６チャンネルや５１２チャンネルとい
った信号を選択プローブによって送受共通にしたり、送
受別に切り替えるスイッチ１０，１１やリミッタ１２、
または２次元、１．５次元それぞれ独立に送受信する手
段を備える必要があり、回路規模が膨大となる問題もあ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、装置
本体側のコネクタを２次元アレイ型超音波プローブとで
共用できる１．５次元アレイ型超音波プローブ及び超音
波診断装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞
Ｎ）というマトリクスサイズで２次元状に配列された複
数の振動素子を有するプローブヘッドと、超音波診断装
置本体側のコネクタと接続されるプローブコネクタと、
前記プローブヘッドと前記プローブコネクタとを電気的
に連結するケーブルとを備え、前記振動素子は前記プロ
ーブコネクタ内で２系統に分岐され、その一方が前記プ
ローブコネクタの送信用コネクタピンに接続され、他方
が受信用コネクタピンに接続されることを特徴とする超
音波プローブである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る１．５次元アレイ型超音波プローブを好ましい実施形
態により説明する。まず、１．５次元アレイ型超音波プ
ローブを次のように定義し、１次元アレイ型超音波プロ
ーブ及び２次元アレイ型超音波プローブとの区別を明確
にする。振動素子配列の観点から見ると、１次元アレイ
型超音波プローブは複数の振動素子が一列に配列されて
なるもので、また２次元アレイ型超音波プローブは複数
の振動素子がマトリクス状に配列されてなるものであ
る。一方、１．５次元アレイ型超音波プローブは、複数
の振動素子がマトリクス状に配列されてなるもので、こ
の点では、２次元アレイ型超音波プローブに近いといえ
る。しかし、１．５次元アレイ型超音波プローブは、マ
トリクスサイズにおいて、２次元アレイ型超音波プロー
ブと明確に区別されるもので、２次元アレイ型超音波プ
ローブは一般的には６４×６４チャンネル（チャンネ
ル）というマトリクスサイズでほぼ正方形に配列されて
なるが、１．５次元アレイ型超音波プローブは、例えば
１２８×８チャンネルというマトリクスサイズで非常に
細長い長方形状に配列される。この意味からは、１．５
次元アレイ型超音波プローブは、２次元アレイというよ
りも、１２８チャンネルの１次元アレイが８列並んでい
るという構成として捉えた方が、１次元アレイ型超音波
プローブ及び２次元アレイ型超音波プローブに対する相
違が明確になるかもしれない。このような違いを考える
と、１．５次元アレイ型超音波プローブは、その振動素
子配列のマトリクスサイズが、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）であ
り、これに対して、２次元アレイ型超音波プローブの振
動素子配列のそれは、ｎ×ｎであり、２次元アレイ型超
音波プローブに対して、素子配列上、このような違いが
あると定義されえる。

【００１４】また、そのスキャン方法の観点から見る
と、１次元アレイ型超音波プローブには２次元の断層像
データを収集するために超音波ビームを方位方向に移動
するいわゆる２次元スキャンが適用され、また２次元ア
レイ型超音波プローブには３次元のボリュームデータを
収集するために超音波ビームを方位方向だけでなくそれ
に直交する方向にも移動するいわゆる３次元スキャンが
適用される。１．５次元アレイ型超音波プローブには２
次元スキャンが適用されるので、この点では、１次元ア
レイ型超音波プローブに近いといえる。

【００１５】以上のように、１．５次元アレイ型超音波
プローブは、素子配列の観点からは、２次元アレイ型超
音波プローブとは近いものであるが、１次元アレイ型超
音波プローブとは明確に区別され、一方、スキャン方法
の観点からは、１次元アレイ型超音波プローブとは近い
ものであるが、２次元アレイ型超音波プローブとは明確
に区別される。従って、１．５次元アレイ型超音波プロ
ーブは、１次元アレイ型超音波プローブと２次元アレイ
型超音波プローブとの中間的な位置付けになる。

【００１６】図１には、超音波診断装置本体に対する２
次元アレイ型超音波プローブの接続を示している。な
お、ここでは、超音波診断装置本体２５内の送信回路２
６と受信回路２７はそれぞれ５１２チャンネル（チャン
ネル）装備しているものと仮定する。

【００１７】２次元アレイ型超音波プローブ２０は、例
えば６４×６４（計４０９６）というマトリクスサイズ
で２次元的に配列された振動素子を有するプローブヘッ
ド２１と、ケーブル２２と、プローブコネクタ２３とか
ら構成される。

【００１８】２次元アレイ型超音波プローブ２０を使っ
た３次元スキャンは、送信回路２６と受信回路２７のチ
ャンネル数（５１２）に合わせて、４０９６素子のうち
の５１２素子を使って超音波ビームの送信が行われ、一
方、受信は送信素子とは別の５１２素子を使って行われ
るいわゆるスパースアレイ方式が採用されている。この
ような方式に合わせて、プローブコネクタ２３には、送
信用ピンが５１２本と、受信用ピンが５１２本と、さら
にＧＮＤ用のピンや制御信号用のピンを合わせ、合計２
０００本のピンが装備されている。

【００１９】このような２次元アレイ型超音波プローブ
２０のピン仕様に適合するように、装置本体２５側のコ
ネクタ２４には、５１２本の送信用ピンと、５１２本の
受信用ピンと、ＧＮＤ用のピンと、制御信号用のピンと
が設けられ、これらを合わせ、合計２０００本のピンが
装備されている。

【００２０】このような２次元アレイ型超音波プローブ
仕様の装置本体２５側コネクタ２４に適合するように、
１．５次元アレイ型超音波プローブのプローブコネクタ
が改良されている。

【００２１】図２（ａ）には、１．５次元アレイ型超音
波プローブ４０のプローブコネクタ３０を示している。
１．５次元アレイ型超音波プローブ４０は、例えば１２
８×８（計１０２４）というマトリクスサイズ、換言す
ると１２８素子の１次元アレイが８列並べられていると
いう２次元的な配列の振動素子を有するプローブヘッド
２８と、ケーブル２９と、プローブコネクタ３０とから
構成される。

【００２２】この１．５次元アレイ型超音波プローブ４
０は、スライス方向の分解能を向上させる目的で構成さ
れたものであり、送受信チャンネル数を削減するため
に、中心部から順に対称に２列づつ外側素子同士を共通
接続して用いられることが多い。このため、８列あって
も、その駆動系統としては実質４系統で行われ、従って
送受信回路２６，２７の側から見ると、見かけ上、１２
８チャンネル×４＝５１２チャンネルというチャンネル
数になる。

【００２３】プローブコネクタ３０のピン仕様は、２次
元アレイ型超音波プローブ２０のプローブコネクタ２３
と同じピン仕様で構成されており、すなわち５１２本の
送信用ピンと、５１２本の受信用ピンと、ＧＮＤ用のピ
ンと、制御信号用のピンとが設けられ、これらを合わ
せ、合計２０００本のピンが装備されている。

【００２４】プローブコネクタ３０の内部では、１．５
次元アレイ型超音波プローブ４０の送受信兼用の１０２
４チャンネル（素子）に対して設けられる５１２チャン
ネルという信号系統が、それぞれ２系統づつに分岐さ
れ、その一方が５１２本の送信用ピンに接続され、他方
が５１２本の受信用ピンに接続される。

【００２５】さらにプローブコネクタ３０の内部におい
て、送信と分離するために、受信用の５１２本の信号系
統に、高電圧リミッタ３１が設けられる。また、図２
（ｂ）に示すように、この高電圧リミッタ３１に代え
て、プローブコネクタ３０の内部において、送信系統
と、受信系統とを切り替えるためのスイッチ３２を設け
てもよい。

【００２６】このように１．５次元アレイ型超音波プロ
ーブ４０のプローブコネクタ３０のピン仕様を、２次元
アレイ型超音波プローブ２０のプローブコネクタ２３と
同じピン仕様で構成することにより、本体側のコネクタ
２４を、２次元アレイ型超音波プローブ２０のプローブ
コネクタ２３と共用することが可能になる。

【００２７】本体側接続コネクタ２４としては、２次元
アレイ型超音波プローブ２０のプローブコネクタ２３に
応じたピン仕様の略２０００ピンの単一のコネクタが設
けられていてもよいが、次のように複数コネクタに分割
されていてもよい。

【００２８】図３には、本体側接続コネクタ２４の構造
を示している。５００ピンのコネクタ４２が４個備えら
れ、各コネクタ４２は送信専用として１２８チャンネ
ル、受信専用チャンネルとして１２８チャンネル接続さ
れ、４個合計で送信５１２チャンネルで構成され、信号
２本に対し１本程度のＧＮＤ、および制御信号で構成さ
れ、装置本体の正面下側や、側面に取り付けられる。

【００２９】送信５１２チャンネル、受信５１２チャン
ネルの２次元アレイ型超音波プローブ２０のコネクタ２
３を送信信号１２８チャンネル毎になるように、４個に
分割して構成しておき、４個のコネクタ接続により２次
元アレイ型超音波プローブの送受信が可能となる。

【００３０】送受信５１２チャンネルの１．５次元アレ
イ型超音波プローブの場合には、送受信１２８チャンネ
ル毎に４個に分けて構成することにより、接続される。
プローブコネクタの中にスキャン用の切替スイッチを設
け、送受信２５６チャンネルとした１．５次元アレイ型
超音波プローブの場合には１２８チャンネル毎に２個に
分けて構成することで接続される。４個のコネクタのい
ずれに接続しても良い。

【００３１】さらに、送受信１２８チャンネルとした
１．５次元アレイ型超音波プローブの場合には１個のコ
ネクタで良く、４個のいずれの場所に接続しても良い。

【００３２】図４（ａ）には、本体側接続コネクタ２４
の他の構成を示している。２５０ピンのコネクタ４３が
８個備えられ、各コネクタ４３は送信専用として６４チ
ャンネル、受信専用チャンネルとして６４チャンネル接
続され、８個分で合計送信５１２チャンネル、受信５１
２チャンネルで構成され、信号２本に対し１本程度のＧ
ＮＤ、および制御信号で構成されている。

【００３３】送信５１２チャンネル、受信５１２チャン
ネルの２次元アレイ型超音波プローブのコネクタを送受
信号６４チャンネル毎になるよう８個に分割して構成し
ておき、８個のコネクタ接続により２次元アレイ型超音
波プローブの送受信が可能となる。１．５次元アレイ型
超音波プローブについても、図３の実施形態と同様の要
領で分割することにより送受信が可能となる。

【００３４】このコネクタには２次元、１．５次元プロ
ーブに限らず、従来の１次元アレイ型超音波プローブも
同様の構成で接続することができる。６４チャンネル送
受信の１次元アレイ型超音波プローブであれば１個のコ
ネクタにより送受信が行える。

【００３５】もし、２次元プローブを接続しない場合に
は、１次元アレイ型超音波プローブをコネクタの数だけ
接続することも可能である。また、２断面検出用のバイ
プレーンプローブ、振動子１枚や振動子をリング状に配
置し、機械スキャンするメカニカルセクタ、アニュラア
レイ型超音波プローブ等も接続させることもできる。

【００３６】本発明はその目的とする範囲で種々変更し
て実施することもできる。２次元アレイ型超音波プロー
ブは送信、受信別チャンネルで示したが、一部送受共通
チャンネルなど、混在させて構成することもできる。コ
ネクタの分割数、ピン数構成なども変更することができ
る。例えば、同じ数のコネクタのみの配列である必要は
無く、図４（ｂ）に示すように、５００ピン２個と２５
０ピン４個などという２種類のコネクタ４４，４５での
組み合わせもできる。一部を送受共通チャンネルとする
ことも、勿論、可能である。診断目的、部位により２次
元アレイ型、１．５次元アレイの分割数を２０４８チャ
ンネルなどに変更したプローブとして実施することもで
きる。この場合には、総素子数の多い２次元プローブに
合わせておけば、素子数の少ない２次元プローブを容易
に接続ができ、かつ、１．５次元アレイ型超音波プロー
ブを複数本接続することも可能である。

【００３７】２次元アレイ型超音波プローブ、１．５次
元アレイ型超音波プローブともコネクタを複数個に分か
れる場合、プローブ側コネクタを。本体側コネクタと同
じ寸法配列で複数個を固定しておけば、あたかも、１個
のプローブコネクタとして接続させることも可能であ
る。１．５次元アレイ型超音波プローブのプローブコネ
クタ内で送受信信号を２系統に分け、受信側に高圧リミ
ッタを設けたが、送受信信号出力を切替ＳＷにより送信
専用チャンネル側、受信専用チャンネル側に切替接続す
るようにしても、同様の効果が得られる。また、高圧リ
ミッタは超音波診断装置本体側に設けても良い。

【００３８】その他、本発明は上述した実施形態に限定
されず、種々変形して実施可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、２次元アレイ型超音波
プローブ用の本体側コネクタを、１．５次元アレイ型超
音波プローブにも共用できる。従ってそれぞれのコネク
タを備える必要が無く、実装スペース、コネクタコスト
の低減、装置側回路規模の低減ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る２次元アレイ型超音波
プローブと超音波診断装置本体との接続を示す図。

【図２】本発明の実施形態に係る１．５次元アレイ型超
音波プローブと超音波診断装置本体との接続を示す図。

【図３】本発明の実施形態に係る超音波診断装置本体側
のコネクタボックスを示す図。

【図４】本発明の実施形態に係る超音波診断装置本体側
の他のコネクタボックスを示す図。

【図５】従来の超音波診断装置本体に対する２次元アレ
イ型超音波プローブと１．５次元アレイ型超音波プロー
ブそれぞれの接続を示す図。

【符号の説明】

２０…２次元アレイ型超音波プローブ、 ２１…２次元アレイ型プローブヘッド、 ２２…ケーブル、 ２３…プローブコネクタ、 ２４…本体側コネクタ、 ２５…超音波診断装置本体、 ２６…送信回路、 ２７…受信回路、 ２８…１．５次元アレイ型プローブヘッド、 ２９…ケーブル、 ３０…プローブコネクタ、 ３１…高圧リミッタ、 ４０…１．５次元アレイ型超音波プローブ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）というマトリクスサイ
   ズで２次元状に配列された複数の振動素子を有するプロ
   ーブヘッドと、 超音波診断装置本体側のコネクタと接続されるプローブ
   コネクタと、 前記プローブヘッドと前記プローブコネクタとを電気的
   に連結するケーブルとを備え、 前記振動素子は前記プローブコネクタ内で２系統に分岐
   され、その一方が前記プローブコネクタの送信用コネク
   タピンに接続され、他方が受信用コネクタピンに接続さ
   れることを特徴とする超音波プローブ。
2. 【請求項２】 ２次元状に配列された複数の振動素子を
   有するプローブヘッドと、 超音波診断装置本体のコネクタと接続されるプローブコ
   ネクタと、 前記プローブヘッドと前記プローブコネクタとを電気的
   に連結するケーブルとを備え、 前記振動素子は送受兼用であり、前記プローブコネクタ
   のピン仕様が、送信専用の振動素子と受信専用の振動素
   子とに分けられているタイプの超音波プローブのピン仕
   様と等価であることを特徴とする超音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記２系統の他方には前記プローブコネ
   クタ内において高電圧リミッタが設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
4. 【請求項４】 前記プローブコネクタ内において、前記
   ２系統の分岐を切り換えるためのスイッチが設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
5. 【請求項５】 ２次元状に配列された複数の振動素子を
   有するプローブヘッドと、超音波診断装置本体側のコネ
   クタと接続される第１プローブコネクタと、前記第１プ
   ローブヘッドと前記プローブコネクタとを電気的に連結
   するケーブルとを備え、前記振動素子は前記プローブコ
   ネクタ内で２系統に分岐され、その一方が前記第１プロ
   ーブコネクタの送信用コネクタピンに接続され、他方が
   受信用コネクタピンに接続されてなる第１超音波プロー
   ブと、この第１超音波プローブの第１プローブコネクタ
   と接続される前記超音波診断装置本体側のコネクタとを
   有し、前記超音波診断装置本体側のコネクタは、複数の
   コネクタに分割されており、この複数のコネクタの少な
   くとも１つは、前記第１超音波プローブの第１プローブ
   コネクタよりも接続端子数の少ない種類の第２プローブ
   コネクタを有する第２超音波プローブに適合することを
   特徴とする超音波診断装置。