JP5486901B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、超音波を送受信するための回路を備えた超音波プローブに、超音波の送受信に関する設定データを送る技術に関する。

生体内を３次元的に表す３次元画像を取得するために、３次元的に超音波をスキャンすることが可能なマトリクスアレイプローブが開発されている（例えば特許文献１）。マトリクスアレイプローブとしては、１．５Ｄアレイプローブや２Ｄアレイプローブが挙げられる。１．５アレイプローブは、複数の超音波振動子が１列に配置された１Ｄアレイプローブにおける複数の超音波振動子が、複数の列に配置された超音波プローブである。また、２Ｄアレイプローブは、縦横（４８×４８）の配置や（６４×６４）の配置などのように、複数の超音波振動子が２次元的に配置された超音波プローブである。２Ｄアレイプローブにおいては、各超音波振動子に送受信回路を接続して、超音波を送受信することができる。

各超音波振動子に接続される送信回路及び受信回路は、超音波振動子に対して１対１の関係で接続されたり、各超音波振動子に対して間引いて接続されたりしている。また、送信回路及び受信回路は、高集積化技術により、超音波プローブのプローブ把持部内に設置される場合もある。また、超音波プローブによる超音波の送受信を制御するプローブ制御部が、超音波プローブと超音波診断装置本体部とを接続するプローブコネクタ部に設置される場合がある。

ここで、従来技術に係る超音波診断装置について図４を参照して説明する。図４は、従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。

従来技術に係る超音波診断装置は、超音波診断装置本体部１００と、プローブコネクタ部１１０と、ケーブル１２０と、超音波プローブ１３０と、表示部１７と、操作部１８と、電源ユニット１９とを備えている。超音波プローブ１３０は、ケーブル１２０によって、プローブコネクタ部１１０を介して超音波診断装置本体部１００に接続されている。

超音波診断装置本体部１００は、システム制御部１１と、ビームフォーマ１２と、デジタルレシーバ（ＤＲ）１３と、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１４とを備えている。プローブコネクタ部１１０は、プローブ制御部２１と、タイムゲインコントローラ（ＴＧＣ）２２とを備えている。超音波プローブ１３０は、送受信制御部４１と、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２と、複数のパルサ４３と、送受信スイッチ（Ｔ／Ｒ ＳＷ）４４と、振動子群４５と、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）４６と、サブアレイビームフォーマ４７とを備えている。

振動子群４５には、上述したように、縦横（４８×４８）の配置や（６４×６４）の配置などのように、複数の超音波振動子が配置されている。これら複数の超音波振動子に対しては、同数のパルサ４３と同数のＬＮＡ４６とが、送受信スイッチ４４を介してそれぞれ接続されている。

送信系の回路は、送信チャンネル分の複数のパルサ４３と、各送信チャンネルの送信タイミングを制御して遅延時間を加えて送信するための送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２とで構成されている。

受信系の回路は、複数のＬＮＡ４６と、図示しないゲイン制御部と、サブアレイビームフォーマ４７とによって構成されている。ＬＮＡ４６は、各超音波振動子からの受信信号を増幅する。サブアレイビームフォーマ４７は、受信信号の遅延時間や位相を制御して、複数チャンネルごとに束ねてチャンネル数を削減する。サブアレイビームフォーマ４７は、縦横（４×４）に配置された複数の超音波振動子などのように隣接する複数の超音波振動子をグループ化し、このグループ内で遅延時間を揃えて加算し、超音波プローブ１３０から超音波診断装置本体部１００に接続する受信チャンネル数を削減するための技術である。例えば、縦横（６４×３２）の配置や（４２×４２）の配置で、すべての超音波振動子が２０４８素子以下の超音波プローブであれば、１６素子ごとに束ねることで１２８ｃｈとして超音波診断装置本体部１００に接続することができる。また、サブアレイのグループにおける素子数は、超音波プローブの性能に応じて変更される。

送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２で設定された遅延時間の遅延を持った駆動パルスが複数のパルサ４３のそれぞれで生成され、振動子群４５の各超音波振動子にそれぞれ供給される。これにより、振動子群４５の各超音波振動子から、上記の遅延を持った超音波がそれぞれ送信される。なお、遅延時間は、振動子群４５の各超音波振動子がそれぞれ送信する超音波が所定部位に集束するように計算される。振動子群４５の各超音波振動子ではそれぞれ、入射した超音波が電気的な受信信号に変換される。このように得られた複数の受信信号は、複数のＬＮＡ４６でそれぞれ増幅される。増幅された複数の受信信号はそれぞれ、受信信号が受信された超音波振動子に応じて複数のサブアレイのいずれかにグループ化される。そして、各受信信号はサブアレイビームフォーマ４７において、グループ内で遅延制御をされたうえで１ｃｈに束ねられる。

超音波プローブ１３０から出力された受信信号は、ケーブル１２０を介してプローブコネクタ部１１０に入力される。この受信信号は、ＴＧＣ２２、ビームフォーマ１２、ＤＲ１３、及びＤＳＣ１４により、ＴＧＣゲイン制御、ビームフォーミング、信号処理、及びスキャンコンバートがそれぞれなされて、断層像や３次元画像として表示部１７にて表示される。

超音波プローブ１３０に設置されている回路を動作させるためには、送信信号の波形データ、遅延時間を示す遅延データ、及び、ＬＮＡ４６に対するゲイン制御用のデータなどの設定データを、超音波診断装置本体部１００から超音波プローブ１３０に送る必要がある。具体的には、上記の設定データを、ケーブル１２０に含まれる制御バス（図４に示すＤａｔａ Ｂｕｓ）を介して超音波診断装置本体部１００から超音波プローブ１３０に送る。

特開２００９−１４８４２４号公報

超音波プローブ１３０に設置されている回路の規模及び性能によって、超音波プローブ１３０に送信する設定データのデータ量が多くなる。そのため、従来においては、制御バスは、数十本に及ぶ専用のデジタル制御ラインで構成されて、プローブコネクタ部１１０から超音波プローブ１３０までケーブルによって接続されている。このケーブルは検査の邪魔にならないように、細くて、しなやかな素材により製造されることが求められており、電子回路を内蔵しない従来の１Ｄアレイプローブに使用されるケーブルよりも、細い導体で構成される必要がある。また、超音波プローブ１３０に送られる設定データは高速のロジック信号であるため、信号の品質や放射ノイズを避けるために、ケーブルにはツイストペア線やシールド線が用いられる。そのため、ケーブル自体のコストや、ケーブルを組み立てるためのコストが膨大になるという問題がある。また、細線ケーブルを使用するため、導体のインピーダンスが高くなり、受信信号の損失が大きくなるという問題もある。

また、超音波診断装置本体部１００と超音波プローブ１３０とを接続するためのプローブコネクタ部１１０においても、上述と同様の問題がある。プローブコネクタ部１１０には、超音波の送受信におけるチャンネル数に応じた数のコネクタが利用されるが、電子回路を内蔵した超音波プローブ１３０を制御するための制御信号（設定データ）を超音波プローブ１３０に送るためには、プローブコネクタ部１１０を大規模にする必要がある。そのため、プローブコネクタ部１１０を、１Ｄアレイプローブと共通にして使用できない問題がある。また、プローブコネクタ部１１０は多極のコネクタであるため、接触不良のピンが発生するおそれがあり、それが原因で、データ転送のエラーが発生するおそれがある。

従来においては、接触不良によるデータ転送エラーを防ぐために、超音波プローブを超音波診断装置本体部に接続するときに接続テストのシーケンスを実行したり、複数のピンを並列に接続したりするなどの対策が実行されている。しかしながら、接続テストには時間を要するため、複数の超音波プローブを取り換えて使用する場合に、その取り換え時間が長くなるという問題がある。

この発明は上記の問題を解決するものであり、超音波の送受信を行うための回路を備えた超音波プローブと、超音波の送受信を行うための設定データを超音波プローブに送る超音波診断装置本体部との間において、超音波プローブと超音波診断装置本体部とを接続するためのケーブルの本数がより少なくて済む超音波診断装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の超音波振動子、及び前記複数の超音波振動子に超音波を送受信させる回路部を有する超音波プローブと、前記超音波プローブによる超音波の送受信を制御して、前記超音波プローブによって受信された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置本体部と、前記超音波プローブ及び前記超音波診断装置本体部に接続された電源線と、を有する超音波診断装置であって、前記超音波診断装置本体部は、前記超音波プローブによる超音波の送受信を制御するための遅延データを、前記電源線を介して前記超音波プローブに送る第１のデータトランシーバを備え、前記超音波プローブは、前記電源線を介して前記第１のデータトランシーバから送られた前記遅延データを受信する第２のデータトランシーバを備えており、前記回路部は、前記第２のデータトランシーバによって受信された前記遅延データに従って、前記複数の超音波振動子に超音波を送受信させることを特徴とする超音波診断装置である。

この発明によると、電源を供給するための電源線によって、設定データを超音波診断装置本体部から超音波プローブに送ることで、超音波プローブと超音波診断装置本体部との間で設定データを送るためのケーブルを別途設けなくても、その設定データの送信が可能となる。このようにケーブルを別途設ける必要がないため、超音波プローブと超音波診断装置本体部との間のケーブルの本数を削減することが可能となる。

この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。 この実施形態に係る超音波診断装置に設置されているパワーライントランシーバを示すブロック図である。 設定データを送るタイミングを示すタイミングチャートである。 従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。

この発明の実施形態に係る超音波診断装置について図１を参照して説明する。図１は、この発明に実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。

この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波診断装置本体部１と、プローブコネクタ部２と、ケーブル３と、超音波プローブ４と、表示部１７と、操作部１８とを備えている。超音波プローブ４は、ケーブル３によって、プローブコネクタ部２を介して超音波診断装置本体部１に接続されている。また、この実施形態に係る超音波診断装置は電源ラインＬを有しており、その電源ラインＬに、超音波診断装置の各部に電源を供給するための電源ユニット１９が接続されている。

超音波診断装置本体部１は、システム制御部１１と、ビームフォーマ１２と、デジタルレシーバ（ＤＲ）１３と、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１４と、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５と、フィルタ１６とを備えている。プローブコネクタ部２は、プローブ制御部２１と、複数のタイムゲインコントローラ（ＴＧＣ）２２と、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３と、フィルタ２４とを備えている。超音波プローブ４は、送受信制御部４１と、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２と、複数のパルサ４３と、送受信スイッチ（Ｔ／Ｒ ＳＷ）４４と、振動子群４５と、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）４６と、サブアレイビームフォーマ４７と、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８と、フィルタ４９とを備えている。超音波プローブ４には、１例としてマトリクスアレイプローブが用いられている。

（超音波プローブ４）
振動子群４５には、ｎチャンネルのそれぞれに対応した複数の超音波振動子が１次元的又は２次元的に配置されている。これら複数の超音波振動子に対しては、同数のパルサ４３と同数のＬＮＡ４６とが、送受信スイッチ４４を介してそれぞれ接続されている。これら複数の超音波振動子に、ｎチャンネルの駆動信号がそれぞれ印加される。各超音波振動子は、印加された駆動信号に応じた超音波を送信する。また、各超音波振動子は、入射した超音波を電気的な受信信号に変換する。

送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２は、振動子群４５から送信されるｍチャンネルの超音波信号を、送受信制御部４１から指示される所定部位に集束させるような遅延時間を上記ｍチャンネルのそれぞれについて設定する。複数のパルサ４３は、ｎチャンネルのそれぞれに対応している。複数のパルサ４３のそれぞれは、対応するチャンネルに関して送信遅延回路４２によって設定された遅延時間の遅延を持ち、送受信制御部４１によって設定された電圧値を持った駆動パルスを生成する。なお、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２が、この発明の「送信遅延回路」の１例に相当し、パルサ４３が、この発明の「送信回路」の１例に相当する。

送受信スイッチ４４は、振動子群４５に複数のパルサ４３及び複数のＬＮＡ４６を選択的に接続する。送受信スイッチ４４が、振動子群４５に複数のパルサ４３を接続しているとき、パルサ４３で生成されたｎチャンネルの駆動信号が、送受信スイッチ４４を介してそれぞれ振動子群４５に供給される。これにより、振動子群４５の各超音波振動子から、上記の遅延を持った超音波がそれぞれ送信される。

送受信スイッチ４４が振動子群４５に複数のＬＮＡ４６を接続しているとき、振動子群４５の各超音波振動子で得られたｎチャンネルの受信信号は、複数のＬＮＡ４６にそれぞれ入力される。複数のＬＮＡ４６は、各チャンネルの受信信号それぞれを、送受信制御部４１によって設定されたゲインで増幅する。サブアレイビームフォーマ４７は、受信信号の遅延時間や位相を制御して、複数チャンネルごとに束ねてチャンネル数を削減する。サブアレイビームフォーマ４７は、隣接する複数の超音波振動子をグループ化し、このグループ内で遅延時間を揃えて加算する。この遅延時間は、送受信制御部４１によって設定される。ＬＮＡ４６にて増幅された受信信号はそれぞれ、複数のサブアレイのいずれかにグループ化される。そして、各受信信号はサブアレイビームフォーマ４７において、グループ内で遅延制御をされたうえで１ｃｈに束ねられる。サブアレイビームフォーマ４７は、例えば、縦横（４×４）に配置された複数の超音波振動子をグループ化し、このグループ内で遅延時間を揃えて加算することで、超音波プローブ４から超音波診断装置本体部１に接続する受信チャンネル数を削減することができる。例えば２０４８素子のマトリクスアレイプローブであれば、１６素子ごとに束ねることで、１２８ｃｈとして超音波診断装置本体部１に接続することができる。なお、ＬＮＡ４６が、この発明の「増幅器」の１例に相当し、サブアレイビームフォーマ４７が、この発明の「サブアレイビームフォーマ」の１例に相当する。

送受信制御部４１は、送受信タイミングごとの遅延データ（遅延時間を示すデータ）を、送信遅延回路４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。また、送受信制御部４１は、所望の送信音圧をパルサ４３に設定する。また、送受信制御部４１は、所望のゲインをＬＮＡ４６に設定する。

超音波プローブ４から出力された受信信号は、ケーブル３を介してプローブコネクタ部２に入力される。

この実施形態においては、超音波プローブ４に設置された回路に設定される設定データが、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、４８を介して電源ラインＬを通って、超音波診断装置本体部１から超音波プローブ４に送られる。または、その設定データが、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３、４８を介して電源ラインＬを通って、プローブコネクタ部２から超音波プローブ４に送られても良い。例えば、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を利用することで、電源ラインＬ（電力線）を通信回線として利用して、超音波診断装置本体部１又はプローブコネクタ部２から超音波プローブ４に設定データを送信する。この設定データには、例えば、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２にて送信信号に与える遅延量（遅延時間）を示す遅延データ、及び、サブアレイビームフォーマ４７にて受信信号に与える遅延量（遅延時間）を示す遅延データが含まれる。また、設定データには、送信信号の波形データや、ＬＮＡ４６に対するゲイン制御用のデータが含まれていても良い。

（プローブコネクタ部２）
プローブコネクタ部２に設置された複数のＴＧＣ２２は、それぞれｎチャンネルのサブアレイに対応している。複数のＴＧＣ２２は、タイムゲインコントロールを行うようにサブアレイビームフォーマ４７からの出力を増幅して、超音波診断装置本体部１に出力する。プローブ制御部２１は、超音波診断装置本体部１のシステム制御部１１から出力されシーケンスを示す情報に基づいて、超音波プローブ４によるスキャン動作を制御する。また、プローブ制御部２１は、適用すべきシーケンスに応じた画像を生成するために、ＴＧＣ２２の動作を制御する。

上述した設定データを、プローブコネクタ部２から超音波プローブ４に出力する場合には、プローブ制御部２１は設定データをデコードし、パラーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介して超音波プローブ４に送る。また、プローブ制御部２１は、システム制御部１１から出力された同期信号を、ケーブル３によって超音波プローブ４の送受信制御部４１に出力する。

（超音波診断装置本体部１）
システム制御部１１は、適用すべきシーケンスを示す情報をプローブ制御部２１に出力することにより、上記シーケンスに応じたスキャン動作を行うように超音波プローブ４を制御する。また、システム制御部１１は、適用すべきシーケンスに応じた画像を表示部１７に表示させるために、ビームフォーマ１２、ＤＲ１３、及びＤＳＣ１４のそれぞれの動作を制御する。システム制御部１１は、超音波の送受信やビームフォーミングなど、超音波診断装置の全体をリアルタイムに同期して制御するために、同期信号によって超音波診断装置の各部のハードウェアを制御する。例えば、システム制御部１１は同期信号をプローブ制御部２１に出力し、プローブ制御部２１は、ケーブル３によって同期信号を超音波プローブ４の送受信制御部４１に出力する。送受信制御部４１は、その同期信号に従って超音波の送受信を制御する。

ビームフォーマ１２は、ＴＧＣ２２から出力されたサブアレイの信号を遅延加算することでエコー信号を生成する。ＤＲ１３は、ビームフォーマ１２で得られたエコー信号に対して、フィルタリングやエッジ処理などの信号処理を施す。ＤＳＣ１４は、ＤＲ１３で得られたデータに対してスキャンコンバージョン処理を施すことで、断層像データや３次元画像データなどの画像データを生成する。表示部１７は、ＤＳＣ１４にて生成された画像データに基づく断層像や３次元画像を表示する。

（電源ユニット１９）
電源ユニット１９は、電源ラインＬによって、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４にそれぞれ接続されている。そして、電源ユニット１９は、電源ラインＬによって、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４にそれぞれＤＣ電源を供給する。なお、電源ユニット１９が、この発明の「電源部」の１例に相当し、電源ラインＬが、この発明の「電源線」の１例に相当する。

超音波診断装置本体部１においては、例えば、システム制御部１１、ビームフォーマ１２、ＤＲ１３、及びＤＳＣ１４がそれぞれ電子回路で構成され、それら電子回路が、電源ラインＬを経由して電源ユニット１９からＤＣ電源の供給を受ける。

また、プローブコネクタ部２においては、例えば、プローブ制御部２１及びＴＧＣ２２がそれぞれ電子回路で構成され、それら電子回路が、電源ラインＬを経由して電源ユニット１９からＤＣ電源の供給を受ける。

また、超音波プローブ４においては、例えば、送受信制御部４１、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２、パルサ４３、ＬＮＡ４６、及びサブアレイビームフォーマ４７がそれぞれ電子回路で構成され、それら電子回路が、電源ラインＬを経由して電源ユニット１９からＤＣ電源の供給を受ける。なお、送信遅延回路４２及びパルサ４３が送信系の回路の１例であり、ＬＮＡ４６及びサブアレイビームフォーマ４７が受信系の回路の１例である。

（パワーライントランシーバＩ／Ｆ）
超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４には、それぞれパワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８が設置されている。パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８は、それぞれ電源ラインＬに接続されている。なお、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５が、この発明の「第１のデータトランシーバ」の１例に相当し、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８が、この発明の「第２のデータトランシーバ」の１例に相当する。

この実施形態においては、システム制御部１１は、遅延データを含む設定データ（デジタル信号）をパワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させて、超音波プローブ４に送る。設定データは、所定同期の繰り返し信号、つまり、所定の転送周波数を有する信号である。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られた設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。

また、システム制御部１１は、設定データをパワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させて、プローブコネクタ部２に送っても良い。この場合、プローブコネクタ部２のプローブ制御部２１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られた設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介して受信する。

また、プローブ制御部２１は、設定データをパワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介してＤＣ電源に重畳させて、超音波プローブ４に送っても良い。この場合、超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってプローブ制御部２１から送られた設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。

ここで、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８の具体的な構成を図２に示す。図２は、この実施形態に係る超音波診断装置に設置されているパワーライントランシーバを示すブロック図である。パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８はそれぞれ、データバッファ６１、ＴＸ ＦＩＦＯ６２、ＲＸ ＦＩＦＯ６３、シリアルインターフェース６４、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びトランスＴ（コイルＬ１、Ｌ２）を備えている。コンデンサＣ１、Ｃ２、及びトランスＴは、ＤＣ成分を除去して、設定データを所定の転送周波数を有する信号として出力する。

遅延データなどの設定データを送信する場合、データバッファ６１に設定データを記憶させる。設定データはＴＸ ＦＩＦＯ６２を経由してシリアルインターフェース６４に送られ、シリアルデータとして高速クロックで出力される。そして、設定データは、コンデンサＣ１によってＡＣ結合されたトランスＴ経由で電源ラインＬに出力され、シリアル転送される。例えば、超音波診断装置本体部１に設置されたシステム制御部１１から設定データを送信する場合には、設定データは、データバッファ６１、ＴＸ ＦＩＦＯ６２、及びシリアルインターフェース６４の順番で経由して送信される。一方、電源ラインＬを経由して送られた設定データを受信する場合には、シリアルインターフェース６４によって受信した設定データをＲＸ ＦＩＦＯ６３で一旦受けて、データバッファ６１に記憶させる。例えば、超音波プローブ４に設置された送受信制御部４１が設定データを受信する場合には、設定データは、シリアルインターフェース６４、ＲＸ ＦＩＦＯ６３、及びデータバッファ６１の順番で経由して受信される。パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８は、例えば１Ｇｂｐｓの転送速度があれば、転送周波数が１０μｓｅｃで約１０ｋｂｉｔのデータを送ることができる。

（動作）
次に、この実施形態に係る超音波診断装置による動作について説明する。

（動作１：超音波診断装置本体部１から超音波プローブ４に設定データを送信する場合）
まず、超音波診断装置本体部１から超音波プローブ４に、遅延データを含む設定データを送信する場合について説明する。この場合、システム制御部１１は、遅延データを含む設定データをパワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通して超音波プローブ４に設定データを送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られた設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。

そして、送受信制御部４１は、設定データに含まれる遅延データを、送信遅延回路（ＴＸＢＦ）４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。また、設定データに送信音圧が含まれている場合には、送受信制御部４１は、その送信音圧をパルサ４３に設定する。また、設定データにゲインが含まれている場合には、送受信制御部４１は、ゲインをＬＮＡ４６に設定する。

送信遅延回路４２は、送受信制御部４１から受けた遅延データが示す遅延時間を、振動子群４５の各チャンネルのそれぞれについて設定する。パルサ４３は、送信遅延回路４２によって設定された遅延時間の遅延を持つ駆動パルスを生成し、送受信スイッチ４４を介して振動子群４５に供給する。これにより、振動子群４５の各超音波振動子から、上記の遅延を持った超音波がそれぞれ送信される。

振動子群４５の各超音波振動子は、撮影対象から反射された超音波を受信して、その超音波を電気的な受信信号に変換する。受信信号は、送受信スイッチ４４を介してＬＮＡ４６に入力される。ＬＮＡ４６は、各チャンネルの受信信号それぞれを、送受信制御部４１によって設定されたゲインで増幅してサブアレイビームフォーマ４７に出力する。サブアレイビームフォーマ４７は、隣接する複数の超音波振動子をグループ化し、このグループ内で、送受信制御部４１から受けた遅延データが示す遅延時間に従って遅延制御する。そして、サブアレイビームフォーマ４７は、ケーブル３を介して、受信信号をプローブコネクタ部２のＴＧＣ２２に出力する。

超音波プローブ４から出力された受信信号は、上述したように、ＴＧＣ２２、ビームフォーマ１２、ＤＲ１３、及びＤＳＣ１４により、ＴＧＣゲイン制御、ビームフォーミング、信号処理、及びスキャンコンバートがそれぞれなされて、断層像や３次元画像として表示部１７にて表示される。

この動作１のように、超音波プローブ４に設定する設定データを、電源ラインＬを通して超音波診断装置本体部１から超音波プローブ４に送ることで、超音波プローブ４にマトリクスアレイプローブを用いた場合であっても、ケーブル３に、信号線数を大幅に増やしたケーブルを用いる必要がなくなる。すなわち、この実施形態によると、ケーブル３における信号線の数を削減することが可能となる。その結果、ケーブル３が太くならず、また、コストの高い電線をケーブル３に用いる必要がなくなる。また、この実施形態によると、ケーブル３に用いる信号線の数を減らせるため、細線ケーブルを使った作業性の悪いケーブルアセンブリ作業を行う必要がなくなり、信頼性の高いケーブルアセンブリが可能となる。そのことにより、組み立て作業に要する時間を短縮することが可能となり、その結果、超音波診断装置の製造コストを削減することが可能となる。また、超音波プローブ４を制御するための専用Ｂｕｓが不要になるため、プローブコネクタ部２の極数を増やす必要がなくなる。そのことにより、プローブコネクタ部２を小型化することができ、また、低価格なコネクタをプローブコネクタ部２に用いることが可能となる。また、プローブコネクタ部２の極数を減らすことがきるため、コネクタピンの接触不良の発生を抑えることができ、その結果、データ転送のエラーの発生を抑えることが可能となる。

ここで、設定データを超音波プローブ４に送るタイミングについて図３を参照して説明する。図３は、設定データを送るタイミングを示すタイミングチャートである。横軸が時間軸である。システム制御部１１は、同期信号によって、超音波プローブ４による超音波の送信（ＴＸ）と超音波の受信（ＲＸ）とを制御する。すなわち、システム制御部１１は、同期信号によって、超音波プローブ４による超音波の送信（ＴＸ）のタイミングと、超音波プローブ４による超音波の受信（ＲＸ）の期間とを管理する。具体的には、システム制御部１１は、適用すべきシーケンスに従って、プローブコネクタ部２とケーブル３とを介して同期信号を超音波プローブ４に出力する。システム制御部１１は、同期信号が示すタイミングで超音波プローブ４に超音波を送信させ、同期信号が示す時点から所定時間後までの間を受信期間として、その受信期間で超音波プローブ４に超音波を受信させる。そして、システム制御部１１は、受信期間が終了した時点から所定時間後に、超音波の送信のタイミングを示す同期信号を、プローブコネクタ部２とケーブル３とを介して超音波プローブ４に出力する。この実施形態では、システム制御部１１は、超音波プローブ４による超音波の受信（ＲＸ）が終了した時点から、次の超音波の送信を開始する時点までの間に、設定データを超音波プローブ４に送る。図３に示すように、超音波の受信期間（超音波プローブ４が超音波を受信している期間）が終了した時点から、次の超音波の送信（ＴＸ）が開始される時点までの間をブランキング期間とし、システム制御部１１は、そのブランキング期間に設定データを超音波プローブ４に送る。

このようにブランキング期間に設定データを送ることで、設定データの送信時におけるデジタル信号の放射や、グランドの揺れによるノイズの影響を防ぐことが可能となる。

（動作２：プローブコネクタ部２から超音波プローブ４に設定データを送信する場合）
次に、プローブコネクタ部２から超音波プローブ４に、遅延データを含む設定データを送信する場合について説明する。この場合、まず、システム制御部１１は、遅延データを含む設定データをパワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通してプローブコネクタ部２に設定データを送る。プローブコネクタ部２のプローブ制御部２１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られた設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介して受信する。プローブ制御部２１は設定データをデコードし、パラーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通して超音波プローブ４に設定データを送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってプローブ制御部２１から送られた設定データを、パラーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。そして、上述したように、送受信制御部４１は、設定データに含まれる各データを、超音波プローブ４に設定された各部にそれぞれ設定する。例えば、送受信制御部４１は、設定データに含まれる遅延データを、送信遅延回路４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。

この動作２のように、超音波プローブ４に設定される設定データを、電源ラインＬを通してプローブコネクタ部２から超音波プローブ４に送る場合であっても、動作１と同じ効果を奏することが可能となる。すなわち、超音波プローブ４にマトリクスアレイプローブを用いた場合であっても、ケーブル３に用いる信号線の数を減らすことが可能となる。

（動作３：遅延データを示すテーブルが超音波プローブ４に設定されている場合）
上記の動作１及び動作２においては、超音波診断装置本体部１又はプローブコネクタ部２から設定データを超音波プローブ４に送信しているが、遅延データ（遅延時間を示すデータ）を示すテーブルを、超音波プローブ４に予め設定しておいても良い。この動作３においては、図示しないメモリを超音波プローブ４に設け、そのメモリに遅延データを予め記憶させておく。例えば、送受信タイミングごとの遅延データを示すテーブルを記憶したメモリを、超音波プローブ４に設置しておく。すなわち、送信遅延回路（ＴＸＲＦ）４２及びサブアレイビームフォーマ４７にて、送信信号及び受信信号に与える遅延量（遅延時間）を示す遅延データを送受信タイミングごとに記憶したメモリを、超音波プローブ４に設置しておく。

システム制御部１１は、遅延データのアドレスを指定するポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通して超音波プローブ４にポインタ情報を送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られたポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。

そして、送受信制御部４１は、遅延データが記憶されているメモリを参照して、ポインタ情報が示す遅延データをメモリから取得し、その遅延データを送信遅延回路４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。

この動作３によると、上述した動作１と同じ効果を奏し、さらに、以下に示す効果を奏することが可能である。つまり、遅延データを記憶したメモリを超音波プローブ４に予め設置しておくことで、超音波診断装置本体部１から超音波プローブ４に送信すべき情報は、ポインタ情報のみで済む。そのため、電源ラインＬを介して送信すべき情報量を減らすことが可能となる。例えば、３２ｂｉｔデータのパケットで３２のデータを送信する場合には、１ｋｂｉｔの情報量で済む。

なお、システム制御部１１は、遅延データ以外の設定データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させて、電源ラインＬを通して超音波プローブ４に送れば良い。

（動作４：遅延データを示すテーブルが超音波プローブ４に設定されている場合）
動作４においても、遅延データを示すテーブルを記憶したメモリを、超音波プローブ４に予め設置しておく。

まず、システム制御部１１は、遅延データのアドレスを指定するポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通してプローブコネクタ部２にポインタ情報を送る。プローブコネクタ部２のプローブ制御部２１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られたポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介して受信する。プローブ制御部２１はポインタ情報をデコードし、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介してＤＣ電源に情報させ、電源ラインＬを通して超音波プローブ４にポインタ情報を送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってプローブ制御部２１から送られたポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。

そして、送受信制御部４１は、遅延データが記憶されているメモリを参照して、ポインタ情報が示す遅延データをメモリから取得し、その遅延データを送信遅延回路４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。

この動作４によると、上述した動作１と同じ効果を奏し、さらに、動作３と同じ効果を奏する。つまり、ポインタ情報を、電源ラインＬを通してプローブコネクタ部２から超音波プローブ４に送信した場合であっても、送信すべき情報量を減らすことが可能となる。

（動作５：遅延データを示すテーブルがプローブコネクタ部２に設定されている場合）
遅延データを示すテーブルを記憶したメモリを、プローブコネクタ部２に予め設置しておいても良い。

まず、システム制御部１１は、遅延データのアドレスを指定するポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通してプローブコネクタ部２にポインタ情報を送る。プローブコネクタ部２のプローブ制御部２１は、電源ラインＬを通ってシステム制御部１１から送られたポインタ情報を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介して受信する。プローブ制御部２１は、遅延データが記憶されているメモリを参照して、ポインタ情報が示す遅延データをメモリから取得する。そして、プローブ制御部２１は、その遅延データをデコードし、パワーライントランシーバＩ／Ｆ２３を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通して超音波プローブ４に遅延データを送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、電源ラインＬを通ってプローブ制御部２１から送られた遅延データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介して受信する。そして、送受信制御部４１は、遅延データを、送信遅延回路４２とサブアレイビームフォーマ４７とに設定する。

（変形例１）
上述した実施形態に係る超音波診断装置の変形例について説明する。上述した実施形態においては、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５、２３、４８をそれぞれ、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４に１つ設けている。この変形例として、複数のパワーライントランシーバＩ／Ｆを、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４にそれぞれ設けても良い。

例えば、遅延時間をより細かく制御する場合や、送信信号の波形データを送信タイミングごとに送る場合には、ＤＣ電源に重畳させる設定データの量が多くなる。このように設定データに含まれるデータが多くなることで、ブランキング期間中に設定データの送信が間に合わない場合には、複数のパワーライントランシーバＩ／Ｆを、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４にそれぞれ設けることで、ブランキング期間中に設定データを送信することが可能となる。例えば複数のパワーライントランシーバＩ／Ｆを設けることで、超音波の送信に関する設定データと、超音波の受信に関する設定データとを、別々のＤＣ電源に重畳させて送ることが可能となる。例えば、送信遅延回路４２に設定される設定データを送るためのパワーライントランシーバＩ／Ｆと、サブアレイビームフォーマ４７に設定される設定データを送るためのパワーライントランシーバＩ／Ｆとを、それぞれ別々に設けても良い。

超音波プローブ４に設置された電子回路を動作させるためには、ロジック用電源、アナログ制御用電源、及び送信用電源などの複数のＤＣ電源が供給されている。例えば、電源ユニット１９を、ロジック用電源、アナログ制御用電源、及び送信用電源などを含む複数のＤＣ電源によって構成する。この場合、設定データに含まれるデータの量に応じて、それぞれのＤＣ電源を利用することで、より多くの設定データをＤＣ電源に重畳させて送ることができる。

また、図１に示すように、フィルタ１６、２４、４９を、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４にそれぞれ設けても良い。フィルタ１６、２４、４９は、それぞれ電源ラインＬに接続されている。フィルタ１６、２４、４９は、ＤＣ電源に重畳させられる設定データの転送クロックの周波数帯域に含まれる周波数の成分を除去する。ＤＣ電源は、それぞれのフィルタを介して、超音波診断装置本体部１、プローブコネクタ部２、及び超音波プローブ４に供給される。

（変形例２）
データの送信は、超音波プローブ４から超音波診断装置本体部１又はプローブコネクタ部２に対して行っても良い。例えば、サーミスタを超音波プローブ４に設けて、超音波プローブ４の表面温度を計測する。サーミスタによって得られた温度データをＡＤ変換して、パラーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介してＤＣ電源に重畳させて、電源ラインＬを通して超音波診断装置本体部１に送信しても良い。この場合、システム制御部１１は、電源ラインＬを通って超音波プローブ４から送られた温度データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介して受信する。また、超音波プローブ４に供給される電圧を計測して、その電圧値を、パワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介してＤＣ電源に重畳させて、電源ラインＬを通して超音波診断装置本体部１に送信しても良い。また、超音波プローブ４の動作を検査した場合に、その自己検査結果を示すデータを、電源ラインＬを通して超音波診断装置本体部１に送信しても良い。

超音波プローブ４がデータの送信系として機能する場合には、システム制御部１１は、データの送信又は受信を示すプロトコルに従って、データを送信する系を決定する。例えば、超音波プローブ４がデータの送信系として機能する場合、システム制御部１１は、超音波プローブ４に設置されたパワーライントランシーバＩ／Ｆ４８がデータ送信系であることを示す情報を超音波プローブ４に送る。超音波プローブ４の送受信制御部４１は、データ送信系であることを示す情報を受けると、上述した温度データなどのデータをパワーライントランシーバＩ／Ｆ４８を介してＤＣ電源に重畳させ、電源ラインＬを通して超音波診断装置本体部１に送信する。超音波診断装置本体部１のシステム制御部１１は、電源ラインＬを通って送受信制御部４１から送られた温度データを、パワーライントランシーバＩ／Ｆ１５を介して受信する。

なお、設定データを、超音波診断装置本体部１又はプローブコネクタ部２から超音波プローブ４に送る場合には、高速転送のために、超音波診断装置本体部１又はプローブコネクタ部２がデータ送信専用として機能し、超音波プローブ４がデータ受信専用として機能して、バースト転送を実行しても良い。

１ 超音波診断装置本体部
２ プローブコネクタ部
３ ケーブル
４ 超音波プローブ
１１ システム制御部
１５、２３、４８ パワーライントランシーバＩ／Ｆ
１６、２４、４９ フィルタ
１９ 電源ユニット
２１ プローブ制御部
４１ 送受信制御部
４２ 送信遅延回路（ＴＸＢＦ）
４７ サブアレイビームフォーマ

Claims (11)

1. 複数の超音波振動子、及び前記複数の超音波振動子に超音波を送受信させる回路部を有する超音波プローブと、
   前記超音波プローブによる超音波の送受信を制御して、前記超音波プローブによって受信された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置本体部と、
   前記超音波プローブ及び前記超音波診断装置本体部に接続された電源線と、
   を有する超音波診断装置であって、
   前記超音波診断装置本体部は、前記超音波プローブによる超音波の送受信を制御するための遅延データを、前記電源線を介して前記超音波プローブに送る第１のデータトランシーバを備え、
   前記超音波プローブは、前記電源線を介して前記第１のデータトランシーバから送られた前記遅延データを受信する第２のデータトランシーバを備えており、
   前記回路部は、前記第２のデータトランシーバによって受信された前記遅延データに従って、前記複数の超音波振動子に超音波を送受信させることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記超音波プローブの前記回路部は、
   前記複数の超音波振動子から送信される超音波を、前記遅延データに従って所望の位置に集束させるための遅延処理を行う送信遅延回路と、
   前記遅延処理に従った駆動信号を前記複数の超音波振動子に供給することで、前記複数の超音波振動子から超音波を送信させる送信回路と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波プローブの前記回路部は、
   前記複数の超音波振動子から出力された受信信号を増幅する増幅器と、
   前記遅延データに従って、前記増幅された受信信号に遅延処理を施すサブアレイビームフォーマと、
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波診断装置。
4. 前記第１のデータトランシーバは、前記超音波プローブによる超音波の送信を制御するための遅延データを送るデータトランシーバと、前記超音波プローブによる超音波の受信を制御するための遅延データを送るデータトランシーバとを有し、
   前記第２のデータトランシーバは、前記超音波プローブによる超音波の送信を制御するための遅延データを受信するデータトランシーバと、前記超音波プローブによる超音波の受信を制御するための遅延データを受信するデータトランシーバとを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波診断装置本体部は、前記超音波プローブによる超音波の送信のタイミング及び超音波の受信のタイミングを制御し、前記超音波プローブによる超音波の受信が終わった時点から、次の超音波の送信が開始するまでの間に、前記第１のデータトランシーバに前記遅延データを送らせることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブ及び前記超音波診断装置本体部において前記電源線に接続されて、前記遅延データの転送周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を除去するフィルタを更に有し、
   前記フィルタを通過した電源により、前記超音波プローブ及び前記超音波診断装置本体部が動作することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波プローブは、複数の超音波振動子が２次元的に配置されたマトリクスアレイプローブであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波プローブと前記超音波診断装置本体部とを接続するケーブルを更に有し、
   前記超音波診断装置本体部は、前記超音波プローブによる超音波の送信のタイミングを制御するための同期信号を、前記ケーブルを介して前記超音波プローブに送り、前記遅延データを、前記第１のデータトランシーバによって前記電源線を介して前記超音波プローブに送ることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の超音波診断装置。
9. 超音波プローブと、
   本体部と、
   前記超音波プローブと前記本体部とを接続するコネクタ部と、
   前記超音波プローブ、前記コネクタ部および前記本体部にそれぞれ接続された電源線と、
   を備え、
   前記超音波プローブ、前記コネクタ部、前記本体部それぞれは、前記電源線に接続されたデータトランシーバを有する超音波診断装置。
10. 前記本体部は、超音波の送受信を制御するための設定データを、前記コネクタ部におけるデータトランシーバを介して前記超音波プローブのデータトランシーバに送るか、または前記コネクタ部のデータトランシーバを介さずに前記超音波プローブのデータトランシーバに送ることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記超音波プローブのデータトランシーバおよび前記コネクタ部のトランシーバは送信専用として機能することを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。

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