JP2010115356A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号のデータ量を減少させることにより、超音波探触子と超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図る。
【解決手段】この超音波探触子は、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成するサンプリング手段と、パラレルのサンプルデータをシリアルのサンプルデータに変換するシリアル化手段と、シリアルのサンプルデータを伝送する伝送手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを内蔵する超音波探触子、及び、そのような超音波探触子を用いて超音波診断画像を生成する超音波診断装置に関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。

一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波探触子（プローブ）が用いられる。超音波エコーを受信した振動子から出力される受信信号は、超音波の焦点からそれぞれの振動子までの距離の差に応じた遅延を伴うので、振動子の位置に応じた遅延をそれらの受信信号に与えた後にそれらの受信信号を加算することによって、特定の位置に焦点を結ぶビームフォーミング処理（受信フォーカス処理）が行われる。その際に、複数の受信信号が加算されるまでは、それらの受信信号は並列データとして扱われる。

この受信フォーカス処理は、通常、ディジタル信号処理によって行われる。即ち、Ａ／Ｄ変換された受信信号は、メモリに蓄えられた後、読み出し時刻を随時変えながら読み出され、適度に補間処理が施されて加算される。複数の受信信号が加算されると、信号のチャンネル数が１つになるので、無線通信によって信号伝送を行うことも可能となる。従って、受信フォーカス処理を行うための回路を超音波探触子の中に組み込めば、超音波探触子と超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることができる。

しかしながら、受信フォーカス処理においては、受信信号に与える遅延量が焦点の位置によって異なるので、メモリからの読み出し時刻の制御は極めて複雑となり、大規模な回路が必要になる。そのような回路を超音波探触子の中に組み込むと、もはや片手で容易に操作できるような実用的な大きさではなくなってしまう。

関連する技術として、特許文献１には、高精細化に伴い振動素子数が増加しても伝送ケーブルの細径化、軽量化が可能であり、操作性の維持及び向上を行うことのできる超音波探触子を有する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、複数の振動素子を用いて生体に対して超音波パルスの送受波を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に伝送ケーブルを介して接続され前記超音波探触子から超音波パルスを送波するための送波信号の生成及び生体で反射して前記超音波探触子で受波した超音波パルス（エコー）に基づく受波信号から超音波画像を形成する装置本体とを含み、前記伝送ケーブルを介して前記超音波探触子と装置本体との間で受け渡しされる送波信号及び受波信号が、伝送前に各振動素子に対応して時分割的に区切られてチップ化され、各チップが、前記伝送ケーブル内の共用信号線を利用して順次伝送されることを特徴とする。

しかしながら、特許文献１の超音波診断装置においては、各振動素子から出力される受波信号がそのままの帯域で伝送されるので、データ量を削減することができず、高い伝送レートが必要となる。また、受波信号が時分割によって伝送されるので、伝送後にビームフォーミング処理を確実に行えるという保証がない。

特許文献２には、超音波プローブと装置本体との間で無線伝送を行うワイアレス超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、超音波プローブが、複数の振動子と、それらの振動子に対応した増幅器及びＡ／Ｄ変換器と、ディジタルビームフォーマと、ＰＳ変換部と、制御データ挿入部と、変調器と、電力増幅器とを含んでおり、超音波プローブ内においてディジタルビームフォーミング処理が行われて整相加算データが生成され、さらに、整相加算データがパラレル／シリアル変換される。

しかしながら、超音波プローブ内においてディジタルビームフォーミング処理を行うためには、従来の超音波診断装置におけるフロントエンド回路を超音波プローブ内にまるごと収めなくてはならず、回路規模が膨大になる。
特開２００３−２９９６４８号公報（第３頁、図１） 特開２００８−１８１０７号公報（第４−５頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号のデータ量を減少させることにより、超音波探触子と超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波探触子は、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、信号処理手段によって生成された複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成するサンプリング手段と、サンプリング手段によって生成されたパラレルのサンプルデータをシリアルのサンプルデータに変換するシリアル化手段と、シリアル化手段によって変換されたシリアルのサンプルデータを伝送する伝送手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波探触子から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、受信フォーカス処理手段によって生成された音線信号に基づいて、超音波診断画像を表す画像信号を生成する画像信号生成手段とを具備する。

本発明によれば、超音波探触子において、各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理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って生成されたパラレルのサンプルデータをシリアルのサンプルデータに変換して超音波診断装置本体に伝送することにより、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号のデータ量を減少させて、超音波探触子と超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態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１に示すように、この超音波診断装置は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子１と、超音波診断装置本体２とによって構成される。

超音波探触子１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。図１に示すように、超音波探触子１は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０と、複数チャンネルの送受信部２０と、シリアル化部３０と、送信制御部４０と、伝送回路５０とを含んでいる。

複数の超音波トランスデューサ１０は、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。

そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、そ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、それぞれの振動子は、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。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

複数チャンネルの送受信部２０は、送信制御部４０の制御の下で複数の駆動信号を生成して、それらの駆動信号を複数の超音波トランスデューサ１０に供給すると共に、複数の超音波トランスデューサ１０から出力される複数の受信信号に対して直交検波処理等を施して得られたサンプルデータをシリアル化部３０に供給する。

図２は、図１に示す送受信部の第１の構成例を示す図である。図２に示すように、各チャンネルの送受信部２０は、送信回路２１と、プリアンプ２２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３と、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２４と、直交検波処理部２５と、サンプリング部２６ａ及び２６ｂと、メモリ２７ａ及び２７ｂとを含んでいる。ここで、送信回路２１〜直交検波処理部２５は、信号処理手段を構成している。

送信回路２１は、例えば、パルサによって構成されており、送信制御部４０の制御の下で駆動信号を生成して、生成された駆動信号を超音波トランスデューサ１０に供給する。図１に示す送信制御部４０は、伝送回路５０から出力される走査制御信号に基づいて、複数チャンネルの送信回路２１の動作を制御する。例えば、送信制御部４０は、走査制御信号によって設定された送信方向に応じて、複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部４０は、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。

複数チャンネルの送信回路２１は、送信制御部４０によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波探触子１０に供給し、あるいは、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給する。

プリアンプ２２は、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号（ＲＦ信号）を増幅し、ＬＰＦ２３は、プリアンプ２１から出力される受信信号の帯域を制限することにより、Ａ／Ｄ変換におけるアライアシングを防止する。ＡＤＣ２４は、ＬＰＦ２３から出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。例えば、超音波の周波数が５ＭＨｚ程度であるとすれば、４０ＭＨｚのサンプリング周波数が用いられる。その場合に、１サンプルに相当する生体内距離は約０．０３８ｍｍとなるので、４０９６サンプルで約１５．７ｃｍの深度までのデータが得られることになる。

受信開口における超音波トランスデューサの数を６４個とし、超音波診断画像の１フレームについて１００本の超音波受信ライン（音線）が必要であるとすれば、１フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、４０９６×６４×１００≒２６×１０^６個となり、毎秒１０フレームの画像を表示するためには、約２６０×１０^６個／秒のデータ転送が必要となる。ここで、超音波診断画像に必要な分解能は、通常、１個のデータについて１２ビット程度であるから、上記のデータを伝送するためには、約３１２０Ｍｂｐｓの伝送ビットレートが必要となる。

このように、ＲＦ信号のままでデータの直列化を行うと、伝送ビットレートが極めて高くなり、通信速度やメモリの動作速度がそれに追いつかない。一方、背景技術の説明において述べたように、受信フォーカス処理の後でデータの直列化を行うと、伝送ビットレートを低減することができる。しかしながら、受信フォーカス処理のための回路は、規模が大きく、超音波探触子の中に組み込むことは困難である。そこで、本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからデータの直列化を行うことにより、伝送ビットレートを低減させている。

直交検波処理部２５は、受信信号に対して直交検波処理を施し、複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。図２に示すように、直交検波処理部２５は、ミキサ（掛算回路）２５ａ及び２５ｂと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５ｃ及び２５ｄとを含んでいる。ミキサ２５ａが、ＡＤＣ２４によってディジタル信号に変換された受信信号に局部発振信号ｃｏｓω_０ｔを掛け合わせて、ＬＰＦ２５ｃが、ミキサ２５ａから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成される。一方、ミキサ２５ｂが、ＡＤＣ２４によってディジタル信号に変換された受信信号に位相をπ／２だけ回転させた局部発振信号ｓｉｎω_０ｔを掛け合わせて、ＬＰＦ２５ｄが、ミキサ２５ｂから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。

サンプリング部２６ａ及び２６ｂは、直交検波処理部２５によって生成された複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）をサンプリング（再サンプリング）することにより、２チャンネルのサンプルデータをそれぞれ生成する。生成された２チャンネルのサンプルデータは、メモリ２７ａ及び２７ｂにそれぞれ格納される。

ここで、ベースバンド信号を、ベースバンド周波数帯域の２倍の周波数でサンプリングすれば、信号情報は保持される。従って、サンプリング周波数は、５ＭＨzであれば十分である。これにより、ＲＦ信号のままでデータの直列化を行う場合と比較して、サンプリング周波数が４０ＭＨzから５ＭＨzに低下するので、データ量は１／８となり、約１５．７ｃｍの深度までのサンプル数が５１２個となる。ただし、包絡線検波によって信号情報を維持するためには、位相情報を保持しなければならないので、直交検波処理等によって複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する必要があり、データのチャンネル数が２倍となる。

従って、１フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、５１２×６４×１００×２≒約６．６×１０^６個となり、毎秒１０フレームの画像を表示するためには、分解能を１２ビットとして、約７９２Ｍｂｐｓの伝送ビットレートが必要となる。また、サンプリング周波数を２．５ＭＨzとすれば、約１５．７ｃｍの深度までのサンプル数が２５６個となり、データ量をさらに半分に低減することができるので、伝送ビットレートを約３９６Ｍｂｐｓにすることができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示すＡＤＣによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。図３Ａは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、ＡＤＣ２４によるサンプリングを示しており、図３Ｂは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、サンプリング部２６ａによるサンプリングを示している。図３Ａに示すようにＲＦ信号をサンプリングしてサンプルデータを伝送する場合と比較して、図３Ｂに示すようにベースバンド信号をサンプリングしてサンプルデータを伝送することにより、伝送ビットレートを大幅に低減することができる。

図４は、図１に示す送受信部の第２の構成例を示す図である。図４に示す第２の構成例においては、図２に示す第１の構成例におけるサンプリング部２６ａ及び２６ｂの替わりに時分割サンプリング部２６ｃが設けられており、メモリ２７ａ及び２７ｂの替わりにメモリ部２７ｃが設けられている。

時分割サンプリング部２６ｃは、直交検波処理部２５によって生成されるＩ信号及びＱ信号を交互に時分割でサンプリング（再サンプリング）することにより、２系列のサンプルデータを生成する。例えば、時分割サンプリング部２６ｃは、Ｉ信号をｃｏｓω_０ｔの位相に同期してサンプリングし、Ｑ信号をｓｉｎω_０ｔの位相に同期してサンプリングする。生成された２系列のサンプルデータは、メモリ２７ｃに格納される。これにより、メモリ回路を１系統にすることができる。

図５は、図１に示す送受信部の第３の構成例を示す図である。図５に示す第３の構成例においては、図４に示す第２の構成例におけるミキサ２５ａ及び２５ｂの替わりに直交サンプリング部２５ｅが設けられている。

図６は、図５に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。直交サンプリング部２５ｅは、ＡＤＣ２４によってディジタル信号に変換された受信信号をｃｏｓω_０ｔの位相に同期してサンプリングして第１の信号系列を生成すると共に、受信信号をｓｉｎω_０ｔの位相に同期してサンプリングして第２の信号系列を生成する。

さらに、ＬＰＦ２５ｃが、直交サンプリング部２５ｅから出力される第１の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成され、ＬＰＦ２５ｄが、直交サンプリング部２５ｅから出力される第２の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。これにより、図４に示すミキサ２５ａ及び２５ｂを省略することができる。

再び図１を参照すると、シリアル化部３０は、複数チャンネルの送受信部２０によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換する。例えば、シリアル化部３０は、１２８チャンネルのパラレルのサンプルデータを、１〜４チャンネルのシリアルのサンプルデータに変換する。これにより、超音波トランスデューサ１０の数と比較して、伝送チャンネル数が大幅に低減される。

伝送回路５０は、超音波診断装置本体２から走査制御信号を受信して、受信した走査制御信号を複数の送受信部２０に出力すると共に、シリアル化部３０によって変換されたシリアルのサンプルデータを超音波診断装置本体２に送信する。超音波探触子１と超音波診断装置本体２との間の信号伝送は、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等の通信方式を用いて、有線又は無線で行われる。ＡＳＫ又はＰＳＫを用いる場合には、１系統で１チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、ＱＰＳＫを用いる場合には、１系統で２チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、１６ＱＡＭを用いる場合には、１系統で４チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能である。

超音波探触子１の電源電圧は、超音波探触子１と超音波診断装置本体２との間の信号伝送が有線で行われる場合には超音波診断装置本体２から供給され、超音波探触子１と超音波診断装置本体２との間の信号伝送が無線で行われる場合にはバッテリー等によって供給される。超音波探触子１の電源電圧を超音波診断装置本体２から供給する場合には、超音波探触子１と超音波診断装置本体２との間に接続される信号線を利用してファントム給電を行っても良い。

以上において、直交検波処理部２５（図２）、サンプリング部２６ａ及び２６ｂ（図２）、時分割サンプリング部２６ｃ（図４）、直交サンプリング部２５ｅ（図５）、ＬＰＦ２５ｃ及び２５ｄ（図５）、及び、シリアル化部３０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：現場でプログラミング可能なゲートアレイ）等のディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成しても良い。

汎用回路であるＦＰＧＡを用いる場合には、回路規模を縮小しても、内蔵される電子部品の数にはあまり影響しない。しかしながら、回路規模が小さくなるとＦＰＧＡの容量が小さくて済むので、より小さな電子部品を使用することが可能となり、実装面積に大きく影響する。あるいは、直交検波処理部２５をアナログ回路によって構成することにより、ＡＤＣ２４を省略しても良い。その場合には、サンプリング部２６ａ及び２６ｂ、又は、時分割サンプリング部２６ｃによって、複素ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換が行われる。

一方、図１に示す超音波診断装置本体２は、伝送回路６０と、走査制御部７０と、受信フォーカス処理部８０と、Ｂモード画像信号生成部９０と、表示部１００と、操作部１１０と、制御部１２０と、格納部１３０とを有している。

走査制御部７０は、超音波ビームの送信方向を順次設定して走査制御信号を生成する。伝送回路６０は、走査制御部７０によって生成された走査制御信号を超音波探触子１に送信すると共に、超音波探触子１からシリアルのサンプルデータを受信する。走査制御部７０は、超音波エコーの受信方向を順次設定して、受信フォーカス処理部８０を制御する。

受信フォーカス処理部８０は、超音波探触子１から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する。受信フォーカス処理部８０は、メモリ８１と、整相加算部８２とを含んでいる。メモリ８１は、超音波探触子１から受信したシリアルのサンプルデータを順次格納する。整相加算部８２は、走査制御部７０において設定された受信方向に基づいて、複数の受信遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、その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素ベースバンド信号に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。

Ｂモード画像信号生成部９０は、受信フォーカス処理部８０によって形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。Ｂモード画像信号生成部９０は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部９１と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）９２とを含んでいる。ＳＴＣ部９１は、受信フォーカス処理部８０によって形成された音線信号に対して、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。ＤＳＣ９２は、ＳＴＣ部９１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。表示部１００は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、Ｂモード画像信号生成部９０によって生成されたＢモード画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。

制御部１２０は、操作部１１０を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部７０等を制御する。本実施形態においては、走査制御部７０、整相加算部８２、Ｂモード画像信号生成部９０、及び、制御部１２０が、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部１３０に格納される。格納部１３０における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

図７は、本発明の一実施形態の第１の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。図７に示す超音波探触子１ａにおいては、図１に示す超音波探触子１に対し、超音波探触子に設けられている複数の超音波トランスデューサ１０と送受信部２０との間の接続関係を切り換える切換回路１１が追加されている。

一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波探触子においては、送受信における開口が順次切り換えられながら被検体の走査が行われる。超音波探触子１ａに設けられている超音波トランスデューサの数をＮとし、同時に使用される超音波トランスデューサの数をＭとすると（Ｍ＜Ｎ）、切換回路１１は、Ｎ個の超音波トランスデューサの内からＭ個の超音波トランスデューサを選択し、選択されたＭ個の超音波トランスデューサをＭ個の送受信部２０にそれぞれ接続する。これにより、図１に示す超音波探触子１と比較して、送受信部２０の数を低減することができる。

図８は、本発明の一実施形態の第２の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。図８に示す超音波探触子１ｂにおいては、図７に示す超音波探触子１ａに対し、超音波受信時において２個の超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号を加算する加算回路１２が追加されている。超音波送信時においては、加算回路１２は、送受信部２０から供給される駆動信号を２個の超音波トランスデューサ１０に並列的に供給する。

一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波探触子においては、送受信方向が超音波トランスデューサの配列面に対して垂直とされるので、送受信における遅延量は、超音波ビームに対して対称となる。従って、Ｍ個の超音波トランスデューサによって形成される送受信開口において、第１番目の超音波トランスデューサと第Ｍ番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号Ｒ_１と受信信号Ｒ_Ｍとを加算することができる。同様に、第２番目の超音波トランスデューサと第（Ｍ−１）番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号Ｒ_２と受信信号Ｒ_{（Ｍ−１）}とを加算することができる。これにより、図７に示す超音波探触子１ａと比較して、送受信部２０の数を半分にすることができ、また、超音波探触子１ｂと超音波診断装置本体２との間の伝送ビットレートを半分にすることができる。

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の一実施形態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１に示す送受信部の第１の構成例を示す図である。 図２に示すＡＤＣによるサンプリングを示す波形図である。 図２に示すサンプリング部によるサンプリングを示す波形図である。 図１に示す送受信部の第２の構成例を示す図である。 図１に示す送受信部の第３の構成例を示す図である。 図５に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 超音波探触子
２ 超音波診断装置本体
１０ 超音波トランスデューサ
１１ 切換回路
１２ 加算回路
２０ 送受信部
２１ 送信回路
２２ プリアンプ
２３ ＬＰＦ
２４ ＡＤＣ
２５ 直交検波処理部
２５ａ、２５ｂ ミキサ
２５ｃ、２５ｄ ＬＰＦ
２５ｅ 直交サンプリング部
２６ａ、２６ｂ サンプリング部
２６ｃ 時分割サンプリング部
２７ａ〜２７ｃ メモリ
３０ シリアル化部
４０ 送信制御部
５０、６０ 伝送回路
７０ 走査制御部
８０ 受信フォーカス処理部
８１ メモリ
８２ 整相加算部
９０ Ｂモード画像信号生成部
９１ ＳＴＣ
９２ ＤＳＣ
１００ 表示部
１１０ 操作部
１２０ 制御部
１３０ 格納部

Claims (8)

1. 複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
   各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、
   前記信号処理手段によって生成された複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成するサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段によって生成されたパラレルのサンプルデータをシリアルのサンプルデータに変換するシリアル化手段と、
   前記シリアル化手段によって変換されたシリアルのサンプルデータを伝送する伝送手段と、
   を具備する超音波探触子。
2. 前記超音波探触子に設けられている複数の超音波トランスデューサと前記信号処理手段との間の接続関係を切り換える切換回路をさらに具備する、請求項１記載の超音波探触子。
3. 前記信号処理手段が、
   各超音波トランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
   前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
   前記アナログ／ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する直交検波処理手段と、
   を含む、請求項１又は２記載の超音波探触子。
4. 前記信号処理手段が、
   各超音波トランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
   前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
   前記アナログ／ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交サンプリング処理を施すことにより第１の信号系列及び第２の信号系列を生成する直交サンプリング手段と、
   前記直交サンプリング手段によって生成される第１及び第２の信号系列の帯域をそれぞれ制限することにより複素ベースバンド信号を生成するローパスフィルタ手段と、
   を含む、請求項１又は２記載の超音波探触子。
5. 前記信号処理手段が、前記複数の超音波トランスデューサに複数の駆動信号をそれぞれ供給する複数の送信回路をさらに含む、請求項３又は４記載の超音波探触子。
6. 前記サンプリング手段が、前記信号処理手段によって生成された複素ベースバンド信号に含まれている２つの信号を交互に時分割でサンプリングする、請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波探触子。
7. 前記伝送手段が、前記シリアル化手段によって変換されたシリアルのサンプルデータを無線で送信する、請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波探触子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波探触子と、
   前記超音波探触子から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、
   前記受信フォーカス処理手段によって生成された音線信号に基づいて、超音波診断画像を表す画像信号を生成する画像信号生成手段と、
   を具備する超音波診断装置。

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