JP2011161167A

JP2011161167A - 超音波プローブ

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Publication number: JP2011161167A
Application number: JP2010030688A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Miyajima; 泰夫宮島
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-15
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Abstract

【課題】複数の振動子間で増幅器及び遅延回路を共有する構成において、切替手段の浮遊容量による受信性能の劣化を抑え、良好な受信品質を得る。
【解決手段】超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、２以上の前記超音波振動子からの信号を選択的に切替えることで、超音波ビームの開口移動を行う切替手段と、前記切替手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、超音波ビームの開口移動に連動して前記切替手段を切替制御することで、複数の超音波振動子からの信号を時分割で受信する超音波プローブであって、前記超音波振動子と前記切替手段との間に介在し、前記超音波振動子からの信号をハイインピーダンスで受けて、前記切替手段にローインピーダンスで出力するインピーダンス変換手段を更に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に接続され、被検体に超音波を送受信する超音波プローブに関し、特に複数の超音波振動子を切替えて使用することで、増幅器及び遅延回路を複数の超音波振動子で共有する技術に関するものである。

３次元走査可能な超音波診断装置では２次元（２Ｄ）アレイトランスデューサを使用して送受信ビームを二つの軸方向に偏向するか一つの軸方向の偏向と他方の軸方向に開口を移動（以降は「開口移動」と呼ぶ）する必要がある。２Ｄアレイトランスデューサでは、振動子が２次元配列を必要とすることから振動子の数が飛躍的に増大し、従来の振動子数（２００以下）に比べて一桁多い振動子数(１０００以上)が必要となる。

また、２Ｄアレイ振動子は心臓などに用いられる扇型の画像を提供するために、一つのビーム中心からビームの方向を偏向する事により画像を形成する方法が知られている。このビームの方向を偏向する方法は、肋骨の間などの狭い隙間から被検体の画像を形成する場合に有効であるが、腹部や体表臓器の画像の場合体表付近の視野を広く得られないと体表付近の病変を検出しにくいという問題がある。

そのため、ビーム偏向だけでなく開口移動させながら画像を形成させて、長方形・台形・平行四辺形或いは扇子の扇面のような形状の画像を提供する事が望まれる。この開口移動により体表で広い視野を得る為には振動子の数を増やしておく事(ビームの方向を偏向する方法では３６〜１２８、開口移動する方法では１２８〜１９２)が望ましく、従来の一次元アレイプローブにおいて本体チャネルが６４ＣＨであっても１２８以上の振動子を有するプローブを使用している。

このように超音波２Ｄアレイプローブでは、振動子数の増大にあわせてプローブへの接続ケーブルや装置の受信回路数が飛躍的に増大し、実用的な大きさ・重さ・価格での実現が課題となる場合が多い。そのため、電力消費や回路規模を抑えることを目的として１つのチャネルに対応付けられた増幅回路や遅延回路を、複数の振動子で共有する構成を適用する場合がある。特許文献１には、１つのチャネルに対応付けられた増幅回路や遅延回路を、複数の振動子で共有する構成を適用した超音波診断装置の例が開示されている。

増幅回路や遅延回路を複数の振動子で共有する従来の超音波プローブ及び超音波診断装置の構成について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は一般的な超音波診断装置の受信部分に着目した構成を示した機能ブロック図である。また、図５は、複数の超音波振動子を切替えることで超音波ビームの開口移動する従来の超音波プローブの受信回路部分の構成を説明するための図である。

超音波プローブ１は、送信回路１０と、超音波振動子群１１と、増幅回路１２と、遅延回路１３と、加算回路１４とで構成される。

送信回路１０は、図示しないが、クロック発生器、分周期、送信遅延回路、パルサから構成されている。クロック発生器で発生されたクロックパルスは、分周器で例えば５ＫＨｚ程度のレートパルスに落とされる。このレートパルスを送信遅延回路を通してパルサに与えて高周波の電圧パルスを発生し、超音波振動子群１１を駆動させる（機械的に振動させる）。これにより、送信回路１０からの電気信号に従って、超音波振動子群１１から被観測体に向けて超音波ビームが照射される。

超音波振動子群１１は、例えば、Ｎ×Ｍのアレイ状に配列されて成るもので、被観測体（例えば心臓）に対して超音波を送受信する。超音波振動子群１１を構成する各超音波振動子（以降「各振動子」と呼ぶ）から送信された超音波ビームは、被観測体内の構造物の境界等の音響インピーダンスの異なる界面で、当該被観測体内の構造・動き等に対応して反射する。

増幅回路１２は、超音波振動子群１１の各振動子で受信される微弱な超音波エコー信号を良好に伝送するために、低雑音増幅またはバッファリング等の処理を行う。増幅回路１２の構成について、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、増幅回路１２は、前置増幅器１２１と、切替手段１２２と、可変増幅器１２３とで構成される。

切替手段１２２は、制御部（図示しない）からの制御により、前置増幅器１２１に入力される超音波振動子群１１を構成する各振動子からの信号を、開口移動にあわせて切替え出力する。複数の超音波振動子を切替えて開口移動する超音波プローブの場合、切替手段１２２の走査線ごとの切替制御により、各振動子からの信号が遅延回路１３及び加算回路１４を介し、走査線ごとに素子を選択して超音波診断装置本体受信部２に送信される。これにより、前置増幅器１２１、可変増幅器１２３、及び、遅延回路１３を複数の振動子で共有することが可能となる（前置増幅器１２１、可変増幅器１２３、遅延回路１３、加算回路１４については後述する）。

なお、図５は３２行６４列の振動子を持つ２Ｄアレイ振動子について考えた場合を示しており、５行目における１列目の振動子をＥ５０１と表し、Ｅ５３３は５行目における３３列目の振動子を表すものとする。また、切替手段１２２を構成する各スイッチに対し、振動子Ｅ５０１に切替えるスイッチをＳ５０１と表し、振動子Ｅ５３３に対応するスイッチをＳ５３３と表すものとする。

可変増幅器１２３は、時間的に増幅度の変化するいわゆるＴＧＣ(ＴｉｍｅＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ)機能を持つ。各振動子からの信号のレベルは、各振動子から被検体までの距離により異なり、該距離が遠いほど反射波の到達時間は長くなり、該反射波は減衰するため対応する振動子からの信号のレベルは低くなる。そのため、可変増幅器１２３は、超音波振動子と被検体との距離に応じて増幅度を変化させることで、時間的にレベルの異なる信号を一定のレベルの信号に増幅して出力することが可能となる。

前置増幅器１２１は、いわゆるＬＮＡ（ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）であり、代表的なものとして固定ゲインの低雑音増幅器が用いられる。

前置増幅器１２１の回路構成について図６を参照しながら更に詳しく説明する。図６は、増幅器及び遅延回路を複数の超音波振動子で共有する従来の超音波プローブの超音波振動子群及び前置増幅器の一部の回路図の一例である。

信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１と、信号源Ｖ２及び抵抗Ｒｓ２とは、超音波振動子群１１を構成する各振動子を等価的に示したものである。例えば、図５及び図６を例に説明すると、図５における振動子Ｅ５０１が、図６における信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１に対応し、振動子Ｅ５３３が信号源Ｖ２及び抵抗Ｒｓ２に対応することになる。

また、図６におけるスイッチＵ３及びスイッチＵ４は、図５における切替手段１２２を構成する各スイッチ（スイッチＳ５０１及びＳ５３３）を示しており、例えば、図５におけるスイッチＳ５０１が図６におけるスイッチＵ３に対応し、スイッチＳ５３３がスイッチＵ４に対応する。

前置増幅器１２１は、図６におけるトランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１及びＭ３により構成されている。トランジスタＭ１のゲート電位は電源Ｖ_ｂｉａｓにより供給される。トランジスタＭ１のドレインには電源Ｖ_ｄｄが接続され、ソースには電流源Ｉ１が接続されるており、ドレイン接地増幅回路（ソースフォロワ）を構成している。トランジスタＭ１の出力は、トランジスタＭ３のゲートに接続される。トランジスタＭ３はソース接地回路を構成しており、トランジスタＭ１の出力を増幅する。なお、トランジスタＭ３のゲートはインピーダンスが高い。そのため、トランジスタＭ３のゲートにはコンデンサＣ３が設けられており、このコンデンサＣ３により、スイッチＵ３及びＵ４による漏れ（ＯＦＦスイッチの結合容量による漏れ）や、いずれの振動子も選択されていない場合のバイアス維持やノイズ低減を行う。

なお、図６に示すように、切替手段１２２を構成する各スイッチ（スイッチＵ３又はスイッチＵ４）と、トランジスタＭ１との間にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ４（又は、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ６）で構成されるハイパスフィルタを設け、高調波のみを通過させる構成としても良い。コンデンサＣ１（又はＣ２）は高周波を通りやすくする効果があり、該ハイパスフィルタを通過させる下限の周波数は１／Ｃ１Ｒ４（又は、１／Ｃ２Ｒ６）に比例する。

上記のように該ハイパスフィルタを設けることで高調波のみを通過させ、例えば高齢や脂肪層の増加に伴う体組織の不均一性により画像が出にくい場合においても安定した画像を得られる技術として、ＴＨＩ（ＴｉｓｓｕｅＨｅｒｍｏｎｉｃＩｍａｇｉｎｇ）が知られている。

ここで図４を参照する。増幅回路１２により増幅された信号は、遅延回路１３により遅延時間が与えられ、加算回路１４により加算されて超音波診断装置本体受信部２に出力される。これにより、当該超音波プローブ１からの出力信号線の数を減少させることができる。つまり、プローブケーブル内の信号線の本数を減少させている。

超音波診断装置本体受信部２は、受信主遅延回路２０と、信号処理部２１と、画像処理部２２と、表示部２３とで構成される。

受信主遅延回路２０は、例えばディジタルビームフォーマユニット等の遅延加算回路で構成されており、超音波プローブ１からの信号を受け、該信号を整相加算する。このとき、遅延加算回路の入力側に前置増幅器等の増幅回路を設け、該増幅回路により該信号を増幅した後、整相加算を行う構成としても良い。

受信主遅延回路２０により整相加算された信号は、信号処理部２１にて検波されてエンベロープが抽出され、更に、この抽出されたエンベロープは、画像処理部２２にて被観測体の断面に合わせて座標変換されたり、画像表示に適した階調処理等が施されたりした後、表示部２３に表示される。これにより、リアルタイムで被観測体内の形態情報が、表示部２３に表示される。

上記で説明した超音波プローブの構成を踏まえ、超音波２Ｄアレイプローブを例に、複数の振動子の切替による開口移動の仕組みについて図５を参照しながら説明する。

例えば、一つの送信で同時に受信する列数を３２列とした場合、１列目から３２列目を受信に使用する場合は３３列目の振動子は使う必要が無く、２列目から３３列目を受信に使用する場合は１列目の振動子は使う必要が無い。つまり図５に示すように、１列目の振動子と３３列目の振動子を同時に使用する事は無く、該振動子間で消費電力を多く消費する可変増幅器１２３や遅延回路１３を共有する事が可能である。

特開平５−１４６４４４号公報

上述した切替手段１２２による切替制御により、複数の振動子間で可変増幅器１２３や遅延回路１３を共有する構成の場合、前置増幅器１２１は高い入力インピーダンスと良好な雑音特性が要求される。

しかしながら、図５に示すように、可変増幅器１２３及び遅延回路１３を複数の振動子で兼用するための切替手段１２２を前置増幅器１２１の入力側に設ける構成の場合、超音波２Ｄアレイプローブの振動子は従来の超音波プローブの振動子よりも電気的なインピーダンスが高いため、切替手段１２２を構成する各スイッチ（Ｓ５０１及びＳ５３３）の浮遊容量による影響（インピーダンスの低下）が受信性能の劣化につながる。

これは、従来のプローブの振動子は容量が５０〜６０ｐＦに相当するインピーダンスであるのに対し、２Ｄアレイプローブの振動子の場合、一定の領域に多数の振動子を配置する必要があることから個々の振動子の面積が狭く容量が５ｐＦと小さいため、インピーダンスが従来の振動子に比べて高くなる。そのため、切替手段１２２を構成する各スイッチの浮遊容量が振動子の容量に比べて大きくなり、無視できなくなるためである。

ここで図７を参照する。図７は、超音波振動子群１１を構成する振動子ごとに可変増幅器１２３を設け、遅延回路を複数の振動子間で共有する従来の超音波プローブの受信部分の構成の一例を示している。

可変増幅器１２３の出力インピーダンスは、超音波振動子群１１を構成する各振動子の出力インピーダンスに比べて低い。そのため、図７に示すように、可変増幅器１２３を超音波振動子群１１を構成する振動子ごとに設けることで、切替手段１２２を構成する各スイッチの浮遊容量による受信性能の劣化を低減することが可能である。しかしながら、可変増幅器１２３が振動子分必要となり、消費電力の低減が不十分となる問題あり、また回路規模も増大する。

超音波プローブの中に共通接続回路を実装してケーブル本数の削減などをする方法も考案されているが、超音波プローブに実装する受信回路は消費電力・実装面積の関係から、雑音特性の劣化などの受信品質に対する制約を受けざるを得なかった。超音波診断装置本体の受信回路を複数の振動子に接続する方式も提案されているが、振動子への接続に多数のスイッチが必要であったり、不正確な遅延での加算となる問題があり、接続可能な振動子もまばらになる。各振動子は受動素子であることから、未使用時にも該振動子を構成する回路から信号が雑音として出力されるため、接続可能な振動子がまばらになることで、使用していない振動子を構成する回路からの雑音が増大する問題や感度が低下する問題が発生した。

本発明は上記問題を解決するものであり、切替手段による切替制御により、複数の振動子間で増幅器及び遅延回路を共有する構成においても、増幅器による消費電力や回路規模の大幅な増加を抑えつつ、切替手段の浮遊容量による受信性能の劣化を抑え、良好な受信品質を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、２以上の前記超音波振動子からの信号を選択的に切替えることで、超音波ビームの開口移動を行う切替手段と、前記切替手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記切替手段を切替制御することで、複数の超音波振動子からの信号を時分割で受信する超音波プローブであって、前記超音波振動子と前記切替手段との間に介在し、前記超音波振動子からの信号をハイインピーダンスで受けて、前記切替手段にローインピーダンスで出力するインピーダンス変換手段を更に備えることを特徴とする超音波プローブである。

本発明に係る超音波プローブでは、切替手段に接続される回路群のインピーダンスがインピーダンス変換手段によりローインピーダンスに変換されるため、ハイインピーダンスの振動子を使用しつつ、切替手段を構成する各スイッチの浮遊容量の影響を抑えることが可能となる。これにより、超音波２Ｄアレイプローブ等に用いられる面積の小さい（容量が小さくインピーダンスの高い）振動子を用いた場合においても、良好な受信品質を得ることが可能となる。

また、インピーダンス変換手段は、可変増幅器よりも少ない電力で動作させることが可能であり回路規模も小さい。そのため、超音波振動子群を構成する振動子ごとに可変増幅器を設ける場合よりも、より少ない電力増加で上述した良好な受信品質を実現することが可能となり、回路規模の増加も低く抑えることが可能となる。

第１の実施形態に係る超音波プローブの受信部分の構成を説明するための図である。第１の実施形態に係る超音波プローブの超音波振動子群、インピーダンス変換手段、及び、前置増幅器の構成を示す回路図である。変形例１に係る超音波プローブの超音波振動子群、インピーダンス変換手段、及び、前置増幅器の構成を示す回路図である。超音波プローブ及び超音波診断装置の受信部分の構成を示す機能ブロック図である。増幅器及び遅延回路を複数の超音波振動子で共有する従来の超音波プローブの受信部分の構成を説明するための図である。増幅器及び遅延回路を複数の超音波振動子で共有する従来の超音波プローブの超音波振動子群及び増幅回路の一部の回路図の一例である。超音振動子ごとに増幅器を設け、遅延回路を複数の振動子間で共有する従来の超音波プローブの受信部分の構成を説明するための図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る超音波プローブの構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波プローブの受信部分の構成を説明するための図である。図２は、第１の実施形態に係る超音波プローブの超音波振動子群、インピーダンス変換手段、及び、前置増幅器の構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態に係る構成の説明にあたり、従来の超音波プローブと異なる増幅回路１２の構成に着目して説明する。超音波振動子群１１、遅延回路１３、及び、加算回路１４の構成は図５に示した従来の超音波プローブと同様の構成となっている。

図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波プローブにおける増幅回路１２は、インピーダンス変換手段１２１Ａと、切替手段１２２と、前置増幅器１２１Ｂと、可変増幅器１２３とで構成される。

図２では、各振動子を信号源（電源）Ｖと出力インピーダンス相当の抵抗Ｒｓとに等価的に置き換えて表している。例えば、図１及び図２を例に説明すると、図１における振動子Ｅ５０１が、図２における信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１に対応し、振動子Ｅ５３３が信号源Ｖ２及び抵抗Ｒｓ２に対応することになる。

超音波振動子群１１を構成する各振動子（例えば、振動子Ｅ５０１やＥ５３３）からの信号は、振動子ごとに設けられたインピーダンス変換手段１２１Ａに入力される。インピーダンス変換手段１２１Ａは、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスの低い素子で構成されている。

インピーダンス変換手段１２１Ａについて、図２を参照しながら具体的に説明する。インピーダンス変換手段１２１Ａは、図２におけるトランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１及びＭ２に対応する。トランジスタＭ１及びＭ２はそれぞれ超音波振動子群１１を構成する各振動子に接続される。なお以降では、図２に示すように、トランジスタＭ１に対応するインピーダンス変換手段１２１Ａが、信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１で示された振動子Ｅ５０１に接続され、トランジスタＭ２に対応するインピーダンス変換手段１２１Ａが、信号源Ｖ２及び抵抗Ｒｓ２で示された振動子Ｅ５３３に接続されているものとして説明する。

トランジスタＭ１及びＭ２のゲート電位は電源Ｖ_ｂｉａｓにより供給される。トランジスタＭ１のドレインには電源Ｖ_ｄｄが接続され、ソースには電流源Ｉ１が接続されるており、ドレイン接地増幅回路（ソースフォロワ）を構成している。これにより、入力側のインピーダンスが高く（ハイインピーダンス）、トランジスタＭ１及びＭ２の出力側に位置する回路のインピーダンスがローインピーダンスに変換される。

なお、図２に示すように、例えば信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１で示された振動子Ｅ５０１とトランジスタＭ１との間にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ４で構成されるハイパスフィルタを設け、高調波のみを通過させる構成としても良い。このとき、コンデンサＣ１は高周波を通りやすくする効果があり、該ハイパスフィルタを通過させる周波数は１／Ｃ１Ｒ４に比例する。図２の例では、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ４、及び、電源Ｖ_ｂｉａｓによる構成により、ハイパスフィルタの機能とトランジスタＭ１のゲート電位のバイアスを兼ねている。同様に、トランジスタＭ２には、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ６で構成されるハイパスフィルタが対応することになる。

切替手段１２２は、インピーダンス変換手段１２１Ａの出力側に設けられており、インピーダンス変換手段１２１Ａ（トランジスタＭ１及びＭ２）から出力された信号は、切替手段１２２に入力される。

切替手段１２２は、制御部（図示しない）からの制御により、インピーダンス変換手段１２１Ａを介し出力される超音波振動子群１１を構成する各振動子からの信号を、開口移動にあわせて切替え、前置増幅器１２１Ｂに出力する。

このとき、切替手段１２２の切替え制御により、各振動子からの信号が遅延回路１３及び加算回路１４を介し、時分割で超音波診断装置本体受信部２に送信される。これにより、前置増幅器１２１Ｂ、可変増幅器１２３、及び、遅延回路１３を複数の振動子で共有することが可能となる（前置増幅器１２１Ｂ及び可変増幅器１２３については後述する）。

なお、図２におけるスイッチＵ３及びスイッチＵ４は、図１における切替手段１２２を構成する各スイッチ（スイッチＳ５０１及びＳ５３３）を示している。以降の説明では、トランジスタＭ１に接続されるスイッチＵ３が、図１におけるスイッチＳ５０１に対応し、トランジスタＭ２に接続されるスイッチＵ４が、図１におけるスイッチＳ５３３に対応するものとして説明する。

前置増幅器１２１Ｂは、切替手段１２２の入力を受け信号を増幅し出力する回路であり、代表的なものとしてＬＮＡとして知られる固定ゲインの低雑音増幅器が用いられる。

前置増幅器１２１Ｂについて、図２を参照しながら具体的に説明する。前置増幅器１２１Ｂは、図２におけるトランジスタＭ３に対応する。トランジスタＭ３のゲートには、切替手段１２２を構成するスイッチＵ３及びＵ４の切替制御により、トランジスタＭ１又はＭ２から出力された信号が入力される。トランジスタＭ３はソース接地回路を構成しており、入力された信号を増幅する。なお、トランジスタＭ３のゲートはインピーダンスが高い。そのため、トランジスタＭ３のゲートにはコンデンサＣ３が設けられており、このコンデンサＣ３が、スイッチＵ３及びＵ４による漏れ（ＯＦＦスイッチの結合容量による漏れ）や、いずれの振動子も選択されていない場合のバイアス維持やノイズ低減を行う。

前置増幅器１２１Ｂで増幅された信号は、可変増幅器１２３に入力される。可変増幅器１２３は、時間的に増幅度の変化するいわゆるＴＧＣ(ＴｉｍｅＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ)として制御部（図示しない）に制御される。可変増幅器１２３については、図５に示した従来の構成と同様のため具体的な説明は省略する。可変増幅器１２３から出力された信号は、遅延回路１３により遅延時間を与えられ、加算回路１４により加算されて超音波診断装置本体受信部２に出力される。

以上、第１の実施形態に係る超音波プローブによれば、インピーダンス変換手段１２１Ａにより、入力側のインピーダンスが高く（ハイインピーダンス）、インピーダンス変換手段１２１Ａの出力側のインピーダンスがローインピーダンスに変換される。これにより、超音波振動子群を構成する各振動子として、超音波２Ｄアレイプローブ等に用いられる面積の小さい（容量が小さくインピーダンスの高い）振動子を使用しつつ、切替手段１２２を構成するスイッチ（例えばＳ５０１やＳ５３３）による浮遊容量の影響を緩和し、良好な受信品質を得ることが可能となる。

また、インピーダンス変換手段１２１Ａを構成するトランジスタＭ１及びＭ２は、図６に示した従来の超音波プローブの前置増幅器１２１を構成するトランジスタＭ１と同様の構成である。そのため、従来の超音波プローブに対し、トランジスタＭ２に相当する電力及び回路の増加に止めつつ、前述した受信品質の向上を実現することが可能である。

インピーダンス変換手段１２１Ａを構成するトランジスタＭ１及びＭ２は、可変増幅器１２３よりも少ない電力で動作させることが可能であり回路規模も小さい。そのため、図７に示すように、超音波振動子群１１を構成する振動子ごとに可変増幅器１２３を設ける構成よりも、少ない電力増加で上述した受信品質向上の効果を得ることが可能となり、回路規模の増加も低く抑えることが可能となる。

なお、前置増幅器１２１Ｂとして、図５及び図６に示した従来の超音波プローブにおける前置増幅器１２１（トランジスタＭ１及びＭ３で構成された）を用いても良い。また、上述したインピーダンス変換手段１２１Ａ、切替手段１２２、可変増幅器１２３、遅延回路１３、及び、加算回路１４は、超音波プローブ内の限られた空間に実装されることから、これらの回路の動作する制御回路も含め、集積回路として実装することが望ましい。

また上記では、インピーダンス変換手段１２１Ａ及び前置増幅器１２１Ｂを構成するトランジスタＭ１、Ｍ２、及び、Ｍ３としてＭＯＳＦＥＴを利用した実施例について説明したが、同様の効果を得られる素子であればその構成は限定されず、例えばバイポーラトランジスタを用いても良い。

また、インピーダンス変換手段１２１Ａとしてソースフォロワを利用した実施例について説明したが、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低い回路構成であればその構成は限定されない。

（変形例１）
変形例１に係る超音波プローブの構成について図３を参照しながら説明する。図３は、変形例１に係る超音波プローブの超音波振動子群及び前置増幅器の一部の回路図である。

変形例１におけるインピーダンス変換手段１２１Ａは、図２で示した第１の実施形態に係るインピーダンス変換手段１２１Ａのハイパスフィルタを構成する抵抗Ｒ４に相当する部分が、図３における抵抗Ｒ４ａ、抵抗Ｒ５、及び、スイッチＵ５により構成されている点で異なる（同様に図２における抵抗Ｒ６に相当する部分が、図３における抵抗Ｒ６ａ、抵抗Ｒ７、及び、スイッチＵ６により構成される）。本説明では、第１の実施形態と異なるインピーダンス変換手段１２１Ａのハイパスフィルタの構成と動作に着目して説明する。

変形例１に係るインピーダンス変換手段１２１Ａでは、トランジスタＭ１の入力側に設けられたハイパスフィルタが、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ４ａ及びＲ５とで構成されている。コンデンサＣ１は図２に示した第１の実施形態におけるコンデンサＣ１と同様である。

変形例１に係るインピーダンス変換手段１２１Ａでは、図２に示した第１の実施形態における抵抗Ｒ４を、抵抗Ｒ４ａ及びＲ５に分割して構成しており（つまり、抵抗値はＲ４＝Ｒ４ａ＋Ｒ５の関係となる）、抵抗Ｒ５をバイパスする位置にスイッチＵ５が設けられている。これにより、スイッチＵ５を切替えることで、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ４ａ及びＲ５とで構成されるハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更することが可能となる。

具体的には、スイッチＵ５がＯＮの場合には抵抗Ｒ５が短絡され、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が１／（２π×Ｒ４ａ×Ｃ１）となり、スイッチＵ５がＯＦＦの場合のカットオフ周波数１／｛２π×（Ｒ４ａ＋Ｒ５）×Ｃ１｝より高くなる。

スイッチＵ５の切替は、スイッチＵ３の切替と連動して動作する。スイッチＵ３がＯＮの場合（対応する振動子Ｅ５０１を使用される場合）は、スイッチＵ５はＯＦＦに切替えられカットオフ周波数が低く設定される。このときのカットオフ周波数１／｛２π×（Ｒ４ａ＋Ｒ５）×Ｃ１｝が、被検体からの反射波に伴う振動子Ｅ５０１からの信号の帯域が通過可能な周波数となるようにコンデンサＣ１の容量と抵抗Ｒ４ａ＋Ｒ５の抵抗値を調整しておく。

また、スイッチＵ３がＯＦＦの場合（対応する振動子Ｅ５０１が使用されず、スイッチＵ４に対応するたの振動子Ｅ５３３が使用される場合）は、スイッチＵ５はＯＮに切替えられカットオフ周波数が高く設定される。このときのカットオフ周波数１／（２π×Ｒ４ａ×Ｃ１）が、被検体からの反射波に伴う振動子Ｅ５０１からの信号の帯域も含め遮断する周波数となるようにコンデンサＣ１の容量と抵抗Ｒ４ａの抵抗値を調整しておく。

なお、スイッチＵ５の切替は、厳密には、対応する振動子Ｅ５０１が選択された際に、対応する振動子Ｅ５０１が被検体に向けて超音波を送信し反射波の受信を開始するまでに、スイッチＵ５のＯＮからＯＦＦへの切替が完了し（これにより反射波が通過し）、反射波の受信完了後にＯＦＦからＯＮに切替る（これにより信号を遮断する）ように制御すると良い。

このように、対応する振動子（例えば振動子Ｅ５０１）が使用されていない場合に、スイッチＵ５をＯＮにし抵抗Ｒ５を短絡することで、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を振動子Ｅ５０１からの信号の帯域より高くすることで、トランジスタＭ１のゲートに供給される信号（具体的には使用されていない振動子からの信号であり、つまり、雑音である）の振幅を低減することが可能となる。

なお上記は、信号源Ｖ１及び抵抗Ｒｓ１で示された振動子Ｅ５０１に接続される回路を例に説明したが、信号源Ｖ２及び抵抗Ｒｓ２で示された振動子Ｅ５３３に接続される回路についても同様であり、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ６ａ、抵抗Ｒ７、及び、スイッチＵ６が対応する。

以上、変形例１に係る超音波プローブによれば、スイッチＵ３（又はＵ４）の切替に連動してスイッチＵ５（又はＵ６）を切替えることで、インピーダンス変換手段１２１Ａを構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更可能に構成されている。これにより、対応する振動子Ｅ５０１（又はＥ５３３）が使用されていない場合に、該ハイパスフィルタのカットオフ周波数を高く制御することが可能となり、使用されていない振動子Ｅ５０１に対応する回路からの信号の漏れ（雑音）をさらに低減することが可能となる。

ここで、例えば、未使用の振動子に対応する回路からの漏れに対し−５０ｄＢの信号を抑圧する必要がある場合を考える。このとき第１の実施形態に係る超音波プローブでは、切替手段１２２を構成するスイッチＵ３（又はＵ４）により抑圧する必要があり、漏れの少ないスイッチが必要となる場合があった。

これに対し変形例１に係る超音波プローブでは、インピーダンス変換手段１２１Ａのハイパスフィルタにより−２０ｄＢの信号を抑圧可能に構成した場合、スイッチＵ３（又はＵ４）による信号の抑圧比を−３０ｄＢに抑えることが可能となる。よって、前述した第１の実施形態に係る超音波プローブのように、漏れの少ないスイッチを使用する必要が無くなり、開口移動に伴う超音波振動子の切替をより安価に実現することが可能となる。

１超音波プローブ
１０送信回路１１超音波振動子群
１２増幅回路
１２１、１２１Ｂ前置増幅器１２１Ａインピーダンス変換手段
１２２切替手段１２３可変増幅器
１３遅延回路１４加算回路
２超音波診断装置本体受信部
２０受信主遅延回路２１信号処理部
２２画像処理部２３表示部

Claims

超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、
２以上の前記超音波振動子からの信号を選択的に切替えることで、超音波ビームの開口移動を行う切替手段と、
前記切替手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、
前記切替手段を切替制御することで、複数の超音波振動子からの信号を時分割で受信する超音波プローブであって、
前記超音波振動子と前記切替手段との間に介在し、前記超音波振動子からの信号をハイインピーダンスで受けて、前記切替手段にローインピーダンスで出力するインピーダンス変換手段を更に備えることを特徴とする超音波プローブ。
前記インピーダンス変換手段が、前記超音波振動子の信号から所定の周波数の信号を除去する低域除去フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
前記低域除去フィルタが、前記切替手段により選択された前記超音波振動子からの、前記超音波振動子を駆動させる周波数を含む帯域の信号を通過させ、前記切替手段により選択されていない前記超音波振動子からの、前記超音波振動子を駆動させる周波数を含む帯域の信号を除去するように、前記所定の周波数を変更可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
前記インピーダンス変換手段をソースフォロワで構成したことを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の超音波プローブ。