JP2012065718A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の診断装置本体を並列運転して高画質の超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】第１の診断装置ユニット１と第２の診断装置ユニット２が信号分配器３を介して共通の超音波プローブ４に接続され、これら第１の診断装置ユニット１と第２の診断装置ユニット２が動作制御ケーブル６を介して供給される共通のクロック信号と共通のトリガ信号により同期運転される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、超音波診断装置に係り、特に、複数の診断装置本体を並列運転して１つの超音波プローブから超音波の送受信を行う超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

近年、ベッドサイドや救急医療現場等に搬送して使用することができるポータブル型あるいは携帯型の超音波診断装置が開発されている。このような超音波診断装置は、操作性および利便性を追求すべく装置の小型化が要求され、これに伴って超音波送受信回路の規模自体も小さく、画質の低下を余儀なくされており、このため、初期診断、救急診断等の用途に多く用いられている。

高画質の超音波画像を得るためには、大規模な超音波送受信回路を備えた高級の超音波診断装置が必要となり、小規模の超音波送受信回路しか持たないポータブル型あるいは携帯型の超音波診断装置を複数台備えている施設等においても、高級の超音波診断装置がなければ高画質の超音波画像を得ることはできない。仮に、小規模の超音波送受信回路しか持たない超音波診断装置を複数台並列運転させて高画質の超音波画像を得ることができれば、極めて有用なものとなる。

例えば、特許文献１には、携帯型の超音波ユニットをドッキング・カートにドッキングさせることによりドッキング・カートでデータ処理を行う超音波診断システムが開示されている。携帯型の超音波ユニットで生成された受信信号がドッキング・カートに供給され、ドッキング・カートの高いデータ処理能力で受信信号が処理された後、ドッキング・カートのディスプレイに高い解像度で超音波画像が表示される。

特表２００６−５１９６８４号公報

特許文献１のシステムでは、ドッキング・カートに携帯型の超音波ユニットをドッキングさせることで、携帯型の超音波ユニットが有する処理能力よりも高い能力で受信信号の処理を行うことができる。しかしながら、ドッキング・カートにドッキングしても、携帯型の超音波ユニットに備えられている超音波送受信回路の規模すなわちチャンネル数は変わらないため、超音波画像の高画質化は制限されたものとなってしまう。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、複数の診断装置本体を並列運転して高画質の超音波画像を得る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。

この発明に係る超音波診断装置は、振動子アレイを有する１つの超音波プローブと、それぞれ振動子アレイの一部の振動子に対応すると共に対応する振動子からの超音波の送信および受信信号の処理を行う複数の診断装置本体と、複数の診断装置本体を同期動作させるための共通のクロック信号と共通のトリガ信号を複数の診断装置本体に供給する同期信号供給手段とを備えたものである。

複数の診断装置本体はそれぞれ超音波画像を生成する手段を有しておらず、複数の診断装置本体でそれぞれ処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成するバックエンドをさらに備えるように構成することができる。
この場合、好ましくは、同期信号供給手段は、共通のクロック信号を形成する同期クロック発生回路と、共通のトリガ信号を形成するトリガ回路とを有している。さらに、トリガ回路は、同期クロック発生回路で形成された共通のクロック信号に基づいて共通のトリガ信号を形成することが好ましい。

あるいは、複数の診断装置本体は、それぞれ対応する振動子からの受信信号に基づいて超音波画像を生成するバックエンドを内蔵するように構成することもできる。
この場合、好ましくは、複数の診断装置本体は、それぞれクロック信号を形成するクロック回路とトリガ信号を形成するトリガ回路とを内蔵し、同期信号供給手段は、複数の診断装置本体のうちマスター装置本体に選択されたいずれか１つの診断装置本体に内蔵されたクロック回路およびトリガ回路からなる。
複数の診断装置本体のうちマスター装置本体以外の診断装置本体は、それぞれ対応する振動子からの受信信号の処理結果をマスター装置本体へ伝送し、マスター装置本体に内蔵されたバックエンドは、すべての診断装置本体による受信信号の処理結果に基づいて超音波画像を生成することができる。さらに、複数の診断装置本体は、超音波画像の生成に係るデータ処理を互いに協調して行うようにしてもよい。

共通のクロック信号は、超音波プローブが使用する主要な中心周波数の少なくとも２倍以上の周波数を有することが好ましい。
複数の診断装置本体にそれぞれ入力された同一信号に対する複数の診断装置本体による処理結果に基づいて複数の診断装置本体相互間のクロックスキューを推定する遅延推定部をさらに備えることもできる。
同一信号としては、振動子アレイの同一の振動子からの受信信号を用いることができる。あるいは、基準信号を生成すると共に同一信号として複数の診断装置本体に入力する基準信号発生部をさらに備えてもよい。基準信号発生部は、基準信号を常時複数の診断装置本体に入力してもよく、また、振動子アレイからの超音波送信前の所定の時間にのみ基準信号を複数の診断装置本体に入力してもよい。

この発明によれば、同期信号供給手段が複数の診断装置本体を同期動作させるための共通のクロック信号と共通のトリガ信号を複数の診断装置本体に供給するので、複数の診断装置本体を並列運転して高画質の超音波画像を得ることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る超音波診断装置の具体的構成を示すブロック図である。 実施の形態１における各診断装置ユニットの動作モード変更の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１における診断装置ユニットと振動子アレイとの接続関係を示す図である。 実施の形態１における振動子アレイからの超音波送信の様子を示す図である。 実施の形態１における振動子アレイでの超音波エコー受信の様子を示す図である。 実施の形態１における各診断装置ユニットでのビームフォーミングの様子を示し、（Ａ）は第１の診断装置ユニット、（Ｂ）は第２の診断装置ユニットでのビームフォーミングを示す図である。 実施の形態１の装置で合成された音線信号を示す図である。 超音波プローブの振動子アレイから送信される超音波ビームを示す図である。 超音波プローブの振動子アレイから送信される超音波ビームのプロファイルを示し、（Ａ）は周波数２ＧＨｚ、（Ｂ）は周波数４０ＭＨｚ、（Ｃ）は周波数２０ＭＨｚにおけるプロファイルを示す図である。 実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る超音波診断装置の具体的構成を示すブロック図である。 実施の形態２で用いられた診断装置サブユニットの内部構成を示すブロック図である。 実施の形態２におけるクロック信号とトリガ信号の関係を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る超音波診断装置の具体的構成を示すブロック図である。 実施の形態３の変形例に係る超音波診断装置の具体的構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、２つの診断装置本体として第１の診断装置ユニット１と第２の診断装置ユニット２を有し、これら第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２に信号分配器３を介して共通の超音波プローブ４が接続されている。
第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２は、互いに同一の内部構成を有しており、それぞれｎチャンネルの超音波送受信回路を有すると共に、データバス５および動作制御ケーブル６を介して互いに接続されている。

また、超音波プローブ４は、診断装置ユニット１および２のチャンネル数の和２ｎ以上の開口数の振動子アレイを備えたものである。
信号分配器３は、ユニット側コネクタ７および８を介して第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２に接続されると共にプローブコネクタ９を介して超音波プローブ４に接続され、超音波プローブ４の振動子アレイを構成する複数の振動子のうち一部の振動子を第１の診断装置ユニット１に選択的に接続すると共に、第１の診断装置ユニット１に接続されたこれらの振動子とは異なる他の一部の振動子を第２の診断装置ユニット２に選択的に接続する。

図２に、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２の内部構成を示す。第１の診断装置ユニット１は、ユニット側コネクタ７を介して信号分配器３に接続されるフロントエンド１１を有し、このフロントエンド１１にビームフォーマ１２を介してバックエンド１３が接続され、バックエンド１３にモニタ１４が接続されている。さらに、第１の診断装置ユニット１は、クロック・リトリガ回路１５を有しており、このクロック・リトリガ回路１５に制御部１６が接続されている。

フロントエンド１１は、ｎチャンネルの送受信回路を有し、信号分配器３を介して接続された超音波プローブ４の対応する振動子に駆動信号を供給すると共に被検体からの超音波エコーを受信することによりこれら振動子で生成された受信信号に対して直交検波処理等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り、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成する。フロントエンド１１は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。

ビームフォーマ１２は、制御部１６により設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された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数の複素ベースバンド信号にそれぞれの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。

バックエンド１３は、ビームフォーマ１２によって生成される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。バックエンド１３は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、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。ＤＳＣは、ＳＴＣ部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。

モニタ１４は、バックエンド１３によって生成される画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。
クロック・リトリガ回路１５は、クロック信号を診断装置ユニット１内の各部に供給すると共に、このクロック信号によりリトリガされたトリガ信号を診断装置ユニット１内の各部に供給するものである。
また、制御部１６は、診断装置ユニット１内の各部の動作を制御する。

一方、第２の診断装置ユニット２も、第１の診断装置ユニット１と同様の内部構成を有している。すなわち、第２の診断装置ユニット２は、ユニット側コネクタ８を介して信号分配器３に接続されるフロントエンド２１を有し、このフロントエンド２１にビームフォーマ２２を介してバックエンド２３が接続され、バックエンド２３にモニタ２４が接続されている。さらに、第２の診断装置ユニット２は、クロック・リトリガ回路２５を有しており、このクロック・リトリガ回路２５に制御部２６が接続されている。
これら第２の診断装置ユニット２内の各部は、第１の診断装置ユニット１内の同一名称の各部と同様の機能を有している。

第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２が並列運転されるときには、例えば第１の診断装置ユニット１がマスター装置本体として、第２の診断装置ユニット２がスレーブ装置本体としてそれぞれ選択されて機能し、図２に示されるように、第２の診断装置ユニット２のビームフォーマ２２がデータバス５を介して第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３に接続されると共に、第２の診断装置ユニット２のバックエンド２３およびクロック・リトリガ回路２５が動作制御ケーブル６を介して第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３およびクロック・リトリガ回路１５にそれぞれ接続される。

信号分配器３に接続されているユニット側コネクタ７および８には、互いに異なる識別番号（ＩＤ番号）が予め設定されており、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２は、ユニット側コネクタ７が接続されると、このユニット側コネクタ７の識別番号により、マスター装置本体として機能することを認識し、ユニット側コネクタ８が接続されると、このユニット側コネクタ８の識別番号により、スレーブ装置本体として機能することを認識するように構成されている。
また、超音波プローブ４に接続されているプローブコネクタ９にも、ユニット側コネクタ７および８とは異なる識別番号が予め設定されており、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２は、プローブコネクタ９が直接接続されると、並列運転を行わず、それぞれ単独で通常の超音波診断動作を行うことを認識する。

ここで、図３のフローチャートを参照して、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２の動作モード変更の流れを説明する。
まず、ステップＳ１で、第１の診断装置ユニット１は、接続されたコネクタの識別番号に基づき、超音波プローブが直接接続されたか否かを認識する。図２に示されるように、ユニット側コネクタ７が接続されれば、第１の診断装置ユニット１は、マスター装置本体として選択されて並列運転を行うことを認識し、ステップＳ２に進んで並列運転のための準備を行う。すなわち、クロック・リトリガ回路１５は、動作制御ケーブル６を介して第２の診断装置ユニット２のクロック・リトリガ回路２５に自らのクロック信号およびトリガ信号をそれぞれ同期用クロック信号およびメイントリガ信号として供給する。

これに並行して、第２の診断装置ユニット２は、ステップＳ３で、接続されたコネクタの識別番号に基づき、超音波プローブが直接接続されたか否かを認識する。図２に示されるように、ユニット側コネクタ８が接続されれば、第２の診断装置ユニット２は、スレーブ装置本体として並列運転を行うことを認識し、ステップＳ４に進んで並列運転のための準備を行う。すなわち、クロック・リトリガ回路２５は、動作制御ケーブル６を介して第１の診断装置ユニット１のクロック・リトリガ回路１５から供給された同期用クロック信号およびメイントリガ信号を第２の診断装置ユニット２内の各部に供給する。

そして、ステップＳ５で、第２の診断装置ユニット２は、動作制御ケーブル６を介して第１の診断装置ユニット１にスレーブ動作の問い合わせを行い、ステップＳ６で、第１の診断装置ユニット１からスレーブ動作の回答があると、ステップＳ７で、スレーブ動作の確認を行う。スレーブ動作可能の確認がされると、ステップＳ８に進んで並列運転を開始する。
一方、第１の診断装置ユニット１は、ステップＳ６で、第２の診断装置ユニット２に対してスレーブ動作の回答を行った後、ステップＳ８に進んで並列運転を開始する。

なお、ステップＳ７で、スレーブ動作可能の確認ができない場合には、ステップＳ９に進んで、第２の診断装置ユニット２は、単独で通常の超音波診断動作を行う、あるいは、動作停止する。
また、ステップＳ１およびＳ３で、接続されたコネクタの識別番号によりプローブコネクタ９が接続されたと認識すると、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２は、それぞれステップＳ１０およびＳ１１に進んで単独で通常の超音波診断動作を行う。

次に、並列運転時の動作について説明する。
まず、図４に示されるように、信号分配器３により、超音波プローブ４の振動子アレイの複数の振動子のうち偶数番目に配列された振動子が第１の診断装置ユニット１に接続されると共に奇数番目に配列された振動子が第２の診断装置ユニット２に接続されるものとする。
スレーブ装置本体として機能する第２の診断装置ユニット２は、第１の診断装置ユニット１のクロック・リトリガ回路１５から供給された同期用クロック信号およびメイントリガ信号に従って動作する。

例えば、「ｍ」を自然数として、第１の診断装置ユニット１のフロントエンド１１から超音波プローブ４の（２ｍ＋２）番目の振動子に駆動信号を供給すると共に第２の診断装置ユニット２のフロントエンド２１から超音波プローブ４の（２ｍ＋３）番目の振動子に駆動信号を供給することにより、図５に示されるように、互いに隣接するこれら２つの振動子から超音波が送信されると、被検体からの超音波エコーを受信した超音波プローブ４の振動子アレイの各振動子は、それぞれ図６に示されるように受信信号を出力する。
なお、図６では、被検体の２カ所の関心領域Ｒ１およびＲ２から超音波エコーが発生し、関心領域Ｒ１からの超音波エコーによる受信信号が実線により、関心領域Ｒ２からの超音波エコーによる受信信号が点線により、それぞれ模式的に示されている。

そして、振動子アレイの偶数番目に配列された振動子から出力された受信信号が第１の診断装置ユニット１のフロントエンド１１に入力されてサンプルデータが生成されると共に、振動子アレイの奇数番目に配列された振動子から出力された受信信号が第２の診断装置ユニット２のフロントエンド２１に入力されてサンプルデータが生成される。このとき、第２の診断装置ユニット２は、第１の診断装置ユニット１のクロック・リトリガ回路１５から供給された同期用クロック信号およびメイントリガ信号に従って動作するため、第１の診断装置ユニット１のフロントエンド１１と第２の診断装置ユニット２のフロントエンド２１は、互いに同一タイミングでサンプルデータを生成する。

第１の診断装置ユニット１では、フロントエンド１１で生成されたサンプルデータに対してビームフォーマ１２が受信フォーカス処理を行うことにより、図７（Ａ）に示されるように、音線信号が生成され、バックエンド１３に供給される。一方、第２の診断装置ユニット２においても、フロントエンド２１で生成されたサンプルデータに対してビームフォーマ２２が受信フォーカス処理を行うことにより、図７（Ｂ）に示されるように、音線信号が生成されるが、この音線信号は、データバス５を介して第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３に供給される。
なお、このとき、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２は、超音波プローブ４の振動子アレイのそれぞれの開口を形成する振動子に対して、サブ開口で位相整合を行い、複数方向の超音波ビームを合成し、合成結果に基づいて音線信号を生成するように構成することもできる。

このようにして双方の診断装置ユニット１および２のビームフォーマ１２および２２で生成された音線信号が供給されると、第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３は、図８に示されるように、これらの音線信号を合成し、合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。この画像信号が第１の診断装置ユニット１のモニタ１４に送られ、超音波診断画像がモニタ１４に表示される。

以上のように、この実施の形態１では、第１の診断装置ユニット１と第２の診断装置ユニット２が信号分配器３を介して１つの超音波プローブ４に接続されると、接続に用いられたユニット側コネクタの識別番号に基づき、第１の診断装置ユニット１がマスター装置本体として、第２の診断装置ユニット２がスレーブ装置本体としてそれぞれ機能し、マスター装置本体である第１の診断装置ユニット１から第２の診断装置ユニット２へ同期用クロック信号およびメイントリガ信号を供給することにより、これら双方の診断装置ユニット１および２が同期運転する。

第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２はそれぞれｎチャンネルの超音波送受信回路を有しているので、それぞれ単独で通常の超音波診断動作を行う際には、同時に並行して処理し得る受信信号の数は「ｎ」であるが、双方の診断装置ユニット１および２を同期運転することにより、同時に並行して処理し得る受信信号の数は、単独の場合の２倍の「２ｎ」となる。このため、高画質の超音波画像を得ることが可能となる。

なお、図９に示されるように、超音波プローブ４の振動子アレイから超音波ビームを送信した際に、振動子アレイの各素子の遅延の量子化精度を変化させたときの、超音波ビームの進行方向Ｚに垂直なＸ方向における合成ビームのプロファイルを図１０に例示する。図１０において、（Ａ）は量子化の周波数を２ＧＨｚとしたとき、（Ｂ）は量子化の周波数を４０ＭＨｚとしたとき、（Ｃ）は量子化の周波数を２０ＭＨｚとしたときのプロファイルをそれぞれ示している。これらの図から分かるように、量子化の周波数を大きくして量子化精度を高めるほど、ピーク値が高くなり且つビームのフロアが下がり、コントラストが高くなって合成ビームのプロファイルは鮮明になるが、逆に、量子化の周波数が小さくて量子化精度が低いほど、合成ビームのプロファイルは量子化誤差に起因して劣化してしまう。このため、同期用クロック信号およびメイントリガ信号を用いて第１の診断装置ユニット１と第２の診断装置ユニット２を同期動作させることにより、高精度の超音波画像を得ることが可能となる。

なお、上記の実施の形態１では、マスター装置本体である第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３が画像信号を生成したが、このとき、第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３から第２の診断装置ユニット２のバックエンド２３に動作制御ケーブル６を介してデータ伝送し、超音波画像の生成に係るデータ処理を双方の診断装置ユニット１および２のバックエンド１３および２３で互いに協調して行うこともできる。このようにすれば、マスター装置本体内のバックエンドにおけるデータ処理の負担が軽減され、より高速の処理が可能となる。

また、図３のステップＳ９、１０および１１のように、第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２が、それぞれ単独で通常の超音波診断動作を行うときには、第２の診断装置ユニット２のビームフォーマ２２がデータバス５を介して第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３に接続されることなく、図２に点線で示されるように、第２の診断装置ユニット２内でビームフォーマ２２がバックエンド２３に接続される。

上記の実施の形態１では、２つの診断装置ユニット１および２を同期運転したが、これに限るものではなく、３つ以上の診断装置ユニットを１つの超音波プローブに接続し、これらのうち１つの診断装置ユニットをマスター装置本体として機能させると共に残りの診断装置ユニットをそれぞれスレーブ装置本体として機能させて同期運転することができる。この場合、マスター装置本体となる診断装置ユニットからスレーブ装置本体となる複数の診断装置ユニットへそれぞれ同期用クロック信号およびメイントリガ信号を供給すればよい。

実施の形態２
実施の形態１では、画像信号を生成するバックエンド１３および２３と超音波画像を表示するモニタ１４および２４をそれぞれ備えて単独で通常の超音波診断動作を行うことができる第１の診断装置ユニット１および第２の診断装置ユニット２を同期運転したが、これに限らず、超音波画像を生成する手段を有しない診断装置サブユニットを診断装置本体として用いて、このような複数の診断装置サブユニットを共通の超音波プローブに接続して同期運転することもできる。
図１１に、実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置は、２つの診断装置本体として第１の診断装置サブユニット３１と第２の診断装置サブユニット３２を有し、これら第１の診断装置サブユニット３１および第２の診断装置サブユニット３２に信号分配器３を介して共通の超音波プローブ４が接続されている。

第１の診断装置サブユニット３１および第２の診断装置サブユニット３２は、互いに同一の内部構成を有しており、それぞれｎチャンネルの超音波送受信回路を有するが、実施の形態１における第１の診断装置ユニット１のバックエンド１３および第２の診断装置ユニット２のバックエンド２３のように超音波画像を生成するためのバックエンドは備えていない。そこで、第１の診断装置サブユニット３１および第２の診断装置サブユニット３２に、バックエンド３３を具備した共通回路３４が接続されている。
なお、共通回路３４には、バックエンド３３のほか、双方の診断装置サブユニット３１および３２に同期用クロック信号およびメイントリガ信号を供給するクロック・リトリガ回路と超音波画像を表示するモニタも具備されている。

第１の診断装置サブユニット３１および第２の診断装置サブユニット３２は、共通回路３４のクロック・リトリガ回路から供給される同期用クロック信号およびメイントリガ信号により同期動作し、それぞれ超音波プローブ４の対応する振動子から出力された受信信号によりサンプルデータを生成し、音線信号を生成する。第１の診断装置サブユニット３１で生成された音線信号と第２の診断装置サブユニット３２で生成された音線信号とが合成され、合成された音線信号に基づいて共通回路３４のバックエンド３３で画像信号が生成され、共通回路３４のモニタに超音波診断画像が表示される。
このような構成としても、実施の形態１と同様に、双方の診断装置サブユニット３１および３２を同期運転することにより、同時に並行して処理し得る受信信号の数は「２ｎ」となり、高画質の超音波画像を得ることが可能となる。

図１１では、２つの診断装置サブユニット３１および３２が共通の超音波プローブ４に接続されていたが、３つ以上の診断装置サブユニットを１つの超音波プローブに接続して同期運転することができる。
図１２に、Ｎ個の診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎを同期運転するようにした超音波診断装置の具体的構成を示す。

超音波プローブ４に信号分配器３を介してＮ個の診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎが接続され、これら診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに２次ビームフォーマ４２を介してバックエンド３３が接続され、バックエンド３３にモニタ４３が接続されている。診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎは、それぞれクロック同期回路４４−１〜４４−Ｎを内蔵しており、これらクロック同期回路４４−１〜４４−Ｎに同期クロック発生回路４５が接続され、さらに、同期クロック発生回路４５にリトリガ回路４６が接続され、リトリガ回路４６が診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに接続されている。また、信号分配器３、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎ、２次ビームフォーマ４２、バックエンド３３、同期クロック発生回路４５およびリトリガ回路４６に制御部４７が接続されている。

図１３に示されるように、診断装置サブユニット４１−１は、クロック同期回路４４−１のほか、信号分配器３に接続されたフロントエンド４８−１と、フロントエンド４８−１に接続された１次ビームフォーマ４９−１を有し、この１次ビームフォーマ４９−１が２次ビームフォーマ４２に接続されている。さらに、診断装置サブユニット４１−１は、リトリガ回路４６に接続あれたトリガ回路５０−１を有している。

フロントエンド４８−１は、実施の形態１におけるフロントエンド１１および２１と同様に、信号分配器３を介して接続された超音波プローブ４の対応する振動子に駆動信号を供給すると共に被検体からの超音波エコーを受信することによりこれら振動子で生成された受信信号に対して直交検波処理等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り、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成する。フロントエンド４８−１は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。

１次ビームフォーマ４９−１は、実施の形態１におけるビームフォーマ１２および２２と同様に、制御部４７により設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された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数の複素ベースバンド信号にそれぞれの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い、音線信号を生成して２次ビームフォーマ４２に供給する。

他の診断装置サブユニット４１−２〜４１−Ｎも、図１３に示した診断装置サブユニット４１−１と同様に、クロック同期回路４４−２〜４４−Ｎのほか、フロントエンドと１次ビームフォーマとトリガ回路を有している。
また、２次ビームフォーマ４２は、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎの１次ビームフォーマでそれぞれ生成される音線信号を合成した合成音線信号を生成する。
バックエンド３３は、２次ビームフォーマ４２により生成される合成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。
モニタ４３は、バックエンド３３によって生成される画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。

同期クロック発生回路４５は、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎを同期動作させるための共通の同期クロック信号Ｓｃを発生して診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに供給する。なお、この同期クロック信号Ｓｃは、超音波プローブ４の周波数帯域と重ならないように、超音波プローブ４が使用する主要な中心周波数の少なくとも２倍以上の周波数を有することが好ましい。
診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに内蔵されたクロック同期回路４４−１〜４４−Ｎは、図１４に示されるように、同期クロック発生回路４５で発生された同期クロック信号Ｓｃに基づき、互いに同期すると共にフロントエンドに内蔵されているＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）を動作させるに必要な高い周波数のクロック信号ＣＬＫ−１〜ＣＬＫ−Ｎを生成する。

リトリガ回路４６は、同期クロック発生回路４５で発生された同期クロック信号Ｓｃによりリトリガされたメイントリガ信号Ｓｔを診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに供給する。診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに内蔵されたトリガ回路は、図１４に示されるように、リトリガ回路４６から供給されたメイントリガ信号Ｓｔと、クロック同期回路４４−１〜４４−Ｎで生成されたクロック信号ＣＬＫ−１〜ＣＬＫ−Ｎに基づいて互いに同期したトリガ信号ＴＲＧ−１〜ＴＲＧ−Ｎを生成する。
さらに、制御部４７は、超音波診断装置内の各部の動作を制御する。

次に、図１２に示した超音波診断装置の動作について説明する。
診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎは、クロック同期回路４４−１〜４４−Ｎで生成されたクロック信号ＣＬＫ−１〜ＣＬＫ−Ｎとトリガ回路で生成されたトリガ信号ＴＲＧ−１〜ＴＲＧ−Ｎにより同期動作し、それぞれフロントエンドから超音波プローブ４の対応する振動子に駆動信号を供給して超音波を送信させると共に被検体からの超音波エコーを受信した振動子から出力された受信信号Ｓｒによりサンプルデータを生成し、１次ビームフォーマにより音線信号を生成する。診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎの１次ビームフォーマで生成された音線信号が２次ビームフォーマ４２で合成されて合成音線信号が生成され、合成音線信号に基づいてバックエンド３３で画像信号が生成され、モニタ４３に超音波診断画像が表示される。

Ｎ個の診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎを同期運転することにより、同時に並行して処理し得る受信信号の数が増大され、実施の形態１と同様に、高画質の超音波画像を得ることが可能となる。

なお、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎをそれぞれユニット側コネクタを介して信号分配器３に接続し、ユニット側コネクタの識別番号に基づき、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎのうちいずれかの診断装置サブユニットをマスター装置本体として機能させ、残りの診断装置サブユニットをスレーブ装置本体として機能させて、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎを同期運転することもできる。

実施の形態３
図１５に、実施の形態３に係る超音波診断装置の具体的構成を示す。この超音波診断装置は、図１２に示した実施の形態２の装置において、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎと２次ビームフォーマ４２との間に遅延推定部５１を接続すると共に、制御部４７の制御により信号分配器３を介して超音波プローブ４の１つの振動子からの受信信号を同一信号Ｓｓとして診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに入力されるように構成したものである。

遅延推定部５１は、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに同一信号Ｓｓを入力した際の診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎによる処理結果、すなわち、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎの１次ビームフォーマでそれぞれ生成される音線信号に基づいて、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎ相互間のクロックスキューを推定する。このクロックスキューの推定は、超音波プローブ４からの１回の超音波の送受信が完了した後に行われる。
２次ビームフォーマ４２は、遅延推定部５１で推定されたクロックスキューに基づき、このクロックスキューによる影響が最小限となるように補正しつつ音線信号の合成を行って合成音線信号を生成する。

このように、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎ相互間のクロックスキューを推定し、クロックスキューに基づいて合成音線信号の生成を行うことで、より高精度の超音波画像を得ることが可能となる。

図１５に示した超音波診断装置では、超音波プローブ４の１つの振動子からの受信信号を同一信号Ｓｓとして診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに入力したが、図１６に示されるように、基準信号発生部５２をさらに備え、基準信号発生部５２から同一信号Ｓｓを診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに入力してもよい。
基準信号発生部５２は、基準信号を生成し、この基準信号を同一信号Ｓｓとして診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに入力する。
このようにしても、遅延推定部５１が、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに同一信号Ｓｓを入力した際の診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎ相互間のクロックスキューを推定し、２次ビームフォーマ４２が、遅延推定部５１で推定されたクロックスキューに基づいて音線信号の合成を行うことができる。

なお、基準信号発生部５２は、生成された基準信号を同一信号Ｓｓとして診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに常時入力し、超音波プローブ４からの１回の超音波の送受信が完了した後に遅延推定部５１がクロックスキューを推定するように構成することができる。あるいは、基準信号発生部５２は、超音波プローブ４の振動子アレイからの超音波送信前の所定の時間にのみ基準信号を同一信号Ｓｓとして診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに入力し、この所定の時間に対応して遅延推定部５１がクロックスキューを推定するように構成してもよい。

上述した実施の形態２および３に係る超音波診断装置では、リトリガ回路４６が同期クロック発生回路４５で発生された同期クロック信号Ｓｃによりリトリガされたメイントリガ信号Ｓｔを診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに供給したが、リトリガ回路４６の代わりに同期クロック発生回路４５に接続されないトリガ回路を診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに接続し、このトリガ回路から診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎにメイントリガ信号Ｓｔを供給するようにしてもよい。
ただし、実施の形態２および３のように、リトリガ回路４６で同期クロック信号Ｓｃによりリトリガされたメイントリガ信号Ｓｔを診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎに供給する方が、診断装置サブユニット４１−１〜４１−Ｎ相互間の動作の同期性が高まるため好ましい。

１ 第１の診断装置ユニット、２ 第２の診断装置ユニット、３ 信号分配器、４ 超音波プローブ、５ データバス、６ 動作制御ケーブル、７，８ ユニット側コネクタ、９ プローブコネクタ、１１，２１，４８−１ フロントエンド、１２，２２ ビームフォーマ、１３，２３，３３ バックエンド、１４，２４，４３ モニタ、１５，２５ クロック・リトリガ回路、１６，２６，４７ 制御部、３１ 第１の診断装置サブユニット、３２ 第２の診断装置サブユニット、３４ 共通回路、４１−１〜４１−Ｎ 診断装置サブユニット、４２ ２次ビームフォーマ、４４−１〜４４−Ｎ クロック同期回路、４５ 同期クロック発生回路、４６ リトリガ回路、４９−１ １次ビームフォーマ、５０−１ トリガ回路、５１ 遅延推定部、５２ 基準信号発生部、Ｓｃ 同期クロック信号、Ｓｔ メイントリガ信号、Ｓｒ 受信信号、Ｓｓ 同一信号。

Claims (14)

1. 振動子アレイを有する１つの超音波プローブと、
   それぞれ前記振動子アレイの一部の振動子に対応すると共に対応する振動子からの超音波の送信および受信信号の処理を行う複数の診断装置本体と、
   前記複数の診断装置本体を同期動作させるための共通のクロック信号と共通のトリガ信号を前記複数の診断装置本体に供給する同期信号供給手段と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記複数の診断装置本体はそれぞれ超音波画像を生成する手段を有しておらず、前記複数の診断装置本体でそれぞれ処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成するバックエンドをさらに備えた請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記同期信号供給手段は、前記共通のクロック信号を形成する同期クロック発生回路と、前記共通のトリガ信号を形成するトリガ回路とを有する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記トリガ回路は、前記同期クロック発生回路で形成された前記共通のクロック信号に基づいて前記共通のトリガ信号を形成する請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記複数の診断装置本体は、それぞれ対応する振動子からの受信信号に基づいて超音波画像を生成するバックエンドを内蔵する請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記複数の診断装置本体は、それぞれクロック信号を形成するクロック回路とトリガ信号を形成するトリガ回路とを内蔵し、
   前記同期信号供給手段は、前記複数の診断装置本体のうちマスター装置本体に選択されたいずれか１つの診断装置本体に内蔵された前記クロック回路および前記トリガ回路からなる請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記複数の診断装置本体のうち前記マスター装置本体以外の診断装置本体は、それぞれ対応する振動子からの受信信号の処理結果を前記マスター装置本体へ伝送し、
   前記マスター装置本体に内蔵された前記バックエンドは、すべての診断装置本体による受信信号の処理結果に基づいて超音波画像を生成する請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記複数の診断装置本体は、前記超音波画像の生成に係るデータ処理を互いに協調して行う請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記共通のクロック信号は、前記超音波プローブが使用する主要な中心周波数の少なくとも２倍以上の周波数を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記複数の診断装置本体にそれぞれ入力された同一信号に対する前記複数の診断装置本体による処理結果に基づいて前記複数の診断装置本体相互間のクロックスキューを推定する遅延推定部をさらに備えた請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
11. 前記同一信号は、前記振動子アレイの同一の振動子からの受信信号である請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 基準信号を生成すると共に前記同一信号として前記複数の診断装置本体に入力する基準信号発生部をさらに備えた請求項１０に記載の超音波診断装置。
13. 前記基準信号発生部は、前記基準信号を前記複数の診断装置本体に常時入力する請求項１２に記載の超音波診断装置。
14. 前記基準信号発生部は、前記振動子アレイからの超音波送信前の所定の時間にのみ前記基準信号を前記複数の診断装置本体に入力する請求項１２に記載の超音波診断装置。
    

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