JP4403301B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の体内組織等の状態を検査するための超音波診断装置に関するものである。

被験者の体内組織等の状態を検査や診断するための超音波診断装置、主に体腔内に挿入される電子走査式の超音波診断装置は、超音波振動子が先端に設けられた超音波プローブと、この超音波プローブが着脱可能に接続される超音波観測装置とから概略構成され、超音波プローブの先端に設けられた複数の超音波振動子から構成される超音波トランスデューサが体腔内に向けて超音波パルスを出射して、その反射エコーが電気信号に変換された反射エコー信号が超音波観測装置に入力され、所定の信号処理が行われることにより、体内組織の状態が超音波診断像として形成される。

このような超音波診断装置においては、超音波プローブの先端に設けられた超音波振動子と超音波観測装置との間で信号の授受を行う必要があるため、超音波プローブには信号伝達のためのケーブルが内包される。ここで、ケーブルにより伝達される信号としては、超音波振動子を駆動するための駆動信号と超音波振動子からの反射エコー信号とがあるため、これら各信号は駆動信号を送信するための送信用ケーブルおよび反射エコー信号を受信するための受信用ケーブルを介して夫々伝達される。また、超音波振動子が複数ある場合は、その数に応じて送信用ケーブルおよび受信用ケーブルの数も増加する。

従って、超音波振動子の数が多数になると、ケーブルの数も増加してしまい、これらケーブルを束ねた集合ケーブルが太く、且つ重くなるという問題がある。特に、電子走査式の超音波プローブの場合は、多数の超音波振動子により構成されるため、集合ケーブルの太径化が激しくなると、体腔内に挿入して超音波検査を行うときに、被験者の体腔内への挿入操作性が悪くなるだけでなく、検査を受ける被験者にとって大きな苦痛が強いられる恐れがある。また、同様に集合ケーブルの重量が増すと、術者の操作性が悪くなるという問題も発生する。

従って、超音波観測装置と超音波振動子との間にあるケーブルの数を減らし、集合ケーブルを細径化するということは、体内挿入型の超音波診断装置にあっては非常に重要な課題である。この課題に対して、超音波観測装置が駆動信号を超音波振動子に対して送信するためのケーブルと、超音波振動子からの反射エコー信号を受信するためのケーブルとを、スイッチまたは高電圧通過ゲートおよび低電圧通過ゲートを設けて一本化することにより、ケーブルの本数を削減するものは従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２９１７４１号公報

この特許文献１の発明では、スイッチを用いることにより、または高電圧通過ゲートおよび低電圧通過ゲートを用いることにより、１本のケーブルを送受信両用のケーブルにしている。しかしながら、この特許文献１の発明にあっては、探触子に設けられる振動子の数に応じたケーブルの数が必要になるため、振動子の数が増えると、ケーブルの数も増加してしまい、ケーブルが太径化するといった問題や重量の問題等は依然として解消されないため、やはり体内挿入時における被験者への苦痛や術者の操作性の問題は依然として大きいものになる。そのため、ケーブルの数をできる限り減らすことは、超音波診断を行う際に、非常に重要な問題になる。

そこで、本発明は、複数の超音波振動子を設けた場合であっても、各超音波振動子の送受信を行うケーブルを一本化することにより、ケーブルの数を大幅に削減す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。

超音波診断装置についての第１の発明は、所定の方向に配列された複数の超音波振動子を、それぞれ同順位の組から出射される超音波の音場が相互に影響を及ぼさない位置となる超音波振動子毎に複数の超音波振動子群を構成し、これら各群の同順位の組の超音波振動子に向けて駆動信号を送信する送信部と、前記各超音波振動子が受信した反射エコー信号を受信する受信部とを有する超音波観測装置と、前記送信部からの駆動信号を前記各超音波振動子に伝達し、前記各超音波振動子からの前記反射エコー信号を前記超音波観測装置の前記受信部に伝達するための単一の送受信用ケーブルと、前記超音波観測装置の前記送信部から前記送受信用ケーブルを経由して送信された前記駆動信号を、前記超音波振動子群を構成する前記各超音波振動子に分岐し、且つ前記各超音波振動子からの複数の前記反射エコー信号を合流させる分岐合流部と、前記複数の超音波振動子群のうち、第２組以下の同順位の超音波振動子に対して直列に設けられ、前記分岐合流部において分岐された前記駆動信号に対して少なくとも前記各超音波振動子が受信を行う受信時間の半分の時間の遅延をかけ、且つ前記超音波振動子からの反射エコー信号に対して少なくとも前記時間の遅延をかける複数の遅延回路と、を有することを特徴とする。

また、超音波診断装置における第２の発明は、所定の方向に配列された複数の超音波振動子を、それぞれ同順位の組から出射される超音波の音場が相互に影響を及ぼさない位置となる超音波振動子毎に複数の超音波振動子群を構成し、これら各群の同順位の組の超音波振動子に向けて駆動信号を送信する送信部と、前記各超音波振動子が受信した反射エコー信号を受信する受信部とを有する超音波観測装置と、前記送信部からの駆動信号を前記各超音波振動子に伝達し、前記各超音波振動子からの前記反射エコー信号を前記超音波観測装置の前記受信部に伝達するための単一の送受信用ケーブルと、前記超音波観測装置の前記送信部から前記送受信用ケーブルを経由して送信された前記駆動信号を、前記超音波振動子群を構成する前記各超音波振動子に分岐し、且つ前記各超音波振動子からの複数の前記反射エコー信号を合流させる分岐合流部と、前記複数の超音波振動子群のうち、第２組以下の同順位の超音波振動子に対して並列に設けられ、前記分岐合流部において分岐された前記駆動信号に対して少なくとも前記各超音波振動子が受信を行う受信時間の半分の時間が級数的に加算された異なる時間の遅延をかけ、且つ前記超音波振動子からの反射エコー信号に対して少なくとも前記時間の遅延をかける複数の遅延回路と、を有することを特徴とする。

ここで、超音波振動子組は多数設けられてもよいが、多数の超音波振動子組が設けられているとすると、１つの超音波振動子組から次の超音波振動子組に制御が移行するときに、若干の誤差が発生する恐れがあるため、あまり多数の超音波振動子組が設けられると、フレームレートに影響が出る可能性がないとはいえない。従って、超音波振動子組の数としては、好ましくは３組乃至５組程度が好ましい。

また、駆動信号を送信するための送信用ケーブルと反射エコー信号を受信するための受信用ケーブルとは必ずしも一本化する必要はなく、これらを別個に設けて２本のケーブルとしても、ケーブルの削減という観点からは問題ない。この場合、駆動信号と反射エコー信号とは別個独立に信号伝達することが可能であるため、上述したようなフレームレートの問題を低減することができる。

本発明は、反射エコー信号を時分割で受信部に受信させることにより、送受信ケーブルを一本化することができ、ケーブルの数を大幅に削減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１において、本発明の超音波診断装置は、振動子部２とケーブル部１と超音波観測装置３とを有して構成され、振動子部２と超音波観測装置３とは、ケーブル部１に内包されるケーブルにより接続される。そして、これらのうち、振動子部２とケーブル部１とは超音波プローブとして構成される。

ケーブル部１は、２本のケーブルを有して構成される。すなわち、図１に示されるように、信号の送受信を行うための１本の送受信用ケーブル１１と振動子部２に設けられる複数の超音波振動子を接地するための１本の接地用ケーブル１２とがケーブル部１に内包される。このうち、送受信用ケーブル１１は、超音波観測装置３から振動子部２に設けられる各超音波振動子に対して駆動信号を送信し、また各超音波振動子からの反射エコー信号を超音波観測装置３に対して受信させるためのケーブルである。従って、この送受信用ケーブル１１は、一端において超音波観測装置３における駆動信号を送信するための送信部３１と反射エコー信号を受信するための受信部３２とに接続され、また他端において振動子部２に設けられる各超音波振動子に接続される。そして、接地用ケーブル２２には、振動子部２の各超音波振動子の接地用の配線が一本化されて接続され、超音波観測装置３のアース３Ｇにおいて接地される。

次に、振動子部２は、ｎ個の超音波振動子２−０、２−１、２−２・・・２−ｎ（以下、総称して超音波振動子２Ａという）を有する超音波トランスデューサとして構成される。これら各超音波振動子２Ａは、送信部３１からの駆動信号をトリガーとして被検部位に向けて超音波パルスを出射し、その反射エコーを電気信号である反射エコー信号に変換して、受信部３２に出力する。ここで、このような各超音波振動子２Ａは、出射する超音波の音場が相互に影響を及ぼさない程度に離れた位置に設けられる。すなわち、各超音波振動子２Ａの間を非常に近接した状態で設けることにより、各超音波振動子２Ａが出射する超音波が相互に干渉し、ビーム方向の制御や電子フォーカス等を行うことができるが、本実施形態ではビーム方向の制御や電子フォーカス等は行わず、各超音波振動子２Ａは、自身が出射した超音波の反射波のみを個別に受信する。そのため、出射する音場が相互に影響を及ぼさない程度に各超音波振動子２Ａ間の距離を離しておく必要がある。なお、影響を及ぼさないとは、理想的には、相互の音場を形成する超音波が完全に干渉しないことであるが、超音波診断画像に影響を及ぼさない程度の許容誤差範囲内であれば多少干渉したとしてもよい。

このような各超音波振動子２Ａに対して超音波観測装置３の送信部３１からの駆動信号を分岐し、また各超音波振動子２Ａからの反射エコー信号を合流させるために、振動子部２Ａには複数の分岐合流部Ｊ０、Ｊ１、Ｊ２・・・Ｊｎ−１（以下、総称して分岐合流部Ｊという）が設けられる。すなわち、ケーブル部１の１本の送受信用ケーブル１１を経由して、送信部３１から各超音波振動子２Ａに駆動信号を送信し、各超音波振動子２Ａから受信部３２に反射エコー信号を受信させるために、駆動信号を各超音波振動子２Ａに対して分岐し、各超音波振動子２Ａからの反射エコー信号を合流させる必要がある。このために、分岐合流部Ｊが設けられる。

すなわち、送信部３１から送受信用ケーブル１１を経由して送信された駆動信号は、最初に分岐合流部Ｊ０において超音波振動子２−０と超音波振動子２−１以降の超音波振動子とに分岐され、次に、分岐合流部Ｊ１において駆動信号がさらに、超音波振動子２−１と超音波振動子２−２以降の超音波振動子とに分岐され、以降同様に超音波振動子２−ｎに分岐されるまで行われる。また、各超音波振動子２Ａが受信した反射エコー信号は、各分岐合流部Ｊにおいて合流されて、送受信用ケーブル１１を経由して受信部３２に受信される。従って、各超音波振動子２Ａに送信される駆動信号と各超音波振動子２Ａから受信される反射エコー信号とは、図中の矢印に示されているように、同一の経路を辿ることになる。

以上のように、反射エコー信号は分岐合流部Ｊにおいて合流されて送受信用ケーブル１１を経由して受信部３２に受信されるが、単に分岐合流部を設けたのみでは、同じタイミングで各超音波振動子２Ａからの各反射エコー信号が各分岐合流部Ｊにおいて合流し、各反射エコー信号が合成されてしまう。すなわち、上述したような分岐合流部が設けられているだけでは、各超音波振動子２Ａに同時に駆動信号が到達することにより、超音波の出射タイミングが同一になり、反射エコー信号の受信部３２への出力のタイミングも同じになる。その結果、各超音波振動子２Ａからの反射エコー信号が同じタイミングで合流されてしまい、これら各反射エコー信号が合成された波形として送受信用ケーブル１１に伝達され、受信部３２はこの合成波を受信することになる。このように合成波を受信部３２が受信した場合、合成された信号から各超音波振動子２Ａの反射エコー信号を復元することは不可能であるため、正常な超音波診断画像を形成することができない。そこで、振動子部２には、各反射エコー信号が分岐合流部Ｊに合流されるタイミングを変えて、時分割された状態で各反射エコー信号を受信部３２に受信させるための複数の遅延回路が設けられる。

すなわち、振動子部２には、各超音波振動子２Ａのうち、超音波振動子２−０を除く全ての超音波振動子２−１、２−２・・・２−ｎに対応して、入力される駆動信号および超音波振動子から出力される反射エコー信号に対して遅延をかける複数の遅延回路ＤＬ１、ＤＬ２・・・ＤＬｎ（以下、総称して遅延回路ＤＬという）が直列した状態で設けられる。つまり、各超音波振動子２Ａのうち超音波振動子２−０を除く全ての超音波振動子に対しては、送信部３１から送信された駆動信号は、直列状態に設けられている複数の遅延回路ＤＬを経由することになる。例えば、図示している超音波振動子２−３に対しては、遅延回路ＤＬ１、ＤＬ２およびＤＬ３の３つの遅延回路ＤＬが直列状態で接続されていることになる。また、各超音波振動子２Ａから出力される反射エコー信号も、直列状態で接続された遅延回路ＤＬを経由して受信部３２に受信される。例えば、超音波振動子２−３から出力される反射エコー信号も、直列状態で接続された遅延回路ＤＬ１、ＤＬ２およびＤＬ３を経由して受信部３２に受信される。このような各遅延回路ＤＬは駆動信号および反射エコー信号に対して、少なくとも各超音波振動子２Ａが受信する受信期間ＴＲの半分の時間である遅延時間ＴＤの遅延をかけるものとする。

例えば、図２の時刻ｔ０において、超音波振動子２−０に対して駆動信号が入力され駆動が開始されたとする。超音波振動子２−０は、出射した超音波の反射波を受信期間ＴＲの時間だけ受信し、反射エコー信号を随時、送受信用ケーブル１１を経由して受信部３２に受信させている。また、時刻ｔ０においては、分岐合流部Ｊ０において分岐された駆動信号が遅延回路ＤＬ１に到達する。この駆動信号は、遅延回路ＤＬ１において、ＴＤの時間の遅延がかけられる。そして、分岐合流部Ｊ１において分岐された駆動信号が、時刻ｔ０から遅延時間ＴＤだけ遅れた時刻ｔ１において、超音波振動子２−１に入力される。

ここで、超音波振動子２−１は、時刻ｔ１から受信部３２に向けて反射エコー信号の出力を開始するが、この反射エコー信号は、さらに遅延回路ＤＬ１を経由するため、ＴＤの時間の遅延がかけられた後に送受信用ケーブル１１を経由して受信部３２に入力される。この場合、超音波振動子２−１からの反射エコー信号が受信部３２に出力されるタイミングとしては、時刻ｔ１から遅延時間ＴＤの時間が経過した後、すなわち時刻ｔ２であるが、この時刻ｔ２には、超音波振動子２−０が反射エコー信号の出力を開始した時刻ｔ０からＴＤ＋ＴＤ＝２×ＴＲ、すなわち受信期間ＴＲが経過しているため、この超音波振動子２−０からの信号の出力は終了している。従って、受信部３２が超音波振動子２−１からの反射エコー信号の受信を開始したときには、超音波振動子２−０からの反射エコー信号の受信は終了しているため、これら各反射エコー信号は合成されることはない。従って、超音波振動子２−０の反射エコー信号と超音波振動子２−１の反射エコー信号とは時分割された状態で受信部３２に受信される。

次に、超音波振動子２−２を駆動する駆動信号は、この超音波振動子２−２に対して直列に接続された２つの遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２を経由して超音波振動子２−２に到達するため、時刻ｔ２において超音波振動子２−２から超音波が出射され、受信が開始される。そして受信した反射エコー信号は、受信部３２に向けて出力されるが、やはり直列に接続された遅延回路ＤＬ２およびＤＬ１を経由するため、送受信用ケーブル１１に出力されるタイミングは、時刻ｔ２からＴＤ＋ＴＤ＝２×ＴＤ、すなわち受信期間ＴＲを経過した時刻ｔ４であるため、この時刻ｔ４は、超音波振動子２−１の反射エコー信号の出力が終了したときである。従って、受信部３２には、超音波振動子２−１からの反射エコー信号と超音波振動子２−２からの反射エコー信号とが異なる時間に受信されるため、これら各反射エコー信号が重なりあうことはない。

以下、超音波振動子２−３以降も、各超音波振動子２Ａに対して直列状態の複数の遅延回路ＤＬを経由して駆動信号が入力され、また任意の超音波振動子からの反射エコー信号もやはり直列状態の複数の遅延回路ＤＬを経由して送受信用ケーブル１１に出力されるため、夫々、遅延時間ＴＤを持つ遅延回路ＤＬを往復する時間である受信期間ＴＲの時間ずつずらされたタイミングで送受信用ケーブル１１を経由して受信部３２に受信される。従って、受信部３２は、夫々受信期間ＴＲの時間ごとに時分割されて超音波振動子２−０から順に超音波振動子２−１、２−２・・・２−ｎの反射エコー信号を連続的に受信するため、各信号の波形が合成されることなく、各超音波振動子２Ａのうちどの超音波振動子からの反射エコー信号であるかを認識することができる。

なお、上述したものは、各遅延回路ＤＬの遅延時間ＴＤは、受信期間ＴＲの半分の時間であるものとして説明したが、遅延時間ＴＤは、受信期間ＴＲの半分の時間に加えて、サイドローブによる虚像等を考慮してさらに微小時間を加えた時間であってもよい。

以上のように、振動子部２の各超音波振動子２Ａのうち１個を除く全ての超音波振動子に対して、受信期間ＴＲの半分の時間の遅延時間ＴＤをかける遅延回路ＤＬが直列状態に接続されることにより、各超音波振動子２Ａからの反射エコー信号は送受信の往復で受信期間ＴＲの時間ずらされて夫々送受信用ケーブル１１に出力されるため、時分割された状態で各反射エコー信号が受信部３２に受信される。そのため、駆動信号を送信するためのケーブルおよび反射エコー信号を受信するためのケーブルが送受信用ケーブル１１に一本化されていたとしても、受信部３２は、夫々の反射エコー信号を認識することができる。これにより、信号を送受信するためのケーブルを一本化することができるため、ケーブルの数を大幅に削減することができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。図３は、変形例における超音波診断装置の概略構成図である。図３において、ケーブル部１および超音波観測装置３は図１のものと差異がないため説明を省略する。

本変形例においては、振動子部２における各遅延回路ＤＬが送信部３１からの駆動信号に対して並列に設けられ、各遅延回路ＤＬは異なる遅延時間を持つものとする。すなわち、超音波振動子２−０を除く全ての超音波振動子２Ａに対しては、夫々の超音波振動子に対応した位置に設けられる１個の遅延回路ＤＬのみを経由して駆動信号が入力される。そして、上述した超音波振動子２Ａから出力される反射エコー信号は、やはり上述した１個の遅延回路ＤＬのみを経由して送受信用ケーブル１１に出力される。

ここで、各遅延回路ＤＬは、夫々異なる遅延時間を持つ。すなわち、遅延回路ＤＬ１は遅延時間ＴＤを、遅延回路ＤＬ２は遅延回路ＤＬ１よりもさらに遅延時間ＴＤが加算された時間を、遅延回路ＤＬ３は遅延回路ＤＬ２よりもさらに遅延時間ＴＤが加算された時間を、以降、各遅延回路ＤＬは順次遅延時間ＴＤが級数的に加算された時間を遅らせる。

以上のように構成された場合、送信部３１から送信された駆動信号は、送受信用ケーブル１１を経由して振動子部２に入力される。そして、各分岐合流部Ｊを経由して一斉に超音波振動子２−０または各遅延回路ＤＬに入力される。図２に示されるように、この時刻をｔ０とすると、時刻ｔ０において超音波振動子２−０が駆動され、反射エコー信号が受信部３２に出力される。そして、超音波振動子２−１には、遅延回路ＤＬ１の遅延時間ＴＤが経過した時刻ｔ１に駆動信号が入力され、受信が開始される。そして、反射エコー信号はやはり遅延回路ＤＬ１を経由するため、この反射エコー信号が受信部３２に入力される時刻は時刻ｔ１より遅延時間ＴＤが経過した時刻ｔ２である。この時刻ｔ２においては、超音波振動子２−０からの反射エコー信号の出力は終了しているため、超音波振動子２−０からの反射エコー信号と超音波振動子２−１からの反射エコー信号とは重なり合うことはない。超音波振動子２−２には、時刻ｔ０から遅延回路ＤＬ２の遅延時間である２×ＴＤの時間経過した時刻ｔ２に駆動信号が入力され、反射エコー信号はさらに遅延回路ＤＬ２の遅延時間である２×ＴＤの時間経過した時刻ｔ４に受信部３２に入力される。以降、順次遅延時間ＴＤが加算された遅延回路ＤＬを経由することにより、送受信の往復でＴＤ＋ＴＤ＝ＴＲの時間ずらされたタイミングで受信部３２に反射エコー信号が受信されるため、各超音波振動子２Ａから出力された各反射エコー信号同士が相互に重なり合うことはない。従って、受信部３２は時分割された状態で各販社エコー信号を受信することができるため、各信号を認識することができる。

なお、この変形例においても、遅延時間ＴＤに、受信期間ＴＲの半分の時間にさらに微小時間を加味したものであってもよい。

また、各遅延回路ＤＬは、ＤＬ１から順に遅延時間ＴＤが級数的に加算されたものを示したが、これに限られず、例えば、遅延回路ＤＬｎが遅延時間ＴＤをもち、ＤＬｎからＤＬ１に向かって順に遅延時間ＴＤが級数的に加算されたものであってもよい。要は、夫々遅延時間ＴＤずつずらされたものであれば、その順番は任意に設けられてよい。

以上のように、各遅延回路が直列ではなく、並列状態で接続されている場合においても、各遅延回路が遅延時間ＴＤの時間ずつ順次ずらされた遅延時間、すなわち級数的に加算された異なる遅延時間を持つことにより、各超音波振動子２Ａからの各反射エコー信号が合成されることなく、一本の送受信用ケーブル１１で夫々の反射エコー信号を認識することができる。これにより、ケーブルの本数を大幅に削減することができる。

次に、上述した実施形態が適用される実施例１について説明する。図４に示されるように、振動子部２には１５個の超音波振動子がリニアの状態に配置されている。これら１５個の超音波振動子は、図４に示されるように、Ａ（１）〜Ｅ（１）の５つの超音波振動子からなる第１群の超音波振動子群、Ａ（２）〜Ｅ（２）の５つの超音波振動子からなる第２群の超音波振動子群、およびＡ（３）〜Ｅ（３）の５つの超音波振動子からなる第３群の超音波振動子群の以上３群の超音波振動子の群にグループ分けがされている。また、各群には順位別に組が設けられており、Ａ（１）、Ａ（２）、Ａ（３）からなるＡ組の超音波振動子組、Ｂ（１）、Ｂ（２）、Ｂ（３）からなるＢ組の超音波振動子組、Ｃ（１）、Ｃ（２）、Ｃ（３）からなるＣ組の超音波振動子組、Ｄ（１）、Ｄ（２）、Ｄ（３）からなるＤ組の超音波振動子組、Ｅ（１）、Ｅ（２）、Ｅ（３）からなるＥ組の超音波振動子組の５つの超音波振動子組によりグループ分けがされている。

このように配置される各群における各組の超音波振動子同士は相互に音場が影響しないように設けられる。すなわち、Ａ組を構成するＡ（１）、Ａ（２）、Ａ（３）は、出射する超音波の音場が相互に影響しない程度の位置に設けられる。同様に、Ｂ組、Ｃ組、Ｄ組、Ｅ組を構成する各超音波振動子も出射する音場が相互に影響しない位置に設けられる。

また、振動子部２には３つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３（以下、総称してスイッチＳＷという）が備えられている。これら各スイッチは、各群を構成する超音波振動子のうち１つの超音波振動子に対して接続され、その超音波振動子からの反射エコー信号の出力が終了すると、隣の超音波振動子に接続を切り替える。さらに、振動子部２には、遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２が備えられており、これら遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２は入力された信号に対して、上述した実施形態で説明した遅延時間ＴＤの遅延をかける。ここでは、遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２は直列に接続されているため、遅延回路ＤＬ１の遅延時間と遅延回路ＤＬ２の遅延時間とは同一のものである。従って、第２群を構成する各超音波振動子に対してはＴＤの遅延が、第３群を構成する各超音波振動子に対しては２×ＴＤの遅延がかけられることになる。

以上のように構成される超音波診断装置の動作について説明する。なお、初期状態においては、各スイッチＳＷはＡ組の超音波振動子組に接続されているものとする。すなわち、スイッチＳＷ１は超音波振動子Ａ（１）に、スイッチＳＷ２は超音波振動子Ａ（２）に、スイッチＳＷ３は超音波振動子Ａ（３）に接続された状態で開始する。

最初に、時刻ｔ０において、送信部３１から駆動信号が送受信用ケーブル１１を経由して振動子部２に送信される。このとき、超音波振動子Ａ（１）が駆動され、分岐合流部Ｊ０において分岐された駆動信号が遅延回路ＤＬ１に入力される。そして、遅延時間ＴＤが経過した時刻ｔ１に超音波振動子Ａ（２）に駆動信号が入力される。さらに分岐合流部Ｊ１において分岐された駆動信号が遅延回路ＤＬ２に入力される。時刻ｔ１から遅延時間ＴＤが経過した時刻ｔ２において超音波振動子Ａ（３）が駆動され、遅延回路ＤＬ１を経由した超音波振動子Ａ（２）からの反射エコー信号が受信部３２に受信されるが、この時刻ｔ２において、超音波振動子Ａ（１）からの受信は終了しているため、超音波振動子Ａ（１）の反射エコー信号と超音波振動子Ａ（２）の反射エコー信号とは重なりあうことはない。ここで、時刻ｔ２において、超音波振動子Ａ（１）からの反射エコー信号の出力は終了したため、スイッチＳＷ１は、隣の超音波振動子Ｂ（１）に切り替えられる。

次に、時刻ｔ２から受信期間ＴＲが経過した時刻ｔ４において、受信部３２の超音波振動子Ａ（２）からの反射エコー信号の受信が終了し、超音波振動子Ａ（３）の受信が開始される。このとき、スイッチＳＷ２は超音波振動子Ｂ（２）に切り替えられる。

そして、時刻ｔ４から受信期間ＴＲが経過した時刻ｔ６において、超音波振動子Ａ（３）からの受信が終了すると、スイッチＳＷ３は超音波振動子Ｂ（３）に切り替えられる。このとき同時に送信部３１は駆動信号を振動子部２に対して送信する。以降Ｂ組、Ｃ組、Ｄ組、Ｅ組と同様の動作を繰り返すことにより、各超音波振動子からの反射エコー信号を時分割して受信部３２に受信させることができる。

ここで、受信部３２には１つの超音波振動子組を構成する各超音波振動子からの反射エコー信号を順番に受信した後に、次の超音波振動子組を構成する各超音波振動子からの反射エコー信号を順番に受信していく。すなわち、受信部３２は、Ａ（１）、Ａ（２）、Ａ（３）、Ｂ（１）、Ｂ（２）・・・のような順番で反射エコー信号を受信する。

ところで、このような順番で受信部３２が受信した反射エコー信号は、超音波診断画像のフレームの１ラインを形成するが、上述した順番でラインを形成していくと、正常な超音波診断画像を得ることはできない。すなわち、フレームを構成する各ラインは、超音波振動子の並び順、すなわちＡ（１）〜Ｅ（１）、Ａ（２）〜Ｅ（２）、Ａ（３）〜Ｅ（３）の順番でアドレスが割り当てられなくてはならない。しかしながら、上述した受信部３２の反射エコー信号の受信の順番は、超音波振動子組の順番により受信されるため、正常な超音波診断画像を形成する各ラインのアドレスの並び順とは異なる。従って、各反射エコー信号を正しいアドレスに並び替える必要がある。

そこで、図５に、受信した各反射エコー信号を正常なアドレスに並び替えを行った後にモニタ４に表示するための超音波観測装置３の一例を示す。この超音波観測装置３は、送信部３１、受信部３２、検波回路３３、Ａ／Ｄ（Ａ／Ｄ変換器）３４、ラインメモリ３５、スキャンコントローラ３６、フレームメモリ３７、Ｄ／Ａ（Ｄ／Ａ変換器）３８およびデータメモリ３９を有して構成され、さらにＤ／Ａ３８はモニタ４に接続される。また、接地用ケーブル１２が接続されるためのアース３Ｇが設けられる。

これらのうち送信部３１および受信部３２は上述した実施形態と同一のものであるため、説明を省略する。次に、受信部３２が受信した反射エコー信号は、順次、検波回路３３において画像情報の信号が検出される。ところで、振動子部２からは時分割されている各反射エコー信号の信号波が連続的に送られてくるが、検波回路３３はこの連続的な信号波から１ラインごとに区切って各反射エコー信号を抽出しなくてはならない。例えば、図２を参照すると、各反射エコー信号は受信期間ＴＲごとに時分割された状態で送られてくるが、検波回路３３は各反射エコー信号の開始および終了のタイミングを把握していなくてはならない。そのため、各反射エコー信号のタイミングを区切るために、検波回路３３はデータメモリ３９に記憶されている検波を開始するトリガーとなる時間と振動子部２に設けられる遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２の遅延時間であるＴＤとを基準にして検波を行う。すなわち、データメモリ３９には、受信部３２が最初に反射エコー信号を受信する時刻、すなわち超音波振動子Ａ（１）から受信される反射エコー信号の波形の先頭が検波回路３３に到達する時刻（以下、検波開始時刻という）と遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２の遅延時間ＴＤとが記憶される。

検波回路３３は、データメモリ３９に記憶されている検波開始時刻をトリガーとして検波を開始し、遅延時間ＴＤの２倍の時間分（微小時間が加味されていない場合は受信期間ＴＲ）の信号を１ライン分として検波する。すなわち、遅延時間ＴＤの２倍の時間遅れて各反射エコー信号は検波回路３３に到達するため、検波開始時刻と遅延時間ＴＤとを認識することができると、各反射エコー信号を１ラインごとに区切ることができる。

そして、検波回路３３において検波された各反射エコー信号は、Ａ／Ｄ３４においてアナログ信号からデジタル信号に変換された後に、ラインメモリ３５に入力される。このとき、図６（ａ）に示されるように、ラインメモリ３５には、先頭アドレスから順にＡ（１）〜Ａ（３）、Ｂ（１）〜Ｂ（３）、Ｃ（１）〜Ｃ（３）、Ｄ（１）〜Ｄ（３）、Ｅ（１）〜Ｅ（３）の各組の並び順でアドレス付けがされている。この並び順は、本来の超音波振動子のアドレスとは異なるため、アドレスの変換を行わなくてはならない。そこで、このラインメモリ３５に記憶された各ラインを並び替えるために、スキャンコントローラ３６が設けられる。

スキャンコントローラ３６は、ラインメモリ３５に記憶されている各ラインのアドレスを並び替えるためのものであるが、この並び替えはデータメモリ３９に記憶されているアドレス変換テーブルに基づいて行う。このアドレス変換テーブルには、振動子部２に設けられる各超音波振動子の各群および各組の並び順が記憶されている。スキャンコントローラ３６は、データメモリ３９に記憶されているアドレス変換テーブルを参照して、ラインメモリ３５に記憶されている各ラインのうち、各組の先頭のラインから順番にアドレス付けを行い、各組を構成する全てのラインのアドレス付けが終了すると、次の組の先頭のラインから順番にアドレス付けを行っていく。これにより、図６（ｂ）に示されるような正常な超音波診断画像が完成し、この超音波診断画像はフレームメモリ３７に記憶される。そして、フレームメモリ３７の画像がＤ／Ａ３８によりアナログ信号に変換されてモニタ４に映し出される。

以上により、振動子部２の各超音波振動子が複数の群と組とにより構成される場合であっても、１本の送受信用ケーブル１１により信号の送受信が可能になり、ケーブルの削減を図ることができる。

なお、本実施例は、実施形態において遅延回路ＤＬが直列に接続されたものを一例として取り上げたが、実施形態の変形例における遅延回路ＤＬが並列に接続されたものに適用してもよい。

次に、実施例２について説明する。本実施例では、振動子部２の各超音波振動子が円環状に構成されており、これら各超音波振動子によりラジアル走査を行うようにしている。図７に示されるように、第１群の超音波振動子Ａ（１）〜Ｅ（１）、第２群の超音波振動子Ａ（２）〜Ｅ（２）、第３群の超音波振動子Ａ（３）〜Ｅ（３）が夫々１２０°の角度をなすようにグループ分けがされており、各群は順位別に夫々Ａ組、Ｂ組、Ｃ組、Ｄ組およびＥ組によりさらにグループ分けされている。そして、遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２が設けられていることにより、第１群、第２群および第３群の各組の超音波振動子へ入力される駆動信号のタイミングは、夫々遅延時間ＴＤずつずらされており、また、第１群、第２群および第３群の超音波振動子から出力される反射エコー信号のタイミングも、夫々遅延時間ＴＤだけずらされている。従って、図７のように円環状に超音波振動子を配列した場合においても、各信号が時分割された状態で受信部３２に受信されるため、１本の送受信用ケーブル１１により信号の送受信を行うことができる。

なお、本実施例においても、遅延回路ＤＬが直列ではなく並列に接続されたものに適用してもよい。

超音波診断装置の全体構成図である。 反射エコー信号のタイムチャートである。 変形例における超音波診断装置の全体構成図である。 実施例１における超音波診断装置の全体構成図である。 超音波観測装置の概略構成図である。 ラインメモリとフレームメモリに記憶される画像の説明図である。 超音波振動子が円環状に配列された振動子部の概略構成図である。

符号の説明

１ ケーブル部 ２ 振動子部
３ 超音波観測装置 ４ モニタ
１１ 送受信用ケーブル ３１ 送信部
３２ 受信部
２−０〜２−ｎ 超音波振動子
ＤＬ１〜ＤＬｎ 遅延回路
Ｊ０〜Ｊｎ 分岐合流部

Claims (2)

1. 所定の方向に配列された複数の超音波振動子を、それぞれ同順位の組から出射される超音波の音場が相互に影響を及ぼさない位置となる超音波振動子毎に複数の超音波振動子群を構成し、これら各群の同順位の組の超音波振動子に向けて駆動信号を送信する送信部と、前記各超音波振動子が受信した反射エコー信号を受信する受信部とを有する超音波観測装置と、
   前記送信部からの駆動信号を前記各超音波振動子に伝達し、前記各超音波振動子からの前記反射エコー信号を前記超音波観測装置の前記受信部に伝達するための単一の送受信用ケーブルと、
   前記超音波観測装置の前記送信部から前記送受信用ケーブルを経由して送信された前記駆動信号を、前記超音波振動子群を構成する前記各超音波振動子に分岐し、且つ前記各超音波振動子からの複数の前記反射エコー信号を合流させる分岐合流部と、
   前記複数の超音波振動子群のうち、第２群以下の同順位の超音波振動子に対して直列に設けられ、前記分岐合流部において分岐された前記駆動信号に対して少なくとも前記各超音波振動子が受信を行う受信時間の半分の時間の遅延をかけ、且つ前記超音波振動子からの反射エコー信号に対して少なくとも前記時間の遅延をかける複数の遅延回路と、を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 所定の方向に配列された複数の超音波振動子を、それぞれ同順位の組から出射される超音波の音場が相互に影響を及ぼさない位置となる超音波振動子毎に複数の超音波振動子群を構成し、これら各群の同順位の組の超音波振動子に向けて駆動信号を送信する送信部と、前記各超音波振動子が受信した反射エコー信号を受信する受信部とを有する超音波観測装置と、
   前記送信部からの駆動信号を前記各超音波振動子に伝達し、前記各超音波振動子からの前記反射エコー信号を前記超音波観測装置の前記受信部に伝達するための単一の送受信用ケーブルと、
   前記超音波観測装置の前記送信部から前記送受信用ケーブルを経由して送信された前記駆動信号を、前記超音波振動子群を構成する前記各超音波振動子に分岐し、且つ前記各超音波振動子からの複数の前記反射エコー信号を合流させる分岐合流部と、
   前記複数の超音波振動子群のうち、第２群以下の同順位の超音波振動子に対して並列に設けられ、前記分岐合流部において分岐された前記駆動信号に対して少なくとも前記各超音波振動子が受信を行う受信時間の半分の時間が級数的に加算された異なる時間の遅延をかけ、且つ前記超音波振動子からの反射エコー信号に対して少なくとも前記時間の遅延をかける複数の遅延回路と、を有することを特徴とする超音波診断装置。

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